專利名稱：廢氣凈化裝置的異常檢測裝置及廢氣凈化裝置的異常檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置的異常檢測裝置及廢氣凈化裝置的異常檢測方法。
背景技術(shù)：
以下技術(shù)已為世人所知變更供給到選擇還原型NOx催化劑的還原劑的量，當(dāng)廢氣系統(tǒng)中配置的傳感器的信號不像初期一樣變化時，判斷為廢氣處理系統(tǒng)存在問題(例如參照專利文獻(xiàn)1)。但是，通過變更還原劑量，還原劑的供給量過剩時，該還原劑可能穿透催化劑。并且，當(dāng)還原劑的供給量不足時，可能無法凈化廢氣中的有害物質(zhì)。進(jìn)而，從變更還原劑的供給量到傳感器的信號改變?yōu)橹?，要耗費時間。如果直到傳感器的信號改變?yōu)橹箖?nèi)燃機(jī)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)變化，則也可能無法進(jìn)行上述判斷。因此，上述判斷可能會耗費時間。專利文獻(xiàn)1 日本特開2004-176719號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2008-196340號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開2005-2^504號公報專利文獻(xiàn)4 日本特開2008-190529號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于以上問題而完成，其目的在于，迅速判斷供給到選擇還原型NOx催化劑的還原劑量是否不足。為了解決上述課題，本發(fā)明的廢氣凈化裝置的異常檢測裝置采用了以下的單元。 即，本發(fā)明的廢氣凈化裝置的異常檢測裝置的特征在于，具有選擇還原型NOx催化劑，通過設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的廢氣通路上的還原劑，選擇還原 NOx ；還原劑供給單元，從上述選擇還原型NOx催化劑的上游側(cè)供給還原劑；下游側(cè)NOx量檢測單元，檢測上述選擇還原型NOx催化劑下游的NOx量；上游側(cè)NOx量檢測單元，檢測上述選擇還原型NOx催化劑上游的NOx量；凈化率計算單元，根據(jù)由上述下游側(cè)NOx量檢測單元檢測出的NOx量和由上述上游側(cè)NOx量檢測單元檢測出的NOx量，計算出上述選擇還原型NOx催化劑中的NOx凈化率；吸附判斷單元，在假設(shè)上述還原劑供給單元沒有異常的情況下，判斷是否預(yù)定量以上的還原劑吸附于上述選擇還原型NOx催化劑；供給量計算單元，計算用于還原由上述上游側(cè)NOx量檢測單元檢測的NOx量所需的還原劑供給量；和異常判斷單元，通過上述吸附判斷單元判斷為預(yù)定量以上的還原劑吸附于上述選擇還原型NOx催化劑后，開始由上述供給量計算單元計算出的量的還原劑的供給，然后根據(jù)經(jīng)過預(yù)定時間時的上述NOx凈化率，判斷上述還原劑供給單元的異常。還原劑供給單元的異常，是指還原劑的供給量與指令值相比超過允許范圍地減少。也可以指來自還原劑供給單元的還原劑的供給量與新品時相比超過允許范圍地減少。 該還原劑供給量的減少可以是每單位時間的供給量的減少，也可是還原劑的供給時間的縮短造成的供給量的減少。在本發(fā)明中，將被選擇還原型NOx催化劑凈化的NOx量相對于選擇還原型NOx催化劑上游的NOx量的比例作為NOx凈化率。另外，從選擇還原型NOx催化劑上游的NOx量中減去下游的NOx量，可計算出被該選擇還原型NOx催化劑凈化的NOx量。通過用該被凈化的NOx量除以由上游側(cè)NOx量檢測單元檢測出的NOx量，可計算出NOx凈化率。也可以通過下游側(cè)NOx量檢測單元及上游側(cè)NOx量檢測單元測定NOx濃度和廢氣的流量，由此計算出NOx量。此外，吸附判斷單元根據(jù)假設(shè)還原劑供給單元沒有異常時的還原劑的吸附量進(jìn)行判斷，因此無需檢測實際的吸附量。即，當(dāng)還原劑供給單元、選擇還原型NOx催化劑沒有異常時，實際上能吸附預(yù)定量以上的還原劑，而當(dāng)其中任意一個有異常時，實際上有可能沒有吸附預(yù)定量以上的還原劑。在預(yù)定條件下供給了還原劑的情況下，吸附判斷單元也可以判斷為吸附了預(yù)定量以上的還原劑。并且，也可以根據(jù)還原劑的供給量、選擇還原型NOx催化劑中的還原劑的消耗量，推測該選擇還原型NOx催化劑吸附的還原劑量。由供給量計算單元算出的還原劑供給量，可以是為了還原廢氣中含有的NOx而消耗的還原劑量。即，選擇還原型NOx催化劑吸附的還原劑，由于還原廢氣中的NOx而減少。 由供給量計算單元算出該減少部分。并且，通過供給由供給量計算單元算出的量的還原劑， 能夠?qū)⑦x擇還原型NOx催化劑中的還原劑的吸附量維持在高的狀態(tài)，因此能夠?qū)Ox凈化率維持在高的狀態(tài)。并且，由于能抑制過剩供給還原劑，因此能夠抑制還原劑穿透選擇還原型NOx催化劑。但是，當(dāng)還原劑供給單元發(fā)生異常時，相對于所要求的還原劑供給量，實際的還原劑供給量減少，因此無法供給由供給量計算單元算出的量的還原劑。即，通過還原廢氣中含有的NOx，選擇還原型NOx催化劑中的還原劑的吸附量減少，但無法重新供給該減少部分的還原劑。因此，還原劑的吸附量逐漸減少，因而NOx凈化率逐漸降低。即，在判斷為預(yù)定量以上的還原劑吸附于選擇還原型NOx催化劑后，供給由供給量計算單元算出的量的還原劑，根據(jù)此時的NOx凈化率，可判斷還原劑供給單元的異常。 即，如果NOx凈化率逐漸降低，則可判斷為還原劑供給單元有異常。另一方面，當(dāng)還原劑供給單元無異常時，吸附量維持在預(yù)定量以上，因此NOx凈化率基本恒定。此外，預(yù)定時間可以是還原劑供給單元有異常時直至該異常的影響以NOx凈化率下降的形式體現(xiàn)出來的時間。或者，也可以是NOx凈化率下降到可判斷還原劑供給單元異常的值為止所需的時間。并且，預(yù)定量可以是還原劑供給單元有異常時可檢測出NOx凈化率下降的量。此外，當(dāng)選擇還原型NOx催化劑老化時，雖然NOx凈化率變得比正常時低，但NOx 凈化率不會在短時間內(nèi)降低。即，與還原劑供給單元有異常時相比，NOx凈化率升高。由此， 能夠確定是還原劑供給單元有異常，還是催化劑老化。在本發(fā)明中，上述吸附判斷單元，在吸附于上述選擇還原型NOx催化劑的還原劑的量少于預(yù)定量的條件成立后，只要與該條件不成立時相比增量供給了還原劑之后，就可判斷為預(yù)定量以上的還原劑吸附于上述選擇還原型NOx催化劑。還原劑的增量只要比由供給量計算單元算出的量增加即可。例如，吸附于選擇還原型NOx催化劑的還原劑，在溫度升高時，從該選擇還原型NOx催化劑脫附。這樣的條件成立后，吸附于選擇還原型NOx催化劑的還原劑量變得比NOx凈化所需的量少。因此，為了使 NOx的凈化能力迅速恢復(fù)，還原劑的供給量比平常增加。即，通過增加還原劑的供給量，可迅速增加吸附于選擇還原型NOx催化劑的還原劑量。只要這樣增量供給了還原劑之后，即使還原劑供給單元有異常，選擇還原型NOx催化劑也吸附一定程度的還原劑。此外，在吸附于選擇還原型NOx催化劑的還原劑的量小于預(yù)定量的條件成立后，可以指該選擇還原型NOx 催化劑的溫度上升到還原劑的脫附溫度后。并且，如果還原劑供給單元沒有異常，則增量供給了還原劑之后，NOx的凈化所需的足夠量的還原劑吸附于選擇還原型NOx催化劑，因此能維持高的NOx凈化率。另一方面， 如果還原劑供給單元有異常，則還原劑的吸附量逐漸減少，因此NOx凈化率逐漸下降。艮口， 增量供給了還原劑之后，易于檢測NOx凈化率的下降，因此可進(jìn)行高精度的異常判斷。在本發(fā)明中，具有推測單元，推測來自上述還原劑供給單元的還原劑的供給量達(dá)到允許范圍的下限值時的NOx凈化率的變化，上述預(yù)定時間，可以是從通過上述吸附判斷單元檢測到還原劑的供給到上述推測單元推測出的NOx凈化率下降到閾值為止所需的時間。推測單元也可以推測在假設(shè)還原劑供給單元處于正常和異常交界的情況下NOx 凈化率的變化。將該推測值下降到閾值所需的時間作為預(yù)定時間。閾值可以設(shè)為還原劑供給單元有異常時的NOx凈化率。由此，可以設(shè)定進(jìn)行還原劑供給單元的異常判斷的時期。 即，由于通過推測單元推測出的NOx凈化率是下限值，因此如果經(jīng)過預(yù)定時間時的實際的 NOx凈化率低于該值，則可判斷為還原劑供給單元有異常。此外，上述推測單元也可以將上述選擇還原型NOx催化劑中的還原劑的吸附量的初始值設(shè)為0來推測NOx凈化率。在此，通過推測選擇還原型NOx催化劑中的還原劑的吸附量，能夠推測NOx凈化率。假設(shè)還原劑的吸附量的初始值為0時，增量供給了還原劑之后，還原劑的吸附量下降到閾值所需的時間變短，因此上述預(yù)定時間變短。因此，在還原劑的吸附量的初始值是比0 大的值時，即使在判斷為還原劑供給單元異常的情況下，也存在判斷為沒有異常的情況。但是，實際的NOx凈化率為閾值以上，因此NOx能夠充分凈化。這種情況下，通過判斷為還原劑供給單元沒有異常，可進(jìn)行與實際的NOx凈化率對應(yīng)的異常判斷。在本發(fā)明中，上述異常判斷單元，在經(jīng)過上述預(yù)定時間時由上述凈化率計算單元算出的NOx凈化率低于閾值時，可判斷為上述還原劑供給單元有異常。閾值可以設(shè)為還原劑供給單元有異常時的NOx凈化率。即，只要經(jīng)過預(yù)定時間時的NOx凈化率低于閾值，就可判斷為無法從還原劑供給單元供給足夠量的還原劑。在本發(fā)明中，上述異常判斷單元，根據(jù)由上述供給量計算單元算出的量的還原劑的供給開始時的NOx凈化率和經(jīng)過上述預(yù)定時間時的NOx凈化率，求出NOx凈化率的下降程度，當(dāng)該NOx凈化率的下降程度大于閾值時，判斷為上述還原劑供給單元有異常。在此，當(dāng)還原劑的吸附量充分時，即使選擇還原型NOx催化劑已老化，NOx凈化率也基本恒定，當(dāng)還原劑的吸附量不充分時，NOx凈化率下降。并且，還原劑的供給量越少， NOx凈化率的下降程度越大。即，根據(jù)NOx凈化率的下降程度，能夠判斷還原劑供給單元的異常。此外，也可以根據(jù)由供給量計算單元算出的量的還原劑的供給開始時的NOx凈化率、 與經(jīng)過預(yù)定時間時的NOx凈化率的差或比，來判斷還原劑供給單元的異常。在本發(fā)明中，上述下游側(cè)NOx量檢測單元也檢測還原劑量，上述凈化率計算單元將由上述下游側(cè)NOx量檢測單元檢測出的還原劑量作為NOx量來計算NOx凈化率，具有反饋控制單元，根據(jù)上述NOx凈化率，進(jìn)行由上述還原劑供給單元供給的還原劑量的反饋控制，在通過上述異常判斷單元判斷為上述還原劑供給單元有異常的情況下，當(dāng)通過上述反饋控制單元使還原劑供給量比基準(zhǔn)值減少時，判斷為不是上述還原劑供給單元的異常，而是上述選擇還原型NOx催化劑的老化。下游側(cè)NOx量檢測單元還將還原劑量作為NOx量進(jìn)行檢測，因此當(dāng)廢氣中的還原劑量增加時，判斷為NOx凈化率下降。在此，反饋控制單元校正還原劑的供給量，以使NOx 凈化率變得更高或者在預(yù)定的范圍內(nèi)。在此，當(dāng)還原劑供給單元有異常、還原劑供給量不足時，通過增加還原劑供給量， NOx凈化率上升。另一方面，選擇還原型NOx催化劑老化導(dǎo)致還原劑的可吸附量減少時，還原劑的一部分穿透催化劑而被下游側(cè)NOx量檢測單元檢測到，因此NOx凈化率下降。在這種情況下，通過減少還原劑供給量，穿透催化劑的還原劑減少，因此NOx凈化率上升。進(jìn)行這種反饋控制時，即使在選擇還原型NOx催化劑老化時，也與還原劑供給單元異常時一樣，NOx凈化率會下降。因此，僅通過NOx凈化率難于區(qū)分還原劑供給單元的異常和選擇還原型NOx催化劑的老化。但是，反饋控制引起的還原劑供給量的校正量，在還原劑供給單元異常時是增加方向，在選擇還原型NOx催化劑老化時是減少方向。S卩，還原劑供給單元異常時，為了提高 NOx凈化率，增加還原劑的供給量。另外，當(dāng)選擇還原型NOx催化劑老化時，為了抑制還原劑的穿透，減少還原劑的供給量。根據(jù)該校正的方向，能夠區(qū)分還原劑供給單元的異常和選擇還原型NOx催化劑的老化。并且，為了完成上述課題，本發(fā)明的廢氣凈化裝置的異常檢測方法采用了以下方法。即，本發(fā)明的廢氣凈化裝置的異常檢測方法的特征在于，包括第一工序，向內(nèi)燃機(jī)的廢氣通路上設(shè)置的選擇還原型NOx催化劑供給僅吸附預(yù)定量以上的還原劑的還原劑；第二工序，供給在上述第一工序后還原廢氣中的NOx所需的量的還原劑；和第三工序，根據(jù)從上述第二工序開始經(jīng)過預(yù)定時間時的NOx凈化率，判斷還原劑的供給不足。此外，上述第一工序可以如下進(jìn)行在上述選擇還原型NOx催化劑的溫度上升到還原劑的脫附溫度后，與小于該脫附溫度時相比增量供給還原劑。并且，在上述第三工序中，當(dāng)NOx凈化率低于閾值時，判斷為發(fā)生了還原劑的供給不足。根據(jù)本發(fā)明，能夠迅速判斷供給到選擇還原型NOx催化劑的還原劑量是否不足。


7
圖1是表示實施例的內(nèi)燃機(jī)及其廢氣系統(tǒng)的概略構(gòu)成的圖。圖2是表示在來自催化劑的氨脫附后供給尿素時由第二 NOx傳感器測定的NOx濃度的變化的圖。圖3是表示催化劑中的氨吸附量與NOx凈化率的關(guān)系的圖。圖4是表示NOx凈化率的變化的圖。圖5表示用于推測NOx凈化率的框圖。圖6是表示氨的吸附量與NOx凈化率的關(guān)系的圖。圖7是表示判斷實施例1中的噴射閥的異常的流程的流程圖。圖8是表示未進(jìn)行尿素供給量的反饋控制時的NOx凈化率的變化的時間圖。圖9是表示進(jìn)行尿素供給量的反饋控制時的NOx凈化率及尿素供給量的反饋值 (校正系數(shù))的變化的時間圖。圖10是表示判斷實施例2中的噴射閥的異常的流程的流程圖。
標(biāo)記說明
1內(nèi)燃機(jī)
2廢氣通路
3選擇還原型NOx催化劑
4噴射閥
5分散板
6第一 NOx傳感器
7第一溫度傳感器
8第NOx傳感器
9第二溫度傳感器
10ECU
11油門
12油門開度傳感器
13曲軸位置傳感器
具體實施例方式以下參照

本發(fā)明的廢氣凈化裝置的異常檢測裝置的具體實施方式
。實施例1圖1是表示本實施例的內(nèi)燃機(jī)及其廢氣系統(tǒng)的概略構(gòu)成的圖。圖1所示的內(nèi)燃機(jī) 1是具有4個汽缸的水冷式四沖程柴油機(jī)。內(nèi)燃機(jī)1與廢氣通路2連接。該廢氣通路2的中途具有選擇還原型NOx催化劑 3(以下稱為催化劑幻。并且，在催化劑3上游的廢氣通路2上，安裝有向廢氣中噴射尿素的噴射閥4。噴射閥4根據(jù)來自后述的ECUlO的信號開閥并向廢氣中供給尿素。此外，在本實施例中，噴射閥4相當(dāng)于本發(fā)明中的還原劑供給單元。在噴射閥4下游設(shè)有分散板5，其用于通過使尿素沖撞而使該尿素分散到大的范圍。該分散板5例如是相對于廢氣的流動方向設(shè)置成直角的板，可以使用開了多個孔的板。 另外，也可以采用金屬網(wǎng)。
從噴射閥4噴射出的尿素，由于廢氣的熱量而水解為氨(ammonia)，吸附于催化劑 3。該氨使NOx還原。此外，在分散板5的下游、且催化劑3的上游，也可以設(shè)置水解催化劑。在噴射閥4上游的廢氣通路2中，安裝有用于測定廢氣中的NOx濃度的第一 NOx傳感器6及用于測定廢氣溫度的第一溫度傳感器7。并且，在催化劑3下游的廢氣通路2中， 安裝有用于測定廢氣中的NOx濃度的第二 NOx傳感器8及用于測定廢氣溫度的第二溫度傳感器9。此外，第一 NOx傳感器6及第二 NOx傳感器8還與NOx —樣地檢測氨，因此當(dāng)廢氣中的氨濃度高時，檢測出NOx濃度高。并且，根據(jù)由各傳感器得到的NOx濃度和廢氣的流量， 也能夠算出NOx量。第一 NOx傳感器6及第二 NOx傳感器8也可以設(shè)為測定NOx量的傳感器。即，在本實施方式中，第一 NOx傳感器6相當(dāng)于本發(fā)明中的上游側(cè)NOx量檢測單元。另外，在本實施例中，第二 NOx傳感器8相當(dāng)于本發(fā)明中的下游側(cè)NOx量檢測單元。上述構(gòu)成的內(nèi)燃機(jī)1中，同時設(shè)置有用于控制該內(nèi)燃機(jī)1的電子控制單元ECU10。 該ECUlO是根據(jù)內(nèi)燃機(jī)1的運轉(zhuǎn)條件、駕駛員的要求來控制內(nèi)燃機(jī)1、廢氣凈化裝置的單元。并且，E⑶10，除了連接上述傳感器外，還通過電布線連接輸出駕駛員踩踏油門11 的量所對應(yīng)的電信號而可檢測內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷的油門開度傳感器12、及檢測內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的曲軸位置傳感器13，這些各種傳感器的輸出信號被輸入到ECU10。另一方面，E⑶10借助電布線與噴射閥4連接，通過該E⑶10控制噴射閥4的開關(guān)時期。E⑶10算出催化劑3中的NOx凈化率。首先，求出由第一 NOx傳感器6得到的NOx 量與由第二 NOx傳感器8得到的NOx量的差。該差是被催化劑3凈化的NOx量。并且，通過用被催化劑3凈化的NOx量除以由第一 NOx傳感器6得到的NOx量，能得到NOx凈化率。 并且，在本實施例中，計算NOx凈化率的ECUlO相當(dāng)于本發(fā)明中的凈化率計算單元。并且，在本實施例中，在判斷為吸附于催化劑3的氨量不充分的情況下，為了迅速增加吸附于催化劑的氨量，增量供給尿素。并且，根據(jù)之后的催化劑3中的NOx凈化率，判斷氨的供給異常。此外，當(dāng)具有捕集廢氣中的PM的過濾器時，在進(jìn)行了提高過濾器的溫度而使PM氧化的過濾器的再生的情況下，可判斷為吸附于催化劑3的氨量不充分。另外，當(dāng)具有吸儲還原型NOx催化劑時，在進(jìn)行了用于消除硫中毒的控制的情況下，可判斷為吸附于催化劑3的氨量不充分。進(jìn)而，在進(jìn)行了用于使催化劑3的溫度迅速上升的升溫控制的情況下，可判斷為吸附于催化劑3的氨量不充分。在此，吸附于催化劑3的氨，在該催化劑3的溫度升高時，從該催化劑3脫附。過濾器再生時、消除硫中毒時、催化劑3升溫時，由于催化劑3的溫度升高，因此氨脫附。之后，為了使NOx凈化率迅速恢復(fù)，與平常相比增加氨的供給。由此，催化劑3在短時間內(nèi)吸附較多的氨，因此能夠迅速提高NOx凈化率。在本實施例中，在這樣進(jìn)行了使氨較多地被吸附的處理后，立即判斷氨的供給異常。此外，即使在為了 NOx還原而供給通常量的氨的情況下，只要較多的氨吸附于催化劑3，也可以進(jìn)行氨的供給異常的判斷。即，為了使催化劑3吸附較多的氨，只要是ECUlO控制了噴射閥4之后即可。例如，在假設(shè)噴射閥4沒有異常的情況下，只要是進(jìn)行了預(yù)定量以上的氨可由催化劑3吸附的控制之后即可。并且，在本實施例中，判斷是否進(jìn)行了預(yù)定量以上的氨可被催化劑3吸附的控制的ECU10，相當(dāng)于本發(fā)明中的吸附判斷單元。在此，本實施例中的氨的供給異常，是指相對于由ECUlO算出的氨供給量(以下稱為指令值)，實際的供給量少的情況。其中，除了噴射閥4的故障外，包括向噴射閥4輸送尿素的裝置(泵、箱、通路等)的異常。另外，以下也將包括這些異常在內(nèi)的異常稱為噴射閥 4的異常。圖2是表示在來自催化劑3的氨脫附后供給尿素時由第二 NOx傳感器8測定的 NOx濃度的變化的圖。圖2表示噴射閥4無異常時催化劑3的溫度為200°C的情況。還表示未進(jìn)行增量供給尿素的控制的情況。尿素噴射開始后，吸附于催化劑3的氨量逐漸增加，NOx的凈化率與之相應(yīng)地升高。即，催化劑3下游的NOx濃度逐漸下降。即使在尿素噴射過程中，NOx也在催化劑3中被還原，因此其對應(yīng)部分的氨被消耗。因此，到NOx凈化率升高為止需要時間。在本實施例中，催化劑3吸附的氨脫附后，使尿素的供給量比平常增加，由此使催化劑3吸附的氨量迅速增加。即，通過使尿素的供給量比平常增加，與圖2所示的情況相比，由第二 NOx傳感器8 測定的NOx濃度迅速下降。該尿素的增量可以通過增加每單位時間的噴射量來進(jìn)行，也可以通過在間歇性噴射尿素時延長尿素的噴射時間、或縮短噴射停止時間來進(jìn)行。而且，當(dāng)噴射閥4有異常時，催化劑3下游的NOx濃度的下降程度變小。并且，在本實施例中，當(dāng)預(yù)定量以上的氨吸附于催化劑3時，根據(jù)流入到催化劑3 的NOx量，決定尿素的供給量。即，根據(jù)用于還原NOx而消耗的氨量來供給尿素。將此時的供給量稱為通常的供給量。如果噴射閥4無異常，則消耗的氨量與新吸附的氨量相同，因此催化劑3總是吸附有一定量的氨。并且，在本實施例中，根據(jù)流入催化劑3中的NOx量計算尿素的供給量的ECU10，相當(dāng)于本發(fā)明中的供給量計算單元。但是，當(dāng)噴射閥4有異常時，只能供給比指令值少的尿素，因此相對于消耗的氨量，新吸附的氨量變少。因此，即使從噴射閥4供給尿素，吸附于催化劑3的氨量也逐漸下降。由此，催化劑3中的NOx凈化率逐漸降低。圖3是表示催化劑3中的氨吸附量與NOx凈化率的關(guān)系的圖。催化劑3吸附的氨量越多，則NOx凈化率越高，催化劑3吸附的氨量越少，則NOx凈化率越低。因此，當(dāng)吸附于催化劑3的氨量減少時，通過增加尿素的供給量可迅速增加氨的吸附量。之后，在噴射閥4正常時，由于根據(jù)所消耗的氨來供給新的氨，因此NOx凈化率能維持在高的狀態(tài)。另一方面，當(dāng)噴射閥4有異常時，尿素的供給量比指令值少，因此即使在剛增量供給了尿素之后 (剛吸附氨之后)，氨的吸附量也少。但通過增量供給尿素，在剛供給之后，能夠確保在作為允許范圍的下限值的閾值以上的NOx凈化率。但是，在之后的尿素供給中，尿素相對于NOx 量的供給量不足，因此氨的吸附量逐漸降低，經(jīng)過預(yù)定時間時，NOx凈化率變得比閾值低。因此，通過比較催化劑3剛吸附氨后的NOx凈化率和經(jīng)過預(yù)定時間時的NOx凈化率，能夠判斷噴射閥4的異常。該預(yù)定時間可以設(shè)為從尿素的增量供給剛結(jié)束之后或通常的供給量下的供給開始時到噴射閥4的異常的影響體現(xiàn)在NOx凈化率上為止的時間。該預(yù)定時間可以通過實驗等求出最佳值?；蛘?，也可以僅僅設(shè)為預(yù)定的值。并且，也可以根據(jù)由剛進(jìn)行了尿素的增量供給之后的NOx凈化率和經(jīng)過預(yù)定時間時的NOx凈化率而得到的NOx凈化率的下降程度來判斷噴射閥4的異常。例如，當(dāng)NOx凈化率的下降程度為閾值以上時，可判斷為噴射閥4有異常。并且，可以根據(jù)NOx凈化率的下降程度，求出來自噴射閥4的尿素的供給量的減少程度。另外，也可以僅通過剛進(jìn)行了尿素的增量供給之后經(jīng)過預(yù)定時間時的NOx凈化率來判斷噴射閥4的異常。S卩，當(dāng)經(jīng)過預(yù)定時間時的NOx凈化率低于閾值時，可判斷為噴射閥4有異常。在本實施例中，進(jìn)行這些判斷的 ECUlO相當(dāng)于本發(fā)明中的異常判斷單元。圖4是表示NOx凈化率的變化的圖。實線表示噴射閥4正常的情況，一點劃線表示噴射閥4異常的情況。二點劃線表示噴射閥4雖然正常、但尿素的供給量達(dá)到允許范圍的下限值的情況。二點劃線也可以是噴射閥4處于正常和異常的交界時的NOx凈化率的變化。閾值是NOx凈化率的允許范圍的下限值。在A到B為止的期間內(nèi)，從噴射閥4增量供給尿素，在B所示的時間之后，以通常的供給量供給尿素。B到C為止的期間是上述預(yù)定時間。S卩，假設(shè)尿素的供給量達(dá)到允許范圍的下限值時的NOx凈化率達(dá)到閾值的時期， 是預(yù)定時間的結(jié)束。在噴射閥4正常、但尿素的供給量達(dá)到允許范圍的下限值時的NOx凈化率的變化，可通過推測吸附于催化劑3的氨量而得到。另外，也以可通過實驗而得到。艮口， 如果從尿素的增量供給結(jié)束時開始到經(jīng)過了預(yù)定時間時的實際的NOx凈化率低于閾值，則可判斷為噴射閥4異常。此外，在催化劑3老化的情況下，即使尿素的供給量足夠多，催化劑3也難以吸附氨。即，尿素的增量供給剛結(jié)束之后，NOx凈化率低，且之后NOx凈化率為低的恒定值的狀態(tài)。而即使在催化劑3老化時，只要根據(jù)NOx量供給尿素，就能夠得到高于閾值的NOx凈化率。即，根據(jù)NOx凈化率能夠區(qū)分噴射閥4異常的情況和催化劑3老化的情況。圖5表示用于推測NOx凈化率的框圖。該NOx凈化率是噴射閥4正常但尿素的供給量達(dá)到允許范圍的下限值時的NOx凈化率。另外，也可以設(shè)為噴射閥4處于正常和異常的交界時的NOx凈化率的推測值。供給量指令值是指由ECUlO算出的尿素的供給量。異常系數(shù)是指噴射閥4異常時的供給量相對于新品時的供給量的比。該異常系數(shù)取決于根據(jù)什么程度的供給量的下降判斷為噴射閥4的異常。該異常時的尿素的供給量可以設(shè)為允許范圍的下限值。即，通過用供給量指令值乘以異常系數(shù)，能得到噴射閥4正常但尿素的供給量達(dá)到允許范圍的下限值時的供給量。該異常時的氨供給量在圖5中表示為“供給氨”。異常系數(shù)是根據(jù)內(nèi)燃機(jī)1的種類、廢氣凈化系統(tǒng)的種類而不同的值。圖5中的加入的NOx量是指流入到催化劑3中的NOx量。另外，氨換算系數(shù)是指用于還原每單位質(zhì)量的NOx所需的氨量。即，通過用加入的NOx量乘以氨換算系數(shù)，能求出用于還原該加入的NOx量所需的氨量。凈化效率映射是指將氨的吸附量與NOx凈化率的關(guān)系映射化。在此，圖6是表示氨的吸附量與NOx凈化率的關(guān)系的圖。該關(guān)系可通過實驗等得到。吸附量越多，NOx凈化率越高，但升高的程度變小。并且，與NOx凈化率對應(yīng)的氨被消耗。即，在催化劑3中，與加入的NOx量及凈化率映射對應(yīng)的量的氨被實際消耗。在圖5中該實際的氨消耗量以“消耗氨”表示。圖5中的吸附量是指吸附于催化劑3的氨量。在此，吸附量隨著“供給氨”和“消耗氨”而變化。即，通過將過去的吸附量加上“供給氨”并減去“消耗氨”，可算出現(xiàn)階段的吸附量。另外，推測凈化率是指現(xiàn)階段的NOx凈化率的推測值。即，根據(jù)吸附量和凈化率映射，推測現(xiàn)階段的NOx凈化率。
通過該推測凈化率，能夠得到尿素的供給量達(dá)到允許范圍的下限值時的NOx凈化率的變化。并且，在本實施例中，這樣推測NOx凈化率的ECU10，相當(dāng)于本發(fā)明中的推測單元。此外，在計算推測凈化率時，也可以假設(shè)內(nèi)燃機(jī)1起動時的催化劑3未吸附氨。即， 可以將圖5中的吸附量的初始值設(shè)為0。由此，對于廢氣凈化，以條件最差的狀態(tài)進(jìn)行推測。 在此，當(dāng)噴射閥4沒有異常時，保持催化劑3以一定程度吸附氨的狀態(tài)。并且，內(nèi)燃機(jī)1起動時也存在氨以一定程度被吸附的情況。在本實施例中，無論吸附量的實際的初始值是怎樣的值，只要條件成立，就執(zhí)行尿素的增量供給。在此，通過將吸附量的初始值設(shè)為0，與實際的吸附量大于0時相比，NOx凈化率下降到閾值為止所需的時間縮短。即，圖4中從B到C的時間縮短，因此進(jìn)行噴射閥4 的異常判斷的時期提前。這樣一來，即使噴射閥4有異常，也有可能在實際的NOx凈化率達(dá)到閾值之前變?yōu)檫M(jìn)行異常判斷的時期。這種情況下，判斷為噴射閥4沒有異常，但實際的 NOx凈化率比閾值高，因此在廢氣凈化方面沒有問題。并且，圖5所示的框圖中推測NOx凈化率只是為了得到進(jìn)行異常判斷的時期，因此無需正確求出實際的NOx凈化率。即，當(dāng)吸附量的初始值是0時，對于廢氣凈化而言是條件最差的狀態(tài)，但此時只要實際的NOx凈化率在閾值以上，就可判斷為噴射閥4無異常。并且，圖4中從B到C的時間變短，因此可更早地判斷噴射閥4的異常。圖7是表示判斷本實施例中的噴射閥4的異常的流程的流程圖。本程序每一定期間執(zhí)行一次。在步驟SlOl中，判斷是否進(jìn)行了從噴射閥4增量供給尿素的控制。即，判斷是否變?yōu)榱艘欢ǔ潭鹊陌蔽接诖呋瘎?的狀態(tài)。在步驟SlOl中，當(dāng)作出肯定判斷時，前進(jìn)到步驟S102，當(dāng)作出否定判斷時，結(jié)束本程序。在步驟S102中，判斷從噴射閥4增量供給尿素的控制結(jié)束后，是否經(jīng)過了預(yù)定時間。即，當(dāng)噴射閥4有異常時，判斷是否經(jīng)過了該異常的影響體現(xiàn)在NOx凈化率上為止的時間。即，判斷是否變?yōu)榱藞D4中C所示的時期。在步驟S102中，當(dāng)作出肯定判斷時，前進(jìn)到步驟S103，當(dāng)作出否定判斷時，再次執(zhí)行步驟S102。在步驟S103中，判斷實際的NOx凈化率是否為閾值以上。實際的NOx凈化率由第一 NOx傳感器6和第二 NOx傳感器8計算。在步驟S103中作出肯定判斷時，在步驟S104 中存儲為噴射閥4正常。在步驟S103中作出否定判斷時，在步驟S105中存儲為噴射閥異常。如上所述，根據(jù)本實施例，能夠通過NOx凈化率的變化判斷噴射閥4的異常。即，能夠判斷尿素的供給不足。此時，能與催化劑3的老化相區(qū)別。并且，由于可利用現(xiàn)有的NOx 傳感器進(jìn)行判斷，因此無需另行增設(shè)裝置。而且，在判斷噴射閥4的異常時，無需特別的運轉(zhuǎn)條件，因此可迅速地進(jìn)行判斷。此外，在本實施例中，說明了使用氨作為還原劑的選擇還原型NOx催化劑，但對于使用其他還原劑(例如HC)的選擇還原型NOx催化劑也同樣可以應(yīng)用。實施例2在本實施例中，反饋控制尿素的供給量時，確定發(fā)生了噴射閥4的異常和催化劑3 的老化中的哪一種。
在此，催化劑3的老化程度越高，該催化劑3吸附的氨量越減少，因此未被該催化劑3吸附而穿透的氨量變多。并且，在第二 NOx傳感器8中，檢測NOx及氨。S卩，隨著催化劑3的不斷老化，穿透催化劑3的氨變多，因此第二 NOx傳感器8的輸出值變大。這樣一來， 由E⑶算出的表觀上的NOx凈化率下降。并且，在本實施例中，反饋控制尿素供給量，以使NOx凈化率達(dá)到最高。該尿素供給量的反饋控制例如如下進(jìn)行。在此，無論NOx穿透催化劑3或氨穿透催化劑3，第二 NOx 傳感器8的輸出值都變大。因此，無論NOx穿透催化劑3或氨穿透催化劑3，NOx凈化率均降低。在此，當(dāng)催化劑3未老化時，考慮實際供給的氨量相對于用于完全還原流入到催化劑3中的NOx量所需的氨量的比(以下稱為供給比)。在催化劑3未老化、且供給比為1 時，供給NOx的還原所需的足夠量的氨，因此NOx凈化率達(dá)到最高。并且，供給比與1相比越小，因氨不足而未被還原的NOx量越多，因此第二 NOx傳感器8檢測出的NOx量增加。由此，NOx凈化率下降。另外，供給比與1相比越大，由于氨過多，穿透催化劑3的氨量增加。 并且，氨也被第二 NOx傳感器8檢測到，因此表觀上的NOx凈化率下降。S卩，當(dāng)供給比為1 時，NOx凈化率最高，供給比與1相比越小或越大時，NOx凈化率越下降。另一方面，在催化劑3老化、且供給比為1時，因老化而未被吸附的氨穿透催化劑 3，因此第二 NOx傳感器8檢測到氨。并且，供給比與1相比越大，穿透催化劑3的氨量越多。而另一方面，供給比與1相比越小，穿透催化劑3的氨量越減少。S卩，供給比在1附近時，供給比越小，表觀上的NOx凈化率越上升。但當(dāng)供給比過小時，未被還原的NOx量的影響變大。因此，當(dāng)供給比小到一定程度時，供給比越小則NOx凈化率越下降。S卩，當(dāng)催化劑 3老化時，在小于1的供給比下，NOx凈化率達(dá)到最高。通常，供給尿素以使供給比為1。對此，當(dāng)供給比小于1時，如果NOx凈化率下降，則可判斷為催化劑3未老化，如果NOx凈化率上升，則可判斷為催化劑3老化。這樣，通過改變尿素供給量，NOx凈化率改變。并且，可判斷是尿素供給量的增加或減少中的哪一個能提高NOx凈化率，因此能夠進(jìn)行尿素供給量的反饋控制。此外，在本實施例中，進(jìn)行尿素供給量反饋控制的ECUlO相當(dāng)于本發(fā)明中的反饋控制單元。并且，根據(jù)NOx凈化率反饋控制尿素供給量時，當(dāng)噴射閥4有異常時，通過增加尿素供給量，實際的供給比接近1，因此進(jìn)行校正，以使尿素供給量增加。而另一方面，當(dāng)催化劑3老化時，在供給比小于1時，NOx凈化率達(dá)到最高，因此進(jìn)行校正，以減少尿素供給量。S卩，在噴射閥4異常時和催化劑3老化時，尿素供給量的校正方向不同，因此根據(jù)校正值可確定發(fā)生了哪一種。當(dāng)校正量是使尿素供給量增加的值時，可確定為噴射閥4有異常，當(dāng)校正量是使尿素供給量減少的值時，可確定為催化劑3已老化。此外，這樣的反饋控制僅在限定的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下可行，因此并不一定總是可以進(jìn)行反饋控制。圖8是表示未進(jìn)行尿素供給量的反饋控制時的NOx凈化率的變化的時間圖。這也是實施例1中的情況。而圖9是表示進(jìn)行尿素供給量的反饋控制時的NOx凈化率及尿素供給量的反饋值(校正系數(shù))的變化的時間圖。在圖8及圖9中，實線表示噴射閥4及催化劑3正常、但尿素的供給量達(dá)到允許范圍下限值的情況。另外，一點劃線表示噴射閥4異常且催化劑3正常的情況，二點劃線表示噴射閥4正常且催化劑3老化的情況。從B到C是實施例1中的預(yù)定時間。
在未進(jìn)行尿素供給量的反饋控制時(圖8)，在C所示的時間下，在催化劑3的老化和噴射閥4的異常下NOx凈化率明顯不同，因此僅通過該NOx凈化率就能夠區(qū)分兩者。在此，由于催化劑3老化，因此在B所示的時間附近，由于氨的穿透而表觀上的NOx凈化率下降。但之后氨的供給量變?yōu)榕cNOx量對應(yīng)的值，因此氨的穿透逐漸減少。因此，隨著時間推移NOx凈化率上升，最終為與催化劑3的老化程度對應(yīng)的值。此時的NOx凈化率比噴射閥 4異常時高。因此，當(dāng)催化劑3老化時，NOx凈化率隨時間的經(jīng)過而逐漸上升，由此可與噴射閥4異常時區(qū)分開。但是，在進(jìn)行尿素供給量的反饋控制時(圖9)，在C所示的時間下，NOx凈化率均比閾值低，因此僅以此無法區(qū)分催化劑3的老化和噴射閥4的異常。因此，關(guān)注尿素供給量的反饋值。該反饋值用于與尿素的供給量相乘。即，當(dāng)反饋值小于1時，尿素的供給量減少。另外，當(dāng)反饋值大于1時，尿素的供給量增加。S卩，當(dāng)反饋值大于1時，因氨不足而可確定為噴射閥4異常，當(dāng)反饋值小于1時，因氨穿透而可確定為催化劑3老化。圖10是表示判斷本實施例中的噴射閥4的異常的流程的流程圖。本程序每一定期間執(zhí)行一次。此外，對于進(jìn)行與圖7所示的流程相同的處理的步驟，賦予同樣的標(biāo)記并省略說明。在步驟S201中，判斷是否進(jìn)行尿素供給量的反饋控制。在步驟S201中，當(dāng)作出肯定判斷時，前進(jìn)到步驟S101，當(dāng)作出否定判斷時，圖7所示的流程就已足夠，因此結(jié)束本程序。在步驟S202中，判斷尿素供給量的校正系數(shù)是否大于1。在本步驟中，判斷尿素供給量是否增加。此外，反饋控制在通過對基準(zhǔn)值的加減來進(jìn)行時，進(jìn)行校正量是否是正值的判斷。在步驟S202中作出肯定判斷時，前進(jìn)到步驟S105，存儲為噴射閥4異常。在步驟 S202中作出否定判斷時，前進(jìn)到步驟S203，存儲為催化劑3老化。如上所述，根據(jù)本實施例，即使在進(jìn)行尿素供給量的反饋控制時，也能區(qū)分出噴射閥4的異常和催化劑3的老化。
權(quán)利要求
1.一種廢氣凈化裝置的異常檢測裝置，其特征在于，具有選擇還原型NOx催化劑，通過設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的廢氣通路上的還原劑，選擇還原NOx ； 還原劑供給單元，從所述選擇還原型NOx催化劑的上游側(cè)供給還原劑； 下游側(cè)NOx量檢測單元，檢測所述選擇還原型NOx催化劑下游的NOx量； 上游側(cè)NOx量檢測單元，檢測所述選擇還原型NOx催化劑上游的NOx量； 凈化率計算單元，根據(jù)由所述下游側(cè)NOx量檢測單元檢測出的NOx量和由所述上游側(cè) NOx量檢測單元檢測出的NOx量，計算出所述選擇還原型NOx催化劑中的NOx凈化率；吸附判斷單元，在假設(shè)所述還原劑供給單元沒有異常的情況下，判斷是否預(yù)定量以上的還原劑吸附于所述選擇還原型NOx催化劑；供給量計算單元，計算用于還原由所述上游側(cè)NOx量檢測單元檢測出的NOx量所需的還原劑供給量；和異常判斷單元，通過所述吸附判斷單元判斷為預(yù)定量以上的還原劑吸附于所述選擇還原型NOx催化劑后，開始由所述供給量計算單元計算出的量的還原劑的供給，然后根據(jù)經(jīng)過預(yù)定時間時的所述NOx凈化率，判斷所述還原劑供給單元的異常。
2.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化裝置的異常檢測裝置，其特征在于，所述吸附判斷單元，在吸附于所述選擇還原型NOx催化劑的還原劑的量少于預(yù)定量的條件成立后，只要是與該條件不成立時相比增量供給了還原劑之后，則判斷為預(yù)定量以上的還原劑吸附于所述選擇還原型NOx催化劑。
3.如權(quán)利要求1或2所述的廢氣凈化裝置的異常檢測裝置，其特征在于，具有推測單元，推測來自所述還原劑供給單元的還原劑的供給量達(dá)到允許范圍的下限值時的NOx凈化率的變化，所述預(yù)定時間，是從通過所述吸附判斷單元檢測到還原劑的供給到所述推測單元推測出的NOx凈化率下降到閾值為止所需的時間。
4.如權(quán)利要求3所述的廢氣凈化裝置的異常檢測裝置，其特征在于，所述推測單元將所述選擇還原型NOx催化劑中的還原劑的吸附量的初始值設(shè)為0來推測NOx凈化率。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的廢氣凈化裝置的異常檢測裝置，其特征在于，所述異常判斷單元，在經(jīng)過所述預(yù)定時間時由所述凈化率計算單元算出的NOx凈化率低于閾值時，判斷為所述還原劑供給單元有異常。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的廢氣凈化裝置的異常檢測裝置，其特征在于，所述異常判斷單元，根據(jù)由所述供給量計算單元算出的量的還原劑的供給開始時的NOx凈化率和經(jīng)過所述預(yù)定時間時的NOx凈化率，求出NOx凈化率的下降程度，當(dāng)該NOx凈化率的下降程度大于閾值時，判斷為所述還原劑供給單元有異常。
7.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化裝置的異常檢測裝置，其特征在于， 所述下游側(cè)NOx量檢測單元也檢測還原劑量，所述凈化率計算單元將由所述下游側(cè)NOx量檢測單元檢測出的還原劑量作為NOx量來計算NOx凈化率，具有反饋控制單元，根據(jù)所述NOx凈化率，進(jìn)行由所述還原劑供給單元供給的還原劑量的反饋控制，在通過所述異常判斷單元判斷為所述還原劑供給單元有異常的情況下，當(dāng)通過所述反饋控制單元使還原劑供給量比基準(zhǔn)值減少時，判斷為不是所述還原劑供給單元的異常，而是所述選擇還原型NOx催化劑的老化。
8.一種廢氣凈化裝置的異常檢測方法，其特征在于，包括第一工序，向內(nèi)燃機(jī)的廢氣通路上設(shè)置的選擇還原型NOx催化劑供給僅吸附預(yù)定量以上的還原劑的還原劑；第二工序，供給在所述第一工序后還原廢氣中的NOx所需的量的還原劑；和第三工序，根據(jù)從所述第二工序開始經(jīng)過預(yù)定時間時的NOx凈化率，判斷還原劑的供給不足。
9.如權(quán)利要求8所述的廢氣凈化裝置的異常檢測方法，其特征在于，所述第一工序如下進(jìn)行在所述選擇還原型NOx催化劑的溫度上升到還原劑的脫附溫度后，與小于該脫附溫度時相比增量供給還原劑。
10.如權(quán)利要求8或9所述的廢氣凈化裝置的異常檢測方法，其特征在于，在所述第三工序中，當(dāng)NOx凈化率低于閾值時，判斷為發(fā)生了還原劑的供給不足。
全文摘要
迅速判斷供給到選擇還原型NOx催化劑的還原劑量是否不足，在假設(shè)還原劑供給單元沒有異常的情況下，判斷預(yù)定量以上的還原劑吸附于選擇還原型NOx催化劑后，開始用于還原流入到選擇還原型NOx催化劑中的NOx量所需的還原劑供給量的供給，根據(jù)開始該還原劑的供給后經(jīng)過預(yù)定時間時的NOx凈化率，判斷還原劑供給單元的異常。還原劑供給單元異常時，NOx凈化率下降。
文檔編號F01N3/20GK102216579SQ200980138748
公開日2011年10月12日 申請日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者柴田大介, 澤田裕, 萩本大河, 遠(yuǎn)藤憐 申請人:豐田自動車株式會社