JP6617569B2 - NOx sensor diagnostic device - Google Patents
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Description
本開示は、内燃機関の排気ガス中のNOxを還元剤により選択的に還元する還元触媒の下流側に設置されるNOxセンサの応答性を診断する技術に関する。 The present disclosure relates to a technique for diagnosing the responsiveness of a NOx sensor installed downstream of a reduction catalyst that selectively reduces NOx in exhaust gas of an internal combustion engine with a reducing agent.
従来、内燃機関の排気中のガス状態を検出する排気センサとして、排気中のNOx濃度を検出するNOxセンサが知られている。エンジンECUは、NOxセンサの出力に基づいて、例えば、燃料噴射量とEGRガス量とSCR触媒に噴射する還元剤の量等を制御してエンジン運転状態および排気ガスの浄化状態を適切に制御する。 2. Description of the Related Art Conventionally, as an exhaust sensor that detects a gas state in exhaust gas of an internal combustion engine, a NOx sensor that detects NOx concentration in exhaust gas is known. Based on the output of the NOx sensor, the engine ECU appropriately controls the engine operating state and the exhaust gas purification state by controlling, for example, the fuel injection amount, the EGR gas amount, the amount of reducing agent injected into the SCR catalyst, and the like. .
尚、ECUはElectronic Control Unitの略であり、EGRはExhaust Gas Recirculationの略であり、SCRはSelective Catalytic Reductionの略である。
NOxセンサの出力の応答性は、センサ素子の劣化等により、応答性が正常なNOxセンサに比べて低下することがある。
Note that ECU is an abbreviation for Electronic Control Unit, EGR is an abbreviation for Exhaust Gas Recirculation, and SCR is an abbreviation for Selective Catalytic Reduction.
The responsiveness of the output of the NOx sensor may be lower than that of a NOx sensor with normal responsiveness due to deterioration of the sensor element or the like.
エンジン運転状態が定常状態であり燃料噴射弁からの噴射量が一定の場合には、気筒から排出されるNOx量は変化しない。この場合、NOxセンサの応答性の遅れは問題にならない。しかし、エンジン運転状態が定常状態から過渡状態になり燃料噴射弁からの噴射量が増減する場合には、応答性の低下したNOxセンサの出力から取得するNOx濃度は、応答性の正常なNOxセンサの出力から取得するNOx濃度よりも遅れた状態になる。 When the engine operating state is a steady state and the injection amount from the fuel injection valve is constant, the NOx amount discharged from the cylinder does not change. In this case, the delay in response of the NOx sensor does not matter. However, when the engine operating state changes from a steady state to a transient state and the injection amount from the fuel injection valve increases or decreases, the NOx concentration acquired from the output of the NOx sensor with reduced responsiveness is the responsive normal NOx sensor. It becomes a state later than the NOx concentration acquired from the output of.
応答性の低下したNOxセンサの出力が示すNOx濃度に基づいて、燃料噴射量、EGRガス量、尿素水の噴射量等を制御すると、燃焼音の増加やエミッションの悪化を招くことがある。 Controlling the fuel injection amount, the EGR gas amount, the urea water injection amount, and the like based on the NOx concentration indicated by the output of the NOx sensor with reduced responsiveness may cause an increase in combustion noise and emission.
そこで、特許文献1では、応答性の正常な排気センサの正常出力と、正常な排気センサに対して応答性が所定値低下している排気センサの低下出力とを推定し、正常出力と低下出力と排気センサの実出力とに基づいて排気センサの応答性を診断しようとしている。
Therefore, in
SCR触媒の下流側に設置されるNOxセンサの実出力は、SCR触媒がNOxを還元する浄化量によって変化する。つまり、NOxセンサの実出力は、SCR触媒によるNOxの浄化量を反映した値である。実出力に対し、SCR触媒の浄化量を考慮せずに正常出力と低下出力とを推定すると、浄化量の有無により正常出力および低下出力の推定値と実出力とにずれが生じる。 The actual output of the NOx sensor installed on the downstream side of the SCR catalyst varies depending on the amount of purification by which the SCR catalyst reduces NOx. That is, the actual output of the NOx sensor is a value reflecting the amount of NOx purification by the SCR catalyst. If the normal output and the reduced output are estimated without considering the purification amount of the SCR catalyst with respect to the actual output, there is a difference between the estimated value of the normal output and the reduced output and the actual output depending on the presence or absence of the purification amount.
したがって、SCR触媒の浄化量を考慮せずに、正常出力と低下出力と実出力とに基づいて排気センサの応答性を診断する特許文献1に記載の技術をNOxセンサに適用すると、NOxセンサの応答性を適切に診断できないおそれがある。
Therefore, when the technique described in
本開示の一側面は、排気ガス中のNOxを還元剤により選択的に還元する還元触媒の下流に設置されるNOxセンサの応答性を適切に診断する技術を提供することを目的とする。 An object of one aspect of the present disclosure is to provide a technique for appropriately diagnosing the responsiveness of a NOx sensor installed downstream of a reduction catalyst that selectively reduces NOx in exhaust gas with a reducing agent.
本開示の一態様は、内燃機関(2)の排気中のNOxを還元剤により選択的に還元する還元触媒(20)の下流側に設置されるNOxセンサ(36)の応答性を診断するNOxセンサ診断装置(40)において、上流取得部(46、S402、S406)と、NOx量推定部(48、S408、S410)と、正常推定部(50、S412)と、低下推定部(52、S414)と、実出力取得部(54、S402、S416)と、診断部(58、S422〜S430)と、を備えている。 One aspect of the present disclosure diagnoses the responsiveness of the NOx sensor (36) installed downstream of the reduction catalyst (20) that selectively reduces NOx in the exhaust gas of the internal combustion engine (2) with a reducing agent. In the sensor diagnostic device (40), the upstream acquisition unit (46, S402, S406), the NOx amount estimation unit (48, S408, S410), the normal estimation unit (50, S412), and the decrease estimation unit (52, S414). ), An actual output acquisition unit (54, S402, S416), and a diagnosis unit (58, S422-S430).
上流取得部は、還元触媒の上流側のNOx量を取得する。NOx量推定部は、上流取得部が取得する上流側のNOx量から還元触媒で還元されて浄化されるNOxの浄化量を除いたNOx量を推定する。正常推定部は、NOx量推定部が推定するNOx量に基づいて、応答性が正常なNOxセンサの正常出力を推定する。低下推定部は、正常推定部が推定する正常出力よりも応答性の低い低下出力を推定する。 The upstream acquisition unit acquires the NOx amount on the upstream side of the reduction catalyst. The NOx amount estimation unit estimates the NOx amount obtained by removing the NOx purification amount that is reduced and purified by the reduction catalyst from the upstream NOx amount acquired by the upstream acquisition unit. The normal estimation unit estimates the normal output of the NOx sensor with normal responsiveness based on the NOx amount estimated by the NOx amount estimation unit. The decrease estimation unit estimates a decrease output that is less responsive than the normal output estimated by the normal estimation unit.
実出力取得部はNOxセンサの実出力を取得する。診断部は、正常出力と低下推定部が推定する低下出力と実出力取得部が取得する実出力とに基づいて、NOxセンサの応答性を診断する。 The actual output acquisition unit acquires the actual output of the NOx sensor. The diagnosis unit diagnoses the responsiveness of the NOx sensor based on the normal output, the decrease output estimated by the decrease estimation unit, and the actual output acquired by the actual output acquisition unit.
この構成によれば、上流側のNOx量から還元触媒で浄化されるNOxの浄化量を除いたNOx量に基づいて、応答性の正常なNOxセンサの正常出力と、正常出力よりも応答性の低い低下出力とを推定する。 According to this configuration, based on the NOx amount obtained by subtracting the NOx purification amount purified by the reduction catalyst from the upstream NOx amount, the normal output of the responsive normal NOx sensor and the responsiveness higher than the normal output are obtained. Estimate low drop power.
このように、還元触媒によるNOxの浄化量を考慮することにより、NOxの浄化量を考慮しない場合に比べ、正常出力と低下出力とを高精度に推定できる。これにより、正常出力と低下出力とNOxセンサの実出力とに基づいて、NOxセンサの応答性を適切に診断できる。 Thus, by considering the NOx purification amount by the reduction catalyst, it is possible to estimate the normal output and the reduced output with higher accuracy than when the NOx purification amount is not considered. Thereby, the responsiveness of the NOx sensor can be properly diagnosed based on the normal output, the reduced output, and the actual output of the NOx sensor.
尚、この欄および特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 Note that the reference numerals in parentheses described in this column and in the claims indicate the correspondence with the specific means described in the embodiment described later as one aspect, and the technical scope of the present invention. It is not limited.
以下、本発明が適用された実施形態を図に基づいて説明する。
[1.構成]
図1に示す本実施形態の排気浄化システム10は、例えば、多気筒のディーゼルエンジン2から排出される排気ガスを浄化するシステムである。以下、ディーゼルエンジン2を単にエンジン2とも言う。
Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
[1. Constitution]
An
排気浄化システム10は、スロットル弁12、EGR弁16、SCR触媒20、尿素水噴射弁30、排気温センサ32、2個のNOxセンサ34、36、ECU40等から構成されている。エンジン2には、図示しないコモンレールにより蓄圧された燃料が燃料噴射弁4から噴射される。
The
図示しないターボチャージャのコンプレッサは排気通路110に設置されたターボチャージャのタービン14により図示しないシャフトを介して回転駆動される。そして、ターボチャージャのコンプレッサで圧縮された吸気通路100の吸気は、図示しないインタークーラを通り、スロットル弁12で流量を調整され、エンジン2の各気筒に吸入される。
A turbocharger compressor (not shown) is rotationally driven by a
スロットル弁12は、低負荷領域ではEGRガスをより多く入れるために絞られるが、高負荷領域では吸気量増大やポンピングロスの低減等のために、ほぼ全開状態に保持される。エンジン2に吸入される吸気量は、図示しない吸気量センサで検出される。
The
EGR弁16は、エンジン2の吸気通路100と排気通路110とを接続するEGR通路120に設置され、排気側から吸気側に環流させるEGR量を制御する。
排気通路110には、SCR触媒20、尿素水噴射弁30、排気温センサ32、2個のNOxセンサ34、36が設置されている。
The
In the
SCR触媒20は、尿素水噴射弁30から噴射された尿素水を吸着する。SCR触媒20が吸着した尿素水は、排気温度が所定温度以上になると加水分解されることによりアンモニアと二酸化炭素とに分解する。そして加水分解により発生したアンモニアが、SCR触媒20において還元剤として作用し、NOxを還元して浄化する。
The
尿素水噴射弁30は、SCR触媒20の上流側に設置されている。尿素水噴射弁30は、ECU40により開閉を制御される電磁弁であり、開弁することにより図示しないタンク内の尿素水を噴射する。2個のNOxセンサ34、36は、それぞれSCR触媒20の上流側、下流側に設置されており、SCR触媒20の上流側、下流側のそれぞれのNOx濃度を検出する。
The urea
ECU40は、CPUと、RAM、ROM、フラッシュメモリ等の半導体メモリとを備えるマイクロコンピュータを搭載している。尚、ECU40を構成するマイクロコンピュータの数は一つでも複数でもよい。 The ECU 40 includes a microcomputer including a CPU and a semiconductor memory such as a RAM, a ROM, and a flash memory. The number of microcomputers constituting the ECU 40 may be one or more.
ECU40の各機能は、CPUがROMまたはフラッシュメモリ等の非遷移的実体的記録媒体に記憶されているプログラムを実行することにより実現される。このプログラムが実行されることにより、プログラムに対応する方法が実行される。
Each function of the
ECU40は、CPUがプログラムを実行することで実現される機能の構成として、温度取得部42と、還元剤推定部44と、上流取得部46と、NOx量推定部48と、正常推定部50と、低下推定部52と、実出力取得部54と、積算部56と、診断部58と、を備えている。
The ECU 40 includes a
ECU40を構成するこれらの要素を実現する手法は、ソフトウェアに限るものではなく、その一部または全部の要素を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いてもよい。温度取得部42と、還元剤推定部44と、上流取得部46と、NOx量推定部48と、正常推定部50と、低下推定部52と、実出力取得部54と、積算部56と、診断部58と、がそれぞれ実行する機能についは後述する。
The technique for realizing these elements constituting the
ECU40は、排気温センサ32、NOxセンサ34、36、図示しない吸気温センサ、吸気量センサ、エンジン回転数センサ、アクセル開度センサ等の各種センサの出力信号からエンジン運転状態と排気浄化状態とを取得する。そして、ECU40は、取得したエンジン運転状態と排気浄化状態とに基づき、燃料噴射弁4とEGR弁16と尿素水噴射弁30等のアクチュエータの作動を制御する。
The
(NOxセンサ36の応答性)
次に、NOxセンサ36の応答性について説明する。一定速度で車両が走行しエンジン負荷が変化しない定常状態において、エンジン2から排出されるNOx量は一定であり、SCR触媒20で還元して浄化されるNOx量も一定である。したがって、SCR触媒20の下流側に設置されたNOxセンサ36が検出するNOx濃度も一定である。
(Response of NOx sensor 36)
Next, the responsiveness of the
図2において、符号200で示す二点鎖線は、エンジン2で発生したNOxがエンジン2からSCR触媒20を通りSCR触媒20の下流側のNOxセンサ36にまで到達する遅れ時間を考慮しない場合にNOxセンサ36が検出するNOx濃度である。
In FIG. 2, a two-dot chain line denoted by
次に、アクセルペダルがオフされ過渡状態として減速運転状態になると、図2に示すように、ECU40は燃料噴射弁4からの燃料噴射をカットする。燃料カットにより燃料噴射弁4からの噴射量が0になると、エンジン2の気筒内で燃焼が生じない。その結果、符号200が示すように、NOxセンサ36が検出するNOx濃度は0になる。
Next, when the accelerator pedal is turned off and the vehicle enters a deceleration operation state as a transient state, the
燃料カットからアイドル運転に移行すると、燃料噴射弁4から燃料が噴射され気筒内で燃焼するので、エンジン2からNOxが排出される。SCR触媒20で浄化されるNOx量を考慮しないと、符号200が示すように、SCR触媒20の下流側のNOx濃度は上昇し、一定値になる。
When shifting from fuel cut to idle operation, fuel is injected from the fuel injection valve 4 and burned in the cylinder, so that NOx is discharged from the
しかし、SCR触媒20には、尿素水が分解して生成されたアンモニアが吸着しているので、燃料カットからアイドル運転に移行してエンジン2から排出されるNOxは、SCR触媒20で還元される。
However, since the ammonia produced by the decomposition of the urea water is adsorbed on the
したがって、NOxセンサ36が検出するSCR触媒20の下流側のNOx濃度の実出力210は、燃料カット前に一定値であったNOx濃度から0に収束する。実出力210は、エンジン2で発生したNOxがNOxセンサ36に到達する遅れ時間も反映している。
Therefore, the
エンジン2から排出される排気ガスがNOxセンサ36に到達するまでには配管長等により時間遅れがある。したがって、実出力210が示すように、NOxセンサ36が設置されているSCR触媒20の下流側のNOx濃度は気筒内のNOx濃度の変化から遅れて変化する。
There is a time delay until the exhaust gas discharged from the
この遅れ時間は、排気ガスの流速によって変化する。そして、排気ガスの流速は、エンジン回転数、燃料噴射量、吸気量等をパラメータとしたエンジン運転状態によって変化する。したがって、気筒内のNOx濃度に対してNOxセンサ36が設置されている位置のNOx濃度が遅れて変化する遅れ時間を、エンジン運転状態に基づいて算出し、推定できる。
This delay time varies depending on the flow rate of the exhaust gas. The flow rate of the exhaust gas changes depending on the engine operating state using the engine speed, the fuel injection amount, the intake air amount, and the like as parameters. Therefore, the delay time in which the NOx concentration at the position where the
ここで、SCR触媒20で還元されるNOx浄化量を考慮しないと、応答性が正常なNOxセンサ36の正常出力212と、応答性が正常なNOxセンサ36よりも応答性が低いNOxセンサ36の低下出力214とは、図2に示すように変化すると推定される。
Here, if the amount of NOx purification reduced by the
図2に示す正常出力212と低下出力214とには、エンジン2で発生したNOxがNOxセンサ36に到達する遅れ時間が考慮されている。ただし、正常出力212と低下出力214とには、符号200と同じようにSCR触媒20で還元されるNOx浄化量が考慮されていないので、正常出力212と低下出力214とは符号200が示す値に収束する。
The
図2において、実出力210と正常出力212と低下出力214との応答性を比較すると、実出力210の応答性は正常出力212よりも早くなっている。これは、NOxセンサ36が検出する実出力210はSCR触媒20で還元されるNOx浄化量が反映されたNOx濃度を示しているのに対し、正常出力212と低下出力214とには、SCR触媒20で還元されるNOx浄化量が考慮されていないためである。
In FIG. 2, when the responsiveness of the
したがって、SCR触媒20で還元されるNOx浄化量を考慮せずに推定された正常出力212と低下出力214との推定値と、実出力210とを比較してNOxセンサ36の応答性を診断すると、誤診断する可能性がある。
Therefore, when the estimated value of the
図2に対し図3では、SCR触媒20で還元して浄化されるNOxの浄化量を考慮している。
SCR触媒20で還元されて浄化されるNOx浄化量を補正値として、図2の符号200と同じ図3の符号200が示すNOx濃度を補正すると、燃料カット後のNOx濃度は0になる。
In FIG. 3, the amount of NOx that is reduced and purified by the
If the NOx purification amount reduced and purified by the
尚、本実施形態では、NOx浄化量の補正値は、エンジン運転状態が定常状態から過渡状態への移行を開始し、燃料噴射弁4からの燃料噴射量の時間変化量が所定値を超えてNOxセンサ36の診断処理が開始されると設定される。したがって、図3において、燃料カットが開始される前の定常状態の補正値は設定されておらず初期値の0である。
In the present embodiment, the correction value of the NOx purification amount is such that the engine operating state starts transitioning from the steady state to the transient state, and the time change amount of the fuel injection amount from the fuel injection valve 4 exceeds a predetermined value. It is set when the diagnosis process of the
同様に、NOx浄化量を補正値として、図2の正常出力212と低下出力214とを補正すると、図3の正常出力220と低下出力222とになる。図2と図3とにおいて、実出力210が示す応答性は同じである。
Similarly, when the
正常出力220は、SCR触媒20の上流側のNOx量と、SCR触媒20で還元されるNOxの浄化量と、排気ガスがSCR触媒20を通ってNOxセンサ36が設置されている位置に到達するまでに要する時間と、正常なNOxセンサ36の応答特性と、をパラメータとして推定される。
The
尚、本実施形態のように、SCR触媒20の上流側にNOxセンサ34が設置されている場合には、SCR触媒20の上流側のNOx量は、NOxセンサ34が検出するNOx濃度から取得できる。
If the
一方、SCR触媒20の上流側にNOxセンサ34が設置されていない場合には、SCR触媒20の上流側のNOx量は、エンジン2から排出されるNOx量に、エンジン2からSCR触媒20に排気ガスが到着する遅れ時間を考慮して推定できる。エンジン2から排出されるNOx量は、吸気量、噴射量、EGRガス量等に基づいて算出される。
On the other hand, when the
低下出力222は、例えば、正常出力220を推定するときの前述したパラメータのうち、正常なNOxセンサの応答特性に代えて、応答性が所定値低下しているNOxセンサの応答特性を使用して推定される。例えば、正常出力220の応答性の遅れを1とすると、低下出力222の応答性の遅れは5倍程度に設定される。
The reduced
正常出力220の応答性の遅れに対して、所定値として5倍程度に設定する低下出力222の応答性の遅れは一例である。所定値は、どの程度のNOxセンサ36の応答性の遅れを診断するかによって適宜設定される。
The response delay of the reduced
また、低下出力222は、正常出力220に対して一次遅れ処理を行って推定してもよい。
このように、SCR触媒20で還元されるNOxの浄化量と、応答性の遅れとを考慮して正常出力220と低下出力222とを推定した結果、図3においては、低下出力222の応答性に対し、実出力210の応答性が低下している。この場合、NOxセンサ36の応答性は低下出力222の応答性よりも低下していると適切に診断できる。
The reduced
Thus, as a result of estimating the
次に、実出力の応答性の低下程度の診断をさらに詳細に説明する。
図4では、エンジン運転状態が、定常状態から燃料カットによる過渡状態に移行し、正常出力300と低下出力302と実出力304とのすべてが収束するまでの間、低下出力302と正常出力300との偏差の積算値S1と、実出力304と正常出力300との偏差の積算値S2とをそれぞれ算出している。
Next, the diagnosis of the reduction in the actual output response will be described in more detail.
In FIG. 4, while the engine operating state shifts from a steady state to a transient state due to fuel cut, and all of the
そして、S2/S1の値に基づいて、実出力304の応答性の低下程度を診断する。実出力304と正常出力300との偏差に代えて、実出力304と低下出力302との偏差の積算値をS2として算出してもよい。
Based on the value of S2 / S1, the degree of responsiveness reduction of the
NOxセンサ36の応答性が正常であり、実出力304が正常出力300に一致する場合は、S2=0であるから、S2/S1=0になる。実出力304が低下出力302と等しい場合には、S2/S1=1になる。したがって、S2/S1に基づいて、NOxセンサ36の低下程度を診断できる。
When the responsiveness of the
[2.処理]
次に、ECU40が実行するNOxセンサ診断処理を図5に基づいて説明する。図5において、「S」はステップを表している。図5のフローチャートは常時実行される。
[2. processing]
Next, the NOx sensor diagnostic process executed by the
図5のS400において温度取得部42は、SCR触媒20の触媒温度を取得する。温度取得部42は、SCR触媒20の上流側に設置されている排気温センサ32が検出する排気温度を触媒温度として取得する。
In S400 of FIG. 5, the
S402において還元剤推定部44は、例えば、エンジン運転状態が定常状態において、尿素水噴射弁30がSCR触媒20の上流側に噴射する尿素水の噴射量と、SCR触媒20の上流側のNOx量と、SCR触媒20の下流側のNOxセンサ36が検出するNOx濃度とに基づいて、SCR触媒20に吸着されているアンモニア量を推定する。
In S402, the reducing
具体的には、還元剤推定部44は、SCR触媒20の上流側のNOx量と、SCR触媒20の下流側のNOxセンサ36が検出するNOx量とから、SCR触媒20で還元されたNOx量を算出し、還元されたNOx量から消費されたアンモニア量を算出する。そして、還元剤推定部44は、尿素水噴射弁30が噴射する尿素水の噴射量と消費されたアンモニア量とから、SCR触媒20が吸着しているアンモニア量を推定する。
Specifically, the reducing
エンジン運転状態の定常状態においては、NOxセンサ36の応答性の遅れは検出するNOx濃度に影響を与えないので、NOxセンサ36の出力からSCR触媒20の下流側のNOx量を取得できる。
In the steady state of the engine operating state, the delay in response of the
また、本実施形態のようにSCR触媒20の上流側にNOxセンサ34が設置されている場合には、還元剤推定部44は、NOxセンサ34の出力からSCR触媒20の上流側のNOx量を取得できる。
Further, when the
S400およびS402の処理は、S404の判定がYesになり、燃料噴射弁4からの燃料噴射量の時間変化量の絶対値が所定値よりも大きくなり、エンジン運転状態が定常状態から過渡状態への移行を開始するまで実行される。エンジン運転状態の過渡状態は、減速状態と加速状態との両方を表している。 In the processing of S400 and S402, the determination of S404 is Yes, the absolute value of the time change amount of the fuel injection amount from the fuel injection valve 4 is larger than a predetermined value, and the engine operating state is changed from the steady state to the transient state. It runs until the migration starts. The transient state of the engine operating state represents both the deceleration state and the acceleration state.
S404の判定がYesになり、エンジン運転状態が定常状態から過渡状態に移行すると、NOxセンサ36の診断が開始される。S406において上流取得部46は、NOxセンサ34の出力からSCR触媒20の上流側のNOx量を取得する。
When the determination in S404 is Yes and the engine operating state shifts from the steady state to the transient state, diagnosis of the
S408においてNOx量推定部48は、温度取得部42が排気温センサ32から取得する触媒温度と、還元剤推定部44が推定するアンモニア吸着量とに基づいて、SCR触媒20においてNOxが還元されて浄化される浄化量を推定する。
In S408, the NOx
浄化量は、例えば、次のようにして推定する。まず、触媒温度とアンモニア吸着量とNOxの浄化率との関係を示す図6の浄化率マップから、触媒温度とアンモニア吸着量とをパラメータとして浄化率を取得する。図6に示すように、浄化率、つまりNOx浄化量は、触媒温度が高いほど、SCR触媒20におけるアンモニア吸着量が多いほど多くなる。
The amount of purification is estimated as follows, for example. First, from the purification rate map of FIG. 6 showing the relationship between the catalyst temperature, the ammonia adsorption amount, and the NOx purification rate, the purification rate is acquired using the catalyst temperature and the ammonia adsorption amount as parameters. As shown in FIG. 6, the purification rate, that is, the NOx purification amount increases as the catalyst temperature increases and the ammonia adsorption amount in the
次に、図7に示すように、浄化率マップから取得する浄化率を上流側のNOx量に乗算してNOxの浄化量を推定する。浄化率マップから取得する浄化率は、S406〜S426で構成される1回のループ処理の間にNOxが浄化される割合を示している。したがって、S408で推定されるNOx浄化量は、1回のループ処理の間にNOxが浄化される量を表している。 Next, as shown in FIG. 7, the NOx purification amount is estimated by multiplying the upstream NOx amount by the purification rate acquired from the purification rate map. The purification rate acquired from the purification rate map indicates the rate at which NOx is purified during one loop process constituted by S406 to S426. Therefore, the NOx purification amount estimated in S408 represents the amount by which NOx is purified during one loop process.
尚、アンモニア吸着量は、S402で取得した診断開始時のアンモニア吸着量と、診断中に尿素水噴射弁30から噴射される噴射量と、前回のループ処理で推定されたNOx浄化量から算出されるアンモニア消費量とから、還元剤推定部44が推定する。
The ammonia adsorption amount is calculated from the ammonia adsorption amount at the start of diagnosis acquired in S402, the injection amount injected from the urea
S410においてNOx量推定部48は、図7に示すように、S406で取得したSCR触媒20の上流側のNOx量からS408で推定した浄化量を減算し、SCR触媒20の下流側のNOx量を推定する。このNOx量は、排気ガスがSCR触媒20を通過する遅れ時間を考慮していない値である。
In S410, the NOx
S412において正常推定部50は、図7に示すように、S410でNOx量推定部48が推定したSCR触媒20の下流側のNOx量に対して、排気ガスがSCR触媒20を通過する遅れ時間を考慮して正常出力を推定する。
In S412, the
S414において低下推定部52は、低下出力の応答性を、前述したように、S412で推定された正常出力の遅れを1とすると、定数倍、例えば5倍程度の遅れに設定するか、あるいは正常出力に対して一次遅れ処理を行って設定し、図7に示すように低下出力を推定する。
In S414, the
S416において実出力取得部54は、SCR触媒20の下流側のNOx濃度を示す実出力をNOxセンサ36から取得する。
S418において積算部56は、S414で推定した低下出力とS412で推定した正常出力との偏差tS1、ならびにS416で取得した実出力とS412で推定した正常出力との偏差tS2を算出する。S420において積算部56は、S418において算出した偏差tS1、tS2を偏差の積算値S1、S2に加算する。
In S <b> 416, the actual
In S418, the integrating
S422において診断部58は、S404の判定がYesになってエンジン運転状態が定常状態から過渡状態に移行し、S1とS2とを算出してNOxセンサ36に対する応答性の診断を開始してからの経過時間が所定の限度時間未満であるか否かを判定する。
In S422, the
S422の判定がNoになり、NOxセンサ36の診断を開始してからの経過時間が限度時間以上になるのは、経過時間が限度時間以上になる前にS426の判定がYesにならず、正常出力と低下出力と実出力との少なくともいずれかが収束しないときである。
If the determination in S422 is No and the elapsed time after starting the diagnosis of the
この場合、診断部58は、限度時間未満で正常出力と低下出力と実出力との少なくともいずれかが収束しない異常が発生している可能性があると判断する。異常の原因としては、燃料噴射弁4、EGR弁16、吸気量センサ、NOxセンサ34、36等の異常が考えられる。
In this case, the
また、異常が発生していなくても、正常出力と低下出力と実出力とにノイズが生じた状態で限度時間以上、積算値S1と積算値S2とを算出すると、診断部58は、積算値S1と積算値S2とに誤差が生じやすいと判断する。
Even if no abnormality has occurred, if the integrated value S1 and the integrated value S2 are calculated over the limit time in a state where noise is generated in the normal output, the reduced output, and the actual output, the
限度時間は、経過時間が限度時間以上になると、正常出力と低下出力と実出力とに含まれるノイズのために、S420で算出される積算値に基づいてNOxセンサ36の応答性を正常に診断できないとして予め設定された時間である。
When the elapsed time is equal to or longer than the limit time, the responsiveness of the
S422の判定がNoであり、正常出力と低下出力と実出力とのすべてが収束する前に経過時間が限度時間以上になると、診断部58は、NOxセンサ36の応答性の低下程度を適切に診断することはできず、誤診断する可能性があると判断する。そこで、S424において診断部58は、NOxセンサ36の診断を停止して本ルーチンを終了する。これにより、NOxセンサ36の応答性の低下程度を誤診断することを抑制できる。
If the determination in S422 is No and the elapsed time exceeds the limit time before all of the normal output, the reduced output, and the actual output converge, the
S422の判定がYesであり、診断を開始してからの経過時間が限度時間未満の場合、S426において診断部58は、正常出力と低下出力と実出力とがすべて一定値に収束したか否かを判定する。
If the determination in S422 is Yes and the elapsed time from the start of diagnosis is less than the limit time, in S426, the
S426の判定がNoであり、正常出力と低下出力と実出力とのうち少なくとも一つの出力が収束していない場合、処理はS406に移行する。
S426の判定がYesであり、診断を開始してからの経過時間が限度時間以上になる前に正常出力と低下出力と実出力とがすべて一定値に収束すると、S428において診断部58は、S2/S1が所定値よりも大きいか否かを判定する。所定値は例えば1に設定されている。S428の判定がYesであり、S2/S1が所定値よりも大きい場合、S430において診断部58は、NOxセンサ36の応答性が低下していると判定する。
If the determination in S426 is No and at least one of the normal output, the reduced output, and the actual output has not converged, the process proceeds to S406.
If the determination in S426 is Yes, and the normal output, the reduced output, and the actual output all converge to a certain value before the elapsed time from the start of diagnosis reaches the limit time or more, in S428, the
この場合、NOxセンサ36が検出するNOx濃度に基づいて、適切なエンジン制御ができないので、S432においてECU40は、NOxセンサ36の応答性の低下に対して適切な処理を実行する。
In this case, since appropriate engine control cannot be performed based on the NOx concentration detected by the
例えば、ECU40は、ドライバにNOxセンサ36の応答性が低下していることを、音声とディスプレイと警告灯との少なくともいずれかで報知する。また、これまでのエンジン運転状態とNOxセンサ36の出力との対応関係と診断したNOxセンサ36の応答性の遅れとに基づいて、NOxセンサ36の出力に関わらず、現在のエンジン運転状態からNOx濃度を推定してもよい。
For example, the
上記実施形態において、エンジン2が内燃機関に対応し、SCR触媒20が還元触媒に対応し、アンモニアが還元剤に対応し、ECU40がNOxセンサ診断装置に対応する。
また、上記実施形態において、S400、S408が温度取得部42としての処理に対応し、S402、S408が還元剤推定部44としての処理に対応し、S402、S406が上流取得部46としての処理に対応し、S408、S410がNOx量推定部48としての処理に対応し、S412が正常推定部50としての処理に対応し、S414が低下推定部52としての処理に対応し、S402、S416が実出力取得部54としての処理に対応し、S418、S420が積算部56としての処理に対応し、S422〜S430が診断部58としての処理に対応する。
In the above embodiment, the
In the above embodiment, S400 and S408 correspond to the processing as the
[3.効果]
以上説明した上記実施形態では、以下の(1)〜(7)の効果を得ることができる。
(1)上流側のNOx量からSCR触媒20で浄化されるNOxの浄化量の推定値を除いて、応答性の正常なNOxセンサの正常出力と、この正常出力に対して応答性が所定値低下しているNOxセンサの低下出力とを推定する。
[3. effect]
In the embodiment described above, the following effects (1) to (7) can be obtained.
(1) Excluding the estimated value of the purification amount of NOx purified by the
このように、SCR触媒20におけるNOxの浄化量を考慮するので、SCR触媒20の下流側に設置されたNOxセンサの正常出力と低下出力とを高精度に推定できる。したがって、正常出力と低下出力とNOxセンサの実出力とに基づいて、NOxセンサの応答性を適切に診断できる。
Thus, since the amount of NOx purification in the
(2)実出力と正常出力との偏差の積算値と、低下出力と正常出力との偏差の積算値との比に基づいてNOxセンサの応答性を診断するので、正常出力または低下出力の一方と実出力との単なる大小関係ではなく、NOxセンサの応答性の低下程度を診断できる。 (2) Since the responsiveness of the NOx sensor is diagnosed based on the ratio between the integrated value of the deviation between the actual output and the normal output and the integrated value of the deviation between the reduced output and the normal output, either normal output or reduced output The degree of decrease in the responsiveness of the NOx sensor can be diagnosed, not just the magnitude relationship between the actual output and the actual output.
(3)NOxセンサの正常出力と低下出力と実出力とのいずれかにノイズ等による出力ばらつきが生じても、偏差を積算することにより、診断開始からの経過時間が限度時間未満であれば、積算値に対する出力ばらつきの影響を低減できる。 (3) Even if output variation due to noise or the like occurs in any of normal output, reduced output, and actual output of the NOx sensor, by integrating the deviation, if the elapsed time from the start of diagnosis is less than the limit time, The influence of output variation on the integrated value can be reduced.
(4)エンジン2の運転状態が定常状態から過渡状態に移行するときにS1およびS2の算出を開始するので、エンジン2の運転状態が過渡状態に移行する前の正常出力と低下出力と実出力とが変化しない定常状態で積算を実行する時間を極力短縮できる。
(4) Since calculation of S1 and S2 is started when the operating state of the
(5)SCR触媒20の上流側にNOxセンサ34が設置されていない構成においては、エンジン2の運転状態から推定される気筒内のガス状態と、排気ガスがエンジン2からSCR触媒20に到達するまでに要する時間とに基づいて、SCR触媒20の上流側のNOx量を算出して取得する。これにより、SCR触媒20の上流側にNOxセンサ34が設置されていない構成においても、SCR触媒20の上流側のNOx量を取得できる。
(5) In the configuration in which the
(6)正常なNOxセンサの応答特性を少なくとも含むパラメータに基づいて正常出力を推定し、正常なNOxセンサの応答特性に代えて、正常なNOxセンサの応答特性に対して応答性が所定値低下しているNOxセンサの応答特性を少なくとも含む正常出力の推定時と同じパラメータに基づいて低下出力を推定する。応答特性以外は正常出力の推定時と同じパラメータを使用して低下出力を推定するので、低下出力を容易に推定できる。 (6) A normal output is estimated based on a parameter including at least the response characteristic of a normal NOx sensor, and the responsiveness decreases by a predetermined value with respect to the response characteristic of the normal NOx sensor instead of the response characteristic of the normal NOx sensor. The reduced output is estimated based on the same parameters as the normal output estimation including at least the response characteristic of the NOx sensor being used. Except for the response characteristics, the reduced output is estimated using the same parameters as those used when estimating the normal output, so the reduced output can be easily estimated.
(7)エンジン運転状態が定常状態から過渡状態に移行し、S1とS2とを算出する診断処理を開始してからの経過時間が、正常出力と低下出力と実出力とのすべてが収束する前に限度時間以上になると、診断を停止する。これにより、NOxセンサ36の応答性を誤診断することを避けることができる。
(7) The elapsed time after the engine operating state shifts from the steady state to the transient state and the diagnosis process for calculating S1 and S2 is started before all of the normal output, the reduced output, and the actual output converge. If the time limit is exceeded, the diagnosis is stopped. Thereby, it is possible to avoid misdiagnosing the responsiveness of the
[4.他の実施形態]
(1)上記実施形態では、SCR触媒20におけるアンモニア吸着量とSCR触媒20の触媒温度とからNOxの浄化率を取得した。これに対し、エンジン2が始動して触媒温度が所定温度に達すると、触媒温度が変化しても浄化量は一定として、SCR触媒20におけるアンモニア吸着量から浄化率を取得してもよい。
[4. Other Embodiments]
(1) In the above embodiment, the NOx purification rate is acquired from the ammonia adsorption amount in the
(2)上記実施形態では、SCR触媒20の上流側のNOx量からSCR触媒20で浄化されるNOxの浄化量を除くために、上流側のNOx量に浄化率を乗算してNOxの浄化量を推定し、SCR触媒20の上流側のNOx量から浄化量を減算した。これに対し、浄化率に代えて非浄化率を上流側のNOx量に乗算して、上流側のNOx量からSCR触媒20で浄化されるNOxの浄化量を除いてもよい。
(2) In the above embodiment, in order to remove the NOx purification amount purified by the
(3)上記実施形態における一つの構成要素が有する複数の機能を複数の構成要素によって実現したり、一つの構成要素が有する一つの機能を複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を一つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素が有する一つの機能を一つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。尚、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。 (3) A plurality of functions of one constituent element in the above embodiment may be realized by a plurality of constituent elements, or a single function of one constituent element may be realized by a plurality of constituent elements. Further, a plurality of functions possessed by a plurality of constituent elements may be realized by one constituent element, or a single function possessed by a plurality of constituent elements may be realized by one constituent element. Moreover, you may abbreviate | omit a part of structure of the said embodiment. Further, at least a part of the configuration of the above embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other embodiment. In addition, all the aspects included in the technical idea specified only by the wording described in the claims are embodiments of the present invention.
(4)上述したNOxセンサ診断装置の他、当該NOxセンサ診断装置を構成要素とする排気浄化システム、当該NOxセンサ診断装置としてコンピュータを機能させるためのNOxセンサ診断プログラム、このNOxセンサ診断プログラムを記録した記録媒体、NOxセンサ診断方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。 (4) In addition to the NOx sensor diagnostic device described above, an exhaust purification system including the NOx sensor diagnostic device as a constituent element, a NOx sensor diagnostic program for causing a computer to function as the NOx sensor diagnostic device, and the NOx sensor diagnostic program are recorded. The present invention can also be realized in various forms such as a recording medium and a NOx sensor diagnostic method.
2:エンジン(内燃機関)、10:排気浄化システム、40:ECU(NOxセンサ診断装置)、42:温度取得部、44:還元剤推定部、46:上流取得部、48:NOx量推定部、50:正常推定部、52:低下推定部、54:実出力取得部、56:積算部、58:診断部 2: engine (internal combustion engine), 10: exhaust purification system, 40: ECU (NOx sensor diagnostic device), 42: temperature acquisition unit, 44: reducing agent estimation unit, 46: upstream acquisition unit, 48: NOx amount estimation unit, 50: Normal estimation unit, 52: Decrease estimation unit, 54: Actual output acquisition unit, 56: Integration unit, 58: Diagnosis unit
Claims (8)
前記還元触媒の上流側のNOx量を取得する上流取得部(46、S402、S406)と、
前記上流取得部が取得する前記上流側のNOx量から前記還元触媒で還元されて浄化されるNOxの浄化量を除いたNOx量を推定するNOx量推定部(48、S408、S410)と、
前記NOx量推定部が推定する前記NOx量に基づいて、応答性が正常なNOxセンサの正常出力を推定する正常推定部(50、S412)と、
前記正常推定部が推定する前記正常出力よりも応答性が低い低下出力を推定する低下推定部(52、S414)と、
前記NOxセンサの実出力を取得する実出力取得部(54、S402、S416)と、
前記正常出力と前記低下推定部が推定する前記低下出力と前記実出力取得部が取得する前記実出力とに基づいて、前記NOxセンサの応答性を診断する診断部(58、S422〜S430)と、
を備えるNOxセンサ診断装置。 The NOx sensor (36), which is installed downstream of the reduction catalyst (20) that selectively reduces NOx in the exhaust gas of the internal combustion engine (2) with a reducing agent, detects the NOx amount in the exhaust gas. In the NOx sensor diagnostic device (40) for diagnosis,
An upstream acquisition unit (46, S402, S406) for acquiring the amount of NOx upstream of the reduction catalyst;
A NOx amount estimating unit (48, S408, S410) for estimating a NOx amount obtained by removing a NOx purification amount that is reduced and purified by the reduction catalyst from the upstream NOx amount acquired by the upstream acquisition unit;
A normal estimation unit (50, S412) for estimating a normal output of a NOx sensor having normal responsiveness based on the NOx amount estimated by the NOx amount estimation unit;
A drop estimation unit (52, S414) for estimating a drop output having lower responsiveness than the normal output estimated by the normal estimation unit;
An actual output acquisition unit (54, S402, S416) for acquiring the actual output of the NOx sensor;
A diagnosis unit (58, S422 to S430) for diagnosing the responsiveness of the NOx sensor based on the normal output, the reduced output estimated by the decrease estimation unit, and the actual output acquired by the actual output acquisition unit; ,
NOx sensor diagnostic device.
前記還元触媒内の前記還元剤の量を推定する還元剤推定部(44、S402、S408)と、前記還元触媒の触媒温度を取得する温度取得部(42、S402、S408)とのうち少なくとも前記還元剤推定部をさらに備え、
前記NOx量推定部は、前記上流側のNOx量と、前記還元剤推定部が推定する前記還元剤の量と、前記温度取得部が取得する前記触媒温度とのうち少なくとも前記上流側のNOx量と前記還元剤の量とに基づいて前記NOx量を推定し、前記還元触媒内の前記還元剤の量が多いほど、さらに前記温度取得部を備える場合には前記触媒温度が高いほど、推定する前記浄化量を増加する、
NOxセンサ診断装置。 In the NOx sensor diagnostic device according to claim 1,
At least the above among a reducing agent estimation unit (44, S402, S408) for estimating the amount of the reducing agent in the reduction catalyst and a temperature acquisition unit (42, S402, S408) for acquiring the catalyst temperature of the reduction catalyst A reducing agent estimation unit;
The NOx amount estimating unit includes at least the upstream NOx amount among the upstream NOx amount, the reducing agent amount estimated by the reducing agent estimating unit, and the catalyst temperature acquired by the temperature acquiring unit. The amount of NOx is estimated based on the amount of the reducing agent and the amount of the reducing agent, and the more the amount of the reducing agent in the reduction catalyst, the higher the catalyst temperature when the temperature acquisition unit is provided. Increasing the amount of purification,
NOx sensor diagnostic device.
前記上流取得部は、前記内燃機関の運転状態から推定される気筒内のガス状態と、排気ガスが前記気筒から前記還元触媒に到達するまでに要する時間とに基づいて、前記上流側のNOx量を推定して取得する、
NOxセンサ診断装置。 In the NOx sensor diagnostic device according to claim 1 or 2,
The upstream acquisition unit determines the upstream NOx amount based on a gas state in the cylinder estimated from an operating state of the internal combustion engine and a time required for exhaust gas to reach the reduction catalyst from the cylinder. To get an estimate,
NOx sensor diagnostic device.
前記正常推定部は、前記NOx量推定部が推定する前記NOx量と前記正常なNOxセンサの応答特性とを少なくとも含むパラメータに基づいて前記正常出力を推定し、
前記低下推定部は、前記正常なNOxセンサの応答特性に代えて、前記正常なNOxセンサの応答特性に対して応答性が前記所定値低下しているNOxセンサの応答特性を少なくとも含む前記パラメータに基づいて前記低下出力を推定する、
NOxセンサ診断装置。 In the NOx sensor diagnostic device according to any one of claims 1 to 3,
The normal estimation unit estimates the normal output based on a parameter including at least the NOx amount estimated by the NOx amount estimation unit and a response characteristic of the normal NOx sensor;
The decrease estimation unit replaces the response characteristic of the normal NOx sensor with the parameter including at least the response characteristic of the NOx sensor whose responsiveness has decreased by the predetermined value with respect to the response characteristic of the normal NOx sensor. Estimating the reduced output based on:
NOx sensor diagnostic device.
前記低下推定部は、前記正常推定部が推定した前記正常出力に対し、一次遅れ処理を行って前記低下出力を推定する、
NOxセンサ診断装置。 In the NOx sensor diagnostic device according to any one of claims 1 to 3,
The decrease estimation unit performs first-order lag processing on the normal output estimated by the normal estimation unit to estimate the decrease output.
NOx sensor diagnostic device.
前記低下出力と前記正常出力との偏差の積算値をS1とし、前記実出力と前記正常出力または前記低下出力との偏差の積算値をS2とし、前記S1および前記S2を算出する積算部(56、S418、S420)をさらに備え、
前記診断部(S428)は、前記S1と前記S2とに基づいて前記NOxセンサの応答性を診断する、
NOxセンサ診断装置。 In the NOx sensor diagnostic device according to any one of claims 1 to 5,
An integrated value (56) for calculating S1 and S2 with S1 being an integrated value of deviation between the reduced output and the normal output, and S2 being an integrated value of deviation between the actual output and the normal output or the reduced output. , S418, S420),
The diagnosis unit (S428) diagnoses the responsiveness of the NOx sensor based on the S1 and the S2.
NOx sensor diagnostic device.
前記積算部は、前記内燃機関の運転状態が定常状態から過渡状態に移行するときに前記S1および前記S2の算出を開始する、
NOxセンサ診断装置。 The NOx sensor diagnostic device according to claim 6,
The integrating unit starts calculating S1 and S2 when the operating state of the internal combustion engine shifts from a steady state to a transient state.
NOx sensor diagnostic device.
前記積算部は、前記内燃機関の運転状態が定常状態から過渡状態になってから前記正常出力と前記低下出力と前記実出力とのすべてが収束するまで前記S1および前記S2を算出し、
前記診断部(S422、S424)は、前記内燃機関の運転状態が定常状態から過渡状態に移行し前記S1および前記S2の算出を開始してからの経過時間が、前記正常出力と前記低下出力と前記実出力とのすべてが収束する前に、正常に前記NOxセンサの応答性を診断できないとして設定された限度時間以上になると、前記NOxセンサの応答性の診断を停止する、
NOxセンサ診断装置。 In the NOx sensor diagnostic device according to claim 7,
The integrating unit calculates S1 and S2 until all of the normal output, the reduced output, and the actual output converge after the operating state of the internal combustion engine changes from a steady state to a transient state,
The diagnostic unit (S422, S424) determines whether the elapsed time after the operation state of the internal combustion engine has shifted from a steady state to a transient state and starts calculating S1 and S2 is the normal output and the reduced output. If the NOx sensor response is exceeded for a predetermined time or more before all of the actual output converges, the NOx sensor response diagnosis is stopped.
NOx sensor diagnostic device.
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