专利名称：用于尾气净化系统的异常诊断装置及尾气净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及诊断尾气净化系统中的异常现象的装置。尤其是，本发明涉及一种装 置，该装置能够诊断尿素溶液用作还原剂的情况下由尿素浓度异常引起的系统异常。
背景技术：
作为用于净化内燃机尾气中所含NOx (氮氧化物)的常规方法，已知的一种方法是 向内燃机的尾气中添加还原剂，利用所加入的还原剂，与催化剂一起净化尾气中的NOx。举 例来说，尿素就被作为所述还原剂。在此情况下，将尿素溶解于水中生成的尿素溶液加入到 尾气中。通过水解从所加入的尿素溶液生成氨(NH3)。氨还原催化剂上的NOx。在内燃机没有运行时，贮存在储罐中的尿素溶液(还原剂)有可能会产生质量变 化。例如，担心正常尿素溶液以外的水或轻质油之类的液体进入储罐中时，尿素的浓度会 明显降低，由此可能会引起质量变化。还担心内燃机长期未运转时，尿素溶液中的水蒸发， 从而导致尿素浓度增加，因此也可能会引起质量变化。如果加入且使用低浓度的尿素溶液， NOx净化率会由于氨供应不足而降低。如果使用高浓度的尿素溶液，则会由于氨过量供应而 发生氨逸出。氨逸出是从催化剂中有过剩的氨排出。作为针对这类问题的防范措施，通常在储罐中配备用于感知尿素溶液浓度的浓度 传感器，其根据浓度传感器的感知值诊断尿素溶液的浓度(质量)。当诊断到质量异常时， 向用户警告异常。作为浓度传感器的实例，存在有彼此独立设置的发热元件和温度测量部 件的传感器(参见专利文献1 JP-A-2005-127262)。使用该传感器，可以根据发热元件的 发热量和温度测量部件的测量值计算尿素溶液的传热特性，尿素溶液的浓度可以根据计算 出的传热特性感知到。然而，如上所述根据浓度传感器的感知值诊断尿素溶液(还原剂)质量的装置要 求浓度传感器专用于质量诊断。而且，专利文献1的浓度传感器有一些问题，由于该浓度传 感器包括发热元件和温度测量部件，所以传感器的尺寸较大，且发热元件产生的成本和耗 电都高。本发明的目的是提供用于尾气净化系统的异常诊断装置，该装置硬件构造简单， 能够诊断尾气净化系统中诸如还原剂质量异常的异常现象。
发明内容
根据本发明的第一实例方面，尾气净化系统的异常诊断装置适用于具有还原剂加 入装置和催化剂的尾气净化系统。异常诊断装置具有净化率计算部件和诊断部件。净化率 计算部件计算内燃机停车时刻的NOx净化率和内燃机启动时刻的NOx净化率。诊断部件根 据现在启动时刻的净化率与上次停车时刻的净化率的偏离度诊断尾气净化系统中是否存
在异常。如果内燃机停止工作期间还原剂的质量没有变化，则该停工期前后的净化率不应 有大的变化。也即，应该可以通过比较停止工作期间前后的净化率，诊断停止工作期间还原剂质量是否发生变化。因此，根据集中关注此点的以上所述本发明的实例方面，还原剂的质 量可根据现在启动时刻的净化率与上次停车时刻的净化率的偏离度得到诊断。相应地，不 需要专利文献1等所述的专用于诊断的浓度传感器就可以诊断还原剂的质量。根据以上所述的本发明的实例方面，不但还原剂的质量而且尾气净化系统硬件构 造中存在/不存在异常都可以通过执行根据所述偏离度的诊断来诊断。例如，催化剂中存 在/不存在异常可以在后面的详细说明中进行诊断。作为根据以上所述的本发明实例方面 通过净化率计算部件来计算净化率的实例，可以计算流入催化剂的NOx量和流出催化剂的 NOx量之差作为NOx净化量，并且可以计算NOx净化量与NOx流入量之比作为净化率。可以 根据位于催化剂上游和下游的NOx传感器的感知值，或者根据内燃机的运行状况，计算NOx 流入量与NOx流出量。本发明的净化率计算部件不限于计算净化率的部件。作为选择，该净化率计算部 件可以计算与净化率高度相关的物理量而不是净化率。例如，吸附到催化剂的还原剂吸附 量就与净化率高度相关。因此，净化率计算部件可以计算吸附量而不是净化率。如果还原剂的浓度降低，例如，由于水输入到贮存还原剂的储罐中，则提供给催化 剂的还原剂供应量会减少，即使还原剂的加入量相同。结果是净化率下降。根据集中关注此点的本发明的第二实例方面，当现在启动时刻的净化率在下降一 侧偏离上次停车时刻的净化率至少预定的量时，诊断部件诊断发生了低浓度异常，其中还 原剂的还原剂浓度降低。利用这类构造，不使用还原剂浓度传感器也可以得到还原剂的质 量异常(即，低浓度)程度作为诊断结果。如果还原剂的浓度增加，例如，由于内燃机长期停车时还原剂的水蒸发，则提供给 催化剂的还原剂供应量会增加，即使还原剂的加入量相同。结果，情况会是净化率可能增加 到对应于过量供应的还原剂从催化剂中流出的程度。因此，根据集中关注此点的本发明的第三实例方面，当现在启动时刻的净化率在 增加一侧偏离上次停车时刻的净化率至少预定的量时，诊断部件诊断发生了高浓度异常， 其中还原剂的还原剂浓度增加。利用这类构造，不使用还原剂浓度传感器也可以得到还原 剂的质量异常(即，高浓度)程度作为诊断结果。在内燃机停车期间，内燃机停车时间点时已经吸附到催化剂上的还原剂从催化剂 排出并减少。因此，即使停车期间还原剂的质量没有变化，由于该排出的量，启动时刻的净 化率应该比停车时刻的净化率低。因此，根据集中关注此点的本发明的第四实例方面，异常诊断装置还具有吸附减 少量获取部件，用于获得与还原剂减少量相关的信息作为吸附减少量信息，由内燃机停车 期间所导致，所述还原剂已经被吸附至催化剂。除了偏离度外，诊断部件还根据吸附减少量 信息诊断尾气净化系统中的异常(具体地，还原剂的质量)。这样，当根据停机前后净化率 的偏离度来诊断还原剂的质量时，就可以通过计入停车期间从催化剂排出所引起的减量来 进行诊断。因此，可以改善诊断的精度。作为吸附减少量信息的优选实例，根据本发明的第五实例方面，吸附减少量信息 包括内燃机停车期的长度和停车期间的环境温度的至少之一。根据本发明的第六实例方面，净化率计算部件计算一个时间点的净化率作为启动时刻的净化率，在该时间点催化剂温度达到预定温度，催化剂预热期结束。异常诊断装置还包括用量计算部件，用于计算还原剂的量作为预热期的用量，其中所述还原剂已经吸附到 催化剂上，并被用于在催化剂预热期期间的NOx净化。除了偏离度外，诊断部件还根据预热 期的用量诊断尾气净化系统中的异常(具体地，还原剂的质量)。内燃机启动时刻已经吸附到催化剂上的还原剂被用于催化剂预热期期间的NOx 净化，因此量会减少。因此，即使该停车期间还原剂的质量不变化，由于所述用量，启动时刻 (即，催化剂预热结束时刻)的净化率应该比停车时刻的净化率低。根据集中关注此点的以上所述本发明的第六实例方面，当根据停车前后净化率的 偏离度来诊断尾气净化系统中的异常时，可以通过计入启动时刻已经吸附的还原剂在催化 剂预热期期间用于NOx净化的还原剂的减少量来进行诊断。因此，诊断的精度可以得到改 善。作为计算预热期用量的实例，预热期用量可以根据催化剂预热期的长度、催化剂预热期 期间的发动机转速或发动机负载等进行计算。还有这样的情况，其中内燃机停车的时间点吸附到催化剂上的还原剂的量(即， 吸附量)可以不相同，即使上次停车时刻的净化率相同。如果上次停车时刻的吸附量不同， 则启动时刻的净化率会变化，即使上次停车时刻的净化率相同，且还原剂的质量在停车期 期间没有变化。根据内燃机的上次运行状况，上次停车时刻的吸附量会不同。例如，如果内 燃机在燃烧室排出大量NOx的状态下连续运行，则停车时刻的吸附量会减少。根据集中关注此点的本发明的第七实例方面，异常诊断装置还具有吸附量获取部 件，用于从内燃机运行的历史中获得与上次停车时刻还原剂吸附量相关的历史信息，以作 为运行历史信息。除偏离度外，诊断部件还可根据运行历史信息诊断尾气净化系统中的异 常(具体地，还原剂溶液的质量)。利用这类构造，当根据停车前后净化率的偏离度来诊断 还原剂的质量时，可通过计入停车时刻的吸附量来进行诊断。因此，诊断的精度可以得到改 进。作为运行历史信息的优选实例，根据本发明的第八实例方面，该运行历史信息包 括至少以下之一直到上一停车时刻的还原剂加入量历史、直到上次停车时刻NOx从催化 剂的流出量历史和上次停车时刻的催化剂温度。根据本发明的第九实例方面，尾气净化系统具有用于感知流出催化剂的NOx量的 NOx传感器和控制部件，所述控制部件用于根据NOx传感器检测到的NOx量控制通过还原剂 加入装置加入的还原剂加入量。异常诊断装置还具有硬件异常确定部件，用于确定NOx传 感器和还原剂加入装置的至少之一是否存在异常。在硬件异常确定部件确定没有异常的条 件下，诊断部件输出指示还原剂质量异常的诊断结果。如果NOx传感器或还原剂加入装置发生异常，净化率计算部件计算的净化率会采 用错误的值。在此情况下，担心尽管还原剂正常，也会输出指示质量异常的错误诊断结果。 利用根据本发明第九实例方面的构造，在NOx传感器和还原剂加入装置中没有异常的条件 下，也会输出指示还原剂质量异常的诊断结果。因此，可以避免以上所述的错误诊断。如果催化剂引起老化降解并且其净化性能变差，即使加入正常的还原剂，也不能 发挥出期望的NOx净化性能。结果会有这样的情况，诊断部件错误地诊断还原剂的质量变 差。根据集中关注此点的本发明的第十实例方面，异常诊断装置还具有催化剂异常确 定部件，用于当指示偏离度等于或大于预定量的诊断结果输出预定次数达到或超过预定次数时，确定存在异常状态，异常状态下的催化剂净化性能变差。因此，可以检测出催化剂异 常状态。根据本发明的第十一实例方面，尾气净化系统具有以上所述的用于尾气净化系统 的异常诊断装置及至少以下之一还原剂加入装置、催化剂和用于感知流出催化剂的NOx 量的NOx传感器。这样的尾气净化系统可以相似地发挥以上提及的各种作用。
通过研究以下详细说明、附后的权利要求及附图，可以理解实施方案的特征和优 势，以及运行方法和相关部分的功能，所有这些都形成了本申请文件的一部分。在附图中图1所示为根据本发明实施方案的尾气净化系统的示意图；图2所示为根据该实施方案的停车时刻净化率计算过程的处理步骤流程图；图3所示为根据该实施方案的尿素溶液质量诊断过程的处理步骤流程图；图4所示为根据该实施方案低浓度异常情况下的净化率变化图；以及图5所示为根据该实施方案高浓度异常情况下的净化率变化图。
具体实施例方式以下将参考附图来说明本发明实施方案的尾气净化系统。根据本实施方案的尾气 净化系统使用选择还原催化剂来净化尾气中的NOx，并构建为尿素SCR(选择性催化还原) 系统。首先，参考图1详细解释系统的构造。图1所示为概括根据本实施方案的尿素SCR 系统的示意性构造图。根据本实施方案的系统具有各种执行机构、各种传感器、电子控制单 元40 (ECU)等，用于净化安装在机动车辆上的柴油发动机(未显示)所排出的尾气。在图1的发动机排气系统中，配备了连接到发动机机身、并且限定排气通道的排 气管11。排气管11中从尾气上游一侧依次串联布置DPF 12 (柴油机粒过滤器)和选择性 还原催化剂13 (SCR催化剂)。在排气管11中、在DPF 12和SCR催化剂13之间配备用于向 排气管11中加入并供应作为还原剂的尿素溶液(尿素水溶液)的尿素溶液添加阀15 (还 原剂加入装置)。排气管11中SCR催化剂13的上游配备上游NOx传感器16。上游NOx传感器16 感知SCR催化剂13上游的尾气中的NOx量(S卩，流入SCR催化剂13的NOx量)。排气管11中SCR催化剂13的下游配备下游NOx传感器17。下游NOx传感器17 感知SCR催化剂13下游尾气中的NOx量(S卩，流出SCR催化剂13的NOx量)。NOx传感器 16,17中可以引入用于感知尾气温度的温度传感器。排气管11中SCR催化剂13的下游配备氧化催化剂19作为氨脱除装置。氧化催 化剂19除去SCR催化剂13排出的氨(NH3)，即，剩余的氨。DPF 12、SCR催化剂13、尿素溶液添加阀15、上游NOx传感器16、下游NOx传感器 17和氧化催化剂19对应于构成尾气净化系统的部件。接下来，将分别解释构成根据本实施方案的系统的以上所述各设备的各自构造。DPF 12是颗粒物脱除过滤器，该过滤器收集尾气中的颗粒物质(PM)。DPF 12载负 钼基氧化催化剂。氧化催化剂除去作为颗粒物质、烃(HC)和一氧化碳(CO)组份的可溶性有机级份(SOF)。DPF 12收集的颗粒物质通过在柴油发动机等中的主燃料注射之后执行的 后注射燃烧并除去(作为再生处理)。因此，DPF 12可以连续使用。SCR催化剂13促进NOx的还原反应(S卩，尾气净化反应)。例如，SCR催化剂13促 进以下反应以减少尾气中的NOx。反应式1 4N0+4NH3+02 — 4N2+6H20反应式2 6N02+8NH3 — 7N2+12H20反应式3 N0+N02+2NH3 — 2N2+3H20 在SCR催化剂13上游配备的尿素溶液添加阀15添加并提供氨(NH3)，作为以上反 应中的NOx还原剂。尿素溶液添加阀15与现有的注射器基本上有相同的构造。举例来说，现有注射器 的一种公知构造可以如下用作尿素溶液添加阀15的构造。尿素溶液添加阀15构建为具有 驱动部件和阀体部件的电磁开关阀，驱动部件由电磁螺线管等构成，阀体部件具有用于开 启和闭合通过尿素溶液的尿素溶液通道的阀芯(needle)或尖端喷射孔15a。尿素溶液添 加阀15根据来自ECU 40的驱动信号来开启和闭合。如果电磁螺线管根据驱动信号通电， 阀芯根据通电沿阀开启方向运动，则尿素溶液由于阀芯的运动从尖端喷射孔15a加入(注 射)。尿素溶液从尿素溶液槽21连续向尿素溶液添加阀15提供。尿素溶液槽21由含 有液体供液盖的密闭容器构成。尿素溶液槽21里面贮存指定浓度CNH(例如，32. 5%)的 尿素溶液。尿素溶液槽21和尿素溶液添加阀15通过尿素溶液进料管22连接。尿素溶液 进料管22在里面限定了尿素溶液通道(还原剂通道)。在尿素溶液进料管22的中部设置 有根据来自ECU40的驱动信号驱动和旋转的电动尿素溶液泵23。如果尿素溶液泵23被驱动，尿素溶液槽21中的尿素溶液就流过过滤器装置25。然 后，尿素溶液通过压力调节阀26调节到预定的进料压力，并泵送到尿素溶液添加阀15。通 过压力调节阀26的压力调节所产生的剩余的尿素溶液通过回管27返回到尿素溶液槽21。根据本实施方案的系统具有在驾驶员座位前面配备的显示面板33。显示面板33 显示关于车辆的各类信息，如发动机转速、发动机冷却液温度、燃料位和尿素溶液残留量。 E⑶40执行显示面板33的各类显示控制。E⑶40是系统中电子控制单元的执行尾气净化控制的主要部件。E⑶40具有微计 算机(未显示)。ECU 40根据各种传感器的感知值以要求的方式操作包括尿素溶液添加阀 15的各种执行机构，执行涉及尾气净化的各类控制。更具体地，例如，ECU 40接收来自上游 NOx传感器16和下游NOx传感器17之类的各种传感器的感知信号，并且根据接收到的信号 控制尿素溶液添加阀15的通电时间和尿素溶液泵23的驱动量等。因此，ECU40在适当的 时刻向排气管11中提供适量的尿素溶液。在根据本实施方案的以上所述系统中，当发动机运行时，尿素溶液槽21中的尿素 溶液通过尿素溶液泵23的驱动，经尿素溶液进料管22泵送到尿素溶液添加阀15，并通过 尿素溶液添加阀15将该尿素溶液加入并提供到排气管11中。因此，尿素溶液和排气管11中的尾气一起提供给SCR催化剂13，尾气通过SCR催化剂13中的NOx还原反应得到净化。 例如，NOx被还原后，尿素溶液在由于尾气热量的高温下通过以下反应来水解反应式4 (NH2) 2C0+H20 — 2NH3+C02因此，生成了氨(NH3)。氨被吸附到SCR催化剂13，尾气中的NOx有选择性地还原 并通过SCR催化剂13中的氨脱除。也即，NOx在SCR催化剂13上通过基于氨的还原反应 (以上所述反应式1 3所显示的反应)被还原与净化。根据下游NOx传感器17感知的尾气中的NOx量，计算通过尿素溶液添加阀15力口 入到尾气中的尿素加入量，以防止氨的过量与不足。例如，进行尿素加入量的反馈控制，使 通过下游NOx传感器17感知的NOx的量变为零。
然而，如果贮存在尿素溶液槽21中的尿素溶液浓度偏离了规定的浓度CNH，或者 如果除尿素溶液外的液体混入尿素溶液槽21中，就不能以相对于尾气中NOx量来供给适量 的氨。在这样的情况下，预期NOx净化率会下降，或者会发生氨逸出。也即，举例来说，如果发动机长期处于停机状态，可以预料尿素溶液槽21中的尿 素溶液的水组分会蒸发，尿素溶液的浓度会变成高于规定的浓度CNH。在这样的情况下，可 以预料相对于NOx排出量，供应到尾气中的氨供应量会变为过量，结果会发生氨逸出。如果 使用者输送水而不是规定浓度CNH的尿素溶液到尿素溶液槽21中，或者使用者输送尿素 浓度低于规定浓度CNH的尿素溶液到尿素溶液槽21中，可以预料尿素溶液浓度会变成低于 规定的浓度CNH。在这样的情况下，担心供应到尾气中的氨供应量会变为不足，结果尾气的 NOx净化率下降。如果使用者在补充尿素溶液槽21的时候无意或有意地输送了不同于尿素 溶液的液体(例如，轻质油)到尿素溶液槽21中，则担心不同的液体会降低尿素溶液的质 量，结果NOx净化率下降或发生系统故障。本发明的发明人集中关注以下方面来消除这样的担心。也即，如果发动机停车期 间尿素溶液的质量没有变化，则停车期前后的净化率不应有大的变化。换言之，如果停车 期前后净化率发生变化，则应该可以诊断由于输入了水或轻质油、由于停车期间水组分等 蒸发，尿素溶液的质量已经发生了变化。因此，在本实施方案中，可以基于发动机启动时刻 (或更严格地，图4中紧随发动机启动后的t3)的净化率Jlstot与发动机停车时刻(图4中 tl)的净化率nlast的偏离度进行诊断。如果偏离度大，则尿素溶液质量诊断为异常。在发动机停车期间(图4中tl t2)，一部分吸附到SCR催化剂13的氨从SCR催 化剂13逸出。因此，即使停车期间尿素溶液的质量没有变化，由于氨的逸出而导致氨吸附 量降低，启动时刻的净化率Hstot应该下降。因此，在本实施方案中通过计入停车期间发生 的净化率的这类降低(以下称为吸附减少量)，就可以诊断尿素溶液的质量。紧随发动机起动后，SCR催化剂13有必要进行预热操作。暂停从尿素溶液添加阀 15加入尿素溶液，直到催化剂预热结束。因此，发动机启动时刻(即，燃烧启动时刻)已经 吸附至SCR催化剂13的氨被用于催化剂预热期间的NOx净化，因此该量会减少(图4中 t2 t3)。因此，即使停车期间尿素溶液的质量没有变化，由于催化剂预热期间的使用量， 启动时刻(即，催化剂预热结束时刻)的净化率应该低于停车时刻的净化率。因此，在本实 施方案中，通过计入催化剂预热期间引起的净化率的这类降低(以下称为预热期用量)，就 可以诊断尿素溶液的质量。
以下，将使用图2和3中所示的流程图解释如上所述的诊断尿素溶液质量的过程。首先，解释用于计算发动机停车时刻净化率的过程(停车时刻净化率计算过程)。 图2所示为根据该实施方案的停车时刻净化率计算过程的处理步骤流程图。ECU 40的微计 算机在发动机运行时以预定时间间隔重复执行该过程。在图2的Sll (硬件异常确定部件)中，确定尾气净化系统的硬件系统是否异常。 例如，关于断线、短路等的异常确定是针对尿素溶液添加阀15、上游NOx传感器16、下游NOx 传感器17和尿素溶液泵23之类的系统部件来进行的。举例来说，如果确定出硬件系统中 存在异常(Sll =YES)，则通过接下来S12中的显示面板33产生警告显示或警告声音，告知 车辆操作人员硬件系统中存在异常。然后结束图2的过程。如果在Sll中确定硬件系统中没有存在异常，且硬件系统正常(Sll :N0)，则在随 后的S13中确定本发动机运行状态是否处于催化剂预热已经完成的状态。燃烧室中开始燃 烧后SCR催化剂13的温度达到预定温度时的时间点用作催化剂预热完成时间点。如果确定目前的状态不是催化剂预热完成状态(S13 :N0)，则结束图2的过程。如 果确定目前状态是催化剂预热完成状态(S13 :YES)，则在随后的S14(净化率计算部件)中 根据上游NOx传感器16和下游NOx传感器17的感知值计算本时刻的净化率iilast。对计 算结果连续存储和更新。因此，作为发动机停车时间点(图4中的tl)存储的净化率Jllast 就对应于发动机停车时刻的净化率。在本实施方案中，流入SCR催化剂13的NOx量(NOx流入量)与流出SCR催化剂 13的NOx量之差被作为NOx的净化量。NOx净化量与NOx流入量之比被用作净化率。根据 上游NOx传感器16的感知值计算NOx流入量。根据下游NOx传感器17的感知值计算NOx
流出量。发动机停车时刻为内燃机实际停车时的时间点或内燃机预期停车时的时间点。更 具体地，发动机停车时刻为点火开关从ON转换到OFF时的时间点，或者发动机转速变为零 或者数值接近于零值时的时间点。在随后解释的图4的实例中，发动机转速变为零时的时 间点tl被用作为发动机停车时刻。在随后的S15(吸附量获取部件)中，获得与NH3吸附量相关的源自发动机运行历 史的历史信息(运行历史信息)。对获得的信息连续存储与更新。因此，存储为发动机停车 时间点的信息对应于发动机停车时间时刻的运行历史信息。运行历史信息的实例是尿素溶 液的加入量历史、NOx从SCR催化剂13的流出量历史、和SCR催化剂13的温度等。接下来，参考附图3来解释诊断尿素溶液质量的过程(尿素溶液质量诊断过程)。 图3所示为根据本实施方案的尿素溶液质量诊断过程的处理步骤流程图。ECU 40的微计算 机(质量诊断装置)执行尿素溶液质量诊断过程。本过程仅是在紧随催化剂预热完成后的 时刻启动。例如，图3的过程可以由催化剂预热完成来触发，并且仅仅执行一次。或者，可 以使用从催化剂预热结束直到此后预定时间流逝的时间间隔作为催化剂预热完成之后的 时间间隔，并且图3的过程可以在紧随催化剂预热完成之后的时间间隔期间重复执行。首先在图3的S21(硬件异常确定部件)中，确定尾气净化系统的硬件系统是否异 常。例如，关于断线、短路等的异常确定针对尿素溶液添加阀15、上游NOx传感器16、下游 NOx传感器17和尿素溶液泵23之类的系统部件进行。举例来说，如果确定出硬件系统中存 在异常(S21 =YES)，则通过接着的S22中的显示面板33产生警告显示或警告声音，告知车辆操作人员硬件系统中存在异常。然后，结束图3的过程。如果在S21中确定出硬件系统中没有存在异常，并且硬件系统正常(Sll :N0)，则 在随后的S23(吸附减少量获取部件)中获得从上次发动机停车时刻到现在发动机启动时 刻的停车期长度及停车期期间环境温度的历史，作为与发动机在停车期期间从SCR催化剂 13排出的氨排出量(即，NH3吸附减少量)相关的信息(吸附减少量信息)。在接下来的S24中，根据S23中获得的停车期的长度和环境温度历史计算吸附减 少量。随着停车期延长以及环境温度升高，计算出的吸附减少量也更大。在接下来的S25 (用量计算部件)中，根据在催化剂预热期期间上游NOx传感器16 和下游NOx传感器17的感知历史计算上述预热期用量。例如，根据催化剂预热期的长度、 催化剂预热期期间的发动机转速和发动机负荷等计算预热期用量。在接下来的S26中，假定在发动机停车期期间尿素溶液的质量没有变化并且正 常，计算发动机启动时间点(更严格地，紧随发动机启动之后的t3)的净化率估算值(估算 净化率qest)。在计算中，根据S14中计算的停车时刻净化率ηlast、S24中计算的吸附减 少量、S25中计算的预热期用量和S15中获得的运行历史信息，计算估算净化率lst。更具 体地，首先根据运行历史信息校 正停车时刻净化率nlast。然后，从校正的停车时刻净化率 nlast中减去对应于吸附减少量的净化率减少量和对应于预热期用量的净化率减少量，计 算估算净化率nest。在接下来的S27 (净化率计算部件)中，根据上游NOx传感器16和下游NOx传感 器17的感知值计算现在净化率，即，紧随启动之后的时间点t3的启动时刻净化率nstart。 更具体地，计算净化量与NOx流入量之比，作为S14中计算停车时刻净化率Illast的净化率。 根据上游NOx传感器16的感知值计算NOx流入量。根据下游NOx传感器17的感知值计算
NOx流出量。在接下来的S28和S32中，对S27中计算出的启动时刻净化率η sta,t与S26中计算 出的估算净化率nest相比较。这样，确定净化率之间的偏离度是否大于事先设定的预定值 α。同时，可确定启动时刻净化率Ilstot与估算净化率^st的偏离是在净化率减少一侧还 是在增加一侧。也即，在S28(诊断部件)中，可确定启动时刻净化率Jlstot是否已经在净 化率减少一侧偏离估算净化率^st超过了预定值α (即，启动时刻净化率Jlstot是否低于 估算净化率Ilest减去预定值α)。在S32(诊断部件)中，可确定启动时刻净化率Jlstot是 否已在净化率增加一侧偏离估算净化率^st超过了预定值α (即，启动时刻净化率Jlstart 是否高于估算净化率Hest加上预定值α)。图4显示了确定净化率η在减少一侧偏离的情况下净化率变化的实例。图5显 示了确定净化率n在增加一侧偏离的情况下净化率变化的实例。图4或5中的实线显示 了 NOx实际净化率的变迁。在S14中计算对应于停车时刻净化率Illast的上次运行的停车 时间点tl的实线值。在S25中计算对应于启动时刻净化率Jlstot的紧随现在运行启动后 的时间点t3的实线数值。图4或5中虚线表示停车期期间尿素溶液质量没有变化的情况 下的净化率的变迁，即，估算净化率Ist的变迁。当确定净化率已在减少一侧偏离(S28 =YES)时，在S29中诊断出发生尿素溶液浓 度异常减少的低浓度异常。然后，向车辆操作人员报告指示低浓度异常的警告。当确定净 化率已在增加一侧偏离(S32 =YES)时，在S33中诊断出发生尿素溶液浓度异常增加的高浓度异常。然后，向车辆操作人员报告指示高浓度异常的警告。通过显示面板33的警告显示或警告声音执行警告报告。当确定净化率在两侧均没有偏离(S28 :N0,S32 =NO)时，则诊断 出尿素溶液质量正常，结束图3的过程。当S29中诊断出低浓度异常时，累加异常的诊断次数。由于只紧随发动机启动后 执行图3的过程，每趟运行的异常诊断次数可能仅仅累加一次。在接下来的S30中，确定低 浓度异常的诊断次数是否“等于或大于”预定次数N。当确定的低浓度异常的诊断次数等于 或大于预定次数N(S30 =YES)时，则在接下来的S31中确定存在异常状态，其中SCR催化剂 13的净化性能已由于降解等而变坏。在S31中向车辆操作人员报告指示催化剂性能变差异 常的警告。当确定存在催化剂性能变差异常时，优选设定尿素溶液质量诊断流程的执行标 志为OFF，以避免尿素溶液质量的误判。以上所述的本实施方案具有以下效果。(1)当诊断尿素溶液质量是否在发动机停车期期间已发生变化时，根据启动时刻 净化率与停车时刻净化率ηlast的偏离度对尿素溶液的质量进行诊断。用于诊断的 净化率nlast、！!^㈣可以使用用于控制尿素溶液加入量的NOx传感器16、17的感知值进行 计算。因此，不需要专利文献ι等所述的专用于诊断的浓度传感器，就可以诊断尿素溶液的质量。(2)当计算发动机停车前后的净化率偏离度时，停车时刻净化率Jllast的数值不直 接用于计算所述偏离度。相反，是使用(估算净化率nest)的数值来计算偏离度，该估算净 化率为从停车时刻净化率nlast中减去对应于吸附减少量的净化率减少量和对应于预热期 用量的净化率减少量计算得到的数值。相应地，从NH3吸附量中减去发动机停车期期间引 起的NH3吸附量减少量和催化剂预热期期间用于NOx净化的NH3吸附量减少量，对尿素溶液 的质量进行诊断。因此，可以改进诊断精度。(3)根据影响发动机停车时刻NH3吸附量的运行历史信息，即，尿素溶液的加入量 历史、从SCR催化剂13流出的NOx流出量历史和SCR催化剂13的温度，校正用于计算偏离 度的停车时刻净化率nlast的值。因此，可以改进尿素溶液质量诊断的精度。(4)在尾气净化系统的硬件系统不存在异常的条件下执行尿素溶液质量诊断过 程，所述硬件系统包括尿素溶液添加阀15、上游NOx传感器16、下游NOx传感器17、和尿素 溶液泵23等。因此，例如可以避免根据异常的下游NOx传感器17的感知值来计算净化率。 最终，可以避免对尿素溶液质量的误判。(5)如果低浓度异常的诊断次数变为等于或大于预定次数N，则确定发生了异常 状态，其中SCR催化剂13的净化性能已经变差。因此，使用尿素溶液质量的诊断结果可以 检测SCR催化剂13的异常状态。(其它实施方案)本发明不限于以上所述的实施方案，举例来说，可以进行如下改进并实施。在以上所述的S14和S27中，根据NOx传感器16、17的感知值计算净化率。或者， 可以根据NOx传感器16、17的感知值和尿素溶液的加入量计算NH3的吸附量，并且可以通 过比较发动机停车前后的NH3吸附量诊断尿素溶液的质量。在以上所述的S14和S27中，根据上游NOx传感器16的感知值计算用于计算净化 率的NOx流入量。或者，可以根据发动机转速、发动机负荷、燃料喷射量、EGR率和增压压力之类的发动机运行状况计算NOx流入量。在此情况下，上游NOx传感器16可以是不需要的。在以上所述的实施方案中，SCR催化剂13的温度达到预定温度时的催化剂预热结 束时间点被用作为启动时刻，并在S26和S27中估算和计算该时刻的净化率。或者，可以不 估计和计算催化剂预热结束时间点的净化率，而可以估算和计算催化剂预热完成后流逝预 定时间时的时间点的净化率。或者，可以估算和计算开始加入尿素溶液时的时间点的净化 率。在以上所述的S28和S32中，从估算净化率nest中减去启动时刻净化率Hstmt计算得到的值用作为启动时刻净化率nstot与停车时刻净化率nlast(更正确地，用停车时刻 净化率Jllast计算的估算净化率Ilest)的偏离度。或者，可以使用启动时刻净化率与 停车时刻净化率nlast或用停车时刻净化率Hlast计算的估算净化率^st之比作为偏离度。除了实现实际用作车载柴油发动机的尿素SCR系统，还可以实现实际用作汽油发 动机(具体地，贫燃烧发动机)的尿素SCR系统。本发明还可以适用于使用除尿素溶液以 外的还原剂的尾气净化系统。例如，可以使用含氨的水溶液作为还原剂。在以上所述的实施方案中，根据偏离度，就可以诊断尿素溶液的浓度异常，还可以 诊断SCR催化剂13的异常。或者，可以仅仅执行尿素溶液浓度异常诊断和SCR催化剂13 异常诊断其中任何之一。在尾气净化系统的异常中，除了在Sll和S21中确定的尿素溶液质量、SCR催化剂 13降解和硬件异常外，还可以利用简单的硬件构造、进行基于偏离度的诊断来诊断其它异 常。例如，在提供用于感知尿素溶液浓度的浓度传感器的情况下，如果虽然浓度传感器检测 出还原剂浓度(质量)正常，偏离度仍引起预定量的异常，则可判断尾气净化系统的硬件构 造中存在异常。本发明不应限于所公开的实施方案，只要不偏离本发明的范围，可以以许多其它 的方式实施，发明的范围如附后的权利要求所规定。
权利要求
一种适用于尾气净化系统的尾气净化系统异常诊断装置，该尾气净化系统具有在内燃机排气通道中提供的用于加入还原剂的还原剂加入部件，和利用所加入的还原剂净化尾气中的NOx的催化剂，其特征在于，该诊断装置包括用于计算NOx净化率的净化率计算部件；和根据通过净化率计算部件计算得到的内燃机现在启动时刻的净化率与内燃机上次停车时刻净化率的偏离度，诊断所述尾气净化系统中是否存在异常的诊断部件。
2.权利要求1的异常诊断装置，其中当现在启动时刻的净化率在下降一侧偏离上次停车时刻的净化率至少预定的量时，诊 断部件诊断发生了其中还原剂的还原剂浓度降低的低浓度异常。
3.权利要求1的异常诊断装置，其中当现在启动时刻的净化率在增加一侧偏离上次停车时刻的净化率至少预定的量时，诊 断部件诊断发生了其中还原剂的还原剂浓度升高的高浓度异常。
4.权利要求1的异常诊断装置，其还包括吸附减少量的获得部件，用于获得与还原剂减少量相关的信息作为吸附减少量信息， 所述还原剂已吸附到催化剂，而所述减少量是在内燃机停车期间引起的，其中诊断部件根据除偏离度外的吸附减少量信息诊断尾气净化系统中的异常。
5.权利要求4的异常诊断装置，其中所述吸附减少量信息包括内燃机的停车期长度和停车期间的环境温度的至少之一。
6.权利要求1的异常诊断装置，其中净化率计算部件计算一个时间点的净化率作为启 动时刻的净化率，在该时间点催化剂的温度达到预定温度，并且催化剂预热期结束，该异常 诊断装置还包括用量计算部件，用于计算还原剂的量作为预热期用量，所述还原剂已吸附到催化剂，并 在催化剂预热期期间用于NOx净化，所述诊断部件根据除偏离度外的预热期用量诊断尾气净化系统中的异常。
7.权利要求1的异常诊断装置，其还包括吸附量获得部件，用于从内燃机的运行历史获得与上次停车时刻的还原剂吸附量相关 的历史信息，作为运行历史信息，其中所述诊断部件根据除偏离度外的运行历史信息诊断尾气净化系统中的异常。
8.权利要求7的异常诊断装置，其中运行历史信息包括至少以下之一直到上次停车时刻的还原剂加入量历史、直到上次 停车时刻NOx从催化剂的流出量历史和上次停车时刻的催化剂温度。
9.权利要求1的异常诊断装置，其中尾气净化系统具有用于感知流出催化剂的NOx量 的NOx传感器和控制部件，所述控制部件用于根据NOx传感器感知的NOx量，控制通过还原 剂加入部件加入的还原剂加入量，该异常诊断装置还包括硬件异常确定部件，用于确定NOx传感器和还原剂加入部件至少之一中是否存在异 常，其中，在硬件异常确定部件确定没有异常的条件下，诊断部件输出指示还原剂质量异常的诊 断结果。
10.权利要求1的异常诊断装置，其还包括催化剂异常确定部件，用于当输出的指示偏离度等于或大于预定量的诊断结果达到或 超过预定次数时，确定存在异常状态，此时其中催化剂的净化性能下降。
11. 一种尾气净化系统，其包括权利要求1 10任何之一的用于尾气净化系统的异常诊断装置；以及至少的以下之一还原剂加入部件、催化剂和用于感知流出催化剂的NOx量的NOx传感
全文摘要
用于尾气净化系统的异常诊断装置，包括用于计算NOx净化率的净化率计算部件和质量诊断部件，所述质量诊断部件根据内燃机现在启动时刻的净化率与上次停车时刻的净化率的偏离度来诊断尿素溶液(还原剂)的质量。如果发动机在停车期间尿素溶液的质量没有变化，那么在停车期前后的净化率不应有大的变化。因此，可以根据启动时刻净化率与停车时刻净化率的偏离度来诊断尿素溶液的质量，即，确定尾气净化系统中的异常，而不需要用于感知尿素溶液浓度的传感器。
文档编号F01N3/20GK101832170SQ201010135709
公开日2010年9月15日 申请日期2010年3月10日 优先权日2009年3月10日
发明者栩川和治 申请人:株式会社电装