CN102105663B - 用于内燃发动机的催化剂劣化诊断系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种催化剂劣化诊断系统，其基于高温流入条件排气温度和低温流入条件排气温度执行氧化催化剂(12)的劣化诊断。高温流入条件排气温度为在还原剂从还原剂供给装置(16)供给到流入氧化催化剂(12)的排气中时当流入氧化催化剂(12)的排气温度处于高温区H中时由温度传感器(44)检测到的温度。低温流入条件排气温度为在还原剂从还原剂供给装置(16)供给到流入氧化催化剂(12)的排气中时当流入氧化催化剂(12)的排气温度处于低温区L中时由温度传感器(44)检测到的温度。

Description

用于内燃发动机的催化剂劣化诊断系统及方法
技术领域
本发明涉及一种用于内燃发动机的催化剂劣化诊断系统及方法。
背景技术
一般而言，用于内燃发动机的排气系统设有多种排气净化装置，如氧化催化剂、NOx存储-还原催化剂、颗粒过滤器等。从发动机本体中排出的排气中包含的诸如碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、NOx、颗粒物等成分被这些排气净化装置去除。在这些排气净化装置中，氧化催化剂用于去除流入排气净化装置中的排气中的未燃烧的HC和CO。
由于氧化催化剂的特性，当对排气中包含的成分进行氧化的氧化催化剂——其为诸如铂(Pt)之类的催化剂贵金属——暴露于高温下或者长时间使用后，该氧化催化剂会劣化并且其氧化能力降低。当氧化能力降低时，氧化催化剂上的未燃烧HC和CO会氧化不足。
因此，建议检测氧化催化剂的劣化程度。例如，存在这样的催化剂劣化诊断系统，在该系统中，通过温度传感器来检测氧化催化剂的温度，并且该系统包括：计算过热温度的过热温度计算装置，其中过热温度为氧化催化剂的超过预先设定的催化剂劣化判定温度的温度；对超过时间进行累计的超过时间计算和累计装置，其中超过时间为根据检测到的过热温度的增加进行加权的运转时间；以及催化剂劣化诊断装置，其基于累计超过时间判断氧化催化剂的劣化程度(例如见日本专利申请公开No.2005-307745(JP-A-2005-307745))。
氧化催化剂的温度等于或高于催化剂劣化判定温度的时间越长、高于催化剂劣化判定温度的过热温度越高，则氧化催化剂劣化得越严重。因此，催化剂劣化诊断装置基于该时间和/或过热温度判断氧化催化剂的劣化程度。
另外，氧化催化剂劣化的原因不仅在于由氧化催化剂的过热造成的热劣化，还在于其它多种因素，如硫中毒。然而，在如JP-A-2005-307745中描述的催化剂劣化诊断系统中，仅基于由氧化催化剂过热造成的热劣化来判断氧化催化剂的劣化，因此，当氧化催化剂的劣化由除氧化催化剂过热以外的因素导致时，难以准确地判断氧化催化剂的劣化程度。
发明内容
本发明提供了一种催化剂劣化诊断系统和催化剂劣化诊断方法，不管氧化催化剂的劣化原因如何，该催化剂劣化诊断系统和催化剂劣化诊断方法都能够准确确定氧化催化剂的劣化程度。
本发明的第一方面涉及一种用于排气净化设备的催化剂劣化诊断系统，所述排气净化设备包括对流入排气的成分进行氧化的氧化催化剂和将还原剂供给到流入所述氧化催化剂的排气中的还原剂供给装置，所述催化剂劣化诊断系统的特征在于包括：流出排气温度检测装置，所述流出排气温度检测装置检测或估算流出排气温度，所述流出排气温度是从所述氧化催化剂流出的排气的温度或所述氧化催化剂的出口温度；和催化剂劣化诊断装置，所述催化剂劣化诊断装置基于从所述流出排气温度检测装置输出的流出排气温度的检测值或估算值执行所述氧化催化剂的劣化诊断，其中，所述催化剂劣化诊断装置基于高温流入条件排气温度和低温流入条件排气温度执行所述氧化催化剂的劣化诊断，所述高温流入条件排气温度为在从所述还原剂供给装置供给还原剂时当流入排气温度处于高温区中时由所述流出排气温度检测装置检测或估算出的温度，所述流入排气温度为流入所述氧化催化剂的排气的温度或所述氧化催化剂的入口温度，所述低温流入条件排气温度为在从所述还原剂供给装置供给还原剂时当所述流入排气温度处于低温区中时由所述流出排气温度检测装置检测或估算出的温度，处于所述低温区中的流入排气温度低于处于所述高温区中的流入排气温度。
在上述第一方面中，催化剂劣化诊断装置可基于所述高温流入条件排气温度和所述低温流入条件排气温度之间的差值或比值执行所述氧化催化剂的劣化诊断。
在上述第一方面中，当所述高温流入条件排气温度与所述低温流入条件排气温度之间的差值等于或大于预定值时，或者当所述高温流入条件排气温度与所述低温流入条件排气温度的比值等于或高于预定值时，所述催化剂劣化诊断装置可判定所述氧化催化剂已经劣化。
在上述第一方面中，所述催化剂劣化诊断装置可基于流出排气温度的目标温度与所述高温流入条件排气温度之间的差值或比值以及所述目标温度与所述低温流入条件排气温度之间的差值或比值执行所述氧化催化剂的劣化诊断。
在上述第一方面中，当所述目标温度与所述高温流入条件排气温度之间的差值或比值比所述目标温度与所述低温流入条件排气温度之间的差值或比值大预定值或更多时，或者当所述目标温度与所述低温流入条件排气温度之间的差值或比值相对于所述目标温度与所述高温流入条件排气温度之间的差值或比值的比值等于或高于预定值时，所述催化剂劣化诊断装置可判定所述氧化催化剂已经劣化。
在上述第一方面中，可基于所述流入排气温度控制来自所述还原剂供给装置的还原剂供给量。
在上述第一方面中，可基于所述流入排气温度以及所述目标温度与所述流出排气温度之间的差值控制来自所述还原剂供给装置的还原剂供给量。
在上述第一方面中，来自所述还原剂供给装置的还原剂供给量可被控制成使所述流出排气温度成为所述目标温度。
在上述第一方面中，可采用以下构造：当通过所述流出排气温度检测装置检测或估算所述高温流入条件排气温度和所述低温流入条件排气温度时，所述目标温度保持恒定。
在上述第一方面中，可采用以下构造：所述催化剂劣化诊断系统还包括控制所述流入排气温度的流入排气温度控制装置，其中，所述流入排气温度控制装置执行高温保持处理和低温保持处理，所述高温保持处理用于将所述流入排气温度保持在所述高温区中，所述低温保持处理用于将所述流入排气温度保持在所述低温区中，并且当所述催化剂劣化诊断装置执行所述氧化催化剂的劣化诊断时，连续地执行所述高温保持处理和所述低温保持处理。
在上述第一方面中，可采用以下构造：当所述催化剂劣化诊断装置执行所述氧化催化剂的劣化诊断时，在所述高温保持处理之后执行所述低温保持处理。
在上述第一方面中，可采用以下构造：所述流入排气温度控制装置使配备有所述排气净化设备的内燃发动机正常运转以作为所述低温保持处理，并且当所述流入排气温度未能通过所述正常运转而保持在所述低温区中时，所述流入排气温度控制装置执行控制以降低从发动机本体排出的排气的温度。
在上述第一方面中，可采用以下构造：当所述流入排气温度被改变或来自所述还原剂供给装置的还原剂供给量被改变时，所述催化剂劣化诊断装置采用自所述流入排气温度或所述还原剂供给量被改变时起所吸入的空气总量变得等于或大于基准值之后由所述流出排气温度检测装置检测或估算出的温度执行所述氧化催化剂的劣化诊断。
在上述第一方面中，可采用以下构造：当所述流入排气温度被改变或来自所述还原剂供给装置的还原剂供给量被改变时，所述催化剂劣化诊断装置采用自所述流入排气温度或所述还原剂供给量被改变时起的配备有所述排气净化设备的内燃发动机的运转时间变得等于或大于基准时间段之后由所述流出排气温度检测装置检测或估算出的温度执行所述氧化催化剂的劣化诊断。
在上述第一方面中，可采用以下构造：当所述流入排气温度被改变或来自所述还原剂供给装置的还原剂供给量被改变时，所述催化剂劣化诊断装置采用自所述流入排气温度或所述还原剂供给量被改变时起所供给的燃料和还原剂的总量变得等于或大于基准量之后由所述流出排气温度检测装置检测或估算出的温度执行所述氧化催化剂的劣化诊断。
在上述第一方面中，相对于排气流在所述氧化催化剂的下游设置有颗粒过滤器，并且由所述催化剂劣化诊断装置执行的所述氧化催化剂的劣化诊断可在所述颗粒过滤器的再生处理期间执行。
在上述第一方面中，所述氧化催化剂可由颗粒过滤器承载，并且由所述催化剂劣化诊断装置执行的所述氧化催化剂的劣化诊断可在所述颗粒过滤器的再生处理期间执行。
在上述第一方面中，所述氧化催化剂以及能够存储NOx的NOx存储-还原物质可由载体承载，并且由所述催化剂劣化诊断装置执行的所述氧化催化剂的劣化诊断可在所述NOx存储-还原物质中存储的SOx的释放处理期间执行。
本发明的第二方面涉及一种用于排气净化设备的催化剂劣化诊断方法，所述排气净化设备包括对流入排气的成分进行氧化的氧化催化剂和将还原剂供给到流入所述氧化催化剂的排气中的还原剂供给装置，所述催化剂劣化诊断方法的特征在于包括：检测或估算在从所述还原剂供给装置供给还原剂时当流入排气温度处于高温区中时的流出排气温度，所述流入排气温度为流入所述氧化催化剂的排气的温度或所述氧化催化剂的入口温度，所述流出排气温度为从所述氧化催化剂流出的排气的温度或所述氧化催化剂的出口温度；检测或估算在从所述还原剂供给装置供给还原剂时当所述流入排气温度处于低温区中时的流出排气温度，处于所述低温区中的流入排气温度低于处于所述高温区中的流入排气温度；以及基于当所述流入排气温度处于所述高温区中时的流出排气温度和当所述流入排气温度处于所述低温区中时的流出排气温度执行所述氧化催化剂的劣化诊断。
根据本发明，不管氧化催化剂的劣化原因如何，都能够准确检测氧化催化剂的劣化。
附图说明
通过参照附图的示例性实施方式的以下描述，本发明的前述和其它目的、特征和优点将变得明显，在附图中，相似的附图标记用于指代相似的元件，并且其中：
图1是装备有本发明的催化剂劣化诊断系统的内燃发动机的总图；
图2是示出过滤器结构的图；
图3是示出当预定量的还原剂被供给到氧化催化剂的上游侧时，流入排气温度相对于流出排气温度与流入排气温度之差的关系的图；
图4示出了在氧化催化剂的劣化诊断过程中，流入排气温度、流出排气温度、还原剂供给量以及排气流量的时间图；
图5是对应于图4的图，用于介绍第二实施方式；
图6示出了用于氧化催化剂劣化诊断的控制程序的流程图的一部分；以及
图7示出了用于氧化催化剂劣化诊断的控制程序的流程图的一部分。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的实施方式。注意在以下描述中，相同的组成元件由相同的附图标记指示。
图1示出了装备有本发明的催化剂劣化诊断系统的压缩自点火式内燃发动机的总图。参见图1，附图标记1指示发动机本体；2指示各气缸的燃烧室；3指示用于将燃料喷射到各个燃烧室中的电控燃料喷射阀；4指示进气歧管；以及5指示排气歧管。进气歧管4通过进气管6连接于排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口，而压缩机7a的入口连接于空气滤清器8。由步进马达驱动的节气门9设置在进气管6中。用于冷却进气管6中流动的吸入空气的冷却设备10设置在进气管6周围。在图1所示的实施方式中，发动机冷却水被引入冷却设备10中并且吸入空气被发动机冷却水冷却。
排气歧管5连接于排气涡轮增压器7的排气涡轮7b的入口。排气涡轮7b的出口连接于上游侧催化转化器11的入口。氧化催化剂12设置在上游侧催化转化器11中。上游侧催化转化器11的出口通过排气管道13连接于下游侧催化转化器14。颗粒过滤器(以下简称为“过滤器”)设置在下游侧催化转化器14中。设有还原剂供给设备16，其将还原剂供给到排气歧管5的例如用于第一气缸的歧管支管5a中。注意，还原剂供给设备16可供给诸如燃料的任何物质，只要其与空气发生反应以提高排气温度即可。
排气歧管5与进气歧管4经由排气再循环(以下称为“EGR”)通道20彼此连接。电控EGR控制阀21设置在EGR通道20中。用于冷却在EGR通道20中流动的EGR气体的冷却设备22设置在EGR通道20周围。在图1所示的实施方式中，发动机冷却水被引入冷却设备22中并且EGR气体由发动机冷却水冷却。燃料喷射阀3经由燃料供给管道23连接于共轨24。燃料从电控式可变排量的燃料泵25供给到共轨24中。供给到共轨24中的燃料经由燃料供给管道23供给到燃料喷射阀3。
电控单元30包括数字计算机，其具有经由双向总线31彼此连接的只读存储器(ROM)32、随机存取存储器(RAM)33、微处理器(CPU)34、输入端口35和输出端口36。负载传感器41连接于加速器踏板40，该负载传感器41产生与加速器踏板40的下压量成比例的输出电压。来自负载传感器41的输出电压经由相关的模拟/数字(A/D)转换器37输入到输入端口35。曲柄角传感器42连接于输入端口35，其中该曲柄角传感器42在例如曲轴每旋转10度时产生一个输出脉冲。
用于检测流入氧化催化剂12的排气温度的温度传感器43附接于氧化催化剂12上游的排气管道。用于检测从氧化催化剂12流出并流入过滤器15的排气温度的温度传感器44附接于氧化催化剂12与过滤器15之间的排气管道13。用于检测从过滤器15流出的排气温度的温度传感器45附接于过滤器15下游的排气管道。来自这些温度传感器43至45的输出信号经由各相应的A/D转换器37被输入到输入端口35。用于检测经过过滤器15的压差的压差传感器46附接于过滤器15。来自压差传感器46的输出信号经由相应的A/D转换器37输入到输入端口35。另一方面，输出端口36经由相应的驱动电路38连接于燃料喷射阀3、用于驱动节气门9的步进马达、还原剂供给设备16、EGR控制阀21、和燃料泵25。
首先将描述图1所示的氧化催化剂12。氧化催化剂12由诸如堇青石之类的多孔材料上设置的例如氧化铝制成的载体承载。氧化催化剂12氧化并去除流入排气中包含的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)等。在该实施方式中，可将铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等用作氧化催化剂12。然而，也可以使用能够引起氧化的其它物质。
接下来将描述图1所示的过滤器15。图2A和2B示出了过滤器15的结构。图2A示出了过滤器15的前视图。图2B示出了过滤器15的侧视截面图。如图2A和2B所示，过滤器15具有蜂窝状结构，其具有彼此平行延伸的多个排气通道60、61。排气通道包括下游端由栓塞62封闭的排气流入通道60和上游端由栓塞63封闭的排气流出通道61。在图2A中，带斜线的部分表示栓塞63。排气流入通道60和排气流出通道61以中间设有薄分隔壁64的方式交替地布置。具体地，排气流入通道60和排气流出通道61布置成使每个排气流入通道60被四个排气流出通道61围绕并且每个排气流出通道61被四个排气流入通道60围绕。
过滤器15由诸如堇青石之类的多孔材料制成。因此，流入排气流入通道60的排气经由周围的分隔壁64流出到相邻的排气流出通道61中，如图2B中的箭头所示。当排气以这种方式流过分隔壁64时，排气中包含的颗粒物被过滤器15收集。
由过滤器15收集的颗粒物在过滤器15上积聚。当过滤器15上的颗粒物积聚量增加时，分隔壁64中的孔被堵塞并且由过滤器15造成的排气的压力损失增大。由于排气的流动受阻，所以压力损失的增大造成内燃发动机的输出功率降低和内燃发动机中的燃烧状态劣化。因此，为了防止内燃发动机的输出功率降低和内燃发动机中的燃烧状态劣化，有必要在过滤器15上的颗粒物积聚量超过积聚量限度时对过滤器15上积聚的颗粒物进行氧化以去除他们。这里的积聚量限度指的是这样的量：当过滤器15上的颗粒物积聚量超过该量时，由过滤器15造成的压力损失增大，可能导致内燃发动机中的燃烧状态劣化等。
因此，在该实施方式中，当过滤器15上的颗粒物积聚量超过积聚量限度时，使过滤器15的温度升高到等于或高于颗粒物开始燃烧的温度(例如650℃)(以下称为“燃烧开始温度”)，从而进行过滤器再生处理，在该过滤器再生处理中过滤器15上积聚的颗粒物被氧化和去除。
具体地，当由压差传感器46检测到的经过过滤器15的压差超过压差限度时，进行过滤器再生处理。这里的压差限度指的是当过滤器15上的颗粒物积聚量达到积聚量限度时出现的经过过滤器15的压差。
当进行过滤器再生处理时，使过滤器15的温度升高到等于或高于颗粒物燃烧开始温度的温度。通过以这种方式使过滤器15的温度升高到等于或高于颗粒物燃烧开始温度的温度，过滤器15上积聚的颗粒物被烧掉，从而能够抑制过滤器15造成的压力损失的增加。
过滤器再生处理中的过滤器15的温度升高主要通过由还原剂供给设备16将还原剂供给到排气中来执行。由还原剂供给设备16供给的还原剂被设置在过滤器15上游的氧化催化剂12氧化，并且该氧化过程中产生的氧化热使过滤器15的温度升高。
还通过提高从发动机本体1排出的排气的温度来执行过滤器15的温度升高。提高从发动机本体1排出的排气温度的方法示例为：进行后喷射，即在膨胀冲程期间将燃料喷射到燃烧室2中以便在膨胀冲程期间在燃烧室2中燃烧燃料，从而提高从发动机本体1排出的排气的温度；延迟燃料喷射正时；以及当EGR控制阀21被打开且EGR气体被供给到进气歧管4中时减小EGR控制阀21的开度。
由于氧化催化剂12的特性，当氧化催化剂12暴露于高温时、接触排气中包含的SOx时等等，氧化催化剂12劣化并且其氧化性能降低。当氧化性能降低时，变得难以通过氧化催化剂在低温下氧化和去除未燃烧HC和CO。因此，尤其是当氧化催化剂的温度低时，例如当内燃发动机冷启动时，有废气排放变差的担忧。
因此，当氧化催化剂12的劣化程度变高时，例如有必要在发动机冷启动时改变内燃发动机的运转控制以预热氧化催化剂12直到氧化催化剂12的温度达到相对较高的温度为止，或者更换氧化催化剂12。为了以这种方式根据氧化催化剂12的劣化程度改变内燃发动机的运转控制或更换氧化催化剂12，有必要及早且准确地检测氧化催化剂12的劣化。
图3是示出当预定量的还原剂被供给到氧化催化剂12的上游侧时，流入氧化催化剂12的排气(以下简称为“流入排气”)的温度相对于从氧化催化剂12流出的排气(以下简称为“流出排气”)和流入排气的温度差的关系的图。图3中的实心圈表示氧化催化剂12是新的——即当氧化催化剂12尚未劣化——时的关系，而图3中的空心圈表示当氧化催化剂12已经劣化时的关系。
如图3所示，流出排气温度高于流入排气温度，并且因此，它们之间存在温度差。这是因为还原剂在氧化催化剂12上被氧化，这引起放热反应，使排气温度升高。因此，流入排气温度与流出排气温度之差相当于因氧化催化剂12上的还原剂氧化而产生的热量。
如图3所示，当流入排气温度处于高温区H中时，即，在图3所示的情况下当温度大约介于230℃到260℃之间时，无论氧化催化剂12的劣化程度如何，流入排气温度与流出排气温度之差都较大。这是因为即使在氧化催化剂12已经劣化时，当流入排气温度处于高温区H中时，氧化催化剂12的氧化性能高且大量还原剂在氧化催化剂12上被氧化。
另一方面，当流入排气温度处于低温区L中时，即，在图3所示的情况下当温度大约介于195℃到225℃之间时，当氧化催化剂12的劣化程度低时(图3中的实心圈)，流入排气温度与流出排气温度之差较大。这是因为如果氧化催化剂12未劣化，则即使流入排气温度降低，氧化催化剂12的氧化性能也较高且大量还原剂在氧化催化剂12上被氧化。然而，当氧化催化剂12的劣化程度高时(图3中的空心圈)，流入排气温度与流出排气温度之差较小。这是因为在氧化催化剂12已经劣化时，当流入排气温度降低时，氧化催化剂12的氧化性能降低且只有少量还原剂在氧化催化剂12上被氧化。
因此，能够通过检测当流入排气温度处于低温区L中时的流出排气温度来检测氧化催化剂12的劣化程度。具体地，如果当流入排气温度处于低温区L中时检测到的流出排气温度显著高于流入排气温度，则能够认为氧化催化剂12的劣化程度低，另一方面，如果检测到的流出排气温度没有比流入排气温度高很多，则能够认为氧化催化剂12的劣化程度高。
然而，实际上，温度传感器具有误差等，因此，即使当由设置在氧化催化剂12下游的温度传感器44检测到的流出排气温度显著高于流入排气温度时，也不能断定氧化催化剂12的劣化程度一定低，并且即使当由温度传感器44检测到的流出排气温度并未高于流入排气温度很多时，也不能断定氧化催化剂12的劣化程度一定高。
因此，在该实施方式中，当流入排气温度处于低温区中时和当流入排气温度处于高温区中时均检测流出排气温度，并且基于检测到的这些流出排气温度检测氧化催化剂的劣化。
具体地，如图3中的实心圈所示，当氧化催化剂12的劣化程度低时，当流入排气温度处于低温区中时和当流入排气温度处于高温区中时二者之间的流出排气温度之差相对较小。当检测流出排气温度的温度传感器44有误差时，这一趋势也同样如此。因此，即使当温度传感器44有误差时，也可以在当流入排气温度处于低温区中时由温度传感器44检测到的流出排气温度与当流入排气温度处于高温区中时由温度传感器44检测到的流出排气温度之差相对较小时，认为氧化催化剂12的劣化程度低。
另一方面，如图3的空心圈所示，当氧化催化剂12的劣化程度高时，当流入排气温度处于低温区中时和当流入排气温度处于高温区中时二者之间的流出排气温度显著不同。当检测流出排气温度的温度传感器44有误差时，这一趋势也同样如此。因此，即使当温度传感器44有误差时，也可以在当流入排气温度处于低温区中时由温度传感器44检测到的流出排气温度与当流入排气温度处于高温区中时由温度传感器44检测到的流出排气温度之间存在显著的差时，认为氧化催化剂12的劣化程度高。
图4示出了在氧化催化剂12的劣化诊断过程中，流入排气温度、流出排气温度、还原剂供给量、以及排气流量的时间图。在图4所示的示例中，基于流入排气温度以及目标温度与流出排气温度之差来控制还原剂供给量，从而使流出排气温度成为目标温度。因此，当流入排气温度升高时，减少还原剂供给量，另一方面，当流入排气温度降低时，增加还原剂供给量。如图4中的虚线所示，在进行氧化催化剂12劣化诊断的整个期间，流出排气的目标温度保持恒定。
在图4所示的示例中，在t0时刻，开始高温保持处理，在该处理中，使流入排气温度升高到高温区中的温度并保持为高温区中的温度，并且同时，在t0时刻开始供给还原剂。通过增加后喷射的喷射量、启动后喷射、延迟燃料喷射正时、减少添加到吸入气体中的EGR气体的量等方式可提高流入排气温度。通过提高流入排气温度和供给还原剂可提高流出排气温度。由于还原剂供给量是基于目标温度与流入排气温度之差而控制的，所以由还原剂供给设备16供给的还原剂的量随流入排气温度升高而降低。
当从开始高温保持处理起经过一定时间时，流入排气温度达到高温区中的温度(在图4中的t1时刻)，然后流入排气温度保持大致恒定。还原剂的量也保持大致恒定。即使当流入排气温度达到高温区中的温度并且温度开始保持恒定之后，流出排气温度还是会略有增加。此后，流出排气温度保持恒定(例如在t2时刻)。
在该示例中，当流出排气温度开始保持恒定后，即在t2时刻后，执行流入排气温度处于高温区中的情况下的流出排气温度检测。在开始高温保持处理和开始供给还原剂后还原剂需要一段时间才能到达氧化催化剂12，在还原剂到达氧化催化剂12的时刻与氧化催化剂12上开始反应的时刻之间存在时间迟滞，另外，检测流出排气温度的温度传感器44也表现出检测迟滞。因此，从开始高温保持处理和开始供给还原剂的时刻到温度传感器44检测到的流出排气温度开始保持恒定的时刻需要一定时间。如果在经过该一定时间之前进行用于氧化催化剂12的劣化诊断的流出排气温度检测，则不能够进行准确的氧化催化剂12的劣化诊断。因此，在该实施方式中，在流出排气温度开始保持恒定之后进行流出排气温度检测。
事实上，除非自流出排气温度开始保持恒定起已经经过一定的时间，否则无法判断流出排气温度是否保持恒定。当发动机运转状态改变时流出排气温度也改变，因此，在实际检测流出排气温度时，流出排气温度并不总是恒定的。
因此，在该实施方式中，代替基于流出排气温度是否保持恒定而开始用于催化剂劣化诊断的流出排气温度检测，可基于自开始高温保持处理或还原剂的供给起的吸入空气总量是否超过基准值而开始用于催化剂劣化诊断的流出排气温度检测。一般而言，吸入空气总量与供给的燃料量成比例，因此与在内燃发动机中产生的热量以及供给到氧化催化剂12的热量成比例。这样，吸入空气总量被用作判定供给到氧化催化剂12的热量是否足够大以充分提高氧化催化剂12温度的标准。这样，能够通过基于吸入空气总量确定开始进行流出排气温度检测的时刻而将流出排气温度开始保持恒定后的、相对较早的时刻设定为检测开始时刻。
在上述实施方式中，基于自开始高温保持处理或还原剂供给起的吸入空气总量是否等于或大于基准值来确定开始进行流出排气温度检测的时刻。然而，也可基于其它参数来确定开始进行流出排气温度检测的时刻。例如，可基于例如自开始高温保持处理或还原剂供给起内燃发动机已经运转的时间是否等于或大于基准时间来确定开始进行流出排气温度检测的时刻。或者，可基于自开始高温保持处理或还原剂供给之后供给的燃料和还原剂的总量是否等于或大于基准量来确定开始进行流出排气温度检测的时刻。
在该实施方式中，在开始进行流出排气温度检测后的一定时间段内执行当流入排气温度处于高温区中时的流出排气温度的检测。在氧化催化剂12的劣化诊断中，使用该一定时间段中检测到的流出排气温度的平均值作为当流入排气温度处于高温区中时的流出排气温度。
然后，在t3时刻，在继续供给还原剂的情况下终止高温保持处理，并且发动机本体1正常运转。其结果是，流入排气温度逐渐降低。当以这种方式使发动机本体1正常运转时，理论上，能够将流入排气温度降低到低温区中的温度并保持相同的温度，并且因此，可将正常运转称为低温保持处理。
然而，如果即使在高温保持处理终止后进行正常运转时流入排气温度也不降低，则可进行降温控制以强制降低从发动机本体1流出的排气的温度。降温控制的示例有：降低后喷射的喷射量；停止后喷射；使燃料喷射正时提前；以及增加供给到吸入气体中的EGR气体的量，这些与高温保持处理中的情况相反。
当在t3时刻高温保持处理终止且低温保持处理开始时，流入排气温度逐渐降低、同时还原剂供给量逐渐增加。流入排气温度最终达到低温区中的温度(在图4中的t4时刻)，然后，流入排气温度保持大致恒定。还原剂供给量也保持大致恒定。当流入排气温度达到低温区中的温度并且流入排气温度开始保持恒定之后，流出排气温度还是会略有降低。此后，流出排气温度保持恒定(例如在t5时刻后)。
在该实施方式中，正如在流入排气温度处于高温区中时检测流出排气温度的情况一样，当流入排气温度处于低温区中时，在流出排气温度开始保持恒定后，即在t5时刻后，检测流出排气温度。事实上，可在自开始低温保持处理起的吸入空气总量超过基准值之后、或自开始低温保持处理起的内燃发动机已经运转的时间超过基准时间之后、或自开始低温保持处理后供给的燃料和还原剂的总量变得等于或大于基准量之后，进行流出排气温度的检测。
通过这种方式，检测当流入排气温度处于高温区中时的流出排气温度和当流入排气温度处于低温区中时的流出排气温度。基于以这种方式检测到的流出排气温度进行氧化催化剂12的劣化诊断。
当氧化催化剂12几乎没有劣化和当氧化催化剂12已经劣化时，流出排气温度的变化方式不同。当氧化催化剂12几乎没有劣化时(图4中实线所示的情况)，流出排气温度如图4中实线所示那样变化。具体地，当使流入排气温度成为低温区中的温度时，流出排气温度也同时略有降低。然而，该降低量大致等于流入排气温度降低量。具体地，流出排气温度降低的量对应于流入排气温度降低量或略小于流入排气温度降低量。
另一方面，当氧化催化剂12已经劣化时(图4中点划线所示的情况)，流出排气温度如图4中点划线所示那样变化。具体地，当使流入排气温度成为低温区中的温度时，流出排气温度同时显著降低。流出排气温度的该降低量大于流入排气温度降低量。
这样，当氧化催化剂12几乎没有劣化时，当流入排气温度处于高温区中时由温度传感器44检测到的流出排气温度Th与当流入排气温度处于低温区中时由温度传感器44检测到的流出排气温度Tl之间的差值ΔT(＝Th-Tl)较小。另一方面，当氧化催化剂12已经劣化时，当流入排气温度处于高温区中时由温度传感器44检测到的流出排气温度Th与当流入排气温度处于低温区中时由温度传感器44检测到的流出排气温度Tl之间的差值ΔT较大。
这样，能够基于差值ΔT检测氧化催化剂12的劣化程度。具体地，当差值ΔT大时，判断氧化催化剂12的劣化程度高。另一方面，当差值ΔT小时，判断氧化催化剂12的劣化程度低。在该实施方式中，当差值ΔT大于预定差值ΔTx时，判断氧化催化剂12已经劣化，而当差值ΔT等于或小于预定差值ΔTx时，判断氧化催化剂12尚未劣化。
在该实施方式中，在进行过滤器再生处理的同时进行高温保持处理和低温保持处理。具体地，在该实施方式中，当应当升高过滤器15的温度以进行过滤器再生处理时，即当由压差传感器46检测到的经过过滤器15的压差超过压差限度时，通过进行高温保持处理和供给还原剂而使过滤器15的温度升高。因此，在该实施方式中，流出排气温度的目标温度等于或高于颗粒物开始燃烧的温度。
在上述实施方式中，基于差值ΔT检测氧化催化剂12的劣化程度。然而，也可基于当流入排气温度处于高温区中时由温度传感器44检测到的流出排气温度Th与当流入排气温度处于低温区中时由温度传感器44检测到的流出排气温度Tl之间的比值Rt(＝Th/Tl)来检测氧化催化剂12的劣化程度。在这种情况下，当比值Rt的值远离1时，判断氧化催化剂12的劣化程度高，而另一方面，当比值Rt的值接近1时，判断氧化催化剂12的劣化程度低。
在上述实施方式中，首先进行高温保持处理以检测当流入排气温度处于高温区中时的流出排气温度，然后进行低温保持处理以检测当流入排气温度处于低温区中时的流出排气温度。然而，也可以以相反顺序进行。具体地，可采取先进行低温保持处理然后进行高温保持处理的模式。
在上述实施方式中，流入排气温度和流出排气温度分别由温度传感器43和温度传感器44检测。然而，流出排气温度可基于发动机负载估算得出，而不使用温度传感器43。流出排气温度可由温度传感器45检测得到。或者，这些温度可根据其它参数估算得出，而不使用温度传感器。另外，可使用氧化催化剂的入口温度代替流入排气温度，并可用氧化催化剂的出口温度代替流出排气温度。在这种情况下，氧化催化剂12的入口温度例如由设置在氧化催化剂12上游的温度传感器检测，氧化催化剂12的出口温度例如由设置在氧化催化剂12下游的温度传感器检测。
接下来将参照图5描述本发明的第二实施方式。第二实施方式的催化剂劣化诊断系统的结构和操作基本与第一实施方式的催化剂劣化诊断系统的结构和操作相同。在第一实施方式中，基于流出排气温度Th和Tl之间的差值ΔT检测氧化催化剂12的劣化程度，而在第二实施方式中，基于差值δTh与差值δTl之间的差值ΔT′(δTl-δTh)来检测氧化催化剂12的劣化程度，其中差值δTh为当流入排气温度处于高温区中时目标温度Tt与流出排气温度Th之差，而差值δTl为当流入排气温度处于低温区中时目标温度Tt与流出排气温度Tl之差。
在这种情况下，如果氧化催化剂12几乎没有劣化，则当流入排气温度处于高温区中时的温度差值δTh与当流入排气温度处于低温区中时的温度差值δTl之间的差值ΔT′较小。另一方面，如果氧化催化剂12已经劣化，则当流入排气温度处于高温区中时的温度差值δTh与当流入排气温度处于低温区中时的温度差值δTl之间的差值ΔT′较大。因此，当差值ΔT′大时，判断氧化催化剂12的劣化程度高。当差值ΔT′小时，判断氧化催化剂12的劣化程度低。
当氧化催化剂12的劣化程度低时，流出排气温度几乎达到目标温度。另一方面，当氧化催化剂12的劣化程度高时，流出排气温度显著低于目标温度。换言之，可认为流出排气的目标温度与实际温度之差表征氧化催化剂12的劣化程度。这样，当根据该实施方式基于流出排气的目标温度与实际温度之差判断氧化催化剂12的劣化程度时，能够以更高的精度判断氧化催化剂12的劣化程度。
图6和图7示出了该实施方式的用于氧化催化剂12的劣化诊断的控制程序的流程图。
如图6和图7所示，首先，在步骤S11判断是否满足进行氧化催化剂12劣化诊断的条件。“当劣化诊断条件满足时”指的是例如当进行过滤器再生处理的条件满足时，即由压差传感器46检测到的经过过滤器15的压差大于压差限度时。当判断出劣化诊断条件不满足时，控制程序结束。另一方面，当判断出氧化催化剂12的劣化诊断条件满足时，程序进行到步骤S12。
在步骤S12，开始高温保持处理并开始供给还原剂。接下来，在步骤S13，计时器Cnt和吸入空气总量∑mt被重置。计时器Cnt是计数变量用于测量自计时器Cnt被重置起已经经过的时间。吸入空气总量∑mt是自吸入空气总量∑mt被重置起吸入的空气总量。
接下来，在步骤S14，判断由温度传感器43检测到的流入排气温度Texin是否等于或高于高温区的下限值T1。当流入排气温度Texin低于下限值T1时，步骤S14重复，直到流入排气温度Texin变得等于或高于下限值T1。当流入排气温度Texin变得等于或高于下限值T1时，程序进行到步骤S15。
接下来，在步骤S15，判断自高温保持处理开始起的吸入空气总量∑mt是否变得等于或高于基准值∑mt1。当判断吸入空气总量∑mt尚未等于或大于基准值∑mt1时，步骤S15重复，直到吸入空气总量∑mt变得等于或大于基准值∑mt1。当吸入空气总量∑mt变得等于或大于基准值∑mt1时，程序进行到步骤S16。
在步骤S16，温度传感器44检测流出排气温度Texout。接下来，在步骤S17，判断自高温保持处理开始起是否已经经过了获得高度可靠数据所需的时间Cnt1。当判断尚未经过时间Cnt1时，重复进行流出排气温度Texout的检测。然后，当自高温保持处理开始起已经经过时间Cnt1后，程序进行到步骤S18。在步骤S18，将通过从目标温度Ttrg中减去在步骤S16和S17中检测到的流出排气温度Texout的平均值而获得的数值定义成温度差值δTh(＝Ttrg-Texout)。通过这种方式，计算出当流入排气温度处于高温区中时的温度差值δTh。
接下来，在步骤S19，在继续供给还原剂的同时开始低温保持处理。然后，在步骤S20，计时器Cnt和吸入空气总量∑mt再次被重置。接下来，在步骤S21，判断由温度传感器43检测到的流入排气温度Texin是否落在低温区的上限值T2和下限值T3之间。当在步骤S21判断出流入排气温度Texin处于低温区中时，程序进行到步骤S24。另一方面，当在步骤S21判断出流入排气温度Texin不处于低温区中时，程序前进到步骤S22。在步骤S22，判断自低温保持处理开始起是否已经经过预定时间Cnt2。当判断出尚未经过预定时间Cnt2时，程序返回步骤S21。另一方面，当在步骤S22判断出自低温保持处理开始起已经经过预定时间Cnt2时，程序进行到步骤S23。在步骤S23，进行降温控制以强制降低流入排气温度。即，当即使在自低温保持处理开始起已经经过预定时间Cnt2后、流入排气温度Texin也并未变成低温区中的温度时，进行降温控制。然后程序进行到步骤S24。
在步骤S24，判断自低温保持处理开始起的吸入空气总量∑mt是否等于或大于基准值∑mt2。当判断出吸入空气总量∑mt并不等于或大于基准值∑mt2时，步骤S24重复，直到吸入空气总量∑mt变得等于或大于基准值∑mt2。当吸入空气总量∑mt变得等于或大于基准值∑mt2时，程序进行到步骤S25。
在步骤S25，温度传感器44检测流出排气温度Texout。接下来，在步骤S26，判断自低温保持处理开始起是否已经经过了获得高度可靠数据所需的时间Cnt3。当判断出尚未经过时间Cnt3时，重复进行流出排气温度Texout的检测。然后，当自高温保持处理开始起已经经过时间Cnt3后，程序进行到步骤S27。在步骤S27，停止供给还原剂。在步骤S28将通过从目标温度Ttrg中减去在步骤S25和S26中检测到的流出排气温度Texout的平均值而获得的数值定义成温度差值δTl(＝Ttrg-Texout)。通过这种方式，计算出当流入排气温度处于低温区中时的温度差值δTl。
接下来，在步骤S29，将通过从步骤S18中计算出的温度差值δTl中减去步骤S28中计算出的温度差值δTh而获得的数值定义为差值ΔT′。在步骤S30，当判断出步骤S29中计算出的差值ΔT′小于预定差值ΔT′x时，控制程序结束。另一方面，当判断出步骤S29中计算出的差值ΔT′等于或大于预定差值ΔT′x时，程序进行到S31。在步骤S31，判断出氧化催化剂12已经劣化，然后控制程序结束。
在上述实施方式中，在进行过滤器15再生处理的同时进行氧化催化剂12的劣化诊断。然而，也可采用这样的构造：代替过滤器15，设有NOx存储-还原催化剂，该NOx存储-还原催化剂在流入排气中的氧浓度高的时候存储排气中包含的NOx，并且在流入排气中的氧浓度低的时候释放所存储的NOx；并且其中，在进行用于释放NOx存储-还原催化剂中存储的SOx的硫中毒恢复处理的同时进行氧化催化剂12的劣化诊断。
在上述实施方式中，判断氧化催化剂12的劣化。然而，其能够检测排气净化装置的劣化，只要排气净化装置具有氧化能力即可。这种排气净化装置的示例包括NOx存储-还原催化剂、承载有催化剂贵金属的颗粒过滤器等。
此外，在上述实施方式中，使用还原剂供给设备16作为用于将还原剂供给到氧化催化剂12的装置。然而，也可采用以下构造：通过例如进行后喷射等从发动机本体1中排出包含还原剂(燃料)的排气而将还原剂供给到氧化催化剂12。
虽然已经结合本发明的示例性实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明并不局限于所述实施方式或结构。相反，本发明意在覆盖各种变型和等同布置。另外，虽然以多种结合和构造示出了示例性实施方式的各个元件，但是包括更多、更少或仅一个元件的其它结合和构造也落在本发明的精神和范围内。

Claims (19)

1.一种用于排气净化设备的催化剂劣化诊断系统，所述排气净化设备包括对流入排气的成分进行氧化的氧化催化剂(12)和将还原剂供给到流入所述氧化催化剂(12)的排气中的还原剂供给装置(16)，所述催化剂劣化诊断系统的特征在于包括：
流出排气温度检测装置(44)，所述流出排气温度检测装置(44)检测或估算流出排气温度，所述流出排气温度是从所述氧化催化剂(12)流出的排气的温度或所述氧化催化剂(12)的出口温度；和
催化剂劣化诊断装置(30)，所述催化剂劣化诊断装置(30)基于从所述流出排气温度检测装置(44)输出的流出排气温度的检测值或估算值执行所述氧化催化剂(12)的劣化诊断，
其中，所述催化剂劣化诊断装置(30)基于高温流入条件排气温度和低温流入条件排气温度执行所述氧化催化剂(12)的劣化诊断，所述高温流入条件排气温度为在从所述还原剂供给装置(16)供给还原剂时当流入排气温度处于高温区中时由所述流出排气温度检测装置(44)检测或估算出的温度，所述流入排气温度为流入所述氧化催化剂(12)的排气的温度或所述氧化催化剂(12)的入口温度，所述低温流入条件排气温度为在从所述还原剂供给装置(16)供给还原剂时当所述流入排气温度处于低温区中时由所述流出排气温度检测装置(44)检测或估算出的温度，处于所述低温区中的流入排气温度低于处于所述高温区中的流入排气温度。
2.如权利要求1所述的催化剂劣化诊断系统，其中，所述催化剂劣化诊断装置基于所述高温流入条件排气温度和所述低温流入条件排气温度之间的差值或比值执行所述氧化催化剂的劣化诊断。
3.如权利要求2所述的催化剂劣化诊断系统，其中，当所述高温流入条件排气温度与所述低温流入条件排气温度之间的差值等于或大于预定值时，或者当所述高温流入条件排气温度与所述低温流入条件排气温度的比值等于或高于预定值时，所述催化剂劣化诊断装置判定所述氧化催化剂已经劣化。
4.如权利要求1所述的催化剂劣化诊断系统，其中，所述催化剂劣化诊断装置基于流出排气温度的目标温度与所述高温流入条件排气温度之间的差值或比值以及所述目标温度与所述低温流入条件排气温度之间的差值或比值执行所述氧化催化剂的劣化诊断。
5.如权利要求4所述的催化剂劣化诊断系统，其中，当所述目标温度与所述高温流入条件排气温度之间的差值或比值比所述目标温度与所述低温流入条件排气温度之间的差值或比值大预定值或更多时，或者当所述目标温度与所述低温流入条件排气温度之间的差值或比值相对于所述目标温度与所述高温流入条件排气温度之间的差值或比值的比值等于或高于预定值时，所述催化剂劣化诊断装置判定所述氧化催化剂已经劣化。
6.如权利要求1所述的催化剂劣化诊断系统，其中，基于所述流入排气温度控制来自所述还原剂供给装置的还原剂供给量。
7.如权利要求4所述的催化剂劣化诊断系统，其中，基于所述流入排气温度以及所述目标温度与所述流出排气温度之间的差值控制来自所述还原剂供给装置的还原剂供给量。
8.如权利要求7所述的催化剂劣化诊断系统，其中，来自所述还原剂供给装置的还原剂供给量被控制成使所述流出排气温度成为所述目标温度。
9.如权利要求1所述的催化剂劣化诊断系统，其中，当通过所述流出排气温度检测装置检测或估算所述高温流入条件排气温度和所述低温流入条件排气温度时，流出排气温度的目标温度保持恒定。
10.如权利要求1至9中任一项所述的催化剂劣化诊断系统，还包括控制所述流入排气温度的流入排气温度控制装置(43)，
其中，所述流入排气温度控制装置(43)执行高温保持处理和低温保持处理，所述高温保持处理用于将所述流入排气温度保持在所述高温区中，所述低温保持处理用于将所述流入排气温度保持在所述低温区中，并且
当所述催化剂劣化诊断装置执行所述氧化催化剂的劣化诊断时，连续地执行所述高温保持处理和所述低温保持处理。
11.如权利要求10所述的催化剂劣化诊断系统，其中，当所述催化剂劣化诊断装置执行所述氧化催化剂的劣化诊断时，在所述高温保持处理之后执行所述低温保持处理。
12.如权利要求10所述的催化剂劣化诊断系统，其中，所述流入排气温度控制装置使配备有所述排气净化设备的内燃发动机正常运转以作为所述低温保持处理，并且当所述流入排气温度未能通过所述正常运转而保持在所述低温区中时，所述流入排气温度控制装置执行控制以降低从发动机本体排出的排气的温度。
13.如权利要求1至9中任一项所述的催化剂劣化诊断系统，其中，当所述流入排气温度被改变或来自所述还原剂供给装置的还原剂供给量被改变时，所述催化剂劣化诊断装置采用自所述流入排气温度或所述还原剂供给量被改变时起所吸入的空气总量变得等于或大于基准值之后由所述流出排气温度检测装置检测或估算出的温度执行所述氧化催化剂的劣化诊断。
14.如权利要求1至9中任一项所述的催化剂劣化诊断系统，其中，当所述流入排气温度被改变或来自所述还原剂供给装置的还原剂供给量被改变时，所述催化剂劣化诊断装置采用自所述流入排气温度或所述还原剂供给量被改变时起的配备有所述排气净化设备的内燃发动机的运转时间变得等于或大于基准时间段之后由所述流出排气温度检测装置检测或估算出的温度执行所述氧化催化剂的劣化诊断。
15.如权利要求1至9中任一项所述的催化剂劣化诊断系统，其中，当所述流入排气温度被改变或来自所述还原剂供给装置的还原剂供给量被改变时，所述催化剂劣化诊断装置采用自所述流入排气温度或所述还原剂供给量被改变时起所供给的燃料和还原剂的总量变得等于或大于基准量之后由所述流出排气温度检测装置检测或估算出的温度执行所述氧化催化剂的劣化诊断。
16.如权利要求1至9中任一项所述的催化剂劣化诊断系统，其中，相对于排气流在所述氧化催化剂的下游设置有颗粒过滤器(15)，并且由所述催化剂劣化诊断装置执行的所述氧化催化剂的劣化诊断在所述颗粒过滤器(15)的再生处理期间执行。
17.如权利要求1至9中任一项所述的催化剂劣化诊断系统，其中，所述氧化催化剂由颗粒过滤器(15)承载，并且由所述催化剂劣化诊断装置执行的所述氧化催化剂的劣化诊断在所述颗粒过滤器(15)的再生处理期间执行。
18.如权利要求1至9中任一项所述的催化剂劣化诊断系统，其中，所述氧化催化剂以及能够存储NOx的NOx存储-还原物质由载体承载，并且由所述催化剂劣化诊断装置执行的所述氧化催化剂的劣化诊断在所述NOx存储-还原物质中存储的SOx的释放处理期间执行。
19.一种用于排气净化设备的催化剂劣化诊断方法，所述排气净化设备包括对流入排气的成分进行氧化的氧化催化剂(12)和将还原剂供给到流入所述氧化催化剂(12)的排气中的还原剂供给装置(16)，所述催化剂劣化诊断方法的特征在于包括：
检测或估算在从所述还原剂供给装置(16)供给还原剂时当流入排气温度处于高温区中时的流出排气温度，所述流入排气温度为流入所述氧化催化剂(12)的排气的温度或所述氧化催化剂(12)的入口温度，所述流出排气温度为从所述氧化催化剂(12)流出的排气的温度或所述氧化催化剂(12)的出口温度；
检测或估算在从所述还原剂供给装置(16)供给还原剂时当所述流入排气温度处于低温区中时的流出排气温度，处于所述低温区中的流入排气温度低于处于所述高温区中的流入排气温度；以及
基于当所述流入排气温度处于所述高温区中时的流出排气温度和当所述流入排气温度处于所述低温区中时的流出排气温度执行所述氧化催化剂(12)的劣化诊断。
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