WO2011148814A1 - Ｓｃｒシステム - Google Patents

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WO2011148814A1
WO2011148814A1 PCT/JP2011/061217 JP2011061217W WO2011148814A1 WO 2011148814 A1 WO2011148814 A1 WO 2011148814A1 JP 2011061217 W JP2011061217 W JP 2011061217W WO 2011148814 A1 WO2011148814 A1 WO 2011148814A1
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pressure
scr
nox sensor
exhaust gas
nox
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貴夫 小野寺
真治 原
智之 上條
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いすゞ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an SCR system that reduces NOx in engine exhaust gas using urea water, and more particularly to an SCR system that can accurately detect NOx concentration regardless of the operating state of the engine.
  • An SCR system using an SCR (Selective Catalytic Reduction) device has been developed as an exhaust gas purification system for purifying NOx in exhaust gas of a diesel engine.
  • This SCR system supplies urea water upstream of the exhaust gas of the SCR device, generates ammonia by the heat of the exhaust gas, and reduces and purifies NOx on the SCR catalyst by this ammonia (for example, patents) Reference 1).
  • urea water injection is controlled according to the NOx concentration in the exhaust gas.
  • a NOx sensor is provided in the exhaust pipe.
  • the NOx sensor after removal of the O 2 in the exhaust gas, the exhaust gas that O 2 and NOx in the exhaust gas to remove is decomposed into N 2 and O 2, to decompose the NOx into N 2 and O 2
  • the NOx concentration is detected by detecting the O 2 concentration therein.
  • the NOx sensor has a characteristic that the detected value of the NOx concentration varies depending on the pressure.
  • the NOx sensor is designed to detect the NOx concentration at atmospheric pressure (1 atm). Therefore, if the NOx concentration is measured under a pressure greatly different from the atmospheric pressure, an error in the detected value of the NOx concentration becomes large. There is a problem that the detected value of the NOx concentration increases as the pressure increases.
  • the NOx sensor used in the SCR system is provided in the exhaust pipe of the engine. Since the pressure in the exhaust pipe of the engine, that is, the pressure of the exhaust gas varies greatly depending on the operating state of the engine, the NOx concentration is measured by the NOx sensor. There is a problem that it cannot be detected accurately.
  • the NOx concentration detected by the NOx sensor is used for urea water injection amount control and OBD (On-Board Diagnostics) diagnosis (self-fault diagnosis). Therefore, if the NOx concentration cannot be detected accurately, the urea water injection amount is not normally controlled, and the urea water injection is performed with an excessive injection amount. The problem that a rate falls will arise. Furthermore, there is a problem that the self-failure diagnosis cannot be normally performed.
  • OBD On-Board Diagnostics
  • an object of the present invention is to provide an SCR system capable of solving the above-described problems and accurately detecting the NOx concentration regardless of the operating state of the engine.
  • an SCR (selective reduction catalyst) device provided in an exhaust pipe of an engine, a dosing valve for injecting urea water upstream of the SCR device,
  • an SCR system comprising: a NOx sensor provided in the exhaust pipe; and a urea water injection control unit that controls a urea water injection amount in accordance with a detected value of the NOx concentration detected by the NOx sensor
  • the NOx sensor is A NOx sensor pressure, which is a pressure in the exhaust pipe at a provided position, and a NOx sensor detected by the NOx sensor are corrected according to the NOx sensor pressure estimated by the pressure estimating unit.
  • a NOx concentration detection value correction unit is
  • the NOx sensor is provided on the upstream side of the SCR device, and the pressure estimating unit adds the fuel flow rate obtained from the engine intake air flow rate and the engine speed and the fuel injection amount to obtain exhaust gas.
  • An exhaust gas flow rate estimation unit that estimates a flow rate, an exhaust gas specific volume estimation unit that estimates a specific volume of exhaust gas based on an SCR inlet temperature that is an exhaust gas temperature at the inlet of the SCR device, and an atmospheric pressure; Based on the exhaust gas flow rate estimated by the exhaust gas flow rate estimation unit, the specific volume of exhaust gas estimated by the exhaust gas specific volume estimation unit, and the SCR inlet temperature, the difference between the pressure at the inlet of the SCR device and the atmospheric pressure
  • An SCR differential pressure estimator for estimating pressure, a NOx sensor pressure estimator for estimating NOx sensor pressure by adding atmospheric pressure to the differential pressure estimated by the SCR differential pressure estimator, It may be provided.
  • an SCR system capable of accurately detecting the NOx concentration regardless of the operating state of the engine.
  • (A), (b) is a schematic block diagram of the SCR system which concerns on one embodiment of this invention. It is an input-output block diagram in the SCR system of FIG. In this invention, it is a graph showing the relationship of the error of the detected value of NOx density
  • an SCR system 100 includes a SCR device 103 provided in an exhaust pipe 102 of an engine E, and a dosing that injects urea water upstream of the SCR device 103 (upstream side of exhaust gas).
  • a DCU Dosing Control Unit
  • a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) 107, a DPF (Diesel Particulate Filter) 108, and an SCR device 103 are sequentially arranged from the upstream side to the downstream side of the exhaust gas.
  • the DOC 107 is for oxidizing NO in the exhaust gas exhausted from the engine E into NO 2 and controlling the ratio of NO and NO 2 in the exhaust gas to increase the denitration efficiency in the SCR device 103.
  • the DPF 108 is for collecting PM (Particulate Matter) in the exhaust gas.
  • a dosing valve 104 is provided in the exhaust pipe 102 on the upstream side of the SCR device 103.
  • the dosing valve 104 has a structure in which an injection hole is provided in a cylinder filled with high-pressure urea water, and a valve body that closes the injection hole is attached to the plunger, and the valve is pulled up by energizing the coil to raise the plunger. The body is separated from the nozzle and the urea water is injected. When energization of the coil is stopped, the plunger is pulled down by the internal spring force and the valve body closes the injection port, so that the urea water injection is stopped.
  • the exhaust pipe 102 on the upstream side of the dosing valve 104 is provided with an exhaust temperature sensor 109 that measures the temperature of the exhaust gas at the inlet of the SCR device 103 (SCR inlet temperature).
  • An upstream NOx sensor 110 that detects the NOx concentration on the upstream side of the SCR device 103 is provided upstream of the SCR device 103 (here, upstream of the exhaust temperature sensor 109), and downstream of the SCR device 103.
  • the supply module 106 includes an SM pump 112 that pumps urea water, an SM temperature sensor 113 that measures the temperature of the supply module 106 (temperature of urea water flowing through the supply module 106), and the pressure of urea water in the supply module 106 (
  • the urea water pressure sensor 114 for measuring the discharge pressure of the SM pump 112 and the urea water flow path are switched to supply urea water from the urea tank 105 to the dosing valve 104 or within the dosing valve 104.
  • a reverting valve 115 for switching whether to return the urea water to the urea tank 105.
  • the reverting valve 115 when the reverting valve 115 is OFF, the urea water from the urea tank 105 is supplied to the dosing valve 104, and when the reverting valve 115 is ON, the urea water in the dosing valve 104 is supplied to the urea tank 105. I tried to return it.
  • the supply module 106 sucks the urea water in the urea tank 105 through the liquid feeding line 116 by the SM pump 112, and pumps it.
  • the dosing valve 104 is supplied through a line 117, and excess urea water is returned to the urea tank 105 through a recovery line 118.
  • the urea tank 105 is provided with an SCR sensor 119.
  • the SCR sensor 119 includes a level sensor 120 that measures the level (level) of urea water in the urea tank 105, a temperature sensor 121 that measures the temperature of urea water in the urea tank 105, and a sensor in the urea tank 105. And a quality sensor 122 for measuring the quality of the urea water.
  • the quality sensor 122 detects the quality of the urea water in the urea tank 105 by detecting, for example, the concentration of urea water and whether or not a different mixture is mixed in the urea water from the propagation speed and electrical conductivity of the ultrasonic waves. To do.
  • a cooling line 123 for circulating cooling water for cooling the engine E is connected to the urea tank 105 and the supply module 106.
  • the cooling line 123 is configured to exchange heat between the cooling water passing through the urea tank 105 and flowing through the cooling line 123 and the urea water in the urea tank 105.
  • the cooling line 123 passes through the supply module 106 and exchanges heat between the cooling water flowing through the cooling line 123 and the urea water in the supply module 106.
  • the cooling line 123 is provided with a tank heater valve (coolant valve) 124 for switching whether or not to supply cooling water to the urea tank 105 and the supply module 106. Although the cooling line 123 is also connected to the dosing valve 104, the dosing valve 104 is configured to be supplied with cooling water regardless of whether the tank heater valve 124 is opened or closed. Although not shown in FIG. 1A, the cooling line 123 is disposed along the liquid feed line 116, the pressure feed line 117, and the recovery line 118 through which the urea water passes.
  • FIG. 2 shows an input / output configuration diagram of the DCU 126.
  • the DCU 126 includes an upstream NOx sensor 110, a downstream NOx sensor 111, an SCR sensor 119 (level sensor 120, temperature sensor 121, quality sensor 122), exhaust temperature sensor 109, and SM of the supply module 106.
  • An input signal line from the temperature sensor 113, the urea water pressure sensor 114, and an ECM (Engine Control Module) 125 that controls the engine E is connected. From the ECM 125, an engine parameter (engine speed, etc.) signal is input.
  • the DCU 126 also has output signal lines to the tank heater valve 124, the SM pump 112 and the reverting valve 115 of the supply module 106, the dosing valve 104, the heater of the upstream NOx sensor 110, and the heater of the downstream NOx sensor 111. Connected.
  • the input / output of signals between the DCU 126 and each member may be either input / output via individual signal lines or input / output via CAN (Controller Area Network).
  • an ECU (electronic control unit) 128 is connected to the DCU 126 via a CAN transmission path.
  • a signal of the SCR inlet temperature detected by the exhaust temperature sensor 109 is transmitted from the DCU 126 to the ECU 128.
  • a NOx sensor pressure signal to be described later is transmitted from the ECU 128 to the DCU 126.
  • the ECM 125 is connected to the ECU 128 via a CAN transmission path, and receives signals of engine parameters (engine speed, fuel injection amount, etc.) from the ECM 125. Furthermore, an input signal line from an intake air flow sensor (MAF sensor) 129 provided in the intake pipe of the engine E and the atmospheric pressure sensor 130 is connected to the ECU 128.
  • MAF sensor intake air flow sensor
  • the DCU 126 is equipped with a urea water injection control unit 127 that controls the urea water injection amount according to the detected value of the NOx concentration detected by the upstream NOx sensor 110.
  • the urea water injection control unit 127 estimates the amount of NOx in the exhaust gas based on the engine parameter signal from the ECM 125 and the exhaust gas temperature from the exhaust temperature sensor 109, and the estimated NOx in the exhaust gas.
  • the amount of urea water to be injected from the dosing valve 104 is determined on the basis of this amount, and when it is injected with the amount of urea water determined by the dosing valve 104, the dosing valve 104 is based on the detected value of the upstream NOx sensor 110. Is controlled to adjust the amount of urea water injected from the dosing valve 104.
  • the pressure estimation unit 131 that estimates the NOx sensor pressure that is the pressure in the exhaust pipe 102 at the position where the upstream NOx sensor 110 is provided, and the pressure estimation unit 131 estimate the pressure.
  • a NOx concentration detection value correction unit 136 that corrects the detected value of the NOx concentration detected by the upstream NOx sensor 110 according to the NOx sensor pressure.
  • the pressure estimation unit 131 is mounted on the ECU 128, and the NOx concentration detection value correction unit 136 is mounted on the DCU 126. Both may be mounted on the DCU 126.
  • the pressure estimation unit 131 includes an exhaust gas flow rate estimation unit 132, an exhaust gas specific volume estimation unit 133, an SCR differential pressure estimation unit 134, and a NOx sensor pressure estimation unit 135.
  • the exhaust gas flow rate estimation unit 132 adds the intake gas flow rate (mass flow rate of intake air) of the engine E and the fuel flow rate obtained from the engine speed and the fuel injection amount, thereby adding an exhaust gas flow rate (exhaust gas mass). The flow rate is estimated.
  • the exhaust gas flow rate estimation unit 132 averages the intake flow rate detected by the MAF sensor 129 for a predetermined time to obtain the average mass flow rate of the intake air, and uses the obtained average mass flow rate of the intake air as the engine speed.
  • the intake air flow rate of the engine E is obtained through a low-pass filter in which a time constant is set according to the number. By using the low-pass filter, it is possible to suppress a sudden change in the value of the intake flow rate of the engine E.
  • the exhaust gas flow rate estimation unit 132 obtains the fuel flow rate by multiplying the fuel volume obtained from the engine speed and the fuel injection amount received from the ECM 125 by the fuel density.
  • the fuel injection amount a value obtained by adding the command injection amount, the post injection amount, and the exhaust pipe injection amount (only for vehicles that perform exhaust pipe injection) is used.
  • the exhaust gas flow rate estimating unit 132 passes the exhaust gas flow rate obtained by adding the intake flow rate and the fuel flow rate through a low-pass filter in which a time constant is set according to the engine speed, thereby obtaining the value of the exhaust gas flow rate. Is suppressed from abruptly fluctuating.
  • the exhaust gas specific volume estimation unit 133 is configured to estimate the specific volume of the exhaust gas based on the SCR inlet temperature received from the DCU 126 and the atmospheric pressure (external pressure) received from the atmospheric pressure sensor 130. More specifically, the exhaust gas specific volume estimation unit 133 multiplies the SCR inlet temperature by the gas constant of the exhaust gas previously set for each vehicle (for each vehicle type and vehicle type), and further obtains the obtained value at atmospheric pressure. By dividing, the specific volume of the exhaust gas is calculated.
  • the SCR differential pressure estimation unit 134 is based on the exhaust gas flow rate estimated by the exhaust gas flow rate estimation unit 132, the exhaust gas specific volume estimated by the exhaust gas specific volume estimation unit 133, and the SCR inlet temperature received from the DCU 126.
  • the pressure difference between the pressure at the inlet of the SCR device 103 and the atmospheric pressure (external pressure) (hereinafter simply referred to as SCR differential pressure) is estimated. Note that the pressure at the inlet of the SCR device 103 is equal to the pressure in the exhaust pipe 102 at the position where the upstream NOx sensor 110 is provided, that is, the NOx sensor pressure.
  • the SCR differential pressure estimator 134 refers to a base differential pressure map (not shown) based on the exhaust gas flow rate and the specific volume of the exhaust gas, and determines a value (hereinafter referred to as the SCR differential pressure) based on the SCR differential pressure.
  • Base pressure difference The base differential pressure map is a map set in advance for each vehicle (for each vehicle type and vehicle type), and is a map in which a base differential pressure is set for each exhaust gas flow rate and exhaust gas specific volume.
  • the SCR differential pressure estimation unit 134 obtains the viscosity coefficient of the exhaust gas at the inlet of the SCR device 103 from the SCR inlet temperature, and multiplies the reciprocal of the obtained viscosity coefficient by the exhaust gas flow rate to thereby obtain the viscosity of the SCR device 103.
  • the Reynolds number at the entrance is calculated.
  • the SCR differential pressure estimation unit 134 refers to a flow coefficient map (not shown) with the obtained Reynolds number and the SCR inlet temperature, and determines the flow coefficient of the exhaust gas at the inlet of the SCR device 103.
  • the flow coefficient map is a map set in advance for each vehicle (for each vehicle type and vehicle type), and an exhaust gas flow coefficient (pressure loss-shape factor related to flow rate) is set for each Reynolds number and SCR inlet temperature. Map.
  • the SCR differential pressure estimating unit 134 calculates the SCR differential pressure by multiplying the obtained base differential pressure and the flow coefficient.
  • the NOx sensor pressure estimator 135 adds the atmospheric pressure (external air pressure) received from the atmospheric pressure sensor 130 to the SCR differential pressure estimated by the SCR differential pressure estimator 134, so that the pressure on the upstream side of the SCR device 103, that is, The NOx sensor pressure, which is the pressure in the exhaust pipe 102 at the position where the upstream NOx sensor 110 is provided, is estimated.
  • the NOx sensor pressure estimation unit 135 is configured to transmit an estimated NOx sensor pressure signal to the DCU 126.
  • the NOx concentration detection value correction unit 136 mounted on the DCU 126 receives the NOx sensor pressure signal from the NOx sensor pressure estimation unit 135, and determines the correction coefficient by referring to the correction coefficient map based on the NOx sensor pressure.
  • the correction coefficient map is a map set in advance for each vehicle (for each vehicle type and vehicle type), and is a map in which a correction coefficient is set for each NOx sensor pressure. The correction coefficient is determined by performing a test in advance.
  • the NOx concentration detection value correction unit 136 corrects the detected value of NOx concentration by multiplying the obtained correction coefficient by the detected value of NOx concentration detected by the upstream NOx sensor 110.
  • the urea water injection control unit 127 is configured to control the urea water injection amount using the corrected detected value of the NOx concentration.
  • the pressure estimation unit 131 that estimates the NOx sensor pressure that is the pressure in the exhaust pipe 102 at the position where the upstream NOx sensor 110 is provided, and the pressure estimation And a NOx concentration detection value correction unit 136 that corrects the detected value of the NOx concentration detected by the upstream NOx sensor 110 in accordance with the NOx sensor pressure estimated by the unit 131.
  • the detected value of the NOx concentration at the upstream NOx sensor 110 increases as the NOx sensor pressure increases.
  • the NOx concentration could not be detected accurately.
  • the detected value of the upstream NOx sensor 110 is corrected according to the estimated NOx sensor pressure, so that the NOx sensor pressure is increased. Even in this case, the error in the detected value of the NOx concentration in the upstream NOx sensor 110 can be kept small, and the NOx concentration can be accurately detected.
  • the SCR system 100 it is possible to accurately detect the NOx concentration regardless of the NOx sensor pressure, that is, regardless of the operating state of the engine. Therefore, the control of the urea water injection amount is not normally performed, and the urea water injection is performed with an excessive injection amount, or the urea water injection amount is decreased and the NOx purification rate is decreased. Can be resolved. Further, it is possible to solve the problem that the OBD diagnosis (self-fault diagnosis) cannot be performed normally.
  • the present invention is also applicable to the downstream NOx sensor 111.
  • the NOx sensor pressure in the downstream NOx sensor 111 can be obtained by subtracting the pressure loss generated in the SCR device 103 from the NOx sensor pressure in the upstream NOx sensor 110 described above. Therefore, the detected value of the NOx concentration in the downstream NOx sensor 111 may be corrected according to the obtained NOx sensor pressure.

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Abstract

　エンジンの運転状態によらずＮＯｘ濃度を精度よく検出可能なＳＣＲシステムを提供する。　エンジンＥの排気管１０２に設けられたＳＣＲ装置１０３と、ＳＣＲ装置１０３の上流側で尿素水を噴射するドージングバルブ１０４と、排気管１０２に設けられたＮＯｘセンサ１１０と、ＮＯｘセンサ１１０で検出したＮＯｘ濃度の検出値に応じて尿素水噴射量を制御する尿素水噴射制御部１２７と、を備えたＳＣＲシステムにおいて、ＮＯｘセンサ１１０を設けた位置での排気管１０２内の圧力であるＮＯｘセンサ圧力を推定する圧力推定部１３１と、圧力推定部１３１が推定したＮＯｘセンサ圧力に応じて、ＮＯｘセンサ１１０が検出したＮＯｘ濃度の検出値を補正するＮＯｘ濃度検出値補正部１３６と、を備えた。

Description

ＳＣＲシステム
　本発明は、エンジンの排ガス中のＮＯｘを尿素水を用いて還元するＳＣＲシステムに係り、特に、エンジンの運転状態によらずＮＯｘ濃度を精度よく検出可能なＳＣＲシステムに関するものである。
　ディーゼルエンジンの排気ガス中のＮＯｘを浄化するための排ガス浄化システムとして、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）装置を用いたＳＣＲシステムが開発されている。
　このＳＣＲシステムは、尿素水をＳＣＲ装置の排気ガス上流に供給し、排気ガスの熱でアンモニアを生成し、このアンモニアによって、ＳＣＲ触媒上でＮＯｘを還元して浄化するものである（例えば、特許文献１参照）。
　ＳＣＲシステムでは、尿素水の噴射は排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じて制御される。この制御のために、排気管にはＮＯｘセンサが設けられる。
　ＮＯｘセンサでは、排気ガス中のＯ2を除去した後、そのＯ2を除去した排気ガス中のＮＯｘをＮ2とＯ2に分解させ、そのＮＯｘをＮ2とＯ2に分解させた排気ガス中のＯ2濃度を検出することにより、ＮＯｘ濃度を検出するようになっている。
特開２０００－３０３８２６号公報
　ところで、ＮＯｘセンサは、圧力によりＮＯｘ濃度の検出値が変動するという特性を有している。一般に、ＮＯｘセンサは、大気圧（１ａｔｍ）でＮＯｘ濃度を検出するよう設計されているため、大気圧と大きく異なる圧力下でＮＯｘ濃度を測定すると、ＮＯｘ濃度の検出値の誤差が大きくなってしまう（圧力が高くなるほどＮＯｘ濃度の検出値が高くなってしまう）という問題がある。
　ＳＣＲシステムに用いられるＮＯｘセンサは、エンジンの排気管に設けられるが、エンジンの排気管における圧力、すなわち排気ガスの圧力は、エンジンの運転状態によって大きく変動することから、ＮＯｘセンサにてＮＯｘ濃度を精度よく検出できないという問題がある。
　ＮＯｘセンサで検出したＮＯｘ濃度は、尿素水噴射量の制御やＯＢＤ（On-Board Diagnostics）診断（自己故障診断）に用いられる。よって、ＮＯｘ濃度を精度よく検出できないと、尿素水噴射量の制御が正常に行われず、過剰な噴射量で尿素水の噴射が行われたり、逆に尿素水の噴射量が低下してＮＯｘ浄化率が低下してしまう問題が生じる。さらには、正常に自己故障診断を行うことができなくなるという問題も生じる。
　そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エンジンの運転状態によらずＮＯｘ濃度を精度よく検出可能なＳＣＲシステムを提供することにある。
　本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、エンジンの排気管に設けられたＳＣＲ（選択還元触媒）装置と、前記ＳＣＲ装置の上流側で尿素水を噴射するドージングバルブと、前記排気管に設けられたＮＯｘセンサと、前記ＮＯｘセンサで検出したＮＯｘ濃度の検出値に応じて尿素水噴射量を制御する尿素水噴射制御部と、を備えたＳＣＲシステムにおいて、前記ＮＯｘセンサを設けた位置での前記排気管内の圧力であるＮＯｘセンサ圧力を推定する圧力推定部と、前記圧力推定部が推定したＮＯｘセンサ圧力に応じて、前記ＮＯｘセンサが検出したＮＯｘ濃度の検出値を補正するＮＯｘ濃度検出値補正部と、を備えたＳＣＲシステムである。
　前記ＮＯｘセンサは、前記ＳＣＲ装置の上流側に設けられ、前記圧力推定部は、前記エンジンの吸気流量と、エンジン回転数と燃料噴射量とから求めた燃料流量とを足し合わせることにより、排気ガス流量を推定する排気ガス流量推定部と、前記ＳＣＲ装置の入口における排気ガス温度であるＳＣＲ入口温度と、大気圧とに基づき、排気ガスの比容積を推定する排気ガス比容積推定部と、前記排気ガス流量推定部が推定した排気ガス流量と、前記排気ガス比容積推定部が推定した排気ガスの比容積と、ＳＣＲ入口温度とに基づき、前記ＳＣＲ装置の入口における圧力と大気圧との差圧を推定するＳＣＲ差圧推定部と、ＳＣＲ差圧推定部が推定した差圧に、大気圧を加えることにより、ＮＯｘセンサ圧力を推定するＮＯｘセンサ圧力推定部と、を備えてもよい。
　本発明によれば、エンジンの運転状態によらずＮＯｘ濃度を精度よく検出可能なＳＣＲシステムを提供できる。
（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係るＳＣＲシステムの概略構成図である。 図１のＳＣＲシステムにおける入出力構成図である。 本発明において、ＮＯｘセンサ圧力に対する、ＮＯｘセンサでのＮＯｘ濃度の検出値の誤差の関係を表すグラフ図である。
　以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
　まず、車両に搭載されるＳＣＲシステムについて説明する。
　図１（ａ）に示すように、ＳＣＲシステム１００は、エンジンＥの排気管１０２に設けられたＳＣＲ装置１０３と、ＳＣＲ装置１０３の上流側（排気ガスの上流側）で尿素水を噴射するドージングバルブ（尿素噴射装置、ドージングモジュール）１０４と、尿素水を貯留する尿素タンク１０５と、尿素タンク１０５に貯留された尿素水をドージングバルブ１０４に供給するサプライモジュール１０６と、ドージングバルブ１０４やサプライモジュール１０６等を制御するＤＣＵ（Dosing Control Unit）１２６とを主に備える。
　エンジンＥの排気管１０２には、排気ガスの上流側から下流側にかけて、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）１０７、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１０８、ＳＣＲ装置１０３が順次配置される。ＤＯＣ１０７は、エンジンＥから排気される排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ2とし、排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比率を制御してＳＣＲ装置１０３における脱硝効率を高めるためのものである。また、ＤＰＦ１０８は、排気ガス中のＰＭ（Particulate Matter）を捕集するためのものである。
　ＳＣＲ装置１０３の上流側の排気管１０２には、ドージングバルブ１０４が設けられる。ドージングバルブ１０４は、高圧の尿素水が満たされたシリンダに噴口が設けられ、その噴口を塞ぐ弁体がプランジャに取り付けられた構造となっており、コイルに通電することによりプランジャを引き上げることで弁体を噴口から離間させて尿素水を噴射するようになっている。コイルへの通電を止めると、内部のバネ力によりプランジャが引き下げられて弁体が噴口を塞ぐので尿素水の噴射が停止される。
　ドージングバルブ１０４の上流側の排気管１０２には、ＳＣＲ装置１０３の入口における排気ガスの温度（ＳＣＲ入口温度）を測定する排気温度センサ１０９が設けられる。また、ＳＣＲ装置１０３の上流側（ここでは排気温度センサ１０９の上流側）には、ＳＣＲ装置１０３の上流側でのＮＯｘ濃度を検出する上流側ＮＯｘセンサ１１０が設けられ、ＳＣＲ装置１０３の下流側には、ＳＣＲ装置１０３の下流側でのＮＯｘ濃度を検出する下流側ＮＯｘセンサ１１１が設けられる。
　サプライモジュール１０６は、尿素水を圧送するＳＭポンプ１１２と、サプライモジュール１０６の温度（サプライモジュール１０６を流れる尿素水の温度）を測定するＳＭ温度センサ１１３と、サプライモジュール１０６内における尿素水の圧力（ＳＭポンプ１１２の吐出側の圧力）を測定する尿素水圧力センサ１１４と、尿素水の流路を切り替えることにより、尿素タンク１０５からの尿素水をドージングバルブ１０４に供給するか、あるいはドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻すかを切り替えるリバーティングバルブ１１５とを備えている。ここでは、リバーティングバルブ１１５がＯＦＦのとき、尿素タンク１０５からの尿素水をドージングバルブ１０４に供給するようにし、リバーティングバルブ１１５がＯＮのとき、ドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻すようにした。
　リバーティングバルブ１１５が尿素水をドージングバルブ１０４に供給するように切り替えられている場合、サプライモジュール１０６は、そのＳＭポンプ１１２にて、尿素タンク１０５内の尿素水を送液ライン１１６を通して吸い上げ、圧送ライン１１７を通してドージングバルブ１０４に供給するようにされ、余剰の尿素水を、回収ライン１１８を通して尿素タンク１０５に戻すようにされる。
　尿素タンク１０５には、ＳＣＲセンサ１１９が設けられる。ＳＣＲセンサ１１９は、尿素タンク１０５内の尿素水の液面高さ（レベル）を測定するレベルセンサ１２０と、尿素タンク１０５内の尿素水の温度を測定する温度センサ１２１と、尿素タンク１０５内の尿素水の品質を測定する品質センサ１２２とを備えている。品質センサ１２２は、例えば、超音波の伝播速度や電気伝導度から、尿素水の濃度や尿素水に異種混合物が混合されているか否かを検出し、尿素タンク１０５内の尿素水の品質を検出するものである。
　尿素タンク１０５とサプライモジュール１０６には、エンジンＥを冷却するための冷却水を循環する冷却ライン１２３が接続される。冷却ライン１２３は、尿素タンク１０５内を通り、冷却ライン１２３を流れる冷却水と尿素タンク１０５内の尿素水との間で熱交換するようにされる。同様に、冷却ライン１２３は、サプライモジュール１０６内を通り、冷却ライン１２３を流れる冷却水とサプライモジュール１０６内の尿素水との間で熱交換するようにされる。
　冷却ライン１２３には、尿素タンク１０５とサプライモジュール１０６に冷却水を供給するか否かを切り替えるタンクヒーターバルブ（クーラントバルブ）１２４が設けられる。なお、ドージングバルブ１０４にも冷却ライン１２３が接続されるが、ドージングバルブ１０４には、タンクヒーターバルブ１２４の開閉に拘わらず、冷却水が供給されるように構成されている。なお、図１（ａ）では図を簡略化しており示されていないが、冷却ライン１２３は、尿素水が通る送液ライン１１６、圧送ライン１１７、回収ライン１１８に沿って配設される。
　図２に、ＤＣＵ１２６の入出力構成図を示す。
　図２に示すように、ＤＣＵ１２６には、上流側ＮＯｘセンサ１１０、下流側ＮＯｘセンサ１１１、ＳＣＲセンサ１１９（レベルセンサ１２０、温度センサ１２１、品質センサ１２２）、排気温度センサ１０９、サプライモジュール１０６のＳＭ温度センサ１１３と尿素水圧力センサ１１４、およびエンジンＥを制御するＥＣＭ（Engine Control Module）１２５からの入力信号線が接続されている。ＥＣＭ１２５からは、エンジンパラメータ（エンジン回転数など）の信号が入力される。
　また、ＤＣＵ１２６には、タンクヒーターバルブ１２４、サプライモジュール１０６のＳＭポンプ１１２とリバーティングバルブ１１５、ドージングバルブ１０４、上流側ＮＯｘセンサ１１０のヒータ、下流側ＮＯｘセンサ１１１のヒータ、への出力信号線が接続される。なお、ＤＣＵ１２６と各部材との信号の入出力に関しては、個別の信号線を介した入出力、ＣＡＮ（Controller Area Network）を介した入出力のどちらであってもよい。
　また、ＤＣＵ１２６には、ＣＡＮの伝送路を介してＥＣＵ（電子制御ユニット）１２８が接続されている。ＤＣＵ１２６からＥＣＵ１２８には、排気温度センサ１０９で検出したＳＣＲ入口温度の信号が送信される。また、ＥＣＵ１２８からＤＣＵ１２６には、後述するＮＯｘセンサ圧力の信号が送信される。
　また、ＥＣＵ１２８には、ＣＡＮの伝送路を介してＥＣＭ１２５が接続されており、ＥＣＭ１２５より、エンジンパラメータ（エンジン回転数、燃料噴射量など）の信号を受信するようになっている。さらに、ＥＣＵ１２８には、エンジンＥの吸気管に設けられた吸気流量センサ（ＭＡＦセンサ）１２９、および大気圧センサ１３０からの入力信号線が接続されている。
　ＤＣＵ１２６には、上流側ＮＯｘセンサ１１０で検出したＮＯｘ濃度の検出値に応じて尿素水噴射量を制御する尿素水噴射制御部１２７が搭載される。尿素水噴射制御部１２７は、ＥＣＭ１２５からのエンジンパラメータの信号と、排気温度センサ１０９からの排気ガス温度とを基に、排気ガス中のＮＯｘの量を推定すると共に、推定した排気ガス中のＮＯｘの量を基にドージングバルブ１０４から噴射する尿素水量を決定するようにされ、さらに、ドージングバルブ１０４にて決定した尿素水量で噴射したとき、上流側ＮＯｘセンサ１１０の検出値に基づいてドージングバルブ１０４を制御して、ドージングバルブ１０４から噴射する尿素水量を調整するようにされる。
　さて、本実施の形態に係るＳＣＲシステム１００は、上流側ＮＯｘセンサ１１０を設けた位置での排気管１０２内の圧力であるＮＯｘセンサ圧力を推定する圧力推定部１３１と、圧力推定部１３１が推定したＮＯｘセンサ圧力に応じて、上流側ＮＯｘセンサ１１０が検出したＮＯｘ濃度の検出値を補正するＮＯｘ濃度検出値補正部１３６と、を備えている。
　圧力推定部１３１はＥＣＵ１２８に搭載され、ＮＯｘ濃度検出値補正部１３６はＤＣＵ１２６に搭載される。なお、両者ともＤＣＵ１２６に搭載するようにしてもよい。
　圧力推定部１３１は、排気ガス流量推定部１３２と、排気ガス比容積推定部１３３と、ＳＣＲ差圧推定部１３４と、ＮＯｘセンサ圧力推定部１３５と、を備えている。
　排気ガス流量推定部１３２は、エンジンＥの吸気流量（吸入空気の質量流量）と、エンジン回転数と燃料噴射量とから求めた燃料流量とを足し合わせることにより、排気ガス流量（排気ガスの質量流量）を推定するようにされる。
　より詳細には、排気ガス流量推定部１３２は、ＭＡＦセンサ１２９で検出された吸気流量を所定時間平均して、吸入空気の平均質量流量を求め、求めた吸入空気の平均質量流量を、エンジン回転数に応じて時定数が設定されるローパスフィルタに通して、エンジンＥの吸気流量を求めるようにされる。ローパスフィルタを用いることより、エンジンＥの吸気流量の値が急激に変動してしまうことを抑制できる。
　また、排気ガス流量推定部１３２は、ＥＣＭ１２５より受信したエンジン回転数と燃料噴射量とから求めた燃料容積に、燃料密度を掛け合わせることによって、燃料流量を求めるようにされる。燃料噴射量としては、指示噴射量、ポスト噴射量、排気管噴射量（排気管噴射を行う車両のみ）を足し合わせた値が用いられる。
　さらに、排気ガス流量推定部１３２では、吸気流量と燃料流量を足し合わせて求めた排気ガス流量を、エンジン回転数に応じて時定数が設定されるローパスフィルタに通すことより、排気ガス流量の値が急激に変動してしまうことを抑制するようにしている。
　排気ガス比容積推定部１３３は、ＤＣＵ１２６から受信したＳＣＲ入口温度と、大気圧センサ１３０から受信した大気圧（外気圧）とに基づき、排気ガスの比容積を推定するようにされる。より詳細には、排気ガス比容積推定部１３３では、ＳＣＲ入口温度に、予め車両ごと（車種、車型ごと）に設定された排気ガスのガス定数を掛け合わせ、得られた値をさらに大気圧で除することにより、排気ガスの比容積を算出するようにされる。
　ＳＣＲ差圧推定部１３４は、排気ガス流量推定部１３２が推定した排気ガス流量と、排気ガス比容積推定部１３３が推定した排気ガスの比容積と、ＤＣＵ１２６から受信したＳＣＲ入口温度とに基づき、ＳＣＲ装置１０３の入口における圧力と大気圧（外気圧）との差圧（以下、単にＳＣＲ差圧という）を推定するようにされる。なお、ＳＣＲ装置１０３の入口における圧力は、上流側ＮＯｘセンサ１１０を設けた位置での排気管１０２内の圧力、すなわちＮＯｘセンサ圧力と等しい。
　より詳細には、ＳＣＲ差圧推定部１３４は、排気ガス流量と排気ガスの比容積とでベース差圧マップ（図示せず）を参照して、ＳＣＲ差圧のベースとなる値（以下、ＳＣＲベース差圧という）を決定するようにされる。なお、ベース差圧マップは、車両ごと（車種、車型ごと）に予め設定されたマップであり、排気ガス流量と排気ガスの比容積ごとに、ベース差圧が設定されたマップである。
　また、ＳＣＲ差圧推定部１３４は、ＳＣＲ入口温度から、ＳＣＲ装置１０３の入口における排気ガスの粘性係数を求め、求めた粘性係数の逆数と排気ガス流量とを掛け合わせることにより、ＳＣＲ装置１０３の入口におけるレイノルズ数を算出するようにされる。さらに、ＳＣＲ差圧推定部１３４は、得られたレイノルズ数とＳＣＲ入口温度とで流量係数マップ（図示せず）を参照し、ＳＣＲ装置１０３の入口における排気ガスの流量係数を決定するようにされる。なお、流量係数マップは、車両ごと（車種、車型ごと）に予め設定されたマップであり、レイノルズ数とＳＣＲ入口温度ごとに、排気ガスの流量係数（圧力損失－流量に関する形状係数）が設定されたマップである。
　ＳＣＲ差圧推定部１３４は、求めたベース差圧と流量係数とを掛け合わせることにより、ＳＣＲ差圧を算出するようにされる。
　ＮＯｘセンサ圧力推定部１３５は、ＳＣＲ差圧推定部１３４が推定したＳＣＲ差圧に、大気圧センサ１３０から受信した大気圧（外気圧）を加えることにより、ＳＣＲ装置１０３の上流側の圧力、すなわち、上流側ＮＯｘセンサ１１０を設けた位置での排気管１０２内の圧力であるＮＯｘセンサ圧力を、推定するようにされる。ＮＯｘセンサ圧力推定部１３５は、推定したＮＯｘセンサ圧力の信号をＤＣＵ１２６に送信するようにされる。
　ＤＣＵ１２６に搭載されたＮＯｘ濃度検出値補正部１３６は、ＮＯｘセンサ圧力推定部１３５からＮＯｘセンサ圧力の信号を受信し、ＮＯｘセンサ圧力で補正用係数マップを参照して、補正用係数を決定する。補正用係数マップは、車両ごと（車種、車型ごと）に予め設定されたマップであり、ＮＯｘセンサ圧力ごとに、補正用係数が設定されたマップである。補正用係数は、予め試験を行い決定される。
　ＮＯｘ濃度検出値補正部１３６は、得られた補正用係数を、上流側ＮＯｘセンサ１１０が検出したＮＯｘ濃度の検出値に掛け合わせることにより、ＮＯｘ濃度の検出値の補正を行うようにされる。尿素水噴射制御部１２７は、補正後のＮＯｘ濃度の検出値を用いて、尿素水噴射量を制御するようにされる。
　以上説明したように、本実施の形態に係るＳＣＲシステム１００では、上流側ＮＯｘセンサ１１０を設けた位置での排気管１０２内の圧力であるＮＯｘセンサ圧力を推定する圧力推定部１３１と、圧力推定部１３１が推定したＮＯｘセンサ圧力に応じて、上流側ＮＯｘセンサ１１０が検出したＮＯｘ濃度の検出値を補正するＮＯｘ濃度検出値補正部１３６と、を備えている。
　図３に示すように、ＮＯｘセンサ圧力によりＮＯｘ濃度の検出値の補正を行わない従来のＳＣＲシステム（図示破線）では、ＮＯｘセンサ圧力が大きくなるほど、上流側ＮＯｘセンサ１１０でのＮＯｘ濃度の検出値に誤差が大きくなり、ＮＯｘ濃度を精度よく検出できなかった。これに対して、本発明のＳＣＲシステム１００（図示実線）では、推定したＮＯｘセンサ圧力に応じて上流側ＮＯｘセンサ１１０の検出値を補正しているため、ＮＯｘセンサ圧力が大きくなった場合であっても、上流側ＮＯｘセンサ１１０でのＮＯｘ濃度の検出値の誤差を小さく維持し、ＮＯｘ濃度を精度よく検出することが可能になる。
　つまり、本実施の形態に係るＳＣＲシステム１００によれば、ＮＯｘセンサ圧力によらず、すなわちエンジンの運転状態によらず、ＮＯｘ濃度を精度よく検出することが可能となる。よって、尿素水噴射量の制御が正常に行われず、過剰な噴射量で尿素水の噴射が行われたり、逆に尿素水の噴射量が低下してＮＯｘ浄化率が低下してしまうといった不具合を解消できる。また、正常にＯＢＤ診断（自己故障診断）を行うことができないといった不具合も解消できる。
　本発明は上記実施の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種々の変更を加え得ることは勿論である。
　例えば、上記実施の形態では、上流側ＮＯｘセンサ１１０でのＮＯｘ濃度の検出値を補正する場合を説明したが、本発明は、下流側ＮＯｘセンサ１１１にも適用可能である。下流側ＮＯｘセンサ１１１に適用する場合、上述の上流側ＮＯｘセンサ１１０におけるＮＯｘセンサ圧力から、ＳＣＲ装置１０３で発生する圧力損失を減ずれば、下流側ＮＯｘセンサ１１１におけるＮＯｘセンサ圧力を求めることができるので、得られたＮＯｘセンサ圧力に応じて、下流側ＮＯｘセンサ１１１でのＮＯｘ濃度の検出値を補正するようにすればよい。
１００　ＳＣＲシステム
１０２　排気管
１０３　ＳＣＲ装置
１０４　ドージングバルブ
１０５　尿素タンク
１０６　サプライモジュール
１１０　上流側ＮＯｘセンサ（ＮＯｘセンサ）
１１１　下流側ＮＯｘセンサ
１２５　ＥＣＭ
１２６　ＤＣＵ
１２７　尿素水噴射制御部
１２８　ＥＣＵ
１３１　圧力推定部
１３２　排気ガス流量推定部
１３３　排気ガス比容積推定部
１３４　ＳＣＲ差圧推定部
１３５　ＮＯｘセンサ圧力推定部
１３６　ＮＯｘ濃度検出値補正部
Ｅ　エンジン

Claims (2)

  1. 　エンジンの排気管に設けられたＳＣＲ（選択還元触媒）装置と、
    　前記ＳＣＲ装置の上流側で尿素水を噴射するドージングバルブと、
    　前記排気管に設けられたＮＯｘセンサと、
    　前記ＮＯｘセンサで検出したＮＯｘ濃度の検出値に応じて尿素水噴射量を制御する尿素水噴射制御部と、を備えたＳＣＲシステムにおいて、
    　前記ＮＯｘセンサを設けた位置での前記排気管内の圧力であるＮＯｘセンサ圧力を推定する圧力推定部と、
    　前記圧力推定部が推定したＮＯｘセンサ圧力に応じて、前記ＮＯｘセンサが検出したＮＯｘ濃度の検出値を補正するＮＯｘ濃度検出値補正部と、
    　を備えたことを特徴とするＳＣＲシステム。
  2. 　前記ＮＯｘセンサは、前記ＳＣＲ装置の上流側に設けられ、
    　前記圧力推定部は、
    　前記エンジンの吸気流量と、エンジン回転数と燃料噴射量とから求めた燃料流量とを足し合わせることにより、排気ガス流量を推定する排気ガス流量推定部と、
    　前記ＳＣＲ装置の入口における排気ガス温度であるＳＣＲ入口温度と、大気圧とに基づき、排気ガスの比容積を推定する排気ガス比容積推定部と、
    　前記排気ガス流量推定部が推定した排気ガス流量と、前記排気ガス比容積推定部が推定した排気ガスの比容積と、ＳＣＲ入口温度とに基づき、前記ＳＣＲ装置の入口における圧力と大気圧との差圧を推定するＳＣＲ差圧推定部と、
    　ＳＣＲ差圧推定部が推定した差圧に、大気圧を加えることにより、ＮＯｘセンサ圧力を推定するＮＯｘセンサ圧力推定部と、
    　を備える請求項１記載のＳＣＲシステム。
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