(57)【要約】【課題】還元触媒の劣化診断を効果的に行うことができるようにする。【解決手段】上流ＮＯｘセンサ１５により検出された上流ＮＯｘ検出値及び下流ＮＯｘセンサ１９により検出された下流ＮＯｘ検出値に基づいて、還元触媒１７のＮＯｘ浄化率を算出する浄化率算出部３１と、浄化率算出部３１により算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて還元触媒１７を診断する診断部３２と、アンモニアセンサ１８により検出されたアンモニア検出値が所定の閾値より大きい場合に、還元触媒１７の診断を停止する診断停止部３３と、上流ＮＯｘ検出値に応じて閾値を変更する閾値変更部３４と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路内に設けられており、前記排気通路内の排気に含まれるＮＯｘを還元浄化反応により還元浄化する還元触媒と、
前記還元触媒の上流側に設けられており、前記ＮＯｘを検出する上流ＮＯｘセンサと、
前記還元触媒の下流側に設けられており、前記ＮＯｘを検出するとともに前記排気に含まれるアンモニアをＮＯｘとして検出する下流ＮＯｘセンサと、
前記還元触媒の下流側に設けられており、アンモニア濃度を検出するアンモニアセンサと、
前記上流ＮＯｘセンサにより検出された上流ＮＯｘ検出値及び前記下流ＮＯｘセンサにより検出された下流ＮＯｘ検出値に基づいて、前記還元触媒のＮＯｘ浄化率を算出する浄化率算出部と、
前記浄化率算出部により算出された前記ＮＯｘ浄化率に基づいて前記還元触媒を診断する診断部と、
前記アンモニアセンサにより検出されたアンモニア検出値が所定の閾値より大きい場合に、前記還元触媒の診断を停止する診断停止部と、
前記上流ＮＯｘ検出値に応じて前記閾値を変更する閾値変更部と、
を備えることを特徴とする診断装置。
【請求項２】
前記閾値変更部は、前記上流ＮＯｘ検出値が高くなった場合に、前記上流ＮＯｘ検出値に応じて前記閾値を高くする
ことを特徴とする請求項１に記載の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、診断装置に関し、特に、エンジンの排気システムにおける診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、尿素水が排気熱により加水分解及び熱分解されて生成されるアンモニア（ＮＨ３）を還元剤として、排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元浄化する選択的還元触媒（以下、ＳＣＲという）を備える排気システムが知られている。
【０００３】
この種の排気システムとして、例えば、特許文献１の排気浄化システムは、ＳＣＲ上流に設けられた上流ＮＯｘセンサから読み込まれたＮＯｘ流入量とＳＣＲ下流に設けられた下流ＮＯｘセンサから読み込まれたＮＯｘ流出量をパラメータとして、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率を演算している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２７９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般的なＮＯｘセンサにおいては、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を別個に検出することが難しく、アンモニア濃度もＮＯｘ濃度としてＮＯｘセンサに検出されるため、ＮＯｘ浄化率を正確に算出することができないという課題がある。特に、アンモニアスリップが多く引き起こされる状況では、ＳＣＲ下流のアンモニア濃度が上昇することにより下流ＮＯｘセンサの検出値も上昇してＮＯｘ浄化率が低下する。その結果、ＮＯｘ浄化率に基づいてＳＣＲの劣化診断を行う排気システムでは、ＳＣＲが劣化していると誤診断するおそれがある。
【０００６】
本開示の技術は、ＳＣＲ下流のアンモニア濃度が上昇する場合であっても、ＳＣＲの劣化診断を効果的に行うことができる診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の技術は、エンジンの排気通路内に設けられており、前記排気通路内の排気に含まれるＮＯｘを還元浄化反応により還元浄化する還元触媒と、前記還元触媒の上流側に設けられており、前記ＮＯｘを検出する上流ＮＯｘセンサと、前記還元触媒の下流側に設けられており、前記ＮＯｘを検出するとともに前記排気に含まれるアンモニアをＮＯｘとして検出する下流ＮＯｘセンサと、前記還元触媒の下流側に設けられており、アンモニア濃度を検出するアンモニアセンサと、前記上流ＮＯｘセンサにより検出された上流ＮＯｘ検出値及び前記下流ＮＯｘセンサにより検出された下流ＮＯｘ検出値に基づいて、前記還元触媒のＮＯｘ浄化率を算出する浄化率算出部と、前記浄化率算出部により算出された前記ＮＯｘ浄化率に基づいて前記還元触媒を診断する診断部と、前記アンモニアセンサにより検出されたアンモニア検出値が所定の閾値より大きい場合に、前記還元触媒の診断を停止する診断停止部と、前記上流ＮＯｘ検出値に応じて前記閾値を変更する閾値変更部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記閾値変更部は、前記上流ＮＯｘ検出値が高くなった場合に、前記上流ＮＯｘ検出値に応じて前記閾値を高くする。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の技術によれば、ＳＣＲ下流のアンモニア濃度が上昇する場合であっても、ＳＣＲの劣化診断を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る診断装置を備えたディーゼルエンジンの排気システムを示す概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る診断装置を示す機能ブロック図である。
【図３】本実施形態に係る診断処理を説明するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態に係る診断装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る診断装置を備えたディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の排気システム１を示す概略構成図である。エンジン１０の排気マニホールド１１には、エンジン１０から排出される排気を大気に導出する排気管１２が接続されている。排気管１２には、排気上流側から順に、酸化触媒１３、パティキュレイト・フィルタ（以下、単にフィルタという）１４、上流ＮＯｘセンサ１５、尿素水添加ノズル１６、選択的還元触媒（以下、ＳＣＲという）１７、アンモニアセンサ１８及び下流ＮＯｘセンサ１９が設けられている。
【００１３】
また、排気システム１には、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）３０が設けられている。ＥＣＵ３０は、排気システム１の各種制御を行うものであり、公知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えている。ＥＣＵ３０は、上流ＮＯｘセンサ１５、尿素水添加ノズル１６、アンモニアセンサ１８、下流ＮＯｘセンサ１９及び報知部２０と電気的に接続されている。
【００１４】
酸化触媒１３は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面に酸化触媒成分を担持して形成されており、図示しない排気インジェクタ又は筒内インジェクタのポスト噴射によって未燃燃料が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。フィルタ１４は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されており、排気中の粒子状物質を隔壁の細孔や表面に捕集する。
【００１５】
上流ＮＯｘセンサ１５及び下流ＮＯｘセンサ１９は、排気中のＮＯｘ濃度を検出するとともにアンモニア濃度もＮＯｘ濃度として検出するセンサである。上流ＮＯｘセンサ１５は、ＳＣＲ１７の上流における排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度を上流ＮＯｘ濃度として検出し、検出値をＥＣＵ３０に入力する。下流ＮＯｘセンサ１９は、ＳＣＲ１７の下流における排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度を下流ＮＯｘ濃度として検出し、検出値をＥＣＵ３０に入力する。
【００１６】
尿素水添加ノズル１６は、尿素水タンク２１から尿素水ポンプ２２により汲み上げられた尿素水をＳＣＲ１７よりも上流側の排気管１２内に添加する。尿素水添加ノズル１６から排気管１２内に噴射された尿素水は、排気熱により加水分解及び熱分解されてアンモニアが生成され、下流側のＳＣＲ１７に還元剤として供給される。
【００１７】
ＳＣＲ１７は、例えば、多孔質セラミック担体にゼオライト等を担持して形成されている。ＳＣＲ１７は、還元剤として供給されるアンモニアを吸着すると共に、吸着したアンモニアにより通過する排気中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。
【００１８】
アンモニアセンサ１８は、ＳＣＲ１７の下流における排気中のアンモニア濃度を検出し、検出値をＥＣＵ３０に入力する。報知部２０は、排気システム１に異常があることを車両の使用者に報知する。報知部２０は、例えば、車両の使用者が視認できるように、車両の運転席のパネル等（図示せず）に設けられており、警告表示を行う。
【００１９】
図２は、本実施形態に係る診断装置１００を示す概略構成図である。診断装置１００は、上流ＮＯｘセンサ１５、アンモニアセンサ１８、下流ＮＯｘセンサ１９、報知部２０及びＥＣＵ３０を備えている。
【００２０】
ＥＣＵ３０は、ＮＯｘ浄化率算出部３１と、診断部３２と、診断停止部３３と、閾値変更部３４とを一部の機能要素として備えている。これらの各機能要素は、一体のハードウエアであるＥＣＵ３０に含まれるものとして説明するが、これらの何れか一部を別体のハードウエアに設けることもでき、ＲＯＭ（記録媒体）から読み出されてＣＰＵで実行されるプログラムとを主体としたソフトウエアでも実現することができる。
【００２１】
ＮＯｘ浄化率算出部３１は、上流ＮＯｘセンサ１５により入力される上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１及び下流ＮＯｘセンサ１９により入力される下流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ２に基づいて、排気管１２内を流れる排気中におけるＳＣＲ１７のＮＯｘ浄化率Ｃを算出し、当該ＮＯｘ浄化率Ｃの値を診断部３２に出力する。具体的に、ＮＯｘ浄化率算出部３１は、例えば、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１から下流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ２を減算し、当該値を上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１によって除算することにより、前記ＮＯｘ浄化率Ｃを算出する。
【００２２】
診断部３２は、ＮＯｘ浄化率算出部３１により入力されるＮＯｘ浄化率Ｃの値に基づいて、ＳＣＲ１７が劣化しているか否かを診断する。具体的に、診断部３２は、例えば、ＮＯｘ浄化率Ｃが所定のＮＯｘ浄化率（例えば、５０％）より大きい場合に、ＳＣＲ１７が劣化していないと診断する。一方、診断部３２は、ＮＯｘ浄化率Ｃが所定のＮＯｘ浄化率以下の場合に、ＳＣＲ１７が劣化していると診断し、その旨を報知部２０に通知する。これにより、ＳＣＲ１７が劣化している状態にあることが報知部２０によって車両の使用者に報知される。
【００２３】
また、診断部３２は、診断停止部３３からＳＣＲ１７の診断を停止する旨の通知が入力されると、当該通知が入力されている間、ＳＣＲ１７の診断を停止する。
【００２４】
診断停止部３３は、アンモニアセンサ１８により入力されるアンモニア濃度検出値ＳＮＨ３が、閾値変更部３４により入力される閾値Ｔより大きいか否かを判定し、当該閾値Ｔより大きい場合に、例えば、当該閾値Ｔ以下となるまでの間、ＳＣＲ１７の診断を停止する旨を診断部３２に通知する。閾値Ｔは、診断部３２がＳＣＲ１７の診断を停止するためのアンモニア濃度値である。アンモニア濃度検出値ＳＮＨ３が閾値Ｔより大きい場合にＳＣＲ１７の診断を停止するのは、ＳＣＲ１７の下流のアンモニア濃度が上昇することにより下流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ２も上昇してＮＯｘ浄化率Ｃが低下するため、診断部３２が、ＳＣＲ１７が劣化していると誤診断するおそれがあるからである。
【００２５】
閾値変更部３４は、上流ＮＯｘセンサ１５により入力される上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１に応じて閾値Ｔを変更し、当該閾値Ｔの値を診断停止部３３に出力する。ここで、閾値変更部３４は、例えば、表１のような上流ＮＯｘ濃度値とアンモニア閾値との対応関係を示すマップを図示しない格納部に有している。マップは予め実験等により算出することができる。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
そして、閾値変更部３４は、上記マップを参照して、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１に応じたアンモニア閾値に閾値Ｔを変更する。ここで、上記マップに示す各アンモニア閾値の間のアンモニア閾値については、上記マップに示す上流ＮＯｘ濃度値及びアンモニア閾値に基づいて線形補間することによって算出することができる。例えば、上流ＮＯｘ濃度値が７５ｐｐｍの場合には、アンモニア閾値は１５ｐｐｍと算出され、上流ＮＯｘ濃度値が１５０ｐｐｍの場合には、閾値は２５ｐｐｍと算出される。
【００２８】
具体的に、閾値変更部３４は、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１が高くなった場合に、閾値Ｔを高くする。例えば、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１が１００ｐｐｍの場合には、閾値Ｔは２０ｐｐｍである。このとき、閾値変更部３４は、その後、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１が１００ｐｐｍから１５０ｐｐｍに増加した場合には、上流ＮＯｘ濃度値１５０ｐｐｍに対応するアンモニア閾値２５ｐｐｍを算出し、閾値Ｔを２０ｐｐｍから２５ｐｐｍに増加させる。また、診断部３２は、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１が低くなった場合に、閾値Ｔを低くする。例えば、閾値変更部３４は、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１が１００ｐｐｍから７５ｐｐｍに減少した場合には、上流ＮＯｘ濃度値７５ｐｐｍに対応するアンモニア閾値１５ｐｐｍを算出し、閾値Ｔを２０ｐｐｍから１５ｐｐｍに減少させる。
【００２９】
図３は、本実施形態に係る診断処理を説明するフローチャート図である。本実施形態に係る診断処理は、例えば、車両の電源ＯＮ（イグニッションスイッチのキースイッチＯＮ）となった場合に開始される。
【００３０】
まず、ＮＯｘ浄化率算出部３１は、ＳＣＲ１７のＮＯｘ浄化率Ｃを算出する（ステップＳ１１）。続いて、閾値変更部３４は、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１に応じたアンモニア閾値に閾値Ｔを変更する（ステップＳ１２）。
【００３１】
続いて、診断停止部３３は、アンモニア濃度検出値ＳＮＨ３が閾値Ｔより大きいか否かを判定する（ステップＳ１３）。そして、閾値Ｔより大きい場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）には、診断部３２は、閾値Ｔ以下となるまでの間、ＳＣＲ１７の診断を停止し（ステップＳ１４）、その後、閾値Ｔ以下となると、処理はステップＳ１１に戻る。一方、所定の閾値Ｔ以下の場合（ステップＳ１３：ＮＯ）には、診断部３２は、ＳＣＲ１７が劣化しているか否かを判定する（ステップＳ１５）。
【００３２】
そして、ＳＣＲ１７が劣化していない場合（ステップＳ１５：ＮＯ）には、処理はステップＳ１１に戻り、ＳＣＲ１７が劣化している場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）には、診断部３２は、ＳＣＲ１７が劣化している旨を報知部２０に通知し、ＳＣＲ１７が劣化していることが報知部２０によって車両の使用者に報知され（ステップＳ１６）、その後、本実施形態に係る診断処理を終了する。
【００３３】
以上詳述したように、本実施形態の診断装置１００によれば、下流ＮＯｘセンサ１９が、ＳＣＲ１７の下流における排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度を下流ＮＯｘ濃度として検出し、診断部３２が、ＮＯｘ浄化率Ｃに基づいてＳＣＲ１７を診断するとともに、アンモニア濃度検出値ＳＮＨ３が閾値Ｔより大きい場合にＳＣＲ１７の診断を停止し、閾値変更部３４が、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１に応じて閾値Ｔを変更する。これにより、ＳＣＲ１７の下流のアンモニア濃度が上昇する場合には下流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ２が上昇しＮＯｘ浄化率Ｃが低下するが、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１が高い場合にはＮＯｘ浄化率Ｃへの影響が少ないため、ＳＣＲ１７の診断を停止せずに続行することができる。したがって、ＳＣＲ１７の下流のアンモニア濃度が上昇する場合であっても、ＳＣＲ１７の劣化診断を効果的に行うことができる。
【００３４】
例えば、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１が１００ｐｐｍのときにアンモニア濃度検出値ＳＮＨ３が１００ｐｐｍの場合には、アンモニア濃度検出値ＳＮＨ３のＮＯｘ浄化率Ｃへの影響が大きいため、診断部３２は、ＳＣＲ１７の診断を停止する。一方、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１が１０００ｐｐｍのときにアンモニア濃度検出値ＳＮＨ３が１００ｐｐｍの場合には、アンモニア濃度検出値ＳＮＨ３のＮＯｘ浄化率Ｃへの影響が小さいため、診断部３２は、ＳＣＲ１７の診断を停止せずに続行する。
【００３５】
また、閾値変更部３４は、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１が高くなった場合に、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１に応じて閾値Ｔを高くする。これにより、例えば、上流ＮＯｘ濃度値と閾値との対応関係を示すマップに基づいて、閾値Ｔの変更を簡易に行うことができるため、ＳＣＲ１７の劣化診断を一段と効果的に行うことができる。
【００３６】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００３７】
例えば、本実施形態では、排気上流側から順に、酸化触媒１３、フィルタ１４、上流ＮＯｘセンサ１５、尿素水添加ノズル１６、ＳＣＲ１７、アンモニアセンサ１８及び下流ＮＯｘセンサ１９を設けたが、これに限らず、例えば、上流ＮＯｘセンサ１５が酸化触媒１３の上流にあってもよく、下流ＮＯｘセンサ１９がアンモニアセンサ１８の上流にあってもよく、この他種々の順序で構成することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、診断装置１００は、上流ＮＯｘセンサ１５、アンモニアセンサ１８、下流ＮＯｘセンサ１９、報知部２０及びＥＣＵ３０を備えたが、この他の排気システム１の種々の構成を備えてもよい。
【００３９】
さらに、本実施形態では、診断停止部３３が、アンモニア濃度検出値ＳＮＨ３が閾値Ｔより大きい場合にＳＣＲ１７の診断を停止する旨を診断部３２に通知したが、閾値Ｔより大きい場合にＳＣＲ１７の診断を停止すればよい。
【００４０】
さらに、本実施形態では、上流ＮＯｘセンサ１５が排気中のＮＯｘ濃度を検出するとともにアンモニア濃度もＮＯｘ濃度として検出するセンサを用いたが、これに限らず、例えば、上流ＮＯｘセンサ１５はＮＯｘ濃度を検出すればよい。
【００４１】
さらに、本実施形態では、ＳＣＲ１７を用いたが、これに限らず、例えば、他のＮＯｘ触媒であってもよく、アンモニアスリップ触媒を有していてもよい。
【００４２】
さらに、本実施形態では、エンジン１０はディーゼルエンジンを用いたが、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも広く適用することができる。
【００４３】
さらに、本実施形態では、報知部２０が警告表示を行ったが、例えば、文字表示、記号表示又はランプの点灯であってもよく、音声等により報知してもよい。
【００４４】
さらに、本実施形態では、上記マップに示す各アンモニア閾値の間のアンモニア閾値については、上記マップに示す上流ＮＯｘ濃度値及びアンモニア閾値に基づいて線形補間することによって算出したが、例えば、上記マップに示す各アンモニア閾値の間のアンモニア閾値については、一定のアンモニア閾値としてステップ状にアンモニア閾値を変更するようにしてもよく、上流ＮＯｘ濃度値に応じてアンモニア閾値を変更すればよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  排気システム
１０  エンジン
１２  排気管
１５  上流ＮＯｘセンサ
１７  ＳＣＲ
１８  アンモニアセンサ
１９  下流ＮＯｘセンサ
３０  ＥＣＵ
３１  ＮＯｘ浄化率算出部
３２  診断部
３３  診断停止部
３４  閾値変更部
１００  診断装置
【図１】
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【図２】
2018131995.tif 000005
【図３】
2018131995.tif 000006