NO_x传感器的异常诊断装置及异常诊断方法

专利名称：NO_x传感器的异常诊断装置及异常诊断方法
技术领域：
本发明涉及一种用于NOx传感器的异常诊断的装置及方法，特别是涉及用于设在 选择还原型NOx催化剂的下游侧的NOx传感器的异常诊断的装置及方法。
背景技术：
一般的，作为配置在柴油发动机等内燃机的排气系统中的排气净化装置，已知有 用于对包含于废气中的NOx(氮氧化物)进行净化的NOx催化剂。作为该NOx催化剂，已知 有各种各样的类型，其中，通过添加还原剂将NOx连续地还原除去的选择还原型NOx催化剂 为公知技术。作为还原剂，已知有尿素，通常将尿素水溶液喷射供给到催化剂上游侧的废气 中，由来自排气、催化剂的热产生氨，在NOx催化剂上由氨还原NOx。
当使用该选择还原型NOx催化剂时，需要将添加到催化剂中的还原剂的量控制为 适当的量。为此，采用这样的方法，即，在催化剂的下游侧设置NOx传感器，相应于由该NOx 传感器检测到的废气中的NOx浓度控制还原剂的量。
可是，在例如搭载于机动车的发动机的场合，为了事先防止在废气恶化了的状态 下的行驶，各国的法规等也要求在车载状态(在车上)下检测催化剂、传感器的异常。催化 剂的异常检测已存在比较多的技术。然而，如上述那样，关于设在NOx催化剂的下游侧的 NOx传感器的异常检测，现在还未见到有效的技术。特别是在废气限制变得越来越严格的 现在，不简单地限于断线等的故障，对于关于劣化等的传感器输出的正确性(rationality) 也要求正确地检测出，需要能够应对其的根本的对策。
作为该NOx传感器的异常诊断方法，例如可以考虑这样的方法，S卩，在相同的位置 设置多个NOx传感器，相对地比较它们的检测值，或者拆卸NOx传感器，由固定式分析仪检 查。然而，在前者的场合，导致高成本，在后者的场合，不能进行在车上的诊断。
在日本特开2003-120399号公报中公开了设于NOx吸收剂的下游侧的NOx传感器 的异常检测装置。到达NOx传感器的废气的NOx浓度被强制地变动，在NOx传感器输出值 的变动从传感器正常时的变动偏离的场合，判定NOx传感器异常。
然而，到达NOx传感器的废气为通过了 NOx吸收剂后的废气，所以，该废气的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映了传感器前 面的NOx吸收剂的影响，其成为降低了 NOx传感器的异常诊断精度的原因。
作为其它的现有技术，例如在日本特开2004-270468号公报中公开了这样的装 置，该装置从NOx吸收催化剂强制地使NOx排出，在该状态下运算NOx吸收催化剂的实际的 NOx减少率，将该实际的NOx减少率与根据发动机运转状态预先设定了的基准的NOx减少率 进行比较，判定NOx传感器的异常。在日本特开2004-211631号公报中公开了这样的方案， 即，在检测配置在排气净化装置的下游侧的排气传感器的劣化时，旁通排气净化装置，将废 气向排气传感器引导。在该方案中，需要另行设置旁通排气净化装置的旁通通道。在日本 特开2006-118505号公报中，公开了这样的方案，即，在将NOx传感器配置在NOx吸收催化 剂下游侧的内燃机中，在NOx吸收催化剂未发挥NOx吸收能力的状态下，将NOx传感器的信号与相对于NOx吸收催化剂上游侧的NOx浓度的尺度进行比较，进行NOx传感器信号的修 正。这是关于吸收型NOx催化剂的技术，不能直接适用于选择还原型NOx催化剂。
本发明就是鉴于以上的情况而作出的，其目的在于提供一种能够良好地检测设于 选择还原型NOx催化剂的下游侧的NOx传感器的异常的NOx传感器的异常诊断装置及异常 诊断方法。发明内容
为了达到上述目的，根据本发明的第1方式，
提供一种NOx传感器的异常诊断装置，其特征在于具有选择还原型NOx催化剂、 催化剂后NOx传感器、还原剂添加单元、催化剂前NOx浓度获取单元及异常判定单元；
上述选择还原型NOx催化剂设在内燃机的排气通道中；
上述催化剂后NOx传感器检测上述NOx催化剂的下游侧的废气的NOx浓度；
上述还原剂添加单元用于选择性地将还原剂添加到上述NOx催化剂中；
上述催化剂前NOx浓度获取单元检测或推定上述NOx催化剂的上游侧的废气的 NOx浓度；
上述异常判定单元在由上述还原剂添加单元进行的还原剂的添加停止期间，将由 上述催化剂后NOx传感器及上述催化剂前NOx浓度获取单元分别检测或推定的NOx浓度相 互进行比较，判定上述催化剂后NOx传感器是否异常。
若停止还原剂的添加，则NOx催化剂不能进行NOx的还原，NOx催化剂上游的NOx 不被还原地直接通过NOx催化剂、到达NOx催化剂下游。因此，NOx催化剂上游的NOx浓度 和NOx催化剂下游的NOx浓度大概相等。因此，在由催化剂后NOx传感器检测到的NOx浓 度相对于NOx催化剂上游侧的NOx浓度偏离了的场合，能够判定催化剂后NOx传感器异常。 由于按犹如没有NOx催化剂那样的状态实施异常诊断，所以，能够消除异常诊断中的NOx催 化剂的影响，能够良好地检测催化剂后NOx传感器的异常，能够确保高诊断精度。即使在催 化剂后NOx传感器检测到了异常的值的场合，也不会将是NOx催化剂异常还是催化剂后NOx 传感器异常混同在一起，能够切实地作为催化剂后NOx传感器的异常而检测出。
本发明的第2方式在上述第1方式的基础上还具有这样的特征
在上述内燃机的怠速运转时，上述还原剂添加单元停止还原剂的添加，并且上述 异常判定单元进行上述催化剂后NOx传感器的异常判定
本发明的第3方式在上述第1或第2方式的基础上还具有这样的特征
具有停止要求信号产生单元和停止延迟单元；
上述停止要求信号产生单元产生用于使上述内燃机停止的停止要求信号；
上述停止延迟单元当由上述停止要求信号产生单元产生了停止要求信号时，在延 迟规定的延迟时间后使上述内燃机停止；
在上述延迟时间期间，上述还原剂添加单元停止还原剂的添加，并且上述异常判 定单元进行上述催化剂后NOx传感器的异常判定。
本发明的第4方式在上述第3方式的基础上还具有这样的特征
具有强制怠速控制单元，该强制怠速控制单元在上述延迟时间期间实施用于强制 地使上述内燃机进行怠速运转的强制怠速控制。
本发明的第5方式在上述第1 第4方式中的任一个的基础上还具有这样的特 征
上述还原剂添加单元在上述NOx催化剂未处于规定的温度区域时停止还原剂的 添加。
本发明的第6方式在上述第1 第5方式中的任一个的基础上还具有这样的特 征
上述催化剂前NOx浓度获取单元，包括根据上述内燃机的运转状态推定从上述内 燃机排出的废气的NOx浓度的推定单元、和检测上述NOx催化剂的上游侧的废气的NOx浓 度的催化剂前NOx传感器的至少一方。
本发明的第7方式在上述第6方式的基础上还具有这样的特征
上述催化剂前NOx浓度获取单元包括上述推定单元及上述催化剂前NOx传感器两 者，
上述异常判定单元比较由上述催化剂后NOx传感器获得的NOx浓度的检测值、由 上述催化剂前NOx传感器获得的NOx浓度的检测值以及由上述推定单元获得的NOx浓度的 推定值，区别判定上述催化剂后NOx传感器、上述催化剂前NOx传感器及上述内燃机是否异堂巾ο
本发明的第8方式在上述第7方式的基础上还具有这样的特征
由上述推定单元获得的NOx浓度的推定值基于规定的设定表进行计算，当由上述 异常判定单元判定出上述内燃机的异常时，根据上述催化剂后NOx传感器的检测值及上述 催化剂前NOx传感器的检测值的至少一方修正上述设定表的数据。
本发明的第9方式在上述第1 第8方式中的任一个的基础上还具有这样的特 征
在从停止由上述还原剂添加单元进行的还原剂的添加时开始经过规定时间后，实 施由上述催化剂后NOx传感器进行的NOx浓度的检测。
本发明的第10方式在上述第1 第9方式中的任一个的基础上还具有这样的特 征
上述还原剂为尿素。
根据本发明的第11方式，提供一种NOx传感器的异常诊断方法，在内燃机中诊断 催化剂后NOx传感器是否异常，该内燃机在排气通道中设置选择还原型NOx催化剂，并且在 其下游侧设置上述催化剂后NOx传感器，在上述NOx催化剂中选择性地添加还原剂，其特征 在于上述NOx传感器的异常诊断方法具有
停止上述还原剂的添加的步骤；
在上述还原剂的添加停止期间，由上述催化剂后NOx传感器检测催化剂后NOx浓 度，并且检测或推定上述NOx催化剂的上游侧的催化剂前NOx浓度的步骤；
比较这些催化剂后NOx浓度和催化剂前NOx浓度、判定上述催化剂后NOx传感器 是否异常的步骤。
本发明的第12方式在上述第11方式的基础上还具有这样的特征
停止上述还原剂的添加的步骤包含在上述内燃机的怠速运转时停止上述还原剂 的添加的内容。
本发明的第13方式在上述第11方式或第12方式的基础上还具有这样的特征
停止上述还原剂的添加的步骤，包含在从产生用于停止上述内燃机的停止要求信 号时开始到上述内燃机被停止为止的期间的规定延迟时间中停止上述还原剂的添加的内容。
本发明的第14方式在上述第13方式的基础上还具有这样的特征
具有在上述延迟时间中强制地使上述内燃机进行怠速运转的步骤。
本发明的第15方式在上述第11 第14方式中的任一个的基础上还具有这样的 特征
停止上述还原剂的添加的步骤包含当上述NOx催化剂未处于规定的温度区域时 停止上述还原剂的添加的内容。
本发明的第16方式在上述第11 第15方式中的任一个的基础上还具有这样的 特征
检测或推定上述催化剂前NOx浓度这一内容，包括根据上述内燃机的运转状态推 定从上述内燃机排出的废气的NOx浓度的内容以及由催化剂前NOx传感器检测上述NOx催 化剂的上游侧的废气的NOx浓度的内容中的至少一方。
本发明的第17方式在上述第16方式的基础上还具有这样的特征
检测或推定上述催化剂前NOx浓度这一内容，包括根据上述内燃机的运转状态推 定从上述内燃机排出的废气的NOx浓度的内容以及由催化剂前NOx传感器检测上述NOx催 化剂的上游侧的废气的NOx浓度的内容两者，
判定上述催化剂后NOx传感器是否异常的步骤包含了这样的内容，S卩，比较由上 述催化剂后NOx传感器获得的NOx浓度的检测值、由上述催化剂前NOx传感器获得的NOx 浓度的检测值及上述NOx浓度的推定值，区别判定上述催化剂后NOx传感器、上述催化剂前 NOx传感器及上述内燃机是否异常。
本发明的第18方式在上述第17方式的基础上还具有这样的特征
上述NOx浓度的推定值为根据上述内燃机的运转状态基于规定的设定表计算出 的值，
上述NOx传感器的异常诊断方法具有当判定出上述内燃机的异常时，根据上述催 化剂后NOx传感器的检测值及上述催化剂前NOx传感器的检测值的至少一方修正上述设定 表的数据的步骤。
本发明的第19方式在上述第11 第18方式中的任一个的基础上还具有这样的 特征
在从上述还原剂的添加停止时开始经过规定时间后，实施上述催化剂后NOx传感 器对催化剂后NOx浓度的检测。
本发明的第20方式在上述第11 第19方式中的任一个的基础上还具有这样的 特征
上述还原剂为尿素。
根据本发明，能够发挥出如下的优良的效果，即，能够良好地检测设于选择还原型 NOx催化剂的下游侧的NOx传感器的异常。


图1为本发明实施方式的内燃机的概略系统图。
图2为异常诊断处理的第1方式的流程图。
图3为异常诊断处理的第2方式的流程图。
图4为异常诊断处理的第3方式的流程图。
图5为异常诊断处理的第4方式的流程图。
图6为异常诊断处理的第5方式的内燃机的概略系统图。
图7为异常诊断处理的第5方式的流程图。
图8为异常诊断处理的第6方式的流程图。
具体实施方式
下面，参照

用于实施本发明的最佳方式。
图1为本发明实施方式的内燃机的概略系统图。在图中，符号10为机动车用的压 缩发火式内燃机、即柴油发动机，符号11为与进气口连通的进气岐管，符号12为与排气口 连通的排气岐管，符号13为燃烧室。在本实施方式中，从未图示的燃料箱供给到高压泵17 的燃料，由高压泵17压送到共轨18，在高压状态下被储压，该共轨18内的高压燃料从喷射 器14直接喷射供给到燃料室13内。来自发动机10的废气在从排气岐管12经过涡轮增压 器19后，流到其下游的排气通道15，在如后述那样被净化处理后，排出到大气中。而且，作 为柴油发动机的形式，不限于这样的具有共轨式燃料喷射装置的情形。另外，也可任意地包 含EGR装置等其它的排气净化装置。
另一方面，从空气滤清器20导入到进气通道21内的吸入空气依次通过空气流量 计22、涡轮增压器19、中间冷却器23、节气门24，到达进气岐管11。空气流量计22为用于 检测吸入空气量的传感器，具体地说是输出与吸入空气的流量相对应的信号。节气门对采 用电子控制式的节气门。
在排气通道15中，从上游侧开始依次串联地设置将废气中的未燃成分(特别是 HC)氧化而进行净化的氧化催化剂30，捕集废气中的粒子状物质(PM)并将其燃烧除去的 DPR (Diesel Particulate Reduction)催化剂32，以及还原废气中的NOx而进行净化的NOx 催化剂，特别是选择还原型NOx催化剂34。
另外，在NOx催化剂34与DI3R催化剂32之间，即在DI3R催化剂32的下游侧且NOx 催化剂34的上游侧的排气通道15中设置有添加阀40，该添加阀40用于选择性地向NOx催 化剂34中添加作为还原剂的尿素。尿素以尿素水溶液的形式使用，并从添加阀40朝向下 游侧的NOx催化剂34喷射供给到排气通道15内。在添加阀40上，连接有用于向其供给尿 素水溶液的供给装置42，在供给装置42上连接有储存尿素水溶液的槽44。
另外，设置有作为实施发动机整体的控制的控制单元的电子控制装置(以下称为 E⑶)100。E⑶100包括CPU、R0M、RAM、输入输出端口及存储装置等。E⑶100控制喷射器14、 高压泵17、节气门M等，从而根据各种传感器类的检测值等实施所期望的发动机控制。另 外，E⑶100为了控制尿素添加量而控制添加阀40及供给装置42。作为连接于E⑶100的传 感器类，除了上述空气流量计22外，还包括设于NOx催化剂34的下游侧的NOx传感器即催 化剂后NOx传感器50、分别设置在NOx催化剂34的上游侧和下游侧的催化剂前排气温度传感器52及催化剂后排气温度传感器M。催化剂后NOx传感器50将与其设置位置处的废 气的NOx浓度即催化剂后NOx浓度相对应的信号输出到ECU100。催化剂前排气温度传感 器52及催化剂后排气温度传感器M将与它们的设置位置处的废气温度相对应的信号输出 到E⑶100。而且，催化剂前排气温度传感器52设置在处于DI5R催化剂32的下游侧且处于 NOx催化剂34的上游侧的排气通道15中。
另外，作为其它的传感器类，曲柄角传感器沈、加速器开度传感器27及发动机开 关洲连接到ECU100。曲柄角传感器沈在曲柄角旋转时将曲柄脉冲信号输出到ECU100， ECU100根据该曲柄脉冲信号检测发动机10的曲柄角，并且计算发动机10的旋转速度。加 速器开度传感器27向ECU100输出与由使用者操作的加速踏板的开度(加速器开度)相对 应的信号。发动机开关观由使用者在发动机起动时接通，在发动机停止时断开。
选择还原型NOx催化剂(SCR :Selective Catalytic Reduction) 34 能够例示出在 沸石或氧化铝等基材表面承载了 Pt等贵金属的催化剂、在该基材表面进行离子交换而承 载了 Cu等过渡性金属的催化剂、在该基材表面承载了二氧化钛/钒催化剂(V205/W03/Ti02) 的催化剂等。选择还原型NOx催化剂34在其催化剂温度处于活性温度区域且添加了作为 还原剂的尿素时对NOx进行还原净化。若在催化剂中添加尿素，则在催化剂上将生成氨，该 氨与NOx反应、NOx被还原。
NOx催化剂34的温度也可由埋设在催化剂中的温度传感器直接检测出，但在本实 施方式中对其进行推定。具体地说，ECU100根据分别由催化剂前排气温度传感器52及催 化剂后排气温度传感器M检测出的催化剂前排气温度及催化剂后排气温度推定催化剂温 度。推定方法不限于这样的例子。
对NOx催化剂34的尿素添加量，根据由催化剂后NOx传感器50检测出的催化剂 后NOx浓度进行控制。具体地说，控制来自添加阀40的尿素喷射量，以使催化剂后NOx浓 度的检测值始终为零。在该场合，可仅根据催化剂后NOx浓度的检测值设定尿素喷射量，或 者也可根据催化剂后NOx传感器50的检测值对基于发动机运转状态(例如，发动机旋转速 度和加速器开度)的基本尿素喷射量进行反馈修正。NOx催化剂34仅在尿素添加时能够 对NOx进行还原，所以，通常尿素一直被添加。另外，进行控制，以便仅按对从发动机排出的 NOx进行还原所需要的最小限度的量添加尿素。若过多地添加尿素，则氨将排出到催化剂下 游(所谓的NH3逃逸)，导致产生异味等。
在这里，若设对从发动机排出的NOx的全部量进行还原所需要的最小的尿素量为 A，实际添加了的尿素量为B，则它们的比B/A被称为当量比。尽管以使当量比尽可能接近1 的方式实施尿素添加控制，但实际上发动机的运转状态时刻都在变化，所以，实际的当量比 未必成为1。在当量比小于1的场合，尿素供给量不足，NOx被排出到催化剂下游侧，所以， 用催化剂后NOx传感器50对其进行检测、增大尿素供给量。在当量比大于1时，尿素供给 量过剩。添加了的尿素有时也附着在NOx催化剂34上，在该场合，即使停止尿素的添加，也 能够由附着了的尿素在短暂的期间对NOx进行还原。
另外，与NOx催化剂34的催化剂温度(在本实施方式中为推定值)相对应地控制 尿素添加的实施 停止。具体地说，当催化剂温度达到了规定的最小活性温度(例如200°C) 以上时实施尿素添加，当催化剂温度不到该最小活性温度时停止尿素添加。这是因为，在催 化剂温度达到最小活性温度之前即使进行尿素添加，也不能以良好的效率还原NOx。另外，当催化剂温度达到了比最小活性温度高的规定上限温度(例如600°C)以上时，也停止尿素 添加。这是因为，在该场合，即使实施尿素添加，也不能按良好效率还原NOx。不过，一般来 说，在柴油发动机的场合排气温度比汽油发动机低，催化剂温度达到那样的上限温度的频 率较少。结果，在催化剂温度为最小活性温度以上且不到上限温度时实施尿素添加，当不处 于该温度区域时停止尿素添加。
在发动机暖机时，NOx催化剂34因来自发动机的排气热而升温，而催化剂后NOx传 感器50通过内置加热器的加热而较快地升温。因此，通常催化剂后NOx传感器50比NOx 催化剂34更早活性化。ECU100检测催化剂后NOx传感器50的阻抗，并且控制加热器，以使 该阻抗达到与催化剂后NOx传感器50的活性温度对应的规定值。
在本实施方式中，从上游侧开始依次排列氧化催化剂30、DPR催化剂32及NOx催 化剂34，但排列顺序不限于此。DI3R催化剂32为柴油微粒过滤器(Diesel Particulate Filter ；DPF)的一种，为过滤器结构，并且在表面具有贵金属，是利用贵金属连续地氧化 (燃烧)由过滤器捕集到了的粒子状物质的连续再生式。作为DPF，不限于这样的Dra催化 剂32，可以使用任何类型的DPF。而且，也可为省略了氧化催化剂30及DI^R催化剂32的至 少一方的实施方式。
下面，说明催化剂后NOx传感器50的异常诊断。
概括地说，本实施方式的催化剂后NOx传感器50的异常诊断的特征在于，在异常 诊断时停止尿素的添加(即，设当量比为零)，在该停止中，由催化剂后NOx传感器50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，相互比较这些 催化剂后NOx浓度与催化剂前NOx浓度，判定催化剂后NOx传感器50的异常。
如上述那样，若停止尿素的添加，则NOx催化剂34不再工作，不再能够进行NOx还 原。因此，NOx催化剂34的上游侧的NOx不被还原地通过NOx催化剂34，到达NOx催化剂 34的下游侧。NOx催化剂34的上游侧的NOx浓度即催化剂前NOx浓度，与NOx催化剂34 的下游侧的NOx浓度即催化剂后NOx浓度大致相等。因此，若催化剂后NOx浓度的检测值 相对于催化剂前NOx浓度偏离一定值以上，则能够判定催化剂后NOx传感器50异常，相反， 若催化剂后NOx浓度的检测值相对于催化剂前NOx浓度不偏离一定值以上，则能够判定催 化剂后NOx传感器50正常。由于在NOx催化剂不工作的状态、即犹如没有NOx催化剂那样 的状态下实施异常诊断，所以，能够消除异常诊断中的NOx催化剂的影响，能够确保高诊断 精度。即使在催化剂后NOx传感器检测出了异常的值的场合，也不会混淆是NOx催化剂异 常还是催化剂后NOx传感器异常，能够切实地检测催化剂后NOx传感器的异常。
催化剂前NOx浓度最好由作为从发动机10的燃烧室13排出的废气的NOx浓度的、 根据发动机10的运转状态推定的NOx浓度(以下称为催化剂前推定NOx浓度)，以及利用 设于NOx催化剂34的上游侧的NOx传感器即催化剂前NOx传感器(参照图6的符号60) 检测出的NOx浓度(以下称为催化剂前检测NOx浓度)的至少一方构成。
在本实施方式中，作为催化剂前NOx浓度，使用前者的催化剂前推定NOx浓度。 ECU100根据表示发动机运转状态的参数(例如发动机旋转速度NE及加速器开度AC)的检 测值，按照规定的设定表计算出催化剂前推定NOx浓度。而且，也能够在通常的尿素添加量 控制中使用该催化剂前推定NOx浓度，这样，能够实现数据的通用化。另一方面，在使用后 者的催化剂前检测NOx浓度作为催化剂前NOx浓度的场合，使用实际的检测值，所以，存在能够排除设定表数据随时间经过而变得不适当了的场合的推定误差的可能性。若使用前者 和后者双方，则可与2值进行比较，所以，存在能够提高诊断精度的可能性。
由于催化剂后NOx传感器50的正常 异常以催化剂前NOx浓度为基准进行判定， 所以，需要催化剂前NOx浓度为正确的值。发动机10的其它部位(喷射器等)也由ECU100 进行异常诊断，若未检测到其它部位的异常，则能够将催化剂前推定NOx浓度看成正确的 值。由此保证催化剂前NOx浓度的正确性。
在仅将催化剂前检测NOx浓度设为催化剂前NOx浓度的场合，必须保证催化剂前 NOx传感器为正常、其检测值正确。在本实施方式中，在NOx催化剂34的上游存在氧化催化 剂30和DI5R催化剂32，但它们不消耗从发动机10排出了的NOx，另外，即使消耗也为能够 忽视的程度。因此，催化剂前推定NOx浓度即使看成与催化剂后NOx浓度大体相等也没有 问题。
下面，说明由E⑶100实施的催化剂后NOx传感器50的异常诊断处理。
图2表示异常诊断处理的第1方式。图示程序由E⑶100每隔规定周期(例如 16msec)反复实施。
在最初的步骤SlOl中，判断适合于进行催化剂后NOx传感器50的异常诊断的规 定条件是否成立。例如，当(a)催化剂后NOx传感器50达到了活性温度，(b)发动机10处于 稳定运转状态，(c)发动机10的暖机结束，这样全部的条件都被满足了时，条件成立。关于 (b)的条件，例如当由空气流量计22检测的吸入空气量的变动量处于一定值以内时，能够 看成稳定。也可包含(d)NOx催化剂34的催化剂温度在规定的最小活性温度(例如200°C) 以上且不到规定的上限温度(例如600°C )时这样的条件。
在判断规定的条件未成立的场合，结束本程序。另一方面，在判断规定条件成立了 的场合，在步骤S102中将添加阀40控制为闭状态，停止尿素的添加。
在接下来的步骤S103中，判断是否从尿素添加停止时经过了规定时间。该规定时 间为比较短的时间。这样等候规定时间的经过的理由是在刚停止尿素添加后，存在由附着 在NOx催化剂34的尿素还原NOx，排出到NOx催化剂34的下游的NOx量比其上游的NOx量 减少的可能性。若等候规定时间的经过，则能够在由废气对残存附着于NOx催化剂34的尿 素进行清洗后检测催化剂后NOx浓度。换言之，规定时间预先设定为能够实现那样的清洗 的时间。
该规定时间能够由安装于E⑶100的定时器测量。或者，也可在通过了 NOx催化剂 34的废气量达到了规定值时认为经过了规定时间。在该场合，由于吸入空气量为废气量的 相关值，所以，可以在由空气流量计22检测到的吸入空气量的累计值达到了规定值时认为 经过了规定时间。还可以想到催化剂温度越高则清洗越早完成，所以，也可以在催化剂温度 与吸入空气量的积的累计值达到了规定值时认为经过了规定时间。
若在步骤S103中判断未经过规定时间，则结束本程序。
另一方面，在判断经过了规定时间的场合，看成NOx不由NOx催化剂34还原，在步 骤S104中，由催化剂后NOx传感器50检测催化剂后NOx浓度Cr，获取其检测值。然后，在 步骤S105中，推定作为从发动机10排出了的废气的NOx浓度的催化剂前推定NOx浓度Ce， 获取其推定值。
此后，在步骤S106中，比较这些催化剂后NOx浓度Cr与催化剂前推定NOx浓度Ce。具体地说，由式Δ C = I Cr-Ce |计算这些催化剂后NOx浓度Cr与催化剂前推定NOx浓 度Ce的差即浓度差AC，判断该浓度差AC是否比规定值ACs大。
在浓度差AC处于规定值ACs以下的场合，看成催化剂后NOx浓度Cr与催化剂前 推定NOx浓度Ce大致相等，在步骤S108中判定催化剂后NOx传感器50正常。另一方面， 在浓度差△ C比规定值△ Cs大的场合，看成催化剂后NOx浓度Cr从催化剂前推定NOx浓 度Ce产生比较大的偏离，在步骤S107中判定催化剂后NOx传感器50异常。由此结束本程 序。
这样，停止尿素的添加、比较此期间的催化剂后NOx浓度Cr与催化剂前推定NOx 浓度Ce，判定催化剂后NOx传感器50的异常，所以，能够不受到处在其间的NOx催化剂34 的影响地实施异常诊断。因此，能够实现诊断精度高的良好的异常诊断。而且，也不需要追 加NOx传感器等的特定的部件，所以，有利于成本降低，也不需要追加复杂的控制。当然也 适合在车上的诊断。
由于在从尿素添加停止时开始经过规定时间后获得催化剂后NOx浓度Cr和催化 剂前推定NOx浓度Ce，所以，能够不受附着于NOx催化剂34的尿素的影响地在切实的催化 剂不工作状态下获得浓度值。
下面，参照图3说明异常诊断处理的第2方式。图3所示的程序也由E⑶100每隔 规定周期(例如16msec)反复实施。
在最初的步骤S201中，判断适合进行催化剂后NOx传感器50的异常诊断的规定 条件是否成立。但是，这里的条件与上述步骤SlOl不同，例如，若(a)催化剂后NOx传感器 50到达了活性温度，(b)发动机10处于稳定运转状态这2个条件得到了满足，则条件成立。 在判断规定条件未成立的场合，结束本程序。
另一方面，在已判断规定条件成立的场合，在步骤S202中判断尿素添加是否处于 停止中。这里的停止操作为基于通常的尿素添加控制的停止操作。即，如上述那样，按照通 常控制，当NOx催化剂34的催化剂温度不到规定的最小活性温度(例如200°C )时，停止尿 素添加。例如，当NOx催化剂34在暖机中还为非活性时，或虽然NOx催化剂34 —时活性化 了，但此后的运转状态、催化剂气氛状态(例如燃料切断、怠速、低外气温、水、雪等附着于 催化剂)使得催化剂再度成为非活性时，停止尿素添加。另外，也可在发动机处于暖机中时 停止尿素添加。另外，在NOx催化剂34的催化剂温度处于规定的上限温度(例如600°C ) 以上时也停止尿素添加。
在本方式中，在按照这样的通常控制的尿素添加停止中，同时进行催化剂后NOx 传感器50的异常诊断。这样，能够确保更多的异常诊断的频度。
在已判断不是尿素添加停止中的场合，结束本程序。
另一方面，在已判断为尿素添加停止中的场合，在步骤S203中，与上述步骤S104 同样地获取催化剂后NOx浓度Cr。然后，在步骤S204中，与上述步骤S105同样地获取催化 剂前推定NOx浓度Ce。此后，在步骤S205中，与上述步骤S106同样地判断催化剂后NOx浓 度Cr与催化剂前推定NOx浓度Ce的浓度差Δ C是否比规定值ACs大。在浓度差AC处 于规定值ACs以下的场合，在步骤S207中判定催化剂后NOx传感器50正常。另一方面， 在浓度差AC比规定值ACs大的场合，在步骤S206中判定催化剂后NOx传感器50异常。 由此结束本程序。
下面，参照图4说明异常诊断处理的第3方式。图4所示的程序也由E⑶100每隔 规定周期(例如16msec)反复实施。
在最初的步骤S301中，与上述步骤SlOl同样地判断适合于进行催化剂后NOx传 感器50的异常诊断的规定条件是否成立。在已判断规定条件不成立的场合，结束本程序。
另一方面，在已判断规定条件成立的场合，在步骤S302中判断现在的发动机运转 状态是否为怠速运转。
S卩，若停止用于异常诊断的尿素添加，则NOx催化剂34不能还原NOx，NOx排出到 NOx催化剂34的下游侧，排放物恶化。然而，在怠速运转时，来自发动机的废气量及NOx排 出量最小，所以，通过在此时实施异常诊断，能够使排放物的恶化为最小限度。若在怠速运 转时进行异常诊断，则与在怠速运转时以外进行异常诊断的情况相比，能够改善排放物。另 外，由于在怠速运转时发动机10切实地为稳定运转状态，所以，对确保异常诊断的精度也 有利。
在已判断发动机运转状态不为怠速运转的场合，结束本程序。另一方面，在已判 断发动机运转状态为怠速运转的场合，实施与上述步骤S102 S108同样的步骤S303 S309，判定催化剂后NOx传感器50的正常·异常。
下面，参照图5说明异常诊断处理的第4方式。图5所示的程序也由E⑶100每隔 规定周期(例如16msec)反复实施。
一般来说，在该第4方式中，在发动机10停止时其停止将延迟，在该延迟时间中停 止尿素的添加，获得催化剂后NOx浓度和催化剂前推定NOx浓度，判定催化剂后NOx传感器 50的异常。在发动机10停止时，在大多数场合，NOx催化剂34和催化剂后NOx传感器50 活性化，而且发动机也进行怠速运转。因此，能够容易地满足用于异常诊断的各种条件，比 较适合作为异常诊断的时机。而且，由于在发动机停止时必定实施异常诊断，所以，也能够 确保异常诊断的实施频度。与前面的怠速运转时同样地，能够将异常诊断时的排放物恶化 抑制为最小限度。
在实施该发动机停止延迟时间中的异常诊断的场合，在其延迟时间中，最好实施 用于强制地使发动机进行怠速运转的强制怠速控制。这是因为在延迟时间中能够切实地 防止可以说很少出现的、使用者踩下加速踏板而不为怠速状态的情况发生。
该强制怠速控制时的目标转速能够设定为与作为发动机暖机后的值的通常的目 标怠速转速相等，但也可作为其替代方案地设定为比其通常的目标怠速转速高一些的规定 的高转怠速转速。若设定为高转怠速转速，则尿素添加停止后的清洗速度加快，存在提前结 束异常诊断而缩短发动机停止延迟时间的可能性。
如图5所示那样，在最初的步骤S401中，判断是否由使用者断开了发动机开关观。 由该发动机开关观的断开产生断开信号，送出到ECU100。该断开信号成为用于使发动机停 止的停止要求信号。
在发动机开关观未被断开的场合，结束本程序。另一方面，在发动机开关观被断 开了的场合，在步骤S402中实施强制怠速控制。这样，发动机被切实地保持为怠速运转状 态。
接下来的步骤S403 S409与上述步骤S102 S108相同。通过步骤S403 S409 停止尿素的添加，获取催化剂后NOx浓度Cr和催化剂前推定NOx浓度Ce，将它们的浓度差14AC与规定值ACs相比较，判定催化剂后NOx传感器50的正常·异常。
最后，在步骤S410中停止发动机，结束本程序。发动机的停止按从步骤S401的发 动机开关断开到步骤S410的发动机停止为止期间的延迟时间产生延迟。为了减少使用者 的不适感，步骤S404的规定时间最好尽可能地短。
下面，说明异常诊断处理的第5方式。在该第5方式中，如图6所示那样在NOx催 化剂34的上游侧追加设置NOx传感器即催化剂前NOx传感器60。催化剂前NOx传感器60 设在NOx催化剂34与DI3R催化剂32之间，即DI3R催化剂32的下游侧且NOx催化剂34的 上游侧的排气通道15中，检测其设置位置的废气的NOx浓度，并将与该检测浓度相对应的 信号输出到ECU100。下面，将由该催化剂前NOx传感器60检测出的NOx浓度称为催化剂前 检测NOx浓度。催化剂前NOx传感器60最好如图所示那样设于添加阀40的上游侧，但也 不必非要这样。
总之，在该第5方式中，进行由催化剂后NOx传感器50检测出的催化剂后NOx浓 度、由催化剂前NOx传感器60检测出的催化剂前检测NOx浓度、及基于发动机运转状态推 定的催化剂前推定NOx浓度的比较，即进行3点处的比较。然后，根据该比较结果，区别地 判定催化剂后NOx传感器50、催化剂前NOx传感器60及发动机10的异常。
由于催化剂后NOx浓度不仅与催化剂前推定NOx浓度比较，而且还与催化剂前检 测NOx浓度比较，所以，催化剂后NOx传感器50的异常诊断的可靠性提高。例如，若仅比较 催化剂后NOx浓度与催化剂前推定NOx浓度，则在催化剂后NOx浓度从催化剂前推定NOx 浓度偏离较大的场合，不能区分是催化剂后NOx传感器50异常还是因发动机异常而导致排 出NOx量异常。按照该第5方式，催化剂前检测NOx浓度也加入到比较对象，所以，例如在 催化剂前推定NOx浓度与催化剂前检测NOx浓度大体相等、且仅催化剂后NOx浓度偏离的 场合，能够判定为催化剂后NOx传感器50的异常。按照同样的要领，也能够检测出催化剂 前NOx传感器60及发动机10的异常。仅是表示偏离了的值的一个被判定为异常。
结果，不仅催化剂后NOx传感器50的异常能够检测，而且催化剂前NOx传感器60 及发动机10的异常也能够检测到。因此，能够扩大异常诊断的范围。另外，能够将催化剂 前NOx传感器60的检测值用于通常的尿素添加控制，所以，尿素添加控制的精度也能够提 尚ο
下面参照图7说明该第5方式的具体的处理。图7所示的程序也由E⑶100每隔 规定周期(例如16msec)反复实施。
步骤S501 S503与上述步骤SlOl S103同样。在步骤S503中判断经过了规 定时间的场合，在步骤S504中，获得作为催化剂后NOx传感器50的检测值的催化剂后NOx 浓度Cr和作为催化剂前NOx传感器60的检测值的催化剂前检测NOx浓度Cf。然后，在步 骤S505中获得作为从发动机10排出的废气的NOx浓度的推定值的催化剂前推定NOx浓度Ce0
此后，在步骤S506中，通过下式计算这些催化剂后NOx浓度Cr、催化剂前检测NOx 浓度Cf及催化剂前推定NOx浓度Ce的浓度差，即第1浓度差Δ Cl、第2浓度差Δ C2及第 3浓度差AC3(参照图6)。
ACl= | Cf-Ce|
Δ C2 =|Cr-Ce|
Δ C3 =|Cr-Cf
然后，将这些第1 第3浓度差ACl Δ C3分别与第1 第3规定值ACls AC3s相比较。首先，在步骤S507中，比较第1浓度差ACl与第1规定值ACls，而且，比 较第2浓度差AC2与第2规定值AC2s。
在第1浓度差ACl比第1规定值ACls大而且第2浓度差Δ C2比第2规定值 Δ C2s大的场合(Δ Cl > Δ Cls&A C2 > Δ C2s)，看成仅催化剂前推定NOx浓度Ce从其它 两个值即催化剂后NOx浓度Cr及催化剂前检测NOx浓度Cf偏离。因此，在步骤S508中， 判定发动机10异常。而且，如上述那样，发动机异常通过由ECU100进行的通常的异常诊断 也能够检测出，通过在该步骤中也检测发动机10的异常，能够进行双重诊断，可靠性提高。
在发动机10的异常判定后，在步骤S509中，修正或更新用于计算催化剂前推定 NOx浓度Ce的设定表。即，时效变化等也可能使设定表数据的最佳值从新品时产生变化，所 以，在这里现状是将实际获得的NOx浓度值学习到设定表中。具体地说，与在步骤S505中 获得了催化剂前推定NOx浓度Ce时的发动机参数(例如转速及加速器开度)相对应的设 定表上的值，能够被置换成基于在步骤S504中获得的催化剂后NOx浓度Cr及催化剂前检 测NOx浓度Cf的至少一方的值(任一方的值或双方的平均值等)。这样，结束本程序。
另一方面，当在步骤S507中ACl >八以8且八02> Δ C2s的关系未被满足时， 在步骤S510中比较第1浓度差Δ Cl与第1规定值Δ Cls，而且，比较第3浓度差Δ C3与第 3规定值AC3s。
在第1浓度差ACl比第1规定值Δ Cls大且第3浓度差Δ C3比第3规定值AC3s 大的场合(Δ Cl > Δ Cls& Δ C3 > Δ C3s)，看成仅催化剂前检测NOx浓度Cf从其它二个值 即催化剂后NOx浓度Cr及催化剂前推定NOx浓度Ce偏离。因此，在步骤S511中判定催化 剂前NOx传感器60异常。由此结束本程序。
另一方面，在步骤S510中，在ACl >八以8且八03> Δ C3s的关系未得到满足的 场合，在步骤S512中比较第2浓度差AC2与第2规定值Δ C2s，而且比较第3浓度差Δ C3 与第3规定值AC3s。
在第2浓度差Δ C2比第2规定值Δ C2s大且第3浓度差Δ C3比第3规定值Δ C3s 大的场合(Δ C2 > Δ C2s& Δ C3 > Δ C3s)，看成仅催化剂后NOx浓度Cr从其它二个值即催 化剂前检测NOx浓度Cf及催化剂前推定NOx浓度Ce偏离。因此，在步骤S513中判定催化 剂后NOx传感器50异常。由此结束本程序。
另一方面，在步骤S512中，在AC2> Δ Ck且Δ C3 > Δ C3s的关系未得到满足 的场合，在步骤S514中判定发动机10、催化剂前NOx传感器60及催化剂后NOx传感器50 都正常。然后结束本程序。
下面，说明异常诊断处理的第6方式。该第6方式为在上述第5方式(图7)中组 合了上述第4方式(图幻的方式。催化剂后NOx传感器50、催化剂前NOx传感器60及发 动机10的异常判定在发动机停止延迟时间中实施。
该第6方式的具体处理如图8所示。步骤S601 S603与第4方式的步骤S401 S403相同。此后的步骤S604 S614与第5方式的步骤S504 S514相同。在步骤S609、 S611、S613、S614后，在步骤S615中停止发动机10，结束本程序。
这样，上述第1 第6的各方式只要不产生矛盾，则可以部分或整体地进行组合。
如在以上的说明中可以理解的那样，在本实施方式中，ECU100构成异常判定单元、 停止延迟单元、强制怠速控制单元及推定单元。另外，添加阀40及供给装置42构成还原剂 添加单元，发动机开关观构成停止要求信号产生单元。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明也能够采用其它的实施方式。例如，作 为还原剂也可以使用尿素以外的还原剂，例如能够使用氨、碳氢化合物(HC)、酒精、氢、一氧 化碳等。在上述实施方式中，催化剂后NOx浓度与催化剂前NOx浓度的比较根据它们的差 进行，但比较方法并不局限于此，例如也可根据它们的比进行。本发明也可适用于压缩发火 式内燃机以外的内燃机，例如火花点火式内燃机，特别是直喷烯燃汽油发动机。
本发明的实施方式不限于上述实施方式，包含于由权利要求限定的本发明的思想 内的所有变形例、应用例、等同物都包含于本发明。因此，本发明不应限定性地受到解释，还 能够适用于归属在本发明的思想范围内的其它任意的技术。
产业上利用的可能性
本发明能够适用于检测NOx催化剂下游侧的废气的NOx浓度的NOx传感器。
权利要求
1.一种NOx传感器的异常诊断装置，其特征在于具有选择还原型NOx催化剂、催化剂 后NOx传感器、还原剂添加单元、催化剂前NOx浓度获取单元及异常判定单元；上述选择还原型NOx催化剂设在内燃机的排气通道中；上述催化剂后NOx传感器检测上述NOx催化剂的下游侧的废气的NOx浓度；上述还原剂添加单元用于选择性地将还原剂添加到上述NOx催化剂中；上述催化剂前NOx浓度获取单元检测或推定上述NOx催化剂的上游侧的废气的NOx浓度；上述异常判定单元在由上述还原剂添加单元进行的还原剂的添加停止期间，将由上述 催化剂后NOx传感器及上述催化剂前NOx浓度获取单元分别检测或推定的NOx浓度相互进 行比较，判定上述催化剂后NOx传感器是否异常。
2.根据权利要求1所述的NOx传感器的异常诊断装置，其特征在于在上述内燃机的怠速运转时，上述还原剂添加单元停止还原剂的添加，并且上述异常 判定单元进行上述催化剂后NOx传感器的异常判定。
3.根据权利要求1所述的NOx传感器的异常诊断装置，其特征在于具有停止要求信 号产生单元和停止延迟单元；上述停止要求信号产生单元产生用于使上述内燃机停止的停止要求信号；上述停止延迟单元当由上述停止要求信号产生单元产生了停止要求信号时，在延迟规 定的延迟时间后使上述内燃机停止；在上述延迟时间期间，上述还原剂添加单元停止还原剂的添加，并且上述异常判定单 元进行上述催化剂后NOx传感器的异常判定。
4.根据权利要求3所述的NOx传感器的异常诊断装置，其特征在于具有强制怠速控制单元，该强制怠速控制单元在上述延迟时间期间实施用于强制地使 上述内燃机进行怠速运转的强制怠速控制。
5.根据权利要求1所述的NOx传感器的异常诊断装置，其特征在于上述还原剂添加单元在上述NOx催化剂未处于规定的温度区域时停止还原剂的添加。
6.根据权利要求1所述的NOx传感器的异常诊断装置，其特征在于上述催化剂前NOx浓度获取单元，包括根据上述内燃机的运转状态推定从上述内燃机 排出的废气的NOx浓度的推定单元、和检测上述NOx催化剂的上游侧的废气的NOx浓度的 催化剂前NOx传感器的至少一方。
7.根据权利要求6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浓度获取单元包括上述推定单元及上述催化剂前NOx传感器两者，上述异常判定单元比较由上述催化剂后NOx传感器获得的NOx浓度的检测值、由上述 催化剂前NOx传感器获得的NOx浓度的检测值以及由上述推定单元获得的NOx浓度的推定 值，区别判定上述催化剂后NOx传感器、上述催化剂前NOx传感器及上述内燃机是否异常。
8.根据权利要求7所述的NOx传感器的异常诊断装置，其特征在于由上述推定单元获得的NOx浓度的推定值基于规定的设定表进行计算，当由上述异常 判定单元判定出上述内燃机的异常时，根据上述催化剂后NOx传感器的检测值及上述催化 剂前NOx传感器的检测值的至少一方修正上述设定表的数据。
9.根据权利要求1所述的NOx传感器的异常诊断装置，其特征在于在从停止由上述还原剂添加单元进行的还原剂的添加时开始经过规定时间后，实施由 上述催化剂后NOx传感器进行的NOx浓度的检测。
10.根据权利要求1所述的NOx传感器的异常诊断装置，其特征在于上述还原剂为尿素。
11.一种NOx传感器的异常诊断方法，在内燃机中诊断催化剂后NOx传感器是否异常， 该内燃机在排气通道中设置选择还原型NOx催化剂，并且在其下游侧设置上述催化剂后 NOx传感器，在上述NOx催化剂中选择性地添加还原剂，其特征在于上述NOx传感器的异 常诊断方法具有停止上述还原剂的添加的步骤；在上述还原剂的添加停止期间，由上述催化剂后NOx传感器检测催化剂后NOx浓度，并 且检测或推定上述NOx催化剂的上游侧的催化剂前NOx浓度的步骤；比较这些催化剂后NOx浓度和催化剂前NOx浓度、判定上述催化剂后NOx传感器是否 异常的步骤。
12.根据权利要求11所述的NOx传感器的异常诊断方法，其特征在于停止上述还原剂的添加的步骤包含在上述内燃机的怠速运转时停止上述还原剂的添 加的内容。
13.根据权利要求11所述的NOx传感器的异常诊断方法，其特征在于停止上述还原剂的添加的步骤，包含在从产生用于停止上述内燃机的停止要求信号时 开始到上述内燃机被停止为止的期间的规定延迟时间中停止上述还原剂的添加的内容。
14.根据权利要求13所述的NOx传感器的异常诊断方法，其特征在于具有在上述延迟时间中强制地使上述内燃机进行怠速运转的步骤。
15.根据权利要求11所述的NOx传感器的异常诊断方法，其特征在于停止上述还原剂的添加的步骤包含当上述NOx催化剂未处于规定的温度区域时停止 上述还原剂的添加的内容。
16.根据权利要求11所述的NOx传感器的异常诊断方法，其特征在于检测或推定上述催化剂前NOx浓度这一内容，包括根据上述内燃机的运转状态推定从 上述内燃机排出的废气的NOx浓度的内容以及由催化剂前NOx传感器检测上述NOx催化剂 的上游侧的废气的NOx浓度的内容中的至少一方。
17.根据权利要求16所述的NOx传感器的异常诊断方法，其特征在于检测或推定上述催化剂前NOx浓度这一内容，包括根据上述内燃机的运转状态推定从 上述内燃机排出的废气的NOx浓度的内容以及由催化剂前NOx传感器检测上述NOx催化剂 的上游侧的废气的NOx浓度的内容两者，判定上述催化剂后NOx传感器是否异常的步骤包含了这样的内容，即，比较由上述催 化剂后NOx传感器获得的NOx浓度的检测值、由上述催化剂前NOx传感器获得的NOx浓度 的检测值及上述NOx浓度的推定值，区别判定上述催化剂后NOx传感器、上述催化剂前NOx 传感器及上述内燃机是否异常。
18.根据权利要求17所述的NOx传感器的异常诊断方法，其特征在于上述NOx浓度的推定值为根据上述内燃机的运转状态基于规定的设定表计算出的值，上述NOx传感器的异常诊断方法具有当判定出上述内燃机的异常时，根据上述催化剂后NOx传感器的检测值及上述催化剂前NOx传感器的检测值的至少一方修正上述设定表的 数据的步骤。
19.根据权利要求11所述的NOx传感器的异常诊断方法，其特征在于在从上述还原剂的添加停止时开始经过规定时间后，实施上述催化剂后NOx传感器对 催化剂后NOx浓度的检测。
20.根据权利要求11所述的NOx传感器的异常诊断方法，其特征在于 上述还原剂为尿素。
全文摘要
在内燃机(10)的排气通道(15)中设置有选择还原型NOx催化剂(34)和检测其下游的NOx浓度Cr的催化剂后NOx传感器(50)。从添加阀(40)选择性地将还原剂添加到NOx催化剂。检测或推定NOx催化剂上游的NOx浓度Ce。在还原剂的添加停止中将检测出或推定的NOx催化剂前后的NOx浓度Cr、Ce相互比较，判定催化剂后NOx传感器(50)的异常。在停止还原剂的添加、消除了NOx催化剂的影响的状态下实施异常诊断。
文档编号F02D45/00GK102037230SQ200880129329
公开日2011年4月27日 申请日期2008年5月21日 优先权日2008年5月21日
发明者柴田大介, 泽田裕 申请人:丰田自动车株式会社