JP2019073980A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】濃度センサの尿素濃度検出値が不正確な場合でも排気エミッションの悪化を抑制する。【解決手段】内燃機関1の排気浄化装置は、排気通路4に設けられた選択還元型NOx触媒24と、NOx触媒の上流側に設けられ尿素水を噴射する噴射弁25と、NOx触媒の下流側に設けられ排気中のアンモニアを検出可能なガスセンサ48と、尿素水の尿素濃度を検出する濃度センサ49と、濃度センサの出力とガスセンサの出力との少なくとも一方に基づき、噴射弁から噴射される尿素水噴射量を補正する補正部100とを備える。補正部は、濃度センサの出力とガスセンサの出力とがそれぞれ正常範囲内にあるか否かに応じて、補正方法を変更する。【選択図】図1
Description
本開示は内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、選択還元型NOx触媒を備えた排気浄化装置に関する。
内燃機関の排気浄化装置として、排気中のNOxを還元して浄化する選択還元型NOx触媒(所謂SCR)を備えたものが公知である。NOx触媒の上流側では、還元剤としての尿素水が噴射弁から噴射され、この尿素水が加水分解されてアンモニア(NH3)が生成される。アンモニアは、NOx触媒上でNOxと反応し、NOxを還元して浄化する。
尿素水は尿素水タンクに貯留され、電動ポンプ等により噴射弁に供給される。制御部からの指示信号に基づき噴射弁が制御され、噴射弁から噴射される尿素水噴射量が制御される。尿素水の尿素濃度が濃度センサにより検出され、この尿素濃度検出値に基づき尿素水噴射量が補正される。
ところで、濃度センサが正常であり、実際の尿素水濃度が正常であっても、使用環境等により、濃度センサの尿素濃度検出値が実際の尿素水濃度からずれて不正確となる場合がある。この不正確な尿素濃度検出値に基づいて通常と同じ方法で尿素水噴射量の補正を行えば、尿素水噴射量が不適切となり、排気エミッションが悪化する虞がある。
そこで、本開示は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、濃度センサの尿素濃度検出値が不正確な場合でも排気エミッションの悪化を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
本開示の一の態様によれば、
排気通路に設けられた選択還元型NOx触媒と、
前記NOx触媒の上流側の前記排気通路に設けられ、尿素水を噴射する噴射弁と、
前記NOx触媒の下流側の前記排気通路に設けられ、排気中のアンモニアを検出可能なガスセンサと、
前記尿素水の尿素濃度を検出する濃度センサと、
前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力との少なくとも一方に基づき、前記噴射弁から噴射される尿素水噴射量を補正する補正部と、
を備え、
前記補正部は、前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力とがそれぞれ正常範囲内にあるか否かに応じて、補正方法を変更する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
排気通路に設けられた選択還元型NOx触媒と、
前記NOx触媒の上流側の前記排気通路に設けられ、尿素水を噴射する噴射弁と、
前記NOx触媒の下流側の前記排気通路に設けられ、排気中のアンモニアを検出可能なガスセンサと、
前記尿素水の尿素濃度を検出する濃度センサと、
前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力との少なくとも一方に基づき、前記噴射弁から噴射される尿素水噴射量を補正する補正部と、
を備え、
前記補正部は、前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力とがそれぞれ正常範囲内にあるか否かに応じて、補正方法を変更する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
好ましくは、前記補正部は、
前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力とがそれぞれ正常範囲内にあるか否かに応じて、第1補正方法と第2補正方法のいずれかを選択し、
前記濃度センサの出力が正常範囲内にあり、前記ガスセンサの出力が正常範囲内にあるときには、前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力との両方に基づいて尿素水噴射量を補正する第1補正方法を選択し、
前記濃度センサの出力が正常範囲内になく、前記ガスセンサの出力が正常範囲内にあるときには、前記濃度センサの出力に基づかず且つ前記ガスセンサの出力に基づいて尿素水噴射量を補正する第2補正方法を選択する。
前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力とがそれぞれ正常範囲内にあるか否かに応じて、第1補正方法と第2補正方法のいずれかを選択し、
前記濃度センサの出力が正常範囲内にあり、前記ガスセンサの出力が正常範囲内にあるときには、前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力との両方に基づいて尿素水噴射量を補正する第1補正方法を選択し、
前記濃度センサの出力が正常範囲内になく、前記ガスセンサの出力が正常範囲内にあるときには、前記濃度センサの出力に基づかず且つ前記ガスセンサの出力に基づいて尿素水噴射量を補正する第2補正方法を選択する。
好ましくは、前記補正部は、
前記濃度センサの出力が正常範囲内にあり前記ガスセンサの出力が正常範囲内にないとき、および、前記濃度センサの出力が正常範囲内になく前記ガスセンサの出力が正常範囲内にないとき、第1補正方法を選択する。
前記濃度センサの出力が正常範囲内にあり前記ガスセンサの出力が正常範囲内にないとき、および、前記濃度センサの出力が正常範囲内になく前記ガスセンサの出力が正常範囲内にないとき、第1補正方法を選択する。
好ましくは、前記補正部は、前記ガスセンサの出力が正常範囲内にあるか否かを、前記NOx触媒の浄化率が正常範囲内にあるか否かにより判断する。
前記ガスセンサは、排気中のNOxとアンモニアを検出可能なNOxセンサであってもよい。
本開示によれば、濃度センサの尿素濃度検出値が不正確な場合でも排気エミッションの悪化を抑制できる。
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。但し本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。
図1は、本実施形態の排気浄化装置が適用された内燃機関を示す。内燃機関(エンジンともいう)1は、車両(図示せず)に搭載された多気筒エンジンである。本実施形態において、車両はトラック等の大型車両であり、これに搭載される車両動力源としてのエンジン1は直列4気筒ディーゼルエンジンである。しかしながら、車両および内燃機関の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジン1はガソリンエンジンであってもよい。
エンジン1は、エンジン本体2と、エンジン本体2に接続された吸気通路3および排気通路4と、ターボチャージャ14と、燃料噴射装置5とを備える。エンジン本体2は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品とを含む。
燃料噴射装置5は、コモンレール式燃料噴射装置からなり、各気筒に設けられた燃料噴射弁すなわちインジェクタ7と、インジェクタ7に接続されたコモンレール8とを備える。インジェクタ7は、シリンダ9内すなわち燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタである。コモンレール8は、インジェクタ7から噴射される燃料を高圧状態で貯留する。
吸気通路3は、エンジン本体2(特にシリンダヘッド)に接続された吸気マニホールド10と、吸気マニホールド10の上流端に接続された吸気管11とにより主に画成される。吸気マニホールド10は、吸気管11から送られてきた吸気を各気筒の吸気ポートに分配供給する。吸気管11には、上流側から順に、エアクリーナ12、エアフローメータ13、ターボチャージャ14のコンプレッサ14C、インタークーラ15、および電子制御式の吸気スロットルバルブ16が設けられる。エアフローメータ13は、エンジン1の単位時間当たりの吸入空気量すなわち吸気流量を検出するためのセンサであり、マスエアフロー(MAF)センサ等とも称される。
排気通路4は、エンジン本体2(特にシリンダヘッド)に接続された排気マニホールド20と、排気マニホールド20の下流側に接続された排気管21とにより主に画成される。排気マニホールド20は、各気筒の排気ポートから送られてきた排気ガスを集合させる。排気管21、もしくは排気マニホールド20と排気管21の間には、ターボチャージャ14のタービン14Tが設けられる。タービン14Tより下流側の排気通路4には、上流側から順に、酸化触媒22、フィルタ23、選択還元型NOx触媒(SCR)24およびアンモニア酸化触媒26が設けられる。これらは排気後処理を実行する後処理部材をなす。フィルタ23とNOx触媒24の間の排気通路4には、還元剤としての尿素水を排気通路4内に噴射する噴射弁としての尿素インジェクタ25が設けられる。
尿素インジェクタ25には、尿素水タンク27に貯留された尿素水が電動ポンプ等により供給される。
酸化触媒22は、排気中の未燃成分(炭化水素HCおよび一酸化炭素CO)を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温する。フィルタ23は、所謂連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタであり、排気中に含まれる粒子状物質(PMとも称す)を捕集すると共に、その捕集したPMを貴金属と反応させて連続的に燃焼除去する。フィルタ23には、ハニカム構造の基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのものが用いられる。
NOx触媒24は、尿素インジェクタ25から噴射された尿素水を加水分解して得られるアンモニアを、排気中のNOxと反応させて、NOxを還元浄化する。NOx触媒24は、ゼオライト又はアルミナなどの基材表面にPtなどの貴金属を担持したものや、その基材表面にCu等の遷移金属をイオン交換して担持させたもの、その基材表面にチタニヤ/バナジウム触媒(V2O5/WO3/TiO2)を担持させたもの等が例示できる。アンモニア酸化触媒26は、NOx触媒24から排出された余剰アンモニアを酸化して浄化する。
エンジン1はEGR装置30をも備える。EGR装置30は、排気通路4内(特に排気マニホールド20内)の排気ガスの一部(EGRガスという)を吸気通路3内(特に吸気マニホールド10内)に還流させるためのEGR通路31と、EGR通路31を流れるEGRガスを冷却するEGRクーラ32と、EGRガスの流量を調節するためのEGR弁33とを備える。EGR装置30は外部EGRを実行するためのものである。
また、本実施形態は、それぞれ排気通路4に設けられた電子制御式の排気スロットルバルブ37と、排気インジェクタ38とを備える。本実施形態において、これらはタービン14Tと酸化触媒22の間の排気通路4に設けられ、排気スロットルバルブ37より下流側に排気インジェクタ38が配置される。但しこれらの設置位置は変更可能である。排気スロットルバルブ37は排気流量を調節するためのバルブである。排気インジェクタ38は、主にフィルタ23の再生時に排気通路4内に燃料を噴射するためのインジェクタである。
このエンジン1を制御するための制御装置が車両に搭載されている。制御装置は、制御ユニット、回路要素(circuitry)もしくはコントローラをなす電子制御ユニット(ECUと称す)100を有する。ECU100はCPU、ROM、RAM、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ECU100は、筒内インジェクタ7、吸気スロットルバルブ16、尿素インジェクタ25、EGR弁33、排気スロットルバルブ37および排気インジェクタ38を制御するように構成され、プログラムされている。なお特に断らない限り、吸気スロットルバルブ16および排気スロットルバルブ37は全開に制御されているものとする。
制御装置は、ECU100に接続された以下のセンサ類も有する。このセンサ類に関して、上述のエアフローメータ13の他、エンジンの回転速度、具体的には毎分当たりの回転数(rpm)を検出するための回転速度センサ40と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ41とが設けられる。また、酸化触媒22、フィルタ23およびNOx触媒24の上流側入口部には排気温度を検出するための排気温センサ42,43,44が設けられている。また、NOx触媒24の下流側出口部には排気温度を検出するための排気温センサ46が設けられている。また、フィルタ23の入口部および出口部の排気圧の差圧を検出するための差圧センサ45が設けられている。
また、NOx触媒24の上流側入口部と下流側出口部には、それぞれ、排気中のNOxを検出するための上流側NOxセンサ47および下流側NOxセンサ48が設けられている。これらNOxセンサ47,48は、排気ガスのNOx濃度に相関した出力を発する。但しNOxセンサ47,48は排気中のNOxとアンモニアの両方を検出可能である。上流側NOxセンサ47は尿素インジェクタ25よりも上流側に設けられている。
また、尿素水タンク27内の底部には、尿素水の尿素濃度を検出するための濃度センサ49が、尿素水に浸漬された状態で設けられている。濃度センサ49は、尿素濃度に相関した出力を発する。本実施形態において濃度センサ49は、超音波を利用して尿素濃度を検出する超音波方式のセンサである。なお濃度センサ49の設置位置は変更可能である。
次に、ECU100により実行される制御の内容について説明する。
まず、尿素インジェクタ25から噴射される尿素水噴射量の制御の概要を説明する。尿素水噴射量Mは、概して、後述する基本噴射量MAと第1補正量MBと第2補正量MCの和として表され、式:M=MA+MB+MCで表される。そしてECU100は、尿素水噴射量Mを算出すると共に、算出された尿素水噴射量Mに等しい量の尿素水を尿素インジェクタ25から噴射させる。
基本噴射量MAは、シリンダ9から排出されNOx触媒24に流入するNOxを還元するのに必要な噴射量である。基本噴射量MAは、NOx触媒24に流入するNOx量(流入NOx量)に相応した量とされる。流入NOx量は、上流側NOxセンサ47により検出されたNOx濃度と排気ガス流量の積で表される。排気ガス流量は、エアフローメータ13により検出された吸入空気量の値に基づいて算出される。流入NOx量と基本噴射量MAとの間の予め定められた関係、具体的にはマップ(関数でもよい。以下同様)が、ECU100に記憶され、ECU100はこのマップを参照して流入NOx量に対応した基本噴射量MAを算出する。
なお、上流側NOxセンサ47は排気通路4のより上流側の位置に設けられてもよい。また流入NOx量は、エンジン運転状態(例えばエンジン回転数と筒内インジェクタ7の燃料噴射量)に基づいてECU100により推定してもよい。また排気ガス流量は、排気通路4に設けられた流量センサにより直接検出してもよい。
NOx触媒24はアンモニア吸着能を有し、NOx触媒24のアンモニア吸着量を制御することも考えられる。この場合、アンモニア吸着量を目標吸着量に近づけるための噴射量を基本噴射量MAに含めてもよい。
第1補正量MBは、濃度センサ49の出力である尿素濃度検出値Cに基づいて尿素水噴射量Mを補正(尿素濃度補正という)するための値である。尿素濃度の基準値である基準濃度Cb(例えば32%)が予め設定され、ECU100に記憶されている。ECU100は、尿素濃度検出値Cと基準濃度Cbの乖離度合いに応じて第1補正量MBを決定する。
具体的にはECU100は、基準濃度Cbと尿素濃度検出値Cの差すなわち濃度差ΔC=Cb−Cを算出し、ΔC=0のとき、ゼロの第1補正量MBを算出する。ΔC>0のとき、すなわち尿素濃度検出値Cが基準濃度Cbより小さいとき、正の第1補正量MBを算出し、ΔCが大きい程、大きな値の第1補正量MBを算出する。逆にΔC<0のとき、すなわち尿素濃度検出値Cが基準濃度Cbより大きいとき、負の第1補正量MBを算出し、ΔCが小さい程、小さな値の第1補正量MBを算出する。これにより濃度差ΔCが補償される。
第2補正量MCは、下流側NOxセンサ48の出力であるセンサ出力Vに基づいて尿素水噴射量Mを補正(センサ出力フィードバック(F/B)補正という)するための値である。NOxセンサ出力の上限値Vupが予め設定され、ECU100に記憶されている。ECU100は、センサ出力Vが上限値Vup以下のときには、許容範囲内であるとして、ゼロの第2補正量MCを算出する。他方、センサ出力Vが上限値Vupを超えたときには、許容範囲外であるとして、ゼロ以外の第2補正量MCを算出する。
ECU100は、センサ出力Vと上限値Vupの差分ΔV(=V−Vup)を算出し、この差分ΔVがゼロより大きいとき、差分ΔVに応じた大きさの第2補正量MCを算出する。こうして尿素水噴射量Mは、センサ出力Vに基づきフィードバック制御もしくはフィードバック補正されることとなる。なおフィードバック制御は周知のPID制御等の手法に従って行うことが可能である。
このように本実施形態では、濃度センサ49の出力である尿素濃度検出値Cと、下流側NOxセンサ48の出力であるセンサ出力Vとの両方に基づいて尿素水噴射量Mが補正される。この補正方法を、通常行う基本の補正方法である第1補正方法という。
実際の尿素濃度が基準濃度Cbからずれると、その影響が少なからずNOx触媒24の下流側の排気ガスにも現れる。このため、尿素濃度検出値Cに基づく補正を行わず、センサ出力Vに基づく補正のみを行っても、ある程度適切に補正を行える。しかし、実際の尿素濃度のずれの影響が、センサ出力Vに基づく補正によって解消されるまでの間に、タイムラグが存在する。このため、タイムラグの間に排気ガスが悪化する可能性がある。本実施形態の第1補正方法では、尿素濃度検出値Cに基づく補正を実行するため、フィードフォワード的に尿素濃度のずれ分を補償できる。よってセンサ出力Vに基づく補正による解消を待たないで尿素水噴射量を適切に補正でき、尿素濃度のずれによる排気ガスの悪化を迅速に抑制することができる。
なお、第1補正量MBおよび第2補正量MCの値は所定時間毎に更新学習されるものであってもよい。この場合、第1補正量MBおよび第2補正量MCの値は、イグニッションスイッチがオンされる度に予め定められた初期値(例えばゼロ)にリセットされてもよい。あるいは、イグニッションスイッチがオンされた時に前回イグニッションスイッチがオフされた時の値に復帰されてもよい。
ところで、下流側NOxセンサ48は、NOxだけでなく、アンモニアも検出可能であり、両者を区別して検出できない。このため、尿素水噴射量に対するNOx触媒下流側の流出NOx量と、下流側NOxセンサ48のセンサ出力と、NOx触媒下流側に流出したアンモニア量(流出アンモニア量)との関係は、図2に示すようになる。
図の左端付近のように、尿素水噴射量が比較的少なく流入NOx量に対して不足する場合、NOx触媒24が流入NOxを全て還元できないため、NOx触媒下流側にNOxが流出するNOxスリップが起こる。そして流出NOx量は多くなり、NOxセンサ出力も大きくなる。そして尿素水噴射量が増加するにつれ、尿素水噴射量が流入NOx量に対して徐々に見合うようになって行くため、流出NOx量が徐々に減少し、NOxセンサ出力も徐々に減少する。
しかし、更に尿素水噴射量を増加すると、尿素水噴射量が流入NOx量に対して過剰となり、NOx触媒24から余剰のアンモニアが流出するアンモニアスリップが起こる。尿素水噴射量を増加するにつれ、流出アンモニア量も増加する。NOxセンサ48はこのアンモニアを検出するため、尿素水噴射量を増加するにつれ、NOxセンサ出力は徐々に増加していくこととなる。
NOxスリップとアンモニアスリップがバランスするバランス点、すなわち、流出NOx量と流出アンモニア量の両者をできるだけ最小化できる尿素水噴射量の値を図中Mhで示す。Mhより小噴射量側をNOxスリップ領域、Mhより大噴射量側をアンモニアスリップ領域とする。
NOxセンサ出力は、バランス点で極小値となる曲線を描く。よって、NOxセンサ出力のみによっては、NOxセンサ出力がNOxスリップ領域にあるのか(NOxスリップが起こっているのか)、アンモニアスリップ領域にあるのか(アンモニアスリップが起こっているのか)を判別することができない。
このため本実施形態では、尿素水噴射量を強制的に増加または減少し、それに応じてNOxセンサ出力が大小どちら側に変化するかを検出し、その結果に基づいて、NOxスリップとアンモニアスリップのいずれが起こっているのかを判別している。
例えば、尿素水噴射量を増量したときにNOxセンサ出力が減少した場合はNOxスリップが起こっていると判定し、尿素水噴射量を増量したときにNOxセンサ出力が増加した場合はアンモニアスリップが起こっていると判定する。
具体的にはECU100は、センサ出力Vと上限値Vupの差分ΔV(=V−Vup)がゼロより大きいとき、尿素水噴射量を強制的に増量する。このときにセンサ出力Vが減少した場合は、NOxスリップが起こっているとして、差分ΔVの大きさに応じた正の第2補正量MCを算出する。これにより尿素水噴射量Mが増量補正され、NOxスリップが抑制される。また逆に、センサ出力Vが増加した場合は、アンモニアスリップが起こっているとして、差分ΔVの大きさに応じた負の第2補正量MCを算出する。これにより尿素水噴射量Mが減量補正され、アンモニアスリップが抑制される。
なお、こうした判別は公知方法を含め他の方法で行ってもよい。かかる判別を行うことにより、下流側NOxセンサ48を用いた場合でもNOxスリップとアンモニアスリップの両方を好適に抑制できる。
ところで、濃度センサ49が正常であり、実際の尿素水濃度が正常であっても、使用環境等により、濃度センサ49の尿素濃度検出値が実際の尿素水濃度からずれて不正確となる場合がある。この不正確な尿素濃度検出値に基づいて通常と同じ方法で尿素水噴射量の補正を行えば、尿素水噴射量が不適切となり、排気エミッションが悪化する虞がある。
これを具体的に説明すると、例えば夏場の高温環境下等において、尿素水タンク27内の尿素水に細かい気泡(マイクロバブル)が発生し、これが、濃度センサ49の一対の電極間に位置し、濃度センサ49の尿素濃度検出値が実際の(真の)尿素水濃度より小さくなる方向にずれることがある。この尿素濃度検出値に基づき尿素水噴射量Mが増量補正されると、NOx触媒24へのアンモニア供給量が過剰となり、アンモニアスリップが生じることがある。
そこで、本実施形態では、こうした排気エミッションの悪化を抑制するため、ECU100が、濃度センサ49の出力と下流側NOxセンサ48の出力とがそれぞれ所定の正常範囲内にあるか否かに応じて、補正方法を変更する。以下、その内容を詳述する。
前述したように、ECU100は、濃度センサ49の出力である尿素濃度検出値Cと、下流側NOxセンサ48の出力であるセンサ出力Vとの両方に基づいて尿素水噴射量Mを補正する第1補正方法を実行可能である。他方、これとは別に、ECU100は、尿素濃度検出値Cに基づかず且つセンサ出力Vに基づいて尿素水噴射量Mを補正する第2補正方法も実行可能である。
ECU100は、尿素濃度検出値Cとセンサ出力Vとがそれぞれ所定の正常範囲内にあるか否かに応じて、第1補正方法と第2補正方法のいずれかを選択し実行する。そして尿素濃度検出値Cが正常範囲内にあり、センサ出力Vが正常範囲内にあるときには第1補正方法を選択し、尿素濃度検出値Cが正常範囲内になく、センサ出力Vが正常範囲内にあるときには第2補正方法を選択する。
尿素濃度検出値Cが所定の正常範囲内にあるか否かは次の方法で決定される。前述したように、尿素濃度の基準値である基準濃度Cb(例えば32%)が予め設定され、その±α(αは正の所定値)の範囲内が正常範囲とされる。つまりCb−α以上かつCb+α以下の範囲が正常範囲である。ECU100は、尿素濃度検出値Cがその正常範囲内にある場合に尿素濃度検出値Cが正常範囲内にあると判定し、そうでない場合に尿素濃度検出値Cが正常範囲内にないと判定する。
また、センサ出力Vが所定の正常範囲内にあるか否かは次の方法で決定される。本実施形態では、センサ出力Vに基づき、NOx触媒24の浄化率Rが算出され、この浄化率Rが正常範囲内にあるか否かにより、センサ出力Vが所定の正常範囲内にあるか否かが判断される。
浄化率Rが悪化すると排気エミッション(NOxスリップおよびアンモニアスリップを含む)が悪化し、排気エミッションが悪化するとセンサ出力Vが大きくなる。よって浄化率Rとセンサ出力Vには相関関係がある。本実施形態ではこの特性を利用して、浄化率Rに基づき、センサ出力Vが正常範囲内にあるか否かを好適に決定できる。
浄化率Rは次の方法でECU100により計算される。単位時間、具体的には演算周期τ(例えば10msec)当たりの流入NOx量dNinが、上流側NOxセンサ47のセンサ出力Vinと排気ガス流量に基づき計算される。また、演算周期τ当たりの流出NOx量dNoutが、下流側NOxセンサ48のセンサ出力Vと排気ガス流量に基づき計算される。dNinおよびdNoutが演算周期τ毎に積算され、積算値ΣdNinおよびΣdNoutが求められる。そして式:R=1−ΣdNout/ΣdNinにより浄化率Rが計算される。
なお、浄化率Rは、NOxスリップが起こっている場合には通常通りNOx浄化率を意味するが、アンモニアスリップが起こっている場合にはアンモニアスリップの大きさを表す指標値となる。いずれにしても、排気エミッションが悪化すれば浄化率Rは減少するから、上記の方法で浄化率Rを算出して差し支えない。
浄化率Rの下限値Rdが予め設定され、ECU100に記憶されている。ECU100は、浄化率Rが下限値Rd以上の場合にセンサ出力Vが正常範囲内にあると判定し、そうでない場合にセンサ出力Vが正常範囲内にないと判定する。
以下、各パターンについて詳述する。まずECU100は、尿素濃度検出値Cが正常範囲内にあり、センサ出力Vも正常範囲内にあるとき(第1パターンという)には、通常通り、第1補正方法を選択する。この場合、尿素濃度検出値Cが正常範囲内にあるため、尿素水中の気泡による尿素濃度検出値Cのずれは生じていないと考えられる。よってこの場合には通常通り第1補正量MBを算出し、これに基づく尿素濃度補正を行う。他方、適正な尿素濃度検出値Cに基づき適正な尿素濃度補正が行われたので、センサ出力Vも正常範囲内にあると考えられる。よってこの場合には通常通り第2補正量MCを算出し、これに基づくセンサ出力フィードバック(F/B)補正を行う。
次にECU100は、尿素濃度検出値Cが正常範囲内にあり、センサ出力Vが正常範囲内にないとき(第2パターンという)にも、通常通り、第1補正方法を選択する。この場合、尿素濃度検出値Cが正常範囲内にあるため、尿素水中の気泡による尿素濃度検出値Cのずれは生じていないと考えられる。よってこの場合には通常通り第1補正量MBを算出し、これに基づく尿素濃度補正を行う。
他方、センサ出力Vが正常範囲内にないので、他の要因、例えばNOx触媒24の故障、噴射弁25の故障、その他の部品の故障等により、排気エミッションが悪化し、センサ出力Vが大きくなっているものと考えられる。よってこの場合には、補正方法としては通常通り第1補正方法を選択する一方で、ECU100の別の機能である診断機能により当該故障を検出し、故障時の制御モードに移行したり、チェックランプを点灯して修理を促したりする。これにより、補正方法を通常方法から変更せずに済み、制御の簡略化を図れる。
次にECU100は、尿素濃度検出値Cが正常範囲内になく、センサ出力Vが正常範囲内にあるとき(第3パターンという)、通常とは異なる第2補正方法を選択する。この場合、尿素濃度検出値Cが正常範囲内にないため、尿素水中の気泡による尿素濃度検出値Cのずれが生じているものと考えられる。よってこの場合には、尿素濃度検出値Cに基づく尿素濃度補正を行わない。これにより、ずれた尿素濃度検出値Cに基づき過剰な尿素濃度補正を行うことが禁止され、アンモニアスリップを効果的に抑制することができる。
他方、通常の第1補正方法の実行中に、尿素濃度検出値Cが正常範囲内にないのにセンサ出力Vが正常範囲内にあるというのは、異常な事態である。なぜなら尿素濃度補正量(第1補正量MB)が異常なのにセンサ出力Vは正常を示しているからである。従ってこの場合には、補正方法を第2補正方法に変更し、尿素濃度補正を禁止し、センサ出力F/B補正のみを行う。センサ出力F/B補正によっても、タイムラグはあるものの、尿素濃度のずれをある程度補償できるため、第2補正方法に変更することにより、ずれた尿素濃度検出値Cの影響を受けることなく、好適に補正を続行することができる。
このように、濃度センサ49の尿素濃度検出値が不正確な場合でも排気エミッションの悪化を抑制することができる。そして排気エミッションの悪化を抑制しつつ、尿素水噴射量の補正を好適に続行することができる。
次にECU100は、尿素濃度検出値Cが正常範囲内になく、センサ出力Vも正常範囲内にないとき(第4パターンという)、通常通り、第1補正方法を選択する。この場合には、両者が正常範囲内にないため辻褄が合う。すなわち、通常の第1補正方法の実行中に、尿素濃度検出値Cが正常範囲内にないため、尿素濃度補正量が異常であり、これを反映してセンサ出力Vも異常となっている。よってこの場合には、補正方法を変更せず、第1補正方法を継続する。
第1補正方法を継続すると、センサ出力F/B補正が大きく働き、やがて浄化率Rが上昇し、センサ出力Vが正常範囲内に入ってくる可能性がある。こうなると第3パターンに移行するので、第1補正方法を継続しても問題ない。むしろ補正方法を通常方法から変更せずに済むので、制御の簡略化を図れる。
以上の補正方法の選択を実行する選択ルーチンを図3に基づいて説明する。図示するルーチンはECU100により所定の演算周期τ(例えば10msec)毎に繰り返し実行される。
まずステップS101では、濃度センサ49の尿素濃度検出値C、上流側NOxセンサ47のセンサ出力Vin、および下流側NOxセンサ48のセンサ出力Vの値が取得される。
次いでステップS102では、センサ出力Vin、Vに基づき浄化率Rが計算される。
ステップS103では、尿素濃度検出値Cが正常範囲内にあるか否かが判断される。
正常範囲内にあると判断された場合、ステップS104に進んで第1補正方法が選択され、ルーチンが終了される。この場合、第1補正方法に従って尿素水噴射量の補正が実行される。また尿素濃度検出値Cが正常範囲内にある場合、センサ出力Vが正常範囲内にある第1パターンの場合であっても、センサ出力Vが正常範囲内にない第2パターンの場合であっても、第1補正方法が選択される。
他方、ステップS103で正常範囲内にないと判断された場合、ステップS105に進んで、浄化率Rに基づき、センサ出力Vが正常範囲内にあるか否かが判断される。
正常範囲内にあると判断された場合(第3パターンの場合)、ステップS106に進んで第2補正方法が選択され、ルーチンが終了される。この場合、第2補正方法に従って尿素水噴射量の補正が実行される。
他方、正常範囲内にないと判断された場合(第4パターンの場合)、ステップS104に進んで第1補正方法が選択され、ルーチンが終了される。この場合、第1補正方法に従って尿素水噴射量の補正が実行される。
上記の説明で理解されるように、本実施形態のECU100は特許請求の範囲にいう補正部に相当する。
以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示は他にも様々な実施形態が可能である。
(1)上記実施形態では、NOx触媒の下流側の排気中のアンモニアを検出可能なガスセンサとして、排気中のNOxとアンモニアの両方を検出可能な下流側NOxセンサ48を用いた。しかしながら、ガスセンサはアンモニアを検出可能であれば他のセンサであってもよく、アンモニアをNOxと区別して検出可能なアンモニアセンサであってもよい。
(2)濃度センサ49は、尿素水タンク27以外の場所に設置されてもよく、他の尿素水貯留箇所に設置されてもよい。
(3)上記実施形態では、NOx触媒24の浄化率Rが正常範囲内にあるか否かにより、下流側NOxセンサ48のセンサ出力Vが正常範囲内にあるか否かを判断した。しかしながら、他の方法を採用してもよく、例えば下流側NOxセンサ48のセンサ出力Vをそれ自体の正常範囲と直接比較して、センサ出力Vが正常範囲内にあるか否かを判断してもよい。
(4)上記実施形態では、濃度センサ49の尿素濃度検出値が実際の尿素水濃度より小さくなる方向にずれてアンモニアスリップが生じる場合を主に説明した。しかしながら本開示は、逆の場合、すなわち濃度センサ49の尿素濃度検出値が実際の尿素水濃度より大きくなる方向にずれてNOxスリップが生じる場合にも同様に有効である。
本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
1 内燃機関(エンジン)
4 排気通路
24 NOx触媒
25 尿素インジェクタ
48 下流側NOxセンサ
49 濃度センサ
100 電子制御ユニット(ECU)
4 排気通路
24 NOx触媒
25 尿素インジェクタ
48 下流側NOxセンサ
49 濃度センサ
100 電子制御ユニット(ECU)
Claims (5)
- 排気通路に設けられた選択還元型NOx触媒と、
前記NOx触媒の上流側の前記排気通路に設けられ、尿素水を噴射する噴射弁と、
前記NOx触媒の下流側の前記排気通路に設けられ、排気中のアンモニアを検出可能なガスセンサと、
前記尿素水の尿素濃度を検出する濃度センサと、
前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力との少なくとも一方に基づき、前記噴射弁から噴射される尿素水噴射量を補正する補正部と、
を備え、
前記補正部は、前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力とがそれぞれ正常範囲内にあるか否かに応じて、補正方法を変更する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記補正部は、
前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力とがそれぞれ正常範囲内にあるか否かに応じて、第1補正方法と第2補正方法のいずれかを選択し、
前記濃度センサの出力が正常範囲内にあり、前記ガスセンサの出力が正常範囲内にあるときには、前記濃度センサの出力と前記ガスセンサの出力との両方に基づいて尿素水噴射量を補正する第1補正方法を選択し、
前記濃度センサの出力が正常範囲内になく、前記ガスセンサの出力が正常範囲内にあるときには、前記濃度センサの出力に基づかず且つ前記ガスセンサの出力に基づいて尿素水噴射量を補正する第2補正方法を選択する
請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記補正部は、
前記濃度センサの出力が正常範囲内にあり前記ガスセンサの出力が正常範囲内にないとき、および、前記濃度センサの出力が正常範囲内になく前記ガスセンサの出力が正常範囲内にないとき、第1補正方法を選択する
請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記補正部は、前記ガスセンサの出力が正常範囲内にあるか否かを、前記NOx触媒の浄化率が正常範囲内にあるか否かにより判断する
請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記ガスセンサは、排気中のNOxとアンモニアを検出可能なNOxセンサである
請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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JP2017198487A JP2019073980A (ja) | 2017-10-12 | 2017-10-12 | 内燃機関の排気浄化装置 |
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CN114215631A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-22 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种尿素质量传感器信号收发及处理方法 |
CN114790927A (zh) * | 2021-06-03 | 2022-07-26 | 长城汽车股份有限公司 | 尿素喷射控制方法、装置及终端设备 |
-
2017
- 2017-10-12 JP JP2017198487A patent/JP2019073980A/ja active Pending
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CN114790927A (zh) * | 2021-06-03 | 2022-07-26 | 长城汽车股份有限公司 | 尿素喷射控制方法、装置及终端设备 |
CN114790927B (zh) * | 2021-06-03 | 2023-12-19 | 长城汽车股份有限公司 | 尿素喷射控制方法、装置及终端设备 |
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