JP2020106002A - Diagnostic device and exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、診断装置及び内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to a diagnostic device and an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物(NOX)を還元して排気を浄化する部材として、NOX吸蔵触媒及びNOX選択還元触媒が知られている。NOX吸蔵触媒は、内燃機関で燃焼される混合気が理論空燃比(ストイキ)に対して燃料希薄(リーン)状態のときに排気中のNOXを吸蔵し、混合気がストイキ状態又は燃料過濃(リッチ)状態のときにNOXを放出して、排気中の未燃炭化水素(HC:Hydrocarbon)と反応させることにより、NOXを窒素(N2)に還元する。NOX選択還元触媒は、NOXの還元成分としてのアンモニア(NH3)を吸着する機能を有し、流入する排気中のNOXをNH3と反応させることにより、NOXをN2に還元する。 A NO x storage catalyst and a NO x selective reduction catalyst are known as members for purifying the exhaust by reducing nitrogen oxides (NO x ) contained in the exhaust of an internal combustion engine such as a diesel engine. The NO X storage catalyst occludes NO X in the exhaust gas when the air-fuel mixture combusted in the internal combustion engine is fuel-lean (lean) state with respect to the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric) air-fuel mixture over stoichiometric state or fuel In a rich state, NO X is released and reacted with unburned hydrocarbon (HC: Hydrocarbon) in the exhaust gas to reduce NO X to nitrogen (N 2 ). The NO X selective reducing catalyst has a function of adsorbing ammonia (NH 3) as a reducing component of NO X, by reaction with NH 3 and NO X in the inflowing exhaust gas, reduce NO X to N 2 To do.
例えば、特許文献1には、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置の一態様として、NOX吸蔵触媒及びNOX選択還元触媒をともに備えた排気浄化装置が開示されている。具体的に、特許文献1に開示された排気浄化装置では、NOX吸蔵触媒とNOX選択還元触媒とがこの順に排気通路の上流側から順に配置されている。かかる排気浄化装置においては、NOX吸蔵触媒でのNOXとHCとの反応によりNH3が生成される場合に、NOX選択還元触媒が当該NH3を吸着する。そして、NOX吸蔵触媒からNOXが流出する場合に、NOX選択還元触媒はNH3を用いてNOXを還元する。 For example, Patent Document 1 discloses an exhaust gas purification device that includes both a NO x storage catalyst and a NO x selective reduction catalyst as one mode of an exhaust gas purification device that purifies the exhaust gas of an internal combustion engine. Specifically, in the exhaust gas purification device disclosed in Patent Document 1, the NO X storage catalyst and the NO X selective reduction catalyst are arranged in this order from the upstream side of the exhaust passage. In such an exhaust emission control device, when NH 3 is produced by the reaction of NO X and HC in the NO X storage catalyst, the NO X selective reduction catalyst adsorbs the NH 3 . When the NO X flows out from the NO X storing catalyst, NO X selective reduction catalyst for reducing NO X using NH 3.
ここで、特許文献1に開示された排気浄化装置では、NOX選択還元触媒の劣化が進んだ場合やNOX選択還元触媒が欠落(未装着)している場合、大気中へのNOXやNH3の放出量が増大するおそれがある。このため、NOX選択還元触媒の欠落又は劣化を検出可能な診断機能があれば有意義である。 Here, in the exhaust emission control device disclosed in Patent Document 1, when deterioration of the NO X selective reduction catalyst progresses or when the NO X selective reduction catalyst is missing (not installed), NO X in the atmosphere and The amount of released NH 3 may increase. Therefore, it is meaningful if there is a diagnostic function capable of detecting the loss or deterioration of the NO X selective reduction catalyst.
例えば、NOX選択還元触媒が熱容量を持つことを利用して、NOX選択還元触媒よりも下流側に温度センサを設け、NOX選択還元触媒の熱容量を考慮して作成した温度モデルと温度センサによる検出温度とを比較することにより、NOX選択還元触媒の欠落を判定することが考えられる。 For example, the NO X selective reducing catalyst by utilizing the fact that with a heat capacity, the temperature sensor provided on the downstream side of the NO X selective reducing catalyst, the NO X selective reducing catalyst temperature model and a temperature sensor capacity created in consideration of the It is conceivable to determine the lack of the NO X selective reduction catalyst by comparing the detected temperature by
しかしながら、温度モデルと検出温度とを比較する方法の場合、診断結果の精度を高めるには、排気の温度変化が比較的少ない運転状態で診断を実行する必要があり、診断を実行可能な運転状態が限定的となる。また、NOX選択還元触媒が劣化しても熱容量の変化は少ないことから、温度モデルと検出温度とを比較する方法の場合、NOX選択還元触媒の欠落を検出することができる一方、NOX選択還元触媒の劣化を検出することは困難である。 However, in the case of the method of comparing the temperature model and the detected temperature, in order to improve the accuracy of the diagnosis result, it is necessary to execute the diagnosis in the operating state in which the temperature change of the exhaust gas is relatively small, and the operating state in which the diagnosis can be performed Will be limited. Further, NO changes in X selective reduction catalyst also deteriorates heat capacity since less, if the method of comparing the temperature model and the detected temperature, while it is possible to detect the missing of the NO X selective reduction catalyst, NO X It is difficult to detect deterioration of the selective reduction catalyst.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、NOX吸蔵触媒よりも下流側の排気通路に備えられたNOX選択還元触媒の欠落や劣化等の異常の検出精度を向上可能な診断装置及び内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to eliminate or deteriorate the NO X selective reduction catalyst provided in the exhaust passage downstream of the NO X storage catalyst. An object of the present invention is to provide a diagnostic device and an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that can improve the detection accuracy of an abnormality.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、内燃機関の排気通路に上流側から順にNOX吸蔵触媒とNOX選択還元触媒とを備えた排気浄化装置におけるNOX選択還元触媒の異常を診断する診断装置において、NOX選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のNOX濃度の推定値である下流側NOX濃度推定値を算出する下流側NOX濃度推定部と、NOX選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたNOX濃度センサのセンサ値を取得するセンサ値検出部と、下流側NOX濃度推定値及びセンサ値に基づいてNOX選択還元触媒の異常を判定する判定部と、を備える、診断装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, the NO X selective reducing catalyst in the exhaust purification device provided in this order from the upstream side in an exhaust passage of an internal combustion engine and the NO X storage catalyst and the NO X selective reducing catalyst in the diagnostic apparatus for diagnosing an abnormality, and the downstream-side NO X density estimating unit that calculates a downstream NO X concentration estimated value is an estimated value of the NO X concentration in the exhaust passage downstream of the NO X selective reducing catalyst, a sensor value detector than the NO X selective reducing catalyst acquires a sensor value of the NO X concentration sensor provided in an exhaust passage downstream, the NO X selective reducing catalyst on the basis of the downstream-side NO X concentration estimated value and the sensor value There is provided a diagnostic device including: a determination unit that determines the abnormality.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、内燃機関の排気通路に備えられたNOX吸蔵触媒と、NOX吸蔵触媒よりも下流側の排気通路に備えられたNOX選択還元触媒と、NOX選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたNOX濃度センサと、NOX選択還元触媒の異常を診断する診断装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、診断装置は、NOX選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のNOX濃度の推定値である下流側NOX濃度推定値を算出する下流側NOX濃度推定部と、NOX選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたNOX濃度センサのセンサ値を取得するセンサ値検出部と、下流側NOX濃度推定値及びセンサ値に基づいてNOX選択還元触媒の異常を判定する判定部と、を備える、内燃機関の排気浄化装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, a NO X storage catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and an exhaust passage downstream of the NO X storage catalyst are provided. and the NO X selective reducing catalyst, the exhaust of the NO X selective and reducing NO X concentration sensor provided in an exhaust passage downstream of the catalyst, an internal combustion engine and a diagnostic apparatus for diagnosing an abnormality of the NO X selective reducing catalyst in purifier, diagnostic apparatus, and the downstream NO X density estimating unit that calculates a downstream NO X concentration estimated value is an estimated value of the NO X concentration in the exhaust passage downstream of the NO X selective reducing catalyst, NO a sensor value detector for obtaining a sensor value of the NO X concentration sensor provided in an exhaust passage on the downstream side of the X selective reducing catalyst, of the NO X selective reducing catalyst on the basis of the downstream-side NO X concentration estimated value and the sensor value An exhaust gas purification device for an internal combustion engine is provided that includes a determination unit that determines an abnormality.
以上説明したように本発明によれば、NOX吸蔵触媒よりも下流側の排気通路に備えられたNOX選択還元触媒の欠落や劣化等の異常の検出精度を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to improve the accuracy of detecting an abnormality such as a loss or deterioration of the NO X selective reduction catalyst provided in the exhaust passage downstream of the NO X storage catalyst.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this specification and the drawings, constituent elements having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, and a duplicate description will be omitted.
<1.内燃機関の排気浄化装置の全体構成>
本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成例について説明する。図1は、排気浄化装置10の構成例を示す模式図である。
<1. Overall Structure of Exhaust Gas Purification Device for Internal Combustion Engine>
An example of the configuration of the exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of the exhaust
排気浄化装置10は、ディーゼルエンジン等に代表される内燃機関5の排気系に備えられる。本実施形態において、内燃機関5がディーゼルエンジンである例を説明する。内燃機関5は、各気筒に供給される燃料を噴射する燃料噴射システムを備える。燃料噴射システムは、例えば高圧の燃料を保持するコモンレールと、コモンレールに接続された複数の燃料噴射弁とを含むコモンレールシステムであってよい。ただし、内燃機関5は上記の構成例に限定されない。
The exhaust
内燃機関5の運転状態は、制御装置100により制御される。内燃機関5では、燃焼される混合気の空燃比が、運転条件に応じてストイキ状態、燃料リーン状態又は燃料リッチ状態に切り換えられる。内燃機関5の排気には、NOX、粒子状物質(PM)、一酸化炭素(CO)又はHC等が含まれる。
The operating state of the
排気浄化装置10は、内燃機関5の排気管11に配設された酸化触媒19と、NOX吸蔵触媒15と、パティキュレートフィルタ17と、NOX選択還元触媒13と、NOX濃度センサ23とを備える。酸化触媒19、NOX吸蔵触媒15、パティキュレートフィルタ17及びNOX選択還元触媒13は、排気の流れの上流側からこの順に排気管11に配設されている。
The exhaust
酸化触媒19は、排気中に含まれるHC、CO又はNO等を酸化する。例えば、HC、CO又はNOは、H2O、CO2又はNO2に酸化される。パティキュレートフィルタ17は、排気中のPMを捕集するフィルタである。パティキュレートフィルタ17に捕集されたPMは、適宜の時期に燃焼させられる。例えば内燃機関5の排気中に含まれる未燃のHCを増加させて酸化触媒19で当該HCが酸化する際に生じる酸化熱により排気温度を上昇させて、パティキュレートフィルタ17に捕集されたPMを燃焼させる。なお、パティキュレートフィルタ17に捕集されたPMを燃焼させる方法は、上記の例に限られない。
The
NOX吸蔵触媒15は、排気中のNOXをHC及びCOと反応させることにより、NOXをN2に変換する。具体的に、NOX吸蔵触媒15は、内燃機関5が燃料リーン状態のときに排気中のNOXを吸蔵し、内燃機関5が燃料リッチ状態のときに吸蔵していたNOXを放出して排気中のHC及びCOによってNOXをN2へと変換する。NOX吸蔵触媒15におけるNOXの浄化時にはNH3も生成される。
The NO X storage catalyst 15 converts NO X in the exhaust with HC and CO to convert NO X into N 2 . Specifically, the NO X storage catalyst 15 stores the NO X in the exhaust gas when the
NOX選択還元触媒13は、排気中のNOXをNH3と反応させることにより、NOXをN2に還元する。具体的に、NOX選択還元触媒13は、NOX吸蔵触媒15で生成されたNH3を吸着し、流入する排気中のNOXをNH3によってN2へと還元する。NOX選択還元触媒13は、触媒温度が高いほどNH3の吸着可能量が減少する特性を有する。また、NOX選択還元触媒13は、NH3吸着量が多いほどNOXの還元効率が高くなる特性を有する。
The NO X selective reducing
NOX濃度センサ23は、NOX選択還元触媒13よりも下流の排気管11に設けられ、主としてNOX選択還元触媒13から流出する排気中のNOX濃度を検出するために用いられる。NOX濃度センサ23のセンサ信号S_noxは、制御装置100に送信される。NOX濃度センサ23のセンサ信号S_noxの情報は、NOX選択還元触媒13の異常診断に用いられる。
NO X
NOX濃度センサ23は、NOXだけでなくNH3にも反応することが知られている。ただし、NOX選択還元触媒13が正常に機能している場合、NOX選択還元触媒13よりも下流側へのNH3の流出はほぼゼロか極めて少量となる。このため、本実施形態に係る排気浄化装置10では、NOX濃度センサ23のセンサ信号S_noxは基本的に排気ガス中のNOX濃度を示すものとして構築されている。
It is known that the NO X concentration sensor 23 reacts not only to NO X but also to NH 3 . However, when the NO X
この他、排気管11の適宜の位置に、排気温度を検出する一つ又は複数の排気温度センサが備えられていてもよい。排気温度センサのセンサ信号S_tgは制御装置100に送信される。排気温度センサが設けられた位置での排気温度の情報は、NOX吸蔵触媒15又はNOX選択還元触媒13の温度の推定に用いることができる。
In addition, one or more exhaust gas temperature sensors that detect the exhaust gas temperature may be provided at an appropriate position of the
<2.診断装置(制御装置)>
次に、本実施形態に係る診断装置として機能する制御装置100の構成例について説明する。図2は、制御装置100の構成例を示すブロック図である。図示した制御装置100は、内燃機関5の運転状態を制御する制御装置100である。なお、制御装置100は、1つの制御装置から構成されていてもよく、あるいは、複数の制御装置が互いに通信可能に接続されて構成されていてもよい。
<2. Diagnostic device (control device)>
Next, a configuration example of the
制御装置100はそれぞれCPU(Central Processing Unit)又はMPU(Micro Processing Unit)等のプロセッサと電気回路等を備えて構成され、プロセッサがコンピュータプログラムを実行することにより種々の機能が実現される装置であってよい。なお、制御装置100の一部又は全部は、例えば、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサユニット等で構成されていてもよく、また、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよく、また、CPU等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。
The
制御装置100は、上流側NOX濃度取得部112と、上流側アンモニア濃度推定部113と、下流側NOX濃度推定部114と、センサ値検出部116と、判定部118とを備えている。これらの各部は、プロセッサによるコンピュータプログラムの実行により実現される機能であってよい。また、制御装置100は、RAM(Random Access Memory)又はROM(Read Only Memory)等の1つ又は複数の記憶素子を含む図示しない記憶部を備えている。記憶部は、プロセッサにより実行されるコンピュータプログラム、演算に用いられる制御パラメータ、プロセッサによる演算結果、及び取得したセンサ値等を記憶する。記憶部は、HDD(Hard Disk Drive)やストレージ装置等を含んでいてもよい。
The
(上流側NOX濃度取得部)
上流側NOX濃度取得部112は、NOX吸蔵触媒15よりも下流側、かつ、NOX選択還元触媒13よりも上流側の排気通路内のNOX濃度の推定値(上流側NOX濃度推定値)N_us_modを算出する。NOX選択還元触媒13よりも上流側の排気に含まれるNOXは、NOX吸蔵触媒15において浄化されずに流出したNOXである。
(Upstream NO X concentration acquisition unit)
The upstream NO X
NOXの変換効率は、NOX吸蔵触媒15の温度や排気ガスの状態によって変動し得る。このため、上流側NOX濃度取得部112は、例えばあらかじめ記憶部に格納されたマップを参照し、NOX吸蔵触媒15の温度や内燃機関5の運転条件に基づいて、計算に用いるNOX吸蔵触媒15におけるNOXの変換効率を設定する。NOX吸蔵触媒15の温度は、例えば排気温度に基づいて推定することができる。
The NO X conversion efficiency may vary depending on the temperature of the NO X storage catalyst 15 and the state of exhaust gas. Therefore, the upstream NO X
具体的に、上流側NOX濃度取得部112は、NOX吸蔵触媒15の温度、内燃機関5が燃料リッチ状態に切り換えられたときのNOX吸蔵触媒15におけるNOX吸蔵量、内燃機関5の燃料リッチ状態でのリッチ度合(空燃比)、及び内燃機関5のリッチ燃焼時間等の情報に基づいて上流側NOX濃度N_us_modを算出する。内燃機関5の燃料リッチ状態におけるNOX吸蔵量、リッチ度合、及びリッチ燃焼時間は、内燃機関5の運転条件に基づいて推定することができる。
Specifically, the upstream-side NO X
なお、NOX吸蔵触媒15よりも下流側、かつ、NOX選択還元触媒13よりも上流側の排気通路内のNOX濃度を検出するNOX濃度センサを備える場合、上流側NOX濃度取得部112は、当該NOX濃度センサのセンサ信号に基づいて上流側NOX濃度N_us_modを取得してもよい。
Incidentally, the downstream side of the NO X storing catalyst 15, and, if provided with a NO X concentration sensor than the NO X selective reducing
(上流側アンモニア濃度推定部)
上流側アンモニア濃度推定部113は、NOX吸蔵触媒15よりも下流側、かつ、NOX選択還元触媒13よりも上流側の排気通路内のNH3濃度の推定値(上流側NH3濃度推定値)NH3_us_modを算出する。
(Upstream ammonia concentration estimation unit)
The upstream side ammonia
NOX選択還元触媒13よりも上流側の排気に含まれるNH3は、NOX吸蔵触媒15において生成されたNH3である。NOX吸蔵触媒15では、下記反応式(1)にしたがってNH3が生成される。
3.5H2+NO2→NH3+2H2O … (1)
NH contained in the upstream side exhaust than the NO X selective reducing
3.5H 2 +NO 2 →NH 3 +2H 2 O (1)
例えば、上流側アンモニア濃度推定部113は、NOX吸蔵触媒15の温度、内燃機関5がリッチ燃焼状態に切り換えられたときのNOX吸蔵量、内燃機関5のリッチ燃焼状態でのリッチ度合(空燃比)及び内燃機関5のリッチ燃焼時間等の情報に基づいて上流側NH3濃度NH3_us_modを算出する。NOX吸蔵触媒15の温度は、例えば排気温度に基づいて推定することができる。内燃機関5のリッチ燃焼状態におけるNOX吸蔵量、リッチ度合、及びリッチ燃焼時間は、例えば内燃機関5の運転条件に基づいて推定することができる。
For example, the upstream side ammonia
なお、NOX吸蔵触媒15よりも下流側、かつ、NOX選択還元触媒13よりも上流側の排気通路内のNH3濃度を検出するアンモニア濃度センサを備える場合、上流側アンモニア濃度推定部113は、当該アンモニア濃度センサのセンサ信号に基づいて上流側NH3濃度NH3_us_modを取得してもよい。
When the ammonia concentration sensor for detecting the NH 3 concentration in the exhaust passage downstream of the NO X storage catalyst 15 and upstream of the NO X
(下流側NOX濃度推定部)
下流側NOX濃度推定部114は、NOX選択還元触媒13よりも下流側の排気通路内のNOX濃度の推定値(下流側NOX濃度推定値)N_ds_modを算出する。NOX選択還元触媒13よりも下流側の排気に含まれるNOXは、NOX吸蔵触媒15で浄化されずに流出したNOXのうち、さらにNOX選択還元触媒13においても還元されずに流出したNOXである。NOX選択還元触媒13が正常に機能している場合、NOX選択還元触媒13から流出するNOXは極僅かである。このため、下流側NOX濃度推定値N_ds_modは比較的小さい値となる。
(Downstream NO X concentration estimation unit)
The downstream NO X
上述のとおり、NOX選択還元触媒13におけるNH3の最大吸着量は、NOX選択還元触媒13の温度が高いほど減少する。また、NOX選択還元触媒13におけるNOXの還元効率は、上記吸着率が高いほど高くなる。このため、下流側NOX濃度推定部114は、例えばあらかじめ記憶部に格納されたマップを参照し、NOX選択還元触媒13の温度やNH3の吸着率に基づいて、計算に用いるNOX選択還元触媒13におけるNOXの還元効率を設定する。NOX選択還元触媒13の温度は、例えば排気温度に基づいて推定することができる。NH3の吸着率は、上流側NOX濃度N_us_mod、上流側NH3濃度NH3_us_mod、排気流量及びNOX選択還元触媒13の温度に基づいて推定することができる。
As described above, the maximum amount of adsorption of NH 3 in the NO X selective reducing
NH3の吸着率は、例えば以下のように推定することができる。
NOX選択還元触媒13では、下記反応式(2)にしたがってNOXの還元反応が生じる。
4NH3+3NO2→3.5N2+6H2O … (2)
下流側NOX濃度推定部114は、NOX選択還元触媒13に流入するNOX量及びNH3量と、NOX選択還元触媒13の温度とを用いてNOX選択還元触媒13におけるNH3の吸着量を算出することができる。
The NH 3 adsorption rate can be estimated as follows, for example.
In the NO X
4NH 3 +3NO 2 →3.5N 2 +6H 2 O (2)
Downstream NO X
NOX選択還元触媒に流入するNOX量及びNH3量は、それぞれ上流側NOX濃度N_us_mod及び上流側アンモニア濃度NH3_usに排気流量をかけることで求めることができる。下流側NOX濃度推定部114は、所定の演算サイクルごとに、各演算サイクル中にNOX選択還元触媒13に流入するNOX量及びNH3量を算出する。そして、下流側NOX濃度推定部114は、算出したNOX量のNOXを還元するために必要なNH3量を、算出したNH3量から引き、得られた値を演算サイクルごとに積算し続ける。これにより、下流側NOX濃度推定部114は、NOX選択還元触媒13におけるNH3の吸着量の変化を見ることができる。
The amount of NO X and NH 3 amount flowing into the NO X selective reducing catalyst can be determined by the upstream NO X concentration N_us_mod and upstream the ammonia concentration NH 3 _us respectively applying an exhaust flow rate. Downstream NO X
このようにしてNH3の吸着量が算出されると、NOX選択還元触媒13の温度に応じた最大吸着量に対するNH3の吸着率が求められる。下流側NOX濃度推定部114は、NH3の吸着率に応じたNOX選択還元触媒13におけるNOXの還元効率を上流側NOX濃度N_us_modにかけることで、下流側NOX濃度推定値N_ds_modを算出することができる。
When the adsorption amount of NH 3 is calculated in this way, the adsorption ratio of NH 3 with respect to the maximum adsorption amount according to the temperature of the NO X
(センサ値検出部)
センサ値検出部116は、NOX濃度センサ23のセンサ信号S_noxに基づいて、センサ値としての下流側NOX濃度(下流側NOX濃度検出値)N_ds_detを検出する。この下流側NOX濃度検出値N_ds_detは、基本的にはNOX濃度の値を示すが、NOX選択還元触媒13の下流側にNH3が流出している状態ではNH3濃度の値を示すことになる。
(Sensor value detector)
The sensor
(判定部)
判定部118は、少なくとも下流側NOX濃度推定値N_ds_mod及び下流側NOX濃度検出値N_ds_detに基づいてNOX選択還元触媒13の異常を判定する。本実施形態では、判定部118は、上流側NOX濃度N_us_mod、上流側NH3濃度NH3_us_mod、下流側NOX濃度推定値N_ds_mod及び下流側NOX濃度検出値N_ds_detに基づいて、NOX選択還元触媒13の欠落及び劣化を判定する。
(Judgment part)
The
NOX選択還元触媒13に欠落や劣化等の異常がない場合、NOX濃度センサ23のセンサ信号S_noxに基づいて得られる下流側NOX濃度検出値N_ds_detは、下流側NOX濃度推定部114で推定される下流側NOX濃度推定値N_ds_modに近似する。一方、NOX選択還元触媒13に欠落や劣化等の異常が生じている場合、NOX選択還元触媒13におけるNH3の最大吸着量は減少するために、NOX選択還元触媒13の下流側へのNH3の流出量が増加する。
When the NO X
このため、NOX選択還元触媒13の異常時において、NOX濃度センサ23を用いて検出される下流側NOX濃度検出値N_ds_detは、下流側NOX濃度推定値N_ds_modよりも大きい値となる。このような現象を利用して、判定部118は、下流側NOX濃度検出値N_ds_detと下流側NOX濃度推定値N_ds_modとを比較することにより、NOX選択還元触媒13の異常の有無を判定することができる。
Therefore, when the NO X
また、NOX選択還元触媒13が欠落している場合と劣化している場合とでは、下流側NOX濃度検出値N_ds_detの値に差が生じる。本実施形態において、判定部118は、NOX選択還元触媒13の劣化又は欠落を判別する。具体的に、NOX選択還元触媒13が欠落している場合、NOX選択還元触媒13に吸着されるNH3の量はゼロであり、すべてのNH3がNOX濃度センサ23の設置位置に到達する。一方、NOX選択還元触媒13が劣化している場合、NOX選択還元触媒13に流入するNH3の一部はNOX選択還元触媒13に吸着され、又はNOXの還元反応に用いられる。
Further, there is a difference in the downstream side NO X concentration detection value N_ds_det when the NO X
したがって、NOX選択還元触媒13の欠落時にNOX濃度センサ23を用いて検出される下流側NOX濃度検出値N_ds_detは、NOX選択還元触媒13の劣化時に検出される下流側NOX濃度検出値N_ds_detに比べて大きい値になる。判定部118は、NOX選択還元触媒13の異常時に、下流側NOX濃度推定値N_ds_modに対する下流側NOX濃度検出値N_ds_detのずれ幅に基づいて、NOX選択還元触媒13の欠落又は劣化を判定することができる。
Thus, the downstream NO X concentration detected value N_ds_det detected using the NO X concentration sensor 23 at the time of lack of the NO X selective reducing
このとき判定部118は、所定期間における下流側NOX濃度検出値N_ds_detの積算値と、下流側NOX濃度推定値N_ds_modの積算値とを比較してもよい。それぞれの積算値を比較することにより、下流側NOX濃度検出値N_ds_detと、下流側NOX濃度推定値N_ds_modとのずれ幅がより判別しやすくなる。
At this time, the
図3は、NOX選択還元触媒13の正常時、欠落時、及び劣化時における下流側NOX濃度検出値N_ds_detの違いを示す説明図である。図3は、時刻t1から時刻t2までの期間における下流側NOX濃度検出値N_ds_det及び下流側NOX濃度推定値N_ds_modの積算値の例を示している。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a difference in the downstream NO X concentration detection value N_ds_det when the NO X
NOX選択還元触媒13が正常に機能している場合、下流側NOX濃度検出値N_ds_detは下流側NOX濃度推定値NH3_ds_modに近似する。このため、NOX選択還元触媒13の正常時において、下流側NOX濃度検出値N_ds_detの積算値は、下流側NOX濃度推定値N_ds_modの積算値とほぼ同じように推移する。
When the NO X
一方、NOX選択還元触媒13が欠落している場合、NOX吸蔵触媒15で生成されたNH3がNOX濃度センサ23により検出されるため、下流側NOX濃度検出値N_ds_detは、下流側NOX濃度推定値N_ds_modに比べて大きい値になる。このため、NOX選択還元触媒13の欠落時において、下流側NOX濃度検出値N_ds_detの積算値は、下流側NOX濃度推定値N_ds_modの積算値を大きく上回りながら推移する。
On the other hand, when the NO X
また、NOX選択還元触媒13が劣化している場合、NOX吸蔵触媒15で生成されたNH3の一部がNOX選択還元触媒13の下流側に流出するために、下流側NOX濃度検出値N_ds_detは、下流側NOX濃度推定値N_ds_modに比べて大きい値になる。ただし、このときの下流側NOX濃度検出値N_ds_detは、NOX選択還元触媒13の欠落時の値に比べて小さい値になる。このため、NOX選択還元触媒13の劣化時において、下流側NOX濃度検出値N_ds_detの積算値は、NOX選択還元触媒13の正常時の積算値と欠落時の積算値との間を推移する。
Further, when the NO X
このように、判定部118は、時刻t2における下流側NOX濃度検出値N_ds_detの積算値と下流側NOX濃度推定値N_ds_modの積算値との差が小さい場合には、NOX選択還元触媒13が正常に機能していると判定することができる。また、時刻t2における下流側NOX濃度検出値N_ds_detの積算値と下流側NOX濃度推定値N_ds_modの積算値との差が大きい場合には、判定部118は、NOX選択還元触媒13が異常であると判定する。
As described above, when the difference between the integrated value of the downstream NO X concentration detection value N_ds_det and the integrated value of the downstream NO X concentration estimated value N_ds_mod at time t2 is small, the
さらに、判定部118は、例えば時刻t2における下流側NOX濃度推定値N_ds_modの積算値(X)に対する下流側NOX濃度検出値N_ds_detの積算値(Y)の比(Y/X)が、あらかじめ設定した閾値βを超える場合に、NOX選択還元触媒13が欠落していると判定してもよい。閾値βは、例えば、下流側NOX濃度推定値N_ds_modの積算値(X)に対する上流側NH3濃度推定値NH3_us_modの積算値(Z)の比(Z/X)とすることができる。
Further, the
NOX選択還元触媒13が欠落している場合、NOX濃度センサ23の設置位置には、NOX吸蔵触媒15で生成されたNH3と併せてNOX吸蔵触媒15から流出したNOXが到達する。このため、NOX選択還元触媒13の欠落時のNOX濃度センサ23の検出値(下流側NOX濃度検出値N_ds_mod)は、少なくとも上流側NH3濃度推定値NH3_us_modを上回る。したがって、閾値βを、下流側NOX濃度推定値N_ds_modの積算値(X)に対する上流側NH3濃度推定値NH3_us_modの積算値(Z)の比(Z/X)とすることで、NOX選択還元触媒13の欠落を判別することができる。
If the NO X selective reducing
NOX選択還元触媒13の欠落時には、NOX選択還元触媒13が意図的に除去されていることも考えられるため、判定部118は、例えば内燃機関5を強制的に停止させる処置を取るようにしてもよい。また、NOX選択還元触媒13の劣化時には、判定部118は、例えば警告ランプを点灯させたり警報を鳴らしたりすることで、運転者等にNOX選択還元触媒13の交換を促すようにしてもよい。
When the NO X
<3.診断装置の動作例>
次に、図4のフローチャートを参照して、診断装置として機能する制御装置100の動作例を説明する。
<3. Diagnostic device operation example>
Next, an operation example of the
まず、制御装置100の上流側アンモニア濃度推定部113、下流側NOX濃度推定部114及びセンサ値検出部116は、上流側NH3濃度推定値NH3_us_mod、下流側NOX濃度推定値N_ds_mod、及び下流側NOX濃度検出値N_ds_detの積算を開始する(ステップS11)。例えば、各部は、内燃機関5が燃料リーン状態から燃料リッチ状態に切り換えられたときに上記積算を開始してもよい。これにより、NOX吸蔵触媒15でNH3が生成される期間を利用した診断を行うことができ、診断結果の信頼性を向上させることができる。
First, the upstream ammonia
次いで、上流側アンモニア濃度推定部113及び下流側NOX濃度推定部114は、それぞれ上流側NH3濃度推定値NH3_us_mod及び下流側NOX濃度推定値N_ds_modを算出し、センサ値検出部116は下流側NOX濃度検出値N_ds_detを検出する(ステップS13)。
Next, the upstream side ammonia
次いで、上流側アンモニア濃度推定部113、下流側NOX濃度推定部114及びセンサ値検出部116は、それぞれステップS13で得られた上流側NH3濃度推定値NH3_us_mod、下流側NOX濃度推定値N_ds_mod及び下流側NOX濃度検出値N_ds_detを積算する(ステップS15)。
Next, the upstream side ammonia
次いで、上流側アンモニア濃度推定部113、下流側NOX濃度推定部114及びセンサ値検出部116は、積算を開始してからの経過時間が、あらかじめ設定された所定時間を経過したか否かを判別する(ステップS17)。所定時間は、診断結果の信頼性の許容範囲等を考慮して、適宜の時間に設定されてよい。
Next, the upstream side ammonia
経過時間が所定時間を経過していない場合(S17/No)、上流側アンモニア濃度推定部113、下流側NOX濃度推定部114及びセンサ値検出部116は、ステップS13に戻って、上流側NH3濃度推定値NH3_us_mod、下流側NOX濃度推定値N_ds_mod及び下流側NOX濃度検出値N_ds_detの算出あるいは検出、及び積算を繰り返す。
If the elapsed time has not exceeded the predetermined time (S17 / No), upstream the ammonia
一方、経過時間が所定時間を経過した場合(S17/Yes)、制御装置100の判定部118は、下流側NOX濃度検出値N_ds_detの積算値∫N_ds_detと下流側NOX濃度推定値NH3_ds_modの積算値∫NH3_ds_modとの差が閾値αを超えているか否かを判別する(ステップS19)。閾値αは、下流側NOX濃度推定値N_ds_modの誤差や、積算を行う所定時間の長さ等を考慮して、適切な値に設定することができる。
On the other hand, when the elapsed time has passed the predetermined time (S17/Yes), the
差|∫N_ds_det−∫N_ds_mod|が閾値α以下の場合(S19/No)、判定部118は、NOX選択還元触媒13が正常に機能している(異常無し)と判定し(ステップS27)、本ルーチンを終了する。一方、差|∫N_ds_det−∫N_ds_mod|が閾値αを超える場合(S19/Yes)、判定部118は、下流側NOX濃度推定値N_ds_modの積算値∫N_ds_modに対する下流側NOX濃度検出値N_ds_detの積算値∫N_ds_detの比が閾値βを超えているか否かを判別する(ステップS21)。閾値βは、例えば下流側NOX濃度推定値N_ds_modの積算値∫N_ds_modに対する上流側NH3濃度推定値NH3_us_modの積算値∫NH3_us_modの比の値であってもよい。
When the difference |∫N_ds_det−∫N_ds_mod| is less than or equal to the threshold value α (S19/No), the
下流側NOX濃度推定値N_ds_modの積算値∫N_ds_modに対する下流側NOX濃度検出値N_ds_detの積算値∫N_ds_detの比が閾値βを超える場合(S21/Yes)、判定部118は、NOX選択還元触媒13が欠落していると判定し(ステップS23)、本ルーチンを終了する。一方、下流側NOX濃度推定値N_ds_modの積算値∫N_ds_modに対する下流側NOX濃度検出値N_ds_detの積算値∫N_us_detの比が閾値β以下の場合(S21/No)、判定部118は、NOX選択還元触媒13が劣化していると判定し(ステップS25)、本ルーチンを終了する。
When the ratio of the integrated value ∫N_ds_det of the downstream NO X concentration detection value N_ds_det to the integrated value ∫N_ds_mod of the downstream side NO X concentration estimated value N_ds_mod exceeds the threshold β (S21/Yes), the
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関5の排気浄化装置10は、排気通路の上流側から順にNOX吸蔵触媒15及びNOX選択還元触媒13を備えるとともに、NOX選択還元触媒13よりも下流側にNOX濃度センサ23を備えている。かかる排気浄化装置10のNOX選択還元触媒13の異常を診断する診断装置として機能する制御装置100は、下流側NOX濃度推定値N_ds_mod及び下流側NOX濃度検出値N_ds_detに基づいてNOX選択還元触媒13の異常の有無を判定する。したがって、制御装置100は、NOX選択還元触媒13が正常に機能していない異常状態を検知することができる。
As described above, the
また、本実施形態において、制御装置100は、NOX選択還元触媒13の異常時に、さらに上流側NH3濃度推定値NH3_us_mod、下流側NOX濃度推定値N_ds_mod及び下流側NOX濃度検出値N_ds_detに基づいて、NOX選択還元触媒13の欠落又は劣化を判定する。したがって、制御装置100は、NOX選択還元触媒13の異常の状態に応じた処理を実行することができる。
Further, in the present embodiment, when the NO X
また、本実施形態において、制御装置100は、上流側NH3濃度推定値NH3_us_modの積算値∫NH3_us_mod、下流側NOX濃度推定値N_ds_modの積算値∫N_ds_mod及び下流側NOX濃度検出値N_ds_detの積算値∫N_ds_detを用いてNOX選択還元触媒13の異常を判定する。したがって、下流側NOX濃度検出値N_ds_detと、上流側NH3濃度推定値NH3_us_modあるいは下流側NOX濃度推定値N_ds_modとの差をより判別しやすくなって、NOX選択還元触媒13の異常診断結果の信頼性を向上させることができる。
Further, in the present embodiment, the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described above in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to these examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
例えば上記実施形態において、上流側NH3濃度推定値NH3_us_mod、下流側NOX濃度推定値N_ds_mod及び下流側NOX濃度検出値N_ds_detの積算は、必ずしも連続する期間において行われなくてもよい。上記積算は、内燃機関5が燃料リーン状態から燃料リッチ状態に切り換えられた後に行われ、途中燃料リーン状態に切り換えられたときに一旦中断されて、その後再び燃料リーン状態に切り換えられたときに再開されてもよい。
For example, in the above embodiment, the upstream side NH 3 concentration estimated value NH 3 _us_mod, the downstream side NO X concentration estimated value N_ds_mod, and the downstream side NO X concentration detected value N_ds_det do not necessarily have to be integrated in consecutive periods. The above integration is performed after the
また、上記実施形態では、制御装置100がNOX選択還元触媒13の異常の有無を判別するだけでなく、NOX選択還元触媒13の欠落又は劣化を判別するようになっていたが、本発明はかかる例に限定されない。制御装置100は、NOX選択還元触媒13の異常の有無のみを判別するようになっていてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
5・・・内燃機関、10・・・排気浄化装置、11・・・排気管、13・・・NOX選択還元触媒、15・・・NOX吸蔵触媒、23・・・アンモニア濃度センサ、100・・・制御装置(診断装置)、112・・・上流側NOX濃度取得部、113・・・上流側アンモニア濃度推定部、114・・・下流側NOX濃度推定部、116・・・センサ値検出部、118・・・判定部 5... Internal combustion engine, 10... Exhaust gas purification device, 11... Exhaust pipe, 13... NO X selective reduction catalyst, 15... NO X storage catalyst, 23... Ammonia concentration sensor, 100 ... controller (diagnostic device), 112 ... upstream NO X concentration acquisition unit, 113 ... upstream ammonia concentration estimating unit, 114 ... downstream NO X concentration estimating unit, 116 ... sensor Value detector, 118... Judgment unit
Claims (7)
前記NOX選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のNOX濃度の推定値である下流側NOX濃度推定値を算出する下流側NOX濃度推定部と、
前記NOX選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたNOX濃度センサのセンサ値を取得するセンサ値検出部と、
前記下流側NOX濃度推定値及び前記センサ値に基づいて前記NOX選択還元触媒の異常を判定する判定部と、
を備える、診断装置。 In a diagnostic device for diagnosing an abnormality of the NO X selective reduction catalyst in an exhaust purification device including an NO X storage catalyst and a NO X selective reduction catalyst in order from an upstream side in an exhaust passage of an internal combustion engine,
And the downstream NO X density estimating unit that calculates a downstream NO X concentration estimated value is an estimated value of the NO X concentration in the exhaust passage downstream of the the NO X selective reducing catalyst,
A sensor value detection unit that acquires a sensor value of a NO X concentration sensor provided in the exhaust passage downstream of the NO X selective reduction catalyst;
A determination unit that determines an abnormality of the NO X selective reduction catalyst based on the downstream NO X concentration estimated value and the sensor value;
A diagnostic device comprising:
前記判定部は、前記上流側アンモニア濃度推定値、前記下流側NOX濃度推定値及び前記センサ値に基づいて、前記NOX選択還元触媒の欠落及び劣化を判定する、請求項1に記載の診断装置。 An upstream-side ammonia concentration estimation unit that obtains an upstream-side ammonia concentration estimated value that is an estimated value of the ammonia concentration in the exhaust passage on the downstream side of the NO X storage catalyst and on the upstream side of the NO X selective reduction catalyst is further provided. Prepare,
The diagnosis according to claim 1, wherein the determination unit determines whether the NO x selective reduction catalyst is missing or deteriorated based on the upstream side ammonia concentration estimated value, the downstream side NO x concentration estimated value and the sensor value. apparatus.
前記NOX吸蔵触媒よりも下流側の排気通路に備えられたNOX選択還元触媒と、
前記NOX選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたNOX濃度センサと、
前記NOX選択還元触媒の異常を診断する診断装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記診断装置は、
前記NOX選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のNOX濃度の推定値である下流側NOX濃度推定値を算出する下流側NOX濃度推定部と、
前記NOX選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたNOX濃度センサのセンサ値を取得するセンサ値検出部と、
前記下流側NOX濃度推定値及び前記センサ値に基づいて前記NOX選択還元触媒の異常を判定する判定部と、
を備える、内燃機関の排気浄化装置。
A NO x storage catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine,
A NO x selective reduction catalyst provided in the exhaust passage downstream of the NO x storage catalyst;
A NO x concentration sensor provided in the exhaust passage downstream of the NO x selective reduction catalyst;
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising: a diagnostic device for diagnosing an abnormality of the NO x selective reduction catalyst,
The diagnostic device is
And the downstream NO X density estimating unit that calculates a downstream NO X concentration estimated value is an estimated value of the NO X concentration in the exhaust passage downstream of the the NO X selective reducing catalyst,
A sensor value detection unit that acquires a sensor value of a NO X concentration sensor provided in the exhaust passage downstream of the NO X selective reduction catalyst;
A determination unit that determines an abnormality of the NO X selective reduction catalyst based on the downstream NO X concentration estimated value and the sensor value;
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising:
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