CN102893004B - NOx传感器诊断装置以及SCR系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够考虑环境条件来诊断NOx传感器的准确性，并且能够防止误诊断的NOx传感器诊断装置以及SCR系统。该NOx传感器诊断装置设置于发动机E的排气管（102），并对检测废气中的NOx浓度的NOx传感器（110）进行诊断，该NOx传感器诊断装置具有：计算值运算部（2），基于发动机（E）的运转状态求出废气中的NOx浓度的计算值；异常判断部（3），当由计算值运算部（2）求出的NOx浓度的计算值与NOx传感器（110）检测到的NOx浓度的检测值的背离比判断用阈值大时，判断为NOx传感器（110）异常；以及判断用阈值设定部（4），基于用于冷却发动机（E）的冷却水的温度、大气压以及外气温度来设定判断用阈值。

Description

NOx传感器诊断装置以及SCR系统

技术领域

本发明涉及对NOx传感器的准确性（妥当性）进行诊断的NOx传感器诊断装置以及SCR系统。

背景技术

作为用于净化柴油发动机的废气中的NOx的废气净化系统，开发了使用选择性催化还原装置（以下称为SCR装置）的SCR系统。

此SCR系统向SCR装置的废气上游供给尿素水，通过废气的热量生成氨，通过此氨在SCR催化剂上还原并净化NOx（例如，参照专利文献1）。

在SCR系统中，根据废气中的NOx浓度来控制尿素水的喷射。为了此控制，在排气管上设置了NOx传感器。

当此NOx传感器的检测值不准确时，不能恰当地对尿素水的喷射进行控制，所以在SCR系统中具有对NOx传感器的准确性进行诊断的NOx传感器诊断装置。

在以往的NOx传感器诊断装置中，当根据发动机的运转状态决定的NOx浓度的计算值与NOx传感器检测到的NOx浓度的检测值之间的背离（乖離）比规定的阈值大时，诊断为NOx传感器中发生了异常（例如，参照专利文献2）。

现有技术文献（专利文献）

专利文献1：日本特开2000-303826号公报

专利文献2：日本特开2009-128237号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，在以往的NOx传感器诊断装置中，仅通过发动机的运转状态来决定NOx浓度的计算值，完全不考虑环境条件。

例如，在以往的NOx传感器诊断装置中，在高原或寒冷地带等特殊环境下，如果发动机的运转状态相同，则基本上为大致相同的NOx浓度的计算值。对此，实际上用NOx传感器测量的NOx浓度的检测值在特殊环境下EGR（Exhaust Gas Recirculation：废气再循环）量降低等，因而变动较大。其结果是，NOx浓度的计算值与检测值的背离变大，尽管NOx传感器内没有异常，也可能误判断为NOx传感器异常。

另外，在以往的NOx传感器诊断装置中，在EGR中断的状态和EGR未中断的状态下，使用不同的模式来求出NOx浓度的计算值，但不能使NOx浓度的计算值跟踪EGR量的变化，特别在EGR量降低的区域内，不能避免NOx浓度的计算值与检测值的背离增大的情况。

因此，本发明的目的在于，提供一种解决上述课题，并且能够考虑环境条件来诊断NOx传感器的准确性，能够防止误诊断的NOx传感器诊断装置以及SCR系统。

用于解决问题的手段

本发明是为了实现上述目的而发明的，该NOx传感器诊断装置设置于发动机的排气管，用于对检测废气中的NOx浓度的NOx传感器进行诊断，该NOx传感器诊断装置具有：计算值运算部，基于上述发动机的运转状态求出废气中的NOx浓度的计算值；异常判断部，当用上述计算值运算部求出的NOx浓度的计算值与上述NOx传感器检测到的NOx浓度的检测值的背离比判断用阈值大时，判断为上述NOx传感器异常；以及判断用阈值设定部，基于用于冷却上述发动机的冷却水的温度、大气压以及外气温度来设定上述判断用阈值。

也可以是，还具有通过冷却水的温度、大气压以及外气温度来参照的上述判断用阈值的映射（マップ），上述判断用阈值设定部参照上述映射来设定上述判断用阈值。

另外，本发明为SCR系统，该SCR系统具有：选择性催化还原装置，设置于发动机的排气管；计量阀（ドージングバルブ），在上述选择性催化还原装置的上游侧喷射尿素水；上述NOx传感器，设置在上述选择性催化还原装置的上游侧；以及尿素水喷射控制部，根据用上述NOx传感器检测到的NOx浓度的检测值来控制尿素水喷射量，该SCR系统还具有：技术方案1或2所述的NOx传感器诊断装置。

发明的效果

通过本发明，能够提供一种能够考虑环境条件来诊断NOx传感器的准确性，并且能够防止误诊断的NOx传感器诊断装置以及SCR系统。

附图说明

图1是具有本发明的一个实施方式涉及的NOx传感器诊断装置的SCR系统的概略结构图。

图2是图1的SCR系统中的DCU的输入输出结构图。

图3是本发明中的NOx传感器诊断装置的结构图。

图4是表示图3的NOx传感器诊断装置的控制流程的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的优选的实施方式。

首先，说明车辆上搭载的SCR系统。

如图1所示，SCR系统100主要具有：SCR装置103，设置于发动机E的排气管102；计量阀（尿素喷射装置，计量模块）104，在SCR装置103的上游侧（废气的上游侧）喷射尿素水；尿素罐105，贮存尿素水；供给模块106，向计量阀104供给贮存在尿素罐105内的尿素水；以及DCU（Dosing Control Unit：电控单元）126，控制计量阀104、供给模块106等。

在发动机E的排气管102内，从废气的上游侧至下游侧依次配置DOC（Diesel Oxidation Catalyst；氧化催化剂）107、DPF（DieselParticulate Filter：柴油微粒过滤器）108、SCR装置103。DOC107将从发动机E排出的废气中的NO氧化为NO2，控制废气中的NO与NO2的比率，并提高SCR装置103中的脱硝效率。另外，DPF108收集废气中的PM（Particulate Matter：颗粒物）。

在SCR装置103的上游侧的排气管102内设置计量阀104。计量阀104是喷口设置于充满高压尿素水的汽缸并且堵住其喷口的阀体安装于阀芯（プランジャ）的结构，通过向线圈通电来拉起阀芯，由此使阀体从喷口分离并喷射尿素水。在停止向线圈通电时，通过内部的弹力来拉下阀芯从而阀体堵住喷口，所以尿素水的喷射停止。

在计量阀104的上游侧的排气管102内，设置排气温度传感器109，该排气温度传感器109测量SCR装置103入口的废气的温度（SCR入口温度）。另外，在SCR装置103的上游侧（在此是排气温度传感器109的上游侧）设置上游侧NOx传感器110，该上游侧NOx传感器110检测SCR装置103的上游侧的NOx浓度，在SCR装置103的下游侧设置下游侧NOx传感器111，该下游侧NOx传感器111检测SCR装置103的下游侧的NOx浓度。

供给模块106具有：SM泵112，压送尿素水；SM温度传感器113，测量供给模块106的温度（流经供给模块106的尿素水的温度）；尿素水压力传感器114，测量供给模块106内的尿素水的压力（SM泵112的排出侧的压力)；以及回流阀（リバーティングバルブ）115，通过切换尿素水的流路来切换向计量阀104供给来自尿素罐105的尿素水或者使计量阀104内的尿素水返回尿素罐105。在此，回流阀15打开（ON）时，向计量阀104供给来自尿素罐105的尿素水，回流阀15关闭（OFF）时，使计量阀104内的尿素水返回尿素罐105。

当切换为回流阀115向计量阀104供给尿素水时，供给模块106用其SM泵112通过送液管路116吸入尿素罐105内的尿素水，并通过压送管路117向计量阀104供给，并通过回收管路118将剩余的尿素水返回尿素罐105。

在尿素罐105内设置SCR传感器119。SCR传感器119具有：水位传感器120，测量尿素罐105内的尿素水的液面高度（水位）；温度传感器121，测量尿素罐105内的尿素水的温度；以及质量传感器122，测量尿素罐105内的尿素水的质量。质量传感器122通过例如超声波的传播速度或导电率来检测尿素水的浓度或尿素水中是否混合了异质混合物，来检测尿素罐105内的尿素水的质量。

在尿素罐105和供给模块106上，连接冷却管路123，该冷却管路123供用于冷却发动机E的冷却水循环。冷却管路123在尿素罐105内通过，在流经冷却管路123的冷却水与尿素罐105内的尿素水之间进行热交换。同样地，冷却管路123在供给模块106内通过，在流经冷却管路123的冷却水与供给模块106内的尿素水之间进行热交换。

在冷却管路123上设置罐加热阀（冷却阀）124，该罐加热阀124切换是否向尿素罐105和供给模块106供给冷却水。另外，在计量阀104上也连接冷却管路123，但无论罐加热阀124的开闭都向计量阀104供给冷却水。另外，在图1中将图简略化而未表示，冷却管路123沿着尿素水经过的送液管路116、压送管路117、回收管道118配设。

图2中表示了DCU126的输入输出结构图。

如图2所示，在DCU126上连接有来自上游侧NOx传感器110、下游侧NOx传感器111、SCR传感器119（水位传感器120、温度传感器121、质量传感器122）、排气温度传感器109、供给模块106的SM温度传感器113和尿素水压力传感器114以及对发动机E进行控制的ECM（Engine Control Module：发动机控制模块）125的输入信号线。从ECM125输入了外气温度、发动机参数（发动机转数等）的信号。

另外，在DCU126上连接针对罐加热阀124、供给模块106的SM泵112和回流阀115、计量阀104、上游侧NOx传感器110的加热器、下游侧NOx传感器111的加热器的输出信号线。另外，关于DCU126与各部件的信号的输入输出可以是通过个别的信号线的输入输出、通过CAN（Controller Area Network：控制器区域网络）的输入输出中的任一种输入输出。

在DCU126上搭载尿素水喷射控制部127，该尿素水喷射控制部127根据由上游侧NOx传感器110检测到的NOx浓度的检测值来控制尿素水喷射量。尿素水喷射控制部127基于来自ECM125的发动机参数的信号以及来自排气温度传感器109的废气温度来推算废气中的NOx的量，并且基于推算出的废气中的NOx的量来决定从计量阀104喷射的尿素水量，并且，当以由计量阀104决定的尿素水量来喷射时，基于上游侧NOx传感器110的检测值来控制计量阀104，并调整从计量阀104喷射的尿素水量。

另外，本实施方式涉及的SCR系统100具有对上游侧NOx传感器110的准确性进行诊断的NOx传感器诊断装置1。虽然SCR系统100具有两个NOx传感器110、111，但NOx传感器诊断装置1是对在SCR装置103的上游侧设置的上游侧NOx传感器110的准确性进行诊断的。

如图3所示，NOx传感器诊断装置1具有：计算值运算部2，基于发动机E的运转状态（基于来自ECM125的发动机参数）来求出废气中的NOx浓度的计算值；异常判断部3，当用计算值运算部2求出的NOx浓度的计算值与上游侧NOx传感器110检测到的NOx浓度的检测值的背离比判断用阈值大时，判断为上游侧NOx传感器110异常；以及判断用阈值设定部4，基于用于冷却发动机E的冷却水的温度、大气压以及外气温度来设定判断用阈值。

计算值运算部2、异常判断部3以及判断用阈值设定部4搭载在DCU126上。通过CAN从ECM125向DCU126输入冷却水的温度、大气压以及外气温度的信号。也可以使用吸气歧管的温度（吸气温度）的信号作为外气温度的信号。

在本实施方式中，当NOx浓度的计算值与NOx浓度的检测值的比率（NOx浓度的检测值／NOx浓度的计算值）比判断用阈值大时，异常判断部3判断为上游侧NOx传感器110异常。当异常判断部3判断为上游侧NOx传感器110异常时，通过将未图示的警告灯（CEL（Check Engine Lamp：检查发送机灯）或MIL（Mulfunction IndicatorLamp））来警告驾驶员。

另外，NOx传感器诊断装置1还具有通过冷却水的温度、大气压及外气温度来参照的判断用阈值的映射5。判断用阈值的映射5是按照冷却水的温度、大气压及外气温度来设定判断用阈值的映射。判断用阈值设定部4参照判断用阈值的映射5来设定判断用阈值。判断用阈值的映射5搭载在DCU126内。

在本实施方式中，作为判断用阈值的映射5，使用通过冷却水的温度参照的第一系数映射5a以及通过大气压和外气温度参照的第二系数映射5b，通过将通过第一系数映射5a得到的第一系数与通过第二系数映射5b得到的第二系数相乘来求出判断用阈值。另外，不限于此，也可以使用通过冷却水的温度、大气压以及外气温度来参照的三维映射作为判断用阈值的映射5。

通过预先实验，使冷却水的温度、大气压以及外气温度的环境条件不同并检测实际的废气中的NOx浓度，并且求出NOx浓度的计算值与NOx浓度的检测值的比率，并在求出的比率上加上考虑了传感器的偏差等后的变动容许值作为容限（マージン）来设定第一系数和第二系数。

接下来，用图4说明NOx传感器诊断装置1的控制流程。

如图4所示，首先，在步骤S1，计算值运算部2基于来自ECM125的发动机参数的信号求出NOx浓度的计算值。

在求出NOx浓度的计算值之后，在步骤S2，异常判断部3从上游侧NOx传感器110读入NOx浓度的检测值，并根据读入的NOx浓度的检测值和在步骤S1求出的NOx浓度的计算值，求出NOx浓度的计算值和检测值的比率h。

在步骤S3，判断用阈值设定部4通从ECM125取得冷却水的温度、大气压以及外气温度的数据。

在步骤S4，判断用阈值设定部4通过从ECM125取得的冷却水的温度来参照第一系数映射5a并求出第一系数。

在步骤S5，判断用阈值设定部4通过从ECM125取得的大气压和外气温度来参照第二系数映射5b并求出第二系数。

在步骤S6，判断用阈值设定部4将在步骤S4求出的第一系数与在步骤S5求出的第二系数相乘来求出判断用阈值Th。

在步骤S7，异常判断部3判断在步骤S2求出的NOx浓度的计算值和检测值的比率h是否比在步骤S6求出的判断用阈值Th大。当在步骤S7判断为为否（NO）时，认为上游侧NOx传感器110是正常的，所以就直接结束控制。

当在步骤S7判断为是（YES）时，认为在上游侧NOx传感器110内发生了异常，所以异常判断部3点亮CEL或MIL等警告灯（步骤S8），并结束控制。

如以上所说明的，本实施方式涉及的NOx传感器诊断装置1具有判断用阈值设定部4，该判断用阈值设定部4基于冷却水的温度、大气压以及外气温度来设定在异常判断部3使用的判断用阈值。

即，在NOx传感器诊断装置1中，并不修正由计算值运算部2求出的NOx浓度的计算值，根据环境条件来设定进行异常判断时的判断用阈值，由此可以防止无论上游侧NOx传感器110是否正常都误诊断为异常的情况。

由此，通过在以往的系统中追加判断用阈值设定部4这一简易的结构，能够进行考虑了环境条件后的上游侧NOx传感器110的准确性的诊断，即使在高原或寒冷地带等特殊环境下EGR量降低等时，也能够防止误诊断。

本发明并不限定于上述实施方式，只要不脱离本发明的宗旨，当然可以进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，使用NOx浓度的计算值与检测值的比率（NOx浓度的检测值／NOx浓度的计算值）作为表示NOx浓度的计算值与检测值的背离的值，但不限于此，也可以使用NOx浓度的计算值与检测值之差（绝对值）。

符号说明

1：NOx传感器诊断装置

2：计算值运算部

3：异常判断部

4：判断用阈值设定部

5：判断用阈值的映射

100：SCR系统

102：排气管

103：SCR装置（选择性催化还原装置）

104：计量阀

105：尿素罐

106：供给模块

110：上游侧NOx传感器（NOx传感器）

111：下游侧NOx传感器

125：ECM

126：DCU

127：尿素水喷射控制部

E：发动机

Claims (3)

1.一种NOx传感器诊断装置，设置于发动机的排气管，并对检测废气中的NOx浓度的NOx传感器进行诊断，该NOx传感器诊断装置具有：

计算值运算部，基于上述发动机的运转状态，求出废气中的NOx浓度的计算值；以及

异常判断部，当由上述计算值运算部求出的NOx浓度的计算值与上述NOx传感器检测到的NOx浓度的检测值的背离比判断用阈值大时，判断为上述NOx传感器异常，

该NOx传感器诊断装置的特征在于，

还具有基于用于冷却上述发动机的冷却水的温度、大气压以及外气温度来设定上述判断用阈值的判断用阈值设定部，

上述判断用阈值设定部基于在上述计算值运算部求出NOx浓度的计算值之后取得的冷却水的温度、大气压以及外气温度，来设定上述判断用阈值。

2.如权利要求1所述的NOx传感器诊断装置，其特征在于，还具有：

通过冷却水的温度、大气压及外气温度来参照的上述判断用阈值的映射，

上述判断用阈值设定部参照上述映射来设定上述判断用阈值。

3.一种SCR系统，其特征在于，具有：

选择性催化还原装置，设置于发动机的排气管；

计量阀，在上述选择性催化还原装置的上游侧喷射尿素水；

NOx传感器，设置于上述选择性催化还原装置的上游侧；

尿素水喷射控制部，根据由上述NOx传感器检测到的NOx浓度的检测值来控制尿素水喷射量；以及

权利要求1或2所述的NOx传感器诊断装置。