JP6453702B2 - Abnormality diagnosis device for exhaust purification mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、排気浄化機構の異常診断装置に関するものである。 The present invention relates to an abnormality diagnosis device for an exhaust purification mechanism.
排気中の窒素酸化物(NOx)を浄化するNOx浄化触媒を排気通路に備える内燃機関の排気浄化機構が知られている。こうした排気浄化機構は、例えば尿素水などの還元剤を排気に添加する添加機構を備えており、排気に添加された還元剤に由来するアンモニアがNOx浄化触媒に吸着される。そして、NOx浄化触媒に吸着されたアンモニアによってNOxが還元処理される。 2. Description of the Related Art An exhaust gas purification mechanism for an internal combustion engine that includes a NOx purification catalyst for purifying nitrogen oxide (NOx) in exhaust gas in an exhaust passage is known. Such an exhaust purification mechanism includes an addition mechanism for adding a reducing agent such as urea water to the exhaust, and ammonia derived from the reducing agent added to the exhaust is adsorbed by the NOx purification catalyst. Then, NOx is reduced by ammonia adsorbed on the NOx purification catalyst.
特許文献1などに示されているように、排気中のNO(一酸化窒素)及びNO2(二酸化窒素)のモル比が1:1であって次式(1)で示される化学反応が起きるときには、他の化学反応によるNOxの還元と比較して、NOx浄化触媒でのNOx浄化効率は高くなる。 When the molar ratio of NO (nitrogen monoxide) and NO2 (nitrogen dioxide) in the exhaust gas is 1: 1 and the chemical reaction represented by the following formula (1) occurs as shown in Patent Document 1 and the like Compared with the reduction of NOx by other chemical reactions, the NOx purification efficiency of the NOx purification catalyst is increased.
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O …(1)
以下、排気に含まれるNOxのうちでNO2が占める割合(モル比)をNO2比率[NO2比率(%)=NO2/(NO+NO2)×100]という。
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (1)
Hereinafter, the ratio (molar ratio) occupied by NO2 in NOx contained in the exhaust is referred to as NO2 ratio [NO2 ratio (%) = NO2 / (NO + NO2) × 100].
排気中のNO及びNO2のモル比が1:1になっているときには、NO2比率は50%になり、この50%というNO2比率は、NOx浄化触媒において高い浄化効率を実現するうえで最適な値となっている。 When the molar ratio of NO and NO2 in the exhaust gas is 1: 1, the NO2 ratio is 50%, and this NO2 ratio of 50% is an optimum value for realizing high purification efficiency in the NOx purification catalyst. It has become.
ここで、内燃機関の気筒内で発生するNOxのほとんどはNOであるため、このままでは、NOx浄化触媒に流入する排気のNO2比率を上記最適値にすることができない。
そこで、特許文献1に記載の装置では、NOx浄化触媒の排気上流に酸化触媒を設けて、その酸化触媒による酸化反応を利用して、排気に含まれるNOの一部をNO2に変化させることにより、上記式(1)で示した化学反応が促されるようにしている。
Here, since most of the NOx generated in the cylinder of the internal combustion engine is NO, the NO2 ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst cannot be set to the optimum value as it is.
Therefore, in the apparatus described in Patent Document 1, an oxidation catalyst is provided upstream of the exhaust of the NOx purification catalyst, and a part of NO contained in the exhaust is changed to NO2 by utilizing an oxidation reaction by the oxidation catalyst. The chemical reaction represented by the above formula (1) is promoted.
ところで、排気浄化機構によるNOx浄化についてその異常診断を行う装置では、NOx浄化触媒に流入する排気中のNOx量と、NOx浄化触媒を通過した後の排気中のNOx量とに基づいてNOx浄化率を算出し、その算出されたNOx浄化率が予め設定された異常判定値以下のときにはNOx浄化に異常ありと判定するようにしている。 By the way, in an apparatus that performs abnormality diagnosis of NOx purification by the exhaust purification mechanism, the NOx purification rate is based on the NOx amount in the exhaust flowing into the NOx purification catalyst and the NOx amount in the exhaust after passing through the NOx purification catalyst. When the calculated NOx purification rate is equal to or less than a preset abnormality determination value, it is determined that there is an abnormality in NOx purification.
ここで、NOx浄化触媒を通過した後の排気中のNOx量はNOxセンサで検出する一方、NOx浄化触媒に流入する排気中のNOx量は機関運転状態等に基づいて算出した算出値を用いることが考えられる。しかし、この場合には、以下のような不都合の発生が懸念される。 Here, the NOx amount in the exhaust after passing through the NOx purification catalyst is detected by the NOx sensor, while the NOx amount in the exhaust flowing into the NOx purification catalyst uses a calculated value calculated based on the engine operating state or the like. Can be considered. However, in this case, the following inconvenience may occur.
すなわち、NOx浄化触媒の排気上流に設けられた酸化触媒が比較的新しい場合には、その酸化触媒においてNOxの吸着及び脱離が起きることがある。そのため、酸化触媒に吸着されたNOxが脱離する現象が起きた場合には、NOx浄化触媒には、NOx量の算出値を超えた量のNOxが流れ込むようになる。そのため、NOx浄化触媒に流入する前の実際のNOx量は算出値に比べて多くなるとともに、そうした実際に流入するNOx量の増加によって、NOx浄化触媒を通過した後の排気中の実際のNOx量も多くなる。 That is, when the oxidation catalyst provided upstream of the NOx purification catalyst is relatively new, NOx adsorption and desorption may occur in the oxidation catalyst. Therefore, when a phenomenon occurs in which NOx adsorbed on the oxidation catalyst is desorbed, an amount of NOx exceeding the calculated value of the NOx amount flows into the NOx purification catalyst. Therefore, the actual NOx amount before flowing into the NOx purification catalyst becomes larger than the calculated value, and the actual NOx amount in the exhaust gas after passing through the NOx purification catalyst due to the increase in the actually flowing NOx amount. Will also increase.
このように、NOx浄化触媒に流入する前の実際のNOx量が算出値に比べて多くなるとともに、NOx浄化触媒を通過した後の排気中のNOx量が多くなると、NOx浄化触媒に流入する前のNOx量の算出値とNOx浄化触媒を通過した後のNOx量の検出値とで求められるNOx浄化率は低下する。ここで、低下したNOx浄化率が異常判定値以下であると、そうしたNOx浄化率の低下は酸化触媒の脱離現象に起因した一時的なものであって排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、NOx浄化に異常ありと誤判定されてしまう。 As described above, when the actual NOx amount before flowing into the NOx purification catalyst becomes larger than the calculated value, and when the NOx amount in the exhaust gas after passing through the NOx purification catalyst increases, before the flow into the NOx purification catalyst. The NOx purification rate obtained from the calculated value of the NOx amount and the detected value of the NOx amount after passing through the NOx purification catalyst decreases. Here, if the reduced NOx purification rate is less than or equal to the abnormality determination value, such a decrease in the NOx purification rate is temporary due to the desorption phenomenon of the oxidation catalyst, and there is no abnormality in the exhaust purification mechanism itself. Nevertheless, it is erroneously determined that the NOx purification is abnormal.
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、NOx浄化に異常ありと誤判定することを抑えることのできる排気浄化機構の異常診断装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an abnormality diagnosis device for an exhaust purification mechanism that can suppress erroneous determination that there is an abnormality in NOx purification.
上記課題を解決する排気浄化機構の異常診断装置は、内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、前記酸化触媒よりも下流の排気通路に設けられてNOxを浄化するNOx浄化触媒と、前記NOx浄化触媒に流入する排気にアンモニア成分を含む還元剤を添加する還元剤添加機構と、前記NOx浄化触媒よりも下流の排気通路に設けられたNOxセンサと、を備えている。そして、前記NOx浄化触媒に流入する排気中のNOx量を算出して、その算出されたNOx量と前記NOxセンサで検出されたNOx量とに基づいてNOx浄化率を算出し、その算出されたNOx浄化率が予め設定された異常判定値以下のときにはNOx浄化に異常ありと判定する。この異常診断装置は、前記酸化触媒に吸着されたNOxが脱離する条件が成立しており、かつ前記NOx浄化触媒のアンモニア吸着量が所定の閾値以下であるという条件が成立するときには、前記各条件がともに成立しないときと比較して、前記異常判定値を低くする。 An abnormality diagnosis device for an exhaust purification mechanism that solves the above problems includes an oxidation catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, an NOx purification catalyst that is provided in an exhaust passage downstream of the oxidation catalyst and purifies NOx, and A reducing agent addition mechanism for adding a reducing agent containing an ammonia component to the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst, and a NOx sensor provided in an exhaust passage downstream of the NOx purification catalyst. Then, the NOx amount in the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst is calculated, the NOx purification rate is calculated based on the calculated NOx amount and the NOx amount detected by the NOx sensor, and the calculated When the NOx purification rate is equal to or less than a preset abnormality determination value, it is determined that there is an abnormality in NOx purification. In this abnormality diagnosis device, when the condition that the NOx adsorbed on the oxidation catalyst is desorbed is satisfied and the condition that the ammonia adsorption amount of the NOx purification catalyst is equal to or less than a predetermined threshold is satisfied, The abnormality determination value is set lower than when both conditions are not satisfied.
酸化触媒に吸着されたNOxが脱離する条件が成立していたとしても、NOx浄化触媒に吸着されているアンモニアの量が十分にあれば、酸化触媒から脱離したNOxをNOx浄化触媒で浄化することができるため、NOx浄化率が異常判定値以下にまで低下することは抑えられる。一方、NOx浄化触媒に吸着されているアンモニアの量が十分に足りていないと、酸化触媒から脱離したNOxをNOx浄化触媒で十分に浄化することができないため、NOx浄化率が異常判定値以下にまで低下するおそれがある。そこで、同構成では、酸化触媒に吸着されたNOxが脱離する条件が成立しており、かつNOx浄化触媒のアンモニア吸着量が所定の閾値以下であるという条件が成立するときには、異常判定値の値を低くするようにしている。従って、酸化触媒からのNOx脱離に起因する一時的なNOx浄化率の低下が起きている場合に、NOx浄化率が異常判定値以下になることを抑えることができる。従って、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、NOx浄化に異常ありと誤判定されることを抑えることができる。 Even if the condition for desorbing NOx adsorbed on the oxidation catalyst is satisfied, if the amount of ammonia adsorbed on the NOx purification catalyst is sufficient, the NOx desorbed from the oxidation catalyst is purified by the NOx purification catalyst. Therefore, it is possible to suppress the NOx purification rate from being lowered to the abnormality determination value or less. On the other hand, if the amount of ammonia adsorbed on the NOx purification catalyst is not sufficient, NOx desorbed from the oxidation catalyst cannot be sufficiently purified by the NOx purification catalyst, so the NOx purification rate is below the abnormality determination value. There is a risk that it will drop to. Therefore, in the same configuration, when the condition that the NOx adsorbed on the oxidation catalyst is desorbed is satisfied and the condition that the ammonia adsorption amount of the NOx purification catalyst is equal to or less than a predetermined threshold is satisfied, the abnormality determination value is The value is made low. Therefore, when the NOx purification rate is temporarily lowered due to NOx desorption from the oxidation catalyst, it is possible to suppress the NOx purification rate from being equal to or lower than the abnormality determination value. Accordingly, it is possible to suppress erroneous determination that the NOx purification is abnormal even though the exhaust purification mechanism itself has no abnormality.
酸化触媒におけるNOxの吸着及び脱離現象は、酸化触媒の熱劣化があまり進行していない状態のときに起きやすい。また、酸化触媒の熱劣化があまり進行していない状態であっても、酸化触媒の温度がある温度以下の場合には、NOxの吸着は起きるものの脱離は起きにくい。ここで、酸化触媒の熱劣化の度合は、酸化触媒の熱負荷を積算した総熱負荷値が大きいときほど高くなる。また、そうした熱負荷は、酸化触媒よりも下流の排気通路に設けられた排気温度センサの検出値を使って算出することが可能である。そして、NOxの脱離が起きる程度に酸化触媒の温度が高いか否かは、酸化触媒よりも下流の排気通路に設けられた排気温度センサの検出値に基づいて判定可能である。 The NOx adsorption and desorption phenomenon in the oxidation catalyst is likely to occur when the thermal deterioration of the oxidation catalyst is not progressing so much. Further, even if the thermal degradation of the oxidation catalyst is not progressing so much, if the temperature of the oxidation catalyst is below a certain temperature, NOx adsorption occurs, but desorption does not easily occur. Here, the degree of thermal deterioration of the oxidation catalyst increases as the total heat load value obtained by integrating the heat load of the oxidation catalyst increases. Further, such a heat load can be calculated using a detection value of an exhaust temperature sensor provided in an exhaust passage downstream of the oxidation catalyst. Whether or not the temperature of the oxidation catalyst is high enough to cause NOx desorption can be determined based on the detection value of the exhaust temperature sensor provided in the exhaust passage downstream of the oxidation catalyst.
そこで、上記異常診断装置において、前記酸化触媒よりも下流の排気通路に排気温度センサを備えており、前記酸化触媒の熱負荷を積算した総熱負荷値を前記排気温度センサの検出値を使って算出するとともに、前記総熱負荷値が所定の閾値以下であり、かつ前記排気温度センサの検出値が所定の閾値以上であるという条件が成立するときには、前記酸化触媒に吸着されたNOxが脱離する条件が成立していると判定することが好ましい。同構成によれば、酸化触媒に吸着されたNOxが脱離する条件が成立しているか否かを適切に判定することができる。 Therefore, in the abnormality diagnosis apparatus, an exhaust temperature sensor is provided in the exhaust passage downstream of the oxidation catalyst, and the total heat load value obtained by integrating the heat load of the oxidation catalyst is calculated using the detected value of the exhaust temperature sensor. In addition, when the condition that the total heat load value is equal to or smaller than a predetermined threshold value and the detected value of the exhaust temperature sensor is equal to or larger than the predetermined threshold value, NOx adsorbed on the oxidation catalyst is desorbed. It is preferable to determine that the condition to do is satisfied. According to this configuration, it is possible to appropriately determine whether or not a condition for desorbing NOx adsorbed on the oxidation catalyst is satisfied.
上記異常診断装置において、前記アンモニア吸着量が所定の閾値以下であるという条件が成立しないときに設定される前記異常判定値を第1判定値としたときに、前記アンモニア吸着量が前記閾値以下であるという条件が成立しており、かつ前記酸化触媒に吸着されたNOxが脱離する条件が成立しないときには、前記異常判定値として前記第1判定値よりも低い値である第2判定値を設定し、前記アンモニア吸着量が前記閾値以下であるという条件が成立しており、かつ前記酸化触媒に吸着されたNOxが脱離する条件が成立するときには、前記異常判定値として前記第2判定値よりも低い値である第3判定値を設定するようにしてもよい。 In the abnormality diagnosis apparatus, when the abnormality determination value set when the condition that the ammonia adsorption amount is equal to or less than a predetermined threshold is not satisfied is set as a first determination value, the ammonia adsorption amount is equal to or less than the threshold. When the condition that there is, and the condition that NOx adsorbed to the oxidation catalyst is desorbed is not satisfied, a second determination value that is lower than the first determination value is set as the abnormality determination value. When the condition that the ammonia adsorption amount is equal to or less than the threshold value is satisfied and the condition that NOx adsorbed to the oxidation catalyst is desorbed is satisfied, the abnormality determination value is determined based on the second determination value. Alternatively, a third determination value that is a lower value may be set.
同構成によれば、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、NOx浄化触媒に吸着されたアンモニアの量が閾値以下に少なく浄化可能なNOx量が少ないとき、つまりNOx浄化率が低下しやすいときには、異常判定値として、上記第1判定値よりも低い値である第2判定値が設定される。従って、NOx浄化率が異常判定値以下になることを抑えることができ、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、NOx浄化に異常ありと誤判定されることを抑えることができる。 According to this configuration, even when there is no abnormality in the exhaust purification mechanism itself, the amount of ammonia adsorbed on the NOx purification catalyst is less than the threshold value and the amount of NOx that can be purified is small, that is, the NOx purification rate is reduced. When it is easy to do, a second determination value that is lower than the first determination value is set as the abnormality determination value. Accordingly, it is possible to suppress the NOx purification rate from being equal to or less than the abnormality determination value, and it is possible to suppress erroneous determination that the NOx purification is abnormal even though the exhaust purification mechanism itself has no abnormality.
また、アンモニア吸着量が前記閾値以下であるという条件が成立しており、かつ酸化触媒に吸着されたNOxが脱離する条件がともに成立するとき、つまりNOx浄化率が更に低下しやすいときには、異常判定値として、上記第2判定値よりも低い値である第3判定値が設定される。従って、この場合にも、NOx浄化率が異常判定値以下になることを抑えることができ、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、NOx浄化に異常ありと誤判定されることを抑えることができる。 Further, when the condition that the ammonia adsorption amount is equal to or less than the threshold value is satisfied and the condition for desorbing NOx adsorbed on the oxidation catalyst is satisfied, that is, when the NOx purification rate is likely to further decrease, As the determination value, a third determination value that is lower than the second determination value is set. Therefore, in this case as well, it is possible to suppress the NOx purification rate from becoming equal to or less than the abnormality determination value, and it is possible to erroneously determine that there is an abnormality in NOx purification even though there is no abnormality in the exhaust purification mechanism itself. Can be suppressed.
以下、排気浄化機構の異常診断装置を車両に搭載されたディーゼルエンジン(以下、「エンジン」という)に適用した一実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
図1に示すように、エンジン1には複数の気筒#1〜#4が設けられている。シリンダヘッド2には複数の燃料噴射弁4a〜4dが取り付けられている。これら燃料噴射弁4a〜4dは対応する各気筒#1〜#4の燃焼室に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド2には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート6a〜6dとが各気筒#1〜#4に対応して設けられている。
Hereinafter, an embodiment in which an abnormality diagnosis device for an exhaust purification mechanism is applied to a diesel engine (hereinafter referred to as “engine”) mounted on a vehicle will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the engine 1 is provided with a plurality of cylinders # 1 to # 4. A plurality of fuel injection valves 4 a to 4 d are attached to the cylinder head 2. These fuel injection valves 4a to 4d inject fuel into the combustion chambers of the corresponding cylinders # 1 to # 4. Also, the cylinder head 2 is provided with intake ports for introducing fresh air into the cylinders and exhaust ports 6a to 6d for discharging combustion gas to the outside of the cylinders corresponding to the respective cylinders # 1 to # 4. It has been.
燃料噴射弁4a〜4dは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール9に接続されている。コモンレール9はサプライポンプ10に接続されている。サプライポンプ10は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール9に高圧燃料を供給する。コモンレール9に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁4a〜4dの開弁時に同燃料噴射弁4a〜4dから気筒内に噴射される。 The fuel injection valves 4a to 4d are connected to a common rail 9 that accumulates high-pressure fuel. The common rail 9 is connected to the supply pump 10. The supply pump 10 sucks fuel in the fuel tank and supplies high-pressure fuel to the common rail 9. The high-pressure fuel supplied to the common rail 9 is injected into the cylinder from the fuel injection valves 4a to 4d when the fuel injection valves 4a to 4d are opened.
吸気ポートにはインテークマニホールド7が接続されている。インテークマニホールド7は吸気通路3に接続されている。この吸気通路3内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁16が設けられている。この吸気絞り弁16は、アクチュエータ17にて開度が調整される。 An intake manifold 7 is connected to the intake port. The intake manifold 7 is connected to the intake passage 3. An intake throttle valve 16 for adjusting the intake air amount is provided in the intake passage 3. The intake throttle valve 16 is adjusted in opening degree by an actuator 17.
排気ポート6a〜6dにはエキゾーストマニホールド8が接続されている。エキゾーストマニホールド8は排気通路26に接続されている。
排気通路26の途中には、気筒に導入される吸入空気を排気圧を利用して過給するターボチャージャ11が設けられている。同ターボチャージャ11の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁16との間の吸気通路3にはインタークーラ18が設けられている。このインタークーラ18によって、ターボチャージャ11の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。
An exhaust manifold 8 is connected to the exhaust ports 6a to 6d. The exhaust manifold 8 is connected to the exhaust passage 26.
In the middle of the exhaust passage 26, there is provided a turbocharger 11 for supercharging intake air introduced into the cylinder using exhaust pressure. An intercooler 18 is provided in the intake passage 3 between the intake side compressor of the turbocharger 11 and the intake throttle valve 16. The intercooler 18 cools the intake air whose temperature has risen due to supercharging of the turbocharger 11.
また、排気通路26の途中にあって、ターボチャージャ11の排気側タービンの下流には、排気を浄化する第1浄化部材30が設けられている。この第1浄化部材30の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒31及びフィルタ32が配設されている。 A first purification member 30 that purifies the exhaust gas is provided in the middle of the exhaust passage 26 and downstream of the exhaust side turbine of the turbocharger 11. Inside the first purification member 30, an oxidation catalyst 31 and a filter 32 are arranged in series with respect to the flow direction of the exhaust gas.
酸化触媒31には、排気中のHCを酸化処理する触媒が担持されている。その触媒としては、塩基性の強いアルミナが使われている。また、フィルタ32は、排気中のPM(粒子状物質)を捕集する部材であって多孔質のセラミックで構成されており、さらにはPMの酸化を促進させるための触媒が担持されている。排気中のPMは、フィルタ32の多孔質の壁を通過する際に捕集される。 The oxidation catalyst 31 carries a catalyst for oxidizing HC in the exhaust. As the catalyst, strong basic alumina is used. The filter 32 is a member that collects PM (particulate matter) in the exhaust gas and is made of porous ceramic, and further supports a catalyst for promoting the oxidation of PM. The PM in the exhaust gas is collected when passing through the porous wall of the filter 32.
また、エキゾーストマニホールド8の集合部近傍には、酸化触媒31やフィルタ32に添加剤として燃料を供給するための燃料添加弁5が設けられている。この燃料添加弁5は、燃料供給管27を介して前記サプライポンプ10に接続されている。なお、燃料添加弁5の配設位置は、排気系にあって第1浄化部材30の上流側であれば適宜変更するも可能である。なお、こうした燃料添加弁5からの燃料添加に代えて、各燃料噴射弁4a〜4dの燃料噴射時期を調整してポスト噴射を行うことにより、機関燃料を排気に添加するようにしてもよい。 Further, a fuel addition valve 5 for supplying fuel as an additive to the oxidation catalyst 31 and the filter 32 is provided in the vicinity of the collecting portion of the exhaust manifold 8. The fuel addition valve 5 is connected to the supply pump 10 through a fuel supply pipe 27. The position of the fuel addition valve 5 can be changed as appropriate as long as it is in the exhaust system and upstream of the first purification member 30. Instead of the fuel addition from the fuel addition valve 5, the engine fuel may be added to the exhaust by adjusting the fuel injection timing of each of the fuel injection valves 4a to 4d and performing the post injection.
フィルタ32に捕集されたPMの量が所定値を超えると、フィルタ32の再生処理が開始されて燃料添加弁5からはエキゾーストマニホールド8内に向けて燃料が噴射される。この燃料添加弁5から噴射された燃料は、酸化触媒31に達すると酸化され、これにより排気温度の上昇が図られる。そして、酸化触媒31にて昇温された排気がフィルタ32に流入することにより、同フィルタ32は昇温され、これによりフィルタ32に堆積したPMが酸化処理されてフィルタ32の再生が図られる。 When the amount of PM collected by the filter 32 exceeds a predetermined value, the regeneration process of the filter 32 is started, and fuel is injected from the fuel addition valve 5 into the exhaust manifold 8. The fuel injected from the fuel addition valve 5 is oxidized when it reaches the oxidation catalyst 31, thereby increasing the exhaust temperature. The exhaust gas whose temperature has been raised by the oxidation catalyst 31 flows into the filter 32, whereby the temperature of the filter 32 is raised, whereby the PM deposited on the filter 32 is oxidized and the filter 32 is regenerated.
また、排気通路26の途中にあって、第1浄化部材30の下流には、排気を浄化する第2浄化部材40が設けられている。第2浄化部材40の内部には、還元剤を利用して排気中のNOxを還元浄化する排気浄化触媒としての選択還元型NOx触媒(以下、SCR触媒という)41が配設されている。 A second purification member 40 that purifies the exhaust gas is provided in the middle of the exhaust passage 26 and downstream of the first purification member 30. Inside the second purification member 40, a selective reduction type NOx catalyst (hereinafter referred to as SCR catalyst) 41 is disposed as an exhaust purification catalyst that reduces and purifies NOx in exhaust using a reducing agent.
さらに、排気通路26の途中にあって、第2浄化部材40の下流には、排気を浄化する第3浄化部材50が設けられている。第3浄化部材50の内部には、排気中のアンモニアを浄化するアンモニア酸化触媒51が配設されている。 Further, a third purification member 50 for purifying exhaust gas is provided in the middle of the exhaust passage 26 and downstream of the second purification member 40. Inside the third purification member 50, an ammonia oxidation catalyst 51 for purifying ammonia in the exhaust is disposed.
エンジン1には、アンモニア成分を含む還元剤である尿素水を排気に添加する還元剤供給機構としての尿素水供給機構200が設けられている。尿素水供給機構200は、尿素水を貯留するタンク210、排気通路26内に尿素水を噴射供給する尿素添加弁230、尿素添加弁230とタンク210とに接続されておりタンク210内の尿素水を尿素添加弁230に供給する尿素水通路240、尿素水通路240の途中に設けられたポンプ220等で構成されている。 The engine 1 is provided with a urea water supply mechanism 200 as a reducing agent supply mechanism for adding urea water, which is a reducing agent containing an ammonia component, to exhaust gas. The urea water supply mechanism 200 is connected to a tank 210 that stores urea water, a urea addition valve 230 that injects urea water into the exhaust passage 26, a urea addition valve 230, and the tank 210. Is supplied to the urea addition valve 230, and a pump 220 and the like provided in the middle of the urea water passage 240.
尿素添加弁230は、第1浄化部材30と第2浄化部材40との間の排気通路26に設けられており、その噴射孔はSCR触媒41に向かって開口されている。この尿素添加弁230の弁部が開弁されると、尿素水通路240を介して排気通路26内に尿素水が噴射される。 The urea addition valve 230 is provided in the exhaust passage 26 between the first purification member 30 and the second purification member 40, and the injection hole is opened toward the SCR catalyst 41. When the valve portion of the urea addition valve 230 is opened, urea water is injected into the exhaust passage 26 via the urea water passage 240.
ポンプ220は電動式のポンプであり、正回転時には、タンク210から尿素添加弁230に向けて尿素水を送液する。一方、逆回転時には、尿素添加弁230からタンク210に向けて尿素水を送液する。つまり、ポンプ220の逆回転時には、尿素添加弁230及び尿素水通路240から尿素水が回収されてタンク210に戻される。 The pump 220 is an electric pump, and at the time of forward rotation, the urea water is fed from the tank 210 toward the urea addition valve 230. On the other hand, during reverse rotation, urea water is sent from the urea addition valve 230 toward the tank 210. That is, during reverse rotation of the pump 220, urea water is collected from the urea addition valve 230 and the urea water passage 240 and returned to the tank 210.
また、尿素添加弁230とSCR触媒41との間の排気通路26内には、尿素添加弁230から噴射された尿素水を分散させることにより同尿素水の霧化を促進する分散板60が設けられている。 A dispersion plate 60 is provided in the exhaust passage 26 between the urea addition valve 230 and the SCR catalyst 41 to promote atomization of the urea water by dispersing the urea water injected from the urea addition valve 230. It has been.
尿素添加弁230から噴射された尿素水は、排気熱を利用した加水分解によってアンモニアに変化し、SCR触媒41にて吸着される。そしてSCR触媒41に吸着されたアンモニアによりNOxが還元浄化される。 The urea water injected from the urea addition valve 230 is converted to ammonia by hydrolysis using exhaust heat and is adsorbed by the SCR catalyst 41. Then, NOx is reduced and purified by the ammonia adsorbed on the SCR catalyst 41.
ここで、エンジン1から排出された排気が上記酸化触媒31を通過する際には、排気に含まれるNOの一部が酸化されてNO2に変化する。そのため、酸化触媒31を通過した後の排気のNO2比率は、酸化触媒31を通過する前の排気のNO2比率と比べて高くなり、SCR触媒41に流入する排気のNO2比率は上述した最適値(50%)に近づくようになる。こうした酸化触媒31によるNOの酸化作用により、SCR触媒41では上記式(1)で示した化学反応が進むようになり、同SCR触媒41では、NOxの浄化効率が向上する。 Here, when the exhaust discharged from the engine 1 passes through the oxidation catalyst 31, a part of NO contained in the exhaust is oxidized and changed to NO2. Therefore, the NO2 ratio of the exhaust after passing through the oxidation catalyst 31 is higher than the NO2 ratio of the exhaust before passing through the oxidation catalyst 31, and the NO2 ratio of the exhaust flowing into the SCR catalyst 41 is the optimum value ( 50%). Due to the oxidation of NO by the oxidation catalyst 31, the chemical reaction represented by the above formula (1) proceeds in the SCR catalyst 41, and the NOx purification efficiency is improved in the SCR catalyst 41.
この他、エンジン1には排気再循環装置(以下、EGR装置という)が備えられている。このEGR装置は、排気の一部を吸入空気に導入することで気筒内の燃焼温度を低下させ、NOxの発生量を低減させる装置である。この排気再循環装置は、吸気通路3とエキゾーストマニホールド8とを連通するEGR通路13、同EGR通路13に設けられたEGR弁15、及びEGRクーラ14等により構成されている。EGR弁15の開度が調整されることにより排気通路26から吸気通路3に導入される排気還流量、いわゆる外部EGR量が調量される。また、EGRクーラ14によってEGR通路13内を流れる排気の温度が低下される。 In addition, the engine 1 is provided with an exhaust gas recirculation device (hereinafter referred to as an EGR device). This EGR device is a device that reduces the combustion temperature in the cylinder by introducing a part of the exhaust gas into the intake air, thereby reducing the amount of NOx generated. This exhaust gas recirculation device includes an EGR passage 13 that communicates the intake passage 3 and the exhaust manifold 8, an EGR valve 15 provided in the EGR passage 13, an EGR cooler 14, and the like. By adjusting the opening degree of the EGR valve 15, the exhaust gas recirculation amount introduced into the intake passage 3 from the exhaust passage 26, that is, the so-called external EGR amount is adjusted. Further, the temperature of the exhaust gas flowing through the EGR passage 13 is lowered by the EGR cooler 14.
エンジン1には、機関運転状態を検出するための各種センサやスイッチが取り付けられている。例えば、エアフロメータ19は吸気通路3内の吸入空気量GAを検出する。絞り弁開度センサ20は吸気絞り弁16の開度を検出する。クランク角センサ21はクランクシャフトの回転角度を検出し、その検出信号に基づいて機関回転速度NEが算出される。アクセル操作量センサ22はアクセルペダル(アクセル操作部材)の踏み込み量、すなわちアクセル操作量ACCPを検出する。外気温度センサ23は、外気温度THoutを検出する。車速センサ24はエンジン1が搭載された車両の車速SPDを検出する。イグニッションスイッチ(IG)25は、車両の運転者によってエンジン1の始動操作及び停止操作が行われる。 Various sensors and switches for detecting the engine operating state are attached to the engine 1. For example, the air flow meter 19 detects the intake air amount GA in the intake passage 3. The throttle valve opening sensor 20 detects the opening of the intake throttle valve 16. The crank angle sensor 21 detects the rotation angle of the crankshaft, and the engine rotation speed NE is calculated based on the detection signal. The accelerator operation amount sensor 22 detects an amount of depression of an accelerator pedal (accelerator operation member), that is, an accelerator operation amount ACCP. The outside air temperature sensor 23 detects the outside air temperature THout. The vehicle speed sensor 24 detects the vehicle speed SPD of the vehicle on which the engine 1 is mounted. The ignition switch (IG) 25 is operated to start and stop the engine 1 by a driver of the vehicle.
また、酸化触媒31の上流に設けられた第1排気温度センサ100は、酸化触媒31に流入する前の排気温度である第1排気温度TH1を検出する。酸化触媒31とフィルタ32との間には、フィルタ32に流入する前の排気温度である第2排気温度TH2を検出する第2排気温度センサ120が設けられている。差圧センサ110は、フィルタ32の上流及び下流の排気圧の圧力差ΔPを検出する。 The first exhaust temperature sensor 100 provided upstream of the oxidation catalyst 31 detects the first exhaust temperature TH1 that is the exhaust temperature before flowing into the oxidation catalyst 31. Between the oxidation catalyst 31 and the filter 32, a second exhaust temperature sensor 120 that detects a second exhaust temperature TH2 that is an exhaust temperature before flowing into the filter 32 is provided. The differential pressure sensor 110 detects the pressure difference ΔP between the exhaust pressure upstream and downstream of the filter 32.
第1浄化部材30と第2浄化部材40との間の排気通路26にあって、尿素添加弁230の上流には、第3排気温度センサ130が設けられている。第3排気温度センサ130は、SCR触媒41に流入する前の排気温度である第3排気温度TH3を検出する。 A third exhaust temperature sensor 130 is provided in the exhaust passage 26 between the first purification member 30 and the second purification member 40 and upstream of the urea addition valve 230. The third exhaust temperature sensor 130 detects a third exhaust temperature TH3 that is the exhaust temperature before flowing into the SCR catalyst 41.
第3浄化部材50よりも下流の排気通路26には、SCR触媒41を通過した後の排気温度である第4排気温度TH4を検出する第4排気温度センサ140や、SCR触媒41を通過した後の排気中のNOx量を検出するNOxセンサ150などが設けられている。 In the exhaust passage 26 downstream of the third purification member 50, after passing through the SCR catalyst 41, the fourth exhaust temperature sensor 140 that detects the fourth exhaust temperature TH 4 that is the exhaust temperature after passing through the SCR catalyst 41. A NOx sensor 150 for detecting the amount of NOx in the exhaust gas is provided.
これら各種センサ等の出力は制御装置80に入力される。この制御装置80は、中央処理制御装置(CPU)、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ(ROM)、CPUの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ(RAM)、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。 Outputs from these various sensors are input to the control device 80. The control device 80 includes a central processing control device (CPU), a read-only memory (ROM) that stores various programs and maps in advance, a random access memory (RAM) that temporarily stores CPU calculation results, a timer counter, an input The microcomputer is mainly configured with an interface, an output interface, and the like.
そして、制御装置80により、例えば燃料噴射弁4a〜4dや燃料添加弁5の燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御、サプライポンプ10の吐出圧力制御、吸気絞り弁16を開閉するアクチュエータ17の駆動量制御、EGR弁15の開度制御等、エンジン1の各種制御が行われる。 Then, the control device 80 controls, for example, the fuel injection amount control and fuel injection timing control of the fuel injection valves 4a to 4d and the fuel addition valve 5, the discharge pressure control of the supply pump 10, and the drive amount of the actuator 17 that opens and closes the intake throttle valve 16. Various controls of the engine 1 such as control and opening control of the EGR valve 15 are performed.
また、制御装置80は、排気浄化制御の一つとして、上記尿素添加弁230による尿素水の添加制御を行う。この添加制御では、制御装置80にて、エンジン1から排出されるNOxを還元処理するために過不足の無い尿素添加量が機関運転状態等に基づいて算出される。そして、算出された尿素添加量が尿素添加弁230から噴射されるように、尿素添加弁230の開弁状態が制御される。 Further, the control device 80 performs urea water addition control by the urea addition valve 230 as one of exhaust purification control. In this addition control, the control device 80 calculates a urea addition amount with no excess or deficiency in order to reduce NOx discharged from the engine 1 based on the engine operating state or the like. Then, the open state of the urea addition valve 230 is controlled so that the calculated urea addition amount is injected from the urea addition valve 230.
また、制御装置80は、SCR触媒41や尿素水供給機構200等で構成される排気浄化機構によって行われるNOx浄化について、異常の有無を判定する異常診断装置を構成している。 In addition, the control device 80 constitutes an abnormality diagnosis device that determines whether or not there is an abnormality in the NOx purification performed by the exhaust purification mechanism including the SCR catalyst 41, the urea water supply mechanism 200, and the like.
そうした異常判定について、制御装置80は、SCR触媒41に流入する排気中のNOx量を第1NOx量N1とし、これを機関運転状態に基づいて算出する。すなわち、燃料噴射弁4a〜4dから噴射される燃料噴射量、燃料の噴射時期、機関回転速度、及び空燃比に関与する吸入空気量GA等に基づいてエンジン1の気筒内で発生するNOx量を算出し、その算出値を第1NOx量N1とする。また、SCR触媒41よりも下流の排気通路26に設けられたNOxセンサ150によって検出されるNOx量、つまりSCR触媒41によって浄化された排気中のNOx量を第2NOx量N2とし、次式(2)からNOx浄化率CFを算出する。 For such abnormality determination, the control device 80 sets the NOx amount in the exhaust gas flowing into the SCR catalyst 41 as the first NOx amount N1, and calculates this based on the engine operating state. That is, the amount of NOx generated in the cylinder of the engine 1 based on the fuel injection amount injected from the fuel injection valves 4a to 4d, the fuel injection timing, the engine rotational speed, the intake air amount GA related to the air-fuel ratio, and the like. The calculated value is set as the first NOx amount N1. Further, the NOx amount detected by the NOx sensor 150 provided in the exhaust passage 26 downstream of the SCR catalyst 41, that is, the NOx amount in the exhaust gas purified by the SCR catalyst 41 is defined as the second NOx amount N2, and the following equation (2 ) To calculate the NOx purification rate CF.
NOx浄化率CF=(第1NOx量N1−第2NOx量N2)/第1NOx量N1×100(%) ・・・(2)
そして、算出されたNOx浄化率CFが異常判定値α以下のときには、排気浄化機構によって行われるNOx浄化に異常ありと判定する。
NOx purification rate CF = (first NOx amount N1−second NOx amount N2) / first NOx amount N1 × 100 (%) (2)
When the calculated NOx purification rate CF is equal to or less than the abnormality determination value α, it is determined that there is an abnormality in the NOx purification performed by the exhaust purification mechanism.
ところで、熱劣化がそれほど進んでない酸化触媒31では、触媒床温が低い領域においてアルミナ上にNOxが吸着する。一方、触媒床温が高い領域では、吸着したNOxの分子間運動が活発になり、吸着したNOxは酸化触媒31から脱離するようになる。 By the way, in the oxidation catalyst 31 in which thermal deterioration does not progress so much, NOx is adsorbed on alumina in a region where the catalyst bed temperature is low. On the other hand, in the region where the catalyst bed temperature is high, the intermolecular movement of the adsorbed NOx becomes active, and the adsorbed NOx is desorbed from the oxidation catalyst 31.
図2に示すように、算出値である上記第1NOx量N1からSCR触媒41に流入する排気中の実NOx量NRを減じた値をNOx量誤差ΔN1(ΔN1=N1−NR)とした場合、上述した酸化触媒31でのNOxの吸着や脱離が起きると、NOx量誤差ΔN1は、「0」を中心としてプラス側やマイナス側に変動する。 As shown in FIG. 2, when the value obtained by subtracting the actual NOx amount NR in the exhaust gas flowing into the SCR catalyst 41 from the first NOx amount N1 that is the calculated value is defined as NOx amount error ΔN1 (ΔN1 = N1−NR), When NOx adsorption or desorption occurs at the oxidation catalyst 31 described above, the NOx amount error ΔN1 fluctuates to the plus side or minus side with “0” as the center.
すなわち、触媒床温が低く、酸化触媒31においてNOxの吸着が起きている場合、実NOx量NRは、算出値である上記第1NOx量N1よりも少なくなるため、NOx量誤差ΔN1はプラス側の値になる。 That is, when the catalyst bed temperature is low and NOx adsorption is occurring in the oxidation catalyst 31, the actual NOx amount NR is smaller than the calculated first NOx amount N1, and therefore the NOx amount error ΔN1 is on the plus side. Value.
一方、触媒床温が高く、酸化触媒31においてNOxの脱離が起きている場合、実NOx量NRは、算出値である上記第1NOx量N1よりも多くなるため、NOx量誤差ΔN1はマイナス側の値になる。 On the other hand, when the catalyst bed temperature is high and NOx desorption occurs in the oxidation catalyst 31, the actual NOx amount NR is larger than the calculated first NOx amount N1, and therefore the NOx amount error ΔN1 is negative. Value.
こうしたNOx量誤差ΔN1の変動に同期して、NOx浄化率CFも変動する。
すなわち、酸化触媒31においてNOxの吸着が起きており、NOx量誤差ΔN1がプラス側の値になるときには、実NOx量NRの減少に伴い、SCR触媒41を通過した後の排気に含まれるNOx量も少なくなる。従って、NOx量誤差ΔN1が「0」のときと比較して、NOx浄化率CFは高くなる。
The NOx purification rate CF also varies in synchronization with the variation of the NOx amount error ΔN1.
That is, when NOx adsorption occurs in the oxidation catalyst 31 and the NOx amount error ΔN1 becomes a positive value, the amount of NOx contained in the exhaust gas after passing through the SCR catalyst 41 is decreased as the actual NOx amount NR decreases. Less. Therefore, the NOx purification rate CF is higher than when the NOx amount error ΔN1 is “0”.
一方、酸化触媒31においてNOxの脱離が起きており、NOx量誤差ΔN1がマイナス側の値になるときに、実NOx量NRの増大とSCR触媒41に吸着されているアンモニア量の不足とが重なると、SCR触媒41を通過した後の排気に含まれるNOx量は増加する。従って、NOx量誤差ΔN1が「0」のときと比較して、NOx浄化率CFは低くなる。ここで、図2に丸印Eにて示すように、低下したNOx浄化率CFが異常判定値α以下であると、そうしたNOx浄化率CFの低下が、酸化触媒31での脱離現象に起因した一時的なものであって排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、NOx浄化に異常ありと誤判定されてしまう。 On the other hand, when NOx desorption occurs in the oxidation catalyst 31 and the NOx amount error ΔN1 becomes a negative value, an increase in the actual NOx amount NR and a shortage of the ammonia amount adsorbed on the SCR catalyst 41 occur. If they overlap, the amount of NOx contained in the exhaust after passing through the SCR catalyst 41 increases. Therefore, the NOx purification rate CF is lower than when the NOx amount error ΔN1 is “0”. Here, as indicated by a circle E in FIG. 2, when the reduced NOx purification rate CF is equal to or less than the abnormality determination value α, such a decrease in the NOx purification rate CF is caused by the desorption phenomenon at the oxidation catalyst 31. Even if the exhaust purification mechanism itself is not abnormal, it is erroneously determined that the NOx purification is abnormal.
ここで、エンジン1に酸化触媒31が装着されてから同酸化触媒31に加えられた熱負荷(熱量)を積算した総熱負荷値THLが大きくなるにつれて、酸化触媒31の熱劣化度は高くなっていく。そして、総熱負荷値THLがある値(THLD)に達して酸化触媒31の熱劣化度がある値(A1)にまで達すると、それ以降、NOx量誤差ΔN1の変動幅やNOx浄化率CFの変動幅は小さくなり、上記誤判定も起きにくくなる。 Here, the degree of thermal degradation of the oxidation catalyst 31 increases as the total heat load value THL obtained by integrating the heat load (heat amount) applied to the oxidation catalyst 31 after the oxidation catalyst 31 is mounted on the engine 1 increases. To go. When the total thermal load value THL reaches a certain value (THLD) and reaches a certain value (A1), the fluctuation range of the NOx amount error ΔN1 and the NOx purification rate CF are thereafter increased. The fluctuation range becomes smaller and the erroneous determination is less likely to occur.
こうした変動幅の減少は、酸化触媒31の熱劣化がある程度以上に進行すると、酸化触媒31におけるNOxの吸着現象や脱離現象がほとんど起きなくなるために起きるものである。なお、こうした吸着現象や脱離現象の消失は、酸化触媒31の総熱負荷値THLが大きくなるにつれて、アルミナが焼結して表面積が低下するため、あるいは塩基点に硫黄が吸着されることによりNOxの吸着点が減少するためであると推測される。 Such a decrease in fluctuation width occurs because the NOx adsorption phenomenon and the desorption phenomenon hardly occur in the oxidation catalyst 31 when the thermal degradation of the oxidation catalyst 31 proceeds to a certain extent. The disappearance of the adsorption phenomenon and the desorption phenomenon is caused by the fact that the alumina is sintered and the surface area is reduced as the total heat load value THL of the oxidation catalyst 31 is increased, or sulfur is adsorbed at the base point. It is presumed that the NOx adsorption point decreases.
そこで、本実施形態では、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、上述した脱離現象に起因した一時的なNOx浄化率CFの低下により、NOx浄化に異常ありと誤判定されてしまうことを抑えるために、上記異常判定値αを適切に可変設定するようにしている。 Therefore, in this embodiment, although there is no abnormality in the exhaust purification mechanism itself, it is erroneously determined that there is an abnormality in NOx purification due to a temporary decrease in the NOx purification rate CF due to the above-described desorption phenomenon. In order to suppress this, the abnormality determination value α is appropriately variably set.
以下、図3及び図4を参照して、異常判定値αの設定処理についてその手順を説明する。なお、本処理は、制御装置80によって所定周期毎に実行される。
本処理が開始されるとまず、SCR触媒41のアンモニア吸着量NHが吸着量判定値NHDを超えているか否かが判定される(S100)。
Hereinafter, the procedure for setting the abnormality determination value α will be described with reference to FIGS. This process is executed by the control device 80 at predetermined intervals.
When this process is started, first, it is determined whether or not the ammonia adsorption amount NH of the SCR catalyst 41 exceeds the adsorption amount determination value NHD (S100).
アンモニア吸着量NHは、尿素添加量や排気温度などに基づいて算出される。また、SCR触媒41に吸着されているアンモニアの量が一時的に少ない状態になると、エンジン1で発生したNOxを十分に浄化することができず、NOx浄化率CFが異常判定値α以下になるおそれがある。そこで、吸着量判定値NHDには、アンモニア吸着量NHが吸着量判定値NHD以下であることに基づき、一時的ではあるものの、現在のアンモニア吸着量NHが、エンジン1で発生したNOxを十分に浄化することができない程度に少ない量であると判定することのできる値が設定されている。 The ammonia adsorption amount NH is calculated based on the urea addition amount, the exhaust temperature, and the like. Further, if the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst 41 is temporarily reduced, NOx generated in the engine 1 cannot be sufficiently purified, and the NOx purification rate CF becomes equal to or less than the abnormality determination value α. There is a fear. Therefore, the adsorption amount determination value NHD is temporarily based on the fact that the ammonia adsorption amount NH is equal to or less than the adsorption amount determination value NHD, but the current ammonia adsorption amount NH is sufficient for the NOx generated in the engine 1. A value that can be determined to be an amount that cannot be purified is set.
そして、アンモニア吸着量NHが吸着量判定値NHDを超えているときには(S100:YES)、図4に示すように、異常判定値αとして、可変とされる異常判定値αの中で最も高い第1判定値α1が設定される(S130)。そして、本処理は一旦終了される。 When the ammonia adsorption amount NH exceeds the adsorption amount determination value NHD (S100: YES), as shown in FIG. 4, the abnormality determination value α is the highest among the variable abnormality determination values α. 1 determination value α1 is set (S130). And this process is once complete | finished.
一方、アンモニア吸着量NHが吸着量判定値NHD以下であるときには(S100:YNO)、酸化触媒31の上記総熱負荷値THLが熱負荷判定値THLD以下であるか否かが判定される(S110)。 On the other hand, when the ammonia adsorption amount NH is equal to or less than the adsorption amount determination value NHD (S100: YNO), it is determined whether or not the total heat load value THL of the oxidation catalyst 31 is equal to or less than the heat load determination value THLD (S110). ).
総熱負荷値THLは、酸化触媒31よりも下流の排気通路26に設けられた第2排気温度センサ120の検出値を使って算出される。例えば、第2排気温度センサ120の検出値であって、酸化触媒31を通過した排気の温度である上記第2排気温度TH2が高いときほど値が大きくなる温度カウント値を用意しておく。そして、予め定められた周期毎に、そのときの第2排気温度TH2に応じた温度カウント値を求めるとともに、温度カウント値の積算値を算出し、その積算値を現在の総熱負荷値THLとする。また、熱負荷判定値THLDは、総熱負荷値THLがその熱負荷判定値THLD以下であることに基づき、酸化触媒31においてNOxの吸着及び脱離が起きると判定することのできる値が設定されている。 The total heat load value THL is calculated using the detection value of the second exhaust temperature sensor 120 provided in the exhaust passage 26 downstream of the oxidation catalyst 31. For example, a temperature count value that is a detected value of the second exhaust temperature sensor 120 and that increases as the second exhaust temperature TH2 that is the temperature of the exhaust gas that has passed through the oxidation catalyst 31 is higher is prepared. Then, for each predetermined cycle, a temperature count value corresponding to the second exhaust temperature TH2 at that time is obtained, an integrated value of the temperature count value is calculated, and the integrated value is set as the current total heat load value THL. To do. The thermal load determination value THLD is set to a value that can be determined that NOx adsorption and desorption occurs in the oxidation catalyst 31 based on the total thermal load value THL being equal to or less than the thermal load determination value THLD. ing.
そして、総熱負荷値THLが熱負荷判定値THLDを超えているときには(S110:NO)、図4に示すように、異常判定値αとして、上記第1判定値α1よりも低い値である第2判定値α2が設定される(S140)。そして、本処理は一旦終了される。 When the total thermal load value THL exceeds the thermal load determination value THLD (S110: NO), as shown in FIG. 4, the abnormality determination value α is a value that is lower than the first determination value α1. 2 determination value α2 is set (S140). And this process is once complete | finished.
一方、総熱負荷値THLが熱負荷判定値THLD以下であるときには(S110:YES)、第2排気温度TH2が温度判定値THD以上であるか否かが判定される(S120)。温度判定値THDは、第2排気温度TH2がその温度判定値THD以上であることに基づき、酸化触媒31の温度が、同酸化触媒31からNOxが脱離する温度になっていることを判定することのできる値が設定されている。 On the other hand, when the total heat load value THL is equal to or lower than the heat load determination value THLD (S110: YES), it is determined whether or not the second exhaust temperature TH2 is equal to or higher than the temperature determination value THD (S120). The temperature determination value THD determines that the temperature of the oxidation catalyst 31 is a temperature at which NOx is desorbed from the oxidation catalyst 31 based on the second exhaust temperature TH2 being equal to or higher than the temperature determination value THD. A value that can be used is set.
そして、第2排気温度TH2が温度判定値THD未満であるときには(S120:NO)、異常判定値αとして上記第2判定値α2が設定される(S140)。そして、本処理は一旦終了される。 When the second exhaust temperature TH2 is lower than the temperature determination value THD (S120: NO), the second determination value α2 is set as the abnormality determination value α (S140). And this process is once complete | finished.
一方、第2排気温度TH2が温度判定値THD以上であるときには(S120:YES)、図4に示すように、異常判定値αとして、上記第2判定値α2よりも低い値である第3判定値α3が設定される(S150)。そして、本処理は一旦終了される。 On the other hand, when the second exhaust temperature TH2 is equal to or higher than the temperature determination value THD (S120: YES), as shown in FIG. 4, the abnormality determination value α is a third determination that is lower than the second determination value α2. The value α3 is set (S150). And this process is once complete | finished.
次に、上記設定処理の作用を説明する。
酸化触媒31に吸着されたNOxが脱離する条件が成立していたとしても、SCR触媒41に吸着されているアンモニアの量が十分にあれば、酸化触媒31から脱離したNOxをSCR触媒41で浄化することができるため、NOx浄化率CFが異常判定値α以下にまで低下することは抑えられる。逆に、SCR触媒41に吸着されているアンモニアの量が十分に足りていないと、酸化触媒31から脱離したNOxをSCR触媒41で十分に浄化することができないため、NOx浄化率CFが異常判定値α以下にまで低下するおそれがある。
Next, the operation of the setting process will be described.
Even if the condition for desorbing NOx adsorbed on the oxidation catalyst 31 is satisfied, if the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst 41 is sufficient, the NOx desorbed from the oxidation catalyst 31 is removed. Therefore, it is possible to suppress the NOx purification rate CF from being lowered to the abnormality determination value α or less. Conversely, if the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst 41 is not sufficient, the NOx desorbed from the oxidation catalyst 31 cannot be sufficiently purified by the SCR catalyst 41, and therefore the NOx purification rate CF is abnormal. There is a possibility that the value falls below the determination value α.
そこで、上記設定処理では、SCR触媒41のアンモニア吸着量NHが吸着量判定値NHD以下であるという条件が成立しており(S100:YES)、かつ酸化触媒31に吸着されたNOxの脱離条件が成立するときには(S110:YES、S120:YES)、異常判定値αの値は、最も低い第3判定値α3に設定される。従って、酸化触媒31からのNOx脱離に起因する一時的なNOx浄化率CFの低下が起きる場合に、NOx浄化率CFが異常判定値α以下になることが抑えられる。 Therefore, in the setting process, the condition that the ammonia adsorption amount NH of the SCR catalyst 41 is equal to or less than the adsorption amount determination value NHD is satisfied (S100: YES), and the desorption condition of NOx adsorbed on the oxidation catalyst 31 is satisfied. Is established (S110: YES, S120: YES), the value of the abnormality determination value α is set to the lowest third determination value α3. Therefore, when the NOx purification rate CF temporarily decreases due to NOx desorption from the oxidation catalyst 31, the NOx purification rate CF can be suppressed from being equal to or less than the abnormality determination value α.
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)酸化触媒31に吸着されたNOxが脱離する条件が成立しており、かつアンモニア吸着量NHが吸着量判定値NHD以下であるという条件が成立するときには、それら各条件がともに成立しないときと比較して、異常判定値αの値を低くするようにしている。そのため、酸化触媒31からのNOx脱離に起因する一時的なNOx浄化率CFの低下が起きる場合に、NOx浄化率CFが異常判定値α以下になることが抑えられる。従って、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、NOx浄化に異常ありと誤判定されることを抑えることができる。
According to this embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) When the condition that the NOx adsorbed on the oxidation catalyst 31 is desorbed is satisfied and the condition that the ammonia adsorption amount NH is equal to or less than the adsorption amount determination value NHD is satisfied, neither of these conditions is satisfied. Compared to the time, the value of the abnormality determination value α is lowered. Therefore, when the NOx purification rate CF temporarily decreases due to NOx desorption from the oxidation catalyst 31, it is possible to suppress the NOx purification rate CF from being equal to or lower than the abnormality determination value α. Accordingly, it is possible to suppress erroneous determination that the NOx purification is abnormal even though the exhaust purification mechanism itself has no abnormality.
(2)酸化触媒31におけるNOxの吸着及び脱離現象は、酸化触媒31の熱劣化があまり進行していない状態のときに起きやすい。また、酸化触媒31の熱劣化があまり進行していない状態であっても、酸化触媒31の温度がある温度以下の場合には、NOxの吸着は起きるものの脱離は起きにくい。ここで、酸化触媒31の熱劣化の度合は、酸化触媒31の熱負荷を積算した総熱負荷値THLが大きいときほど高くなる。また、そうした熱負荷は、酸化触媒31よりも下流の排気通路26に設けられた第2排気温度センサ120の検出値を使って算出することが可能である。そして、NOxの脱離が起きる程度に酸化触媒31の温度が高いか否かは、同第2排気温度センサ120の検出値に基づいて判定可能である。 (2) The NOx adsorption and desorption phenomenon in the oxidation catalyst 31 is likely to occur when the thermal degradation of the oxidation catalyst 31 is not progressing so much. Further, even when the thermal degradation of the oxidation catalyst 31 is not progressing so much, if the temperature of the oxidation catalyst 31 is equal to or lower than a certain temperature, adsorption of NOx occurs, but desorption does not easily occur. Here, the degree of thermal deterioration of the oxidation catalyst 31 increases as the total heat load value THL obtained by integrating the heat load of the oxidation catalyst 31 increases. Further, such a heat load can be calculated using a detection value of the second exhaust temperature sensor 120 provided in the exhaust passage 26 downstream of the oxidation catalyst 31. Whether or not the temperature of the oxidation catalyst 31 is high enough to cause NOx desorption can be determined based on the detection value of the second exhaust temperature sensor 120.
そこで、酸化触媒31の熱負荷を積算した総熱負荷値THLを第2排気温度センサ120の検出値を使って算出している。また、総熱負荷値THLが熱負荷判定値THLD以下であり、かつ第2排気温度センサ120の検出値が温度判定値THD以上であるという条件が成立するときには、酸化触媒31に吸着されたNOxが脱離する条件が成立していると判定するようにしている。従って、酸化触媒31に吸着されたNOxが脱離する条件が成立しているか否かを適切に判定することができる。 Therefore, the total heat load value THL obtained by integrating the heat load of the oxidation catalyst 31 is calculated using the detection value of the second exhaust temperature sensor 120. Further, when the condition that the total heat load value THL is equal to or less than the heat load determination value THLD and the detection value of the second exhaust temperature sensor 120 is equal to or greater than the temperature determination value THD, NOx adsorbed on the oxidation catalyst 31 is satisfied. It is determined that the condition for desorbing is established. Therefore, it is possible to appropriately determine whether or not the condition for desorbing NOx adsorbed on the oxidation catalyst 31 is satisfied.
(3)アンモニア吸着量NHが吸着量判定値NHD以下であるという条件が成立しないときに設定される異常判定値αを第1判定値α1とする。そして、アンモニア吸着量NHが吸着量判定値NHD以下であるという条件が成立しており(S100:NO)、かつ酸化触媒31に吸着されたNOxが脱離する条件が成立しないときには(S110:NO)、異常判定値αとして第1判定値α1よりも低い値である第2判定値α2を設定するようにしている。 (3) The abnormality determination value α that is set when the condition that the ammonia adsorption amount NH is equal to or less than the adsorption amount determination value NHD is not satisfied is defined as a first determination value α1. When the condition that the ammonia adsorption amount NH is equal to or less than the adsorption amount determination value NHD is satisfied (S100: NO), and the condition for desorbing NOx adsorbed on the oxidation catalyst 31 is not satisfied (S110: NO). ), The second determination value α2 that is lower than the first determination value α1 is set as the abnormality determination value α.
従って、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、SCR触媒41に吸着されたアンモニアの量が吸着量判定値NHD以下に少なく、浄化可能なNOx量が少ないとき、つまりNOx浄化率CFが低下しやすいときには、異常判定値αとして、第1判定値α1よりも低い値である第2判定値α2が設定される。そのため、NOx浄化率CFが異常判定値α以下になることを抑えることができ、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、NOx浄化に異常ありと誤判定されることを抑えることができる。 Therefore, when there is no abnormality in the exhaust purification mechanism itself, the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst 41 is less than the adsorption amount determination value NHD and the amount of NOx that can be purified is small, that is, the NOx purification rate CF. Is likely to decrease, a second determination value α2 that is lower than the first determination value α1 is set as the abnormality determination value α. Therefore, it is possible to suppress the NOx purification rate CF from being equal to or less than the abnormality determination value α, and to prevent erroneous determination that the NOx purification is abnormal even though there is no abnormality in the exhaust purification mechanism itself. it can.
また、アンモニア吸着量NHが吸着量判定値NHD以下であるという条件が成立しており(S100:NO)、かつ酸化触媒31に吸着されたNOxが脱離する条件が成立するとき(S110:YES、及びS120:YES)、つまりNOx浄化率CFが更に低下しやすいときには、次のように異常判定値αを設定する。すなわち、異常判定値αとして、第2判定値α2よりも低い値である第3判定値α3を設定するようにしている。従って、この場合にも、NOx浄化率CFが異常判定値α以下になることを抑えることができ、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、NOx浄化に異常ありと誤判定されることを抑えることができる。 Further, when the condition that the ammonia adsorption amount NH is equal to or less than the adsorption amount determination value NHD is satisfied (S100: NO), and the condition that the NOx adsorbed on the oxidation catalyst 31 is desorbed is satisfied (S110: YES). And S120: YES), that is, when the NOx purification rate CF is more likely to decrease, the abnormality determination value α is set as follows. That is, the third determination value α3, which is lower than the second determination value α2, is set as the abnormality determination value α. Accordingly, in this case as well, it is possible to suppress the NOx purification rate CF from being equal to or less than the abnormality determination value α, and it is erroneously determined that there is an abnormality in NOx purification even though there is no abnormality in the exhaust purification mechanism itself. That can be suppressed.
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、異常判定値αを3段階に変更するようにしたが、2段階に変更するようにしてもよい。
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
In the above embodiment, the abnormality determination value α is changed to three levels, but may be changed to two levels.
例えば、図5に示すように、アンモニア吸着量NHが吸着量判定値NHD以下であっても、酸化触媒31に吸着されたNOxが脱離する条件が成立しないときには、異常判定値αを、アンモニア吸着量NHが吸着量判定値NHDを超えているときに設定される判定値αAと同じにする。一方、アンモニア吸着量NHが吸着量判定値NHD以下であり、かつ酸化触媒31に吸着されたNOxが脱離する条件が成立するときには、異常判定値αを、上記判定値αAよりも低い判定値αBに設定するようにしてもよい。 For example, as shown in FIG. 5, even if the ammonia adsorption amount NH is equal to or less than the adsorption amount determination value NHD, if the condition for desorbing NOx adsorbed on the oxidation catalyst 31 is not satisfied, the abnormality determination value α is set to ammonia. This is the same as the determination value αA set when the adsorption amount NH exceeds the adsorption amount determination value NHD. On the other hand, when the ammonia adsorption amount NH is equal to or smaller than the adsorption amount determination value NHD and the condition that the NOx adsorbed to the oxidation catalyst 31 is desorbed is satisfied, the abnormality determination value α is set to a determination value lower than the determination value αA. You may make it set to (alpha) B.
また、異常判定値αを4段階以上に変更するようにしてもよい。
・酸化触媒31の総熱負荷値THLは、エンジン1を搭載した車両の総走行距離が長くなるほど大きくなる傾向がある。そこで、より簡易的には、エンジン1を搭載した車両の総走行距離に基づいて総熱負荷値THLを求めるようにしてもよい。
Further, the abnormality determination value α may be changed in four or more stages.
The total heat load value THL of the oxidation catalyst 31 tends to increase as the total travel distance of the vehicle equipped with the engine 1 increases. Therefore, more simply, the total heat load value THL may be obtained based on the total travel distance of the vehicle on which the engine 1 is mounted.
・酸化触媒31、フィルタ32、SCR触媒41、及びアンモニア酸化触媒51の配設数は適宜変更することができる。
・排気温度センサやNOxセンサの配設数は適宜変更することができる。
-The arrangement | positioning number of the oxidation catalyst 31, the filter 32, the SCR catalyst 41, and the ammonia oxidation catalyst 51 can be changed suitably.
The number of exhaust temperature sensors and NOx sensors can be changed as appropriate.
・尿素水を使用するようにしたが、アンモニア成分を含む還元剤であれば、他の還元剤でもよい。 Although urea water is used, other reducing agents may be used as long as the reducing agent contains an ammonia component.
1…エンジン、2…シリンダヘッド、3…吸気通路、4a〜4d…燃料噴射弁、5…燃料添加弁、6a〜6d…排気ポート、7…インテークマニホールド、8…エキゾーストマニホールド、9…コモンレール、10…サプライポンプ、11…ターボチャージャ、13…EGR通路、14…EGRクーラ、15…EGR弁、16…吸気絞り弁、17…アクチュエータ、18…インタークーラ、19…エアフロメータ、20…絞り弁開度センサ、21…クランク角センサ、22…アクセル操作量センサ、23…外気温度センサ、24…車速センサ、25…イグニッションスイッチ、26…排気通路、27…燃料供給管、30…第1浄化部材、31…酸化触媒、32…フィルタ、40…第2浄化部材、41…選択還元型NOx触媒(SCR触媒)、50…第3浄化部材、51…アンモニア酸化触媒、60…分散板、80…制御装置、100…第1排気温度センサ、110…差圧センサ、120…第2排気温度センサ、130…第3排気温度センサ、140…第4排気温度センサ、150…NOxセンサ、200…尿素水供給機構、210…タンク、220…ポンプ、230…尿素添加弁、240…尿素水通路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 2 ... Cylinder head, 3 ... Intake passage, 4a-4d ... Fuel injection valve, 5 ... Fuel addition valve, 6a-6d ... Exhaust port, 7 ... Intake manifold, 8 ... Exhaust manifold, 9 ... Common rail, 10 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Supply pump, 11 ... Turbocharger, 13 ... EGR passage, 14 ... EGR cooler, 15 ... EGR valve, 16 ... Intake throttle valve, 17 ... Actuator, 18 ... Intercooler, 19 ... Air flow meter, 20 ... Throttle valve opening Sensors: 21 ... Crank angle sensor, 22: Accelerator operation amount sensor, 23 ... Outside air temperature sensor, 24 ... Vehicle speed sensor, 25 ... Ignition switch, 26 ... Exhaust passage, 27 ... Fuel supply pipe, 30 ... First purification member, 31 ... oxidation catalyst, 32 ... filter, 40 ... second purification member, 41 ... selective reduction type NOx catalyst (SCR catalyst), DESCRIPTION OF SYMBOLS 0 ... 3rd purification member, 51 ... Ammonia oxidation catalyst, 60 ... Dispersion plate, 80 ... Control apparatus, 100 ... 1st exhaust temperature sensor, 110 ... Differential pressure sensor, 120 ... 2nd exhaust temperature sensor, 130 ... 3rd exhaust Temperature sensor, 140, fourth exhaust temperature sensor, 150, NOx sensor, 200, urea water supply mechanism, 210, tank, 220, pump, 230, urea addition valve, 240, urea water passage.
Claims (3)
前記酸化触媒に吸着されたNOxが脱離する条件が成立しており、かつ前記NOx浄化触媒のアンモニア吸着量が所定の閾値以下であるという条件が成立するときには、前記各条件がともに成立しないときと比較して、前記異常判定値を低くする
ことを特徴とする排気浄化機構の異常診断装置。 An oxidation catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, a NOx purification catalyst provided in an exhaust passage downstream of the oxidation catalyst and purifying NOx, and a reducing agent containing an ammonia component in exhaust flowing into the NOx purification catalyst A reducing agent addition mechanism for adding NOx, and a NOx sensor provided in an exhaust passage downstream of the NOx purification catalyst, and calculates an amount of NOx in the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst, A NOx purification rate is calculated based on the calculated NOx amount and the NOx amount detected by the NOx sensor, and when the calculated NOx purification rate is equal to or less than a preset abnormality determination value, there is an abnormality in NOx purification. An abnormality diagnosis device for an exhaust purification mechanism for judging,
When the condition that the NOx adsorbed on the oxidation catalyst is desorbed is satisfied and the condition that the ammonia adsorption amount of the NOx purification catalyst is equal to or less than a predetermined threshold is satisfied, both of the above conditions are not satisfied An abnormality diagnosis device for an exhaust gas purification mechanism, wherein the abnormality determination value is made lower than that of the exhaust gas purification mechanism.
前記酸化触媒の熱負荷を積算した総熱負荷値を前記排気温度センサの検出値を使って算出するとともに、
前記総熱負荷値が所定の閾値以下であり、かつ前記排気温度センサの検出値が所定の閾値以上であるという条件が成立するときには、前記酸化触媒に吸着されたNOxが脱離する条件が成立していると判定する
請求項1に記載の排気浄化機構の異常診断装置。 An exhaust temperature sensor is provided in the exhaust passage downstream of the oxidation catalyst,
While calculating the total heat load value obtained by integrating the heat load of the oxidation catalyst using the detection value of the exhaust temperature sensor,
When the condition that the total heat load value is equal to or smaller than a predetermined threshold value and the detected value of the exhaust temperature sensor is equal to or larger than the predetermined threshold value is satisfied, the condition for desorbing NOx adsorbed on the oxidation catalyst is satisfied. The abnormality diagnosis device for an exhaust gas purification mechanism according to claim 1, wherein the abnormality diagnosis device is determined.
前記アンモニア吸着量が前記閾値以下であるという条件が成立しており、かつ前記酸化触媒に吸着されたNOxが脱離する条件が成立するときには、前記異常判定値として前記第2判定値よりも低い値である第3判定値を設定する
請求項1または2に記載の排気浄化機構の異常診断装置。 When the abnormality determination value that is set when the condition that the ammonia adsorption amount is less than or equal to a predetermined threshold value is not satisfied is the first determination value, the condition that the ammonia adsorption amount is less than or equal to the threshold value is satisfied. And when the condition for desorbing NOx adsorbed on the oxidation catalyst is not satisfied, a second determination value that is lower than the first determination value is set as the abnormality determination value.
When the condition that the ammonia adsorption amount is equal to or less than the threshold value is satisfied and the condition that NOx adsorbed to the oxidation catalyst is desorbed is satisfied, the abnormality determination value is lower than the second determination value. The exhaust gas purification mechanism abnormality diagnosis apparatus according to claim 1 or 2, wherein a third determination value that is a value is set.
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