JP6191355B2 - Diagnostic equipment - Google Patents
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Description
本発明は、診断装置に関し、特に、内燃機関の排気系に設けられる排気浄化触媒の劣化診断に関する。 The present invention relates to a diagnostic device, and more particularly, to a deterioration diagnosis of an exhaust purification catalyst provided in an exhaust system of an internal combustion engine.
ディーゼルエンジン等の排気系に設けられる排気浄化触媒として、排気中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、一酸化窒素(NO)を酸化する酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst:DOC)が知られている。また、排気中に含まれる粒子状物質(Particulate Matter:PM)を捕集するディーゼル・パティキュレイト・フィルタ(Diesel Particulate Filter:DPF)等も知られている。 As an exhaust purification catalyst for exhaust systems such as diesel engines, an oxidation catalyst (Diesel Oxidation Catalyst: DOC) that oxidizes hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitric oxide (NO) contained in the exhaust. It has been known. Further, a diesel particulate filter (DPF) that collects particulate matter (PM) contained in exhaust gas is also known.
DOCのHC酸化能力が劣化すると、DPFの強制再生時に排気管内噴射等によってDOCに供給されたHCの一部は、酸化されずに下流側のDPFにスリップする。DPFもHC酸化能を有するため、DOCからスリップしたHCはDPFで酸化浄化され得る。しかしながら、DPFのHC酸化性能も劣化すると、DOCからスリップした未燃焼のHCがDPFを通過して大気に放出され、エミッションの悪化を招く可能性がある。そのため、DOCやDPFのHC酸化能力を車載状態(On-Board)で診断する要請がある(例えば、特許文献1参照)。 When the HC oxidizing ability of the DOC deteriorates, a part of the HC supplied to the DOC by in-pipe injection or the like during the forced regeneration of the DPF is slipped to the downstream DPF without being oxidized. Since DPF also has HC oxidizing ability, HC slipped from DOC can be oxidized and purified by DPF. However, if the HC oxidation performance of the DPF also deteriorates, unburned HC slipped from the DOC may pass through the DPF and be released to the atmosphere, leading to a deterioration in emissions. Therefore, there is a request for diagnosing the HC oxidation ability of DOC and DPF in an on-board state (for example, see Patent Document 1).
HC酸化性能を診断する手法としては、DOCやDPFの上流側及び下流側に排気温度センサを設け、これら排気温度センサの検出値から推定したHC発熱量に基づいて診断する技術がある。しかしながら、DOCやDPFは車体下部に配置された排気管(触媒ケース)内に収容されるため、HCの酸化熱は走行風等の影響を受けてその一部が外気に放熱される。すなわち、排気温度センサの検出値のみに基づいた診断手法では、外気への熱損失量を考慮していないため、高精度な診断を行えない可能性がある。 As a method for diagnosing the HC oxidation performance, there is a technique in which exhaust temperature sensors are provided on the upstream side and downstream side of the DOC and DPF, and a diagnosis is made based on the HC heat generation amount estimated from the detection values of these exhaust temperature sensors. However, since DOC and DPF are accommodated in an exhaust pipe (catalyst case) disposed at the lower part of the vehicle body, the oxidization heat of HC is influenced by running wind and a part of it is radiated to the outside air. That is, the diagnosis method based only on the detection value of the exhaust temperature sensor does not take into account the amount of heat loss to the outside air, and therefore there is a possibility that highly accurate diagnosis cannot be performed.
本発明の目的は、DPFの触媒機能の劣化診断を高精度に行える診断装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a diagnostic apparatus that can perform a deterioration diagnosis of a catalytic function of a DPF with high accuracy.
上述の目的を達成するため、本発明の内燃機関の診断装置は、内燃機関の排気系に設けられて、排気中に含まれる少なくとも炭化水素を酸化する酸化触媒と、前記酸化触媒の排気下流側に設けられて、排気中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記酸化触媒に炭化水素を供給可能な供給手段と、少なくとも前記酸化触媒の入口排気温度、出口排気温度、外気温度及び、前記供給手段から供給される炭化水素供給量に基づいて、外気への熱損失量を考慮した前記酸化触媒内での炭化水素発熱率を演算する第1発熱率演算手段と、演算された前記酸化触媒内での炭化水素発熱率及び、前記炭化水素供給量に基づいて、前記酸化触媒を通過する未燃焼の炭化水素スリップ量を演算するスリップ量演算手段と、少なくとも前記フィルタの入口排気温度、出口排気温度、外気温度及び、演算された前記炭化水素スリップ量に基づいて、外気への熱損失量を考慮した前記フィルタ内での炭化水素発熱率を演算する第2発熱率演算手段と、演算された前記フィルタ内での炭化水素発熱率に基づいて、前記フィルタの劣化を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, an internal combustion engine diagnostic apparatus according to the present invention includes an oxidation catalyst that is provided in an exhaust system of an internal combustion engine and oxidizes at least hydrocarbons contained in the exhaust, and an exhaust downstream side of the oxidation catalyst. A filter for collecting particulate matter contained in the exhaust, a supply means capable of supplying hydrocarbons to the oxidation catalyst, and at least an inlet exhaust temperature, an outlet exhaust temperature, an outside air temperature of the oxidation catalyst, and A first heat generation rate calculation means for calculating a hydrocarbon heat generation rate in the oxidation catalyst in consideration of a heat loss amount to the outside air based on a hydrocarbon supply amount supplied from the supply means; A slip amount calculating means for calculating an unburned hydrocarbon slip amount passing through the oxidation catalyst based on a hydrocarbon heat generation rate in the oxidation catalyst and the hydrocarbon supply amount; and at least an input of the filter Second heat generation rate calculation means for calculating a hydrocarbon heat generation rate in the filter in consideration of a heat loss amount to the outside air based on the exhaust temperature, the outlet exhaust temperature, the outside air temperature, and the calculated hydrocarbon slip amount And determination means for determining deterioration of the filter based on the calculated hydrocarbon heat generation rate in the filter.
また、前記第1及び第2発熱率演算手段は、自然対流の熱伝達率を含む第1モデル式及び、強制対流の熱伝達率を含む第2モデル式に基づいて前記熱損失量を演算することが好ましい。 The first and second heat generation rate calculation means calculate the heat loss amount based on a first model expression including a natural convection heat transfer coefficient and a second model expression including a forced convection heat transfer coefficient. It is preferable.
また、前記酸化触媒及び前記フィルタは、車体下部に設けられる筒状の触媒ケース内に収容され、前記強制対流の熱伝達率は、強制対流を前記触媒ケースの下面に影響する平板上の乱流と仮定したヌセルト数に基づいて設定されることが好ましい。 Further, the oxidation catalyst and the filter are accommodated in a cylindrical catalyst case provided in a lower part of a vehicle body, and the heat transfer coefficient of the forced convection is a turbulent flow on a flat plate that affects the forced convection on the lower surface of the catalyst case. It is preferable to set the number based on the assumed Nusselt number.
また、前記判定手段は、さらに、演算された前記酸化触媒内での炭化水素発熱率に基づいて、前記酸化触媒の劣化を判定してもよい。 The determination means may further determine the deterioration of the oxidation catalyst based on the calculated hydrocarbon heat generation rate in the oxidation catalyst.
本発明の診断装置によれば、DPFの触媒機能の劣化診断を高精度に行うことができる。 According to the diagnostic device of the present invention, the deterioration diagnosis of the catalytic function of the DPF can be performed with high accuracy.
以下、添付図面に基づいて、本発明の一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、それらの名称およ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。 Hereinafter, based on an accompanying drawing, a diagnostic device concerning one embodiment of the present invention is explained. The same parts are denoted by the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1に示すように、ディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)10には、吸気マニホールド10aと排気マニホールド10bとが設けられている。吸気マニホールド10aには新気を導入する吸気通路11が接続され、排気マニホールド10bには排気を大気に放出する排気通路12が接続されている。
As shown in FIG. 1, a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 10 is provided with an
吸気通路11には、吸気上流側から順に、エアクリーナ30、MAFセンサ31、過給機のコンプレッサ32a、インタークーラ33が設けられている。排気通路12には、排気上流側から順に、過給機のタービン32b、前段後処理装置14、後段後処理装置20が設けられている。なお、図1中において、符号36は外気温度センサを示している。
In the
前段後処理装置14は、円筒状の触媒ケース14a内に排気上流側から順に、DOC15と、DPF16とを配置して構成されている。また、DOC15の上流側には排気管内噴射装置13、DOC15の上流側にはDOC入口温度センサ17、DOC15とDPF16との間にはDOC出口温度センサ18、DPF16の下流側にはDPF出口温度センサ19がそれぞれ設けられている。さらに、DPF16の前後には、DPF16の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサ37が設けられている。
The
排気管内噴射装置13は、電子制御ユニット(以下、ECU)40から出力される指示信号に応じて、排気通路12内に未燃燃料(主にHC)を噴射する。なお、エンジン10の多段噴射によるポスト噴射を用いる場合は、この排気管内噴射装置13を省略してもよい。
The exhaust
DOC15は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分を担持して形成されている。DOC15は、排気管内噴射装置13又はポスト噴射によってHCが供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。また、DOC15は、排気ガス中のNOを酸化してNO2を生成することで、排気中のNOに対するNO2の比率を増加させる。
The
DPF16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いる。DPF16は、排気中のPMを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、PM堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆる強制再生が実行される。強制再生は、排気管内噴射装置13又はポスト噴射によりDOC15に未燃燃料(HC)を供給し、DPF16に流入する排気温度をPM燃焼温度(例えば、約600℃)まで昇温することで行われる。また、DPF16は、上流側のDOC15で酸化されずにスリップした未燃焼のHCを酸化する能力を有している。
The
DOC入口温度センサ17は、DOC15に流入する上流側の排気温度(以下、DOC入口排気温度という)を検出する。DOC出口温度センサ18は、DOC15から流出する下流側の排気温度(以下、DOC出口排気温度又は、DPF入口排気温度という)を検出する。DPF出口温度センサ19は、DPF16から流出する下流側の排気温度(以下、DPF出口排気温度という)を検出する。これら温度センサ17〜19の検出値は、電気的に接続されたECU40に出力される。
The DOC inlet temperature sensor 17 detects an upstream exhaust temperature (hereinafter referred to as a DOC inlet exhaust temperature) flowing into the
後段後処理装置20は、排気上流側から順に、尿素水噴射装置21と、円筒状のケース20a内に配置されたSCR22とを備えて構成されている。また、SCR22の上流側には、SCR入口温度センサ23が設けられている。
The
尿素水噴射装置21は、ECU40から出力される指示信号に応じて、前段後処理装置14と後段後処理装置20との間の排気通路12内に、図示しない尿素水タンク内の尿素水を噴射する。噴射された尿素水は排気熱により加水分解されてNH3に生成され、下流側のSCR22に還元剤として供給される。
The urea
SCR22は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面に鉄ゼオライトを担持して形成されている。SCR22は、還元剤として供給されるNH3を吸着すると共に、吸着したNH3で通過する排気ガス中からNOxを還元浄化する。
The
ECU40は、エンジン10や排気管内噴射装置13等の各種制御を行うもので、公知のCPUやROM、RAM、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。また、ECU40は、DOC発熱率演算部41と、DOC劣化判定部42と、HCスリップ量演算部43と、DPF発熱率演算部44と、DPF劣化判定部45とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるECU40に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
The ECU 40 performs various controls of the
DOC発熱率演算部41は、本発明の第1発熱率演算手段の一例であって、DPF16の強制再生時にDOC15で酸化されるHCの実発熱率CDOC_act%を演算する。以下、DOC15内のHC発熱率の詳細な演算手順を説明する。
The DOC heat generation
図2に示すように、強制再生時に排気管内噴射装置13からDOC15に供給されたHCの実発熱量CDOC_actは、DOC15の上流側の排気エネルギQDOC_inと下流側の排気エネルギQDOC_outとの排気エネルギ差に、DOC15から外気に放出される熱損失量QDOC_lostを加算することで得られる。
As shown in FIG. 2, the actual heating value C DOC_act of supplied from the
上流側の排気エネルギQDOC_inは、以下の数式1に基づいて演算され、下流側の排気エネルギQDOC_outは以下の数式2に基づいて演算される。 The upstream exhaust energy Q DOC_in is calculated based on Equation 1 below, and the downstream exhaust energy Q DOC_out is calculated based on Equation 2 below.
数式1,2において、cexhは排気比熱を示している。また、mexhは排気流量であって、MAFセンサ31の検出値及びエンジン10の燃料噴射量等から取得される。なお、排気流量mexhは、排気流量センサ(不図示)等から直接的に取得してもよい。TDOC_inはDOC入口排気温度であって、DOC入口温度センサ17で取得される。TDOC_outはDOC出口排気温度であって、DOC出口温度センサ18で取得される。
In Expressions 1 and 2, c exh represents exhaust specific heat. Further, m exh is the exhaust gas flow rate, and is obtained from the detection value of the
熱損失量QDOC_lostは、自然対流による熱損失量QDOC_naturalと、強制対流による熱損失量QDOC_forcedとの総和(QDOC_lost=QDOC_natural+QDOC_forced)と仮定することができる。 Heat loss quantity Q DOC_lost can assume the heat loss quantity Q DOC_natural by natural convection, the sum of the heat loss quantity Q DOC_forced by forced convection and (Q DOC_lost = Q DOC_natural + Q DOC_forced).
自然対流による熱損失量QDOC_naturalは、以下の数式3に基づいて演算される。 The heat loss amount Q DOC_natural due to natural convection is calculated based on the following Equation 3.
数式3において、As_DOCはDOC15の外周面(又は、触媒ケース14aのDOC15が設けられた部分の外周面)の有効面積を示している。TDOC_brickはDOC15の内部温度であって、DOC入口排気温度TDOC_inとDOC出口排気温度TDOC_outとの平均値として取得される。Tambientは外気温度であって、外気温度センサ36で取得される。hn_DOCは自然対流の熱伝達率であって、以下の数式4から得られる。
In Equation 3, A s_DOC indicates an effective area of the outer peripheral surface of the DOC 15 (or the outer peripheral surface of the portion where the
数式4において、kは空気の熱伝導率を示している。Ln_DOCはDOC15の代表長さであって、DOC15の容量等に応じて適宜設定される。Nun_DOCは、自然対流のヌセルト数を示している。
In Equation 4, k represents the thermal conductivity of air. L n_DOC is the representative length of the DOC 15 and is appropriately set according to the capacity of the
一般的に、DOC15は円柱状であって、さらにDOC15を収容する触媒ケース14aは略円筒状に形成されている。そのため、DOC15内で発生した酸化熱は、これらDOC15や触媒ケース14aの円筒外周面の全面を介して外気に放熱されると考えられる。自然対流による放熱が、軸心を水平方向に向けた円筒外周面の全面から伝わると仮定すると、ヌセルト数Nun_DOCは、グラスホス数:Gr、プラントル数:Prとする以下の数式5から得られる。
Generally, the
強制対流による熱損失量QDOC_forcedは、以下の数式6に基づいて演算される。 The heat loss amount Q DOC_forced due to forced convection is calculated based on the following Equation 6.
数式6において、Af_DOCはDOC15の外周面(又は、触媒ケース14aのDOC15が設けられた部分の外周面)の有効面積を示している。hf_DOCは強制対流の熱伝達率であって、以下の数式7から得られる。
In Formula 6, A f_DOC indicates an effective area of the outer peripheral surface of the DOC 15 (or the outer peripheral surface of the portion where the
数式7において、Lf_DOCはDOC15の代表長さであって、DOC15の容量等に応じて適宜設定される。Nuf_DOCは、強制対流のヌセルト数を示している。
In Expression 7, L f_DOC is a representative length of the DOC 15 and is appropriately set according to the capacity of the
図3に示すように、一般的にDOC15を収容した触媒ケース14aは車体のシャシフレームSの下部に固定され、その前方には変速機TM等が配置されている。そのため、走行時に車体前方から下部に流れ込む走行風は、DOC15(又は、触媒ケース14a)の下面部にのみ影響を与える平板上の乱流と仮定することができる。すなわち、強制対流のヌセルト数Nuf_DOCは、平板上の乱流熱伝達式を解いて導かれる以下の数式8から得られる。
As shown in FIG. 3, generally, the
数式8において、Reはレイノルズ数を示している。レイノルズ数Reは、空気の平均速度:v、空気密度:ρ、DOC15の代表長さ:Lf_DOC、動粘性係数:μとする以下の数式9から得られる。
In Equation 8, Re represents the Reynolds number. The Reynolds number Re is obtained from Equation 9 below, where the average velocity of air is v, the air density is ρ, the representative length of
DOC発熱率演算部41は、上述の数式1に基づいて演算した上流側の排気エネルギQDOC_inと、上述の数式2に基づいて演算した下流側の排気エネルギQDOC_outとの排気エネルギ差に、上述の数式3〜9に基づいて演算した熱損失量QDOC_lostを加算することで、強制再生時におけるDOC15内のHC実発熱量CDOC_actを演算する。そして、HC実発熱量CDOC_actを排気管内噴射(又はポスト噴射)の理論発熱量CDOC_theoで除算することで、DOC15内でのHC実発熱率CDOC_act%を演算するように構成されている(CDOC_act%=CDOC_act/CDOC_theo)。理論発熱量CDOC_theoは、排気管内噴射量(又はポスト噴射量)HCinj_qtyにHCの理論発熱率Ctheo%を乗算することで得られる(CDOC_theo=HCinj_qty・Ctheo%)。
The DOC heat generation
DOC劣化判定部42は、本発明の判定手段の一例であって、HC発熱率演算部41で演算されたHC実発熱率CDOC_ACT%に基づいて、DOC15の劣化状態を判定する。より詳しくは、ECU40には、予め実験等により求めた、DOC15内で所定量のHCが略完全に酸化した場合のHC発熱率閾値CDOC_STD%が記憶されている。DOC劣化判定部42は、HC発熱率閾値CDOC_STD%とHC実発熱率CDOC_ACT%との差ΔCDOC_%がDOC15の劣化を示す所定の上限閾値ΔCMAXに達すると、DOC15のHC酸化能力(HC浄化性能)を劣化状態と判定する。なお、DOC15のHC浄化性能が劣化した状態とは、図4に示すように、例えば、経年劣化や破損等により正常時のHC浄化率に対して差が生じる(触媒活性温度が高温側にシフトする)状態をいう。
The DOC
HCスリップ量演算部43は、本発明のスリップ量演算手段の一例であって、HC発熱率演算部41で演算されたHC実発熱率CDOC_ACT%及び、排気管内噴射量(又はポスト噴射量)HCinj_qtyに基づいて、DOC15で酸化されずに下流側のDPF16に流れ込む未燃焼HCのスリップ量HCslp_qtyを演算する。スリップ量HCslp_qtyは、排気管内噴射量HCinj_qtyにHC実発熱率CDOC_ACT%を乗算することで得られる(HCslp_qty=HCinj_qty×(1−CDOC_ACT%))。
The HC slip
DPF発熱率演算部44は、本発明の第2発熱率演算手段の一例であって、強制再生時にDOC15をスリップしてDPF16に流れ込んだHCの実発熱率CDPF_act%を演算する。以下、DPF16内のHC発熱率の詳細な演算手順を説明する。
The DPF heat generation
図2に示すように、DOC15をスリップしてDPF16で酸化されるHCの実発熱量CDPF_actは、DPF16の上流側の排気エネルギQDPF_inと下流側の排気エネルギQDPF_outとの排気エネルギ差に、DPF16から外気に放出される熱損失量QDPF_lostを加算することで得られる。
As shown in FIG. 2, the actual heating value C DPF_act of HC to be oxidized by the
上流側の排気エネルギQDPF_inは、以下の数式10に基づいて演算され、下流側の排気エネルギQDPF_outは以下の数式11に基づいて演算される。
The upstream exhaust energy Q DPF_in is calculated based on
数式10,11において、TDPF_inはDPF入口排気温度であって、DOC出口温度センサ18で取得される。TDPF_outはDPF出口排気温度であって、DPF出口温度センサ19で取得される。なお、DPF出口排気温度TDPF_outは、SCR入口温度センサ23で取得されてもよい。
In
熱損失量QDPF_lostは、自然対流による熱損失量QDPF_naturalと、強制対流による熱損失量QDPF_forcedとの総和(QDPF_lost=QDPF_natural+QDPF_forced)と仮定することができる。 Heat loss quantity Q DPF_lost can assume the heat loss quantity Q DPF_natural by natural convection, the sum of the heat loss quantity Q DPF_forced by forced convection and (Q DPF_lost = Q DPF_natural + Q DPF_forced).
自然対流による熱損失量QDPF_naturalは、以下の数式12に基づいて演算される。
The amount of heat loss Q DPF_natural due to natural convection is calculated based on
数式12において、As_DPFはDPF16の外周面(又は、触媒ケース14aのDPF16が設けられた部分の外周面)の有効面積を示している。TDPF_brickはDPF16の内部温度であって、DPF入口排気温度TDPF_inとDPF出口排気温度TDPF_outとの平均値として取得される。hn_DPFは自然対流の熱伝達率であって、以下の数式13から得られる。
In
数式13において、Ln_DPFはDPF16の代表長さであって、DPF16の容量等に応じて適宜設定される。Nun_DPFは、自然対流のヌセルト数であって、上述の数式5と同様に、DPF16や触媒ケース14aの円筒外周面の全面から放熱されると仮定すると、以下の数式14から得ることができる。
In
強制対流による熱損失量QDPF_forcedは、以下の数式15に基づいて演算される。
The heat loss amount Q DPF_forced due to forced convection is calculated based on the following
数式15において、Af_DPFはDPF16の外周面(又は、触媒ケース14aのDPF16が設けられた部分の外周面)の有効面積を示している。hf_DPFは強制対流の熱伝達率であって、以下の数式16から得られる。
In
数式16において、Lf_DPFはDPF16の代表長さであって、DPF16の容量等に応じて適宜設定される。Nuf_DPFは、強制対流のヌセルト数であって、上述の数式8と同様に、強制対流がDPF16(又は、触媒ケース14a)の下面部にのみ影響を与える平板上の乱流と仮定すると、以下の数式17から得ることができる。
In
数式17のレイノルズ数Reは、空気の平均速度:v、空気密度:ρ、DPF16の代表長さ:Lf_DPF、動粘性係数:μとする以下の数式18から得られる。
The Reynolds number Re in Equation 17 is obtained from
DPF発熱率演算部44は、上述の数式10に基づいて演算した上流側の排気エネルギQDPF_inと、上述の数式11に基づいて演算した下流側の排気エネルギQDPF_outとの排気エネルギ差に、上述の数式12〜18に基づいて演算した熱損失量QDPF_lostを加算することで、DPF16内のHC実発熱量CDPF_actを演算する。そして、HC実発熱量CDPF_actをDOC15からスリップしたHCの理論発熱量CDPF_theoで除算することで、DPF16内でのHC実発熱率CDPF_act%を演算するように構成されている(CDPF_act%=CDPF_act/CDPF_theo)。理論発熱量CDPF_theoは、スリップ量HCslp_qtyにHCの理論発熱率Ctheo%を乗算することで得られる(CDPF_theo=Cslp_qty×Ctheo%)。
DPF heating
DPF劣化判定部45は、本発明の判定手段の一例であって、DPF発熱率演算部44で演算されたHC実発熱量CDPF_actT%に基づいて、DPF16の劣化状態を判定する。より詳しくは、ECU40には、予め実験等により求めた、DPF16内で所定量のHCが略完全に酸化した場合のHC発熱率閾値CDPF_STD%が記憶されている。DPF劣化判定部45は、HC発熱率閾値CDPF_STD%とHC実発熱率CDPF_act%との差ΔCDPF_%がDPF16の劣化を示す所定の上限閾値ΔCMAXに達すると、DPF16のHC酸化能力(HC浄化性能)を劣化状態と判定する。
The DPF
次に、図5に基づいて、本実施形態の診断装置による制御フローを説明する。 Next, based on FIG. 5, the control flow by the diagnostic apparatus of this embodiment is demonstrated.
ステップ(以下、ステップを単にSと記載する)100では、例えば、DPF16の前後差圧に基づいて、DPF16に堆積したPM堆積量PMdepoが上限値PMMAXに達したか否かが判定される。PM堆積量PMdepoが上限値PMMAXに達した場合、本制御はS110に進む。
In step (hereinafter, simply referred to as S) 100, for example, it is determined whether or not the PM deposition amount PM depo deposited on the
S110では、排気管内噴射装置13による排気管内噴射(又は、ポスト噴射)が開始されて、DPF16の強制再生が実行される。
In S110, exhaust pipe injection (or post injection) by the exhaust
S120では、上流側の排気エネルギQDOC_inと下流側の排気エネルギQDOC_outとの排気エネルギ差に、外気に放熱される熱損失量QDOC_lostを加算することで、DOC15内のHC実発熱量CDOC_actが演算される。さらに、S130では、S120で演算した実発熱量CDOC_actを排気管内噴射(又はポスト噴射)の理論発熱量CDOC_theoで除算することで、DOC15内でのHC実発熱率CDOC_act%が演算される。理論発熱量CDOC_theoは、排気管内噴射量(又はポスト噴射量)HCinj_qtyにHCの理論発熱率Ctheo%を乗算することで得られる。 In S120, the exhaust energy difference between the upstream side of the exhaust energy Q DOC_in and downstream of the exhaust energy Q DOC_out, by adding the heat loss Q DOC_lost is radiated to the outside air, HC actual heating value C DOC_act in DOC15 Is calculated. Further, in S130, by dividing the actual heating value C DOC_act calculated in S120 by the theoretical calorific value C DOC_theo exhaust pipe injection (or post injection), HC actual heat rate C DOC_act% of within DOC15 is calculated . The theoretical heat generation amount C DOC_theo is obtained by multiplying the exhaust pipe injection amount (or post injection amount) HC inj_qty by the HC theoretical heat generation rate C theo% .
S140では、S130で演算したHC実発熱率CDOC_act%とHC発熱率閾値CDOC_STD%とを比較するDOC15の劣化判定が実行される。HC発熱率閾値CDOC_STD%とHC実発熱率CDOC_act%との差ΔCDOC_%が上限閾値ΔCMAXに達していない場合(No)は、DOC15のHC酸化性能が正常なため、本制御はS100に戻される。すなわち、次回の強制再生までDOC15の劣化判定は保留される。一方、差ΔCDOC_%が上限閾値ΔCMAXに達している場合(Yes)は、S150でDOC15のHC酸化能力(HC浄化性能)を劣化状態と判定する。
In S140, the deterioration determination of the
S150でDOC15を劣化と判定した場合は、強制再生時にDOC15に供給されたHCがDPF16にスリップしている。そのため、本制御はS160に進み、スリップ量HCslp_qtyが演算される。スリップ量HCslp_qtyは、排気管内噴射量HCinj_qtyにHC実発熱率CDOC_ACT%を乗算することで得られる。
If it is determined that the
S170では、上流側の排気エネルギQDPF_inと下流側の排気エネルギQDPF_outとの排気エネルギ差に、外気に放熱される熱損失量QDPF_lostを加算することで、DPF16内のHC実発熱量CDPF_actが演算される。さらに、S180では、S170で演算したHC実発熱量CDPF_actをDOC15からスリップしたHCの理論発熱量CDPF_theoで除算することで、DPF16内でのHC実発熱率CDPF_act%が演算される。理論発熱量CDPF_theoは、スリップ量HCslp_qtyにHCの理論発熱率Ctheo%を乗算することで得られる。
In S170, the HC actual heat generation amount C DPF_act in the
S190では、S170で演算したHC実発熱率CDPF_act%とHC発熱率閾値CDPF_STD%とを比較するDPF16の劣化判定が実行される。HC発熱率閾値CDPF_STD%とHC実発熱率CDPF_act%との差ΔCDPF_%が上限閾値ΔCMAXに達していない場合(No)は、DPF16のHC酸化性能が正常なため、本制御はS100に戻される。一方、差ΔCDPF_%が上限閾値ΔCMAXに達している場合(Yes)は、S200でDPF16のHC酸化能力(HC浄化性能)を劣化状態と判定して、本制御はその後リターンされる。
In S190, the deterioration determination of the
次に、本実施形態に係る診断装置による作用効果を説明する。 Next, functions and effects of the diagnostic apparatus according to the present embodiment will be described.
本実施形態の診断装置では、強制再生時にDOC15に供給されたHCの実発熱量は、DOC15の上流側及び下流側の排気エネルギ差と、DOC15から外気に放熱される熱損失量とに基づいて演算される。さらに、DOC15からスリップしてDPF16で酸化されるHCの実発熱量は、DPF16の上流側及び下流側の排気エネルギ差と、DPF16から外気に放熱される熱損失量とに基づいて演算される。
In the diagnostic device of the present embodiment, the actual calorific value of HC supplied to the
すなわち、DOC15やDPF16のHC発熱量を上流側及び下流側の排気温度差のみに基づいて演算する手法に比べて、外気への熱損失量を考慮することで高精度に演算するように構成されている。したがって、本実施形態の診断装置によれば、DOC15やDPF16のHC酸化能力の劣化を高精度に診断することができる。
That is, it is configured to calculate the HC heat generation amount of the
また、本実施形態の診断装置では、外気への熱損失量は、自然対流の熱伝達率を含むモデル式(数式3〜5,12〜14)と、強制対流の熱伝達率を含むモデル式(数式6〜9,15〜18)とに基づいて演算される。このうち、自然対流の熱伝達率は、DOC15やDPF16の円筒外周面の全面から放熱されると仮定したヌセルト数から設定され、強制対流の熱伝達率は、DOC15やDPF16の下面部に影響を与える平板上の乱流と仮定したヌセルト数から設定される。 Further, in the diagnostic device of the present embodiment, the amount of heat loss to the outside air is calculated using model equations including the natural convection heat transfer coefficient (Equations 3 to 5, 12 to 14) and model expressions including the forced convection heat transfer coefficient. (Equation 6-9, 15-18) and the calculation. Of these, the heat transfer coefficient of natural convection is set from the Nusselt number assumed to radiate heat from the entire cylindrical outer peripheral surface of DOC15 or DPF16, and the heat transfer coefficient of forced convection affects the lower surface of DOC15 or DPF16. It is set from the Nusselt number assumed to be turbulent flow on a given flat plate.
すなわち、DOC15やDPF16、触媒ケース14a等の形状、配置位置、走行風の影響等を考慮したモデル式に基づいて、外気への熱損失量を正確に演算するように構成されている。したがって、本実施形態の診断装置によれば、形状や配置、強制対流等の影響を考慮した正確なHC実発熱量を演算することが可能となり、診断精度を確実に向上することができる。
That is, the heat loss amount to the outside air is accurately calculated based on a model formula that takes into consideration the shape, arrangement position, influence of traveling wind, and the like of the
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。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably and can implement.
例えば、劣化診断はDPF16の強制再生時に行われるものとして説明したが、強制再生時以外に行ってもよい。この場合は、排気管内噴射(又は、ポスト噴射)をDPF16のPM堆積量に関係なく実行すればよい。また、DPF16の劣化診断は、DOC15からHCがスリップしている場合に行われるものとして説明したが、DOC15が劣化していない場合にも行うように構成してもよい。この場合は、排気管内噴射(又は、ポスト噴射)の噴射量を増加させて、DOC15からHCを意図的にスリップさせればよい。また、エンジン10はディーゼルエンジンに限定されず、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可能である。
For example, although the deterioration diagnosis has been described as being performed at the time of forced regeneration of the
10 エンジン
13 排気管内噴射装置(供給手段)
15 DOC(酸化触媒)
16 DPF(フィルタ)
40 ECU
41 DOC発熱率演算部(第1発熱量推定手段)
42 DOC劣化判定部(判定手段)
43 HCスリップ量演算部(スリップ量演算手段)
44 DPF発熱率演算部(第2発熱量推定手段)
45 DPF劣化判定部(判定手段)
10
15 DOC (oxidation catalyst)
16 DPF (filter)
40 ECU
41 DOC heat generation rate calculation unit (first heat generation amount estimation means)
42 DOC deterioration determination unit (determination means)
43 HC slip amount calculation unit (slip amount calculation means)
44 DPF heat generation rate calculation section (second heat generation amount estimation means)
45 DPF degradation determination unit (determination means)
Claims (3)
前記酸化触媒の排気下流側に設けられて、排気中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記酸化触媒に炭化水素を供給可能な供給手段と、
少なくとも前記酸化触媒の入口排気温度、出口排気温度、外気温度及び、前記供給手段から供給される炭化水素供給量に基づいて、外気への熱損失量を考慮した前記酸化触媒内での炭化水素発熱率を演算する第1発熱率演算手段と、
演算された前記酸化触媒内での炭化水素発熱率及び、前記炭化水素供給量に基づいて、前記酸化触媒を通過する未燃焼の炭化水素スリップ量を演算するスリップ量演算手段と、
少なくとも前記フィルタの入口排気温度、出口排気温度、外気温度及び、演算された前記炭化水素スリップ量に基づいて、外気への熱損失量を考慮した前記フィルタ内での炭化水素発熱率を演算する第2発熱率演算手段と、
演算された前記フィルタ内での炭化水素発熱率に基づいて、前記フィルタの劣化を判定する判定手段と、を備え、
前記第1及び第2発熱率演算手段は、自然対流の熱伝達率を含む第1モデル式及び、強制対流の熱伝達率を含む第2モデル式に基づいて前記熱損失量を演算し、
前記酸化触媒及び前記フィルタは、車体下部に設けられる筒状の触媒ケース内に収容され、
前記触媒ケースは、軸心を水平方向に向けてその下方を走行風が流れるように配置され、
前記強制対流の熱伝達率は、強制対流を前記触媒ケースの下面に影響する平板上の乱流と仮定したヌセルト数に基づいて設定される
ことを特徴とする診断装置。 An oxidation catalyst provided in an exhaust system of an internal combustion engine for oxidizing at least hydrocarbons contained in the exhaust;
A filter provided on the exhaust downstream side of the oxidation catalyst for collecting particulate matter contained in the exhaust;
Supply means capable of supplying hydrocarbons to the oxidation catalyst;
Hydrocarbon heat generation in the oxidation catalyst taking into account the amount of heat loss to the outside air based on at least the inlet exhaust temperature, the outlet exhaust temperature, the outside air temperature of the oxidation catalyst, and the amount of hydrocarbons supplied from the supply means First heat rate calculating means for calculating a rate;
Slip amount calculating means for calculating the amount of unburned hydrocarbon slip passing through the oxidation catalyst based on the calculated hydrocarbon heat generation rate in the oxidation catalyst and the amount of hydrocarbon supply;
Calculating a hydrocarbon heat generation rate in the filter in consideration of an amount of heat loss to the outside air based on at least the inlet exhaust temperature, the outlet exhaust temperature, the outside air temperature, and the calculated amount of the hydrocarbon slip of the filter; 2 heating rate calculation means;
Determination means for determining deterioration of the filter based on the calculated hydrocarbon heat generation rate in the filter ,
The first and second heat generation rate calculating means calculates the amount of heat loss based on a first model formula including a heat transfer coefficient of natural convection and a second model expression including a heat transfer coefficient of forced convection,
The oxidation catalyst and the filter are accommodated in a cylindrical catalyst case provided at the lower part of the vehicle body,
The catalyst case is arranged so that the traveling wind flows below the axis center in the horizontal direction,
The diagnostic device according to claim 1, wherein the heat transfer coefficient of the forced convection is set based on a Nusselt number on the assumption that the forced convection is a turbulent flow on a flat plate that affects a lower surface of the catalyst case .
前記強制対流の熱伝達率は、強制対流を前記触媒ケースの下面にのみ影響する平板上の乱流と仮定したヌセルト数に基づいて設定される
請求項1に記載の診断装置。 A transmission is arranged in front of the catalyst case,
The diagnostic device according to claim 1, wherein the heat transfer coefficient of the forced convection is set based on a Nusselt number on the assumption that the forced convection is a turbulent flow on a flat plate that affects only a lower surface of the catalyst case .
請求項1または2に記載の診断装置。 The determining means further computed on the basis of the hydrocarbon heat generation rate in the oxidation catalyst diagnosis apparatus according to claim 1 or 2 determines the deterioration of the oxidation catalyst.
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