CN102216579B - 废气净化装置的异常检测装置及废气净化装置的异常检测方法 - Google Patents

Abstract

迅速判断供给到选择还原型NOx催化剂的还原剂量是否不足，在假设还原剂供给单元没有异常的情况下，判断预定量以上的还原剂吸附于选择还原型NOx催化剂后，开始用于还原流入到选择还原型NOx催化剂中的NOx量所需的还原剂供给量的供给，根据开始该还原剂的供给后经过预定时间时的NOx净化率，判断还原剂供给单元的异常。还原剂供给单元异常时，NOx净化率下降。

Description

废气净化装置的异常检测装置及废气净化装置的异常检测方法

技术领域

本发明涉及内燃机的废气净化装置的异常检测装置及废气净化装置的异常检测方法。

背景技术

以下技术已为世人所知：变更供给到选择还原型NOx催化剂的还原剂的量，当废气系统中配置的传感器的信号不像初期一样变化时，判断为废气处理系统存在问题(例如参照专利文献1)。

但是，通过变更还原剂量，还原剂的供给量过剩时，该还原剂可能穿透催化剂。并且，当还原剂的供给量不足时，可能无法净化废气中的有害物质。进而，从变更还原剂的供给量到传感器的信号改变为止，要耗费时间。如果直到传感器的信号改变为止内燃机的运转状态变化，则也可能无法进行上述判断。因此，上述判断可能会耗费时间。

专利文献1：日本特开2004-176719号公报

专利文献2：日本特开2008-196340号公报

专利文献3：日本特开2005-226504号公报

专利文献4：日本特开2008-190529号公报

发明内容

本发明鉴于以上问题而完成，其目的在于，迅速判断供给到选择还原型NOx催化剂的还原剂量是否不足。

为了解决上述课题，本发明的废气净化装置的异常检测装置采用了以下的单元。即，本发明的废气净化装置的异常检测装置的特征在于，具有：

选择还原型NOx催化剂，通过设置在内燃机的废气通路上的还原剂，选择还原NOx；

还原剂供给单元，从上述选择还原型NOx催化剂的上游侧供给还原剂；

下游侧NOx量检测单元，检测上述选择还原型NOx催化剂下游的NOx量；

上游侧NOx量检测单元，检测上述选择还原型NOx催化剂上游的NOx量；

净化率计算单元，根据由上述下游侧NOx量检测单元检测出的NOx量和由上述上游侧NOx量检测单元检测出的NOx量，计算出上述选择还原型NOx催化剂中的NOx净化率；

吸附判断单元，在假设上述还原剂供给单元没有异常的情况下，判断是否预定量以上的还原剂吸附于上述选择还原型NOx催化剂；

供给量计算单元，计算用于还原由上述上游侧NOx量检测单元检测的NOx量所需的还原剂供给量；和

异常判断单元，通过上述吸附判断单元判断为预定量以上的还原剂吸附于上述选择还原型NOx催化剂后，开始由上述供给量计算单元计算出的量的还原剂的供给，然后根据经过预定时间时的上述NOx净化率，判断上述还原剂供给单元的异常。

还原剂供给单元的异常，是指还原剂的供给量与指令值相比超过允许范围地减少。也可以指来自还原剂供给单元的还原剂的供给量与新品时相比超过允许范围地减少。该还原剂供给量的减少可以是每单位时间的供给量的减少，也可是还原剂的供给时间的缩短造成的供给量的减少。

在本发明中，将被选择还原型NOx催化剂净化的NOx量相对于选择还原型NOx催化剂上游的NOx量的比例作为NOx净化率。另外，从选择还原型NOx催化剂上游的NOx量中减去下游的NOx量，可计算出被该选择还原型NOx催化剂净化的NOx量。通过用该被净化的NOx量除以由上游侧NOx量检测单元检测出的NOx量，可计算出NOx净化率。

也可以通过下游侧NOx量检测单元及上游侧NOx量检测单元测定NOx浓度和废气的流量，由此计算出NOx量。

此外，吸附判断单元根据假设还原剂供给单元没有异常时的还原剂的吸附量进行判断，因此无需检测实际的吸附量。即，当还原剂供给单元、选择还原型NOx催化剂没有异常时，实际上能吸附预定量以上的还原剂，而当其中任意一个有异常时，实际上有可能没有吸附预定量以上的还原剂。在预定条件下供给了还原剂的情况下，吸附判断单元也可以判断为吸附了预定量以上的还原剂。并且，也可以根据还原剂的供给量、选择还原型NOx催化剂中的还原剂的消耗量，推测该选择还原型NOx催化剂吸附的还原剂量。

由供给量计算单元算出的还原剂供给量，可以是为了还原废气中含有的NOx而消耗的还原剂量。即，选择还原型NOx催化剂吸附的还原剂，由于还原废气中的NOx而减少。由供给量计算单元算出该减少部分。并且，通过供给由供给量计算单元算出的量的还原剂，能够将选择还原型NOx催化剂中的还原剂的吸附量维持在高的状态，因此能够将NOx净化率维持在高的状态。并且，由于能抑制过剩供给还原剂，因此能够抑制还原剂穿透选择还原型NOx催化剂。

但是，当还原剂供给单元发生异常时，相对于所要求的还原剂供给量，实际的还原剂供给量减少，因此无法供给由供给量计算单元算出的量的还原剂。即，通过还原废气中含有的NOx，选择还原型NOx催化剂中的还原剂的吸附量减少，但无法重新供给该减少部分的还原剂。因此，还原剂的吸附量逐渐减少，因而NOx净化率逐渐降低。

即，在判断为预定量以上的还原剂吸附于选择还原型NOx催化剂后，供给由供给量计算单元算出的量的还原剂，根据此时的NOx净化率，可判断还原剂供给单元的异常。即，如果NOx净化率逐渐降低，则可判断为还原剂供给单元有异常。另一方面，当还原剂供给单元无异常时，吸附量维持在预定量以上，因此NOx净化率基本恒定。

此外，预定时间可以是还原剂供给单元有异常时直至该异常的影响以NOx净化率下降的形式体现出来的时间。或者，也可以是NOx净化率下降到可判断还原剂供给单元异常的值为止所需的时间。并且，预定量可以是还原剂供给单元有异常时可检测出NOx净化率下降的量。

此外，当选择还原型NOx催化剂老化时，虽然NOx净化率变得比正常时低，但NOx净化率不会在短时间内降低。即，与还原剂供给单元有异常时相比，NOx净化率升高。由此，能够确定是还原剂供给单元有异常，还是催化剂老化。

在本发明中，上述吸附判断单元，在吸附于上述选择还原型NOx催化剂的还原剂的量少于预定量的条件成立后，只要与该条件不成立时相比增量供给了还原剂之后，就可判断为预定量以上的还原剂吸附于上述选择还原型NOx催化剂。

还原剂的增量只要比由供给量计算单元算出的量增加即可。例如，吸附于选择还原型NOx催化剂的还原剂，在温度升高时，从该选择还原型NOx催化剂脱附。这样的条件成立后，吸附于选择还原型NOx催化剂的还原剂量变得比NOx净化所需的量少。因此，为了使NOx的净化能力迅速恢复，还原剂的供给量比平常增加。即，通过增加还原剂的供给量，可迅速增加吸附于选择还原型NOx催化剂的还原剂量。只要这样增量供给了还原剂之后，即使还原剂供给单元有异常，选择还原型NOx催化剂也吸附一定程度的还原剂。此外，在吸附于选择还原型NOx催化剂的还原剂的量小于预定量的条件成立后，可以指该选择还原型NOx催化剂的温度上升到还原剂的脱附温度后。

并且，如果还原剂供给单元没有异常，则增量供给了还原剂之后，NOx的净化所需的足够量的还原剂吸附于选择还原型NOx催化剂，因此能维持高的NOx净化率。另一方面，如果还原剂供给单元有异常，则还原剂的吸附量逐渐减少，因此NOx净化率逐渐下降。即，增量供给了还原剂之后，易于检测NOx净化率的下降，因此可进行高精度的异常判断。

在本发明中，具有推测单元，推测来自上述还原剂供给单元的还原剂的供给量达到允许范围的下限值时的NOx净化率的变化，上述预定时间，可以是从通过上述吸附判断单元检测到还原剂的供给到上述推测单元推测出的NOx净化率下降到阈值为止所需的时间。

推测单元也可以推测在假设还原剂供给单元处于正常和异常交界的情况下NOx净化率的变化。将该推测值下降到阈值所需的时间作为预定时间。阈值可以设为还原剂供给单元有异常时的NOx净化率。由此，可以设定进行还原剂供给单元的异常判断的时期。即，由于通过推测单元推测出的NOx净化率是下限值，因此如果经过预定时间时的实际的NOx净化率低于该值，则可判断为还原剂供给单元有异常。

此外，上述推测单元也可以将上述选择还原型NOx催化剂中的还原剂的吸附量的初始值设为0来推测NOx净化率。

在此，通过推测选择还原型NOx催化剂中的还原剂的吸附量，能够推测NOx净化率。假设还原剂的吸附量的初始值为0时，增量供给了还原剂之后，还原剂的吸附量下降到阈值所需的时间变短，因此上述预定时间变短。因此，在还原剂的吸附量的初始值是比0大的值时，即使在判断为还原剂供给单元异常的情况下，也存在判断为没有异常的情况。但是，实际的NOx净化率为阈值以上，因此NOx能够充分净化。这种情况下，通过判断为还原剂供给单元没有异常，可进行与实际的NOx净化率对应的异常判断。

在本发明中，上述异常判断单元，在经过上述预定时间时由上述净化率计算单元算出的NOx净化率低于阈值时，可判断为上述还原剂供给单元有异常。

阈值可以设为还原剂供给单元有异常时的NOx净化率。即，只要经过预定时间时的NOx净化率低于阈值，就可判断为无法从还原剂供给单元供给足够量的还原剂。

在本发明中，上述异常判断单元，根据由上述供给量计算单元算出的量的还原剂的供给开始时的NOx净化率和经过上述预定时间时的NOx净化率，求出NOx净化率的下降程度，当该NOx净化率的下降程度大于阈值时，判断为上述还原剂供给单元有异常。

在此，当还原剂的吸附量充分时，即使选择还原型NOx催化剂已老化，NOx净化率也基本恒定，当还原剂的吸附量不充分时，NOx净化率下降。并且，还原剂的供给量越少，NOx净化率的下降程度越大。即，根据NOx净化率的下降程度，能够判断还原剂供给单元的异常。此外，也可以根据由供给量计算单元算出的量的还原剂的供给开始时的NOx净化率、与经过预定时间时的NOx净化率的差或比，来判断还原剂供给单元的异常。

在本发明中，上述下游侧NOx量检测单元也检测还原剂量，上述净化率计算单元将由上述下游侧NOx量检测单元检测出的还原剂量作为NOx量来计算NOx净化率，具有反馈控制单元，根据上述NOx净化率，进行由上述还原剂供给单元供给的还原剂量的反馈控制，在通过上述异常判断单元判断为上述还原剂供给单元有异常的情况下，当通过上述反馈控制单元使还原剂供给量比基准值减少时，判断为不是上述还原剂供给单元的异常，而是上述选择还原型NOx催化剂的老化。

下游侧NOx量检测单元还将还原剂量作为NOx量进行检测，因此当废气中的还原剂量增加时，判断为NOx净化率下降。在此，反馈控制单元校正还原剂的供给量，以使NOx净化率变得更高或者在预定的范围内。

在此，当还原剂供给单元有异常、还原剂供给量不足时，通过增加还原剂供给量，NOx净化率上升。另一方面，选择还原型NOx催化剂老化导致还原剂的可吸附量减少时，还原剂的一部分穿透催化剂而被下游侧NOx量检测单元检测到，因此NOx净化率下降。在这种情况下，通过减少还原剂供给量，穿透催化剂的还原剂减少，因此NOx净化率上升。

进行这种反馈控制时，即使在选择还原型NOx催化剂老化时，也与还原剂供给单元异常时一样，NOx净化率会下降。因此，仅通过NOx净化率难于区分还原剂供给单元的异常和选择还原型NOx催化剂的老化。

但是，反馈控制引起的还原剂供给量的校正量，在还原剂供给单元异常时是增加方向，在选择还原型NOx催化剂老化时是减少方向。即，还原剂供给单元异常时，为了提高NOx净化率，增加还原剂的供给量。另外，当选择还原型NOx催化剂老化时，为了抑制还原剂的穿透，减少还原剂的供给量。根据该校正的方向，能够区分还原剂供给单元的异常和选择还原型NOx催化剂的老化。

并且，为了完成上述课题，本发明的废气净化装置的异常检测方法采用了以下方法。即，本发明的废气净化装置的异常检测方法的特征在于，包括：

第一工序，向内燃机的废气通路上设置的选择还原型NOx催化剂供给仅吸附预定量以上的还原剂的还原剂；

第二工序，供给在上述第一工序后还原废气中的NOx所需的量的还原剂；和

第三工序，根据从上述第二工序开始经过预定时间时的NOx净化率，判断还原剂的供给不足。

此外，上述第一工序可以如下进行：在上述选择还原型NOx催化剂的温度上升到还原剂的脱附温度后，与小于该脱附温度时相比增量供给还原剂。

并且，在上述第三工序中，当NOx净化率低于阈值时，判断为发生了还原剂的供给不足。

根据本发明，能够迅速判断供给到选择还原型NOx催化剂的还原剂量是否不足。

附图说明

图1是表示实施例的内燃机及其废气系统的概略构成的图。

图2是表示在来自催化剂的氨脱附后供给尿素时由第二NOx传感器测定的NOx浓度的变化的图。

图3是表示催化剂中的氨吸附量与NOx净化率的关系的图。

图4是表示NOx净化率的变化的图。

图5表示用于推测NOx净化率的框图。

图6是表示氨的吸附量与NOx净化率的关系的图。

图7是表示判断实施例1中的喷射阀的异常的流程的流程图。

图8是表示未进行尿素供给量的反馈控制时的NOx净化率的变化的时间图。

图9是表示进行尿素供给量的反馈控制时的NOx净化率及尿素供给量的反馈值(校正系数)的变化的时间图。

图10是表示判断实施例2中的喷射阀的异常的流程的流程图。

标记说明

1内燃机

2废气通路

3选择还原型NOx催化剂

4喷射阀

5分散板

6第一NOx传感器

7第一温度传感器

8第NOx传感器

9第二温度传感器

10ECU

11油门

12油门开度传感器

13曲轴位置传感器

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的废气净化装置的异常检测装置的具体实施方式。

实施例1

图1是表示本实施例的内燃机及其废气系统的概略构成的图。图1所示的内燃机1是具有4个汽缸的水冷式四冲程柴油机。

内燃机1与废气通路2连接。该废气通路2的中途具有选择还原型NOx催化剂3(以下称为催化剂3)。并且，在催化剂3上游的废气通路2上，安装有向废气中喷射尿素的喷射阀4。喷射阀4根据来自后述的ECU10的信号开阀并向废气中供给尿素。此外，在本实施例中，喷射阀4相当于本发明中的还原剂供给单元。

在喷射阀4下游设有分散板5，其用于通过使尿素冲撞而使该尿素分散到大的范围。该分散板5例如是相对于废气的流动方向设置成直角的板，可以使用开了多个孔的板。另外，也可以采用金属网。

从喷射阀4喷射出的尿素，由于废气的热量而水解为氨(ammonia)，吸附于催化剂3。该氨使NOx还原。此外，在分散板5的下游、且催化剂3的上游，也可以设置水解催化剂。

在喷射阀4上游的废气通路2中，安装有用于测定废气中的NOx浓度的第一NOx传感器6及用于测定废气温度的第一温度传感器7。并且，在催化剂3下游的废气通路2中，安装有用于测定废气中的NOx浓度的第二NOx传感器8及用于测定废气温度的第二温度传感器9。此外，第一NOx传感器6及第二NOx传感器8还与NOx一样地检测氨，因此当废气中的氨浓度高时，检测出NOx浓度高。并且，根据由各传感器得到的NOx浓度和废气的流量，也能够算出NOx量。第一NOx传感器6及第二NOx传感器8也可以设为测定NOx量的传感器。即，在本实施方式中，第一NOx传感器6相当于本发明中的上游侧NOx量检测单元。另外，在本实施例中，第二NOx传感器8相当于本发明中的下游侧NOx量检测单元。

上述构成的内燃机1中，同时设置有用于控制该内燃机1的电子控制单元ECU10。该ECU10是根据内燃机1的运转条件、驾驶员的要求来控制内燃机1、废气净化装置的单元。

并且，ECU10，除了连接上述传感器外，还通过电布线连接输出驾驶员踩踏油门11的量所对应的电信号而可检测内燃机负荷的油门开度传感器12、及检测内燃机转速的曲轴位置传感器13，这些各种传感器的输出信号被输入到ECU10。

另一方面，ECU10借助电布线与喷射阀4连接，通过该ECU10控制喷射阀4的开关时期。

ECU10算出催化剂3中的NOx净化率。首先，求出由第一NOx传感器6得到的NOx量与由第二NOx传感器8得到的NOx量的差。该差是被催化剂3净化的NOx量。并且，通过用被催化剂3净化的NOx量除以由第一NOx传感器6得到的NOx量，能得到NOx净化率。并且，在本实施例中，计算NOx净化率的ECU10相当于本发明中的净化率计算单元。

并且，在本实施例中，在判断为吸附于催化剂3的氨量不充分的情况下，为了迅速增加吸附于催化剂的氨量，增量供给尿素。并且，根据之后的催化剂3中的NOx净化率，判断氨的供给异常。此外，当具有捕集废气中的PM的过滤器时，在进行了提高过滤器的温度而使PM氧化的过滤器的再生的情况下，可判断为吸附于催化剂3的氨量不充分。另外，当具有吸储还原型NOx催化剂时，在进行了用于消除硫中毒的控制的情况下，可判断为吸附于催化剂3的氨量不充分。进而，在进行了用于使催化剂3的温度迅速上升的升温控制的情况下，可判断为吸附于催化剂3的氨量不充分。

在此，吸附于催化剂3的氨，在该催化剂3的温度升高时，从该催化剂3脱附。过滤器再生时、消除硫中毒时、催化剂3升温时，由于催化剂3的温度升高，因此氨脱附。之后，为了使NOx净化率迅速恢复，与平常相比增加氨的供给。由此，催化剂3在短时间内吸附较多的氨，因此能够迅速提高NOx净化率。在本实施例中，在这样进行了使氨较多地被吸附的处理后，立即判断氨的供给异常。此外，即使在为了NOx还原而供给通常量的氨的情况下，只要较多的氨吸附于催化剂3，也可以进行氨的供给异常的判断。即，为了使催化剂3吸附较多的氨，只要是ECU10控制了喷射阀4之后即可。例如，在假设喷射阀4没有异常的情况下，只要是进行了预定量以上的氨可由催化剂3吸附的控制之后即可。并且，在本实施例中，判断是否进行了预定量以上的氨可被催化剂3吸附的控制的ECU10，相当于本发明中的吸附判断单元。

在此，本实施例中的氨的供给异常，是指相对于由ECU10算出的氨供给量(以下称为指令值)，实际的供给量少的情况。其中，除了喷射阀4的故障外，包括向喷射阀4输送尿素的装置(泵、箱、通路等)的异常。另外，以下也将包括这些异常在内的异常称为喷射阀4的异常。

图2是表示在来自催化剂3的氨脱附后供给尿素时由第二NOx传感器8测定的NOx浓度的变化的图。图2表示喷射阀4无异常时催化剂3的温度为200℃的情况。还表示未进行增量供给尿素的控制的情况。

尿素喷射开始后，吸附于催化剂3的氨量逐渐增加，NOx的净化率与之相应地升高。即，催化剂3下游的NOx浓度逐渐下降。即使在尿素喷射过程中，NOx也在催化剂3中被还原，因此其对应部分的氨被消耗。因此，到NOx净化率升高为止需要时间。在本实施例中，催化剂3吸附的氨脱附后，使尿素的供给量比平常增加，由此使催化剂3吸附的氨量迅速增加。即，通过使尿素的供给量比平常增加，与图2所示的情况相比，由第二NOx传感器8测定的NOx浓度迅速下降。该尿素的增量可以通过增加每单位时间的喷射量来进行，也可以通过在间歇性喷射尿素时延长尿素的喷射时间、或缩短喷射停止时间来进行。而且，当喷射阀4有异常时，催化剂3下游的NOx浓度的下降程度变小。

并且，在本实施例中，当预定量以上的氨吸附于催化剂3时，根据流入到催化剂3的NOx量，决定尿素的供给量。即，根据用于还原NOx而消耗的氨量来供给尿素。将此时的供给量称为通常的供给量。如果喷射阀4无异常，则消耗的氨量与新吸附的氨量相同，因此催化剂3总是吸附有一定量的氨。并且，在本实施例中，根据流入催化剂3中的NOx量计算尿素的供给量的ECU10，相当于本发明中的供给量计算单元。

但是，当喷射阀4有异常时，只能供给比指令值少的尿素，因此相对于消耗的氨量，新吸附的氨量变少。因此，即使从喷射阀4供给尿素，吸附于催化剂3的氨量也逐渐下降。由此，催化剂3中的NOx净化率逐渐降低。

图3是表示催化剂3中的氨吸附量与NOx净化率的关系的图。催化剂3吸附的氨量越多，则NOx净化率越高，催化剂3吸附的氨量越少，则NOx净化率越低。因此，当吸附于催化剂3的氨量减少时，通过增加尿素的供给量可迅速增加氨的吸附量。之后，在喷射阀4正常时，由于根据所消耗的氨来供给新的氨，因此NOx净化率能维持在高的状态。另一方面，当喷射阀4有异常时，尿素的供给量比指令值少，因此即使在刚增量供给了尿素之后(刚吸附氨之后)，氨的吸附量也少。但通过增量供给尿素，在刚供给之后，能够确保在作为允许范围的下限值的阈值以上的NOx净化率。但是，在之后的尿素供给中，尿素相对于NOx量的供给量不足，因此氨的吸附量逐渐降低，经过预定时间时，NOx净化率变得比阈值低。

因此，通过比较催化剂3刚吸附氨后的NOx净化率和经过预定时间时的NOx净化率，能够判断喷射阀4的异常。该预定时间可以设为从尿素的增量供给刚结束之后或通常的供给量下的供给开始时到喷射阀4的异常的影响体现在NOx净化率上为止的时间。该预定时间可以通过实验等求出最佳值。或者，也可以仅仅设为预定的值。

并且，也可以根据由刚进行了尿素的增量供给之后的NOx净化率和经过预定时间时的NOx净化率而得到的NOx净化率的下降程度来判断喷射阀4的异常。例如，当NOx净化率的下降程度为阈值以上时，可判断为喷射阀4有异常。并且，可以根据NOx净化率的下降程度，求出来自喷射阀4的尿素的供给量的减少程度。另外，也可以仅通过刚进行了尿素的增量供给之后经过预定时间时的NOx净化率来判断喷射阀4的异常。即，当经过预定时间时的NOx净化率低于阈值时，可判断为喷射阀4有异常。在本实施例中，进行这些判断的ECU10相当于本发明中的异常判断单元。

图4是表示NOx净化率的变化的图。实线表示喷射阀4正常的情况，一点划线表示喷射阀4异常的情况。二点划线表示喷射阀4虽然正常、但尿素的供给量达到允许范围的下限值的情况。二点划线也可以是喷射阀4处于正常和异常的交界时的NOx净化率的变化。阈值是NOx净化率的允许范围的下限值。在A到B为止的期间内，从喷射阀4增量供给尿素，在B所示的时间之后，以通常的供给量供给尿素。B到C为止的期间是上述预定时间。

即，假设尿素的供给量达到允许范围的下限值时的NOx净化率达到阈值的时期，是预定时间的结束。在喷射阀4正常、但尿素的供给量达到允许范围的下限值时的NOx净化率的变化，可通过推测吸附于催化剂3的氨量而得到。另外，也以可通过实验而得到。即，如果从尿素的增量供给结束时开始到经过了预定时间时的实际的NOx净化率低于阈值，则可判断为喷射阀4异常。

此外，在催化剂3老化的情况下，即使尿素的供给量足够多，催化剂3也难以吸附氨。即，尿素的增量供给刚结束之后，NOx净化率低，且之后NOx净化率为低的恒定值的状态。而即使在催化剂3老化时，只要根据NOx量供给尿素，就能够得到高于阈值的NOx净化率。即，根据NOx净化率能够区分喷射阀4异常的情况和催化剂3老化的情况。

图5表示用于推测NOx净化率的框图。该NOx净化率是喷射阀4正常但尿素的供给量达到允许范围的下限值时的NOx净化率。另外，也可以设为喷射阀4处于正常和异常的交界时的NOx净化率的推测值。

供给量指令值是指由ECU10算出的尿素的供给量。异常系数是指喷射阀4异常时的供给量相对于新品时的供给量的比。该异常系数取决于根据什么程度的供给量的下降判断为喷射阀4的异常。该异常时的尿素的供给量可以设为允许范围的下限值。即，通过用供给量指令值乘以异常系数，能得到喷射阀4正常但尿素的供给量达到允许范围的下限值时的供给量。该异常时的氨供给量在图5中表示为“供给氨”。异常系数是根据内燃机1的种类、废气净化系统的种类而不同的值。

图5中的加入的NOx量是指流入到催化剂3中的NOx量。另外，氨换算系数是指用于还原每单位质量的NOx所需的氨量。即，通过用加入的NOx量乘以氨换算系数，能求出用于还原该加入的NOx量所需的氨量。

净化效率映射是指将氨的吸附量与NOx净化率的关系映射化。在此，图6是表示氨的吸附量与NOx净化率的关系的图。该关系可通过实验等得到。吸附量越多，NOx净化率越高，但升高的程度变小。并且，与NOx净化率对应的氨被消耗。即，在催化剂3中，与加入的NOx量及净化率映射对应的量的氨被实际消耗。在图5中该实际的氨消耗量以“消耗氨”表示。

图5中的吸附量是指吸附于催化剂3的氨量。在此，吸附量随着“供给氨”和“消耗氨”而变化。即，通过将过去的吸附量加上“供给氨”并减去“消耗氨”，可算出现阶段的吸附量。

另外，推测净化率是指现阶段的NOx净化率的推测值。即，根据吸附量和净化率映射，推测现阶段的NOx净化率。

通过该推测净化率，能够得到尿素的供给量达到允许范围的下限值时的NOx净化率的变化。并且，在本实施例中，这样推测NOx净化率的ECU10，相当于本发明中的推测单元。

此外，在计算推测净化率时，也可以假设内燃机1起动时的催化剂3未吸附氨。即，可以将图5中的吸附量的初始值设为0。由此，对于废气净化，以条件最差的状态进行推测。在此，当喷射阀4没有异常时，保持催化剂3以一定程度吸附氨的状态。并且，内燃机1起动时也存在氨以一定程度被吸附的情况。

在本实施例中，无论吸附量的实际的初始值是怎样的值，只要条件成立，就执行尿素的增量供给。在此，通过将吸附量的初始值设为0，与实际的吸附量大于0时相比，NOx净化率下降到阈值为止所需的时间缩短。即，图4中从B到C的时间缩短，因此进行喷射阀4的异常判断的时期提前。这样一来，即使喷射阀4有异常，也有可能在实际的NOx净化率达到阈值之前变为进行异常判断的时期。这种情况下，判断为喷射阀4没有异常，但实际的NOx净化率比阈值高，因此在废气净化方面没有问题。并且，图5所示的框图中推测NOx净化率只是为了得到进行异常判断的时期，因此无需正确求出实际的NOx净化率。

即，当吸附量的初始值是0时，对于废气净化而言是条件最差的状态，但此时只要实际的NOx净化率在阈值以上，就可判断为喷射阀4无异常。并且，图4中从B到C的时间变短，因此可更早地判断喷射阀4的异常。

图7是表示判断本实施例中的喷射阀4的异常的流程的流程图。本程序每一定期间执行一次。

在步骤S101中，判断是否进行了从喷射阀4增量供给尿素的控制。即，判断是否变为了一定程度的氨吸附于催化剂3的状态。在步骤S101中，当作出肯定判断时，前进到步骤S102，当作出否定判断时，结束本程序。

在步骤S102中，判断从喷射阀4增量供给尿素的控制结束后，是否经过了预定时间。即，当喷射阀4有异常时，判断是否经过了该异常的影响体现在NOx净化率上为止的时间。即，判断是否变为了图4中C所示的时期。在步骤S102中，当作出肯定判断时，前进到步骤S103，当作出否定判断时，再次执行步骤S102。

在步骤S103中，判断实际的NOx净化率是否为阈值以上。实际的NOx净化率由第一NOx传感器6和第二NOx传感器8计算。在步骤S103中作出肯定判断时，在步骤S104中存储为喷射阀4正常。在步骤S103中作出否定判断时，在步骤S105中存储为喷射阀异常。

如上所述，根据本实施例，能够通过NOx净化率的变化判断喷射阀4的异常。即，能够判断尿素的供给不足。此时，能与催化剂3的老化相区别。并且，由于可利用现有的NOx传感器进行判断，因此无需另行增设装置。而且，在判断喷射阀4的异常时，无需特别的运转条件，因此可迅速地进行判断。

此外，在本实施例中，说明了使用氨作为还原剂的选择还原型NOx催化剂，但对于使用其他还原剂(例如HC)的选择还原型NOx催化剂也同样可以应用。

实施例2

在本实施例中，反馈控制尿素的供给量时，确定发生了喷射阀4的异常和催化剂3的老化中的哪一种。

在此，催化剂3的老化程度越高，该催化剂3吸附的氨量越减少，因此未被该催化剂3吸附而穿透的氨量变多。并且，在第二NOx传感器8中，检测NOx及氨。即，随着催化剂3的不断老化，穿透催化剂3的氨变多，因此第二NOx传感器8的输出值变大。这样一来，由ECU算出的表观上的NOx净化率下降。

并且，在本实施例中，反馈控制尿素供给量，以使NOx净化率达到最高。该尿素供给量的反馈控制例如如下进行。在此，无论NOx穿透催化剂3或氨穿透催化剂3，第二NOx传感器8的输出值都变大。因此，无论NOx穿透催化剂3或氨穿透催化剂3，NOx净化率均降低。

在此，当催化剂3未老化时，考虑实际供给的氨量相对于用于完全还原流入到催化剂3中的NOx量所需的氨量的比(以下称为供给比)。在催化剂3未老化、且供给比为1时，供给NOx的还原所需的足够量的氨，因此NOx净化率达到最高。并且，供给比与1相比越小，因氨不足而未被还原的NOx量越多，因此第二NOx传感器8检测出的NOx量增加。由此，NOx净化率下降。另外，供给比与1相比越大，由于氨过多，穿透催化剂3的氨量增加。并且，氨也被第二NOx传感器8检测到，因此表观上的NOx净化率下降。即，当供给比为1时，NOx净化率最高，供给比与1相比越小或越大时，NOx净化率越下降。

另一方面，在催化剂3老化、且供给比为1时，因老化而未被吸附的氨穿透催化剂3，因此第二NOx传感器8检测到氨。并且，供给比与1相比越大，穿透催化剂3的氨量越多。而另一方面，供给比与1相比越小，穿透催化剂3的氨量越减少。即，供给比在1附近时，供给比越小，表观上的NOx净化率越上升。但当供给比过小时，未被还原的NOx量的影响变大。因此，当供给比小到一定程度时，供给比越小则NOx净化率越下降。即，当催化剂3老化时，在小于1的供给比下，NOx净化率达到最高。通常，供给尿素以使供给比为1。对此，当供给比小于1时，如果NOx净化率下降，则可判断为催化剂3未老化，如果NOx净化率上升，则可判断为催化剂3老化。

这样，通过改变尿素供给量，NOx净化率改变。并且，可判断是尿素供给量的增加或减少中的哪一个能提高NOx净化率，因此能够进行尿素供给量的反馈控制。此外，在本实施例中，进行尿素供给量反馈控制的ECU10相当于本发明中的反馈控制单元。

并且，根据NOx净化率反馈控制尿素供给量时，当喷射阀4有异常时，通过增加尿素供给量，实际的供给比接近1，因此进行校正，以使尿素供给量增加。而另一方面，当催化剂3老化时，在供给比小于1时，NOx净化率达到最高，因此进行校正，以减少尿素供给量。

即，在喷射阀4异常时和催化剂3老化时，尿素供给量的校正方向不同，因此根据校正值可确定发生了哪一种。当校正量是使尿素供给量增加的值时，可确定为喷射阀4有异常，当校正量是使尿素供给量减少的值时，可确定为催化剂3已老化。此外，这样的反馈控制仅在限定的运转状态下可行，因此并不一定总是可以进行反馈控制。

图8是表示未进行尿素供给量的反馈控制时的NOx净化率的变化的时间图。这也是实施例1中的情况。而图9是表示进行尿素供给量的反馈控制时的NOx净化率及尿素供给量的反馈值(校正系数)的变化的时间图。在图8及图9中，实线表示喷射阀4及催化剂3正常、但尿素的供给量达到允许范围下限值的情况。另外，一点划线表示喷射阀4异常且催化剂3正常的情况，二点划线表示喷射阀4正常且催化剂3老化的情况。从B到C是实施例1中的预定时间。

在未进行尿素供给量的反馈控制时(图8)，在C所示的时间下，在催化剂3的老化和喷射阀4的异常下NOx净化率明显不同，因此仅通过该NOx净化率就能够区分两者。在此，由于催化剂3老化，因此在B所示的时间附近，由于氨的穿透而表观上的NOx净化率下降。但之后氨的供给量变为与NOx量对应的值，因此氨的穿透逐渐减少。因此，随着时间推移NOx净化率上升，最终为与催化剂3的老化程度对应的值。此时的NOx净化率比喷射阀4异常时高。因此，当催化剂3老化时，NOx净化率随时间的经过而逐渐上升，由此可与喷射阀4异常时区分开。

但是，在进行尿素供给量的反馈控制时(图9)，在C所示的时间下，NOx净化率均比阈值低，因此仅以此无法区分催化剂3的老化和喷射阀4的异常。

因此，关注尿素供给量的反馈值。该反馈值用于与尿素的供给量相乘。即，当反馈值小于1时，尿素的供给量减少。另外，当反馈值大于1时，尿素的供给量增加。

即，当反馈值大于1时，因氨不足而可确定为喷射阀4异常，当反馈值小于1时，因氨穿透而可确定为催化剂3老化。

图10是表示判断本实施例中的喷射阀4的异常的流程的流程图。本程序每一定期间执行一次。此外，对于进行与图7所示的流程相同的处理的步骤，赋予同样的标记并省略说明。

在步骤S201中，判断是否进行尿素供给量的反馈控制。在步骤S201中，当作出肯定判断时，前进到步骤S101，当作出否定判断时，图7所示的流程就已足够，因此结束本程序。

在步骤S202中，判断尿素供给量的校正系数是否大于1。在本步骤中，判断尿素供给量是否增加。此外，反馈控制在通过对基准值的加减来进行时，进行校正量是否是正值的判断。

在步骤S202中作出肯定判断时，前进到步骤S105，存储为喷射阀4异常。在步骤S202中作出否定判断时，前进到步骤S203，存储为催化剂3老化。

如上所述，根据本实施例，即使在进行尿素供给量的反馈控制时，也能区分出喷射阀4的异常和催化剂3的老化。

Claims (12)

1.一种废气净化装置的异常检测装置，其特征在于，具有：

选择还原型NOx催化剂，通过设置在内燃机的废气通路上的还原剂，选择还原NOx；

还原剂供给单元，从所述选择还原型NOx催化剂的上游侧供给还原剂；

下游侧NOx量检测单元，检测所述选择还原型NOx催化剂下游的NOx量；

上游侧NOx量检测单元，检测所述选择还原型NOx催化剂上游的NOx量；

净化率计算单元，根据由所述下游侧NOx量检测单元检测出的NOx量和由所述上游侧NOx量检测单元检测出的NOx量，计算出所述选择还原型NOx催化剂中的NOx净化率；

吸附判断单元，在假设所述还原剂供给单元没有异常的情况下，判断是否预定量以上的还原剂吸附于所述选择还原型NOx催化剂；

供给量计算单元，计算用于还原由所述上游侧NOx量检测单元检测出的NOx量所需的还原剂供给量；和

异常判断单元，通过所述吸附判断单元判断为预定量以上的还原剂吸附于所述选择还原型NOx催化剂后，开始由所述供给量计算单元计算出的量的还原剂的供给，然后根据经过预定时间时的所述NOx净化率，判断所述还原剂供给单元的异常。

2.如权利要求1所述的废气净化装置的异常检测装置，其特征在于，所述吸附判断单元，在吸附于所述选择还原型NOx催化剂的还原剂的量少于预定量的条件成立后，只要是与该条件不成立时相比增量供给了还原剂之后，则判断为预定量以上的还原剂吸附于所述选择还原型NOx催化剂。

3.如权利要求1所述的废气净化装置的异常检测装置，其特征在于，

具有推测单元，推测来自所述还原剂供给单元的还原剂的供给量达到允许范围的下限值时的NOx净化率的变化，

所述预定时间，是从通过所述吸附判断单元检测到还原剂的供给到所述推测单元推测出的NOx净化率下降到阈值为止所需的时间。

4.如权利要求2所述的废气净化装置的异常检测装置，其特征在于，

具有推测单元，推测来自所述还原剂供给单元的还原剂的供给量达到允许范围的下限值时的NOx净化率的变化，

所述预定时间，是从通过所述吸附判断单元检测到还原剂的供给到所述推测单元推测出的NOx净化率下降到阈值为止所需的时间。

5.如权利要求3所述的废气净化装置的异常检测装置，其特征在于，所述推测单元将所述选择还原型NOx催化剂中的还原剂的吸附量的初始值设为0来推测NOx净化率。

6.如权利要求4所述的废气净化装置的异常检测装置，其特征在于，所述推测单元将所述选择还原型NOx催化剂中的还原剂的吸附量的初始值设为0来推测NOx净化率。

7.如权利要求1至6中任一项所述的废气净化装置的异常检测装置，其特征在于，所述异常判断单元，在经过所述预定时间时由所述净化率计算单元算出的NOx净化率低于阈值时，判断为所述还原剂供给单元有异常。

8.如权利要求1至6中任一项所述的废气净化装置的异常检测装置，其特征在于，所述异常判断单元，根据由所述供给量计算单元算出的量的还原剂的供给开始时的NOx净化率和经过所述预定时间时的NOx净化率，求出NOx净化率的下降程度，当该NOx净化率的下降程度大于阈值时，判断为所述还原剂供给单元有异常。

9.如权利要求1所述的废气净化装置的异常检测装置，其特征在于，

所述下游侧NOx量检测单元也检测还原剂量，

所述净化率计算单元将由所述下游侧NOx量检测单元检测出的还原剂量作为NOx量来计算NOx净化率，

具有反馈控制单元，根据所述NOx净化率，进行由所述还原剂供给单元供给的还原剂量的反馈控制，

在通过所述异常判断单元判断为所述还原剂供给单元有异常的情况下，当通过所述反馈控制单元使还原剂供给量比基准值减少时，判断为不是所述还原剂供给单元的异常，而是所述选择还原型NOx催化剂的老化。

10.一种废气净化装置的异常检测方法，其特征在于，包括：

第一工序，在假设还原剂的供给量没有异常的情况下，判断是否预定量以上的还原剂吸附于在内燃机的废气通路上设置的选择还原型NOx催化剂；

第二工序，在所述第一工序中判断为预定量以上的还原剂吸附于所述选择还原型NOx催化剂后，供给用于还原流入到所述选择还原型NOx催化剂中的NOx所需的量的还原剂；和

第三工序，根据从所述第二工序开始经过预定时间时的NOx净化率，判断还原剂的供给不足。

11.如权利要求10所述的废气净化装置的异常检测方法，其特征在于，在所述第一工序中，在所述选择还原型NOx催化剂的温度上升到还原剂的脱附温度后，与小于该脱附温度时相比增量供给还原剂，此时，判断为预定量以上的还原剂吸附于所述选择还原型NOx催化剂。

12.如权利要求10或11所述的废气净化装置的异常检测方法，其特征在于，在所述第三工序中，当NOx净化率低于阈值时，判断为发生了还原剂的供给不足。

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