NOx传感器的异常诊断装置的制作方法

专利名称：NOx传感器的异常诊断装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及NOx传感器的异常诊断装置，特别是涉及用于设置在吸藏 还原型NOx催化剂的下游侧的NOx传感器的异常诊断的装置。
背景技术：
一般而言，作为配置于柴油发动机和稀燃汽油发动机等的内燃机的排 气系统的排气净化装置，已知有用于净化排气中所包含的NOx(氮氧化物) 的NOx催化剂。作为该NOx催化剂已知有各种类型，其中，吸藏、去除 排气中的NOx的吸藏还原型NOx催化剂(NSR: NOx Storage Reduction ) 是公知的。吸藏还原型NOx催化剂具有吸收释放NOx的作用，即，在所 供给的排气的空燃比比预定值(典型的是理论空然比)稀(即，氧气过剩 气氛)时吸藏排气中的NOx，在所供给的排气的空燃比比预定值浓(即， 氧气不足气氛)时释放所吸藏的NOx并还原为N2。
若吸藏还原型NOx催化剂吸藏NOx到饱和状态即充满(吸满)时， 则NOx催化剂变得不能再吸藏更多的NOx。因此，在适宜的时间间隔内， 进行向NOx催化剂供给还原剂，使NOx催化剂处于氧气不足的气氛下， 并从NOx催化剂中使吸藏NOx释放以使NOx催化剂的NOx吸藏能力恢 复。这称为NOx再生。
例如为了决定该NOx再生的开始和结束的时刻(定时，timing)，而 在NOx催化剂的下游侧设置检测排气中的NOx浓度的NOx传感器。例如， 若NOx催化剂吸藏NOx直到充满，则NOx会泄漏到催化剂下游侧，因此 在NOx传感器检测到该泄漏的NOx时开始NOx再生即可。另外，可认为 在NOx再生中由NOx传感器检测出的检测NOx浓度充分降低了时吸藏NOx全部被^^放，因此结束NOx再生即可。
然而，例如在搭载于汽车的发动机的情况下，为了将在排气恶化的状 态下的行驶防患于未然，各国的法规等也要求在车载状态(在车上， on-board)下检测催化剂、传感器等的异常。对于催化剂的异常检测已经 存在比较多的技术。然而，如上所述，现状是关于设置在NOx催化剂的下 游侧的NOx传感器的异常检测未发现有效的技术。特别是排气限制日趋严 格的当今，不仅单纯的断线等的故障，也要求对与劣化等相关的传感器输 出的正确性(rationality)进行正确地检测，因此与此对应的彻底的对策是 必要的。
作为该NOx传感器的异常诊断方法，例如，可考虑在相同位置设置多 个NOx传感器并将它们的检测值相对地进行比较，或拆下NOx传感器用 固定式分析4义进行检查的方法。然而，前者的情况成本高，而后者的情况 在车上诊断是不可能的。
在日本特开2003-120399号公报中，爿^开有在NOx吸收剂的下游侧设 置的NOx传感器的异常检测装置。强制地使到达NOx传感器的排气的NOx 浓度变动，在NOx传感器输出值的变动偏离传感器正常时的变动的情况 下，判定为NOx传感器异常。
然而，到达NOx传感器的排气是通过了 NOx吸收剂后的排气，因此 该排气的NOx浓度为由NOx吸收剂吸收了 NOx后的浓度。即，在NOx 传感器的输出值中反应了传感器前面的NOx吸收剂的影响，这些是使NOx 传感器的异常诊断的精度降低的原因。

发明内容
本发明是鉴于以上的情况所做出的，其目的在于提供一种NOx传感器 的异常诊断装置，能够适宜地检测被设置在吸藏还原型NOx催化剂的下游 侧的NOx传感器的异常。
根据本发明的第一方式，
提供一种NOx传感器的异常诊断装置，其特征在于，具备设置于内燃机的排气通路的吸藏还原型NOx催化剂； 催化剂后NOx传感器，该催化剂后NOx传感器检测上述NOx催化剂 的下游侧的排气的NOx浓度；
催化剂前NOx浓度取得单元，该催化剂前NOx浓度取得单元检测或 推定上述NOx催化剂的上游侧的排气的NOx浓度；和
异常判定单元，该异常判定单元，在上述NOx催化剂实质上不吸藏排 气中的NOx的条件下，将由上述催化剂后NOx传感器检测出的NOx浓度 与由上述催化剂前NOx浓度取得单元检测出或推定的NOx浓度进行比较， 来判定上述催化剂后NOx传感器的异常。
在NOx催化剂实质上不吸藏排气中的NOx的条件下，流进NOx催化 剂的NOx逸过(逃过)NOx催化剂而到达NOx催化剂下游。因此NOx催 化剂上游的NOx浓度与NOx催化剂下游的NOx浓度变为大致相等。所以 在由催化剂后NOx传感器检测出的NOx浓度，相对于NOx催化剂上游侧 的NOx浓度有偏差的情况下，能够将催化剂后NOx传感器判定为异常。 由于是在恰似NOx催化剂不存在的状态下执行异常诊断，因此能够去除异 常诊断中NOx催化剂的影响，能够适宜地检测催化剂后NOx传感器的异 常，能够确保较高的诊断精度。即使在催化剂后NOx传感器检测出异常的 值的情况下，也不会将是NOx催化剂异常、还是催化剂后NOx传感器异 常混淆，因此能够可靠地检测催化剂后NOx传感器的异常。
本发明的第二方式，是在上述第一方式的基础上，其特征在于， 具备检测或推定上述NOx催化剂的温度的催化剂温度取得单元， 上述异常判定单元，在由上述催化剂温度取得单元检测出或推定的催 化剂温度为上述NOx催化剂实质上不吸藏排气中的NOx的温度这样的条 件下，将由上述催化剂后NOx传感器检测出的NOx浓度与由上述催化剂 前NOx浓度取得单元检测出或推定的NOx浓度进行比较，来判定上述催 化剂后NOx传感器的异常。
NOx催化剂，若其温度不在预定的温度区域，则实质上不能进行NOx 的吸收释放，因此在催化剂温度相比该温度区域为高温或低温时不能进行NOx的吸藏。在该第二实施方式中，在催化剂温度不在这样的温度区域时 将检测出的催化剂后NOx浓度与催化剂前NOx浓度进行比较，来判定催 化剂后NOx传感器的异常。由此使NOx催化剂上游的NOx混过(逃过) NOx催化剂而占据NOx催化剂下游，而能够执行与第一实施方式同样的适 宜的催化剂后NOx传感器的异常诊断。
本发明的第三方式，是在上述笫一方式的基础上，其特征在于，
具备空燃比取得单元，该空燃比取得单元检测或推定流入上述NOx 催化剂的排气的空燃比，
上述异常判定单元，在由上述空燃比取得单元检测出或推定的空燃比 为理论空然比或浓于理论空然比这样的条件下，将由上述催化剂后NOx 传感器检测出的NOx浓度与由上述催化剂前NOx浓度取得单元检测出或 推定的NOx浓度进行比较，来判定上述催化剂后NOx传感器的异常。
由于在流入NOx催化剂的排气的空燃比为理论空然比或浓于理论空 然比时，NOx催化剂辨，放NOx而不能进行NOx的吸藏，因此能够利用该 状态执行催化剂后NOx传感器的异常诊断。
本发明的第四方式，是在上述第一至第三方式中的任意一项的基础 上，其特征在于，
具备暂时浓空燃比控制单元，该暂时浓空燃比控制单元执行用于释放 被吸藏于上述NOx催化剂的NOx的暂时浓空燃比控制(rich spike control)，
上述暂时浓空燃比控制单元，在由上述催化剂后NOx传感器进行NOx 浓度的检测前，执行上述暂时浓空燃比控制。
由此能够在后面的NOx浓度检测前预先释放被吸藏于NOx催化剂的 NOx，从而排除后面的NOx浓度检测时的吸藏NOx的影响。
本发明的第五方式，是在上述第一至第四方式中的任意一项的基础 上，其特征在于，
上述催化剂前NOx浓度取得单元包括基于上述内燃机的运行状态来 推定从上述内燃机排出的排气的NOx浓度的推定单元、和检测上述NOx催化剂的上游侧的排气的NOx浓度的催化剂前NOx传感器中的至少一方。本发明的第六方式，是在上述第五方式的基础上，其特征在于，上述催化剂前NOx浓度取得单元包括上述推定单元和上述催化剂前
NOx传感器，
上述异常判定单元，将上述催化剂后NOx传感器所检测的NOx浓度的检测值、上述催化剂前NOx传感器所检测的NOx浓度的检测值、以及上述推定单元所推定的NOx浓度的推定值进行比较，来区分并判定上述催化剂后NOx传感器和上ii催化剂前NOx传感器的异常。
本发明的第七方式，是在上述第一至第六方式中的任意一项的基础上，其特征在于，
上述异常判定单元，在上述催化剂后NOx传感器处于活性状态这样的条件下，基于由上述催化剂后NOx传感器检测出的NOx浓度，来判定上述催化剂后NOx传感器的异常。
根据本发明，能够发挥适宜地检测被设置在吸藏还原型NOx催化剂的下游侧的NOx传感器的异常这样的优越的效果。


图l是本发明的一个实施方式的内燃机的简略的系统图；图2是表示一个实施方式的异常诊断的内容的时序图；图3是表示一个实施方式的异常诊断处理的内容的^4呈图；图4是本发明的另一实施方式的内燃机的简略的系统图；图5是表示另一个实施方式的异常诊断处理的内容的流程图。
具体实施例方式
以下，参照

用于实施本发明的最佳方式。
图l是本发明的一个实施方式的内燃机的筒略的系统图。如图示那样，内燃机1，使燃料和空气的混合气在气釭体2所形成的燃烧室3的内部燃烧，并通过使活塞4在燃烧室3内往返移动而产生动力。内燃机l是车辆用多气缸发动机(只图示一个气缸)，是火花点火式内燃机，更具体而言 是汽油发动机。然而本发明所适用的内燃机不限于火花点火式内燃机，例 如也可以是压缩点火式(压燃式)内燃机即柴油发动机。
在内燃机l的气缸盖上，每个气釭配设有开闭进气口的进气阀Vi (进 气门)，和开闭排气口的排气阀Ve (排气门)。各进气阀Vi及各排气阀 Ve利用未图示的凸轮轴进行开闭。另外，在气缸盖的顶部，每个气釭安装 有对燃烧室3内的混合气点火用的火花塞7。此外在气缸盖上每个气缸配 设有喷射器(燃料喷射阀)12，以便向燃烧室3内直接喷射燃料。活塞4 构成为所谓的深盘(深凹)顶面型，在其上面形成有凹部4a。而且在内燃 机l内，在将空气吸入燃烧室3内的状态下，从喷射器12朝向活塞4的凹 部4a直接喷射燃料。由此在火花塞7附近，燃料和空气的混合气的层是以 与周围的空气层分离的状态下形成(分层化)的，从而执行稳定的分层充 气(层状)燃烧。
各气缸的进气口通过每个气缸的支管与作为进气集合室的调整槽8 (surge tank)连接。在调整槽8的上游侧连接有形成进气集合通路的进 气管13，在进气管13的上游端设有空气滤清器9。而且在进气管13上， 从上游侧开始依次组装有用于检测吸入空气量的空气流量计5和电子控 制式节气门10。由进气口 、调整槽8以及进气管13形成进气通路。
另一方面，各气缸的排气口通过每个气釭的支管与形成排气集合通路 的排气管6连接。由这些排气口、支管以及排气管6形成排气通路。在排 气管6上，在其上游侧设有可同时净化排气中的CO、 HC、 NOx的三元催 化剂11,在其下游侧i殳有可净化排气中的NOx的NOx催化剂16。在本实 施方式中，虽然使用了将三元催化剂ll和NOx催化剂16容纳在同一壳体 内而成的CCL催化剂单元(CCL: Catalytic Converter Lean)，然而不 限于此，也可以将三元催化剂ll和NOX催化剂16容纳在不同的壳体内 单独配置。三元催化剂11不一定是必须的，也可以省略。例如在柴油发动 机的情况下，不设置三元催化剂的例子很多。
在三元催化剂11的上游侧^L置有用于检测排气的空燃比(A/F)的空燃比传感器17。另外，在NOx催化剂16的下游侧设置有用于检测排气的 NOx浓度的NOx传感器，即催化剂后NOx传感器18。空燃比传感器17 由所谓的广域空燃比传感器构成，可连续地检测跨越比较广的范围的空燃 比，并输出与该空燃比成比例的电流信号。然而不限于此，空燃比传感器 17，也可以由以理论空然比(理论配比)为分界而输出电压骤变的所谓 02传感器构成。
上述的火花塞7、节气门10以及喷射器12等，与作为控制单元(手 段)的电子控制单元(以下称为ECU) 20电连接。ECU20，包括均未图 示的CPU、 ROM、 RAM、输入输出口以及存储装置等。另外在ECU20 上，如图所示，除了上述的空气流量计5、空燃比传感器17、催化剂后NOx 传感器18以外，还借助未图示的A7D变换器等电连接有检测内燃机1 的曲轴转角的曲轴转角传感器14、检测加速踏板开度的加速踏板开度传感 器15、分别设置在NOx催化剂16的上下游侧的排气温度传感器即催化剂 前排气温度传感器21和催化剂后排气温度传感器22、以及其他各种传感 器。ECU20,基于各种传感器的检测值等，控制火花塞7、节气门10、喷 射器12等，并控制点火正时、燃料喷射量、燃料喷射正时、节气门开度等 以便获得所期望的输出。另外催化剂前排气温度传感器21设置在三元催化 剂ll和NOx催化剂16之间的位置。催化剂后NOx传感器18采用带加热 器的装置，并由ECU20执行催化剂后NOx传感器18的温度控制(加热器 控制)。曲轴转角传感器14的输出也用于发动机转速Ne的检测。
三元催化剂11，在流入其中的排气的空燃比在理论空然比(例如A/F =14.6)附近时同时净化CO、 HC及NOx。能够同时以高效率净化这三者 的空燃比的范围(窗口，window)比较窄。因此为了使三元催化剂ll有效 地发挥功能，作为空燃比控制的一个方式，以使流入三元催化剂11的排气 的空燃比成为理论空然比附近的方式来控制混合气的空燃比。这称为理论 配比控制，将在执行理论配比控制时的发动机的运行状态称为理论配比运 行。在该理论配比控制中，以将目标空燃比设定为与理论空然比相等，使 由空燃比传感器17检测出的空燃比与目标空燃比相等的方式，对从喷射器12喷射的燃料喷射量进而空燃比进行反馈控制。
另一方面，基于降低燃料费的观点，作为空燃比控制的另一方式，有 时将目标空燃比设定为高于理论空然比的值即较稀的值。这称为稀薄燃烧 控制，将执行稀薄燃烧控制时的发动机的运行状态称为稀薄燃烧运行。另 外，稀薄燃烧控制时也与理论配比(7卜一年)控制时同样，以使由空燃 比传感器17检测出的空燃比变为与目标空燃比相等的方式，对燃料喷射量 进而空燃比进行反馈控制。在稀薄燃烧控制时，M动机排出的排气的空 然比，有时成为实质上不可能由三元催化剂11进行NOx净化的较稀的值。 此时为了净化逃过三元催化剂11的NOx，而在三元催化剂11的下游侧设 有NOx催化剂16。
NOx催化剂16使用吸藏还原型NOx催化剂(NSR: NOx Storage Reduction)。该吸藏还原型NOx催化剂构成为，在由氧化铝A1203等氧 化物构成的基材表面，担载有作为催化剂成分的铂Pt那样的贵重金属和 NOx吸收成分。NOx吸收成分的构成为，例如是从钾K、钠Na、锂Li、 铯Cs那样的碱性金属、钡Ba、钙Ca那样的碱土类、镧La、钇Y那样的 稀土类中所选择的至少一个。
吸藏还原型NOx催化剂16进行NOx的吸收释放作用，即，在流入其 的排气的空燃比稀于理论空然比时，以硝酸盐的形式吸藏排气中的NOx， 在流入其的排气的空燃比为理论空然比或浓于理论空然比时，释放所吸藏 的NOx。在稀薄燃烧运行中，排气空燃比稀于理论空然比，NOx催化剂 16进行排气中的NOx的吸收。另一方面，若NOx催化剂16吸藏NOx直 到饱和状态即充满，则NOx催化剂16不能再吸藏更多的NOx，因此为了 从NOx催化剂中释放吸藏NOx，执行暂时将理论空然比或浓于理论空然 比的排气供给到NOx催化剂16的暂时浓空燃比控制。在该暂时浓空燃比 控制中将目标空燃比暂时设定为理论空然比或浓于理论空然比的值，并将 混合气进而排气的空燃比控制为理论空然比或低于理论空然比的浓空燃 比值。这样，从NOx催化剂16中释放吸藏NOx使NOx催化剂16的NOx 吸藏能力恢复的处理称为NOx再生。另夕卜，对于暂时浓空燃比控制除此以外还有各种方法。例如有，在NOx 催化剂上游侧另外设置还原剂供给阀，对还原剂控制阀进行开阀控制将还 原剂供给到排气中的方法。作为还原剂，只要是在排气中产生碳氩化合物 HC或一氧化碳CO等还原成分的即可。可以使用氢气、 一氧化碳等气体、 丙烷、丙烯、丁烷等液体或气体的碳氢化合物、汽油、轻油、煤油等液体 燃料等。优选使用发动机的燃料即汽油。取而代之，也可以是在膨胀行程 后期或排气行程将燃料从喷射器12喷射到燃料室3,使排气中含有很多未 燃烧燃料的所谓的后喷射。
另一方面，如果NOx催化剂16不在预定的动作(工作)温度区域内 则NOx催化剂16的NOx吸收释方文作用实质上不进行。因此在本实施方式 中检测或推定NOx催化剂16的温度(催化剂床温)。NOx催化剂16的温 度，可以由埋设于NOx催化剂的温度传感器直接进行检测，然而在本实施 方式中是釆用推定温度的方法。具体而言，ECU20，基于由催化剂前排气 温度传感器21和催化剂后排气温度传感器22分别检测出的催化剂前排气 温度和催化剂后排气温度，来推定催化剂温度。另外推定方法不限于这样 的例子。
接下来，对催化剂后NOx传感器18的异常诊断进行说明。 一般，本实施方式的催化剂后NOx传感器18的异常诊断的特点在于 在NOx催化剂16实质上不吸藏排气中的NOx的条件下，由催化剂后NOx 传感器18检测催化剂后NOx浓度，并且检测或推定NOx催化剂上游侧的 催化剂前NOx浓度，并将这些催化剂后NOx浓度与催化剂前NOx浓度相 互进行比较，来判定催化剂后NOx传感器18的异常。
在此，"NOx催化剂实质上不吸藏排气中的NOx"是指，正常且未劣 化的NOx催化剂几乎不吸藏排气中的NOx的状态，换而言之是指，尽管 NOx催化剂正常且未劣化但其NOx吸藏能力暂时极其低下的状态。其中包 括NOx催化剂的NOx吸藏能力全无(零)的状态，然而不限定于该全无 的状态。
在NOx催化剂16实质上不吸藏排气中的NOx的条件下 NOx催化剂16实质上变得不起作用，因而流进NOx催化剂16的NOx逸过NOx催化 剂16并到达NOx催化剂16的下游侧。NOx催化剂16的上游侧的NOx 浓度即催化剂前NOx浓度、与NOx催化剂16的下游侧的NOx浓度即催 化剂后NOx浓度变为大致相等。所以如果催化剂后NOx浓度的检测值相 对于催化剂前NOx浓度偏差一定值以上，则可以将催化剂后NOx传感器 18判定为异常，反之，如果催化剂后NOx浓度的检测值相对于催化剂前 NOx浓度未偏差一定值以上，则可以将催化剂后NOx传感器18判定为正 常。由于是在NOx催化剂不起作用的状态，即恰似NOx催化剂不存在的 状态下执行异常诊断，因此能够去除异常诊断中NOx催化剂的影响，能够 确保较高的诊断精度。即使在催化剂后NOx传感器检测出异常的值的情况 下，也不会将是NOx催化剂异常、还是催化剂后NOx传感器异常混淆， 因此能够可靠地检测催化剂后NOx传感器的异常。
在本实施方式中，在作为推定温度的催化剂温度为NOx催化剂16实 质上不吸藏排气中的NOx的温度这样的条件下，将检测出的催化剂后NOx 浓度与催化剂前NOx浓度进行比较，来判定催化剂后NOx传感器的异常。
如上所述，NOx催化剂16，若其温度不在预定的动作温度区域则实质 上不能进行NOx的吸收释放，因此在催化剂温度相比其动作温度区域为高 温和低温的至少一方时不进行NOx的吸藏。因此在本实施方式中在催化剂 温度相比动作温度区域为高温及低温的至少一方时，将检测出的催化剂后 NOx浓度与催化剂前NOx浓度进行比较，来判定催化剂后NOx传感器的 异常。是利用催化剂温度偏离动作温度区域的状况，来执行催化剂后NOx 传感器的异常诊断。动作温度区域的下限温度Tcmin例如大约为300"C, 上限温度Tcmax例如大约为550°C 。
取而代之，可以在流入NOx催化剂16的排气的空燃比(在本实施方 式中是由空燃比传感器17检测出的空燃比)为理论空然比或浓于理论空然 比这样的条件下，将检测出的催化剂后NOx浓度与催化剂前NOx浓度进 行比较，来判定催化剂后NOx传感器的异常。由于即使在流入NOx催化 剂的排气的空燃比为理论空然比或浓于理论空然比的情况下，NOx催化剂16释放NOx而不能进行NOx的吸藏，因此可以利用该状况执行催化剂后 NOx传感器的异常诊断。
此外取而代之，可以在NOx催化剂16吸藏NOx到饱和状态(充满) 这样的条件下，将检测出的催化剂后NOx浓度与催化剂前NOx浓度进行 比较，来判定催化剂后NOx传感器的异常。此时由于NOx催化剂16不能 吸藏NOx，因此可以利用该状况执行催化剂后NOx传感器的异常诊断。
另一方面，催化剂前NOx浓度，优选为，由从发动机10的燃烧室13 排出的排气的NOx浓度即基于发动机10的运行状态所推定的NOx浓度 (以下，称为催化剂前推定NOx浓度)、以及由设置于NOx催化剂16的 上游侧的NOx传感器即催化剂前NOx传感器(参照图4的符号30 )检测 出的NOx浓度(以下，称为催化剂前检测NOx浓度)中的至少一个构成。
在本实施方式中，作为催化剂前NOx浓度^f吏用作为前者的催化剂前推 定NOx浓度。ECU20,基于表示发动机运行状态的参数的检测值，按照预 先制作的映射(map，图)等计算催化剂前推定NOx浓度。作为该参数例 如可以使用发动机转速Ne、吸入空气量Ga、空燃比A/F、排气温度Teg 以及燃料喷射量中的至少一个。优选为，基于根据发动机转速Ne和吸入 空气量Ga求出的负荷率(=Ga/Ne)、以及利用空燃比传感器17检测出 的空燃比A/F，并按照预定的映射等计算催化剂前推定NOx浓度。
另外，作为催化剂前NOx浓度在使用作为后者的催化剂前检测NOx 浓度的情况下，由于使用实际的检测值，因此能够排除NOx浓度推定映射 的数据在随着时间的经过而变得不合适的情况下的推定误差。如果使用前 者和后者两方，由于能够进行两个值的比较因此能够提高诊断精度。
由于催化剂后NOx传感器18的正常/异常是以催化剂前NOx浓度为基 准判定的，因此需要催化剂前NOx浓度是正确的值。对于发动机的其他部 位(喷射器等)也由ECU20进行异常诊断，如果未检测出其他部位的异 常，则催化剂前推定NOx浓度可以认为是正确的值。由此保证催化剂前推 定NOx浓度的正确性，进而保证催化剂后NOx传感器18的异常诊断结果 的可靠性。在本实施方式中虽然在NOx催化剂16的上游侧有三元催化剂11，然 而如后所述，在催化剂后NOx传感器18的异常诊断时发动机是稀薄燃烧 运行，排气空燃比升高到三元催化剂11不能净化NOx的程度。因此，可 以排除三元催化剂11的影响，并可以认为恰似三元催化剂11不存在。在 NOx催化剂16实质上不吸藏NOx的条件下，可以认为从发动机排出的 NOx保持原状经过三元催化剂11及NOx催化剂16而到达催化剂后NOx 传感器18。
接下来，利用图2说明催化剂后NOx传感器18的异常诊断的概要。
图2表示发动机起动后的各值的变化。(A)表示用ECU20推定的催 化剂温度Tc， ( B )表示催化剂后NOx传感器18的温度Ts (以下，也筒 单地称为传感器温度)，(C)表示空燃比传感器17的输出(向空燃比 A/F的换算值)，(D )表示催化剂后NOx传感器18的输出(向NOx浓 度Cr的换算值)。时刻t0是发动机起动结束时刻。催化剂后NOx传感器 18的温度Ts由ECU20检测并且控制。更具体而言，是由ECU20检测催 化剂后NOx传感器18的元件阻抗，并以使该元件阻抗为相当于传感器活 性时的预定值的方式控制催化剂后NOx传感器18的加热器。
如(A) 、 ( B )所示，若发动机起动则催化剂温度Tc及传感器温度 Ts逐渐上升，不久催化剂温度Tc就超过下限温度Tcmin而进入动作温度 区域(时刻tl)，传感器温度Ts也超过下限温度Tsmin (例如，大约750 "C )而进入活性温度区域(时刻t2 )。传感器温度Ts在之后被保持为略 高于下限温度Tsmin的值。
如(C)所示，从这些时刻tl、 t2附近开始空燃比控制从理论配比控 制向稀薄燃烧控制转移，且空燃比净皮保持为高于理论空然比(理论配比) 的值(例如16 18左右)。
此时的空然比为利用三元催化剂11不能净化NOx时那样的较高的空 燃比。因此从发动机排出的NOx虽然逸过三元催化剂，但被后段的NOx 催化剂16捕集、吸藏。因此如图(D)所示在NOx催化剂16的下游侧不 排出NOx。另 一方面，若继续进行稀薄燃烧(稀燃，lean burn )运行则NOx催化 剂16中的NOx吸藏量增加。因此为了排出该吸藏NOx进行NOx催化剂 16的再生，如在(C)中用符号a表示的那样执行暂时浓空燃比控制(还 原剂供给控制)。具体而言，将混合气进而排气的空然比控制为低于理论 空然比的浓(rich)值。由此吸藏于NOx催化剂16的NOx被释放，如在 (D)中用符号b表示的那样在NOx催化剂16的下游侧检测出NOx。另 外，虽然在图示例中是在用催化剂后NOx传感器18检测出NOx之前，即 在NOx催化剂16的NOx吸藏量充满之前执行使空燃比暂时变浓(rich spike，空燃比暂时变浓处理，浓空燃比尖峰暂时形成)，然而也可以在用 催化剂后NOx传感器18检测出NOx之后，即在NOx催化剂16的NOx 吸藏量充满之后执行使空燃比暂时变浓。
在图示例中，此后催化剂温度Tc也慢慢上升，催化剂温度Tc超过上 限温度Tcmax而从动作温度区域偏离(时刻t3 )。在本实施方式中是利 用该时刻进行催化剂后NOx传感器18的异常诊断。
首先，如果催化剂温度Tc超过了上限温度Tcmax，如在(C)中用 符号c表示的那样立刻执行暂时浓空燃比控制。这是为了在后面的NOx浓 度检测之前预先释放NOx催化剂16所吸藏的NOx，以便排除后面的NOx 浓度检测时的吸藏NOx的影响。可以说是前处理用的暂时浓空燃比控制。
若在暂时浓空燃比控制中预定的使空燃比暂时变浓结束条件成立(例 如若用催化剂后NOx传感器18检测出NOx浓度的峰值(peak))，则认 为吸藏NOx被全部释放，从而结束暂时浓空燃比控制并如在(C)中用符 号d表示的那样转移到稀薄燃烧控制。这样，由于催化剂温度Tc超过上 限温度Tcmax,因此NOx催化剂16也不能吸藏NOx，因而从发动机排出 的NOx经过三元催化剂11及NOx催化剂16而到达催化剂后NOx传感器 18。
如果催化剂后NOx传感器18正常，则此时由催化剂后NOx传感器18 检测出的NOx浓度Cr应该与基于发动机运行状态所推定的催化剂前推定 NOx浓度Ce基本相等。因此，在使空燃比暂时变浓结束后，例如在以便于催化剂后NOx浓度Cr稳定的预定时期(时刻t4),取得由催化剂后 NOx传感器18检测出的催化剂后NOx浓度Cr，并且取得同时期的催化剂 前推定NOx浓度Ce。而且将这些NOx浓度彼此进行比较，如果催化剂后 NOx浓度Cr在以催化剂前推定NOx浓度Ce为基准的预定的浓度范围△ (参照(D))内，则将催化剂后NOx传感器18判定为正常。反之如果 催化剂后NOx浓度Cr偏离预定的浓度范围△内，则将催化剂后NOx传感 器18判定为异常。图示例是判定为正常时的例子。
在图示例中此后催化剂温度Tc慢'lt降低，并在时刻t5成为上限温度 Tcmax以下而ii^动作温度区域。催化剂后NOx浓度Cr和催化剂前推定 NOx浓度Ce的取得，是在从使空燃比暂时变浓的结束时到催化剂温度Tc 成为上限温度Tcmax以下时(t5 )为止期间的任意时期进行。
此外，虽然在此说明的例是催化剂温度Tc相比动作温度为高温时进 行异常诊断的例子，然而也可以是取而代之或在此基础上，在催化剂温度 Tc相比动作温度为低温时进行异常诊断的例子。然而此时，至少需要催化 剂后NOx传感器18的元件温度在活性温度区域内，且催化剂后NOx传感 器18处于活性状态这样的条件。
接着，参照图3说明用于执行在此说明的异常诊断的具体的处理。图 示的处理由ECU20执4亍。另外作为这里的处理的前提，除了暂时浓空燃 比控制时以外，为执行三元催化剂11不能净化NOx时那样的稀薄燃烧控 制。
在最初的步骤S101中，判断推定催化剂温度Tc是否在上述的动作温 度区域内，即推定催化剂温度Tc是否在下限温度Tcmiii以上并且在上限 温度Tcmax以下。
当催化剂温度Tc在动作温度区域内时，结束本处理。另外在这种情 况下，也可以控制催化剂温度Tc使得催化剂温度Tc偏离动作温度区域。 例如如果使空燃比变化到更浓空燃比侧则催化剂温度Tc上升，如果使空 燃比变化到更稀空燃比侧则催化剂温度Tc下降。
另一方面，当催化剂温度Tc不在动作温度区域内时，在步骤S102中判断催化剂后NOx传感器18是否为活性状态，即催化剂后NOx传感器18 的温度Ts是否高于活性温度区域的下限温度Tsmin。
在催化剂后NOx传感器18不处于活性状态的情况下，结束本处理， 在催化剂后NOx传感器18处于活性状态的情况下，在步骤S103中执行暂 时浓空燃比控制。
之后，在步骤S104中，判断是否结束了暂时浓空燃比控制，即预定 的使空燃比暂时变浓结束条件(！J 、;/于7^,夕終了条件)是否成立。在 暂时浓空燃比控制未结束即正在执行中时则结束本处理，在暂时浓空燃比 控制结束了时进入步骤S105。另夕卜，可以在步骤S104和步骤S105之间追 加等待经过预定时间的步骤。
在步骤S105中，取得基于发动机运行状态所推定的催化剂前推定NOx 浓度Ce的值。然后在步骤S106中，取得由催化剂后NOx传感器18检测 出的催化剂后NOx浓度Cr的值。
然后在步骤S107中，将这些催化剂后NOx浓度Cr与催化剂前推定 NOx浓度Ce进行比较，并判断这些浓度彼此是否相互大致相等。具体而 言，这些催化剂后NOx浓度Cr与催化剂前推定NOx浓度Ce之差即浓度 差AC利用算式厶C- I Cr-Ce |来计算，并判断该浓度差厶C是否大于预 定值ACs。
在浓度差AC为预定值厶Cs以下的情况下，催化剂后NOx浓度Cr 被i^为与催化剂前推定NOx浓度Ce大致相等，在步骤S108中催化剂后 NOx传感器18被判定为正常。另一方面，在浓度差厶C大于预定值厶Cs 的情况下，催化剂后NOx浓度Cr被认为与催化剂前推定NOx浓度Ce有 比较大的偏差，在步骤S109中催化剂后NOx传感器18被判定为异常。最 后结束本处理。
如上所述，在NOx催化剂16实质上不能吸藏NOx的条件下(温度条 件下)，取得催化剂后NOx浓度Cr和催化剂前推定NOx浓度Ce并将它 们进行比较，来判定催化剂后NOx传感器18的异常，因而能够不受夹置 在中间的NOx催化剂16的影响而实施异常诊断。因此，能够实现诊断精度高且适宜的异常诊断。而且由于无需在同一位置追加NOx传感器等特定 部件，因此在成本方面是有利的，且无需追加复杂的控制。不言而喻也适 于在车上的诊断。
接下来，说明本发明的另一实施方式。由于该另一实施方式与上述实 施方式大致相同，因此以不同点为中心进行说明。
如图4所示，在本实施方式的内燃机1中，在NOx催化剂16的上游 侧的排气通路上追加设置有催化剂前NOx传感器30。而且由催化剂前NOx 传感器30检测NOx催化剂上游侧的NOx浓度(催化剂前检测NOx浓度)。 另外在图示例中催化剂前NOx传感器30配置在三元催化剂11的上游侧， 然而不限定于该例，例如也可以将催化剂前NOx传感器30配置在三元催 化剂11和NOx催化剂16之间。
一般，在该另一实施方式中，进行以下浓度的比较，该浓度包括由 催化剂后NOx传感器18检测出的催化剂后NOx浓度、由催化剂前NOx 传感器30检测出的催化剂前检测NOx浓度、以及基于发动机运行状态所 推定的催化剂前推定NOx浓度。而且，基于该比较结果，来区分并判定催 化剂后NOx传感器18和催化剂前NOx传感器30的异常。
更具体而言，以催化剂前推定NOx浓度为基准，首先将催化剂前检测 NOx浓度与催化剂前推定NOx浓度进行比较。由于催化剂前NOx传感器 30不受三元催化剂11和NOx催化剂16的影响而直接检测从发动机排出 的NOx,因此如果催化剂前检测NOx浓度与催化剂前推定NOx浓度有较 大的偏差，则能够将催化剂前NOx传感器30判定为异常。由于也能够这 样检测催化剂前NOx传感器30的异常，因此能够扩大异常诊断的范围。
然后，在催化剂前NOx传感器3(M皮判定为正常的情况下，将催化剂 后NOx浓度与催化剂前检测NOx浓度进行比较。在三元催化剂11和NOx 催化剂16不能净化、吸藏NOx这样的条件下，催化剂后NOx浓度应该与 催化剂前检测NOx浓度相互基本相等。因此，如果催化剂后NOx浓度与 催化剂前检测NOx浓度有较大的偏差，则能够将催化剂后NOx传感器18 判定为异常。另外，对于此时的比较，也可以是将催化剂后NOx浓度与催化剂前推定NOx浓度进行比较。
图5表示该另一实施方式涉及的具体的处理。与上述同样，图示的处 理由ECU20执行，作为处理的前提，除了暂时浓空燃比控制时以外，为 执行三元催化剂11不能净化NOx时那样的稀薄燃烧控制。
步骤S201 ~ S206与上述步骤S101 ~ S106相同。在步骤S207中取得 由催化剂前NOx传感器30检测出的催化剂前检测NOx浓度Cf的值。
之后，在步骤S208中，将催化剂前检测NOx浓度Cf与催化剂前推 定NOx浓度Ce进行比较，并判断这些浓度彼此是否相互大致相等。具体 而言，这些催化剂前检测NOx浓度Cf与催化剂前推定NOx浓度Ce之差 即第一浓度差AC1利用算式厶Cl- I Cf-Ce I来计算，并判断该第一浓度 差△ Cl是否大于第 一预定值△ Cls。
在第一浓度差AC1大于第一预定值ACls的情况下，催化剂前检测 NOx浓度Cf被认为与催化剂前推定NOx浓度Ce有比较大的偏差，在步 骤S209中催化剂前NOx传感器30被判定为异常。另一方面，在第一浓度 差△ Cl为第 一预定值△ Cls以下的情况下，催化剂前检测NOx浓度Cf被 认为与催化剂前推定NOx浓度Ce大致相等，因此进入步骤S210。
在步骤S210中，将催化剂后NOx浓度Cr与催化剂前检测NOx浓度 Cf进行比较，并判断这些浓度彼此是否相互大致相等。具体而言，这些催 化剂后NOx浓度Cr与催化剂前检测NOx浓度Cf之差即第二浓度差△ C2 利用算式^€2= I Cr-Cf I来计算，并判断该第二浓度差AC2是否大于第 二预定值AC2s。
在第二浓度差AC2大于第二预定值AC2s的情况下，催化剂后NOx 浓度Cr被认为与催化剂前检测NOx浓度Cf有比较大的偏差，在步骤S211 中催化剂后NOx传感器18被判定为异常。另一方面，在第二浓度差AC2 为第二预定值AC2s以下的情况下，催化剂后NOx浓度Cr被认为与催化 剂前检测NOx浓度Cf大致相等，因此进入步骤S212。
在步骤S212中，催化剂前NOx传感器30和催化剂后NOx传感器18 均^L判定为正常。由此结束本处理。以上，对本发明的实施方式进行了说明，然而本发明也可以采用其他
的实施方式。例如，在上述实施方式中在将NOx浓度彼此进行比较时基于 它们的差进行了比较，然而不限定于此，例如可以基于它们的比进行比较。 前处理用的暂时浓空燃比控制(步骤S103、 S203)，除了如上述实施方式 那样在催化剂温度Tc刚偏离动作温度区域之后进行以外，还能够紧接在 催化剂温度Tc偏离动作温度区域之前进行。可以省略前处理用的暂时浓 空燃比控制。可以实施特别地强制变动排气的NOx浓度的控制，并比较此 时检测/取得的NOx浓度进行异常判定。
本发明的实施方式不限于上述的实施方式，本发明包括由权利要求所 规定的本发明的思想中所包含的所有的变形例、应用例及同等物。因此本 发明不应是限定的解释，也可以适用于属于本发明的思想范围内的其他的 任意的技术。
产业上的可利用性
本发明，能够适用于设置在内燃机的排气系统的NOx传感器。
权利要求
1.一种NOX传感器的异常诊断装置，其特征在于，具备设置于内燃机的排气通路的吸藏还原型NOX催化剂；催化剂后NOX传感器，该催化剂后NOX传感器检测上述NOX催化剂的下游侧的排气的NOX浓度；催化剂前NOX浓度取得单元，该催化剂前NOX浓度取得单元检测或推定上述NOX催化剂的上游侧的排气的NOX浓度；和异常判定单元，该异常判定单元，在上述NOX催化剂实质上不吸藏排气中的NOX的条件下，将由上述催化剂后NOX传感器检测出的NOX浓度与由上述催化剂前NOX浓度取得单元检测出或推定的NOX浓度进行比较，来判定上述催化剂后NOX传感器的异常。
2. 根据权利要求1所述的NOx传感器的异常诊断装置，其特征在于， 具备检测或推定上述NOx催化剂的温度的催化剂温度取得单元， 上述异常判定单元，在由上述催化剂温度取得单元检测出或推定的催化剂温度为上述NOx催化剂实质上不吸藏排气中的NOx的温度这样的条 件下，将由上述催化剂后NOx传感器检测出的NOx浓度与由上述催化剂 前NOx浓度取得单元检测出或推定的NOx浓度进行比较，来判定上述催 化剂后NOx传感器的异常。
3. 根据权利要求l所述的NOx传感器的异常诊断装置，其特征在于， 具备空燃比取得单元，该空燃比取得单元检测或推定流入上述NOx催化剂的排气的空燃比，上述异常判定单元，在由上述空燃比取得单元检测出或推定的空燃比 为理论空然比或浓于理论空然比这样的条件下，将由上述催化剂后NOx 传感器检测出的NOx浓度与由上述催化剂前NOx浓度取得单元检测出或 推定的NOx浓度进行比较，来判定上述催化剂后NOx传感器的异常。
4. 根据权利要求1至3中的任意一项所述的NOx传感器的异常诊断 装置，其特征在于，具备暂时浓空燃比控制单元，该暂时浓空燃比控制单元执行用于释放被吸藏于上述NOx催化剂的NOx的暂时浓空燃比控制，上述暂时浓空燃比控制单元，在由上述催4t剂后NOx传感器进行NOx 浓度的检测前，执行上述暂时浓空燃比控制。
5. 根据权利要求1至4中的任意一项所述的NOx传感器的异常诊断 装置，其特征在于，上述催化剂前NOx浓度取得单元包括基于上述内燃机的运行状态来 推定从上述内燃机排出的排气的NOx浓度的推定单元、和检测上述NOx 催化剂的上游侧的排气的NOx浓度的催化剂前NOx传感器中的至少一方。
6. 根据权利要求5所述的NOx传感器的异常诊断装置，其特征在于， 上述催化剂前NOx浓度取得单元包括上述推定单元和上述催化剂前NOx传感器，上述异常判定单元，将上述催化剂后NOx传感器所检测的NOx浓度 的检测值、上述催化剂前NOx传感器所检测的NOx浓度的检测值、以及 上述推定单元所推定的NOx浓度的推定值进行比较，来区分并判定上述催 化剂后NOx传感器和上述催化剂前NOx传感器的异常。
7. 根据权利要求1至6中的任意一项所述的NOx传感器的异常诊断 装置，其特征在于，上述异常判定单元，在上述催化剂后NOx传感器处于活性状态这样的 条件下，基于由上述催化剂后NOx传感器检测出的NOx浓度，来判定上 述催化剂后NOx传感器的异常。
全文摘要
在内燃机的排气通路上设置吸藏还原型NO_X和检测NO_X催化剂下游的NO_X浓度的催化剂后NO_X传感器。检测或推定NO_X催化剂上游的NO_X浓度。在NO_X催化剂实质上不吸藏排气中的NO_X的条件下，将其检测出或推定的NO_X催化剂上游的浓度与由催化剂后NO_X传感器检测出的NO_X浓度进行比较，来判定催化剂后NO_X传感器的异常。在去除NO_X催化剂的影响的状态下执行异常诊断。
文档编号F02D45/00GK101646855SQ20088000725
公开日2010年2月10日 申请日期2008年3月6日 优先权日2007年3月6日
发明者今村晋一郎, 泽田裕 申请人:丰田自动车株式会社;株式会社电装