本發(fā)明涉及排氣凈化系統(tǒng)，尤其涉及具有對排氣中的NOx進行還原凈化的選擇性還原催化劑(以下，SCR)的排氣凈化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

以往，已知一種具有SCR的排氣凈化系統(tǒng)，該SCR以從尿素水中加水分解而生成的氨(以下稱作NH3)作為還原剤，對排氣中的NOx選擇性地進行還原凈化。在這樣的排氣凈化系統(tǒng)中，基于在SCR的排氣下游側(cè)設(shè)置的NOx傳感器的傳感器值，對尿素水噴射量進行反饋控制，以使排氣中的NOx值成為目標(biāo)值(例如，參照專利文獻1、2)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1:(日本)特開2003-293738號公報

專利文獻2:(日本)特開2013-181411號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

但是，SCR的NH3可吸附量存在隨著催化劑溫度的上升而降低的傾向。因此，若由于柴油微粒過濾器(以下稱作DPF)的強制再生等而使排氣溫度急劇上升，則可能引起所謂的NH3漏失，即NH3的一部分脫離SCR而被排放到下游側(cè)。

由于一般的NOx傳感器不能區(qū)別NOx和NH3，因此，若發(fā)生NH3漏失，則NOx傳感器會表示較高的NOx值。此外，在排氣制動工作時和急加速時等排氣流量急劇變化的狀況下，或由于排氣中的碳氫化合物(HC)的影響而在NOx傳感器的內(nèi)部處理中產(chǎn)生延遲時，存在NOx傳感器的傳感器值會比實際的NOx值臨時地急劇上升的情況。

因此，在基于NOx傳感器的傳感器值來反饋控制尿素水噴射量的系統(tǒng)中，有可能將NOx傳感器的傳感器值急劇上升或NH3漏失錯誤識別為過大的NOx的排出而使尿素水過度噴射。此外，在基于NOx傳感器的傳感器值進行異常診斷等的系統(tǒng)中，有可能進行停止尿素水噴射或發(fā)出異常警報等誤診斷。即，為了防止這些尿素水的過度噴射和誤診斷，重要的是高精度地判定NOx傳感器的傳感器值急劇上升是由于NOx傳感器的故障或臨時性響應(yīng)不良，還是由于NH3漏失的影響。

本發(fā)明的目的在于提供一種在NOx傳感器的傳感器值急劇上升的情況下，有效地判定NOx傳感器是否發(fā)生了故障的排氣凈化系統(tǒng)。

用于解決課題的手段

為了達到上述目的，本發(fā)明的排氣凈化系統(tǒng)是一種包括選擇性還原催化劑和NOx傳感器的排氣凈化系統(tǒng)，所述選擇性還原催化劑設(shè)置在內(nèi)燃機的排氣通道上，以從尿素水生成的氨作為還原剤，來凈化排氣中的NOx，所述NOx傳感器設(shè)置在所述排氣通道上，取得排氣中的NOx值；該排氣凈化系統(tǒng)的特征在于，包括：到達時間計量部件，對由所述NOx傳感器取得的NOx值從規(guī)定的第1判定NOx值達到比該第1判定NOx值高的規(guī)定的第2判定NOx值為止的到達時間進行計量；以及判定部件，在由所述到達時間計量部件計量的到達時間在規(guī)定的第1判定時間以下的情況下，將所述NOx傳感器判定為故障。

此外，優(yōu)選在由所述到達時間計量部件計量的到達時間在比所述第1判定時間長的規(guī)定的第2判定時間以下的情況下，所述判定部件判定在所述NOx傳感器中發(fā)生了臨時性響應(yīng)不良。

此外，優(yōu)選所述NOx傳感器被設(shè)置在比所述選擇性還原催化劑靠下游側(cè)的排氣通道上，在由所述到達時間計量部件計量的到達時間在比所述第2判定時間長的規(guī)定的第3判定時間以下的情況下，所述判定部件判定為發(fā)生了氨漏失，即所述選擇性還原催化劑中吸附的氨的至少一部分脫離。

優(yōu)選還包括：噴射控制部件，基于所述NOx傳感器的檢測值來控制對所述選擇性還原催化劑的尿素水噴射量；診斷部件，基于所述NOx傳感器的檢測值來進行異常診斷；減少部件，在所述判定部件判定為NOx傳感器的臨時性響應(yīng)不良或者氨漏失的情況下，使所述控制部件控制的尿素水噴射量減少；以及禁止部件，在所述判定部件判定為NOx傳感器的臨時性響應(yīng)不良或者氨漏失的情況下，禁止所述診斷部件的異常診斷。

此外，優(yōu)選還包括：穩(wěn)定判定部件，計算將由所述NOx傳感器在規(guī)定期間內(nèi)取得的NOx值進行了平均化后的平均NOx值，若所述平均NOx值在所述第1判定NOx值以下，則將排氣中的NOx值判定為穩(wěn)定狀態(tài)；以及判定條件計算部件，根據(jù)由所述穩(wěn)定判定部件計算的平均NOx值來計算所述第2判定NOx值。

附圖說明

圖1是表示本實施方式的排氣凈化系統(tǒng)的示意性的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是表示本實施方式的電子控制單元(ECU)的功能框圖。

圖3是用于說明本實施方式的排氣凈化系統(tǒng)對NOx傳感器的故障判定的時序圖。

圖4是用于說明本實施方式的排氣凈化系統(tǒng)對NOx傳感器的響應(yīng)不良判定的時序圖。

圖5是用于說明本實施方式的排氣凈化系統(tǒng)的NH3漏失判定的時序圖。

圖6是表示本實施方式的排氣凈化系統(tǒng)的控制內(nèi)容的一例的流程圖。

具體實施方式

以下，基于附圖說明本發(fā)明的一個實施方式的排氣凈化系統(tǒng)。對于同一部件賦予同一附圖標(biāo)記，它們的名稱和功能也相同。因此，不重復(fù)關(guān)于它們的詳細說明。

如圖1所示，在柴油引擎(以下，簡稱引擎)10的排氣岐管10b上連接有用于將排氣導(dǎo)出到大氣的排氣通道11。在該排氣通道11中，從排氣上游側(cè)起依次設(shè)有前級后處理裝置30、后級后處理裝置40等。

前級后處理裝置30在催化劑箱30a內(nèi)從上游側(cè)起依次配置氧化催化劑(以下稱作DOC)31、DPF32而構(gòu)成。此外，在比DOC31更上游側(cè)的排氣通道11中設(shè)有燃料噴射裝置(燃料添加閥)33。

燃料噴射裝置33根據(jù)從電子控制單元(以下稱作ECU)50輸入的指示信號，對排氣通道11內(nèi)噴射未燃燃料(主要是HC)。另外，在使用基于引擎10的多段噴射的遠后噴射(Post Injection)的情況下，也可以省略該燃料噴射裝置33。

DOC31，例如，通過在堇青石蜂窩結(jié)構(gòu)體等陶瓷制載體表面承載催化劑成分而形成。DOC31若通過燃料噴射裝置33或遠后噴射而被供應(yīng)HC，則會將其氧化而使排氣溫度上升。

DPF32，例如是通過將由多孔質(zhì)地的隔墻所劃分的多個單元沿著排氣的流動方向配置，并將這些單元的上游側(cè)和下游側(cè)交替進行孔封閉而形成的。DPF32將排氣中的PM捕獲在隔墻的細孔或表面，并且在PM堆積量達到規(guī)定量時，執(zhí)行將其燃燒除去的所謂強制再生。強制再生是通過燃料噴射裝置33或遠后噴射對DOC31供給未燃燃料(HC)，將流入DPF32的排氣溫度升溫到PM燃燒溫度而進行的。

后級后處理裝置40是具有被容納在箱40A內(nèi)的SCR41而構(gòu)成的。此外，在比SCR41靠上游側(cè)的排氣通道11中，設(shè)有尿素水噴射裝置60，在比SCR41靠下游側(cè)的排氣通道11中，設(shè)有NOx傳感器22。

尿素水噴射裝置60根據(jù)從ECU50輸入的指示信號使尿素添加閥61進行開閉動作，從而在比SCR41靠上游側(cè)的排氣通道11內(nèi)，噴射通過尿素水泵63從尿素水缸62內(nèi)壓送的尿素水。噴射的尿素水通過排氣熱而被加水分解從而生成為NH3，并作為還原劑被提供給下游側(cè)的SCR41。

SCR41，例如是在蜂窩結(jié)構(gòu)體等陶瓷制載體表面承載沸石等而形成的，包括由多孔質(zhì)地的隔墻劃分的多個單元。SCR41吸附作為還原剤供給的NH3，并且由吸附的NH3從通過的排氣中選擇性地還原凈化NOx。

NOx傳感器22檢測通過了SCR41的排氣中的NOx值(以下，為SCR出口NOx值NOx_OUT)。由NOx傳感器22檢測的SCR出口NOx值NOx_OUT被發(fā)送給電連接的ECU50。

ECU50用于進行引擎10和燃料噴射裝置33、尿素水噴射裝置60等的各種控制，包括公知的CPU和ROM、RAM、輸入端口、輸出端口等而構(gòu)成。此外，ECU50，如圖2所示，作為一部分功能要素而具有尿素水噴射控制部51、異常診斷部52、NOx穩(wěn)定判定部53、判定條件計算部54、實際到達時間計量部55、傳感器值上升判定部56和減少/禁止部57。這些各功能要素在本實施方式中作為包含在作為一體的硬件的ECU50中的部分進行說明，但是它們的任何一部分都可以被設(shè)置為單獨的硬件。

尿素水噴射控制部51基于從NOx傳感器22輸入的SCR出口NOx值NOx _OUT，對尿素水噴射裝置60的尿素水噴射量進行反饋控制。

若NOx傳感器22因為SCR41的NOx凈化性能的大幅降低或尿素添加閥61的故障等而檢測出異常值，則異常診斷部52執(zhí)行發(fā)出異常警報的異常診斷。

NOx穩(wěn)定判定部53基于從NOx傳感器22輸入的SCR出口NOx值NOx _OUT，判定通過了SCR41的排氣中的NOx值是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。更詳細地說，NOx穩(wěn)定判定部53通過將NOx傳感器22在規(guī)定期間內(nèi)檢測出的SCR出口NOx值NOx_OUT進行平均化，從而實時地計算該規(guī)定期間內(nèi)的平均NOx值NOx_AVE(移動平均)。然后，若計算出的平均NOx值NOx_AVE收斂到比規(guī)定的第1判定NOx值NOx₁低的穩(wěn)定NOx值范圍內(nèi)NOx₀+/-ΔNOx，則將SCR41下游的NOx值判定為穩(wěn)定狀態(tài)(參照圖3～5的時刻t0～t1)。

在由NOx穩(wěn)定判定部53判定排氣中的NOx值為穩(wěn)定狀態(tài)時，判定條件計算部54計算后述的傳感器值上升判定和噴射量減少、診斷禁止等中使用的(1)故障判定時間TIME₁、(2)響應(yīng)不良判定時間TIME₂、(3)NH3漏失判定時間TIME₃、(4)最長等待時間TIME_UP、(5)處理禁止時間TIME _ACT、(6)第2判定NOx值NOx₂。

故障判定時間TIME₁是用于判定NOx傳感器22是否發(fā)生了故障的判定條件，是根據(jù)平均NOx值NOx_AVE而計算的。響應(yīng)不良判定時間TIME₂是用于判定NOx傳感器22是否產(chǎn)生了臨時性響應(yīng)不良的判定條件，是根據(jù)平均NOx值NOx_AVE而計算的。NH3漏失判定時間TIME₃是用于判定是否從SCR41發(fā)生了NH3漏失的判定條件，是根據(jù)平均NOx值NOx_AVE而計算的。另外，故障判定時間TIME₁被設(shè)定為比響應(yīng)不良判定時間TIME₂短的時間(TIME₁＜TIME₂)，響應(yīng)不良判定時間TIME₂被設(shè)定為比NH3漏失判定時間TIME₃短的時間(TIME₂＜TIME₃)。

最長等待時間TIME_UP是用于在由NOx傳感器22檢測出的SCR出口NOx值NOx_OUT未到達第2判定NOx值NOx₂的情況下將上述各種判定條件進行初始化的等待時間，是根據(jù)平均NOx值NOx_AVE而計算的，或者被設(shè)定為預(yù)定的任意時間。處理禁止時間TIME_ACT是用于在NOx傳感器22的傳感器值急劇上升時減少尿素水噴射量并且禁止異常診斷的時間，是根據(jù)平均NOx值NOx_AVE而計算的。第2判定NOx值NOx₂是比第1判定NOx值NOx₁高的值，是根據(jù)平均NOx值NOx_AVE而計算的。另外，第2判定NOx值NOx₂也可以針對各種判定的每個而單獨設(shè)定。

實際到達時間計量部55通過ECU50內(nèi)置的定時器對由NOx傳感器22檢測出的SCR出口NOx值NOx_OUT從超過第1判定NOx值NOx₁的時刻起到達第2判定NOx值NOx₂所需的時間(參照圖3～5的時刻t1～t2)進行計量，并作為實際到達時間TIME_COUNT。

傳感器值上升判定部56基于由實際到達時間計量部55計量的實際到達時間TIME_COUNT，判定NOx傳感器22的故障和臨時性響應(yīng)不良以及NH3漏失的發(fā)生。更詳細地說，若實際到達時間TIME_COUNT為故障判定時間TIME₁以下(參照圖3)，則將NOx傳感器22判定為故障。此外，若實際到達時間TIME_COUNT比故障判定時間TIME₁長，并且在響應(yīng)不良判定時間TIME₂以下(參照圖4)，則判定NOx傳感器22中發(fā)生了臨時性響應(yīng)不良。此外，若實際到達時間TIME_COUNT比響應(yīng)不良判定時間TIME₂長，并且在NH3漏失判定時間TIME₃以下(參照圖5)，則判定為發(fā)生了NH3漏失。

在由傳感器值上升判定部56判定在NOx傳感器22中發(fā)生了臨時性響應(yīng)不良或NH3漏失的情況下，在SCR出口NOx值NOx_OUT超過第2判定NOx值NOx₂的時刻起直到經(jīng)過處理禁止時間TIME_ACT為止(參照圖4、5的時刻t2～t3)，減少/禁止部57使尿素水噴射控制部51控制的尿素水噴射量減少，并且禁止異常診斷部52的異常診斷。

接著，基于圖6，說明本實施方式的排氣凈化系統(tǒng)的控制流程。另外，圖6的流程與尿素水噴射控制部51的尿素水噴射控制以及異常診斷部52的異常診斷并行執(zhí)行。

在步驟(以下，將步驟簡單記作S)100中，基于將NOx傳感器22在規(guī)定期間內(nèi)檢測出的SCR出口NOx值NOx_OUT進行了移動平均后的平均NOx值NOx_AVE，判定SCR41下游的NOx值是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。在平均NOx值NOx_AVE收斂到穩(wěn)定NOx值范圍內(nèi)NOx₀+/-ΔNOx的情況下(是)，SCR41下游的NOx值被判定為穩(wěn)定狀態(tài)，本控制進入S110。

在S110中，基于由S100計算出的穩(wěn)定狀態(tài)的平均NOx值NOx_AVE，計算進行傳感器值上升判定或噴射量減少、診斷禁止等所要使用的(1)故障判定時間TIME₁、(2)響應(yīng)不良判定時間TIME₂、(3)NH3漏失判定時間TIME₃、(4)最長等待時間TIME_UP、(5)處理禁止時間TIME_ACT、(6)第2判定NOx值NOx₂。

在S120中，判定由NOx傳感器22檢測出的SCR出口NOx值NOx_OUT是否超過了第1判定NOx值NOx₁。在SCR出口NOx值NOx_OUT超過了第1判定NOx值NOx₁的情況下(是)，開始定時器的計時并進入S130。

在S130中，判定由NOx傳感器22檢測出的SCR出口NOx值NOx_OUT是否達到了第2判定NOx值NOx₂。在SCR出口NOx值NOx_OUT沒有達到第2判定NOx值NOx₂的情況下(否)，進入S140。

在S140中，判定從S120開始的定時器的計時時間TIME₄是否達到了最長等待時間TIME_UP。在計時時間TIME₄達到了最長等待時間TIME_UP的情況下(是)，由于是緩慢的NOx上升、NOx傳感器22的傳感器值可信，因此本控制進入S400，將在S110中計算出的各種判定條件初始化后返回。

在S130中，SCR出口NOx值NOx_OUT達到了第2判定NOx值NOx₂的情況下(是)，進入S200。在S200中，判定SCR出口NOx值NOx_OUT從超過第1判定NOx值NOx₁的時刻起至到達第2判定NOx值NOx₂所需的實際到達時間TIME_COUNT是否在故障判定時間TIME₁以下。在實際到達時間TIME_COUNT在故障判定時間TIME₁以下的情況下(是)，進入S210，并將NOx傳感器22判定為故障。另一方面，在S200中實際到達時間TIME_COUNT比故障判定時間TIME₁長的情況下(否)，進入S220。

在S220中，判定實際到達時間TIME_COUNT是否在響應(yīng)不良判定時間TIME₂以下。在實際到達時間TIME_COUNT在響應(yīng)不良判定時間TIME₂以下的情況下(是)，進入S230，并將NOx傳感器22判定為臨時性響應(yīng)不良故障。然后，本控制進入S300，從S130的時刻起到經(jīng)過處理禁止時間TIME_ACT為止，使尿素水噴射量減少并禁止異常診斷，進而，進入S400，并將在S110中計算出的各種判定條件進行初始化后返回。另一方面，在S220中實際到達時間TIME_ACT比故障判定時間TIME₁長的情況下(否)，進入S240。

在S240中，判定實際到達時間TIME_COUNT是否在NH3漏失判定時間TIME₃以下。在實際到達時間TIME_COUNT在NH3漏失判定時間TIME₃以下的情況下(是)，進入S250，并判定為發(fā)生了NH3漏失。然后，本控制進入S310，從S130的時刻起到經(jīng)過處理禁止時間TIME_ACT為止，使尿素水噴射量減少并禁止異常診斷，進而，進入S400，將在S110中計算出的各種判定條件進行初始化后返回。另一方面，在S240中實際到達時間TIME_ACT比NH3漏失判定時間TIME₃長的情況下(否)，由于沒有發(fā)生NH3漏失、并且NOx傳感器22的傳感器值可信，因此本控制進入S400，將在S110中計算出的各種判定條件進行初始化后返回。

接著，說明本實施方式的排氣凈化系統(tǒng)的作用效果。

一般，由于NOx傳感器22無法區(qū)別NOx和NH3，因此，若產(chǎn)生NH3漏失，則NOx傳感器22表示較高的NOx值。此外，若由于排氣流量的急劇變化或排氣中的HC的影響而在NOx傳感器22的內(nèi)部處理中產(chǎn)生延遲，則存在NOx傳感器22的傳感器值比實際的NOx值臨時急劇上升的情況。因此，在基于NOx傳感器22的傳感器值對尿素水噴射量進行反饋控制的系統(tǒng)中，有可能由于過度的尿素水噴射而使NH3漏失惡化。此外，在基于NOx傳感器22的傳感器值進行異常診斷的系統(tǒng)中，有可能進行停止尿素水噴射或發(fā)出異常警報等誤診斷。

本實施方式的排氣凈化系統(tǒng)對NOx傳感器22的傳感器值從第1判定NOx值NOx₁急劇上升到第2判定NOx值NOx₂時的實際到達時間TIME_COUNT進行計量，若實際到達時間TIME_COUNT在故障判定時間TIME₁以下，則判定為NOx傳感器22故障，若在響應(yīng)不良判定時間TIME₂以下，則判定為NOx傳感器22的臨時性響應(yīng)不良，若在NH3漏失判定時間TIME₃以下，則判定為NH3漏失。然后，在臨時性響應(yīng)不良和NH3漏失的情況下，構(gòu)成為在規(guī)定期間經(jīng)過為止，使尿素水噴射量減少并且禁止異常診斷。

因此，能夠有效地判定NOx傳感器22的故障和臨時性響應(yīng)不良、NH3漏失，并且能夠有效地防止NOx傳感器22的臨時性響應(yīng)不良和NH3漏失發(fā)生時的尿素水過度噴射以及誤診斷。此外，由于防止了尿素水過度噴射，因此能夠有效地抑制由尿素水附著等引起的排氣管腐食和SCR41的性能劣化等。

另外，本發(fā)明不限定于上述實施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，能夠適當(dāng)?shù)刈冃魏髮嵤?/p>

例如，雖然假設(shè)尿素水噴射量的減少和異常診斷的禁止被持續(xù)到經(jīng)過處理禁止時間TIME_ACT為止，但也可以構(gòu)成為維持這些減少以及禁止直到NOx傳感器22的傳感器值穩(wěn)定在規(guī)定值為止。此外，關(guān)于故障判定和響應(yīng)不良判定，NOx22也可以應(yīng)用于設(shè)置在SCR41上游的系統(tǒng)。此外，引擎10不限定于柴油引擎，也可以廣泛應(yīng)用于汽油引擎等其他的內(nèi)燃機。