JP7115417B2 - Abnormal diagnosis device for reduction catalyst - Google Patents
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Description
本発明は、還元触媒の異常診断装置に関する。 The present invention relates to an abnormality diagnosis device for a reduction catalyst.
従来の還元触媒の異常診断装置として、例えば特許文献1に記載の技術が知られている。特許文献1に記載の技術では、還元触媒の上流の排気ガスに含まれるNOx量に基づいて還元触媒のNH3吸着量が推定され、このNH3吸着量が規定量以上であるときに、異常診断処理が実行される。
As a conventional abnormality diagnosis device for a reduction catalyst, for example, the technology described in
この技術分野では、還元触媒の下流の排気ガスに含まれるNOx量又はNH3量の実測値である実測スリップ量に着目し、還元触媒の異常の診断を行う場合がある。このような還元触媒の異常の診断を行う際、還元触媒の異常の誤診断を未然に回避するために、例えば還元触媒の物理モデルを用いて算出した仮想スリップ量を利用して、還元触媒が異常と診断され得る程度まで実測スリップ量が増加していることを適切に推定することが望まれる。 In this technical field, there is a case of diagnosing an abnormality of the reduction catalyst by paying attention to the measured slip amount, which is the measured value of the amount of NOx or NH3 contained in the exhaust gas downstream of the reduction catalyst. When diagnosing the abnormality of the reduction catalyst, in order to avoid erroneous diagnosis of the abnormality of the reduction catalyst, for example, the virtual slip amount calculated using the physical model of the reduction catalyst is used. It is desirable to appropriately estimate that the actually measured slip amount has increased to the extent that it can be diagnosed as abnormal.
本発明は、還元触媒の異常の誤診断の回避を図ることを目的とする。 An object of the present invention is to avoid erroneous diagnosis of abnormality of a reduction catalyst.
本発明の一態様に係る還元触媒の異常診断装置は、内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒と、還元触媒の上流に設けられ、尿素水を添加する添加弁と、還元触媒の上流の排気ガスに含まれるNOx量である上流NOx量を取得する上流NOx量取得部と、上流NOx量に基づいて、尿素水の添加量を取得する添加量取得部と、還元触媒の下流の排気ガスに含まれるNOx量又はNH3量の実測値である実測スリップ量を検出する実測スリップ量検出部と、少なくとも上流NOx量及び添加量を入力とする還元触媒の物理モデルを用いて、還元触媒の下流の排気ガスに含まれるNOx量又はNH3量の仮想値である仮想スリップ量を算出する仮想スリップ量算出部と、実測スリップ量と仮想スリップ量とに基づいて、還元触媒の異常の有無の診断を行う診断部と、を備え、仮想スリップ量算出部は、還元触媒の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも遅延立上り型とされた物理モデルである第1モデルを用いて、診断部による診断の実行可否を判定するための仮想スリップ量である第1仮想スリップ量を算出し、診断部は、第1仮想スリップ量が所定の許可閾値以上である場合に、診断を実行する。 A reduction catalyst abnormality diagnosis device according to one aspect of the present invention includes a reduction catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, an addition valve provided upstream of the reduction catalyst for adding urea water, and an addition valve upstream of the reduction catalyst. An upstream NOx amount acquisition unit that acquires an upstream NOx amount that is the NOx amount contained in the exhaust gas, an addition amount acquisition unit that acquires the addition amount of the urea water based on the upstream NOx amount, and the exhaust gas downstream of the reduction catalyst. Using a physical model of the reduction catalyst that inputs at least the upstream NOx amount and the addition amount, the reduction catalyst A virtual slip amount calculator that calculates a virtual slip amount that is a virtual value of the amount of NOx or NH3 contained in the downstream exhaust gas, and the presence or absence of an abnormality in the reduction catalyst based on the actually measured slip amount and the virtual slip amount. a diagnostic unit that performs a diagnosis, and the virtual slip amount calculation unit uses the first model, which is a physical model that is of a delayed rise type compared to the case of using a physical model that corresponds to the abnormal state of the reduction catalyst in terms of design. , a first virtual slip amount that is a virtual slip amount for determining whether or not the diagnosis can be performed by the diagnosis unit, and the diagnosis unit executes the diagnosis when the first virtual slip amount is equal to or greater than a predetermined permission threshold. do.
本発明の一態様に係る還元触媒の異常診断装置では、第1仮想スリップ量が所定の許可閾値以上である場合に、診断部により診断が実行される。第1仮想スリップ量は、還元触媒の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも遅延立上り型とされた物理モデルである第1モデルを用いて算出されている。よって、例えば還元触媒の異常状態において実測スリップ量が立ち上がるときに、診断の実行可否を判定するための第1仮想スリップ量が所定の許可閾値以上となっていれば、還元触媒が異常と診断され得る程度まで実測スリップ量がすでに増加しているものと想定することができる。その結果、還元触媒の異常の誤診断の回避を図ることができる。 In the reduction catalyst abnormality diagnosis device according to the aspect of the present invention, the diagnosis is performed by the diagnosis unit when the first virtual slip amount is equal to or greater than the predetermined permission threshold. The first virtual slip amount is calculated using the first model, which is a physical model that is of a delayed rise type compared to the case of using a physical model corresponding to the abnormal state of the reduction catalyst in terms of design. Therefore, for example, when the actually measured slip amount rises in the abnormal state of the reduction catalyst, if the first virtual slip amount for determining whether the diagnosis can be executed is equal to or greater than the predetermined permission threshold, the reduction catalyst is diagnosed as abnormal. It can be assumed that the measured slip amount has already increased to the extent that it is obtained. As a result, erroneous diagnosis of abnormality in the reduction catalyst can be avoided.
一実施形態では、第1モデルは、同一の入力に対する仮想スリップ量のインパルス応答波形の比較において、還元触媒の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりもピークが高く且つ半値幅が小さいインパルス応答波形となるような物理モデルであってもよい。この場合、還元触媒の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも第1仮想スリップ量の立ち上がりが遅くなると共に、遅れて立ち上がった後のピークが高くなるようなシャープなピーク特性とすることができる。よって、遅延立上り型として好適な第1モデルを用いることができる。 In one embodiment, the first model has a higher peak and a smaller half-value width than when using a physical model that is designed to correspond to an abnormal state of the reduction catalyst in comparison of the impulse response waveform of the virtual slip amount for the same input. A physical model that provides an impulse response waveform may also be used. In this case, the rise of the first virtual slip amount is slower than in the case of using a physical model corresponding to the abnormal state of the reduction catalyst by design, and the sharp peak characteristic is such that the peak after the delayed rise is high. be able to. Therefore, it is possible to use the first model suitable for the delayed rise type.
一実施形態では、第1モデルは、還元触媒の異常状態に設計上相当する物理モデルよりも、触媒段数が多い物理モデルであってもよい。この場合、触媒段数の増加分に応じて、第1仮想スリップ量の立ち上がりを遅らせることができる。 In one embodiment, the first model may be a physical model with a larger number of catalyst stages than a physical model corresponding in design to an abnormal state of the reduction catalyst. In this case, the rise of the first virtual slip amount can be delayed according to the increase in the number of catalyst stages.
一実施形態では、第1モデルは、還元触媒の異常状態に設計上相当する物理モデルよりも、仮想スリップ量のスリップ速度が大きい物理モデルであってもよい。この場合、仮想スリップ量のスリップ速度の増加分に応じて、遅らせた立ち上がり後の第1仮想スリップ量を増加させ易くなる。 In one embodiment, the first model may be a physical model in which the virtual slip amount has a higher slip speed than the physical model corresponding to the abnormal state of the reduction catalyst by design. In this case, it becomes easier to increase the delayed first virtual slip amount after the rise in accordance with the increase in the slip speed of the virtual slip amount.
一実施形態では、仮想スリップ量算出部は、還元触媒の正常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも早期立上り型とされた物理モデルである第2モデルを用いて、診断部による診断を一時停止させるための仮想スリップ量である第2仮想スリップ量を算出し、診断部は、第1仮想スリップ量が許可閾値以上であって、且つ、第2仮想スリップ量が所定の停止閾値以上である場合に、診断を一時的に停止してもよい。この場合、第2仮想スリップ量が所定の停止閾値以上である場合に、診断部により診断が一時的に停止される。第2仮想スリップ量は、還元触媒の正常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも早期立上り型とされた物理モデルである第2モデルを用いて算出されている。よって、例えば還元触媒の正常状態においても実測スリップ量が発生するときに、診断を一時停止させるための第2仮想スリップ量が所定の停止閾値以上となっていれば、第1仮想スリップ量が許可閾値以上であったとしても、当該実測スリップ量の増加は還元触媒の異常に起因する増加ではないとして診断を一時的に停止することができる。その結果、還元触媒の異常の誤診断の回避を、より精度良く図ることができる。 In one embodiment, the virtual slip amount calculation unit uses the second model, which is a physical model that is set to start earlier than when using the physical model corresponding to the normal state of the reduction catalyst in terms of design. The diagnostic unit calculates a second virtual slip amount that is a virtual slip amount for temporarily stopping the Diagnosis may be temporarily suspended when . In this case, the diagnosis is temporarily stopped by the diagnosis unit when the second virtual slip amount is equal to or greater than the predetermined stop threshold. The second virtual slip amount is calculated using the second model, which is a physical model that is designed to start faster than the physical model corresponding to the normal state of the reduction catalyst. Therefore, for example, when a measured slip amount occurs even when the reduction catalyst is in a normal state, if the second virtual slip amount for temporarily stopping the diagnosis is equal to or greater than a predetermined stop threshold, the first virtual slip amount is permitted. Even if it is equal to or greater than the threshold value, the diagnosis can be temporarily stopped assuming that the increase in the measured slip amount is not caused by the abnormality of the reduction catalyst. As a result, erroneous diagnosis of abnormality of the reduction catalyst can be avoided with higher accuracy.
本発明によれば、還元触媒の異常の誤診断の回避が図られる。 According to the present invention, it is possible to avoid erroneous diagnosis of abnormality of the reduction catalyst.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
[還元触媒の異常診断装置の構成]
図1は、実施形態に係る還元触媒の異常診断装置を示す概略構成図である。図1において、還元触媒の異常診断装置10は、ディーゼルエンジン(内燃機関)1に設けられた還元触媒の異常の有無を診断する装置であり、例えば車両に搭載されている。ディーゼルエンジン1は、吸気通路2と、排気通路3と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ(図示省略)とを有している。ディーゼルエンジン1では、排気通路3に設けられた各触媒により、ディーゼルエンジン1から排出される排気ガスが浄化される。
[Configuration of reduction catalyst abnormality diagnosis device]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an abnormality diagnosis device for a reduction catalyst according to an embodiment. In FIG. 1, a reduction catalyst
還元触媒の異常診断装置10は、触媒として、排気通路3に設けられたディーゼル排気微粒子除去フィルタ(微粒子フィルタ)[DPF:Diesel Particulate Filter]4と選択還元触媒[SCR:Selective Catalytic Reduction](還元触媒)5とを備えている。DPF4は、排気通路3におけるSCR5の上流に設けられている。DPF4は、排気ガスに含まれる粒子状物質[PM:Particulate Matter]を捕集することで、排気ガスからPMを取り除く。SCR5は、排気ガスに含まれるNOxを還元して浄化する。
The reduction catalyst
還元触媒の異常診断装置10は、排気通路3におけるSCR5の上流側、具体的にはDPF4とSCR5との間の排気通路3に配設された添加弁6を備えている。添加弁6は、供給管を介して尿素水タンクと接続され(図示省略)、SCR5に尿素水を添加する。添加弁6により尿素水がSCR5に添加されると、尿素水がNH3となってSCR5に吸着され、そのNH3が排気ガス中のNOxと反応することで、NOxが還元される。
The reduction catalyst
SCR5に吸着可能なNH3の量には、上限がある。例えば、その上限に対して過剰な量のNH3がSCR5に供給されると、SCR5に吸着されなかったNH3がSCR5から流出(スリップ)する場合がある。 There is an upper limit to the amount of NH3 that can be adsorbed on SCR5. For example, if NH3 is supplied to SCR5 in excess of its upper limit, NH3 that has not been adsorbed on SCR5 may flow out (slip) from SCR5.
SCR5には、SCR5の浄化性能及び吸着性能に関し、正常状態と異常状態とを有する。SCR5の正常状態とは、例えば、SCR5の下流側のNOx濃度が法令による排気ガス規制を満たす程度にSCR5の浄化性能及び吸着性能が保たれている状態を意味する。SCR5の異常状態とは、例えば、SCR5の下流側のNOx濃度が法令による排気ガス規制を満たさないおそれがある程度にSCR5の浄化性能及び吸着性能が劣化した状態を意味する。SCR5の異常状態においては、SCR5の正常状態と比べて吸着可能なNH3の量が低下し、NH3のスリップ量が増加し易くなる。
The
図2は、図1のECUに関する構成のブロック図である。図1及び図2に示されるように、還元触媒の異常診断装置10は、吸気量センサ11と、エンジン状態センサ12と、排気温度センサ13と、NOxセンサ(上流NOx量取得部)14と、NH3センサ(実測スリップ量検出部)15と、ECU[Electronic Control Unit]20と、を備えている。ECU20には、上記各センサ11~15、及び、添加弁6が接続されている。
FIG. 2 is a block diagram of the configuration relating to the ECU of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the reduction catalyst
吸気量センサ11は、例えばディーゼルエンジン1の吸気通路2に設けられ、ディーゼルエンジン1の吸入空気量を検出する検出器である。吸気量センサ11は、検出した吸入空気量の検出信号をECU20に送信する。
The intake
エンジン状態センサ12は、エンジン状態を取得するためのセンサである。エンジン状態センサ12は、例えば、ディーゼルエンジン1の回転数(以下、エンジン回転数という)、ディーゼルエンジン1の負荷等を検出する検出器である。エンジン状態センサ12は、検出したエンジン状態に関する検出信号をECU20に送信する。
The
排気温度センサ13は、排気通路3におけるDPF4とSCR5との間の排気ガスの温度(入口温度)を排気温度として検出する検出器である。排気温度センサ13は、検出した排気温度の検出信号をECU20に送信する。
The
NOxセンサ14は、排気通路3におけるDPF4とSCR5との間の排気ガスの上流NOx濃度を検出する検出器である。上流NOx濃度は、SCR5の上流の排気ガスに含まれるNOx濃度(NOx量)である。NOxセンサ14は、検出した上流NOx濃度の検出信号をECU20に送信する。
The
NH3センサ15は、排気通路3におけるSCR5の下流の排気ガスのNH3濃度を検出する検出器である。ここでのNH3濃度は、SCR5の下流の排気ガスに含まれるNH3濃度(NH3量)の実測値である実測スリップ量である。NH3センサ15は、検出した実測スリップ量の検出信号をECU20に送信する。
The NH 3 sensor 15 is a detector that detects the NH 3 concentration of exhaust gas downstream of the
ECU20は、CPU[Central Processing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]、CAN[Controller Area Network]通信回路等を有する電子制御ユニットである。ECU20では、ROMに記憶されているプログラムをRAMにロードし、RAMにロードされたプログラムをCPUで実行することにより各種の機能を実現する。ECU20は、複数の電子制御ユニットから構成されていてもよい。
The
ECU20は、機能的構成として、エンジン状態取得部21と、添加量取得部22と、仮想スリップ量算出部23と、診断部24と、を有している。
The
エンジン状態取得部21は、吸気量センサ11、エンジン状態センサ12、排気温度センサ13、NOxセンサ14、及びNH3センサ15の検出信号に基づいて、各種エンジン状態を取得する。
The engine
エンジン状態取得部21は、排気温度センサ13の検出信号に基づいて、排気通路3におけるDPF4とSCR5との間の排気温度をSCR5の温度として取得する。あるいは、エンジン状態取得部21は、エンジン回転数と負荷とから燃料噴射量を算出し、燃料噴射量と吸入空気量とからSCR5の推定温度を取得してもよい。この場合、排気温度センサ13が省略されてもよい。
Based on the detection signal of the
エンジン状態取得部21は、NOxセンサ14の検出信号に基づいて、上流NOx濃度を取得する。あるいは、エンジン状態取得部21は、エンジン回転数と負荷とから燃料噴射量を算出し、燃料噴射量と吸入空気量とから上流NOx濃度の推定値をエンジン状態として取得してもよい。この場合、エンジン状態取得部21が上流NOx量取得部として機能し、NOxセンサ14が省略されてもよい。
The engine
エンジン状態取得部21は、NH3センサ15の検出信号に基づいて、NH3の実測スリップ量を取得する。NH3の実測スリップ量は、後述のSCR5の異常の有無の診断に用いられる。
The engine
添加量取得部22は、上流NOx濃度に基づいて、添加弁6による尿素水の添加量を取得する。添加量取得部22は、例えば、取得した上流NOx濃度又は推定した上流NOx濃度に応じて、SCR5の上流の排気ガスに含まれるNOxの浄化に必要な尿素水の添加量を取得する。添加量取得部22は、SCR5に対するNH3吸着量の維持に必要な予め設定された尿素水の添加量を取得してもよい。添加量は、例えば、NOxセンサ14で検出されたNOx濃度のNOxを全て浄化するために必要となるNH3の量に対応する量であってもよい。添加量取得部22は、取得した尿素水の添加量で、所定の添加タイミングにて添加弁6に尿素水を添加させる。
The addition
仮想スリップ量算出部23は、少なくとも上流NOx量及び添加量を入力とするSCR5の物理モデルを用いて、SCR5の下流の排気ガスに含まれるNH3量(ここではNH3濃度)の仮想値である仮想スリップ量を算出する。仮想スリップ量算出部23は、例えば、SCR5の物理モデルを用いた公知の演算手法に準じて、上流NOx量、添加量、及びSCR5の温度を入力として、SCR5におけるNOx還元反応に伴うNH3の収支と、SCR5におけるNH3吸着量の上限値とから、NH3の仮想吸着量及び仮想スリップ量を算出する。ここでのNH3の仮想吸着量及び仮想スリップ量は、例えば後述の診断部24による診断の実行可否を判定する等のために、一般的なSCR5の設計仕様に則った物理モデルとは異なった物理モデルを用いることにより、実際のNH3の吸着量及びスリップ量の近似値とは意図的に異ならせて算出されるものである。
The virtual slip
SCR5の設計仕様に則った物理モデルとは、実物のSCR5の特性と同様の特性を示すようにモデル設計上のパラメータが決定されたSCR5の物理モデルを意味する。SCR5の特性としては、例えば入力として上流NOx量及びSCR5の温度を一定とした場合の添加量の一定の変化(以下、単に「添加量変化入力」と記す)に対する、NH3スリップ量の立上がり応答及び当該立上がり後のピークが挙げられる。
A physical model conforming to the design specifications of the SCR5 means a physical model of the SCR5 in which model design parameters are determined so as to exhibit characteristics similar to those of the actual SCR5. As a characteristic of the
SCR5の設計仕様に則った物理モデルとしては、SCR5の正常状態に設計上相当する物理モデルと、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルと、が挙げられる。SCR5の正常状態に設計上相当する物理モデルとは、例えば新品状態あるいは法規上正常な劣化の範疇とされる状態(例えば4キロマイル又は120キロマイル走行相当劣化品)の実物のSCR5の特性と同様の特性を示すように、モデル設計上のパラメータが決定されたSCR5の物理モデルを意味する。SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルとは、例えば故障レベルの劣化促進耐久運転等により異常状態を作り出された実物のSCR5の特性と同様の特性を示すように、モデル設計上のパラメータが決定されたSCR5の物理モデルを意味する。
The physical model that conforms to the design specifications of the
仮想スリップ量算出部23は、SCR5の物理モデルとして第1モデルを用いて、上流NOx量、添加量、及びSCR5の温度を入力として、診断部24による診断の実行可否を判定するための仮想スリップ量である第1仮想スリップ量を算出する。
The virtual slip
第1モデルは、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも遅延立上り型とされた物理モデルである。遅延立上り型とは、第1仮想スリップ量の方が、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルでの仮想スリップ量(以下、単に「異常仮想スリップ量」と記す)よりも、同一の添加量変化入力に対して遅れて立ち上がるような立上がり応答の特性を意味する。第1モデルは、遅延立上り型に加えて、第1仮想スリップ量の方が異常仮想スリップ量よりも同一の添加量変化入力に対して遅れて立ち上がった後のピークが高くなるようなシャープなピーク特性とされた物理モデルであってもよい。
The first model is a physical model that has a delayed rise compared to the case of using a physical model corresponding to the abnormal state of the
一例として、第1モデルは、同一の添加量変化入力に対する仮想スリップ量のインパルス応答波形の比較において、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりもピークが高く且つ半値幅が小さいインパルス応答波形となるような物理モデルであってもよい。 As an example, the first model has a higher peak and a smaller half-value width than the physical model corresponding to the abnormal state of the SCR5 in comparison of the impulse response waveform of the virtual slip amount with respect to the same additive amount change input. A physical model that provides an impulse response waveform may also be used.
このような特性とするために、具体的には、第1モデルは、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルよりも、触媒段数が多い物理モデルであってもよい。例えば、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルにおける触媒段数が1段である場合には、第1モデルの触媒段数は、例えば2段とすることができる。なお、第1モデルの触媒段数は、2段以上であってもよい。
Specifically, in order to obtain such characteristics, the first model may be a physical model having a larger number of catalyst stages than the physical model corresponding to the abnormal state of the
また、具体的には、第1モデルは、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルよりも、NH3スリップ速度(仮想スリップ量のスリップ速度)が大きい物理モデルであってもよい。図3は、物理モデルのNH3スリップ速度の設定例を示す図である。図3に示されるように、SCR5の温度が一定で比較した場合、NH3吸着量が大きいほどNH3スリップ速度が大きくなる。図3において、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルのNH3スリップ速度が、例えば曲線L1で表される場合、第1モデルのNH3スリップ速度は、曲線L2で表されるものであってもよい。第1モデルのNH3スリップ速度は、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルのNH3スリップ速度の略2倍であってもよい。なお、第1モデルの触媒段数が2段以上である場合には、第1モデルのNH3スリップ速度は、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルのNH3スリップ速度の2倍以上であってもよい。
Also, specifically, the first model may be a physical model in which the NH 3 slip speed (the slip speed of the virtual slip amount) is larger than the physical model corresponding to the abnormal state of the
図4は、第1仮想スリップ量を例示するタイミングチャートである。図4には、同一の添加量変化入力に対して、第1仮想スリップ量SL1が実線で示されており、異常仮想スリップ量SLMALが破線で示されている。図4に示されるように、第1モデルを用いることで、異常仮想スリップ量SLMALと比べて、第1仮想スリップ量SL1の波形を、上述したような遅延立上り型に加えてシャープなピーク特性とすることができる。よって、例えば、診断の実行可否を判定するための第1仮想スリップ量SL1の閾値である許可閾値TH1を、第1仮想スリップ量SL1が増加したシャープなピーク部分の第1仮想スリップ量SL1の値で適宜設定することにより、例えば実物のSCR5の異常状態において実測スリップ量が立ち上がるときに、第1仮想スリップ量SL1が許可閾値TH1以上となっていれば、SCR5が異常と診断され得る程度まで実測スリップ量がすでに増加しているものと想定することができる。
FIG. 4 is a timing chart illustrating the first virtual slip amount. In FIG. 4, the first hypothetical slip amount SL 1 is indicated by a solid line and the abnormal hypothetical slip amount SL MAL is indicated by a broken line for the same addition amount change input. As shown in FIG. 4 , by using the first model, the waveform of the first virtual slip amount SL 1 can be changed to the above-described delayed rise type and a sharp peak as compared with the abnormal virtual slip amount SL MAL . can be a characteristic. Therefore, for example, the permission threshold TH1 , which is the threshold value of the first virtual slip amount SL1 for determining whether diagnosis can be executed, is set to By appropriately setting the value of SL 1 , for example, when the actually measured slip amount rises in an abnormal state of the
仮想スリップ量算出部23は、SCR5の物理モデルとして第2モデルを用いて、上流NOx量、添加量、及びSCR5の温度を入力として、診断部24による診断を一時停止させるための仮想スリップ量である第2仮想スリップ量を算出する。
The virtual slip
第2モデルは、SCR5の正常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも早期立上り型とされた物理モデルである。早期立上り型とは、第2仮想スリップ量の方が、SCR5の正常状態に設計上相当する物理モデルでの仮想スリップ量(以下、単に「正常仮想スリップ量」と記す)よりも、同一の添加量変化入力に対して早期に立ち上がるような立上がり応答の特性を意味する。第2モデルは、早期立上り型に加えて、第2仮想スリップ量の方が正常仮想スリップ量よりも同一の添加量変化入力に対して早期に立ち上がった後のピークが低くなだらかになるようなブロードなピーク特性とされた物理モデルであってもよい。
The second model is a physics model that has an earlier rise than the physics model that corresponds to the normal state of the
一例として、第2モデルは、同一の添加量変化入力に対する仮想スリップ量のインパルス応答波形の比較において、SCR5の正常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりもピークが低く且つ半値幅が大きいインパルス応答波形となるような物理モデルであってもよい。
As an example, the second model has a lower peak and a larger half width than the physical model corresponding to the normal state of the
このような特性とするために、具体的には、第2モデルは、SCR5の正常状態に設計上相当する物理モデルと同じ触媒段数の物理モデルであって、SCR5の正常状態に設計上相当する物理モデルよりも、NH3スリップ速度が小さい物理モデルであってもよい。例えば、図3に示されるように、SCR5の正常状態に設計上相当する物理モデルのNH3スリップ速度が、例えば曲線L3で表される場合、第2モデルのNH3スリップ速度は、曲線L4で表されるものであってもよい。第2モデルのNH3スリップ速度は、SCR5の正常状態に設計上相当する物理モデルのNH3スリップ速度の略半分であってもよい。なお、上述のように、SCR5の異常状態においては、SCR5の正常状態と比べて吸着可能なNH3の量が低下してNH3のスリップ量が増加し易くなることから、第1モデルのNH3スリップ速度と第2モデルのNH3スリップ速度とは、互いに特性が異なっている。より詳しくは、SCR5の温度が一定で比較した場合、曲線L1で表される第1モデルのNH3スリップ速度は、曲線L3で表される第2モデルのNH3スリップ速度よりも、大きい値となっている。
Specifically, in order to obtain such characteristics, the second model is a physical model having the same number of catalyst stages as the physical model corresponding to the normal state of the
図5は、第2仮想スリップ量を例示するタイミングチャートである。図5には、同一の添加量変化入力に対して、第2仮想スリップ量SL2が実線で示されており、正常仮想スリップ量SLNRMが破線で示されている。図5に示されるように、第2モデルを用いることで、正常仮想スリップ量SLNRMと比べて、第2仮想スリップ量SL2の波形を、上述したような早期立上り型に加えてブロードなピーク特性とすることができる。よって、例えば、診断を一時停止させるための第2仮想スリップ量SL2の閾値である停止閾値TH2を、第2仮想スリップ量SL2が増加したブロードなピーク部分の第2仮想スリップ量SL2の値で適宜設定することにより、例えばSCR5の正常状態においても実測スリップ量が発生するときに第2仮想スリップ量SL2が停止閾値TH2以上となっていれば、第1仮想スリップ量SL1が許可閾値TH1以上であったとしても、当該実測スリップ量の増加はSCR5の異常に起因する増加ではない(つまり、正常なSCR5でもスリップが生じるため異常ではない)として診断を一時的に停止することができる。
FIG. 5 is a timing chart illustrating the second virtual slip amount. In FIG. 5, the second virtual slip amount SL 2 is indicated by a solid line and the normal virtual slip amount SL NRM is indicated by a broken line for the same addition amount change input. As shown in FIG. 5 , by using the second model, the waveform of the second virtual slip amount SL 2 has a broad peak in addition to the early rise type as described above, compared to the normal virtual slip amount SL NRM . can be a characteristic. Therefore, for example, the stop threshold TH2, which is the threshold value of the second virtual slip amount SL2 for temporarily stopping diagnosis, is set to the second virtual slip amount SL2 of the broad peak portion where the second virtual slip amount SL2 increases By appropriately setting the value of , for example, when the actually measured slip amount occurs even in the normal state of
診断部24は、実測スリップ量と仮想スリップ量とに基づいて、SCR5の異常の有無の診断を行う。診断部24は、例えば、第1仮想スリップ量SL1が上述の許可閾値TH1以上である場合に、SCR5の異常の有無の診断を実行する。診断部24は、例えば、第1仮想スリップ量SL1が許可閾値TH1以上であって、且つ、第2仮想スリップ量SL2が上述の停止閾値TH2以上である場合に、SCR5の異常の有無の診断を一時的に停止してもよい。
The
診断部24は、SCR5の異常の有無の診断を実行する場合(例えば、第1仮想スリップ量SL1が許可閾値TH1以上であって、且つ、第2仮想スリップ量SL2が上述の停止閾値TH2未満である場合)、NH3の実測スリップ量と所定の異常判定閾値とを比較し、例えば実測スリップ量が異常判定閾値以上である場合に、SCR5が異常であると診断する。診断部24は、SCR5の異常の有無の診断を実行する場合、例えば実測スリップ量が異常判定閾値以上である状態が一定時間継続した場合に、SCR5が異常であると診断してもよい。
[ECUによる処理]
次に、ECU20による処理の一例について、図6を参照して説明する。図6は、ECU20による還元触媒診断処理を例示するフローチャートである。還元触媒の異常診断装置10のECU20は、ディーゼルエンジン1の暖機後などの一定条件下の運転中(例えば車両の走行中)において、図6に示される還元触媒診断処理を繰り返し実行する。
[Processing by ECU]
Next, an example of processing by the
図6に示されるように、ECU20は、S01において、エンジン状態取得部21により、上流NOx濃度の取得を行う。ECU20は、S02において、添加量取得部22により、添加弁6による尿素水の添加量の取得を行う。ECU20は、S03において、NH3センサ15により、NH3の実測スリップ量の検出を行う。
As shown in FIG. 6, in S01, the
ECU20は、S04において、仮想スリップ量算出部23により、第1モデルを用いて第1仮想スリップ量SL1の算出を行う。ECU20は、S05において、診断部24により、第1仮想スリップ量SL1が許可閾値TH1以上であるか否かの判定を行う。
In S04, the
第1仮想スリップ量SL1が許可閾値TH1以上であると診断部24により判定された場合(S05:YES)、ECU20は、S06において、仮想スリップ量算出部23により、第2モデルを用いて第2仮想スリップ量SL2の算出を行う。ECU20は、S07において、診断部24により、第2仮想スリップ量SL2が停止閾値TH2未満であるか否かの判定を行う。第2仮想スリップ量SL2が停止閾値TH2未満であると診断部24により判定された場合(S07:YES)、ECU20は、S08において、SCR5の異常の有無の診断を実行する。その後、ECU20は、図6の処理を終了する。
If the
一方、第1仮想スリップ量SL1が許可閾値TH1未満であると診断部24により判定された場合(S05:NO)、ECU20は、診断部24によるSCR5の異常の有無の診断を実行することなく、図6の処理を終了する。
On the other hand, when the
また、第1仮想スリップ量SL1が許可閾値TH1以上であると診断部24により判定された場合であって第2仮想スリップ量SL2が停止閾値TH2以上であると診断部24により判定された場合(S05:YES且つS07:NO)、ECU20は、診断部24によるSCR5の異常の有無の診断を一時的に停止するとして、図6の処理を終了する。
Also, when the
[作用及び効果]
以上説明したように、還元触媒の異常診断装置10では、第1仮想スリップ量SL1が所定の許可閾値TH1以上である場合に、診断部24により診断が実行される。第1仮想スリップ量SL1は、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも遅延立上り型とされた物理モデルである第1モデルを用いて算出されている。よって、例えばSCR5の異常状態において実測スリップ量が立ち上がるときに、診断の実行可否を判定するための第1仮想スリップ量SL1が許可閾値TH1以上となっていれば、SCR5が異常と診断され得る程度まで実測スリップ量がすでに増加しているものと想定することができる。その結果、SCR5の異常の誤診断の回避を図ることができる。
[Action and effect]
As described above, in the reduction catalyst
還元触媒の異常診断装置10では、第1モデルは、同一の添加量変化入力に対する仮想スリップ量のインパルス応答波形の比較において、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりもピークが高く且つ半値幅が小さいインパルス応答波形となるような物理モデルである。これにより、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも第1仮想スリップ量SL1の立ち上がりが遅くなると共に、遅れて立ち上がった後のピークが高くなるようなシャープなピーク特性とすることができる。よって、遅延立上り型として好適な第1モデルを用いることができる。
In the reduction catalyst
還元触媒の異常診断装置10では、第1モデルは、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルよりも、触媒段数が多い物理モデルである。これにより、触媒段数の増加分に応じて、第1仮想スリップ量SL1の立ち上がりを遅らせることができる。
In the reduction catalyst
還元触媒の異常診断装置10では、第1モデルは、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルよりも、NH3スリップ速度が大きい物理モデルである。これにより、NH3スリップ速度の増加分に応じて、遅らせた立ち上がり後の第1仮想スリップ量SL1を増加させ易くなる。
In the reduction catalyst
還元触媒の異常診断装置10では、仮想スリップ量算出部23は、SCR5の正常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも早期立上り型とされた物理モデルである第2モデルを用いて、診断部24による診断を一時停止させるための仮想スリップ量である第2仮想スリップ量SL2を算出し、診断部24は、第1仮想スリップ量SL1が許可閾値TH1以上であって、且つ、第2仮想スリップ量SL2が停止閾値TH2以上である場合に、診断を一時的に停止する。これにより、第2仮想スリップ量SL2が停止閾値TH2以上である場合に、診断部24により診断が一時的に停止される。第2仮想スリップ量SL2は、SCR5の正常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも早期立上り型とされた物理モデルである第2モデルを用いて算出されている。よって、例えばSCR5の正常状態においても実測スリップ量が発生するときに、診断を一時停止させるための第2仮想スリップ量SL2が停止閾値TH2以上となっていれば、第1仮想スリップ量SL1が許可閾値TH1以上であったとしても、当該実測スリップ量の増加はSCR5の異常に起因する増加ではないとして診断を一時的に停止することができる。その結果、SCR5の異常の誤診断の回避を、より精度良く図ることができる。
In the reduction catalyst
[変形例]
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限られるものではない。
[Modification]
Although the embodiments according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments.
上記実施形態では、第1モデルは、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルよりも、触媒段数が多い物理モデルとされ、NH3スリップ速度が大きい物理モデルとされたが、これに限定されない。また、第1モデルは、同一の添加量変化入力に対する仮想スリップ量のインパルス応答波形の比較において、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりもピークが高く且つ半値幅が小さいインパルス応答波形となるような物理モデルであったが、これに限定されない。要は、第1モデルが、SCR5の異常状態に設計上相当する物理モデルを用いる場合よりも遅延立上り型とされた物理モデルとなるものであれば、上述とは別の物理モデルパラメータ設定を用いて第1モデルとしてもよい。
In the above embodiment, the first model is a physical model with a larger number of catalyst stages and a larger NH 3 slip rate than the physical model corresponding to the abnormal state of the
上記実施形態では、NOx量として上流NOx濃度を例示したが、NOx量は、SCR5の上流の排気ガスに含まれるNOxの質量流量、質量等、種々の物理量であってもよい。 In the above embodiment, the upstream NOx concentration was exemplified as the NOx amount.
上記実施形態では、NH3量としてNH3濃度を例示したが、NH3量は、SCR5の下流の排気ガスに含まれるNH3の質量流量、質量等、種々の物理量であってもよい。
In the above embodiment, the NH 3 concentration was exemplified as the NH 3 amount, but the NH 3 amount may be various physical quantities such as the mass flow rate and mass of NH 3 contained in the exhaust gas downstream of the
上記実施形態では、実測スリップ量及び仮想スリップ量として、SCR5の下流の排気ガスに含まれるNH3量の実測値及び仮想値を例示したが、実測スリップ量及び仮想スリップ量は、SCR5の下流の排気ガスに含まれるNOx量の実測値及び仮想値であってもよい。つまり、SCR5からのNOxのスリップ量に着目して、SCR5の異常の有無の診断を行ってもよい。この場合、実測スリップ量検出部は、NH3センサ15に代えて、例えば、SCR5の下流の排気ガスに含まれるNOx量の実測値を検出するNOxセンサであってもよい。仮想スリップ量算出部23は、NH3の仮想スリップ量に代えて、少なくとも上流NOx量及び添加量を入力とするSCR5の物理モデルを用いて、SCR5の下流の排気ガスに含まれるNOx量の仮想値(NOxの仮想スリップ量)を算出してもよい。また、診断部24は、NH3の実測スリップ量に代えて、例えばNOxの実測スリップ量に基づいて、SCR5の異常の有無の診断を行ってもよい。
In the above-described embodiment, as the measured slip amount and the virtual slip amount, the measured value and the virtual value of the amount of NH 3 contained in the exhaust gas downstream of the
診断部24は、第1仮想スリップ量が許可閾値以上であって、且つ、第2仮想スリップ量が停止閾値以上である場合に、診断を一時的に停止したが、例えば、第1仮想スリップ量が許可閾値以上ではなくとも、第2仮想スリップ量が停止閾値以上であれば、診断を実行しないようにしてもよい。この場合、図6においてS06及びS07の処理が、S04とS05との間に行われてもよい。
The
仮想スリップ量算出部23は、必ずしも、第2モデルを用いて第2仮想スリップ量を算出しなくてもよい。診断部24は、必ずしも、第1仮想スリップ量が許可閾値以上であって、且つ、第2仮想スリップ量が停止閾値以上である場合に、診断を一時的に停止しなくてもよい。
The virtual
上記実施形態では、内燃機関として4気筒直列型エンジンのディーゼルエンジン1を例示したが、内燃機関は、これに限定されない。
In the above-described embodiment, the
3…排気通路、5…SCR(選択還元触媒、還元触媒)、6…添加弁、10…還元触媒の異常診断装置、14…NOxセンサ(上流NOx量取得部)、15…NH3センサ(実測スリップ量検出部)、22…添加量取得部、23…仮想スリップ量算出部、24…診断部。
3
Claims (5)
前記還元触媒の上流に設けられ、尿素水を添加する添加弁と、
前記還元触媒の上流の排気ガスに含まれるNOx量である上流NOx量を取得する上流NOx量取得部と、
前記上流NOx量に基づいて、前記尿素水の添加量を取得する添加量取得部と、
前記還元触媒の下流の排気ガスに含まれるNOx量又はNH3量の実測値である実測スリップ量を検出する実測スリップ量検出部と、
少なくとも前記上流NOx量及び前記添加量を入力とする前記還元触媒の物理モデルを用いて、前記還元触媒の下流の排気ガスに含まれるNOx量又はNH3量の仮想値である仮想スリップ量を算出する仮想スリップ量算出部と、
前記実測スリップ量と前記仮想スリップ量とに基づいて、前記還元触媒の異常の有無の診断を行う診断部と、
を備え、
前記仮想スリップ量算出部は、前記還元触媒の異常状態に設計上相当する前記物理モデルを用いる場合よりも遅延立上り型とされた前記物理モデルである第1モデルを用いて、前記診断部による前記診断の実行可否を判定するための前記仮想スリップ量である第1仮想スリップ量を算出し、
前記診断部は、前記第1仮想スリップ量が所定の許可閾値以上である場合に、前記診断を実行する、還元触媒の異常診断装置。 a reduction catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine;
an addition valve provided upstream of the reduction catalyst for adding urea water;
an upstream NOx amount acquisition unit that acquires an upstream NOx amount that is the amount of NOx contained in the exhaust gas upstream of the reduction catalyst;
an addition amount acquisition unit that acquires the addition amount of the urea water based on the upstream NOx amount;
a measured slip amount detection unit that detects a measured slip amount that is a measured value of the NOx amount or the NH3 amount contained in the exhaust gas downstream of the reduction catalyst;
A virtual slip amount, which is a virtual value of the amount of NOx or NH3 contained in the exhaust gas downstream of the reduction catalyst, is calculated using a physical model of the reduction catalyst that inputs at least the upstream NOx amount and the addition amount. a virtual slip amount calculator for
a diagnosis unit that diagnoses whether or not there is an abnormality in the reduction catalyst based on the measured slip amount and the virtual slip amount;
with
The virtual slip amount calculation unit uses the first model, which is the physical model that is of a delayed rise type compared to the case of using the physical model that corresponds to the abnormal state of the reduction catalyst in terms of design, to calculate the calculating a first virtual slip amount that is the virtual slip amount for determining whether diagnosis can be executed;
A reduction catalyst abnormality diagnosis device, wherein the diagnosis unit executes the diagnosis when the first virtual slip amount is equal to or greater than a predetermined permission threshold.
前記診断部は、前記第1仮想スリップ量が前記許可閾値以上であって、且つ、前記第2仮想スリップ量が所定の停止閾値以上である場合に、前記診断を一時的に停止する、請求項1~4の何れか一項に記載の還元触媒の異常診断装置。 The virtual slip amount calculation unit uses the second model, which is the physical model that is set to start earlier than when using the physical model that corresponds to the normal state of the reduction catalyst in terms of design, to calculate the calculating a second virtual slip amount that is the virtual slip amount for suspending the diagnosis;
The diagnosis unit temporarily stops the diagnosis when the first virtual slip amount is greater than or equal to the permission threshold and the second virtual slip amount is greater than or equal to a predetermined stop threshold. 5. The apparatus for diagnosing abnormality of a reduction catalyst according to any one of 1 to 4.
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