CN104854320B - 内燃机排气系统的异常检测装置 - Google Patents
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Abstract
在内燃机中，在内燃机排气通道内，从上游侧起依次配置有碳氢化合物供给阀(15)、NOX吸留催化剂(13)、颗粒过滤器(14)、电阻式传感器(29)。电阻式传感器(29)在其传感器部处附着有废气中所包含的粒状物质以及碳氢化合物时，会产生与粒状物质以及碳氢化合物的附着量相对应的输出值。并且根据电阻式传感器(29)的输出值的变化来辨别碳氢化合物是否穿过了NOX吸留催化剂(13)以及粒状物质是否穿过了颗粒过滤器(14)。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机排气系统的异常检测装置。
背景技术
公知一种内燃机，其中，在内燃机排气通道内配置颗粒过滤器，在颗粒过滤器下游的内燃机排气通道内配置用于对废气中所包括的粒状物质未被颗粒过滤器捕获而穿过了颗粒过滤器的情况进行检测的粒状物质检测传感器(例如参照专利文献1)。在该内燃机中，使用该粒状物质检测传感器而对例如在颗粒过滤器上产生了裂缝并由此使大量的粒状物质穿过了颗粒过滤器、即颗粒过滤器中产生了异常的情况进行检测。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-144577
发明内容
发明所要解决的课题
另一方面，在内燃机排气通道内配置在废气的空燃比为过稀时对NOX进行吸留、而在将废气的空燃比设为过浓时释放所吸留的NOX的NOX吸留催化剂，在NOX吸留催化剂上游的内燃机排气通道内配置碳氢化合物供给阀，在应当从NOX吸留催化剂释放NOX时从碳氢化合物供给阀喷射碳氢化合物从而使流入NOX吸留催化剂的废气的空燃比成为了过浓的情况下，如果NOX吸留催化剂发生劣化，则从碳氢化合物供给阀所喷射的碳氢化合物将会穿过NOX吸留催化剂。此时，如果能够检测出碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂的情况，则能够检测出NOX吸留催化剂已劣化的情况。
另外，在该情况下，从检测装置的简化以及制造成本的降低这样的观点来看，可以说优选为，通过一个传感器来对穿过了颗粒过滤器的粒状物质与穿过了NOX吸留催化剂的碳氢化合物进行检测。然而，由于穿过了颗粒过滤器的粒状物质与穿过了NOX吸留催化剂的碳氢化合物的性质不同，因此到目前为止还完全没有考虑到通过一个传感器来同时对粒状物质与碳氢化合物进行检测。
因此，本发明者对穿过了颗粒过滤器的粒状物质与穿过了NOX吸留催化剂的碳氢化合物的性质的不同加以研究，结果发现了能够通过一个传感器来对该粒状物质与碳氢化合物进行检测。
因此，本发明的目的在于提供一种内燃机排气系统的异常检测装置，该内燃机排气系统的异常检测装置可通过一个传感器来对穿过了颗粒过滤器的粒状物质与穿过了NOX吸留催化剂的碳氢化合物进行检测。
用于解决课题的方法
根据本发明，提供一种内燃机排气系统的异常检测装置，在所述内燃机中，于内燃机排气通道内配置在废气的空燃比过稀时吸留NOX并且能够通过将废气的空燃比设为过浓来释放所吸留的NOX的NOX吸留催化剂，NOX吸留催化剂上游的内燃机排气通道内配置碳氢化合物供给阀，在NOX吸留催化剂下游的内燃机排气通道内配置用于对废气中所包含的粒状物质进行捕获的颗粒过滤器，所述内燃机在应当从NOX吸留催化剂中释放出NOX时从碳氢化合物供给阀喷射碳氢化合物而将流入NOX吸留催化剂的废气的空燃比设为过浓，在所述内燃机排气系统的异常检测装置中，在颗粒过滤器下游的内燃机排气通道内配置电阻式传感器，所述电阻式传感器具有附着废气中所包含的粒状物质以及碳氢化合物的传感器部并且产生与向该传感器部附着的该粒状物质以及该碳氢化合物的附着量相对应的输出值，在为了从NOX吸留催化剂中释放出NOX而从碳氢化合物供给阀喷射了碳氢化合物时，碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂时的该电阻式传感器的输出值表现出，在以与粒状物质穿过了颗粒过滤器时相比而较快的速度进行了变化之后使变化方向改变为反向的举动，在该电阻式传感器的输出值发生了变化时，根据该电阻式传感器的输出值的该举动的差异，来辨别出在从碳氢化合物供给阀喷射了碳氢化合物时碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂、或是粒状物质穿过了颗粒过滤器。
发明效果
由于能够通过一个电阻式传感器来对穿过了颗粒过滤器的粒状物质与穿过了NOX吸留催化剂的碳氢化合物进行检测，因此能够使检测装置简化并且能够实现制造成本的降低。
附图说明
图1为压燃式内燃机的整体图。
图2中的图2A以及2B表示基于本发明的电阻式传感器。
图3为表示电阻式传感器的检测电路的图。
图4的图4A以及4B为表示附着于电阻式传感器的传感器部上的粒状物质PM的量与电阻值R的关系、以及附着于电阻式传感器的传感器部上的粒状物质PM的量与输出电压V的关系的图。
图5的图5A以及5B为用于对NOX吸留催化剂的氧化还原反应进行说明的图。
图6为用于对NOX吸留催化剂中的穿过碳氢化合物量等进行说明的图。
图7的图7A以及7B为表示附着于电阻式传感器的传感器部上的碳氢化合物HC的量与电阻值R的关系、以及附着于电阻式传感器的传感器部上的碳氢化合物HC的量与输出电压V的关系的图。
图8的图8A以及8B为表示电阻式传感器的输出电压V与车辆的行驶距离之间的关系的图。
图9为表示电阻式传感器的输出电压V等的变化的图。
图10的图10A、10B以及10C为表示电阻式传感器的输出电压V的变化的图。
图11为用于实施故障诊断的流程图。
图12为用于实施故障诊断的流程图。
图13为表示仅对图12所示的流程图的A部分进行表示的故障诊断的另外的实施例的流程图。
图14为表示仅对图12所示的流程图的A部分进行表示的故障诊断的更加另外的实施例的流程图。
具体实施方式
图1表示压燃式内燃机的全体图。
当参照图1时，1表示内燃机主体、2表示各气缸的燃烧室，3表示分别向各燃烧室2内喷射燃料的电子控制式燃料喷射阀，4表示进气歧管，5表示排气歧管。进气歧管4经由进气管道6而与排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口连结，且压缩机7a的入口经由空气流量计8而与空气滤清器9连结。在进气管道6内配置有通过执行器而被驱动的节气门10，在进气管道6周围配置有用于对在进气管道6内流动的吸入空气进行冷却的冷却装置11。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被向冷却装置11内进行引导，从而吸入空气通过内燃机冷却水而被冷却。
另一方面，排气歧管5与排气涡轮增压器7的排气汽轮机7b的入口连结，排气汽轮机7b的出口经由排气管12a而与NOX吸留催化剂13的入口连结。在NOX吸留催化剂13的下游配置有用于对废气中所包括的颗粒状物质、即粒状物质PM进行捕获的颗粒过滤器14，颗粒过滤器14的出口与排气管12b连结。在NOX吸留催化剂13上游的排气管12a内配置有碳氢化合物供给阀15，所述碳氢化合物供给阀15用于供给作为压燃式内燃机的燃料而被使用的由轻油及其他燃料组成的碳氢化合物。在图1所示的实施例中，作为从碳氢化合物供给阀15所供给的碳氢化合物使用了轻油。
另一方面，排气歧管5与进气歧管4经由废气再循环(以下，称为EGR)通道16而被相互连结。在EGR通道16内配置有电子控制式EGR控制阀17，并且在EGR通道16周围配置用于对流动于EGR通道16内的废气进行冷却的冷却装置18。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被向冷却装置18内进行引导，从而废气会通过内燃机冷却水而被冷却。此外，各燃料喷射阀3经由燃料供给管19而与共轨20连结，该共轨20经由电子控制式的喷出量可变的燃料泵21而与燃料罐22连结。燃料罐22内所贮留着的燃料通过燃料泵21而被供给到共轨20内，被供给至共轨20内的燃料经由各燃料供给管19而被供给至燃料喷射阀3。
电子控制单元30由数字计算机构成，且具备：通过双向母线31而被相互连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(微处理器)34、输入端口35以及输出端口36。在NOX吸留催化剂13的上游的排气管12a内配置有空燃比传感器23，且在NOX吸留催化剂13的入口部处配置有温度传感器24。此外，在NOX吸留催化剂13的出口部处配置有温度传感器25。并且，在颗粒过滤器14中安装有对用于对颗粒过滤器14的前后差压进行检测的差压传感器26。另一方面，在颗粒过滤器14下游的排气管12b内，配置有温度传感器27、空燃比传感器28、用于对粒状物质PM以及碳氢化合物HC进行检测的电阻式传感器29。
空燃比传感器23、28、温度传感器24、25、27、差压传感器26以及空气流量计8的输出信号分别经由各自所对应的AD转换器37而被输入至输入端口35。此外，电阻式传感器29的检测电路39的输出信号也经由所对应的AD转换器37而被输入至输入端口35。另一方面，在加速踏板40上连接有产生与加速踏板40的踩踏量L成正比的输出电压的负载传感器41，负载传感器41的输出电压经由所对应的AD转换器37而被输入至输入端口35。并且，在输入端口35连接有例如在曲轴每旋转15°时产生输出脉冲的曲轴转角传感器42。另一方面，输出端口36经由所对应的驱动电路38而与燃料喷射阀3、节气门10的驱动用作动器、碳氢化合物供给阀15、EGR控制阀17以及燃料泵21连接。
首先在最初，参照图2A以及2B而对配置于排气管12b内的电阻式传感器29进行说明。
图2A表示电阻式传感器29的传感器部的分解立体图，如图2A所示，电阻式传感器29的传感器部例如通过由氧化铝形成的一对平板状的电绝缘体50、51而构成。位于与电绝缘体51相反一侧的电绝缘体50的表面52暴露于流动于排气管12b内的废气中，位于电绝缘体51侧的电绝缘体50的反面上紧贴有电绝缘体51。在暴露于废气中的电绝缘体50的表面52上，带状的正电极53与带状的负电极54隔开相等的间隔而被相互配置。正电极53的一方的端部与在电绝缘体50的长度方向上延伸的共同的电极端子55连结，负电极54的一方的端部也与在电绝缘体50的长度方向上延伸的共同的电极端子56连结。因此，正电极53的整体形状以及负电极54的整体形状都成为梳齿状。另一方面，在电绝缘体50侧的电绝缘体51的表面上形成有薄膜电加热器57。
图2B表示沿着图2A的B-B截面而观察到的电绝缘体50的表面52的放大截面图。另外，在图2B中，黑色块状物图解性地表示附着于电绝缘体50的表面52上的粒状物质PM。粒状物质PM由包含炭的各种物质组成，该粒状物质PM具有导电性且具有粘性。因此，当在废气中包括有粒状物质PM时，该粒状物质PM会渐渐地堆积于电绝缘体50的表面52上，当在带状的正电极53与带状的负电极54之间的电绝缘体50的表面52上被粒状物质PM填满时，正电极53与负电极54之间的电阻值会下降。即，当在废气中包含粒状物质PM时，正电极53与负电极54之间的电阻值会随着时间的经过而减少。因此，能够根据正电极53与负电极54之间的电阻值的变化来检测出废气中所包含的粒状物质PM的累计值。
图3表示电阻式传感器29的检测电路39。如图3所示，检测电路39具有电源58与固定电阻59。另一方面，在图3中，57表示由粒状物质PM在正电极53与负电极54之间所形成的可变电阻，该可变电阻57与固定电阻59相对于电源58而被串联连接。当粒状物质PM的向电绝缘体50的表面52的附着量增大时，可变电阻57的电阻值会降低，并且为了使流过可变电阻57的电流增大，需使可变电阻57的两端之间的电压增大。将该可变电阻57的两端之间的电压设为输出电压V而从检测电路59输出。以下，将该输出电压V称为电阻式传感器29的输出电压V。另外，还能够将可变电阻57的电阻值的变化作为输出电流而取出，因此，将该输出电压V以及输出电流统称为电阻式传感器29的输出值。
图4A表示附着于电阻式传感器29的传感器部上的粒状物质PM的量和正电极53与负电极54之间的电阻值R的关系，图4B表示附着于电阻式传感器29的传感器部上的粒状物质PM的量与电阻式传感器29的输出电压V的关系。根据图4A可知，附着于电阻式传感器29的传感器部上的粒状物质PM的量越增大，则正电极53与负电极54之间的电阻值R越降低，根据图4B可知，附着于电阻式传感器29的传感器部上的粒状物质PM的量越增大，则电阻式传感器29的输出电压V越增大。
接下来，对NOX吸留催化剂13的功能进行说明。图5A以及5B图解性地表示排气净化催化剂13的基体上所负载的催化剂载体的表面部分。在该排气净化催化剂13中，如图5A以及5B所示，例如在由氧化铝构成的催化剂载体60上负载有稀有金属催化剂61、62，并且在该催化剂载体60上形成有碱性层，所述碱性层包括选自钾K、钠Na、铯Cs这样的碱性金属、钡Ba、钙Ca这样的碱土金属、镧系元素这样的稀土类、以及银Ag、铜Cu、铁Fe、铱Ir这样的可向NOX供应电子的金属中的至少一种。
另一方面，在图5A以及5B中，稀有金属催化剂61由铂Pt构成，稀有金属催化剂62由铑Rh构成。另外在该情况下，稀有金属催化剂61、62也可以均由铂Pt构成。此外，排气净化催化剂13的催化剂载体60上可以除了铂Pt以及铑Rh之外还负载有钯Pd，或者也可以代替铑Rh而负载有钯Pd。即，在催化剂载体60上所负载的稀有金属催化剂61、62由铂Pt、铑Rh以及钯Pd中的至少一种而构成。
接下来，在流入NOX吸留催化剂13中的废气的空燃比为过稀时，如图5A所示，废气中所包含的NO的一部分在铂61上被氧化而成为NO2，接下来该NO2进一步被氧化并以硝酸离子NO3 -的形式被吸收至碱性层63内。接下来，该硝酸离子NO3 -在碱性层63内进行扩散，从而成为硝酸盐。即，此时废气中的NOX以硝酸盐的形式而被吸收至碱性层63内。然而，当以硝酸盐的形式而被吸收至碱性层53内的NOX的量增大时，NOX净化率会降低，因此在以硝酸盐的形式而被吸收至碱性层63内的NOX的量增大时，需要将被吸收至碱性层63内的NOX从碱性层63释放。
在该情况下，当通过从碳氢化合物供给阀15供给碳氢化合物而使流入NOX吸留催化剂13的废气的空燃比过浓时，能够使被吸收至碱性层63内的NOX从碱性层63释放。图5B表示像这样在NOX以硝酸盐的形式被吸收至碱性层63内时，将流入NOX吸留催化剂13内的废气的空燃比设为了过浓的情况。在该情况下废气中的氧浓度降低，因此反应向反方向(NO3 -→NO2)进行，这样，被吸收至碱性层53内的硝酸盐依次成为硝酸离子NO3 -并如图5B所示而以NO2的形式从碱性层63被释放。接下来，释放出的NO2会通过废气中所包括的碳氢化合物HC以及CO而被还原。
因此，在本发明中，对以硝酸盐的形式被吸收至碱性层63内的NOX的量例如通过计算而进行推断，在推断为以硝酸盐的形式而被吸收至碱性层63内的NOX的量超过了容许值时，从碳氢化合物供给阀15供给碳氢化合物以使流入NOX吸留催化剂13的废气的空燃比成为过浓。在该情况下，仅使流入NOX吸留催化剂13的废气的空燃比稍微过浓不能够使NOX良好地从碱性层63释放，为了使NOX从碱性层63良好地释放，需要使流入NOX吸留催化剂13的废气的空燃比过浓且达到NOX的良好释放所需的程度。使流入NOX吸留催化剂13的废气的空燃比过浓且达到NOX的良好释放所需的程度的、从碳氢化合物供给阀15所喷射的碳氢化合物的喷射量，例如作为从燃料喷射阀3所喷射的喷射量Q以及内燃机转速N的函数而以映射图的形式被预先存储于ROM32内。
接下来，在通常情况下，如果能够通过存储于映射图中的喷射量来从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，则能够使NOX从碱性层63良好地释放。此时流入NOX吸留催化剂13的废气的空燃比(A/F)与穿过NOX吸留催化剂13的碳氢化合物量被表示在图6的(A)中。从图6的(A)可知，此时碳氢化合物几乎没有穿过NOX吸留催化剂13。另一方面，当NOX吸留催化剂13劣化时，即使以存储于映射图中的喷射量而从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，也不能够使所喷射的全部碳氢化合物均充分地灵活运用于NOX的释放中，因此在该情况下，如图6的(B)所示，穿过NOX吸留催化剂13的碳氢化合物量会增大。因此，如果能够检测出此时穿过的碳氢化合物量，则能够判断出NOX吸留催化剂13是否已劣化。
另外，在从碳氢化合物供给阀15喷射了碳氢化合物时，当设为碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂13时，该穿过了的碳氢化合物会附着于电阻式传感器29的电绝缘体50的表面52上。然而，由于电绝缘体50的表面52暴露于废气之中从而温度较高，因此在碳氢化合物的穿过量较少时，碳氢化合物刚一附着在电绝缘体50的表面52上便会燃烧掉。其结果为，在该情况下，碳氢化合物不会堆积于电绝缘体50的表面52上。然而在穿过了NOX吸留催化剂13的碳氢化合物的量较多的情况下，碳氢化合物会暂时堆积在电绝缘体50的表面52上。在该情况下，由于该碳氢化合物也具有导电性，从而当大量的碳氢化合物堆积于电绝缘体50的表面52上时，正电极53与负电极54之间的电阻值会下降。
另一方面，在堆积于电绝缘体50的表面52上的碳氢化合物进行堆积时会立刻燃烧，并从电绝缘体50的表面52上消失。因此，在大量的碳氢化合物堆积于电绝缘体50的表面52上时，正电极53与负电极54之间的电阻值会暂时下降，因此能够在从碳氢化合物供给阀15供给了碳氢化合物时能够检测出碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂13的情况。
图7A表示暂时性地附着于电阻式传感器29的传感器部上的碳氢化合物HC的量和此时正电极53与负电极54之间的电阻值R的关系，图7B表示暂时性地附着于电阻式传感器29的传感器部上的碳氢化合物HC的量和此时的电阻式传感器29的输出电压V的关系。从图7A可知，碳氢化合物HC暂时性地向电阻式传感器29的传感器部所附着的附着量越增大，则正电极53与负电极54之间的电阻值R越下降，从图7B可知，碳氢化合物HC的暂时性地向电阻式传感器29的传感器部所附着的附着量越增大，则电阻式传感器29的输出电压V越增大。
接下来，参照图8A以及8B来对颗粒过滤器14中的粒状物质PM的穿过进行说明。另外，图8A以及8B表示电阻式传感器29的输出电压V与车辆的行驶距离的关系。那么，从内燃机所排出的废气中所包含的几乎全部的粒状物质PM在通常情况下均会通过颗粒过滤器14而被捕获，因此穿过颗粒过滤器14的粒状物质PM几乎不存在。因此，电阻式传感器29的输出电压V通常情况下为零、或如图8A所示被维持于极低的值。
另一方面，在应该使颗粒过滤器14再生时，使在颗粒过滤器14上所捕获的粒状物质PM燃烧。此时，当产生了颗粒过滤器14的温度极度升高、并在粒状物质PM燃烧结束后颗粒过滤器14的温度急剧下降的这种状态时，有时在颗粒过滤器14上会产生裂纹、即裂缝。当在颗粒过滤器14上产生裂缝时，粒状物质PM会穿过颗粒过滤器14。图8B表示在颗粒过滤器14上产生裂缝从而在颗粒过滤器14中产生了粒状物质PM的穿过的情况。在该情况下，电阻式传感器29的输出电压V会根据裂缝的程度而在数分钟至数十分钟的期间内上升至预先规定的容许值VX。
在本发明所实施的实施例中，当检测电路39的输出电压V上升至容许值VX时，电阻式传感器29会开始向电加热器57实施通电，从而开始实施电绝缘体50的加热作用。当开始实施电绝缘体50的加热作用时，会使附着于电绝缘体50的表面52上的粒状物质PM燃烧，从而粒状物质PM会从电绝缘体50的表面52上渐渐消失。其结果如图8B所示，电阻式传感器29的输出电压V会渐渐降低。接下来，当电阻式传感器29的输出电压V成为零时，向电加热器57进行通电的通电作用会被停止。另外，当在颗粒过滤器14上产生有裂缝时，则之后在颗粒过滤器14中，粒状物质PM会继续穿过，其结果为，电阻式传感器29的输出电压V会再次上升至容许值VX。
如此，在依据本发明而实施的实施例中，电阻式传感器29具备用于对电阻式传感器29的传感器部进行加热的电加热器57，并且在电阻式传感器29的输出值超过了预先规定的容许值VX时，会为了通过燃烧而去除该传感器部上所附着的粒状物质PM而由电加热器57来实施加热作用。另外，即使在颗粒过滤器14上未产生裂缝的情况下，当使车辆行驶了数千公里以上时，电阻式传感器29的输出电压V有时也会达到容许值VX。在该情况下也与图8B所示的情况相同，会实施电阻式传感器29的向电加热器57的通电，从而实施电绝缘体50的加热作用。
如图8B所示，在颗粒过滤器14上产生了裂缝时，电阻式传感器29的输出电压V会比较缓慢地上升。因此，在辨别出电阻式传感器29的输出电压V如图8B所示而缓慢地上升时，能够判断为在颗粒过滤器14上产生了裂缝、即在颗粒过滤器14中发生了异常。另外，在由本发明所实施的实施例中，为了可靠地检测出在颗粒过滤器14中发生了异常的情况，从而在由电加热器57所实施的加热作用的周期Δt(图8B)短于预先规定的周期时，也判断为在颗粒过滤器14产生了裂缝、即在颗粒过滤器14中发生了异常。
接下来，参照图9，对在为了从NOX吸留催化剂13释放NOX而从碳氢化合物供给阀15喷射了碳氢化合物时，判断在NOX吸留催化剂13中是否发生了碳氢化合物的穿过的方法进行说明。图9表示在为了从NOX吸留催化剂13释放NOX而从碳氢化合物供给阀15喷射了碳氢化合物时流入NOX吸留催化剂13的废气的空燃比(A/F)的变化、电阻式传感器29的输出电压V的变化、以及喷射结束标记的变化。另外，图9的(A)表示NOX吸留催化剂13未劣化的情况，图9的(B)表示NOX吸留催化剂13已劣化的情况。另外，对于电阻式传感器29的输出电压V由于来自碳氢化合物供给阀15的碳氢化合物的喷射而上升之前的电阻式传感器29的输出电压，在下文中称为基准电压V0。该基准电压V0在电阻式传感器29的传感器部上未堆积有粒状物质PM时为零。另一方面，根据图9的(A)以及(B)可知，喷射结束标记在从碳氢化合物供给阀15进行喷射的碳氢化合物的喷射作用结束时被设定。
如前文所述，在NOX吸留催化剂13未发生劣化时，在为了从NOX吸留催化剂13释放NOX而从碳氢化合物供给阀15喷射了碳氢化合物时，碳氢化合物几乎不会穿过NOX吸留催化剂13，因此在该情况下，如图9的(A)所示，电阻式传感器29的输出电压V相对于基准电压V0而仅发生了少许变化。与此相对，在NOX吸留催化剂13已发生劣化时，如前文所述，大量的碳氢化合物会穿过NOX吸留催化剂13，其结果如图9的(B)所示，在电阻式传感器29的输出电压V相对于基准电压V0而在一秒至数秒的期间内急剧增大之后，附着于电绝缘体50的表面52的碳氢化合物会随着燃烧而减少。
即，如图8B所示，粒状物质PM穿过了颗粒过滤器14时的电阻式传感器29的输出值会朝向相同的变化方向而持续地变化。与此相对，如图9的(B)所示，在从碳氢化合物供给阀15喷射了碳氢化合物时碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂13时的电阻式传感器29的输出值，以与粒状物质PM穿过了颗粒过滤器14时的电阻式传感器29的输出值的变化速度相比而较快的速度发生了变化之后，变化方向变为反向并返回原来的输出值。此外，该情况下的电阻式传感器29的输出值的变化速度与在颗粒过滤器14上产生了裂缝的情况相比而极快。
如此，在为了从NOX吸留催化剂13释放NOX而从碳氢化合物供给阀15喷射了碳氢化合物时，碳氢化合物HC穿过了NOX吸留催化剂13时的电阻式传感器29的输出值表现出，在以与粒状物质PM穿过了颗粒过滤器14时相比而较快的速度发生了变化之后变化方向变为反向的举动，因此，在碳氢化合物HC穿过了NOX吸留催化剂13时与粒状物质PM穿过了颗粒过滤器14时，电阻式传感器29的输出值的举动完全不同。因此，能够根据电阻式传感器29的输出值发生变化时的、电阻式传感器29的输出值的举动的差异来辨别出是由于颗粒过滤器14中产生了裂缝从而电阻式传感器29的输出值发生了变化、或是由于NOX吸留催化剂13发生了劣化从而电阻式传感器29的输出值发生了变化。
因此，在本发明中，在内燃机中，于内燃机排气通道内配置在废气的空燃比过稀时吸留NOX并且能够通过将废气的空燃比设为过浓来释放所吸留的NOX的NOX吸留催化剂13，在NOX吸留催化剂13上游的内燃机排气通道内配置碳氢化合物供给阀15，在NOX吸留催化剂13下游的内燃机排气通道内配置用于捕获废气中所包含的粒状物质PM的颗粒过滤器14，所述内燃机在应当从NOX吸留催化剂13释放NOx时从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物而将流入NOX吸留催化剂13的废气的空燃比设为过浓，在颗粒过滤器14下游的内燃机排气通道内配置电阻式传感器，所述电阻式传感器具有附着废气中所包含的粒状物质PM以及碳氢化合物HC的传感器部并且产生与向该传感器部附着的粒状物质PM以及碳氢化合物HC的付着量相对应的输出值，在为了从NOX吸留催化剂13释放出NOX而从碳氢化合物供给阀15喷射了碳氢化合物时，碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂13时的电阻式传感器29的输出值表现出，在以与粒状物质穿过了颗粒过滤器14时相比而较快的速度进行了变化之后使变化方向改变为反向的举动，在电阻式传感器29的输出值发生了变化时，根据电阻式传感器29的输出值的举动的差异，来辨别出在从碳氢化合物供给阀15喷射了碳氢化合物时是碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂13，或是粒状物质穿过了颗粒过滤器14。
另外，由于碳氢化合物供给阀15与电阻式传感器29之间离开有距离，因此在从碳氢化合物供给阀15喷射的碳氢化合物HC穿过了NOX吸留催化剂13时，在该碳氢化合物HC到达电阻式传感器29之前需要时间。在该情况下，使从碳氢化合物供给阀15所喷射的碳氢化合物在碳氢化合物的喷射后，在根据内燃机的运转状态而确定的期间内到达电阻式传感器29，在该情况下，为了尽量排除外部扰乱的影响而通过电阻式传感器29来对穿过了NOX吸留催化剂13的碳氢化合物的量准确地进行检测，优选为，根据在由内燃机的运转状态而确定的期间内的电阻式传感器29的输出值的变化来求得穿过碳氢化合物量。
因此，在由本发明所实施的实施例中，在从碳氢化合物供给阀15喷射了碳氢化合物时，在碳氢化合物的喷射后的根据内燃机的运转状态而确定的期间内、即预先规定的期间内的电阻式传感器29的输出值的变化，来对碳氢化合物是否穿过了NOX吸留催化剂13进行判断。另外，该碳氢化合物的喷射后的预先规定的期间为，从碳氢化合物供给阀15喷射的碳氢化合物到达电阻式传感器29的传感器部并附着于该传感器部的期间。具体而言，该碳氢化合物的喷射后的预先规定的期间如图9的(A)以及(B)所示，为从碳氢化合物供给阀15喷射的碳氢化合物在碳氢化合物的喷射后经过了到达电阻式传感器29的少许靠前的时间t1、或经过了到达电阻式传感器29为止的时间t1时起，至在碳氢化合物的喷射后经过了附着于电阻式传感器29的传感器部上的碳氢化合物燃烧并消失的时间t2为止的期间。该时间t1以及t2例如分别作为从燃料喷射阀3喷射的喷射量Q以及内燃机转速N的函数而以映射图的形式被预先存储在ROM32之内。
接下来，参照仅抽出图9的(B)所示的输出电压V的变化而表示的图10A、10B以及10C，来对用于判断碳氢化合物的穿过的各种方法进行说明。那么，如前文所述，在从碳氢化合物供给阀15喷射了碳氢化合物时，碳氢化合物HC穿过了NOX吸留催化剂13时的电阻式传感器29的输出值的变化速度与粒状物质PM穿过了颗粒过滤器14时的电阻式传感器29的输出值的变化速度相比而极快。因此，如图10A所示，在第一示例中，在从基准电压V0起而上升时的检测电路39的输出电压V的变化速度dV/dt超过了设定值XD时，判断为碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂13。
在该情况下，该设定值XD与粒状物质PM穿过了颗粒过滤器14时的电阻式传感器29的输出电压V的变化速度相比而较大，因此，换言之，在碳氢化合物的喷射后的预先规定的期间(从经过t1起至经过t2为止的期间)内，在输出值以与粒状物质PM穿过了颗粒过滤器14时的电阻式传感器29的输出值的变化速度相比而较快的变化速度进行了变化时，判断为碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂13。
另一方面，能够在电阻式传感器29的相对于基准电压V0的输出电压V的上升量超过了预先规定的量ΔVZ时，判断为碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂13。因此，在图10B所示的示例中，在碳氢化合物的喷射后的预先规定的期间(从经过了t1起至经过了t2为止的期间)内，在电阻式传感器29的输出值的变化量超过了预先规定的变化量ΔVZ时，判断为碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂13。
此外，电阻式传感器29的相对于基准电压V0的输出电压V的变化量的累计值与穿过了NOX吸留催化剂13的碳氢化合物量成正比，因此在该累计量超过了预先规定的量MV的情况下，则能够判断为碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂13。因此，在图10C所示的示例中，在碳氢化合物的喷射后的预先规定的期间(从经过t1起至经过了t2为止的期间)内，对电阻式传感器29相对于基准电压V0的输出值的变化量进行累计，并在输出值的变化量的累计值ΣV超过了预先规定的值MV时，判断为碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂。
另一方面，在存在有从碳氢化合物供给阀15进行喷射的碳氢化合物的喷射要求时，在由于网眼堵塞等某些理由从而未喷射出足够的量的碳氢化合物的情况下，即使NOX吸留催化剂13已发生了劣化，从供给阀15所喷射的碳氢化合物也仅仅会被氧化，碳氢化合物几乎不会从NOX吸留催化剂13被排出。因此，当在该情况下根据电阻式传感器29的输出值来对NOX吸留催化剂13是否已劣化进行判断时，会误判断为NOX吸留催化剂13未发生劣化。因此，NOX吸留催化剂13是否已劣化的判断需要在从碳氢化合物供给阀15正常地喷射碳氢化合物时实施。
另外，当碳氢化合物正常地从碳氢化合物供给阀15被喷射时，如图9的(A)以及(B)所示，从颗粒过滤器14流出的废气的空燃比、即通过空燃比传感器28而被检测出的空燃比(A/F)小于预先规定的空燃比XAF。因此，如果在通过空燃比传感器28而检测出的空燃比(A/F)小于预先规定的空燃比XAF时对NOX吸留催化剂13是否已劣化进行判断，则不存在误判断的危险性。因此，在依据本发明而实施的实施例中，在从碳氢化合物供给阀15喷射了碳氢化合物时，在通过空燃比传感器28而检测出的空燃比成为小于预先规定的空燃比时，对碳氢化合物是否穿过了NOX吸留催化剂13进行判断。
接下来，参照图11以及图12而对用于执行图10A所示的示例的故障诊断程序进行说明。另外，该程序每中断固定时间而被执行。
如果参照图11，则首先在步骤70中，对电阻式传感器29的输出电压V进行读取。接下来，在步骤71中，对电阻式传感器29的电加热器57是否处于通电中进行辨别。在电加热器57未处于通电中时进入步骤72，并对电阻式传感器29的输出电压V是否超过了图8B所示的容许值VX进行辨别。在电阻式传感器29的输出电压V超过了容许值VX时进入步骤73，从而开始向电阻式传感器29的电加热器57实施通电，接下来进入步骤74。当开始向电加热器57实施通电时，在下一次的中断时会从步骤71跳至步骤74。
在步骤74中，对电阻式传感器29的输出电压V是否已降低至零或接近零的最小值MIN进行辨别。在电阻式传感器29的输出电压V未降低至最小值MIN时使处理循环结束，而在电阻式传感器29的输出电压V已降低至最小值MIN时会进入步骤75。在步骤75中停止向电加热器57实施通电。接下来，在步骤76中，对由电阻式传感器29的电加热器57所实施的加热作用的周期Δt(图8B)是否短于预先规定的周期Xt进行判断。在由电阻式传感器29的电加热器57所实施的加热作用的周期Δt短于预先规定的周期Xt时，会暂且判断为在颗粒过滤器14中存在异常，并进入步骤77。
在步骤77中，对在程序进入步骤76时是否连续N次以上(N为2以上的整数)判断为Δt＜Xt进行辨别。在未于步骤76中连续N次以上判断为Δt＜Xt时结束处理循环。与此相对，当在步骤76中连续N次以上判断为Δt＜Xt时进入步骤78，并判断为在颗粒过滤器14中发生了异常。并且当判断为在颗粒过滤器14中发生了异常时，例如将警告灯点亮。
另一方面，在步骤72中，在判断为电阻式传感器29的输出电压V未超过图8B所示的容许值VX时进入步骤79，并对如图9所示在从碳氢化合物供给阀15所实施的碳氢化合物的喷射结束时被设定的喷射结束标记是否已被设定进行辨别。在喷射结束标记未被设定时结束处理循环。与此相对，在喷射结束标记已被设定时进入步骤80，并对当前喷射结束标记是否被设定进行辨别。在当前喷射结束标记已被设定时进入步骤81，并且电阻式传感器29的输出电压V被设为基准电压V0。接下来在步骤82中，对与内燃机的运转状态对应的时间t1以及t2进行计算。并且接下来进入步骤83。另一方面，当在步骤80中辨别为当前喷射结束标记还未被设定时跳转至步骤83。即，在从碳氢化合物供给阀15进行的碳氢化合物的喷射结束时，求取基准电压V0，并计算出时间t1以及t2。
在步骤83中，对从碳氢化合物的喷射结束时起的经过时间t是否超过了时间t1进行辨别。在从碳氢化合物的喷射结束时起的经过时间t未超过时间t1时使处理循环结束。与此相对，在从碳氢化合物的喷射结束时起的经过时间t超过了时间t1时进入步骤84，并对是否已设定了用于许可判断NOX吸留催化剂13是否已劣化的许可标记进行辨别。在碳氢化合物的喷射结束之后初次进入到步骤84时，由于许可标记未被设定而进入步骤85，并且对由空燃比传感器28检测出的空燃比(A/F)进行读取。
接下来在步骤86中，对由空燃比传感器28检测出的空燃比(A/F)是否变为了小于预先规定的空燃比XAF进行辨别。在由空燃比传感器28检测出的空燃比(A/F)变为了小于预先规定的空燃比XAF时，进入步骤87并对许可标记进行设定。接下来，进入步骤88。当许可标记已被设定时，在下次的处理循环中会从步骤84跳至步骤88。在从步骤88至步骤90中，对NOX吸留催化剂13是否已劣化实施判断。因此可以看出，在许可标记已被设定时，将实施NOX吸留催化剂13是否已劣化的判断。
即，在步骤88中，对电阻式传感器29的输出电压V的变化速度dV/dt进行计算。接下来，在步骤89中，对电阻式传感器29的输出电压V的变化速度dV/dt是否大于设定值XD进行辨别。在电阻式传感器29的输出电压V的变化速度dV/dt大于设定值XD时，判断为NOX吸留催化剂13已劣化，从而进入步骤90并辨别为在NOX吸留催化剂13中存在异常。在辨别为NOX吸留催化剂13中存在异常时，例如将点亮警告灯。接下来在步骤91中，对从碳氢化合物的喷射结束时起的经过时间t是否超过了时间t2进行辨别，在从碳氢化合物的喷射结束时起的经过时间t超过了时间t2时，进入步骤92并使喷射结束标记重置，接下来进入步骤93并使许可标记重置。
另一方面，在步骤89中，在辨别为电阻式传感器29的输出电压V的变化速度dV/dt小于设定值XD时，将跳转至步骤91。在从碳氢化合物的喷射结束时起的经过时间t超过时间t2之前电阻式传感器29的输出电压V的变化速度dV/dt未变为大于设定值XD时，不会进入步骤90，因此将判断为NOX吸留催化剂13未劣化。另外，由于在步骤86中，在辨别为由空燃比传感器28检测出的空燃比(A/F)未变为小于预先规定的空燃比XAF时会跳转至步骤91，因此此时不会实施NOX吸留催化剂13是否已劣化的判断。
接下来，对用于执行图10B所示的示例的故障診断程序进行说明。在该情况下，作为故障诊断程序而使用了如下的程序，该程序用图13中以点划线A所包围的部分的步骤88至90替换了图12中的点划线A所包围的部分所示的步骤88至90。因此，由于用于执行图10B所示的示例的程序与图11以及图12所示的程序的不同处仅为图13所示的部分，从而在以下仅对图13所示的部分进行说明。
即，在图10B所示的示例中，如图13所示，首先在步骤88中，通过在基准电压V0上加上预先规定的变化量ΔVZ而对设定值VE(＝V0+ΔVZ)进行计算。接下来，在步骤89中，对电阻式传感器29的输出电压V是否超过了设定值VE进行辨别。在电阻式传感器29的输出电压V超过了设定值VE时，判断为NOX吸留催化剂13已劣化，并进入步骤90而辨别为NOX吸留催化剂13中存在异常。与此相对，在电阻式传感器29的输出电压V未超过设定值VE时，将跳转至图12的步骤91。
接下来，对用于执行图10C的示例的故障诊断程序进行说明。在该情况下，作为故障诊断程序而使用了如下的程序，该程序用图14中由点划线A所包围的部分的步骤88至90替换了图12中的点划线A所包围的部分所示的步骤88至90。因此，由于用于执行图10C所示的示例的程序与图11以及图12所示的程序的不同处仅为图14所示的部分，从而以下仅对图14中所示的部分进行说明。
即，在图10C所示的示例中，如图14所示，首先在步骤88中，对从电阻式传感器29的输出电压V中减去了基准电压V0所得的值(V-V0)进行累计，并将累计结果设为累计值ΣV。接下来，在步骤89中，对累计值ΣV是否超过了设定值MV进行辨别。在累计值ΣV超过了设定值MV时，判断为NOX吸留催化剂13已劣化，从而进入步骤90并辨别为NOX吸留催化剂13中存在异常。与此相对，在累计值ΣV未超过设定值MV时将跳转至图12的步骤91。
符号说明
4 进气歧管
5 排气歧管
7 排气涡轮增压器
12a、12b 排气管
13 NOX吸留催化剂
14 颗粒过滤器
15 碳氢化合物供给阀
29 电阻式传感器
Claims (11)
1.一种内燃机排气系统的异常检测装置，在内燃机中，于内燃机排气通道内配置在废气的空燃比过稀时吸留NOX并且能够通过将废气的空燃比设为过浓来释放所吸留的NOX的NOX吸留催化剂，NOX吸留催化剂上游的内燃机排气通道内配置碳氢化合物供给阀，在NOX吸留催化剂下游的内燃机排气通道内配置用于对废气中所包含的粒状物质进行捕获的颗粒过滤器，所述内燃机在应当从NOX吸留催化剂中释放出NOX时从碳氢化合物供给阀喷射碳氢化合物而将流入NOX吸留催化剂的废气的空燃比设为过浓，
在所述内燃机排气系统的异常检测装置中，在颗粒过滤器下游的内燃机排气通道内配置电阻式传感器，所述电阻式传感器具有附着废气中所包含的粒状物质以及碳氢化合物的传感器部并且产生与向该传感器部附着的该粒状物质以及该碳氢化合物的附着量相对应的输出值，在为了从NOX吸留催化剂中释放出NOX而从碳氢化合物供给阀喷射了碳氢化合物时，碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂时的该电阻式传感器的输出值表现出，在以与粒状物质穿过了颗粒过滤器时相比而较快的速度进行了变化之后使变化方向改变为反向的举动，在该电阻式传感器的输出值发生了变化时，根据该电阻式传感器的输出值的该举动的差异，来辨别出在从碳氢化合物供给阀喷射了碳氢化合物时碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂、或是粒状物质穿过了颗粒过滤器。
2.如权利要求1所述的内燃机排气系统的异常检测装置，其中，
粒状物质穿过了颗粒过滤器时的该电阻式传感器的输出值朝向相同变化方向持续地进行变化，而在从碳氢化合物供给阀喷射了碳氢化合物时，碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂时的该电阻式传感器的输出值在以与粒状物质穿过了颗粒过滤器时的该输出值的变化速度相比而较快的速度变化之后使变化方向改变为反向，并返回至原来的输出值。
3.如权利要求1所述的内燃机排气系统的异常检测装置，其中，
在从碳氢化合物供给阀喷射了碳氢化合物时，根据该碳氢化合物喷射后的预先规定的期间内的该电阻式传感器的输出值的变化，来对碳氢化合物是否穿过了NOX吸留催化剂进行判断。
4.如权利要求3所述的内燃机排气系统的异常检测装置，其中，
上述碳氢化合物喷射后的预先规定的期间为，从碳氢化合物供给阀被喷射的碳氢化合物到达且附着在该电阻式传感器的传感器部上的期间。
5.如权利要求3所述的内燃机排气系统的异常检测装置，其中，
在上述碳氢化合物喷射后的预先规定的期间内，在该电阻式传感器的输出值以与粒状物质穿过了颗粒过滤器时的该输出值的变化速度相比而较快的速度进行了变化时，判断为碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂。
6.如权利要求3所述的内燃机排气系统的异常检测装置，其中，
在上述碳氢化合物喷射后的预先规定的期间内，在该电阻式传感器的输出值的变化量超过了预先规定的变化量时，判断为碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂。
7.如权利要求3所述的内燃机排气系统的异常检测装置，其中，
在上述碳氢化合物喷射后的预先规定的期间内，对该电阻式传感器的输出值的变化量进行累计，并且在输出值的变化量的累计值超过了预先规定的值时，判断为碳氢化合物穿过了NOX吸留催化剂。
8.如权利要求3所述的内燃机排气系统的异常检测装置，其中，
在NOX吸留催化剂下游的内燃机排气通道内配置有空燃比传感器，在从碳氢化合物供给阀喷射了碳氢化合物时由该空燃比传感器所检测出的空燃比变为了小于预先规定的空燃比时，对碳氢化合物是否穿过了NOX吸留催化剂进行判断。
9.如权利要求1所述的内燃机排气系统的异常检测装置，其中，
上述电阻式传感器在被暴露于废气中的电绝缘体表面上具有隔开间隔而交替配置的带状的正电极与带状的负电极，当该电绝缘体表面上附着有粒状物质或碳氢化合物时，正电极与负电极间的电阻值将减少。
10.如权利要求9所述的内燃机排气系统的异常检测装置，其中，
上述电阻式传感器具备用于对传感器部进行加热的电加热器，在该电阻式传感器的输出值超过了预先规定的容许值时，为了将附着于该传感器部上的粒状物质燃烧去除而实施由该电加热器发挥的加热作用。
11.如权利要求10所述的内燃机排气系统的异常检测装置，其中，
在实施由该电加热器发挥的加热作用的周期短于预先规定的周期时，判断为颗粒过滤器存在异常。
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