JP6769861B2

JP6769861B2 - 尿素ｓｃｒシステムの制御装置および制御方法

Info

Publication number: JP6769861B2
Application number: JP2016246649A
Authority: JP
Inventors: 宗近堤
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2036-12-20
Also published as: JP2018100615A

Description

本発明は、尿素ＳＣＲシステムの制御装置および制御方法に関する。

従来から、排気ガスに含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を浄化する排気浄化システムとして、排気ガスに尿素水を添加する添加弁と該添加弁の下流に位置する選択還元型触媒と用いた尿素ＳＣＲ（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムが知られている。尿素ＳＣＲシステムでは、排気ガスに添加された尿素水が排気ガスの熱によってアンモニアへと加水分解される。そして、そのアンモニアを含む排気ガスが選択還元型触媒に流入すると、排気ガス中のＮＯｘがアンモニアを還元剤として窒素と水とに還元される。添加弁による尿素水の添加量は、選択還元型触媒の下流に配設されたＮＯｘセンサーの検出値に基づくフィードバック制御によって制御される。

ところで、選択還元型触媒を通過した排気ガスには該選択還元型触媒で消費されなかったアンモニアが含まれている。また、ＮＯｘセンサーは、ＮＯｘだけでなくアンモニアにも反応する特性を有している。そのため、ＮＯｘセンサーの検出値には、ＮＯｘに基づく検出値とアンモニアに基づく検出値とが含まれている。こうしたＮＯｘセンサーの特性に関連して、例えば特許文献１には、選択還元型触媒の下流にＮＯｘセンサーとアンモニアセンサーとを設置し、該ＮＯｘセンサーの検出値と該アンモニアセンサーの検出値とに基づいて尿素水の添加量を補正する技術が開示されている。

特開２００２−２６６６２７号公報

しかしながら、選択還元型触媒の下流にアンモニアセンサーを設置することは、部品点数の増加を招く。そのため、尿素ＳＣＲシステムには、ＮＯｘセンサーの検出値にアンモニアが干渉するとしても該検出値を用いた尿素水の添加量のフィードバック制御を可能とする方策が求められている。

本発明は、ＮＯｘセンサーの検出値にアンモニアが干渉する場合であっても該検出値を用いた尿素水の添加量のフィードバック制御を行うことのできる尿素ＳＣＲシステムの制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する尿素ＳＣＲシステムの制御装置は、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型触媒の下流に設置されたＮＯｘセンサーの検出値である検出濃度を取得する取得部と、前記選択還元型触媒を通過した排気ガスのアンモニア濃度を演算する濃度演算部と、前記検出濃度が目標濃度となる尿素水の基本添加量を演算する基本添加量演算部と、前記検出濃度と前記目標濃度との偏差に基づいて前記基本添加量の補正値を演算する補正値演算部とを備え、前記補正値演算部は、前記検出濃度に対するアンモニアの干渉の有無を判定する閾値を保持し、前記濃度演算部の演算値が前記閾値以下であり、かつ、前記検出濃度が前記目標濃度よりも大きい場合に、前記偏差が大きいほど前記基本添加量に対する増量側への補正量を大きくする前記補正値を演算し、前記演算値が前記閾値よりも大きく、かつ、前記検出濃度が前記目標濃度よりも大きい場合に、前記偏差が大きいほど前記基本添加量に対する減量側への補正量を大きくする前記補正値を演算する。

上記課題を解決する尿素ＳＣＲシステムの制御方法は、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒の上流で排気ガスに尿素水を添加する尿素水添加装置と、前記尿素水添加装置による前記尿素水の添加量を制御する制御装置とを備えた尿素ＳＣＲシステムの制御方法であって、前記制御装置は、前記選択還元型触媒の下流に設置されたＮＯｘセンサーの検出値である検出濃度を取得する工程と、前記選択還元型触媒を通過した排気ガスのアンモニア濃度を演算する工程と、前記検出濃度が目標濃度となる尿素水の基本添加量を演算する工程と、前記検出濃度と前記目標濃度との偏差に基づいて前記基本添加量の補正値を演算する工程とを備え、前記補正値を演算する工程では、前記アンモニア濃度の演算値が前記検出濃度に対するアンモニアの干渉の有無を判定する閾値以下であり、かつ、前記検出濃度が前記目標濃度よりも大きい場合に、前記偏差が大きいほど前記基本添加量に対する増量側への補正量を大きくする前記補正値が演算され、前記演算値が前記閾値よりも大きく、かつ、前記検出濃度が前記目標濃度よりも大きい場合に、前記偏差が大きいほど前記基本添加量に対する減量側への補正量を大きくする前記補正値が演算される。

上記構成によれば、検出濃度が目標濃度よりも大きい場合であっても、検出濃度にアンモニアが干渉しない場合は基本添加量に対する増量側への補正量を大きくする補正値が演算され、検出濃度にアンモニアが干渉する場合は基本添加量に対する減量側への補正量を大きくする補正値が演算される。これにより、検出濃度にアンモニアが干渉する場合であっても尿素水の添加量をフィードバック制御することができる。しかも、選択還元型触媒の下流におけるアンモニアの濃度が演算により求められるため、選択還元型触媒の下流にアンモニアセンサーを配設する必要もない。

上記尿素ＳＣＲシステムの制御装置において、前記補正値演算部は、前記演算値が前記閾値以下であり、かつ、前記検出濃度が前記目標濃度よりも小さい場合に、前記偏差が小さいほど前記基本添加量に対する減量側への補正量を大きくする前記補正値を演算し、前記演算値が前記閾値よりも大きく、かつ、前記検出濃度が前記目標濃度よりも小さい場合に、前記偏差が小さいほど前記基本添加量に対する増量側への補正量を大きくする前記補正値を演算することが好ましい。

上記構成によれば、検出濃度が目標濃度よりも小さい場合であっても、検出濃度にアンモニアが干渉しない場合は基本添加量に対する減量側の補正量を大きくする補正値が演算され、検出濃度にアンモニアが干渉する場合は基本添加量に対する増量側の補正量を大きくする補正値が演算される。その結果、検出濃度にアンモニアが干渉しているか否かに応じて該検出濃度を用いた尿素水の添加量のフィードバック制御を行うことができる。

上記尿素ＳＣＲシステムの制御装置において、前記補正値演算部は、前記補正値について、前記基本添加量に対する増量側への補正量が最大となる上限値と前記基本添加量を増量側へ補正する場合のリセット値である第１リセット値とを保持し、前記補正値が前記上限値に到達したことを条件の１つとして前記補正値に前記第１リセット値を設定することが好ましい。

上記尿素ＳＣＲシステムの制御装置において、前記補正値演算部は、前記補正値について、前記基本添加量に対する減量側への補正量が最大となる下限値と前記基本添加量を減量側へ補正する場合のリセット値である第２リセット値とを保持し、前記補正値が前記下限値に到達したことを条件の１つとして前記補正値を前記第２リセット値に設定することが好ましい。

補正値が上限値あるいは下限値に到達する場合、検出濃度を用いたフィードバック制御が正常に行えていない可能性がある。この点、上記構成によれば、補正値が上限値に到達したことを条件の１つとして補正値に第１リセット値が設定される。また、補正値が下限値に到達したことを条件の１つとして補正値に第２リセット値が設定される。これにより、検出濃度を用いたフィードバック制御を正常な状態に復帰させることができる。

尿素ＳＣＲシステムの制御装置の一実施形態を搭載した尿素ＳＣＲシステムの概略構成を示す図。ＥＣＵが有する各種機能部の一例を示す機能ブロック図。演算処理の手順の一例を示すフローチャート。所定条件における尿素水の添加量と各種濃度との関係の一例を示すグラフ。リセット処理の手順の一例を示すフローチャート。第１リセット値にリセットされるまでの補正値の推移の一例を示す図。第２リセット値にリセットされるまでの補正値の推移の一例を示す図。

図１〜図７を参照して尿素ＳＣＲシステムの制御装置および制御方法の一実施形態について説明する。
図１に示すように、尿素ＳＣＲシステム１０は、尿素水添加装置１５と、選択還元型触媒１８と、尿素ＳＣＲシステムの制御装置であるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）３０とを備えている。ＥＣＵ３０は、尿素水添加装置１５による尿素水の添加量を制御する。

尿素水添加装置１５は、排気ガスが流れる排気通路１１に尿素水を添加する。尿素水添加装置１５は、尿素水タンクや機械式ポンプ等を備えた尿素水供給部１６と、排気通路１１に配設された添加弁１７とを有している。添加弁１７は、尿素水供給部１６から供給される所定圧力の尿素水を排気通路１１に添加する。

選択還元型触媒１８は、排気通路１１における添加弁１７の下流に配設されており、添加弁１７の添加した尿素水が加水分解したアンモニアと排気ガスに含まれるＮＯｘとを反応させてＮＯｘを窒素や水へと還元する。選択還元型触媒１８は、例えば耐熱性に優れたセラミックやステンレスを素材としたフロースルー型のモノリス担体に対して、例えば銅系、鉄系、バナジウム系の各種の触媒金属を胆持させたものである。選択還元型触媒１８は、例えば１５０℃〜３５０℃の温度範囲を活性温度域として有する。

尿素ＳＣＲシステム１０は、各種の状態量を検出するセンサーとして、酸素濃度センサー２１、温度センサー２２、ＮＯｘセンサー２３、吸入空気量センサー２４、エンジン回転数センサー２５などを有している。酸素濃度センサー２１は、排気通路１１における選択還元型触媒１８の上流に配設され、選択還元型触媒１８に流入する排気ガスの酸素濃度Ｃｏｘを検出する。温度センサー２２は、排気通路１１における選択還元型触媒１８の上流に配設され、選択還元型触媒１８に流入する排気ガスの温度を触媒温度Ｔｅｍｐとして検出する。ＮＯｘセンサー２３は、排気通路１１における選択還元型触媒１８の下流に配設され、選択還元型触媒１８を通過した排気ガスにおけるＮＯｘの濃度とアンモニアの濃度とを合わせた濃度を検出濃度Ｃｘとして検出する。吸入空気量センサー２４は、エンジンの吸気通路に配設され、エンジンが吸入する空気量である吸入空気量Ｑａを検出する。エンジン回転数センサー２５は、エンジンのクランクシャフトの回転数であるエンジン回転数Ｎｅを検出する。各センサー２１〜２５は、検出した検出値を示す検出信号をＥＣＵ３０に出力する。また、ＥＣＵ３０は、エンジンへの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御部２６から燃料噴射量Ｑｆを示す検出信号が入力される。

ＥＣＵ３０は、プロセッサ３１、メモリ３２、入力インターフェース３３、および、出力インターフェース３４等がバス３５を介して互いに接続されたマイクロコントローラーを中心に構成される。ＥＣＵ３０は、入力インターフェース３３を介して取得する各種情報、および、メモリ３２が格納している各種制御プログラムや各種データに基づいて、添加弁１７による尿素水の添加量である目標添加量Ｑｕｔを演算する。そしてＥＣＵ３０は、目標添加量Ｑｕｔの分の尿素水が排気ガスに添加されるように出力インターフェース３４を介して添加弁１７に制御信号を出力する。

図２に示すように、ＥＣＵ３０は、各種機能部として、目標濃度演算部４１、基本添加量演算部４２、検出濃度取得部４３、偏差演算部４４、濃度演算部４５、補正値演算部４７、目標添加量演算部４８を備えている。なお、ＥＣＵ３０は、吸入空気量Ｑａを排気流量Ｑｅとして取り扱う。

目標濃度演算部４１は、検出濃度Ｃｘの目標濃度Ｃｘｔを演算する。目標濃度演算部４１は、例えば、各種のセンサーからの検出信号に基づくエンジンの運転状態に適した濃度を目標濃度Ｃｘｔとして演算する。なお、目標濃度演算部４１は、エンジンの運転状態に基づいて目標濃度Ｃｘｔを演算する構成に限らず、一定値を目標濃度Ｃｘｔとして演算する構成であってもよい。

基本添加量演算部４２は、検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔとなる尿素水の基本添加量Ｑｕｂを演算する。基本添加量演算部４２は、例えばエンジン回転数Ｎｅや吸入空気量Ｑａ、燃料噴射量Ｑｆ等に基づいてエンジンが排出する排気ガスのＮＯｘ量を演算し、そのＮＯｘ量のＮＯｘが還元される分の尿素水の量を基本添加量Ｑｕｂとして演算する。

検出濃度取得部４３は、入力インターフェース３３を介してＮＯｘセンサー２３からの検出信号に基づく検出濃度Ｃｘを取得する。
偏差演算部４４は、検出濃度取得部４３の取得した検出濃度Ｃｘと目標濃度演算部４１の演算した目標濃度Ｃｘｔとの偏差ΔＣｘ（＝Ｃｘ−Ｃｘｔ）を演算する。

濃度演算部４５は、選択還元型触媒１８を通過した排気ガスのアンモニアの濃度を演算するモデル４６を有している。モデル４６は、予め行った実験やシミュレーションの結果から導出されたモデルであって、排気流量Ｑｅ、酸素濃度Ｃｏｘ、触媒温度Ｔｅｍｐ、目標添加量Ｑｕｔ等をパラメーターに含んでいる。モデル４６は、排気流量Ｑｅ、酸素濃度Ｃｏｘ、目標添加量Ｑｕｔに相当するアンモニアを含んでいる排気ガスが触媒温度Ｔｅｍｐにある選択還元型触媒１８を通過したときに選択還元型触媒１８の下流で検出されるアンモニアの濃度を演算可能に構成されたモデルである。濃度演算部４５は、モデル４６を用いて演算した演算値をアンモニア濃度Ｃａｍとして補正値演算部４７に出力する。

補正値演算部４７は、偏差演算部４４が演算した偏差ΔＣｘに基づいて尿素水の添加量をフィードバック制御するための補正値Ｇを演算する。補正値演算部４７は、偏差ΔＣｘ、目標濃度Ｃｘｔ、検出濃度Ｃｘ、および、アンモニア濃度Ｃａｍ等に基づいて、補正値Ｇを演算する演算処理と補正値Ｇによるフィードバック制御が正常に行われていないと判断される場合に補正値Ｇをリセットするリセット処理とを繰り返し行う。補正値Ｇは、例えば、偏差ΔＣｘに基づく比例制御を行うための比例項、偏差ΔＣｘに基づく積分制御を行うための積分項、および、偏差ΔＣｘに基づく微分制御を行うための微分項等を含んでいる。補正値演算部４７は、演算した補正値Ｇを目標添加量演算部４８に出力する。

なお、補正値演算部４７は、補正値Ｇについて、基本添加量Ｑｕｂに対する増量側への補正量が最大となる上限値Ｇｍａｘと、基本添加量Ｑｕｂに対する減量側への補正量が最大となる下限値Ｇｍｉｎとをメモリ３２の所定領域に保持している。また、補正値演算部４７は、補正値Ｇが下限値Ｇｍｉｎあるいは上限値Ｇｍａｘである状態が継続している期間である継続期間Ｔｃを計時する。また、補正値演算部４７は、後述する第１リセット値Ｇ１と第２リセット値Ｇ２とをメモリ３２の所定領域に保持している。

目標添加量演算部４８は、基本添加量演算部４２の演算した基本添加量Ｑｕｂを補正値演算部４７の演算した補正値Ｇで補正した値を目標添加量Ｑｕｔとして演算する。目標添加量演算部４８の一例では、基本添加量Ｑｕｂに対して補正値Ｇを乗算することにより目標添加量Ｑｕｔが演算される。なお、基本添加量Ｑｕｂに対する補正量は、基本添加量Ｑｕｂに対する目標添加量Ｑｕｔの比を示すものであり、基本添加量Ｑｕｂに補正値Ｇが乗算される構成では補正値Ｇの値そのものである。

図３および図４を参照して補正値演算部４７が実行する演算処理の手順を説明する。
図３に示すように、演算処理において、補正値演算部４７は、まず、濃度演算部４５がモデル４６を用いて演算したアンモニア濃度Ｃａｍが閾値Ｃａｍｊ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。

ここで、図４を参照して閾値Ｃａｍｊについて説明する。図４は、所定の条件下における尿素水の添加量Ｑｕと、検出濃度Ｃｘ、ＮＯｘの濃度Ｃｘｎ、および、アンモニアの濃度Ｃｘａの各種の濃度Ｃとの関係の一例を示すグラフである。

図４に示すように、尿素水の添加量Ｑｕが多くなるほど、ＮＯｘの濃度Ｃｘｎが低下する一方でアンモニアの濃度Ｃｘａが増加する。そのため、尿素水の添加量Ｑｕが少ない領域では、尿素水の添加量Ｑｕを多くしたときに添加量Ｑｕの増加分のアンモニアがＮＯｘの還元に消費されるため、アンモニアの濃度Ｃｘａの増加率よりもＮＯｘの濃度Ｃｘｎの低下率が大きくなり、検出濃度Ｃｘが徐々に低下していく。一方、尿素水の添加量Ｑｕが多い領域では、尿素水の添加量Ｑｕを多くしたときに添加量Ｑｕの増加分ほどのアンモニアがＮＯｘの還元には消費されないため、ＮＯｘの濃度Ｃｘｎの低下率よりもアンモニアの濃度Ｃｘａの増加率が大きくなり、検出濃度Ｃｘが徐々に増加していく。

すなわち、同じ検出濃度Ｃｘであっても、極小値Ｃｘｍｉｎを境界とする非干渉領域Ａ１に属する値である場合と干渉領域Ａ２に属する値である場合とがある。非干渉領域Ａ１は、尿素水の添加量Ｑｕの増加とともに検出濃度Ｃｘが低下する領域であって、検出濃度Ｃｘにアンモニアが干渉しないと判断可能な領域である。干渉領域Ａ２は、尿素水の添加量Ｑｕの増加とともに検出濃度Ｃｘが増加する領域であって、検出濃度Ｃｘにアンモニアが干渉すると判断可能な領域である。

そのため、検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔよりも大きい検出濃度Ｃｘ１であるとき、検出濃度Ｃｘが非干渉領域Ａ１に属する場合（ポイントＰ１）は尿素水の添加量Ｑｕを多くすることにより検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔに近づくことになる。一方、検出濃度Ｃｘが干渉領域Ａ２に属する場合（ポイントＰ２）は尿素水の添加量Ｑｕを少なくすることにより検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔに近づくことになる。また、検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔよりも小さい検出濃度Ｃｘ２であるとき、検出濃度Ｃｘが非干渉領域Ａ１に属する場合（ポイントＰ３）は尿素水の添加量Ｑｕを少なくすることにより検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔに近づくことになる。一方、検出濃度Ｃｘが干渉領域Ａ２に属する場合（ポイントＰ４）は尿素水の添加量Ｑｕを多くすることにより検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔに近づくことになる。閾値Ｃａｍｊは、検出濃度Ｃｘが非干渉領域Ａ１に属する値であるか干渉領域Ａ２に属する値であるかをアンモニアの濃度Ｃｘａで判定するための値であり、例えば１０ｐｐｍに設定される。なお、閾値Ｃａｍｊは、非干渉領域Ａ１と干渉領域Ａ２との境界を示す検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔよりも低くなる値であればよく、検出濃度Ｃｘが極小値Ｃｘｍｉｎとなる値に限られない。

図３に戻って、アンモニア濃度Ｃａｍが閾値Ｃａｍｊ以下である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、補正値演算部４７は、検出濃度Ｃｘに対するアンモニアの干渉の有無を示すフラグＦの値に１（干渉なし）を設定する（ステップＳ１０２）。そして補正値演算部４７は、偏差ΔＣｘが０より大きいか否かを判断する（ステップＳ１０３）。

偏差ΔＣｘが０より大きい（Ｃｘ＞Ｃｘｔ）場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、補正値演算部４７は、偏差ΔＣｘが大きいほど基本添加量Ｑｕｂに対する増量側への補正量を大きくする補正値Ｇを上限値Ｇｍａｘを上限として演算し（ステップＳ１０４）、一連の処理を一旦終了する。上限値Ｇｍａｘは、基本添加量Ｑｕｂよりもかなり高い値が目標添加量Ｑｕｔに設定される値であって、基本添加量Ｑｕｂに対して補正値Ｇを乗算することにより目標添加量Ｑｕｔが演算される構成においては、例えば１．５である。

一方、偏差ΔＣｘが０以下（Ｃｘ≦Ｃｘｔ）である場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、補正値演算部４７は、偏差ΔＣｘが小さいほど基本添加量Ｑｕｂに対する減量側への補正量を大きくする補正値Ｇを下限値Ｇｍｉｎを下限として演算し（ステップＳ１０５）、一連の処理を一旦終了する。下限値Ｇｍｉｎは、基本添加量Ｑｕｂよりもかなり低い値が目標添加量Ｑｕｔに設定される値であって、基本添加量Ｑｕｂに対して補正値Ｇを乗算することにより目標添加量Ｑｕｔが演算される構成においては、例えば０．５である。

また、アンモニア濃度Ｃａｍが閾値Ｃａｍｊよりも大きい場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、補正値演算部４７は、フラグＦの値に０（干渉あり）を設定し（ステップＳ１０６）、続いて偏差ΔＣｘが０より大きいか否かを判断する（ステップＳ１０７）。

偏差ΔＣｘが０よりも大きい（Ｃｘ＞Ｃｘｔ）場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、補正値演算部４７は、偏差ΔＣｘが大きいほど基本添加量Ｑｕｂに対する減量側への補正量を大きくする補正値Ｇを下限値Ｇｍｉｎを下限として演算し（ステップＳ１０８）、一連の処理を一旦終了する。一方、偏差ΔＣｘが０以下である（Ｃｘ≦Ｃｘｔ）場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、補正値演算部４７は、偏差ΔＣｘが小さいほど基本添加量Ｑｕｂに対する増量側への補正量を大きくする補正値Ｇを上限値Ｇｍａｘを上限として演算し（ステップＳ１０９）、一連の処理を一旦終了する。

こうした構成によれば、検出濃度Ｃｘが非干渉領域Ａ１に属する値であるか干渉領域Ａ２に属する値であるか、すなわち検出濃度Ｃｘに対するアンモニアの干渉の有無が判定される。そして、その判定結果に応じて目標濃度Ｃｘｔと検出濃度Ｃｘとの偏差ΔＣｘに基づく補正値Ｇを演算することができる。その結果、ＮＯｘセンサーの検出値に基づいて尿素水の添加量についてのフィードバック制御を行うことができる。

図５〜図７を参照して、補正値演算部４７が実行するリセット処理の手順を説明する。
図５に示すように、リセット処理において、補正値演算部４７は、まず、フラグＦの値が１であるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。フラグＦの値が１である場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、すなわち検出濃度Ｃｘに対するアンモニアの干渉がない場合、補正値演算部４７は、補正値Ｇが上限値Ｇｍａｘであるか否かを判断する（ステップＳ２０２）。補正値Ｇが上限値Ｇｍａｘである場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、補正値演算部４７は、継続期間Ｔｃが判定期間Ｔｃｊに到達しているか否かを判断する（ステップＳ２０３）。継続期間Ｔｃが判定期間Ｔｃｊに到達している場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、補正値演算部４７は、検出濃度Ｃｘを用いた目標添加量Ｑｕｔのフィードバック制御が正常に機能していないものとして補正値Ｇを第１リセット値Ｇ１にリセットし（ステップＳ２０４）、一連の処理を一旦終了する。

第１リセット値Ｇ１は、基本添加量Ｑｕｂよりも少々高い値が目標添加量Ｑｕｔに設定される値であって、基本添加量Ｑｕｂを増量側に補正する場合のリセット値である。第１リセット値Ｇ１は、基本添加量Ｑｕｂに補正値Ｇを乗算することで目標添加量Ｑｕｔが演算される構成では、例えば１．０５である。また、補正値Ｇがリセットされる際には、補正値Ｇに積分項が含まれる場合には該積分項もリセットされる。

一方、補正値Ｇが上限値Ｇｍａｘに到達していない場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、継続期間Ｔｃが判定期間Ｔｃｊに到達していない場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、補正値演算部４７は、そのまま一連の処理を一旦終了する。

すなわち、図６に示すように、例えば、検出濃度Ｃｘに対するアンモニアの干渉がないときに検出濃度Ｃｘと目標濃度Ｃｘｔとの偏差ΔＣｘ（＞０）が徐々に大きくなる場合、補正値Ｇは、徐々に大きくなり、やがて上限値Ｇｍａｘに到達する。そして、補正値Ｇが上限値Ｇｍａｘである状態が判定期間Ｔｃｊだけ継続すると、補正値演算部４７は、補正値Ｇを第１リセット値Ｇ１にリセットする。

また、フラグＦの値が０である場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、すなわち検出濃度Ｃｘに対するアンモニアの干渉がある場合、補正値演算部４７は、補正値Ｇが下限値Ｇｍｉｎであるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。補正値Ｇが下限値Ｇｍｉｎである場合（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、補正値演算部４７は、継続期間Ｔｃが判定期間Ｔｃｊに到達しているか否かを判断する（ステップＳ２０６）。継続期間Ｔｃが判定期間Ｔｃｊに到達している場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、補正値演算部４７は、補正値Ｇによる目標添加量Ｑｕｔのフィードバック制御が正常に機能していないものとして補正値Ｇを第２リセット値Ｇ２にリセットし（ステップＳ２０７）、一連の処理を一旦終了する。第２リセット値Ｇ２は、第１リセット値Ｇ１よりも小さい値である。第２リセット値Ｇ２は、基本添加量Ｑｕｂよりも少々低い値が目標添加量Ｑｕｔに設定される値であって、基本添加量Ｑｕｂに対して補正値Ｇを乗算することにより目標添加量Ｑｕｔが演算される構成においては、例えば０．９５である。また、補正値Ｇがリセットされる際には、補正値Ｇに積分項が含まれる場合には該積分項もリセットされる。

一方、補正値Ｇが下限値Ｇｍｉｎでない場合（ステップＳ２０５：ＮＯ）、継続期間Ｔｃが判定期間Ｔｃｊに到達していない場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、補正値演算部４７は、そのまま一連の処理を一旦終了する。

すなわち、図７に示すように、例えば、検出濃度Ｃｘに対するアンモニアの干渉があるときに検出濃度Ｃｘと目標濃度Ｃｘｔとの偏差ΔＣｘ（＞０）が徐々に大きく場合、補正値Ｇは、徐々に小さくなり、やがて下限値Ｇｍｉｎに到達する。そして、補正値Ｇが下限値Ｇｍｉｎである状態が判定期間Ｔｃｊだけ継続すると、補正値演算部４７は、補正値Ｇを第２リセット値Ｇ２にリセットする。

上記実施形態の尿素ＳＣＲシステムの制御装置および制御方法によれば、以下に列挙する作用効果が得られる。
（１）ＥＣＵ３０は、検出濃度Ｃｘにアンモニアの干渉がなく、かつ、検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔよりも大きい場合、偏差ΔＣｘ（＞０）が大きいほど基本添加量Ｑｕｂに対する増量側の補正量を大きくする補正値Ｇを演算する。また、ＥＣＵ３０は、検出濃度Ｃｘにアンモニアの干渉があり、かつ、検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔよりも大きい場合、偏差ΔＣｘ（＞０）が大きいほど基本添加量Ｑｕｂに対する減量側の補正量を大きくなる補正値Ｇを演算する。このように、検出濃度Ｃｘに対するアンモニアの干渉の有無に応じて補正値Ｇが演算されることにより、尿素水の添加量について検出濃度Ｃｘを用いたフィードバック制御を行うことができる。しかも、アンモニア濃度Ｃａｍが演算により求められるため、選択還元型触媒１８の下流にアンモニアセンサーを配設する必要もない。

（２）また、検出濃度Ｃｘが干渉領域Ａ２に属する場合にも尿素水の添加量の制御が可能であることから、尿素水の添加量の自由度が大幅に向上する。これにより、ＮＯｘの還元量に関する自由度も大幅に向上することから、例えば、検出濃度Ｃｘを干渉領域Ａ２に属する値としたうえで検出濃度Ｃｘを目標濃度Ｃｘｔに制御することもできる。その結果、ＮＯｘの排出量をさらに低減することができる。

（３）ＥＣＵ３０は、検出濃度Ｃｘにアンモニアの干渉がなく、かつ、検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔよりも小さい場合、偏差ΔＣｘ（＜０）が小さいほど基本添加量Ｑｕｂに対する減量側の補正量を大きくする補正値Ｇを演算する。また、ＥＣＵ３０は、検出濃度Ｃｘにアンモニアの干渉があり、かつ、検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔよりも小さい場合、偏差ΔＣｘ（＜０）が小さいほど基本添加量Ｑｕｂに対する増量側の補正量を大きくする補正値Ｇを演算する。これにより、検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔよりも小さい場合であっても、検出濃度Ｃｘに対するアンモニアの干渉の有無に応じて検出濃度Ｃｘを用いたフィードバック制御を行うことができる。

（４）ＥＣＵ３０は、補正値Ｇが上限値Ｇｍａｘに到達していることを条件に補正値Ｇを第１リセット値Ｇ１にリセットする。すなわち、ＥＣＵ３０は、補正値Ｇが上限値Ｇｍａｘに維持され、検出濃度Ｃｘを用いたフィードバック制御が正常に機能していないと判断されるときに補正値Ｇをリセットする。これにより、ＥＣＵ３０は、検出濃度Ｃｘを用いたフィードバック制御を正常な状態に復帰させることができる。

（５）ＥＣＵ３０は、補正値Ｇが下限値Ｇｍｉｎに到達していることを条件に補正値Ｇを第２リセット値Ｇ２にリセットする。すなわち、ＥＣＵ３０は、補正値Ｇが下限値Ｇｍｉｎに維持され、検出濃度Ｃｘを用いたフィードバック制御が正常に機能していないと判断されるときに補正値Ｇをリセットする。これにより、ＥＣＵ３０は、検出濃度Ｃｘを用いたフィードバック制御を正常な状態に復帰させることができる。

（６）アンモニア濃度Ｃａｍが閾値Ｃａｍｊ以下のとき（Ｆ＝１）に第１リセット値Ｇ１へのリセットが行われ、アンモニア濃度Ｃａｍが閾値Ｃａｍｊよりも大きいとき（Ｆ＝０）に第２リセット値Ｇ２へのリセットを行われる。すなわち、補正値Ｇのリセットは、検出濃度Ｃｘに対してＮＯｘの濃度あるいはアンモニアの濃度のいずれかが占める割合が著しく高いときに行われる。これにより、検出濃度Ｃｘを用いたフィードバック制御が正常に行われていない確度を高めたうえで補正値Ｇのリセットを行うことができる。

（７）しかも、継続期間Ｔｃが判定期間Ｔｃｊに到達してから補正値Ｇのリセットが行われる。そのため、検出濃度Ｃｘを用いたフィードバック制御が正常に行われていない確度をさらに高めたうえで補正値Ｇがリセットされることから、不要な補正値Ｇのリセットを回避することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・ＥＣＵ３０は、補正値Ｇの第１リセット値Ｇ１へのリセット、および、補正値Ｇの第２リセット値Ｇ２へのリセットの少なくとも一方を行わない構成であってもよい。また、ＥＣＵ３０は、フラグＦの値にかかわらず、補正値Ｇの第１リセット値Ｇ１へのリセット、および、補正値Ｇの第２リセット値Ｇ２へのリセットを行ってもよい。また、ＥＣＵ３０は、補正値Ｇが上限値Ｇｍａｘあるいは下限値Ｇｍｉｎに到達したことを条件として補正値Ｇのリセットを行ってもよい。

・ＥＣＵ３０は、基本添加量Ｑｕｂを増量側へ補正する際に上限値Ｇｍａｘよりも大きい値を補正値Ｇとして演算する構成であってもよい。また、ＥＣＵ３０は、基本添加量Ｑｕｂを減量側へ補正する際に下限値Ｇｍｉｎよりも小さい値を補正値Ｇとして演算する構成であってもよい。

・ＥＣＵ３０は、アンモニア濃度Ｃａｍが閾値Ｃａｍｊ以下であり、かつ、検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔよりも小さい場合に、基本添加量Ｑｕｂに対する増量側への補正量を大きくする補正値Ｇを演算してもよい。すなわち、検出濃度Ｃｘが非干渉領域Ａ１に属する値から干渉領域Ａ２に属する値へと変化する補正値Ｇを演算してもよい。

・ＥＣＵ３０は、アンモニア濃度Ｃａｍが閾値Ｃａｍｊよりも大きく、かつ、検出濃度Ｃｘが目標濃度Ｃｘｔよりも小さい場合に、基本添加量Ｑｕｂに対する減量側への補正量を大きくする補正値Ｇを演算してもよい。すなわち、検出濃度Ｃｘが干渉領域Ａ２に属する値から非干渉領域Ａ１に属する値へと変化する補正値Ｇを演算してもよい。

・尿素ＳＣＲシステム１０は、尿素水添加装置１５、選択還元型触媒１８、および、ＥＣＵ３０の他、例えば、選択還元型触媒１８の下流にアンモニアを酸化する酸化触媒を有する構成であってもよい。なお、この酸化触媒の下流にＮＯｘセンサー２３が配設される場合、モデル４６は、選択還元型触媒１８および酸化触媒でのアンモニアの消費が考慮されたモデルとなる。

１０…尿素ＳＣＲシステム、１１…排気通路、１５…尿素水添加装置、１６…尿素水供給部、１７…添加弁、１８…選択還元型触媒、２１…酸素濃度センサー、２２…温度センサー、２３…ＮＯｘセンサー、２４…吸入空気量センサー、２５…エンジン回転数センサー、２６…燃料噴射制御部、３０…ＥＣＵ、３１…プロセッサ、３２…メモリ、３３…入力インターフェース、３４…出力インターフェース、３５…バス、４１…目標濃度演算部、４２…基本添加量演算部、４３…検出濃度取得部、４４…偏差演算部、４５…濃度演算部、４６…モデル、４７…補正値演算部、４８…目標添加量演算部。

Claims

アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型触媒の下流に設置されたＮＯｘセンサーの検出値である検出濃度を取得する取得部と、
前記選択還元型触媒を通過した排気ガスのアンモニア濃度を演算する濃度演算部と、
前記検出濃度が目標濃度となる尿素水の基本添加量を演算する基本添加量演算部と、
前記検出濃度と前記目標濃度との偏差に基づいて前記基本添加量の補正値を演算する補正値演算部とを備え、
前記補正値演算部は、
前記検出濃度に対するアンモニアの干渉の有無を判定する閾値を保持し、
前記濃度演算部の演算値が前記閾値以下であり、かつ、前記検出濃度が前記目標濃度よりも大きい場合に、前記偏差が大きいほど前記基本添加量に対する増量側への補正量を大きくする前記補正値を演算し、
前記演算値が前記閾値よりも大きく、かつ、前記検出濃度が前記目標濃度よりも大きい場合に、前記偏差が大きいほど前記基本添加量に対する減量側への補正量を大きくする前記補正値を演算する
尿素ＳＣＲシステムの制御装置。
前記補正値演算部は、
前記演算値が前記閾値以下であり、かつ、前記検出濃度が前記目標濃度よりも小さい場合に、前記偏差が小さいほど前記基本添加量に対する減量側への補正量を大きくする前記補正値を演算し、
前記演算値が前記閾値よりも大きく、かつ、前記検出濃度が前記目標濃度よりも小さい場合に、前記偏差が小さいほど前記基本添加量に対する増量側への補正量を大きくする前記補正値を演算する
請求項１に記載の尿素ＳＣＲシステムの制御装置。
前記補正値演算部は、
前記補正値について、前記基本添加量に対する増量側への補正量が最大となる上限値と前記基本添加量を増量側へ補正する場合のリセット値である第１リセット値とを保持し、
前記補正値が前記上限値に到達したことを条件の１つとして前記補正値に前記第１リセット値を設定する
請求項１または２に記載の尿素ＳＣＲシステムの制御装置。
前記補正値演算部は、
前記補正値について、前記基本添加量に対する減量側への補正量が最大となる下限値と前記基本添加量を減量側へ補正する場合のリセット値である第２リセット値とを保持し、
前記補正値が前記下限値に到達したことを条件の１つとして前記補正値を前記第２リセット値に設定する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の尿素ＳＣＲシステムの制御装置。
アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒の上流で排気ガスに尿素水を添加する尿素水添加装置と、前記尿素水添加装置による前記尿素水の添加量を制御する制御装置とを備えた尿素ＳＣＲシステムの制御方法であって、
前記制御装置は、
前記選択還元型触媒の下流に設置されたＮＯｘセンサーの検出値である検出濃度を取得する工程と、
前記選択還元型触媒を通過した排気ガスのアンモニア濃度を演算する工程と、
前記検出濃度が目標濃度となる尿素水の基本添加量を演算する工程と、
前記検出濃度と前記目標濃度との偏差に基づいて前記基本添加量の補正値を演算する工程とを備え、
前記補正値を演算する工程では、前記アンモニア濃度の演算値が前記検出濃度に対するアンモニアの干渉の有無を判定する閾値以下であり、かつ、前記検出濃度が前記目標濃度よりも大きい場合に、前記偏差が大きいほど前記基本添加量に対する増量側への補正量を大きくする前記補正値が演算され、前記演算値が前記閾値よりも大きく、かつ、前記検出濃度が前記目標濃度よりも大きい場合に、前記偏差が大きいほど前記基本添加量に対する減量側への補正量を大きくする前記補正値が演算される
尿素ＳＣＲシステムの制御方法。