专利名称：氧化催化剂的故障诊断装置、氧化催化剂的故障诊断方法及内燃机的排气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及氧化催化剂的故障诊断装置、氧化催化剂的故障诊断方法及内燃机的 排气净化装置。尤其涉及对在使用氨来还原NOx的还原催化剂的下游侧配置的氧化催化剂 进行故障诊断的氧化催化剂的故障诊断装置、氧化催化剂的故障诊断方法及内燃机的排气
净化装置。
背景技术：
从柴油机等内燃机排出的排气中，含有可能对环境带来影响的氮氧化物(NOx)。一 直以来，作为用于净化该NOx的排气净化装置的一种方式，已知一种在排气通路中配设有 选择还原催化剂并在该选择还原催化剂中使用氨来进行NOx的还原净化的SCR(Selective CatalyticReduction)系统。该SCR系统将能够生成氨的尿素溶液等的还原剂供给到选择 还原催化剂的上游侧的排气通路中，将所生成的氨吸附在选择还原催化剂上，从而选择性 地还原净化流入选择还原催化剂的排气中的N0X。用于该SCR系统的选择还原催化剂的氨的饱和吸附量，具有因催化剂温度而变化 的特性。另外，该选择还原催化剂具有这样的特性相对于氨的饱和吸附量的实际的氨的吸 附率越高，NOx的还原效率也越高。因此，对尿素溶液等还原剂的供给量进行控制，使得氨不 流出到选择还原催化剂的下游侧，而且，相对于饱和吸附量的实际吸附率能够尽量高。然而，由于控制单元指示的还原剂的供给量的误差或SCR系统的随时间劣化等， 有时候所生成的氨的一部分流出到选择还原催化剂的下游侧。氨的毒性比NOx高，应当尽 量避免氨在还原反应中未被使用就放出至大气中。因此，存在着一种SCR系统，其在选择还 原催化剂的下游侧具备氧化催化剂，在一部分的氨流出到选择还原催化剂的下游侧的情况 下，将该氨氧化，分解成氮(N2)和水(H2O)而放出。但是，氧化催化剂有时候由于以热劣化、随时间劣化、裂纹等为代表的故障而导致 催化剂的效率低下。如果氧化催化剂发生故障，则不能够充分地氧化并分解流出到选择还 原催化剂的下游侧的氨，氨有可能放出到大气中。于是，提出了一种构成为能够进行氧化催化剂的劣化判定的排气净化装置。具体 而言，公开了一种排气净化装置，其具备配设在还原催化剂的下游侧并氧化排气中的氨的 氧化催化剂、检测氧化催化剂的排气下游的氨浓度的第二浓度检测装置以及推定氧化催化 剂的排气下游的氨浓度的第二浓度推定装置，在第二浓度检测装置所检测的氨浓度和第二 浓度推定装置推定的氨浓度的差成为第二规定值以上时，判定氧化催化剂已劣化(参照专 利文献1)。专利文献1 日本特开2006-125323号公报(权利要求4、段落0022 0027)
发明内容
然而，专利文献1所记载的排气净化装置，将在氧化催化剂的下游侧实际检测的氨浓度和推定的氧化催化剂的下游侧的氨浓度的差与第二规定值进行比较，进行氧化催化 剂的劣化判定。由于推定或实际检测的氧化催化剂的下游侧的氨浓度因内燃机的运转条件 而变动，所以在以预先规定的第二规定值为基准进行劣化判定的情况下，诊断结果的可靠 性有可能降低。即，在将第二规定值设定得高的情况下，只要向还原催化剂的下游侧流出的 氨的流出量不为某定值以上，就有可能不能进行氧化催化剂的劣化判定。另外，在将第二规 定值设定得低的情况下，依据运转条件，即使上述氨浓度的差成为第二规定值以上，实际上 也设想氧化催化剂并未劣化。所以，关于专利文献1所记载的氧化催化剂的劣化判定的方法，进行劣化判定的 运转条件有可能被制约，或判定结果的可靠性降低。因此，本发明的发明者们专心地研究，发现通过氧化催化剂的故障诊断装置具备 容易算出在选择还原催化剂的下游侧所具备的氧化催化剂的氧化效率的运算部分，并根 据氧化效率是否下降而进行氧化催化剂的故障诊断，从而能够解决上述问题，完成本发明。 即，本发明的目的在于，提供一种即使在变动的各种运转条件下，也容易算出氧化催化剂处 的氧化效率并在期望的时期精度良好地进行氧化催化剂的故障诊断的氧化催化剂的故障 诊断装置、氧化催化剂的故障诊断方法以及具备这样的氧化催化剂的故障诊断装置的内燃 机的排气净化装置。依照本发明，能够提供一种氧化催化剂的故障诊断装置，并解决上述的问题，该氧 化催化剂的故障诊断装置的特征在于，位于将能够生成氨的还原剂供给到还原催化剂的上 游侧的排气通路并由还原催化剂选择性地还原净化排气中的NOx的内燃机的排气净化装置 中，并用于进行配置在还原催化剂的下游侧的氧化催化剂的故障诊断，其中，具备还原剂 供给量运算部，以规定量的氨流出到还原催化剂的下游侧的方式设定还原剂的供给量；氧 化效率运算部，求出流出到还原催化剂的下游侧的规定量的氨在通过氧化催化剂时被氧化 催化剂氧化的效率；以及故障判定部，将氧化效率与规定的基准值进行比较而进行氧化催 化剂的故障的有无的判定。另外，优选的是，当构成本发明的氧化催化剂的故障诊断装置时，以配置在还原催 化剂的下游侧且氧化催化剂的上游侧的上游侧NOx传感器的值、配置在氧化催化剂的下游 侧的下游侧NOx传感器的值以及还原催化剂的下游侧且氧化催化剂的上游侧的排气中的推
定NOx量为基础，算出氧化效率。另外，优选的是，当构成本发明的氧化催化剂的故障诊断装置时，以还原催化剂的 下游侧且氧化催化剂的上游侧的推定NOx量和推定氨量以及配置在氧化催化剂的下游侧的 下游侧NOx传感器的值为基础，算出氧化效率。另外，优选的是，当构成本发明的氧化催化剂的故障诊断装置时，具备净化用氨 量运算部，运算用于净化流入到还原催化剂的排气中的NOx所必需的净化用氨量；以及氨吸 附可能量运算部，从与还原催化剂的温度相对应的饱和吸附量减去目前的推定吸附量，算 出氨的吸附可能量，其中，还原剂供给量运算部，将与吸附可能量和净化用氨量相对应的还 原剂量和规定量相加，设定还原剂的供给量。另外，优选的是，当构成本发明的氧化催化剂的故障诊断装置时，具备检测排气温 度的排气温度检测部，当排气温度的振幅在规定的范围内且排气温度稳定时，进行氧化催 化剂的故障诊断。
另外，本发明的另一方式为一种氧化催化剂的故障诊断方法，该氧化催化剂位于 将能够生成氨的还原剂供给到还原催化剂的上游侧的排气通路并由还原催化剂选择性地 还原净化排气中的NOx的内燃机的排气净化装置中，配置在还原催化剂的下游侧，其中，以 规定量的氨流出到还原催化剂的下游侧的方式供给还原剂，将规定量的氨在通过氧化催化 剂时被氧化催化剂氧化净化的净化效率与规定的基准值进行比较，进行氧化催化剂的故障 判定。另外，本发明的再一方式为一种内燃机的排气净化装置，其特征在于，具备上述任 意一种氧化催化剂的故障诊断装置。依照本发明的氧化催化剂的故障诊断装置和氧化催化剂的故障诊断方法，着眼于 NOx传感器对于氨反应的特性，以规定量的氨流出到还原催化剂的下游侧的方式供给还原 剂，算出由配置在还原催化剂的下游侧的氧化催化剂氧化的氨的比率，进行氧化催化剂的 故障诊断，因而，不管内燃机的运转状态如何，在期望的时期精度良好地进行氧化催化剂的 故障诊断。另外，由于以氧化催化剂的氧化效率为基础，进行氧化催化剂的故障的有无的 判定，因而即使在各种运转条件下，也精度良好地进行氧化催化剂的故障的有无的判定。所 以，提供了一种诊断的时期的制约变少且高精度地进行氧化催化剂的故障诊断的氧化催化 剂的故障诊断装置和氧化催化剂的故障诊断方法。另外，依照本发明的内燃机的排气净化装置，提供了一种排气净化装置，由于其具 备不管内燃机的运转状态和运转条件如何，在期望的时期进行氧化催化剂的故障的诊断的 故障诊断装置，因而即使在氨流出到还原催化剂的下游侧的情况下，也由氧化催化剂有效 地氧化氨，防止氨放出到大气中。
图1是显示本发明的第一实施方式的排气净化装置的构成例的图。图2是用于说明还原催化剂的饱和吸附量和目标吸附量的图。图3是显示第一实施方式的排气净化装置中所具备的DCU的构成例的框图。图4是显示由第一实施方式的排气净化装置进行的氧化催化剂的故障诊断的流 程的图。图5是显示本发明的第二实施方式的排气净化装置的构成例的图。
具体实施例方式以下，参照附图，对与本发明的氧化催化剂的故障诊断装置、故障诊断方法及具备 故障诊断装置的排气净化装置相关的实施方式进行具体的说明。但是，相关的实施方式表 示本发明的一种方式，而不是限定本发明，在本发明的范围内能够任意地进行变更。此外，各图中，标注相同符号的部分表示相同的部件，省略适当的说明。[第一实施方式]1.排气净化装置首先，参照图1，对具备氧化催化剂的故障诊断装置的本发明的第一实施方式的排 气净化装置的基本构成进行说明。图1所示的排气净化装置10是这样的一种排气净化装置10，将作为还原剂的尿素水溶液喷射供给到配设在排气通路中的还原催化剂13的上游侧，并在还原催化剂13处选 择性地还原净化排气中所含有的N0X。该排气净化装置10具备还原催化剂13、还原剂供给 装置20以及氧化催化剂12以作为主要要素，还原催化剂13配设于连接在内燃机5上的排 气管11的途中，用于选择性地还原排气中所含有的NOx，还原剂供给装置20包括用于在还 原催化剂13的上游侧将还原剂喷射供给到排气管11内的还原剂喷射阀31，氧化催化剂12 配置在还原催化剂13的下游侧。排气净化装置10的这些基本构成要素采用一直以来公知的要素。例如，本实施方式中使用的还原剂供给装置20具备在还原催化剂13的上游侧固 定于排气管11的还原剂喷射阀31、贮藏作为还原剂的尿素水溶液的贮藏箱50、包括对还原 剂喷射阀31压送贮藏箱50内的还原剂的泵41的泵模块40以及为了控制喷射供给到排气 管11内的还原剂的供给量而对还原剂喷射阀31和泵41进行控制的控制装置(以下，称为 "DCU =Dosing Control Unit”)60。另外，在图1显示的排气净化装置10的示例中，D⑶60连接在CAN65上。该CAN65 连接有用于控制内燃机的运转状态的控制单元(以下，有时候称为“EOT Electronic Control Unit”)70，在CAN65中，不仅写入以燃料喷射量和喷射时机、转速等为代表的与内 燃机的运转状态相关的信息，还写入排气净化装置10所具备的所有传感器等的信息。然 后，连接在CAN65上的DCU60读取CAN65上的信息，并将信息输出到CAN65上。此外，在本实施方式中，E⑶70和ECU60由不同的控制单元构成，并能够经由CAN65 而交换信息，然而，这些E⑶70和D⑶60也可以构成为一个控制单元。另外，作为还原剂喷射阀31，例如使用通过占空控制(duty control)来控制阀的 打开和关闭的0N-0FF阀。将从泵模块40压送到还原剂喷射阀31的还原剂维持在规定的 压力，在依据从DCU60发送的控制信号而打开还原剂喷射阀31时，将还原剂供给到排气通 路中。另外，泵模块40具备泵41，泵41抽吸贮藏箱50内的还原剂，并将其压送到还原剂 喷射阀31。该泵41由例如电动式的隔膜泵或齿轮泵构成，并由从DCU60发送的信号进行驱 动控制。另外，在将泵41和还原剂喷射阀31连接的供给通路58中具备压力传感器43，将 压力传感器43所检测的值作为信号而输出到DCU60。在DCU60中，基于压力传感器43的传 感器值，进行泵41的反馈控制，以将供给通路58内的压力值维持在规定值。即，在供给通 路58内的压力下降到低于规定值的状态下，控制泵41的驱动占空变大，在供给通路58内 的压力上升到高于规定值的状态下，控制泵41的驱动占空变小。此外，“泵的驱动占空”是指在PWM(pulse width modulation)控制中，泵的驱动时 间在每个周期所占的比例。另外，从供给通路58分支设置有循环通路59，该循环通路59连接于贮藏箱50。在 该循环通路59的途中具备孔45，并且，在孔45的贮藏箱50侧具备压力控制阀49。由于还 原剂供给装置20具备这种循环通路59，因而，在以压力传感器43的检测值为基础而被进 行反馈控制的泵41压送还原剂的状态下，当供给通路58内的压力值超出规定值时，压力控 制阀49打开，还原剂的一部分回流到贮藏箱50内。压力控制阀49例如使用公知的单向阀寸。另外，泵模块40具备换向阀(reverting valve) 71，在还原剂供给装置20不进行
6还原剂的供给的情况等下，通过泵41进行驱动，将包括泵模块40、还原剂喷射阀31、供给通 路58的还原剂供给系的还原剂回收到贮藏箱50内。所以，在寒冷时等的还原剂容易冻结 的温度条件下，在内燃机5停止且还原剂供给装置20不进行还原剂的供给的情况下，防止 还原剂供给系内的还原剂的冻结，然后，在内燃机的运转再次开始时，不存在因还原剂供给 系内的阻塞而导致的喷射不良。 该换向阀71，例如为具有将还原剂的流路由从贮藏箱50向泵模块40的正方向切 换到从泵模块40向着贮藏箱50的逆方向的功能的切换阀，在内燃机的点火开关关闭时，将 流路切换到逆方向，并将还原剂回收到贮藏箱50内。 另外，在还原剂供给装置20的还原剂供给系的各部位，分别具备加热器92 97。 设置这些加热器92 97的目的在于，在寒冷时等还原剂存在于还原剂供给系内的情况下， 防止还原剂冻结而部分地或完全地堵塞还原剂供给系，不能正确地进行还原剂喷射阀31 的还原剂的供给控制。另外，这些加热器92 97由D⑶60进行通电控制。例如，在以还原 剂的温度、外界气温等为基础而判断在还原剂供给系内还原剂处于发生冻结的温度条件下 的状况下，从电池供给电力，对还原剂供给系进行加热。这些加热器92 97没有特别的限制，例如使用电热线等。另外，配设在排气通路的还原催化剂13，吸附由还原剂供给装置20喷射供给的还 原剂发生水解而生成的氨，对流入的排气中的NOx进行还原净化。所以，当所吸附的氨量不 足时，一部分的NOx未还原就流出到还原催化剂的下游侧，因而进行还原剂的供给量控制， 从而成为在还原催化剂13始终吸附有规定量以上的氨的状态。如图2所示，该还原催化剂13具有氨的饱和吸附量(实线A)随催化剂温度而变 化的特性。已知氨的有害性比NOx高，因而在本实施方式的排气净化装置中，在进行内燃机 的正常运转状态的还原剂的供给量控制时，设定比饱和吸附量小的目标吸附量(虚线B)并 进行供给量控制，使得氨不流出到还原催化剂的下游侧。但是，在排气温度的急剧变化导致还原催化剂13的温度急剧上升的情况等下，当 氨的饱和吸附量下降到实际吸附量附近时，所生成的氨的一部分有可能未被吸附在还原催 化剂13而流出到还原催化剂13的下游侧，或者吸附在还原催化剂13的氨的一部分有可能 脱离而流出到还原催化剂13的下游侧。因此，在本实施方式的排气净化装置10中，在还原 催化剂13的下游侧具备氧化催化剂12，对未吸附在还原催化剂13而流出的氨进行氧化。 即，所流出的氨在氧化催化剂12处被氧化，分解成氮(N2)和水(H2O)而被放出。另外，在还原催化剂13和氧化催化剂12之间具备第一 NOx传感器17，在氧化催化 剂12的再下游侧具备第二 NOx传感器19。已知这些NOx传感器17、19不仅对NOxI示出反 应，而且对通过还原剂的水解而生成的氨显示出反应。因此，由各NOx传感器17、19检测的 传感器值为排气中的NOx浓度和氨浓度的合计值。在此，在第一 NOx传感器17和第二 NOx传感器19之间配设有氧化催化剂12，氧化 催化剂12的上游侧和下游侧的NOx量几乎没有变化，而氧化催化剂12的上游侧和下游侧的 氨量减少。因此，如果从第一 NOx传感器17的传感器值(si)的积分值(Si)减去第二 NOx 传感器19的传感器值(s2)的积分值(S2)，那么，算出规定期间内被氧化催化剂12氧化的 氨量(Uo)。而且，通过用该氧化的氨量(Uo)除以氧化催化剂12的上游侧的氨量(Uu)，从 而算出被氧化催化剂12氧化的氨的比率。在本实施方式的排气净化装置10具备的氧化催化剂的故障诊断装置中，该比率用于氧化催化剂的故障诊断。2.还原剂供给装置的控制装置(氧化催化剂的故障诊断装置)(1)基本的构成图1所示的排气净化装置10所具备的D⑶60，基本上以存在于CAN65上的各种信 息为基础，进行泵41和还原剂喷射阀31的动作控制，从而将适当量的还原剂供给到排气管 11中。另外，本发明的实施方式的DCU60还具备作为在还原催化剂13的下游侧具备的氧化 催化剂12的故障诊断装置的功能。图1显示了以功能框表示与还原剂喷射阀31的动作控制、泵41的驱动控制以及 氧化催化剂13的故障诊断相关的部分的构成例。该DCU60具备CAN信息取出生成部(图1 中标为“CAN信息取出生成”)、泵驱动控制部(图1中标为“泵驱动控制”)、还原剂供给量 运算部(图1中标为“Ud供给量运算”)以及故障诊断部(图1中标为“故障诊断”)等，以 作为主要构成要素。这些各部具体通过微型计算机(图中未显示)执行程序而实现。其中，CAN信息取出生成部，读取以与从ECU70输出的内燃机5的运转状态相关的 信息、从温度传感器和NOx传感器等输出的传感器值为代表的存在于CAN65上的信息，并对 各部进行输出。尤其是，在本实施方式的排气净化装置所具备的DCU60中，经由CAN信息取 出生成部而对其它各部发送以燃料喷射量、燃料喷射时机等为代表的与内燃机的运转状态 相关的信息、排气净化装置10所具备的各传感器的传感器值等。另外，泵驱动控制部连续地读取从CAN信息取出生成部输出的、表示供给路径58 内的还原剂的压力的压力传感器43的传感器值，并以该传感器值为基础而对泵41进行反 馈控制。结果，供给路径58内的压力维持在几乎一定的状态。例如，在泵41为电动式的泵 的情况下，当所输出的压力值低于目标值时，为了使压力上升，以泵的占空比变大的方式进 行控制，反过来，当所输出的压力值超出目标值时，为了使压力下降，以泵的占空比变小的 方式进行控制。还原剂供给量运算部，例如，在通常的还原剂的供给量控制中，从与还原催化剂的 温度相对应的目标吸附量减去实际吸附的氨的推定吸附量，以生成该不足量部分的氨的方 式决定还原剂的供给量，并对用于操作还原剂喷射阀31的还原剂喷射阀操作装置(图1中 标为“Udv操作装置” )67输出操作信号。另一方面，还原剂供给量运算部，在进行氧化催化剂的故障诊断时，求出用于生成 净化用氨量和氨吸附可能量相加后的合计氨量所必需的还原剂量，并且，再加上规定量而 决定还原剂的供给量，其中，净化用氨量和氨吸附可能量由后述的净化用氨量运算部和氨 吸附可能量运算部算出。即，为了验证氧化催化剂的氨的氧化效率，以一部分的氨流出到还 原催化剂的下游侧的方式设定还原剂的供给量。(2)还原剂供给控制图1所示的排气净化装置10如下地对排气中的NOx进行还原净化。在内燃机运转时，由泵41抽吸贮藏箱50内的还原剂，并将其向还原剂喷射阀31 压送。此时，基于泵模块40具备的泵41的下游侧的压力传感器43的传感器值，在传感器 值不足规定值的情况下，提高泵41的输出，在传感器值超出规定值的情况下，经由压力控 制阀49使还原剂回到贮藏箱50而减压。由此，向着还原剂喷射阀31压送的还原剂的压力 维持在几乎一定的值。
在以几乎一定的压力供给还原剂的状态下，D⑶60将与还原催化剂13的温度相对 应的目标吸附量和推定吸附量进行比较，决定用于生成不足的量的氨所必需的还原剂的供 给量，生成与其相对应的控制信号并对还原剂喷射阀操作装置67输出。然后，由还原剂喷 射阀操作装置67进行还原剂喷射阀31的控制，将适当的量的还原剂供给到排气管11中。 供给到排气管11中的还原剂，在混合到排气中的状态下流入到还原催化剂13，并用于排气 中所含有的NOx的还原反应。如此地进行排气的净化。(3)氧化催化剂的故障诊断部在此，本实施方式的排气净化装置10所具备的DCU60，具备氧化催化剂12的故 障诊断部。如上所述，由于氧化催化剂12承担氧化毒性较高的氨的重要作用，因而在氧化 催化剂12可能发生故障的情况下，快速地进行氧化催化剂的交换，从而不将氨放出到大气中。图3进一步详细地显示了 DCU60的构成中的氧化催化剂的故障诊断部的构成。该 故障诊断部具备净化用氨量运算部(标为“净化必要量运算”)、氨吸附可能量运算部(标为 “吸附可能量运算”)、还原剂供给量运算部(标为“Ud供给量运算”)、排气温度推移监视部 (标为“温度推移监视”)、氧化效率运算部(标为“氧化效率运算”)以及故障判定部(标为 “故障判定”)等以作为主要要素。这些各部具体通过微型计算机(图中未显示)执行程序 而实现。其中，净化用氨量运算部，以流入还原催化剂的NOx量为基础，算出还原催化剂还 原净化这些NOx所必需的氨量(m0)。在本实施方式的排气净化装置具备的DCU60中，以内 燃机的运转状态和排气温度等信息为基础，算出流入还原催化剂的NOx量，但也可以在还原 催化剂13的上游侧配置NOx传感器，并以检测的传感器值为基础而算出流入还原催化剂的
NOx 量。另外，氨吸附可能量运算部，从与还原催化剂的温度相对应的饱和吸附量减去目 前吸附于还原催化剂的推定吸附量，进而算出可吸附的氨量。具体而言，如图2所示，由于 还原催化剂的饱和吸附量存在着随着催化剂温度上升而减少的关系，因而氨吸附可能量运 算部预先具备饱和吸附量映射图，另一方面，以通过运算而求出的催化剂温度为基础，求出 与催化剂温度相对应的饱和吸附量。另外，通过从到此为止所进行的还原剂的喷射控制的 目标吸附量减去用于还原净化NOx所必需的氨量(mO)并对减去后的值进行积分，从而求出 氨的推定吸附量。另外，还原剂供给量运算部，在进行氧化催化剂的故障诊断时，将氨吸附可能量与 净化用氨量相加，算出仅生成合计氨量的还原剂量，并且，再加上规定量，算出还原剂的供 给量。该还原剂供给量运算部是与用于进行在正常运转状态下的还原剂供给量的控制的还 原剂供给量运算部共同的部分，在进行氧化催化剂的故障诊断的情况下，如上所述地进行 还原剂供给量的运算。另外，本实施方式的排气净化装置10所具备的DCU60，具备排气温度推移监视部， 该排气温度推移监视部，监视从CAN信息取出生成部发送的温度传感器15的传感器值(排 气温度)的推移，判别排气温度的振幅在规定的范围内的状态是否继续规定时间以上。这 是因为，在进行氧化催化剂的故障诊断时，在排气温度不稳定的状态下，有时候氧化催化剂 和还原催化剂的效率变化，流出的氨量产生误差，诊断结果的可靠性降低。
所以，即使在由上述的还原剂供给量运算部算出供给指示量的情况下，当在排气 温度推移监视部中未判别排气温度稳定时，实际上故障诊断也不会开始。另外，氧化效率运算部，在为了故障诊断而供给还原剂且规定量的氨流出到还原 催化剂下游侧之后，算出氧化催化剂对氨的氧化效率。如下地进行本实施方式的氧化效率 运算部中的氨的氧化效率的算出。氧化催化剂处的氨的氧化效率(X)为被氧化催化剂氧化的氨量(Uo)相对于氧化 催化剂上游侧的氨量(Uu)的比率，表示为X = Uo/Uu. · · (1)。在此，氧化催化剂上游侧的氨量(Uu)为从第一 NOx传感器的传感器值(si)的积 分值(Si)减去氧化催化剂上游侧的NOx量(Nu)的值，表示为Uu = Sl-Nu. · · (2)。该氧化催化剂上游侧的NOx量(Nu)，使用以排气的温度和流量、还原催化剂上游 侧的NOx的流量、还原催化剂上游侧的NO2和NO的比率、氨推定吸附量、还原催化剂的推定 HC(碳氢化合物)中毒量等为基础的推定还原催化剂效率(η Est)和还原催化剂上游侧的 NOx量(N。)，表示为Nu = N0- n Est XN0. . . (3)。另外，如上所述，通过从第一 NOx传感器的传感器值(si)的积分值(Si)减去第二 NOx传感器的传感器值(s2)的积分值(S2)而求出被氧化催化剂12氧化的氨量(Uo)。所 以，被氧化催化剂12氧化的氨量(Uo)，表示为Uo = S1-S2. · · (4)。将式(2)和式(4)代入上述式(1)，则氧化催化剂处的氨的氧化效率(X)，表示为X = (S1-S2) / (Sl-Nu) · · · (5)。如式(5)所示，在本实施方式的排气净化装置具备的DCU的氧化效率运算部中，以 第一 NOx传感器和第二 NOx传感器的传感器值以及推定的氧化催化剂上游侧的NOx量为基 础，算出氧化催化剂中的氨的氧化效率。然后，故障判定部将氧化效率运算部所算出的氨的氧化效率的值和规定的基准值 进行比较，在不足基准值时，判定氧化催化剂发生故障。这样，通过不基于氧化的氨的绝对 量，而是基于氧化的氨量(Uo)相对于氧化催化剂上游侧的氨量(Uu)的比率，进行氧化催化 剂的故障判定，从而不管内燃机的运转状态如何，精度良好地进行氧化催化剂的故障诊断。S卩，在使规定量的氨流出到还原催化剂下游侧的前提下，如果通过求出氧化的氨 的绝对量而进行故障诊断，则在内燃机的运转状态和还原催化剂温度发生变化的情况下， 原来流出到还原催化剂下游侧的氨量产生误差，有时候尽管氧化催化剂未发生故障，氧化 的氨量也减少。与此相对的是，通过求出氧化的氨的比率并进行故障诊断，从而即使在每次 诊断时流出到还原催化剂下游侧的氨量均不同的情况下，也不对诊断结果造成大的影响。3.氧化催化剂的故障诊断方法接着，参照图4的流程，对氧化催化剂的故障诊断方法的具体过程的一例进行说 明。此外，可以一直执行该过程，或者也可以每隔一定时间而执行该过程。首先，在步骤SlO中，进行排气温度是否稳定的判别。在本实施方式的排气净化 装置的情况下，在还原催化剂的上游侧具备温度传感器(图1的符号15)，监视传感器值的推移，通过观察排气温度的振幅在规定的范围内的状态是否经过了规定时间以上而进行判 别。在不具备温度传感器的情况下，也可以使用从内燃机的运转状态推定的排气温度而判 别排气温度是否稳定。反复进行该步骤S10，直到判别排气温度稳定。接着，在步骤Sll中算出净化用氨量。具体而言，由DCU读取内燃机的运转状态和 排气温度等，求出流入还原催化剂的NOx的流量，并算出用于还原该NOx所必需的净化用氨量。接着，在步骤S12中算出氨吸附可能量。具体而言，以配置在还原催化剂的上游侧 和下游侧的温度传感器的传感器值为基础，通过运算而求出还原催化剂的温度，然后，从与 还原催化剂的温度相对应的饱和吸附量减去推定吸附量，算出氨吸附可能量。接着，在步骤S13中，将在步骤SlO中求出的净化用氨量和在步骤Sll中求出的氨 吸附可能量相加，算出用于生成其合计量的氨所必需的还原剂量。接着，在步骤S14中，将在步骤S12中算出的还原剂量进一步与规定量相加，决定 还原剂的供给指示值，然后，在步骤S15中，对还原剂喷射阀的操作装置进行还原剂的供给 的指示。由此，成为一种状态，即从所供给的还原剂生成的氨的一部分流出到还原催化剂的 下游侧。此时，基本上与相加后的还原剂相当的氨流出到还原催化剂的下游侧，然而，优选 的是，设定相加后的还原剂的量，使得流出到氧化催化剂的下游侧并放出到大气中的氨的 浓度成为由排气规章规定的基准值以下。具体而言，考虑在过去进行的故障诊断时得到的 氧化催化剂的氧化效率，进行逆运算，使得流出到氧化催化剂的下游侧的氨的浓度成为排 气规章的基准值以下，并将与该氨的量相当的还原剂的量决定为相加量。例如，在排气规章的氨浓度的基准值为25ppm的情况下，如果氧化催化剂氧化氨 的效率为20%，那么，以31ppm为上限，如果氧化氨的效率为80%，那么，以IOOppm为上限， 决定相加的还原剂量，使得该上限以下的浓度的氨流出到还原催化剂的下游侧。接着，在步骤S16中，读取氧化催化剂上游侧的第一 NOx传感器值(si)并进行积 分，并且，读取氧化催化剂下游侧的第二 NOx传感器的传感器值(s2)并进行积分。另外，同 时，以从内燃机排出的排气的流量、温度、NOx浓度、还原催化剂的温度等为基础，求出还原 催化剂的NOx的推定还原效率，并算出氧化催化剂上游侧的NOx量的推定量(Nu)。接着，在步骤S17中，以第一 NOx传感器的传感器值(si)的积分值(Si)、第二 NOx 传感器的传感器值(s2)的积分值(S2)以及还原催化剂下游侧的NOx量的推定量(Nu)为基 础，算出氧化催化剂的氨的氧化效率(X)。具体而言，如上所述，基于X= (S1-S2)/(Sl-Nu) 的关系式，算出氧化催化剂的氨的氧化效率。接着，在步骤S18中，进行算出的氧化效率(X)是否成为预先规定的基准值(XO) 以上的判别。如果氧化效率成为基准值(XO)以上，那么，认为氧化催化剂不发生大故障而 起作用，判定氧化催化剂没有故障。另一方面，如果氧化效率不足基准值(XO)，那么，认为氧 化催化剂发生故障，氧化氨的功能下降，判定氧化催化剂发生故障。此外，在依照已说明的氧化催化剂的故障诊断的流程而求出净化用氨量和氨吸附 可能量之后，算出还原剂的供给指示量。但是，例如在驾驶者松开加速器的状态下，新流入 还原催化剂的NOx量无限地少，净化用氨量几乎为零。另外，在吸附于还原催化剂的氨量成为饱和状态的状态下，氨吸附可能量为零。因此，可以以能够检测驾驶者松开加速器的状态 和还原催化剂的氨吸附饱和状态的方式构成DCU，并省略算出净化用氨量和氨吸附可能量 之中的至少一个的步骤。[第二实施方式]接着，对具备本发明的第二实施方式的氧化催化剂的故障诊断装置的排气净化装 置进行说明。相对于第一实施方式的排气净化装置在氧化催化剂的上游侧和下游侧分别具 备NOx传感器，本实施方式的排气净化装置与第一实施方式的排气净化装置的不同点在于， 不具备氧化催化剂上游侧的NOx传感器。以下，对于与第一实施方式共同的点，省略说明，以与第一实施方式不同的点为中 心而进行说明。如图5所示，本实施方式的排气净化装置110，在氧化催化剂12的下游侧具备NOx 传感器117，另一方面，在氧化催化剂12的上游侧不具备NOx传感器。作为替代，在DCU160 中具备推定氧化催化剂下游侧的氨量的运算部(图5中标为“Uu运算”)。即，本实施方式 的排气净化装置110，不使用NOx传感器的传感器值，而是使用运算值来求出氧化催化剂上 游侧的氨量。在本实施方式的排气净化装置110所具备的DOT160的氧化效率运算部中，如下地 算出氧化催化剂的氨的氧化效率。如第一实施方式所述，氨的氧化效率(X)为氧化催化剂氧化的氨量(Uo)相对于氧 化催化剂上游侧的氨量(Uu)的比率，表示为X = Uo/Uu. · · (1)。在此，本实施方式中，使用DCU160通过运算而求出氧化催化剂上游侧的氨量 (Uu)。另外，如果考虑氧化催化剂下游侧的NOx传感器117的传感器值为NOx浓度和氨浓 度的合计值，则通过从氧化催化剂上游侧的^、量(Nu)和氧化催化剂上游侧的氨量(Uu)的 合计量减去NOx传感器117的传感器值(s3)的积分值(S3)，从而求出被氧化催化剂氧化的 氨量(Uo)。由于分别通过运算而求出氧化催化剂上游侧的NOx量(Nu)和氧化催化剂上游 侧的氨量(Uu)以作为推定量，因而被氧化催化剂氧化的氨量(Uo)，表示为Uo = (Nu+Uu) -S3. · · (6)。如果将式(6)代入上述式(1)，则氧化催化剂处的氨的氧化效率(X)，表示为X = {(Nu+Uu) -S3} /Uu. · · (7)。如式(7)所示，本实施方式的排气净化装置110所具备的DCU160的氧化效率运算 部，以NOx传感器的传感器值、推定的氧化催化剂上游侧的N0x量以及氨量为基础，算出氧化 催化剂的氨的氧化效率。然后，与第一实施方式相同，故障判定部将氧化效率运算部所算出的氨的氧化效 率的值与规定的基准值进行比较，在不足基准值时，判定氧化催化剂发生故障。这样，即使 在不具备氧化催化剂上游侧的NOx传感器的情况下，不管内燃机的运转状态如何，也能够基 于氧化的氨量(Uo)相对于氧化催化剂上游侧的氨量(Uu)的比率而进行氧化催化剂的故障 诊断。
1权利要求
一种氧化催化剂的故障诊断装置，位于将能够生成氨的还原剂供给到还原催化剂的上游侧的排气通路并由所述还原催化剂选择性地还原净化排气中的NOX的内燃机的排气净化装置中，并用于进行配置在所述还原催化剂的下游侧的氧化催化剂的故障诊断，其中，具备还原剂供给量运算部，以规定量的所述氨流出到所述还原催化剂的下游侧的方式设定所述还原剂的供给量；氧化效率运算部，求出流出到所述还原催化剂的下游侧的所述规定量的氨在通过所述氧化催化剂时被所述氧化催化剂氧化的效率；以及故障判定部，将所述氧化效率与规定的基准值进行比较而进行所述氧化催化剂的故障的有无的判定。
2.根据权利要求1所述的氧化催化剂的故障诊断装置，其特征在于，以配置在所述还 原催化剂的下游侧且所述氧化催化剂的上游侧的上游侧NOx传感器的值、配置在所述氧化 催化剂的下游侧的下游侧NOx传感器的值以及所述还原催化剂的下游侧且所述氧化催化剂 的上游侧的所述排气中的推定NOx量为基础，算出所述氧化效率。
3.根据权利要求1所述的氧化催化剂的故障诊断装置，其特征在于，以所述还原催化 剂的下游侧且所述氧化催化剂的上游侧的推定NOx量和推定氨量以及配置在所述氧化催化 剂的下游侧的下游侧NOx传感器的值为基础，算出所述氧化效率。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的氧化催化剂的故障诊断装置，其特征在于，具备净化用氨量运算部，运算用于净化流入到所述还原催化剂的所述排气中的NOx所必需 的净化用氨量；以及氨吸附可能量运算部，从与所述还原催化剂的温度相对应的饱和吸附量减去目前的推 定吸附量，算出所述氨的吸附可能量，其中，所述还原剂供给量运算部，将与所述吸附可能量和所述净化用氨量相对应的还 原剂量和规定量相加，设定所述还原剂的供给量。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的氧化催化剂的故障诊断装置，其特征在于，具备检测排气温度的排气温度检测部，当所述排气温度的振幅在规定的范围内且所述排气温度稳定时，进行所述氧化催化剂 的故障诊断。
6.一种氧化催化剂的故障诊断方法，该氧化催化剂位于将能够生成氨的还原剂供给到 还原催化剂的上游侧的排气通路并由所述还原催化剂选择性地还原净化排气中的NOx的内 燃机的排气净化装置中，配置在所述还原催化剂的下游侧，其中，以规定量的所述氨流出到所述还原催化剂的下游侧的方式供给所述还原剂，将所述规定量的氨在通过所述氧化催化剂时被所述氧化催化剂氧化净化的净化效率 与规定的基准值进行比较，进行所述氧化催化剂的故障判定。
7.一种内燃机的排气净化装置，具备根据权利要求1 5中任一项所述的氧化催化剂 的故障诊断装置。
全文摘要
提供一种能够在期望的时期精度良好地进行氧化催化剂的故障诊断的氧化催化剂的故障诊断装置、故障诊断方法及具备这种氧化催化剂的故障诊断装置的内燃机的排气净化装置。所述氧化催化剂的故障诊断装置，位于将能够生成氨的还原剂供给到还原催化剂的上游侧的排气通路并由还原催化剂选择性地还原净化排气中的NOX的内燃机的排气净化装置中，并用于进行配置在还原催化剂的下游侧的氧化催化剂的故障诊断，其中，具备还原剂供给量运算部，以规定量的氨流出到还原催化剂的下游侧的方式设定还原剂的供给量；氧化效率运算部，求出流出到还原催化剂的下游侧的规定量的氨在通过氧化催化剂时被氧化催化剂氧化的效率；以及故障判定部，将氧化效率与规定的基准值进行比较而进行氧化催化剂的故障的有无的判定。
文档编号F01N3/20GK101918687SQ200880124098
公开日2010年12月15日 申请日期2008年10月14日 优先权日2008年2月15日
发明者笠原弘之 申请人:博世株式会社