JP6938970B2 - Estimator and estimation method - Google Patents
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本発明は、推定装置及び推定方法に関し、特に、エンジンの排気通路における窒素化合物の質量流量(以下、NOx質量流量)の推定に関する。 The present invention relates to an estimation device and an estimation method, and more particularly to an estimation of a mass flow rate of a nitrogen compound (hereinafter referred to as NOx mass flow rate) in an engine exhaust passage.
従来、NOx質量流量をNOxセンサにより検出されるNOx濃度及び吸入空気流量センサ(以下、MAFセンサ)により検出される吸入空気流量等に基づいて推定する技術が種々提案されている(例えば、特許文献1,2等参照)。 Conventionally, various techniques for estimating the NOx mass flow rate based on the NOx concentration detected by the NOx sensor, the intake air flow rate detected by the intake air flow rate sensor (hereinafter, MAF sensor), and the like have been proposed (for example, Patent Documents). See 1 and 2 etc.).
ところで、MAFセンサ及びNOxセンサを用いてNOx質量流量を推定する場合には、MAFセンサの位置とNOxセンサとの位置が離れているため、排気ガス質量流量とNOx濃度とは位相差が発生することとなり、NOx質量流量を正確に推定することができないという課題がある。その結果、例えば、このような推定値に基づいてSCR触媒に還元剤として供給する尿素水の供給量を制御する場合には、供給量の不足や過大な噴射により、NOx浄化率が低下したりアンモニアスリップが生じたりする場合がある。 By the way, when the NOx mass flow rate is estimated using the MAF sensor and the NOx sensor, since the position of the MAF sensor and the position of the NOx sensor are separated, a phase difference occurs between the exhaust gas mass flow rate and the NOx concentration. Therefore, there is a problem that the NOx mass flow rate cannot be estimated accurately. As a result, for example, when controlling the supply amount of urea water to be supplied to the SCR catalyst as a reducing agent based on such an estimated value, the NOx purification rate may decrease due to insufficient supply amount or excessive injection. Ammonia slip may occur.
本開示の技術は、NOx質量流量の推定精度を効果的に向上させることを目的とする。 The technique of the present disclosure aims to effectively improve the estimation accuracy of NOx mass flow rate.
本開示の技術は、エンジンから排出される排気ガスの質量流量を取得する排気ガス質量流量取得手段と、前記排気ガスの窒素化合物濃度を取得する窒素化合物濃度取得手段と、前記排気ガスの質量流量の位相を前記窒素化合物濃度の位相に補正する位相補正時間を、前記排気ガスの質量流量に設定する位相補正時間設定手段と、前記位相補正時間設定手段により位相補正時間が設定された排気ガスの質量流量及び前記窒素化合物濃度取得手段により取得された窒素化合物濃度に基づいて、窒素化合物の質量流量を推定する窒素化合物質量流量推定手段とを備えることを特徴とする。 The techniques of the present disclosure include an exhaust gas mass flow rate acquisition means for acquiring the mass flow rate of the exhaust gas discharged from the engine, a nitrogen compound concentration acquisition means for acquiring the nitrogen compound concentration of the exhaust gas, and a mass flow rate of the exhaust gas. The phase correction time setting means for setting the phase correction time for correcting the phase to the phase of the nitrogen compound concentration to the mass flow rate of the exhaust gas, and the exhaust gas whose phase correction time is set by the phase correction time setting means. It is characterized by comprising a nitrogen compound mass flow rate estimating means for estimating the mass flow rate of the nitrogen compound based on the mass flow rate and the nitrogen compound concentration acquired by the nitrogen compound concentration acquiring means.
また、前記排気ガス質量流量取得手段は、前記エンジンのエンジン負荷を取得するエンジン負荷取得手段と、前記エンジンの吸気通路内に吸入される吸入空気流量を取得する空気流量取得手段とを備え、前記エンジン負荷に応じた前記エンジンの燃料指示噴射量及び前記吸入空気流量に基づいて、前記排気ガスの質量流量を取得することが好ましい。 Further, the exhaust gas mass flow rate acquisition means includes an engine load acquisition unit for acquiring the engine load of the engine and an air flow rate acquisition unit for acquiring the intake air flow rate sucked into the intake passage of the engine. It is preferable to acquire the mass flow rate of the exhaust gas based on the fuel indicated injection amount of the engine and the intake air flow rate according to the engine load.
さらに、前記位相補正時間設定手段は、前記排気ガスの質量流量が大きくなるに伴い前記位相補正時間を小さくすることが好ましい。 Further, it is preferable that the phase correction time setting means reduces the phase correction time as the mass flow rate of the exhaust gas increases.
本開示の技術は、エンジンから排出される排気ガスの質量流量及び前記排気ガスの窒素化合物濃度を取得し、前記排気ガスの質量流量の位相を前記窒素化合物濃度の位相に補正する位相補正時間を、前記排気ガスの質量流量に設定し、前記位相補正時間が設定された排気ガスの質量流量及び前記窒素化合物濃度に基づいて、窒素化合物の質量流量を推定することを特徴とする。 The technique of the present disclosure obtains the mass flow rate of the exhaust gas discharged from the engine and the nitrogen compound concentration of the exhaust gas, and corrects the phase of the mass flow rate of the exhaust gas to the phase of the nitrogen compound concentration. , The mass flow rate of the nitrogen compound is set to the mass flow rate of the exhaust gas, and the mass flow rate of the nitrogen compound is estimated based on the mass flow rate of the exhaust gas and the nitrogen compound concentration for which the phase correction time is set.
本開示の技術によれば、NOx質量流量の推定精度を効果的に向上させることができる。 According to the technique of the present disclosure, the estimation accuracy of the NOx mass flow rate can be effectively improved.
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る推定装置及び推定方法について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, an estimation device and an estimation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The same parts have the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed explanations about them will not be repeated.
図1に示すように、ディーゼルエンジン(以下、エンジン)10には、吸気マニホールド11及び排気マニホールド12が設けられている。吸気マニホールド11には新気を導入する吸気通路13が接続され、排気マニホールド12には排気ガスを大気に放出する排気通路14が接続されている。
As shown in FIG. 1, the diesel engine (hereinafter, engine) 10 is provided with an intake manifold 11 and an
吸気通路13には、吸気上流側から順に、エアクリーナ15、MAFセンサ93、過給機20のコンプレッサ22、インタークーラ16、ブースト圧センサ92等が設けられている。排気通路14には、排気上流側から順に、過給機20のタービン21、前段後処理装置40、排気温度センサ94、上流NOxセンサ95、後段後処理装置41、下流NOxセンサ96等が設けられている。
The
排気再循環装置(以下、EGR装置)30は、タービン21よりも上流側の排気通路14とコンプレッサ22よりも下流側の吸気通路13とを接続するEGR通路31と、EGRガスを冷却するEGRクーラ32と、EGR量を調整可能なEGRバルブ33とを備えている。
The exhaust gas recirculation device (hereinafter, EGR device) 30 includes an
前段後処理装置40は、排気上流側から順に、酸化触媒42と、パティキュレイト・フィルタ(以下、フィルタ)43とを備えている。
The
酸化触媒42は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に酸化触媒成分等を担持して形成されており、排気ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)及び炭化水素(HC)を酸化する。酸化触媒42は、何れも図示しない筒内インジェクタのポスト噴射や排気管インジェクタの排気管噴射によって未燃状態のHCが供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
The
フィルタ43は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ43は、排気ガス中の粒子状物質(以下、PM)を隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、PM堆積量が所定の上限閾値に達すると、これを燃焼除去するフィルタ再生が実施される。
The
後段後処理装置41は、排気上流側から順に、尿素水添加装置44と、選択的還元触媒(以下、SCR触媒)48とを備えている。
The post-stage post-treatment device 41 includes a urea
尿素水添加装置44は、尿素水を貯留する尿素水タンク45と、尿素水タンク45から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ46と、排気通路14内に尿素水を添加する尿素水添加ノズル47とを備えている。尿素水添加ノズル47から排気通路14内に噴射された尿素水は、排気熱により分解されてアンモニア(NH3)が生成され、下流側のSCR触媒48に還元剤として供給される。
The urea
SCR触媒48は、例えば多孔質セラミック担体にゼオライト等を担持して形成されている。SCR触媒48は、尿素水添加ノズル47から還元剤として供給されるNH3を吸着すると共に、吸着したNH3で通過する排気ガス中からNOxを選択的に還元浄化する。
The
エンジン回転数センサ90は、エンジン10の図示しないクランクシャフトからエンジン回転数Neを検出する。アクセル開度センサ91は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に応じたエンジン10の燃料指示噴射量Qを指示する。
The engine speed sensor 90 detects the engine speed Ne from a crankshaft (not shown) of the engine 10. The
ブースト圧センサ92は、吸気通路13内のブースト圧(過給圧)を検出する。MAFセンサ93は、エアクリーナ15から吸気通路13に導入される吸入空気流量qAirを検出する。排気温度センサ94は、SCR触媒48の上流側の排気通路14を流れる排気ガスの排気温度を検出する。
The
上流NOxセンサ95及び下流NOxセンサ96は、例えば、2セル式等のNOxセンサであって、O2濃度及びNOx濃度NOx_Sを検出する。なお、排気温度センサ94、上流NOxセンサ95及び下流NOxセンサ96の取り付け位置は図示例に限定されず、排気通路14の他の部位であってもよい。これら各センサ90〜96は、電子制御ユニット(以下、ECU)100と電気的に接続されている。
The
ECU100は、エンジン10等の各種制御を行うもので、公知のCPUやROM、RAM、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。これら各種制御を行うため、ECU100には、各センサ90〜96のセンサ値が入力される。
The ECU 100 controls the engine 10 and the like, and includes a known CPU, ROM, RAM, input port, output port, and the like. In order to perform these various controls, the sensor values of the sensors 90 to 96 are input to the
また、図2に示すように、ECU100は、排気ガス質量流量演算部110と、位相補正時間設定部120と、NOx質量流量推定値演算部130と、係数設定部140とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるECU100に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
Further, as shown in FIG. 2, the
排気ガス質量流量演算部110は、アクセル開度センサ91から入力されるエンジン10の燃料指示噴射量Q及びMAFセンサ93から入力される吸入空気流量qAirに基づいて、エンジン10から排出される排気ガスの単位時間当たりに通過する質量流量(以下、排気ガス質量流量qm_Ex)を演算する。より詳しくは、排気ガス質量流量演算部110は、燃料指示噴射量Qと吸入空気流量qAirとを加算演算することにより、排気ガス質量流量qm_Exを演算する。
The exhaust gas mass flow
位相補正時間設定部120は、排気ガス質量流量演算部110から入力される排気ガス質量流量qm_Exの位相を、上流NOxセンサ95から入力される上流NOx濃度NOx_Sの位相に補正する位相補正時間(遅れ時間)Tを推定して、排気ガス質量流量qm_Exに設定する。位相補正時間Tは、MAFセンサ93の位置における吸入空気が吸気通路13、エンジン10、排気通路14を流れて排気ガスとして上流NOxセンサ95に到達するまでの時間であって、例えば、排気ガス質量流量qm_Exに従って設定される。
The phase correction
より詳しくは、ECU100のメモリには、予め実験等により作成した、排気ガス質量流量qm_Exと位相補正時間Tとの相関関係を規定する位相補正時間マップM1(図3参照)が記憶されている。この位相補正時間マップM1において、位相補正時間Tは排気ガス質量流量qm_Exが大きくなるに従い小さくなるように設定されている。位相補正時間設定部120は、位相補正時間マップM1から排気ガス質量流量qm_Exに応じた位相補正時間Tを読み取り、当該位相補正時間Tを排気ガス質量流量qm_Exに設定する。
More specifically, the memory of the ECU 100 stores a phase correction time map M1 (see FIG. 3) that defines the correlation between the exhaust gas mass flow rate qm_Ex and the phase correction time T, which is created in advance by experiments or the like. .. In this phase correction time map M1, the phase correction time T is set to decrease as the exhaust gas mass flow rate qm_Ex increases. The phase correction
NOx質量流量推定値演算部130は、係数設定部140から入力される係数K、上流NOxセンサ95から入力される上流NOx濃度NOx_S及び位相補正時間設定部120から入力される位相補正時間Tが設定された排気ガス質量流量qm_Ex(以下、補正後排気ガス質量流量qm_Ex_T)に基づいて、上流NOxセンサ95の位置におけるNOxの単位時間当たりに通過する質量流量の推定値(以下、NOx質量流量推定値qm_NOx)を演算する。
The NOx mass flow rate estimation
より詳しくは、係数設定部140は、例えば、NOx重量比を所定の係数Kとして設定し、当該係数Kの値をNOx質量流量推定値演算部130に出力する。そして、NOx質量流量推定値演算部130は、係数Kと、上流NOx濃度NOx_Sと、補正後排気ガス質量流量qm_Ex_Tとを乗算演算することにより、NOx質量流量推定値qm_NOxを演算する。なお、係数Kは、予め規定された固定値であってもよく、上流NOxセンサ95からのセンサ値に基づく空気過剰率に応じたマップ等により変化させてもよい。
More specifically, the
以上詳述したように、本実施形態によれば、燃料指示噴射量Q及び吸入空気流量qAirに基づいて演算される排気ガス質量流量qm_Exに位相補正時間Tを設定することで、図4中に特性線Aで示される排気ガス質量流量qm_Exは、特性線Bで示される補正後排気ガス質量流量qm_Ex_Tに補正される。そして、特性線Bで示される補正後排気ガス質量流量qm_Ex_Tと特性線Cで示される上流NOx濃度NOx_Sに基づいて、NOx質量流量推定値qm_NOxを演算することで、NOx質量流量推定値qm_NOxを上流NOxセンサ95の位置におけるNOx質量流量の実際値に近づけられるようになっている。これにより、NOx質量流量の推定精度を効果的に向上させることができる。そして、NOx質量流量の精度が向上することで、例えば、尿素水添加ノズル47から噴射される尿素水噴射量をより正確に制御することができ、その結果、尿素水噴射量の不足又は過大な噴射によるNOx浄化率の低下やアンモニアスリップを効果的に防止することが可能になる。
As described above in detail, according to this embodiment, the fuel instructed injection amount Q and the intake air flow rate q exhaust gas mass flow qm _ex that is calculated based on the Air By setting the phase correction time T, FIG. 4 The exhaust gas mass flow rate qm _Ex shown by the characteristic line A is corrected to the corrected exhaust gas mass flow rate qm _Ex_T shown by the characteristic line B. Then, the NOx mass flow rate estimated value qm _NOx is calculated based on the corrected exhaust gas mass flow rate qm _Ex_T shown by the characteristic line B and the upstream NOx concentration NOx _S shown by the characteristic line C. qm_NOx can be brought closer to the actual value of the NOx mass flow rate at the position of the
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.
例えば、図5に示すように、ECU100は、排気ガス質量流量演算部110と、位相補正時間演算設定部150と、NOx質量流量推定値演算部130と、係数設定部140とを一部の機能要素として有してもよい。この場合、位相補正時間演算設定部150は、例えば、MAFセンサ93から上流NOxセンサ95までの通路容積Vを排気ガス体積流量qv_Exで除算演算することにより位相補正時間Tを演算し、当該位相補正時間Tを排気ガス質量流量qm_Exに設定する。ここで、通路容積Vは、予め設計値等により固定値として設定されている。また、排気ガス体積流量qv_Exは、エンジン回転数Ne、燃料指示噴射量Q、ブースト圧センサ92から入力されるブースト圧、排気温度センサ94から入力される排気温度等に基づいて演算される。これにより、位相補正時間Tをリアルタイムに演算することができ、NOx質量流量の推定精度を効果的に向上させることができる。
For example, as shown in FIG. 5, the
また、排気ガス質量流量qm_Exは、燃料指示噴射量Qと吸入空気流量qAirとを加算演算するものに限定されず、図示しない排気ガス流量センサにより取得してもよく、この他種々の方法により取得してもよい。 The exhaust gas mass flow qm _ex is not limited to the addition operation of the fuel instructed injection amount Q and the intake air flow rate q Air, it may be obtained by the exhaust gas flow rate sensor (not shown), various other methods May be obtained by.
さらに、位相補正時間Tは、排気ガス質量流量qm_Exの位相を上流NOx濃度NOx_Sの位相に補正するものに限定されず、上流NOx濃度NOx_Sの位相を排気ガス質量流量qm_Exの位相に補正するものであってもよく、上流NOx濃度NOx_Sの位相と排気ガス質量流量qm_Exの位相との双方を補正して位相を合わせてもよい。 Further, the phase correction time T is not limited to the one that corrects the phase of the exhaust gas mass flow rate qm _Ex to the phase of the upstream NOx concentration NOx _S , and the phase of the upstream NOx concentration NOx _S is set to the phase of the exhaust gas mass flow rate qm _Ex . It may be corrected, and both the phase of the upstream NOx concentration NOx _S and the phase of the exhaust gas mass flow rate qm _Ex may be corrected to match the phases.
さらに、NOx質量流量推定値qm_NOxは、上流NOx濃度NOx_S及び補正後排気ガス質量流量qm_Ex_Tに基づいて演算するものに限定されず、下流NOxセンサ96から入力される下流NOx濃度に基づいて演算してもよい。
Further, the NOx mass flow rate estimated value qm _NOx is not limited to the one calculated based on the upstream NOx concentration NOx _S and the corrected exhaust gas mass flow rate qm _Ex_T, but is based on the downstream NOx concentration input from the
さらに、排気ガス質量流量qm_Ex及び上流NOx濃度NOx_Sは、例えば、ローパスフィルタ等のフィルタによってノイズ成分を除去する等のフィルタ処理を施してもよい。 Further, the exhaust gas mass flow rate qm _Ex and the upstream NOx concentration NOx _S may be filtered by, for example, removing a noise component by a filter such as a low-pass filter.
さらに、NOx質量流量推定値qm_NOxは、尿素水添加ノズル47から噴射される尿素水噴射量を制御するものに限定されず、その他の各種判定や各種制御に用いることができる。
Further, the NOx mass flow rate estimated value qm_NOx is not limited to controlling the amount of urea water injected from the urea
10 エンジン
13 吸気通路
14 排気通路
44 尿素水添加装置
47 尿素水添加ノズル
48 SCR触媒
91 アクセル開度センサ(エンジン負荷取得手段)
93 MAFセンサ(空気流量取得手段)
95 上流NOxセンサ(窒素化合物濃度取得手段)
100 ECU
110 排気ガス質量流量演算部(排気ガス質量流量取得手段)
120 位相補正時間設定部(位相補正時間設定手段)
130 NOx質量流量推定値演算部(窒素化合物質量流量推定手段)
140 係数設定部
150 位相補正時間演算設定部(位相補正時間設定手段)
10
93 MAF sensor (air flow rate acquisition means)
95 Upstream NOx sensor (Nitrogen compound concentration acquisition means)
100 ECU
110 Exhaust gas mass flow rate calculation unit (exhaust gas mass flow rate acquisition means)
120 Phase correction time setting unit (Phase correction time setting means)
130 NOx mass flow rate estimation value calculation unit (nitrogen compound mass flow rate estimation means)
140
Claims (4)
前記エンジン出口排気ガスよりも下流側を流れる下流側排気ガスの窒素化合物濃度を取得する窒素化合物濃度取得手段と、
前記エンジン出口排気ガスの質量流量の位相を前記窒素化合物濃度の位相に補正する位相補正時間を、前記下流側排気ガスの質量流量に設定する位相補正時間設定手段と、
前記位相補正時間設定手段により位相補正時間が設定された排気ガスの質量流量及び前記窒素化合物濃度取得手段により取得された窒素化合物濃度に基づいて、窒素化合物の質量流量を推定する窒素化合物質量流量推定手段と
を備えることを特徴とする推定装置。 Exhaust gas mass flow rate calculation means for calculating the mass flow rate of engine outlet exhaust gas discharged from the engine,
A nitrogen compound concentration acquisition means for acquiring the nitrogen compound concentration of the downstream exhaust gas flowing downstream of the engine outlet exhaust gas, and
A phase correction time setting means for setting the phase correction time for correcting the phase of the mass flow rate of the engine outlet exhaust gas to the phase of the nitrogen compound concentration to the mass flow rate of the downstream exhaust gas.
Nitrogen compound mass flow rate estimation that estimates the mass flow rate of a nitrogen compound based on the mass flow rate of the exhaust gas whose phase correction time is set by the phase correction time setting means and the nitrogen compound concentration acquired by the nitrogen compound concentration acquisition means. An estimation device characterized by providing means.
前記エンジンのエンジン負荷を取得するエンジン負荷取得手段と、
前記エンジンの吸気通路内に吸入される吸入空気流量を取得する空気流量取得手段と
を備え、
前記エンジン負荷に応じた前記エンジンの燃料指示噴射量及び前記吸入空気流量に基づいて、前記エンジン出口排気ガスの質量流量を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の推定装置。 The exhaust gas mass flow rate calculation means
An engine load acquisition means for acquiring the engine load of the engine and
It is provided with an air flow rate acquisition means for acquiring the intake air flow rate to be sucked into the intake passage of the engine.
The estimation device according to claim 1 , wherein the mass flow rate of the engine outlet exhaust gas is acquired based on the fuel indicated injection amount of the engine and the intake air flow rate according to the engine load.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の推定装置。 The estimation device according to claim 1 or 2, wherein the phase correction time setting means reduces the phase correction time as the mass flow rate of the engine outlet exhaust gas increases.
ことを特徴とする推定方法。 The mass flow rate of the engine outlet exhaust gas discharged from the engine is calculated, and the nitrogen compound concentration of the downstream exhaust gas flowing downstream of the engine outlet exhaust gas is acquired, and the phase of the mass flow rate of the engine outlet exhaust gas is obtained. The phase correction time for correcting the phase to the nitrogen compound concentration is set to the mass flow rate of the downstream exhaust gas, and the nitrogen is based on the mass flow rate of the exhaust gas for which the phase correction time is set and the nitrogen compound concentration. An estimation method characterized by estimating the mass flow rate of a compound.
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