(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より検出された上流ＮＯｘ検出値、下流ＮＯｘセンサ２０により検出された下流ＮＯｘ検出値、及びアンモニアセンサ１９により検出されたアンモニア検出値に基づいて、還元触媒１８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１８を診断する診断部３３と、を備え、浄化率算出部３１は、上流ＮＯｘ検出値に対して、下流ＮＯｘ検出値からアンモニア検出値を減算した値を減算し、当該値を上流ＮＯｘ検出値によって除算することにより、ＮＯｘ浄化率を算出する。【選択図】図２
2018131994.tif 000002
【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、前記アンモニアを検出するアンモニアセンサと、
前記上流ＮＯｘセンサより検出された上流ＮＯｘ検出値、前記下流ＮＯｘセンサにより検出された下流ＮＯｘ検出値、及び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、
を備え、
前記浄化率算出部は、前記上流ＮＯｘ検出値に対して、前記下流ＮＯｘ検出値から前記アンモニア検出値を減算した値を減算し、当該値を前記上流ＮＯｘ検出値によって除算することにより、前記ＮＯｘ浄化率を算出する
ことを特徴とする診断装置。
【請求項２】
前記還元触媒の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記診断部は、前記温度センサにより検出された温度が前記還元浄化反応の安定している温度域にある場合に、前記還元触媒を診断する
ことを特徴とする請求項１に記載の診断装置。
【請求項３】
前記上流ＮＯｘセンサの上流側に設けられており、前記排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに堆積した前記粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生を制御するフィルタ再生制御部と、
をさらに備え、
前記診断部は、前記フィルタ再生制御部により前記フィルタ再生が行われている間、前記還元触媒の診断を停止する
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、ＮＯｘ浄化率をより正確に算出することで、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、前記アンモニアを検出するアンモニアセンサと、前記上流ＮＯｘセンサより検出された上流ＮＯｘ検出値、前記下流ＮＯｘセンサにより検出された下流ＮＯｘ検出値、及び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、を備え、前記浄化率算出部は、前記上流ＮＯｘ検出値に対して、前記下流ＮＯｘ検出値から前記アンモニア検出値を減算した値を減算し、当該値を前記上流ＮＯｘ検出値によって除算することにより、前記ＮＯｘ浄化率を算出することを特徴とする。
【０００８】
また、本開示の技術では、前記還元触媒の温度を検出する温度センサをさらに備え、前記診断部は、前記温度センサにより検出された温度が前記還元浄化反応の安定している温度域にある場合に、前記還元触媒を診断する。
【０００９】
さらに、本開示の技術では、前記上流ＮＯｘセンサの上流側に設けられており、前記排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタに堆積した前記粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生を制御するフィルタ再生制御部と、をさらに備え、前記診断部は、前記フィルタ再生制御部により前記フィルタ再生が行われている間、前記還元触媒の診断を停止する。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の技術によれば、ＮＯｘ浄化率をより正確に算出することで、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】
【００１１】
【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】
【００１２】
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。
【００１３】
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、温度センサ１７、選択的還元触媒（以下、ＳＣＲという）１８、アンモニアセンサ１９及び下流ＮＯｘセンサ２０が設けられている。
【００１４】
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、温度センサ１７、アンモニアセンサ１９、下流ＮＯｘセンサ２０及び報知部２１と電気的に接続されている。
【００１５】
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（以下、ＰＭという）を隔壁の細孔や表面に捕集する。
【００１６】
上流ＮＯｘセンサ１５及び下流ＮＯｘセンサ２０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、ＳＣＲ１８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２０は、ＳＣＲ１８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。
【００１７】
尿素水添加ノズル１６は、尿素水タンク２２から尿素水ポンプ２３により汲み上げられた尿素水をＳＣＲ１８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ＳＣＲ１８に還元剤として供給される。
【００１８】
温度センサ１７は、排気管１２内におけるＳＣＲ１８の入口の温度を検出し、検出値をＥＣＵ３０に入力する。ＳＣＲ１８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。ＳＣＲ１８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。
【００１９】
アンモニアセンサ１９は、ＳＣＲ１８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２１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２１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。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る診断装置１００を示す機能ブロック図である。診断装置１００は、上流ＮＯｘセンサ１５、温度センサ１７、アンモニアセンサ１９、下流ＮＯｘセンサ２０、報知部２１及びＥＣＵ３０を備えている。
【００２１】
ＥＣＵ３０は、ＮＯｘ浄化率算出部３１と、フィルタ再生制御部３２と、診断部３３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。
【００２２】
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、アンモニアセンサ１９により入力されるアンモニア濃度検出値ＳＮＨ３及び下流ＮＯｘセンサ２０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ＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化率Ｃを算出し、当該ＮＯｘ浄化率Ｃの値を診断部３３に出力する。
【００２３】
具体的に、ＮＯｘ浄化率算出部３１は、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１に対して、下流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ２からアンモニア濃度検出値ＳＮＨ３を減算した値を減算し、当該値を上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１により除算する以下の数式（１）により、前記ＮＯｘ浄化率Ｃを算出する。
Ｃ＝（ＳＮＯｘ１−（ＳＮＯｘ２−ＳＮＨ３））／ＳＮＯｘ１         ・・・（１）
フィルタ再生制御部３２は、排気温度をＰＭの燃焼温度まで上昇させてフィルタ１４に堆積したＰＭを燃焼除去するフィルタ再生に関する制御を行う。具体的に、フィルタ再生制御部３２は、車両の走行距離又は図示しない差圧センサにより検出されるフィルタ１４の前後の差圧からフィルタ１４のＰＭ堆積量を推定するとともに、このＰＭ堆積推定量が所定の上限閾値を超えた場合にフィルタ再生を開始し、フィルタ再生を行っている間、その旨を診断部３３に通知する。
【００２４】
また、フィルタ再生制御部３２は、フィルタ再生を開始すると、図示しない排気インジェクタに排気管噴射を実行させる指示信号を送信するか、又は図示しない各筒内インジェクタにポスト噴射を実行させる指示信号を送信し、排気管噴射又はポスト噴射を実行させることにより、排気温度をＰＭ燃焼温度（例えば、約５５０℃）まで昇温させる。そして、フィルタ再生制御部３２は、ＰＭ堆積推定量が燃焼除去を示す所定の下限閾値まで低下した場合にフィルタ再生を終了し、フィルタ再生を行っている旨の診断部３３への通知を終了する。
【００２５】
診断部３３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、ＳＣＲ１８が劣化しているか否かを診断する。具体的に、診断部３３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、ＳＣＲ１８が劣化していないと診断する。一方、診断部３３は、ＮＯｘ浄化率Ｃが所定のＮＯｘ浄化率以下の場合に、ＳＣＲ１８が劣化していると診断し、その旨を報知部２１に通知する。これにより、ＳＣＲ１８が劣化している状態にあることが報知部２１によって車両の使用者に報知される。
【００２６】
このとき、診断部３３は、温度センサ１７により入力される温度検出値Ｓｔｅｍｐに基づいて、ＳＣＲ１８の入口の温度が、ＳＣＲ１８の還元浄化反応が安定している温度域にあるか否かを判定し、還元浄化反応が安定している温度域にある場合に、ＳＣＲ１８が劣化しているか否かを診断する。ここで、ＳＣＲ１８の還元浄化反応が安定している温度域とは、例えば、正常品のＳＣＲ１８の温度が所定の閾値以上のＮＯｘ浄化率を発現できる温度域であってもよく、この他の予め実験等により算出された温度域であってもよく、活性温度範囲内の温度であってもよく、例えば、２５０〜３２０℃の温度域である。
【００２７】
また、診断部３３は、フィルタ再生制御部３２からフィルタ再生を行っている旨が通知されるとＳＣＲ１８の診断を停止し、フィルタ再生を行っている旨の通知が終了するとＳＣＲ１８の診断を再開する。具体的に、診断部３３は、フィルタ再生を行っている状態においては、排気温度がＰＭ燃焼温度まで昇温されてＳＣＲ１８の還元浄化反応が不安定となるため、ＳＣＲ１８の診断を停止する。
【００２８】
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。
【００２９】
まず、ＮＯｘ浄化率算出部３１は、排気管１２内を流れる排気中におけるＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化率Ｃを算出する（ステップＳ１１）。続いて、フィルタ再生制御部３２は、フィルタ再生を行っているか否かを判定する（ステップＳ１２）。そして、フィルタ再生を行っている場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）には、診断部３３は、フィルタ再生が終了するまで診断を停止し（ステップＳ１３）、その後、フィルタ再生が終了すると、処理はステップＳ１１に戻る。一方、フィルタ再生を行っていない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）には、診断部３３は、ＳＣＲ１８の還元浄化反応が安定している温度域にあるか否かを判定する（ステップＳ１４）。
【００３０】
そして、還元浄化反応が安定している温度域にない場合（ステップＳ１４：ＮＯ）には、処理はステップＳ１１に戻り、還元浄化反応が安定している温度域にある場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）には、診断部３３は、ＳＣＲ１８が劣化しているか否かを判定する（ステップＳ１５）。
【００３１】
そして、ＳＣＲ１８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、ＳＣＲ１８が劣化している場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）には、診断部３３は、ＳＣＲ１８が劣化している旨を報知部２１に通知し、ＳＣＲ１８が劣化していることが報知部２１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。
【００３２】
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２０が、ＳＣＲ１８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、ＮＯｘ浄化率算出部３１が、上流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ１に対して、下流ＮＯｘ濃度検出値ＳＮＯｘ２からアンモニア濃度検出値ＳＮＨ３を減算した値を減算し、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、ＮＯｘ浄化率Ｃを算出する。これにより、ＳＣＲ１８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が上昇するが、アンモニア濃度の影響を除いてＮＯｘ浄化率Ｃを算出することができる。したがって、ＳＣＲ１８の下流のアンモニア濃度が上昇する場合であっても、ＮＯｘ浄化率Ｃをより正確に算出することで、ＳＣＲ１８の劣化診断を効果的に行うことができる。
【００３３】
また、診断部３３は、温度検出値Ｓｔｅｍｐが還元浄化反応の安定している温度域にある場合に、ＳＣＲ１８を診断する。これにより、ＮＯｘ浄化率Ｃが安定している状態でＳＣＲ１８を診断することで、ＳＣＲ１８の劣化診断を一段と効果的に行うことができる。さらに、診断部３３は、フィルタ再生が行われている間、ＳＣＲ１８の診断を停止する。これにより、排気温度がＰＭ燃焼温度まで昇温されてＳＣＲ１８の還元浄化反応が不安定となる場合に、ＳＣＲ１８の診断を停止することで、ＳＣＲ１８の劣化診断を一段と効果的に行うことができる。
【００３４】
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。
【００３５】
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、温度センサ１７、ＳＣＲ１８、アンモニアセンサ１９及び下流ＮＯｘセンサ２０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２０がアンモニアセンサ１９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。
【００３６】
また、本実施形態では、診断装置１００は、上流ＮＯｘセンサ１５、温度センサ１７、アンモニアセンサ１９、下流ＮＯｘセンサ２０、報知部２１及びＥＣＵ３０を備えたが、これに限らず、この他の排気システム１の種々の構成を備えてもよい。
【００３７】
また、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濃度のみを検出すればよい。
【００３８】
さらに、本実施形態では、ＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化率Ｃを算出した後に、フィルタ再生を行っているか否かを判定し、還元浄化反応が安定している温度域にあるか否かを判定したが、これに限らず、例えば、フィルタ再生を行っているか否かを判定し、還元浄化反応が安定している温度域にあるか否かを判定した後に、ＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化率Ｃを算出してもよく、この他種々の順序で制御を行うことができる。
【００３９】
さらに、本実施形態では、フィルタ再生を行っている場合にはフィルタ再生が終了するまで診断を停止したが、これに限らず、例えば、フィルタ再生を行っていないと判定した場合に診断部３３がＳＣＲ１８を診断するようにしてもよく、この他種々の制御を行うことができる。
【００４０】
さらに、本実施形態では、ＳＣＲ１８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、ＳＣＲ１８の下流側にさらにアンモニアスリップ触媒を有していてもよい。
【００４１】
さらに、本実施形態では、温度センサ１７がＳＣＲ１８の入口の温度を検出したが、これに限らず、例えば、ＳＣＲ１８の出口の温度を検出してもよく、ＳＣＲ１８の温度が検出又は推定できればよい。
【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２１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。
【符号の説明】
【００４４】
１  排気システム
１０  エンジン
１２  排気管
１４  パティキュレイト・フィルタ
１５  上流ＮＯｘセンサ
１７  温度センサ
１８  ＳＣＲ
１９  アンモニアセンサ
２０  下流ＮＯｘセンサ
３０  ＥＣＵ
３１  ＮＯｘ浄化率算出部
３２  フィルタ再生制御部
３３  診断部
１００  診断装置
【図１】
2018131994.tif 000003
【図２】
2018131994.tif 000004
【図３】
2018131994.tif 000005