排气净化系统的制作方法

本发明涉及排气净化系统，尤其涉及具有对排气中的NOx进行还原净化的选择性还原催化剂(以下，SCR)的排气净化系统。

背景技术：

以往，已知一种具有SCR的排气净化系统，该SCR以从尿素水中加水分解而生成的氨(以下称作NH3)作为还原剤，对排气中的NOx选择性地进行还原净化。在这样的排气净化系统中，基于在SCR的排气下游侧设置的NOx传感器的传感器值，对尿素水喷射量进行反馈控制，以使排气中的NOx值成为目标值(例如，参照专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:(日本)特开2003-293738号公报

专利文献2:(日本)特开2013-181411号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，SCR的NH3可吸附量存在随着催化剂温度的上升而降低的倾向。因此，若由于柴油微粒过滤器(以下称作DPF)的强制再生等而使排气温度急剧上升，则可能引起所谓的NH3漏失，即NH3的一部分脱离SCR而被排放到下游侧。

由于一般的NOx传感器不能区别NOx和NH3，因此，若发生NH3漏失，则NOx传感器会表示较高的NOx值。此外，在排气制动工作时和急加速时等排气流量急剧变化的状况下，或由于排气中的碳氢化合物(HC)的影响而在NOx传感器的内部处理中产生延迟时，存在NOx传感器的传感器值会比实际的NOx值临时地急剧上升的情况。

因此，在基于NOx传感器的传感器值来反馈控制尿素水喷射量的系统中，有可能将NOx传感器的传感器值急剧上升或NH3漏失错误识别为过大的NOx的排出而使尿素水过度喷射。此外，在基于NOx传感器的传感器值进行异常诊断等的系统中，有可能进行停止尿素水喷射或发出异常警报等误诊断。即，为了防止这些尿素水的过度喷射和误诊断，重要的是高精度地判定NOx传感器的传感器值急剧上升是由于NOx传感器的故障或临时性响应不良，还是由于NH3漏失的影响。

本发明的目的在于提供一种在NOx传感器的传感器值急剧上升的情况下，有效地判定NOx传感器是否发生了故障的排气净化系统。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，本发明的排气净化系统是一种包括选择性还原催化剂和NOx传感器的排气净化系统，所述选择性还原催化剂设置在内燃机的排气通道上，以从尿素水生成的氨作为还原剤，来净化排气中的NOx，所述NOx传感器设置在所述排气通道上，取得排气中的NOx值；该排气净化系统的特征在于，包括：到达时间计量部件，对由所述NOx传感器取得的NOx值从规定的第1判定NOx值达到比该第1判定NOx值高的规定的第2判定NOx值为止的到达时间进行计量；以及判定部件，在由所述到达时间计量部件计量的到达时间在规定的第1判定时间以下的情况下，将所述NOx传感器判定为故障。

此外，优选在由所述到达时间计量部件计量的到达时间在比所述第1判定时间长的规定的第2判定时间以下的情况下，所述判定部件判定在所述NOx传感器中发生了临时性响应不良。

此外，优选所述NOx传感器被设置在比所述选择性还原催化剂靠下游侧的排气通道上，在由所述到达时间计量部件计量的到达时间在比所述第2判定时间长的规定的第3判定时间以下的情况下，所述判定部件判定为发生了氨漏失，即所述选择性还原催化剂中吸附的氨的至少一部分脱离。

优选还包括：喷射控制部件，基于所述NOx传感器的检测值来控制对所述选择性还原催化剂的尿素水喷射量；诊断部件，基于所述NOx传感器的检测值来进行异常诊断；减少部件，在所述判定部件判定为NOx传感器的临时性响应不良或者氨漏失的情况下，使所述控制部件控制的尿素水喷射量减少；以及禁止部件，在所述判定部件判定为NOx传感器的临时性响应不良或者氨漏失的情况下，禁止所述诊断部件的异常诊断。

此外，优选还包括：稳定判定部件，计算将由所述NOx传感器在规定期间内取得的NOx值进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，则将排气中的NOx值判定为稳定状态；以及判定条件计算部件，根据由所述稳定判定部件计算的平均NOx值来计算所述第2判定NOx值。

附图说明

图1是表示本实施方式的排气净化系统的示意性的整体结构图。

图2是表示本实施方式的电子控制单元(ECU)的功能框图。

图3是用于说明本实施方式的排气净化系统对NOx传感器的故障判定的时序图。

图4是用于说明本实施方式的排气净化系统对NOx传感器的响应不良判定的时序图。

图5是用于说明本实施方式的排气净化系统的NH3漏失判定的时序图。

图6是表示本实施方式的排气净化系统的控制内容的一例的流程图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的一个实施方式的排气净化系统。对于同一部件赋予同一附图标记，它们的名称和功能也相同。因此，不重复关于它们的详细说明。

如图1所示，在柴油引擎(以下，简称引擎)10的排气岐管10b上连接有用于将排气导出到大气的排气通道11。在该排气通道11中，从排气上游侧起依次设有前级后处理装置30、后级后处理装置40等。

前级后处理装置30在催化剂箱30a内从上游侧起依次配置氧化催化剂(以下称作DOC)31、DPF32而构成。此外，在比DOC31更上游侧的排气通道11中设有燃料喷射装置(燃料添加阀)33。

燃料喷射装置33根据从电子控制单元(以下称作ECU)50输入的指示信号，对排气通道11内喷射未燃燃料(主要是HC)。另外，在使用基于引擎10的多段喷射的远后喷射(Post Injection)的情况下，也可以省略该燃料喷射装置33。

DOC31，例如，通过在堇青石蜂窝结构体等陶瓷制载体表面承载催化剂成分而形成。DOC31若通过燃料喷射装置33或远后喷射而被供应HC，则会将其氧化而使排气温度上升。

DPF32，例如是通过将由多孔质地的隔墙所划分的多个单元沿着排气的流动方向配置，并将这些单元的上游侧和下游侧交替进行孔封闭而形成的。DPF32将排气中的PM捕获在隔墙的细孔或表面，并且在PM堆积量达到规定量时，执行将其燃烧除去的所谓强制再生。强制再生是通过燃料喷射装置33或远后喷射对DOC31供给未燃燃料(HC)，将流入DPF32的排气温度升温到PM燃烧温度而进行的。

后级后处理装置40是具有被容纳在箱40A内的SCR41而构成的。此外，在比SCR41靠上游侧的排气通道11中，设有尿素水喷射装置60，在比SCR41靠下游侧的排气通道11中，设有NOx传感器22。

尿素水喷射装置60根据从ECU50输入的指示信号使尿素添加阀61进行开闭动作，从而在比SCR41靠上游侧的排气通道11内，喷射通过尿素水泵63从尿素水缸62内压送的尿素水。喷射的尿素水通过排气热而被加水分解从而生成为NH3，并作为还原剂被提供给下游侧的SCR41。

SCR41，例如是在蜂窝结构体等陶瓷制载体表面承载沸石等而形成的，包括由多孔质地的隔墙划分的多个单元。SCR41吸附作为还原剤供给的NH3，并且由吸附的NH3从通过的排气中选择性地还原净化NOx。

NOx传感器22检测通过了SCR41的排气中的NOx值(以下，为SCR出口NOx值NOx_OUT)。由NOx传感器22检测的SCR出口NOx值NOx_OUT被发送给电连接的ECU50。

ECU50用于进行引擎10和燃料喷射装置33、尿素水喷射装置60等的各种控制，包括公知的CPU和ROM、RAM、输入端口、输出端口等而构成。此外，ECU50，如图2所示，作为一部分功能要素而具有尿素水喷射控制部51、异常诊断部52、NOx稳定判定部53、判定条件计算部54、实际到达时间计量部55、传感器值上升判定部56和减少/禁止部57。这些各功能要素在本实施方式中作为包含在作为一体的硬件的ECU50中的部分进行说明，但是它们的任何一部分都可以被设置为单独的硬件。

尿素水喷射控制部51基于从NOx传感器22输入的SCR出口NOx值NOx _OUT，对尿素水喷射装置60的尿素水喷射量进行反馈控制。

若NOx传感器22因为SCR41的NOx净化性能的大幅降低或尿素添加阀61的故障等而检测出异常值，则异常诊断部52执行发出异常警报的异常诊断。

NOx稳定判定部53基于从NOx传感器22输入的SCR出口NOx值NOx _OUT，判定通过了SCR41的排气中的NOx值是否处于稳定状态。更详细地说，NOx稳定判定部53通过将NOx传感器22在规定期间内检测出的SCR出口NOx值NOx_OUT进行平均化，从而实时地计算该规定期间内的平均NOx值NOx_AVE(移动平均)。然后，若计算出的平均NOx值NOx_AVE收敛到比规定的第1判定NOx值NOx₁低的稳定NOx值范围内NOx₀+/-ΔNOx，则将SCR41下游的NOx值判定为稳定状态(参照图3～5的时刻t0～t1)。

在由NOx稳定判定部53判定排气中的NOx值为稳定状态时，判定条件计算部54计算后述的传感器值上升判定和喷射量减少、诊断禁止等中使用的(1)故障判定时间TIME₁、(2)响应不良判定时间TIME₂、(3)NH3漏失判定时间TIME₃、(4)最长等待时间TIME_UP、(5)处理禁止时间TIME _ACT、(6)第2判定NOx值NOx₂。

故障判定时间TIME₁是用于判定NOx传感器22是否发生了故障的判定条件，是根据平均NOx值NOx_AVE而计算的。响应不良判定时间TIME₂是用于判定NOx传感器22是否产生了临时性响应不良的判定条件，是根据平均NOx值NOx_AVE而计算的。NH3漏失判定时间TIME₃是用于判定是否从SCR41发生了NH3漏失的判定条件，是根据平均NOx值NOx_AVE而计算的。另外，故障判定时间TIME₁被设定为比响应不良判定时间TIME₂短的时间(TIME₁＜TIME₂)，响应不良判定时间TIME₂被设定为比NH3漏失判定时间TIME₃短的时间(TIME₂＜TIME₃)。

最长等待时间TIME_UP是用于在由NOx传感器22检测出的SCR出口NOx值NOx_OUT未到达第2判定NOx值NOx₂的情况下将上述各种判定条件进行初始化的等待时间，是根据平均NOx值NOx_AVE而计算的，或者被设定为预定的任意时间。处理禁止时间TIME_ACT是用于在NOx传感器22的传感器值急剧上升时减少尿素水喷射量并且禁止异常诊断的时间，是根据平均NOx值NOx_AVE而计算的。第2判定NOx值NOx₂是比第1判定NOx值NOx₁高的值，是根据平均NOx值NOx_AVE而计算的。另外，第2判定NOx值NOx₂也可以针对各种判定的每个而单独设定。

实际到达时间计量部55通过ECU50内置的定时器对由NOx传感器22检测出的SCR出口NOx值NOx_OUT从超过第1判定NOx值NOx₁的时刻起到达第2判定NOx值NOx₂所需的时间(参照图3～5的时刻t1～t2)进行计量，并作为实际到达时间TIME_COUNT。

传感器值上升判定部56基于由实际到达时间计量部55计量的实际到达时间TIME_COUNT，判定NOx传感器22的故障和临时性响应不良以及NH3漏失的发生。更详细地说，若实际到达时间TIME_COUNT为故障判定时间TIME₁以下(参照图3)，则将NOx传感器22判定为故障。此外，若实际到达时间TIME_COUNT比故障判定时间TIME₁长，并且在响应不良判定时间TIME₂以下(参照图4)，则判定NOx传感器22中发生了临时性响应不良。此外，若实际到达时间TIME_COUNT比响应不良判定时间TIME₂长，并且在NH3漏失判定时间TIME₃以下(参照图5)，则判定为发生了NH3漏失。

在由传感器值上升判定部56判定在NOx传感器22中发生了临时性响应不良或NH3漏失的情况下，在SCR出口NOx值NOx_OUT超过第2判定NOx值NOx₂的时刻起直到经过处理禁止时间TIME_ACT为止(参照图4、5的时刻t2～t3)，减少/禁止部57使尿素水喷射控制部51控制的尿素水喷射量减少，并且禁止异常诊断部52的异常诊断。

接着，基于图6，说明本实施方式的排气净化系统的控制流程。另外，图6的流程与尿素水喷射控制部51的尿素水喷射控制以及异常诊断部52的异常诊断并行执行。

在步骤(以下，将步骤简单记作S)100中，基于将NOx传感器22在规定期间内检测出的SCR出口NOx值NOx_OUT进行了移动平均后的平均NOx值NOx_AVE，判定SCR41下游的NOx值是否处于稳定状态。在平均NOx值NOx_AVE收敛到稳定NOx值范围内NOx₀+/-ΔNOx的情况下(是)，SCR41下游的NOx值被判定为稳定状态，本控制进入S110。

在S110中，基于由S100计算出的稳定状态的平均NOx值NOx_AVE，计算进行传感器值上升判定或喷射量减少、诊断禁止等所要使用的(1)故障判定时间TIME₁、(2)响应不良判定时间TIME₂、(3)NH3漏失判定时间TIME₃、(4)最长等待时间TIME_UP、(5)处理禁止时间TIME_ACT、(6)第2判定NOx值NOx₂。

在S120中，判定由NOx传感器22检测出的SCR出口NOx值NOx_OUT是否超过了第1判定NOx值NOx₁。在SCR出口NOx值NOx_OUT超过了第1判定NOx值NOx₁的情况下(是)，开始定时器的计时并进入S130。

在S130中，判定由NOx传感器22检测出的SCR出口NOx值NOx_OUT是否达到了第2判定NOx值NOx₂。在SCR出口NOx值NOx_OUT没有达到第2判定NOx值NOx₂的情况下(否)，进入S140。

在S140中，判定从S120开始的定时器的计时时间TIME₄是否达到了最长等待时间TIME_UP。在计时时间TIME₄达到了最长等待时间TIME_UP的情况下(是)，由于是缓慢的NOx上升、NOx传感器22的传感器值可信，因此本控制进入S400，将在S110中计算出的各种判定条件初始化后返回。

在S130中，SCR出口NOx值NOx_OUT达到了第2判定NOx值NOx₂的情况下(是)，进入S200。在S200中，判定SCR出口NOx值NOx_OUT从超过第1判定NOx值NOx₁的时刻起至到达第2判定NOx值NOx₂所需的实际到达时间TIME_COUNT是否在故障判定时间TIME₁以下。在实际到达时间TIME_COUNT在故障判定时间TIME₁以下的情况下(是)，进入S210，并将NOx传感器22判定为故障。另一方面，在S200中实际到达时间TIME_COUNT比故障判定时间TIME₁长的情况下(否)，进入S220。

在S220中，判定实际到达时间TIME_COUNT是否在响应不良判定时间TIME₂以下。在实际到达时间TIME_COUNT在响应不良判定时间TIME₂以下的情况下(是)，进入S230，并将NOx传感器22判定为临时性响应不良故障。然后，本控制进入S300，从S130的时刻起到经过处理禁止时间TIME_ACT为止，使尿素水喷射量减少并禁止异常诊断，进而，进入S400，并将在S110中计算出的各种判定条件进行初始化后返回。另一方面，在S220中实际到达时间TIME_ACT比故障判定时间TIME₁长的情况下(否)，进入S240。

在S240中，判定实际到达时间TIME_COUNT是否在NH3漏失判定时间TIME₃以下。在实际到达时间TIME_COUNT在NH3漏失判定时间TIME₃以下的情况下(是)，进入S250，并判定为发生了NH3漏失。然后，本控制进入S310，从S130的时刻起到经过处理禁止时间TIME_ACT为止，使尿素水喷射量减少并禁止异常诊断，进而，进入S400，将在S110中计算出的各种判定条件进行初始化后返回。另一方面，在S240中实际到达时间TIME_ACT比NH3漏失判定时间TIME₃长的情况下(否)，由于没有发生NH3漏失、并且NOx传感器22的传感器值可信，因此本控制进入S400，将在S110中计算出的各种判定条件进行初始化后返回。

接着，说明本实施方式的排气净化系统的作用效果。

一般，由于NOx传感器22无法区别NOx和NH3，因此，若产生NH3漏失，则NOx传感器22表示较高的NOx值。此外，若由于排气流量的急剧变化或排气中的HC的影响而在NOx传感器22的内部处理中产生延迟，则存在NOx传感器22的传感器值比实际的NOx值临时急剧上升的情况。因此，在基于NOx传感器22的传感器值对尿素水喷射量进行反馈控制的系统中，有可能由于过度的尿素水喷射而使NH3漏失恶化。此外，在基于NOx传感器22的传感器值进行异常诊断的系统中，有可能进行停止尿素水喷射或发出异常警报等误诊断。

本实施方式的排气净化系统对NOx传感器22的传感器值从第1判定NOx值NOx₁急剧上升到第2判定NOx值NOx₂时的实际到达时间TIME_COUNT进行计量，若实际到达时间TIME_COUNT在故障判定时间TIME₁以下，则判定为NOx传感器22故障，若在响应不良判定时间TIME₂以下，则判定为NOx传感器22的临时性响应不良，若在NH3漏失判定时间TIME₃以下，则判定为NH3漏失。然后，在临时性响应不良和NH3漏失的情况下，构成为在规定期间经过为止，使尿素水喷射量减少并且禁止异常诊断。

因此，能够有效地判定NOx传感器22的故障和临时性响应不良、NH3漏失，并且能够有效地防止NOx传感器22的临时性响应不良和NH3漏失发生时的尿素水过度喷射以及误诊断。此外，由于防止了尿素水过度喷射，因此能够有效地抑制由尿素水附着等引起的排气管腐食和SCR41的性能劣化等。

另外，本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够适当地变形后实施。

例如，虽然假设尿素水喷射量的减少和异常诊断的禁止被持续到经过处理禁止时间TIME_ACT为止，但也可以构成为维持这些减少以及禁止直到NOx传感器22的传感器值稳定在规定值为止。此外，关于故障判定和响应不良判定，NOx22也可以应用于设置在SCR41上游的系统。此外，引擎10不限定于柴油引擎，也可以广泛应用于汽油引擎等其他的内燃机。