专利名称：NOx催化剂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设在内燃机的排气通道中的NOx催化剂的异常诊断的装置 及方法。
背景技术：
一般，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。另一方面，若NOx催化剂发 生劣化、故障等异常，则NOx净化能力恶化，向大气中排出比正常时多的NOx，所以，为了防 止这一问题的发生，对NOx催化剂的异常进行诊断。特别是在搭载于机动车的发动机的场 合，要求实施车载状态(在车上)下的催化剂异常诊断。例如，在日本特开平11-93647号公报中，公开了在供给还原剂时还原NOx的选择 还原型NOx催化剂的劣化诊断装置。这样，检测将还原剂供给到了 NOx催化剂时的催化剂 下游侧的NOx浓度和未将还原剂供给到NOx催化剂时的催化剂下游侧的NOx浓度，根据这 些NOx浓度诊断催化剂的劣化。在日本特开2003-214153号公报中公开了这样的技术，该技术在吸附还原型NOx 催化剂达到了点火判定温度的时候添加还原剂，根据此时的催化剂上下游的排气温差判定 NOx催化剂的劣化。在日本特开平7-26944号公报中公开了这样的技术，该技术比较与发动 机运转状态对应的催化剂劣化判定基准和从催化剂温度计算出的劣化度，判断催化剂的劣 化。可是，在记载于日本特开平11-93647号公报的装置中，存在在NOx催化剂的劣化 诊断时废气排放恶化的问题。即，为了进行NOx催化剂的劣化诊断，特意地形成不供给还原 剂的状态，由此使得在该还原剂非供给时NOx催化剂不能还原NOx，排出了 NOx。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够防止异常诊断时的废气排放恶化的NOx催 化剂的异常诊断装置及异常诊断方法。为了达到上述目的，根据本发明的第一方式，提供一种NOx催化剂的异常诊断装置，其特征在于具有NOx催化剂、测量单元、异 常判定单元；该NOx催化剂设在内燃机的排气通道中；该测量单元测量与上述NOx催化剂的NOx净化能力相关的指标值；该异常判定单元根据在上述NOx催化剂的活性度较低的时刻由上述测量单元测 量的指标值和在上述NOx催化剂的活性度较高的时刻由上述测量单元测量的指标值，判定 上述NOx催化剂的异常。在NOx催化剂的活性度较低的时刻和较高的时刻，NOx催化剂的NOx净化能力存在 差别或变化。另外，该差别或变化量相应于NOx催化剂的劣化度而变化。因此，在两时刻测量与NOx催化剂的NOx净化能力相关的指标值，判别这些指标值的差别或变化量的大小，从 而能够判别NOx催化剂是正常还是异常。特别是使用在NOx催化剂的活性度较低的时刻、 换言之催化剂温度还未充分达到活性温度区域那样的时刻测量的指标值。在这样的时刻， NOx催化剂根本就没有足够的NOx净化能力。因此，通过利用在该时刻测量的指标值，不需 要如例如日本特开平11-93647号公报那样即使NOx催化剂的活性度高也特意地形成NOx 净化能力低的状态。因此，不特意地使废气排放恶化就能够实施NOx催化剂的异常诊断。另外，本发明的第二方式在第一方式的基础上还具有这样的特征上述NOx催化剂的活性度较低的时刻由第一时刻构成，上述NOx催化剂的活性度较高的时刻由催化剂活性度比上述第一时刻高的第二 时刻和催化剂活性度比上述第二时刻高的第三时刻构成，当在上述第一时刻测量的指标值与在上述第二时刻测量的指标值之间的变化量 为规定值以下时，上述异常判定单元根据在上述第一时刻测量的指标值与在上述第三时刻 测量的指标值之间的变化量，判定上述NOx催化剂的异常。另外，本发明的第三方式在第二方式的基础上还具有这样的特征还具有催化剂温度推定单元和还原剂添加控制单元；该催化剂温度推定单元推定上述NOx催化剂的催化剂温度；该还原剂添加控制单元根据由上述催化剂温度推定单元推定的催化剂温度，控制 还原剂向上述NOx催化剂的添加；当在上述第一时刻测量的指标值与在上述第二时刻测量的指标值之间的变化量 比规定值大时，上述还原剂添加控制单元使开始上述还原剂的添加的催化剂温度向更低温 侧改变。另外，本发明的第四方式在第三方式的基础上还具有这样的特征当在上述第一时刻测量的指标值与在上述第三时刻测量的指标值之间的变化量 比规定值大时，上述还原剂添加控制单元使开始上述还原剂的添加的催化剂温度向更高温 侧改变。另外，本发明的第五方式在第一 第四中的任一方式的基础上还具有这样的特 征上述NOx催化剂的活性度较低的时刻为催化剂温度不到活性开始温度那样的时 刻，上述NOx催化剂的活性度较高的时刻为上述催化剂温度在活性开始温度以上那样的时刻。另外，本发明的第六方式在第二方式的基础上还具有这样的特征上述第一时刻为催化剂温度不到活性开始温度那样的时刻，上述第二时刻为催化 剂温度在活性开始温度以上且不到活性结束温度那样的时刻，上述第三时刻为催化剂温度 在活性结束温度以上那样的时刻。另外，本发明的第七方式在第一 第六中的任一方式的基础上还具有这样的特 征上述指标值为NOx净化率。根据本发明的第八方式，提供一种NOx催化剂的异常诊断方法，诊断设于内燃机的排气通道中的NOx催化剂的异常；其特征在于包括在上述NOx催化剂的活性度较低的时刻测量与上述NOx催化剂的净化能力相关的 指标值的步骤，在上述NOx催化剂的活性度较高的时刻测量上述指标值的步骤，根据这些测量的指标值判定上述NOx催化剂的异常的步骤。另外，本发明的第九方式在第八方式的基础上还具有这样的特征上述NOx催化剂的活性度较低的时刻由第一时刻构成，上述NOx催化剂的活性度较高的时刻由催化剂活性度比上述第一时刻高的第二 时刻和催化剂活性度比上述第二时刻高的第三时刻构成，在上述异常判定步骤中，当在上述第一时刻测量的指标值与在上述第二时刻测量 的指标值之间的变化量为规定值以下时，根据在上述第一时刻测量的指标值与在上述第三 时刻测量的指标值之间的变化量，判定上述NOx催化剂的异常。另外，本发明的第十方式在第九方式的基础上还具有这样的特征还具有推定上述NOx催化剂的催化剂温度的步骤，和根据该推定的催化剂温度，控制还原剂向上述NOx催化剂的添加的步骤；在上述还原剂添加控制步骤中，当在上述第一时刻测量的指标值与在上述第二时 刻测量的指标值之间的变化量比规定值大时，使开始上述还原剂的添加的催化剂温度向更 低温侧改变。另外，本发明的第十一方式在第十方式的基础上还具有这样的特征在上述还原剂添加控制步骤中，当在上述第一时刻测量的指标值与在上述第三时 刻测量的指标值之间的变化量比规定值大时，使开始上述还原剂的添加的催化剂温度向更 高温侧改变。另外，本发明的第十二方式在第八 第十一中的任一方式的基础上还具有这样的 特征上述NOx催化剂的活性度较低的时刻为催化剂温度不到活性开始温度那样的时 刻，上述NOx催化剂的活性度较高的时刻为催化剂温度在活性开始温度以上那样的时刻。另外，本发明的第十三方式在第九方式的基础上还具有这样的特征上述第一时刻为催化剂温度不到活性开始温度那样的时刻，上述第二时刻为催化 剂温度在活性开始温度以上且不到活性结束温度那样的时刻，上述第三时刻为催化剂温度 在活性结束温度以上那样的时刻。另外，本发明的第十四方式在第八 第十三中的任一方式的基础上还具有这样的 特征上述指标值为NOx净化率。根据本发明，能够发挥这样的优良的效果，即，提供能够防止异常诊断时的废气排 放恶化的NOx催化剂异常诊断装置及异常诊断方法。
图1为本发明实施方式的内燃机的概略的系统图。图2为用于说明催化剂温度的推定方法的参考图。
图3为表示推定催化剂温度与nox催化剂的nox净化率的关系的图表，(a)表示 推定催化剂温度与真实的催化剂温度相等的场合，(b)表示推定催化剂温度比真实的催化 剂温度低的场合，(c)表示推定催化剂温度比真实的催化剂温度高的场合。图4为表示NOx净化率的实际上升的图表。图5为异常诊断处理的流程图。
具体实施例方式下面，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的系统图。在图中，符号10为机动车用的 压燃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，在高压状态下蓄压，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。也可任意地包含EGR装置等 其它排气净化装置。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、内部冷却器23、节流阀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，具体地说输出与吸入空气的流量相应的信号。在节流阀24中采 用电子控制式的节流阀。在排气通道15中设有还原包含于该通道内的废气中的nox、对其进行净化的nox 催化剂34。本实施方式的nox催化剂34为选择还原型nox催化剂，当添加了还原剂时，能 够连续地还原nox。在NOx催化剂34的上游侧的排气通道15中，设有用于选择性地在NOx催化剂34 中添加作为还原剂的尿素的添加阀40。尿素以尿素水溶液的形式使用，从添加阀40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容器44。另外，设有作为实施发动机整体的控制的控制装置的电子控制单元(以下称为 E⑶)100。E⑶100包含CPU、R0M、RAM、输入输出端口及存储装置等。E⑶100以根据各种传感 器类的检测值等实施所期望的发动机控制的方式控制喷射器14、高压泵17、节流阀24等。 另外，E⑶100为了控制尿素添加量，控制添加阀40及供给装置42。作为与E⑶100连接的 传感器类，除了上述空气流量计22外，还包含设于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54。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54将与它们的设置位置处的废气温度相对应的信号输出到 ECU100。另外，作为其它的传感器类，曲柄角传感器26及加速器开度传感器27连接到 ecuioo0曲柄角传感器26在曲柄角旋转时将曲柄脉冲信号输出到ecu100，ecu100根据该
7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。选择还原型NOx 催化剂(SCR :Selective Catalytic Reduction) 34 可以例示出 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等的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(v2o5/wo3/ TiO2)的催化剂等。选择还原型NOx催化剂34在催化剂温度(催化剂床温)处于活性温度 区域而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，则将 在催化剂上生成氨，该氨与NOx反应、还原NOx。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，由ECU100控制。具体地说，以使催化剂后NOx浓度的检测值一直为零的方式控制 来自添加阀40的尿素喷射量。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仅在添加尿素 时能够对NOx进行还原，所以，通常一直添加尿素。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。若过剩地添加尿素，则氨排出到催化 剂下游(所谓的NH3逃逸)，成为产生异味等的原因。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，但实际上由于发动机的运转状态时刻产生变化，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。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，但在本实施 方式中对其进行推定。具体地说，ECU100根据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54分别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。在这里，参照图2说明催化剂温度的推定方法。设流入到NOx催化剂34的催化剂 上游侧的废气的温度为TfTC )，该废气的气体量为Ga (g/s)。在这里，废气的气体量看成与 吸入到发动机的空气量相等，所以设该吸入空气量Ga为废气量。该废气量为单位时间(在 这里为1秒)流入到催化剂的废气量。另一方面，设NOx催化剂34的催化剂温度为Tc (°C )， NOx催化剂34的重量为Mc (g)。设从NOx催化剂34排出的催化剂下游侧的废气的温度为 Tr (°C )。设催化剂上游侧的废气所具有的热能为Ef，NOx催化剂34所具有的热能为Ec。这 些热能Ef、Ec能够由下式(1)、(2)表达。其中，Cg为废气的比热容比，Cc为NOx催化剂34 的比热容比，两者为一定值。Ef = GaXTfXCg(J/s). . · (1)Ec = Mc X Tc X Cc (J). . . (2)可是，考虑向具有热能Ec的NOx催化剂34供给了具有热能Ef的废气的场合的热 平衡。考虑从废气的供给开始时刻起经过单位时间后NOx催化剂34及废气形成为热平衡状态，若设热平衡后的两者的温度为Tm，则热平衡的式子由下式(3)表达。Ef+Ec = GaXTmXCg+McXTmXCe. . . (3)该温度Tm为NOx催化剂34的推定温度的基本值。然而，实际上，在废气与NOx催 化剂34之间并没有达到完全的热平衡状态，温度Tr的废气排出到NOx催化剂34的下游侧， 热能逃逸。因此，根据该温度Tr计算逃逸到了下游侧的热能Er，这样，NOx催化剂34的基 本推定温度Tm得到反馈修正，计算出最终的推定催化剂温度。如从上述说明能够理解的那样，在本实施方式中，作为NOx催化剂上游侧的废气 温度的催化剂前排气温度Tf由催化剂前排气温度传感器52检测，作为NOx催化剂下游侧 的废气温度的催化剂后排气温度Tr由催化剂后排气温度传感器54检测。然后，看成与废 气量等价的吸入空气量Ga由空气流量计22检测。根据这些检测值，E⑶100推定NOx催化 剂34的催化剂温度Tc。另一方面，向NOx催化剂34的尿素添加由E⑶100根据推定催化剂温度Tc控制。当 推定催化剂温度Tc达到了使NOx催化剂34成为活性那样的规定的添加开始温度Test (例 如200°C左右)以上时实施尿素添加，当推定催化剂温度Tc不到该添加开始温度Test时停 止尿素添加(详细情况在后面说明)。这是因为，即使在NOx催化剂的活性前进行尿素添 加，也不能还原NOx。另外，当推定催化剂温度Tc成为了比添加开始温度Test高得多的规 定的上限温度Tmax (例如600°C左右)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。特别是在一般柴油发动机的场合，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度较少。结果，在催化剂温度Tc在添 加开始温度Test以上而且不到上限温度Tmax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由内置加热器的加热而较早地升温。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，同时，以使该阻抗成为与 催化剂后NOx传感器50的活性温度相对应的规定值的方式控制加热器。下面，说明NOx催化剂34的异常诊断。总的来说，本实施方式的NOx催化剂34的异常诊断的特征在于，分别在NOx催化 剂34的活性度较低的时刻和较高的时刻测量与NOx催化剂34的NOx净化能力相关的指标 值，根据这些测量得到的指标值判定NOx催化剂34的异常。在这里，NOx催化剂的活性度 能够由作为其相关值的催化剂温度表达。另外，作为与NOx催化剂34的NOx净化能力相关 的指标值，在本实施方式中使用NOx净化率。但是，也可使用其它的值作为这些值。在NOx催化剂34的活性度较低的时刻和较高的时刻，NOx催化剂34的NOx净化 率存在差别或变化。另外，这些差别或变化量相应于NOx催化剂34的劣化度变化。因此， 通过判别该差别或变化量的大小，能够判明NOx催化剂34是正常还是异常。特别是使用在 NOx催化剂34的活性度较低的时刻，换言之，在催化剂温度还未达到足够活性温度区域那 样的时刻的NOx净化率测量值。在这样的时刻，即使添加还原剂，NOx催化剂34也根本没有 足够的NOx净化能力。因此，通过利用该时刻的NOx净化率测量值，不进行如下操作也可， 所述操作为如例如日本特开平11-93647号公报那样即使NOx催化剂34的活性度高也形 成NOx净化能力低的状态。因此，不特意地使废气排放恶化即可实施异常诊断。
若设流入到NOx催化剂34的催化剂上游侧的NOx量为Ni，从NOx催化剂34排出 的催化剂下游侧的NOx量为N2，则NOx催化剂34的NOx净化率R用R = N2/N1表达。催 化剂下游侧的NOx量N2根据由催化剂后NOx传感器50检测出的催化剂后NOx浓度Cr由 ECU100 计算。另一方面，催化剂上游侧的NOx量m在本实施方式中使用由E⑶100推定的值。 即，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，按照规定的图谱或函数计算出作为推定值的催化剂上游侧NOx量m。也可附加或 替代地在NOx催化剂34的上游侧设置催化剂前NOx传感器，根据由该催化剂前NOx传感器 检测出了的NOx浓度计算出催化剂上游侧的NOx量m。ECU100使用这样获得的催化剂上 游侧的NOx量m和催化剂下游侧的NOx量N2计算NOx净化率R。在这里，参照图3说明本实施方式的催化剂异常诊断的详细内容。图3㈧ (C) 分别表示NOx催化剂34的NOx净化率R (纵轴)相对于推定催化剂温度Tc (横轴)的关系。 实线为正常催化剂的场合，点划线为异常催化剂的场合。特别是表示在NOx催化剂34的 暖机过程中随着催化剂温度的上升、NOx催化剂逐渐活性化、NOx净化率逐渐上升的状态。 在图中，用四边框围住的值为推定催化剂温度Tc，用椭圆框围住的值为真实的催化剂温度 Tc'，用圆围住的值为NOx净化率R。其中，图表示一直添加尿素的场合，随着催化剂温度 的上升，NOx净化率R从0平滑地上升，不久收敛于与催化剂的劣化度相对应的最大的净化 率。然而，在实际控制的场合，在推定催化剂温度Tc达到了规定的添加开始温度Test的时 候开始尿素的添加，在此之前，净化率R = 0。因此，实际上如图4所示那样，成为在尿素添 加开始的同时NOx净化率R急剧上升的台阶状线图。如图3所示，在用实线表示的正常催化剂的场合，在催化剂活性后获得大的NOx净 化率R。而在用点划线表示的异常催化剂的场合，即使催化剂活性化，也仅获得比正常催化 剂小的NOx净化率R。将NOx催化剂34从未活性变化到活性时的催化剂温度，换言之，将NOx净化率R 从0变得比0大的时候的催化剂温度称为活性开始温度，用TcO表示。另外，将NOx催化剂 34的活性化大体结束时的催化剂温度，换言之，将NOx净化率R大体收敛为最大净化率的时 候的催化剂温度称为活性结束温度，用Tced表示。图3(A)表示推定催化剂温度Tc与真实的催化剂温度Tc'不偏移地相等的场合。 推定催化剂温度Tc = TcO的时刻与真实的催化剂温度Tc' =TcO的时刻相同。图3(B)及 图3(C)表示推定催化剂温度Tc从真实的催化剂温度Tc'偏移的场合。图3(B)表示推定 催化剂温度Tc比真实的催化剂温度Tc'响低温侧偏移了 α的场合，例如Tc = TcO的时 刻与Tc' =TcO-Q的时刻相同。线图自身比图3(A)的情形往右侧移动α。另一方面，图 3(C)为推定催化剂温度Tc比真实的催化剂温度Tc'向高温侧偏移α的场合，例如Tc = TcO的时刻与Tc' = TcO+α的时刻相同。线图自身比图3(A)的情形往左侧移动α。这样，推定催化剂温度Tc有时从真实的催化剂温度Tc'偏移。如上述那样，推定 催化剂温度Tc从催化剂前排气温度传感器52、催化剂后排气温度传感器54及空气流量计 22的检测值求出，但由于传感器的劣化等原因，有时这些各检测值从真实的值偏移。由于这 一原因，有时推定催化剂温度Tc从真实的催化剂温度Tc'偏移。下面，参照图3(A)进行说明，在本实施方式的场合，尿素的添加在推定催化剂温度Tc达到了添加开始温度Test的时刻开始。该添加开始温度Test被预先设定为催化剂 温度(真实的催化剂温度)处于活性开始温度TcO以上而且不到活性结束温度Tced那样 的值。特别是在暖机过程中尽可能早地开始尿素的添加，尽可能早地使NOx催化剂工作对 排放有利，所以，进行尽可能地使添加开始温度Test向低温侧改变那样的控制。这一点在 后面说明。为了进行NOx催化剂的异常诊断，在推定催化剂温度Tc达到了规定值Tcl的时 刻，测量第一次的NOx净化率Rl。将该测量时刻称为第一时刻，将规定值Tcl称为第一规 定值。在本实施方式的场合，第一时刻被设定为推定催化剂温度Tc不到规定的活性开始温 度TcO那样的时刻，即NOx净化率R成为0那样的时刻。另外，第一规定值Tcl以能够改变 的添加开始温度Test为基准进行确定，确定为Tcl = Tcst-Tl (Tl为规定的一定值，例如 30°C )。第一规定值Tcl即使考虑催化剂温度的推定值Tc的偏差也仍然以使第一时刻的 NOx净化率R成为0的方式进行确定。而且，第一时刻也可替代性地设定为推定催化剂温度Tc在活性开始温度TcO以 上、例如成为比活性开始温度TcO稍高的温度的时刻(即，NOx净化率比0稍大的时刻)。然后，在推定催化剂温度Tc达到了规定值Tc2的时候，测量第二次的NOx净化率 R2。将该时刻称为第二时刻，将规定值Tc2称为第二规定值(Tc2>Tcl)。在本实施方式的 场合，第二时刻被设定为推定催化剂温度Tc在可改变的添加开始温度Test以上且不到规 定的活性结束温度Tced那样的时刻。换言之，第二时刻被设定为NOx净化率R2在尿素添 加开始时的NOx净化率Rst以上而且不到最大净化率那样的时刻。该第二规定值Tc2也将 能够改变的添加开始温度Test作为基准确定，确定为Tc2 = Tcst+T2 (T2为规定的一定值， 例如30°C )。这样，在NOx催化剂34的活性度较低的第一时刻和较高的第二时刻测量NOx净化 率Rl、R2。然后，基本上将这些净化率的差AR12 = R2-R1与规定值AR12s进行比较，若 差AR12比规定值Δ R12s大，则能够判定为催化剂正常(参照图中实线)，若差AR12在规 定值AR12s以下，则能够判定催化剂异常(参照图中点划线)。通过这样获取差，具有能够 吸收传感器的偏置误差的优点。可是，若存在上述那样的催化剂温度的推定偏差，则仅由该方法未必能够正确地 判断催化剂的正常·异常。即，如图3(B)所示那样，若推定催化剂温度Tc比真实的催化剂 温度Tc响低温侧偏移，则第二时刻(Tc = Tc2)的NOx净化率R2在表观上变少，与第一时 刻(Tc = Tcl)的NOx净化率Rl的差Δ R12变小，结果，即使催化剂正常，也存在误判定为 催化剂异常的可能性。因此，在本实施方式中，还在推定催化剂温度Tc成为第三规定值Tc3 (Tc3 > Tc2) 的第三时刻测量NOx净化率R3。第三时刻被设定为推定催化剂温度Tc在活性结束温度 Tced以上那样的时刻，换言之，被设定为NOx净化率R处于最大净化率附近那样的时刻。 第三规定值Tc3也能够以可改变的添加开始温度Test为基准进行确定，确定为Tc3 = Tcst+T3(T3为规定的一定值，例如60°C )。该第三时刻为没有催化剂温度的推定偏差的影响那样的足够高温侧的时刻。在 该第三时刻，在正常催化剂(参照图中实线)与异常催化剂(参照图中点划线)之间NOx 净化率R3产生明显的差。在第一时刻与第二时刻之间的NOx净化率的差AR12处于规定
11值AR12s以下的场合，计算第一时刻与第三时刻之间的NOx净化率Rl、R3的差AR13(= R3-R1)，将该差AR13与规定值AR13s进行比较。另外，若差AR13比规定值AR13s大， 则最终判定催化剂正常，若差AR13在规定值AR13s以下，则最终判定催化剂异常。可是，如图3(C)所示，在推定催化剂温度Tc比真实的催化剂温度Tc'更往高温侧 偏移的场合，第二时刻(Tc = Tc2)的NOx净化率R2比没有推定偏移的场合(图3(A))变 大，因此，与第一时刻(Tc = Tcl)的NOx净化率Rl的差AR12也变大。因此，正确地判定 为催化剂正常，所以，不成为问题。应看成问题的是图3(B)所示那样的、推定催化剂温度Tc 比真实的催化剂温度Tc'往低温侧偏移的场合。下面，参照图5说明用于实施上述那样的异常诊断的处理。图示的程序由E⑶100 按规定周期(例如16msec)反复实施。在最初的步骤SlOl中，判断现在是否达到了第一时刻，具体地说，判断推定催化 剂温度Tc是否达到了第一规定值Tcl ( = Tcst-Tl)以上。在判断未达到的场合，结束本程 序。另一方面，在判断达到了的场合，在步骤S102中，测量NOx净化率，该测量值作为Rl存 储。在本实施方式中，Rl = )。在下面的步骤S103中，判断现在是否达到了尿素添加开始时刻，具体地说，判断 推定催化剂温度Tc是否达到了添加开始温度Test以上。在判断为未达到的场合，本程序 结束。另一方面，在判断为已达到的场合，在步骤S104中开始尿素(还原剂)的添加。在接下来的步骤S105中，判断现在是否达到了第二时刻，具体地说，判断推定催 化剂温度Tc是否达到了第二规定值Tc2( = Tcst+T2)以上。在判断为未达到的场合，结束 本程序。另一方面，在判断为达到的场合，在步骤S106中测量NOx净化率，将该测量值作为 R2存储。 此后，在步骤S107中，计算这些第一时刻及第二时刻的NOx净化率的差Δ R12 (= R2-R1)。然后，在步骤S108中将该差AR12与规定值AR12s进行比较。在差AR12比规定值AR12s大的场合，在步骤S109中判定为NOx催化剂正常，将 NOx催化剂异常标志关闭。然后，前进到步骤S110，从现在的添加开始温度Test减去规定 的一定值Ta(例如1°C )，将该结果作为新的添加开始温度Test存储。这样，添加开始温度 Test被向更低温侧的值改变或更新，尿素添加开始及催化剂工作开始时刻提前，结果，实现 了排放特别是起动后排放的改善。这样，结束本程序。而且，若这样将添加开始温度Test 改变Ta，则跟随其将规定第一 第三时刻的第一 第三规定值Tcl Tc3也改变Ta。若反 复实施该步骤S110，则添加开始温度Test每次按规定值Ta逐渐地向低温侧移动。另一方面，在步骤S108中，在差AR12处于规定值Δ R12s以下的场合，存在NOx 催化剂异常的可能性，但由于也存在催化剂温度推定偏移的可能性，所以，不直接判定为异 常，而是前进到步骤S111。在步骤Slll中，判断现在是否达到了第三时刻，具体地说，判断 推定催化剂温度Tc是否达到了第三规定值Tc3( = Tcst+T3)以上。在判断为未达到的场 合，本程序结束。另一方面，在判断为达到了的场合，在步骤Sl 12中，测量NOx净化率，将该 测量值作为R3存储。此后，在步骤S113中，计算第一时刻及第三时刻的NOx净化率的差AR13( = R3-R1)。然后，在步骤S114中，将该差AR13与规定值AR13s比较。在差AR13比规定值Δ R13s大的场合，在步骤Sl 15中，判定为NOx催化剂正常，
12将NOx催化剂异常标志关闭。即，第一时刻及第二时刻的NOx净化率的差AR12小，并不是 因为NOx催化剂异常，主要原因是催化剂温度推定偏移，从而最终判定NOx催化剂为正常。然后，前进到步骤S116，从现在的添加开始温度Test加上规定的一定值Tb (例如 5°C )，将该结果作为新的添加开始温度Test存储。这样，添加开始温度Test被改变或更新 为更高温侧的值。这样做的理由如下。如在步骤SllO中进行的那样，添加开始温度Test 逐渐地向低温侧前进，与此相伴，第二规定值Tc2向低温侧移动，第二时刻的NOx净化率R2 变低，第一及第二时刻的NOx净化率的差AR12变小。即，若添加开始温度Test过度地向 低温侧偏移，则由于这一原因使净化率差Δ R12过度变小，存在误进行异常判定的危险。另 外，若添加开始温度Test过度地向低温侧偏移，则也存在在NOx催化剂没有足够的NOx净 化能力的状态下添加还原剂、还原剂未反应就穿过催化剂的危险。因此，为了防止这样的事 态，使添加开始温度Test向更高温侧的值改变。如本实施方式那样，添加开始温度Test向 高温侧的步幅Tb最好比向低温侧的步幅Ta大。这样，添加开始温度Test向低温侧的移动 细微地逐渐进行，在过度地使添加开始温度Test向低温侧偏移了的场合，能够立即使添加 开始温度Test返回高温侧。而且，若这样使添加开始温度Test向高温侧改变Tb，则跟随 其，规定第一 第三时刻的第一 第三规定值Tcl Tc3也按Tb向高温侧改变。这样，一 旦结束步骤S116的实施，则本程序结束。另一方面，在步骤S114中，在差AR13处于规定值AR13s以下的场合，在步骤 S117中判定NOx催化剂异常，NOx催化剂异常标志打开。即，在即使在第三时刻净化率差 Δ R13也小的场合，才开始确定NOx催化剂的异常，最终判定NOx催化剂异常。这样，结束本程序。这样，根据本实施方式的异常诊断，能够与催化剂温度的推定偏移区别地判定NOx 催化剂的异常，能够提高异常诊断的可靠性。另外，能够使NOx催化剂开始NOx净化的时 刻、即开始尿素添加的时刻逐渐向低温侧移动，所以，对排放的改善特别是发动机起动后的 冷排放的提高非常有利。在一般情况下，还原剂添加开始时刻考虑到传感器误差等各种各 样的偏差，被设定为安全侧即高温侧的一定值，但在本实施方式的场合，能够相应于个体将 还原剂添加开始时刻调节为最佳的时刻。另外，在使该时刻过度地向低温侧前进的场合，能 够使该时刻向高温侧返回，能够防止时刻过度地前进，并且能够区别该过度的前进与催化 剂异常，提高催化剂异常诊断的可靠性。此外，由于在发动机及NOx催化剂的暖机中能够实 施异常诊断，所以，具有能够确保诊断频度的优点。如在以上的说明中能够理解的那样，在本实施方式中，NOx净化率测量单元由催化 剂后NOx传感器50、ECU100、加速器开度传感器27及曲柄角传感器26构成，异常判定单元 由E⑶100构成。另外，催化剂温度推定单元由E⑶100、加速器开度传感器27及曲柄角传感 器26构成，还原剂添加控制单元由添加阀40、供给装置42及E⑶100构成。以上说明了本发明的实施方式，但本发明也能够采用其它实施方式。例如作为还 原剂也能够使用尿素以外的还原剂，例如能够使用氨、碳化氢(HC)、乙醇、氢、一氧化碳等。在上述实施方式中，根据第一时刻的NOx净化率Rl和第二时刻的NOx净化率R2进 行最初的异常判定，在存在该结果为异常的可能性的场合，根据第一时刻的NOx净化率Rl 和第三时刻的NOx净化率R3进行最终的异常判定。然而，不限于此，例如也可仅根据第一 时刻的NOx净化率Rl和第三时刻的NOx净化率R3进行异常判定。另外，在第一时刻及第
13二时刻进行比较时和在第一时刻及第三时刻进行比较时，第一时刻的催化剂活性度(催化 剂温度)最好如上述实施方式那样相同，但未必一定相同，也可不同。在上述实施方式中，将各时刻间的NOx净化率的差与规定值进行比较，进行异常 判定，但比较方法不限于此，例如也可将各时刻间的NOx净化率的比与规定值比较，进行异 常判定。本发明也能够适用于吸附还原型的NOx催化剂，该吸附还原型的NOx催化剂当流 入废气为氧浓度过剩(稀)时，吸附废气中的NOx，当流入废气为氧浓度稀薄(浓)时将吸 附的NOx排出。在该场合，NOx催化剂的NOx净化开始时刻主要依存于催化剂温度，所以， 虽然不能进行上述实施方式那样的NOx净化开始时刻的控制(步骤S110、S116)，但即使这 样，也能够根据催化剂活性度较低的时刻和较高的时刻的NOx净化率判定NOx催化剂的异常。也可任意地在排气通道上设置其它排气净化装置，例如氧化催化剂、柴油微粒过 滤器(Diesel Particulate Filter ;DPF)。本发明也能够适用于压燃式内燃机以外的内燃 机，例如火花点火式内燃机，特别是直喷稀燃汽油发动机。本发明的实施方式不限于上述实施方式，包含于由权利要求规定的本发明思想的 所有变形例、应用例、等同物包含于本发明。因此，本发明不应被限定性地进行解释，还能够 适用于归属在本发明思想的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设在内燃机的排气通道中的NOx催化剂。
权利要求
一种NOx催化剂的异常诊断装置，其特征在于具有NOx催化剂、测量单元、异常判定单元；该NOx催化剂设在内燃机的排气通道中；该测量单元测量与上述NOx催化剂的NOx净化能力相关的指标值；该异常判定单元根据在上述NOx催化剂的活性度较低的时刻由上述测量单元测量的指标值和在上述NOx催化剂的活性度较高的时刻由上述测量单元测量的指标值，判定上述NOx催化剂的异常。
2.根据权利要求1所述的NOx催化剂的异常诊断装置，其特征在于 上述NOx催化剂的活性度较低的时刻由第一时刻构成，上述NOx催化剂的活性度较高的时刻由催化剂活性度比上述第一时刻高的第二时刻 和催化剂活性度比上述第二时刻高的第三时刻构成，当在上述第一时刻测量的指标值与在上述第二时刻测量的指标值之间的变化量为规 定值以下时，上述异常判定单元根据在上述第一时刻测量的指标值与在上述第三时刻测量 的指标值之间的变化量，判定上述NOx催化剂的异常。
3.根据权利要求2所述的NOx催化剂的异常诊断装置，其特征在于还具有催化剂温 度推定单元和还原剂添加控制单元；该催化剂温度推定单元推定上述NOx催化剂的催化剂温度；该还原剂添加控制单元根据由上述催化剂温度推定单元推定的催化剂温度，控制还原 剂向上述NOx催化剂的添加；当在上述第一时刻测量的指标值与在上述第二时刻测量的指标值之间的变化量比规 定值大时，上述还原剂添加控制单元使开始上述还原剂的添加的催化剂温度向更低温侧改变。
4.根据权利要求3所述的NOx催化剂的异常诊断装置，其特征在于当在上述第一时刻测量的指标值与在上述第三时刻测量的指标值之间的变化量比规 定值大时，上述还原剂添加控制单元使开始上述还原剂的添加的催化剂温度向更高温侧改变。
5.根据权利要求1所述的NOx催化剂的异常诊断装置，其特征在于上述NOx催化剂的活性度较低的时刻为催化剂温度不到活性开始温度那样的时刻，上 述NOx催化剂的活性度较高的时刻为上述催化剂温度在活性开始温度以上那样的时刻。
6.根据权利要求2所述的NOx催化剂的异常诊断装置，其特征在于上述第一时刻为催化剂温度不到活性开始温度那样的时刻，上述第二时刻为催化剂温 度在活性开始温度以上且不到活性结束温度那样的时刻，上述第三时刻为催化剂温度在活 性结束温度以上那样的时刻。
7.根据权利要求1所述的NOx催化剂的异常诊断装置，其特征在于上述指标值为NOx 净化率。
8.—种NOx催化剂的异常诊断方法，诊断设于内燃机的排气通道中的NOx催化剂的异 常；其特征在于包括在上述NOx催化剂的活性度较低的时刻测量与上述NOx催化剂的净化能力相关的指标 值的步骤，在上述NOx催化剂的活性度较高的时刻测量上述指标值的步骤，根据这些测量的指标值判定上述NOx催化剂的异常的步骤。
9.根据权利要求8所述的NOx催化剂的异常诊断方法，其特征在于上述NOx催化剂的活性度较低的时刻由第一时刻构成，上述NOx催化剂的活性度较高的时刻由催化剂活性度比上述第一时刻高的第二时刻 和催化剂活性度比上述第二时刻高的第三时刻构成，在上述异常判定步骤中，当在上述第一时刻测量的指标值与在上述第二时刻测量的指 标值之间的变化量为规定值以下时，根据在上述第一时刻测量的指标值与在上述第三时刻 测量的指标值之间的变化量，判定上述NOx催化剂的异常。
10.根据权利要求9所述的NOx催化剂的异常诊断方法，其特征在于还具有推定上述NOx催化剂的催化剂温度的步骤，和根据该推定的催化剂温度，控制还原剂向上述NOx催化剂的添加的步骤；在上述还原剂添加控制步骤中，当在上述第一时刻测量的指标值与在上述第二时刻测 量的指标值之间的变化量比规定值大时，使开始上述还原剂的添加的催化剂温度向更低温 侧改变。
11.根据权利要求10所述的NOx催化剂的异常诊断方法，其特征在于在上述还原剂添加控制步骤中，当在上述第一时刻测量的指标值与在上述第三时刻测 量的指标值之间的变化量比规定值大时，使开始上述还原剂的添加的催化剂温度向更高温 侧改变。
12.根据权利要求8所述的NOx催化剂的异常诊断方法，其特征在于上述NOx催化剂的活性度较低的时刻为催化剂温度不到活性开始温度那样的时刻，上 述NOx催化剂的活性度较高的时刻为催化剂温度在活性开始温度以上那样的时刻。
13.根据权利要求9所述的NOx催化剂的异常诊断方法，其特征在于上述第一时刻为催化剂温度不到活性开始温度那样的时刻，上述第二时刻为催化剂温 度在活性开始温度以上且不到活性结束温度那样的时刻，上述第三时刻为催化剂温度在活 性结束温度以上那样的时刻。
14.根据权利要求8所述的NOx催化剂的异常诊断方法，其特征在于上述指标值为 NOx净化率。
全文摘要
本发明的NOx催化剂的异常诊断装置测量与NOx催化剂的NOx净化能力相关的指标值(R)，根据分别在NOx催化剂的活性度较低的时刻(Tc1)及较高的时刻(Tc2)测量的指标值(R1、R2)判定NOx催化剂的异常。由于利用在NOx催化剂的活性度较低的时刻、即NOx催化剂根本就没有足够的NOx净化能力的时刻的指标值，所以，不特意地使废气排放恶化即可实施NOx催化剂的异常诊断。
文档编号F01N3/20GK101896701SQ20088012038
公开日2010年11月24日 申请日期2008年6月11日 优先权日2008年6月11日
发明者木所彻, 柴田大介, 泽田裕 申请人:丰田自动车株式会社