CN104884754B - 排气净化装置的故障诊断装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于，更加准确地实施兼备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置的故障诊断。为了解决该课题，本发明在兼备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置的故障诊断装置中，根据排气净化装置中所捕集或堆积着的粒状物(PM)的量的推断值和流入排气净化装置中的排气的NO2比率的推断值而对排气净化装置为正常的情况下的NOx净化率进行运算，如果其计算结果与实际的NOx净化率之差大于阈值，则判断为排气净化装置发生了故障。

Description

排气净化装置的故障诊断装置
技术领域
本发明涉及一种对排气净化装置的故障进行诊断的技术，尤其涉及一种对具备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置的劣化进行诊断的技术。
背景技术
一直以来，作为对选择还原型催化剂的劣化进行检测的技术，提出了一种如下的技术，即，流入选择还原型催化剂中的NOx中所包含的二氧化氮(NO2)的比例(以下，称作“NO2比率”)属于预定的范围内，并且根据还原剂向选择还原型催化剂被供给时的NOx净化率的平均值以及误差，而对选择还原型催化剂的故障和还原剂供给装置的故障进行辨别的技术(例如，参照专利文献1)。
在专利文献2中公开了一种如下的结构，即，在颗粒物过滤器的对排气流进行划分的壁面上形成包含选择还原型催化剂的膜，并在该膜的表面上设置形成有容许NOx的通过且阻止粒状物(PM：Particulate Matter)的通过的大小的细孔的膜。该结构的目的在于，抑制在颗粒物过滤器所捕集的PM被氧化时SCR催化剂的热劣化。
在专利文献3中公开了一种如下的结构，即，在壁流式的颗粒物过滤器中，在基材的表层上设置有对排气中的硫磺成分进行补充的补充剂，并在该基材的里层上设置有选择还原型催化剂。
在专利文献4中记载了颗粒物过滤器所捕集的PM与排气中的NO2发生反应的内容。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-270614号公报
专利文献2：日本特开2010-065554号公报
专利文献3：日本特开2006-346605号公报
专利文献4：日本特开2006-063970号公报
发明内容
本发明所要解决的课题
但是，如在颗粒物过滤器上负载有选择还原型催化剂的情况那样，在兼备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置中，在欲对选择还原功能的故障进行诊断时，存在由于排气净化装置中所捕集或堆积着的粒状物(PM：Particulate Matter)的影响而无法实施准确的诊断的可能性。
例如，在PM被捕集或堆积于排气净化装置中时，排气中的NO2的一部分有可能被PM的氧化反应所消耗。在这种情况下，由于排气中的NO2比率变小，因此存在通过选择还原型催化剂而被净化的NOx的量减少的可能性。此外，在PM被捕集或堆积于排气净化装置中时，存在选择还原型催化剂中的至少一部分被PM覆盖的可能性。在这种情况下，存在通过选择还原型催化剂而被净化的NOx的量减少的可能性。
即，在PM被捕集或堆积于排气净化装置中时，存在尽管选择还原型催化剂为正常，但选择还原型催化剂的NOx净化率(在选择还原型催化剂中被还原(净化)的NOx的量相对于流入选择还原型催化剂中的NOx的量的比率)也减小的可能性。其结果为，存在尽管选择还原型催化剂为正常，但也误诊断为该选择还原型催化剂发生了故障的可能性。
本发明是鉴于上述的各种实际情况而完成的发明，其目的在于，提供一种能够更加准确地实施兼备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置的故障诊断的技术。
用于解决本课题的方法
本发明为了解决上述的课题，在兼备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置的故障诊断装置中，根据排气净化装置上所捕集或堆积着的粒状物(PM)的推断值而对排气净化装置的NOx净化率进行运算，且如果其计算结果与实际NOx净化率之差大于阈值，则判断为排气净化装置发生了故障。
详细而言，本发明为兼备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置的故障诊断装置，
所述排气净化装置的故障诊断装置具备：
第一推断单元，其对作为堆积于所述排气净化装置中的粒状物质的量的颗粒物堆积量进行推断；
第二推断单元，其对作为流入所述排气净化装置的NOx中二氧化氮所占的比例的NO2比率进行推断；
第一运算单元，其将作为通过所述第一推断单元而被推断出的颗粒物堆积量的推断颗粒物堆积量和作为通过所述第二推断单元而被推断出的NO2比率的推断NO2比率作为参数，对作为所述排气净化装置为正常的情况下的NOx净化率的基准NOx净化率进行运算；
检测单元，其与所述排气净化装置相比被配置于下游，并对排气中所包含的NOx的量进行检测；
第二运算单元，其将通过所述NOx传感器而被检测出的NOx量作为参数，对作为所述排气净化装置的实际的NOx净化率的实际NOx净化率进行运算；
诊断单元，其将所述基准NOx净化率与所述实际NOx净化率之差大于阈值的情况作为条件，来判断出所述排气净化装置发生了故障。
另外，此处所述的“选择还原功能”为，在还原剂的存在下对排气中的NOx进行还原的功能。该选择还原功能通过具备选择还原型催化剂或贵金属催化剂(铂(Pt)或钯(Pd)等)而实现。此外，此处所述的“过滤器功能”为对排气中所包含的PM进行捕集的功能。
根据本发明的排气净化装置的故障诊断装置，通过将推断PM堆积量和推断NO2比率设为参数，从而能够确定由于与排气净化装置上所堆积的PM的反应而被消耗的NO2的量、即NO2比率的下降量。因此，确定能够因NO2比率的下降而引起的NOx净化率的下降量。此外，还能够根据推断PM堆积量来确定被PM覆盖的选择还原型催化剂或贵金属催化剂的量。因此，还能够确定因选择还原型催化剂或贵金属催化剂的一部分被PM覆盖而引起的NOx净化率的下降量。
另外，在排气净化装置中与PM反应的NO2的量较多时与较少时相比，NOx净化率显示峰值(最大值)时的NO2比率存在变大的趋势。此外，在排气净化装置中被PM覆盖的选择还原型催化剂或贵金属催化剂的面积(量)较大时与较小时相比，NOx净化率的峰值存在变小的趋势。基于这些趋势，通过预先求出NOx净化率、NO2比率与PM堆积量之间的关系，从而能够对排气净化装置为正常(排气净化装置的选择还原功能为正常)的情况下的NOx净化率(基准NOx净化率)进行推断(运算)。由此，通过将基准NOx净化率与实际NOx净化率进行比较，从而能够对排气净化装置是否为正常进行辨别。
但是，基准NOx净化率与实际NOx净化率之差除了在排气净化装置发生了劣化或故障的情况下以外，还会在推断PM堆积量的推断误差以及/或者推断NO2比率的推断误差变大的情况下扩大。由此，为了准确地实施排气净化装置的故障诊断，需要预先对推断PM堆积量的推断误差和推断NO2比率的推断误差进行校正。
针对于此，本发明的排气净化装置的故障诊断装置还具备：
控制单元，其求出第一推断NO2比率和第一基准NO2比率，其中，所述第一推断NO2比率为所述实际NOx净化率显示峰值时的推断NO2比率，所述第一基准NO2比率为如下的情况下的NOx净化率显示峰值时的NO2比率，所述情况为，所述排气净化装置的颗粒物堆积量与求出了所述第一推断NO2比率时的颗粒物堆积量相等且所述排气净化装置为正常的情况，如果所述第一推断NO2比率与所述第一基准NO2比率之差大于容许值，则实施用于对堆积于所述排气净化装置上的粒状物质进行氧化及去除的颗粒物再生处理；
补正单元，其在所述颗粒物再生处理的执行之后，求出第二推断NO2比率和第二基准NO2比率，其中，所述第二推断NO2比率为所述实际NOx净化率显示峰值时的推断NO2比率，所述第二基准NO2比率为所述排气净化装置的颗粒物堆积量为零且所述排气净化装置为正常的情况下的NOx净化率显示峰值时的NO2比率，如果所述第二推断NO2比率与所述第二基准NO2比率之差大于容许值，则利用所述第二推断NO2比率与所述第二基准NO2比率之差而对通过所述第二推断单元而被推断出的推断NO2比率进行补正。
在排气净化装置上堆积有PM时，作为第一推断NO2比率与所述第一基准NO2比率之差大于容许值的主要原因，考虑到NO2比率的推断误差(运算误差)和PM堆积量的推断误差(运算误差或测量误差)这两个主要原因。例如，在推断PM堆积量包含误差的情况下，求出第一推断NO2比率时的推断PM堆积量会成为与实际PM堆积量不同的值。因此，将该推断PM堆积量作为参数而求出的第一基准NO2比率将成为与真实值不同的值。另一方面，在推断NO2比率包含误差的情况下，第一推断NO2比率为与实际NO2比率不同的值。因此，在推断PM堆积量或推断NO2比率中的至少一方包含误差的情况下，即使排气净化装置为正常，第一推断NO2比率与第一基准NO2比率之差也将大于容许值。
相对于此，在PM再生处理的执行之后，实际PM堆积量大致变为零。因此，当将推断PM堆积量视为零而求出第二基准NO2比率时，该第二基准NO2比率与真实值大致相等。由此，如果第二推断NO2比率与第二基准NO2比率之差大于容许值，则能够视为第二推断NO2比率与真实值不同。即，能够视为推断NO2比率包含误差。因此，如果根据所述第二推断NO2比率与所述第二基准NO2比率之差而对由第二推断单元所推断出的推断NO2比率进行补正，则能够对推断NO2比率的推断误差进行校正。
另一方面，在所述第二推断NO2比率与所述第二基准NO2比率之差为容许值以下的情况下，能够视为第二推断NO2比率与真实值大致相同。因此，能够视为所述第一推断NO2比率与所述第一基准NO2比率之差是由推断PM堆积量的推断误差所引起的。由此，如果根据所述第一推断NO2比率与所述第一基准NO2比率之差而对由第一推断单元所推断出的推断PM堆积量进行补正，则能够对推断PM堆积量的推断误差进行校正。
此处，在排气净化装置为正常且PM没有堆积于排气净化装置上的情况下，在NO2比率成为特定的值(例如50％)时，NOx净化率将成为峰值。由此，在PM再生处理的执行之后，也可以代替第二基准NO2比率而使用上述的特定值。
另外，在排气净化装置的选择还原功能为正常的情况下，如果PM再生处理执行前的基准NOx净化率的峰值与实际NOx净化率的峰值之差为容许值以下，则能够认为推断PM堆积量与实际PM堆积量大致相等。因此，也可以采用如下方式，即，补正单元在所述第一推断NO2比率与所述第一基准NO2比率之差大于容许值的情况下，如果基准NOx净化率的峰值与实际NOx净化率的峰值之差为容许值以下，则利用所述第一推断NO2比率与所述第一基准NO2比率之差而对由第二推断单元所推断出的推断NO2比率进行补正。根据这种方法，能够在不执行PM再生处理的条件下对推断NO2比率的推断误差进行校正。
发明效果
根据本发明，能够更加准确地实施兼备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置的故障诊断。
附图说明
图1为表示应用本发明的内燃机及其排气系统的概要结构的图。
图2为表示流入第二催化剂外壳中的排气的NO2比率、排气净化装置的PM堆积量与排气净化装置的NOx净化率之间的相关关系的图。
图3为表示在实施选择还原功能的故障诊断时由ECU9所执行的处理程序的流程图。
图4为表示在NO2比率或PM堆积量的计算值中包含误差的情况下的NOx净化率与NO2比率之间的关系的图。
图5为表示在对NO2比率和PM堆积量进行校正时ECU9所执行的处理程序的流程图。
图6为表示选择还原功能为正常的情况下PM堆积量的计算值包含误差时的NOx净化率与NO2比率之间的关系的图。
图7为表示在选择还原功能为正常的情况下，NO2比率的计算值和PM堆积量的计算值包含误差时的NOx净化率以及NO2比率之间的关系的图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的具体实施方式进行说明。本实施方式所记载的构成元件的尺寸、材质、形状、相对配置等只要没有特别记载则不表示将发明的技术范围仅限定于此的含义。
＜实施例1＞
首先，根据图1至图4对本发明的第一实施例进行说明。图1为表示应用本发明的内燃机及其排气系统的概要结构的图。图1所示的内燃机1为，压缩点火式的内燃机(柴油发动机)或能够进行稀薄燃烧(过稀燃烧运转)的火花点火式的内燃机(汽油发动机)。
在内燃机1上连接有排气通道2。排气通道2为用于使从内燃机1的气缸内排出的已燃气体(排气)流通的通道。在排气通道2的中途从上游侧直列配置有第一催化剂外壳3和第二催化剂外壳4。
第一催化剂外壳3在筒状的外壳内内置了氧化催化剂。第二催化剂外壳4在筒状的外壳内收纳了兼备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置。排气净化装置为，例如在壁流式的颗粒物过滤器的通道壁面上涂敷了负载有选择还原型催化剂或贵金属催化剂(铂(Pt)或钯(Pd)等)的催化剂载体(例如，铝类或费石类的活性成分)的装置。
在第一催化剂外壳3与第二催化剂外壳44之间的排气通道2上安装有还原剂添加阀5，所述还原剂添加阀5用于向排气中添加(喷射)作为氨或氨的前驱体的还原剂。还原剂添加阀5为具有通过针的移动而被开闭的喷孔的阀装置。还原剂添加阀5经由泵50而被连接于还原剂罐51。泵50对还原剂罐51中所储存的还原剂进行抽吸，并且将所抽吸出的还原剂向还原剂添加阀5加压输送。还原剂添加阀5将从泵50加压输送来的还原剂向排气通道2内喷射。此外，还原剂添加阀5的开闭时刻和泵50的喷出压力通过电子控制单元(ECU)9而被电控制。
此处，还原剂罐51中所储存的还原剂为作为氨的前驱体的还原剂。作为氨的前驱体的还原剂能够使用尿素或氨基甲酸铵等的水溶液。在本实施例中，作为该还原剂而使用了尿素水溶液。
当从还原剂添加阀5喷射尿素水溶液时，该尿素水溶液将与排气一起向第二催化剂外壳4流入。此时，尿素水溶液接受排气和排气净化装置的热量而被热解或水解。当尿素水溶液被热解或水解时，将生成(氨)NH3。以这种方式生成的(氨)NH3被吸附或吸留在选择还原型催化剂上。选择还原型催化剂中所吸附或吸留的(氨)NH3与排气中所包含的氮氧化物(NOx)发生反应并生成氮气(N2)和水(H2O)。也就是说，(氨)NH3作为氮氧化物(NOx)的还原剂而发挥功能。此时，当在选择还原型催化剂的较宽的范围内吸附有氨NH3时，选择还原型催化剂的氮氧化物(NOx)净化率将会变高。
在以这种方式构成的内燃机1中同时设置有ECU9。ECU9为具备CPU、ROM、RAM、备用RAM等的电子控制单元。在ECU9上电连接有上游侧NOx传感器6、下游侧NOx传感器7、排气温度传感器8、曲轴位置传感器10、以及加速器位置传感器11等的各种传感器。
第一NOx传感器6被配置于与第一催化剂外壳3相比靠下游且与第二催化剂外壳4相比靠上游的排气通道2上，并输出与流入第二催化剂外壳4的排气中所包含的氮氧化物(NOx)的量(以下，称作“NOx流入量”)相关的电信号。第二NOx传感器7被配置于与第二催化剂外壳4相比靠下游的排气通道2上，并输出与从第二催化剂外壳4流出的NOx的量(以下，称作“NOx流出量”)相关的电信号。排气温度传感器8被配置于与第二催化剂外壳4相比靠下游的排气通道2上，并输出与从第二催化剂外壳4流出的排气的温度相关的电信号。曲轴位置传感器10输出与内燃机1的输出轴(曲轴)的旋转位置相关的电信号。加速器位置传感器11输出与加速踏板的操作量(加速器开度)相关的电信号。
在ECU9上电连接有被安装于内燃机1上的各种设备(例如燃料喷射阀等)、还原剂添加阀5以及泵50等。ECU9根据前文所述的各种传感器的输出信号，而对内燃机1的各种设备、还原剂添加阀5以及泵50等进行电控制。例如，除了内燃机1的燃料喷射控制和从还原剂添加阀5间歇性地喷射还原剂的添加控制等的已知的控制以外，ECU9还实施被收纳于第二催化剂外壳4内的排气净化装置的故障诊断处理。
以下，对排气净化装置的故障诊断处理进行说明。此处所述的故障诊断处理为对选择还原功能的故障(劣化)进行诊断的处理。选择还原功能发生了故障的情况与未发生故障的情况相比，排气净化装置的NOx净化率降低。由此，考虑到一种将排气净化装置的NOx净化率小于阈值作为条件而判断为选择还原功能发生了故障的方法。
但是，在兼备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置中，有可能会发生尽管选择还原功能为正常但NOx净化率也小于阈值的状况。例如，在PM捕集或堆积于排气净化装置中时，存在排气中的NO2的一部分被PM的氧化反应所消耗的可能性。
此处，在排气净化装置的选择还原功能为正常的情况下，该排气净化装置的NOx净化率在流入第二催化剂外壳4(排气净化装置)中的排气的NO2比率(NO2/(NO+NO2))处于预定的范围(例如，50％左右)内时显示峰值。因此，优选为，内燃机1的运转状态和氧化催化剂的温度以使流入排气净化装置中的排气的NO2比率为50％左右的方式而被控制。但是，在PM堆积于排气净化装置上时，由于排气中所包含的NO2的一部分与PM反应，因此NO2比率将变为低于预定的范围。其结果为，排气净化装置的NOx净化率降低。此外，在PM堆积于排气净化装置上时，由于选择还原型催化剂的至少一部分被PM覆盖，因此通过选择还原型催化剂而被净化的NOx的量有可能会减少。由此，在PM捕集或堆积于排气净化装置中时，存在尽管选择还原功能为正常但排气净化装置的NOx净化率也变为小于阈值的可能性。
对此，在本实施例的故障诊断处理中，将流入第二催化剂外壳4中的排气的NO2比率和排气净化装置的PM堆积量作为参数，而对排气净化装置为正常的情况下的NOx净化率(基准NOx净化率)进行运算(推断)，并通过对基准NOx净化率和实际的NOx净化率(实际NOx净化率)进行比较，从而对选择还原功能的故障进行诊断。
详细而言，ECU9将从内燃机1排出的PM的量和在从内燃机1起至第二催化剂外壳4的路径上被氧化的PM的量作为参数，而对流入第二催化剂外壳4中的PM的量(PM流入量)进行运算。ECU9对PM流入量进行累计而对PM堆积量(推断PM堆积量)进行运算。另外，从内燃机1排出的PM的量能够将内燃机1的运转状态(燃料喷射量、吸入空气量、内燃机转速等)作为参数而进行运算。此外，在从内燃机1至第二催化剂外壳的路径上被氧化的PM的量能够将排气温度和第一催化剂外壳3内的环境温度(氧化催化剂的表面温度)作为参数而进行运算。
ECU9将从内燃机1排出的一氧化氮(NO)以及二氧化氮(NO2)的量和在氧化催化剂中被氧化为NO2的NO的量作为参数，而对流入第二催化剂外壳4中的排气的NO2比率(推断NO2比率)进行运算。从内燃机1排出的NO以及NO2的量能够根据内燃机1的运转条件(燃料喷射量、吸入空气量、内燃机负载(加速器开度)、内燃机转速)而进行运算。在氧化催化剂中被氧化为NO2的NO的量能够根据氧化催化剂的表面温度而进行运算。
通过上述的方法而对排气净化装置的推断PM堆积量和流入第二催化剂外壳4中的排气的推断NO2比率进行计算时，ECU9使用推断PM堆积量、推断NO2比率以及NOx净化率的相关关系，而对基准NOx净化率进行运算。
此处，在图2中图示了排气净化装置的选择还原功能为正常的情况下的PM堆积量、NO2比率以及NOx净化率的相关关系。在图2中，当排气净化装置的PM堆积量为零时(PM未堆积于颗粒物过滤器上时)，在NO2比率为50％时NOx净化率成为峰值。相对于此，当PM堆积于排气净化装置上时，PM堆积量越多则NOx净化率的峰值越减小，并且NOx净化率显示峰值时的NO2比率越变大(高于50％)。这是由于，PM堆积量越多，则与PM反应的NO2的量越增加，并且被PM覆盖的选择还原型催化剂的面积(量)越变大。
另外，图2所示的相关关系也可以作为将PM堆积量和NO2比率设为自变数的映射图或函数而被预先存储于ECU9的ROM中。在这种情况下，ECU9能够将通过前述的方法而计算出的推断PM堆积量和推断NO2比率作为自变数，而对排气净化装置的选择还原功能为正常的情况下的NOx净化率(基准NOx净化率)进行运算(推断)。但是，PM与NO2的反应存在第二催化剂外壳4内的环境温度越高则越活跃的趋势。即，NOx净化率显示峰值的NO2比率存在第二催化剂外壳4内的环境温度越高则越变大的趋势。因此，也可以预先制作出将PM堆积量、NO2比率以及第二催化剂外壳4的环境温度作为自变数而导出基准NOx净化率的映射图，并使用该映射图而对基准NOx净化率进行计算。此时，作为第二催化剂外壳4的环境温度，可以使用排气温度传感器8的输出信号。
接下来，ECU9根据以下的式(1)而对排气净化装置的实际NOx净化率(Enox)进行运算。
Enox＝1－(Anoxout/Anoxin)…(1)
式(1)中的Anoxin为第一NOx传感器6的输出信号(NOx流入量)，Anoxout为第二NOx传感器7的输出信号(NOx流出量)。另外，NOx流入量Anoxin也可以根据内燃机1的运转条件(燃料喷射量、吸入空气量、内燃机负载、内燃机转速)而进行运算。
ECU9对根据所述式(1)而计算出的实际NOx净化率Enox与基准NOx净化率Enoxe之差△Enox进行运算。ECU10对所述差△Enox是否为阈值以下进行判断。如果所述差△Enox为阈值以下，则ECU9判断为排气净化装置的选择还原功能为正常。另一方面，如果所述差ΔEnox大于阈值，则ECU判断为排气净化装置的选择还原功能发生了故障。另外，此处所述的“阈值”为，在选择还原功能为正常时所述差ΔEnox所能够取得的值的最大值上加上余量而得的值，且为通过预先利用了实验等的适当处理而被求出的值。
当通过该方法来执行选择还原功能的故障诊断处理时，在兼备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置中，能够避免出现尽管选择还原功能为正常但也误判断为该选择还原功能发生了故障的状况。由此，在兼备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置中，能够更加准确地诊断选择还原功能的故障。
以下，根据图3而对本实施例中的故障诊断处理的执行顺序进行说明。图3为表示实施选择还原功能的故障诊断时由ECU9执行的处理程序的流程图。图3的处理程序被预先存储于ECU9的ROM中，并通过ECU9(CPU)而被周期性地执行。
在图3的处理程序中，ECU9首先在S101的处理中对排气净化装置的对推断PM堆积量进行运算。此时，如上所述，ECU9根据从内燃机1排出的PM的量和在从内燃机1起到第二催化剂外壳4为止的路径上被氧化的PM的量，而对流入第二催化剂外壳4中的PM的量(PM流入量)进行运算，并对该PM流入量进行累计从而对推断PM堆积量进行运算。另外，在排气通道2上安装有如下的差压传感器的情况下，ECU9也可以根据差压传感器的测量值而对推断PM堆积量进行运算，其中，所述差压传感器对与第二催化剂外壳4相比靠上游的排气压力和与第二催化剂外壳4相比靠下游的排气压力之差(前后差压)进行检测。如此，通过ECU9执行S101的处理，从而实现了本发明所涉及的第一推断单元。
在S102的处理中，ECU9对流入第二催化剂外壳4中的排气的推断NO2比率进行运算。此时，如上所述，ECU9将从内燃机1排出的NO以及NO2的量和在氧化催化剂中被氧化为NO2的NO的量作为参数，而对流入第二催化剂外壳4中的排气的推断NO2比率进行运算。如此，通过ECU9执行S102的处理，从而实现了本发明所涉及的第二推断单元。
在S103的处理中，ECU9根据通过S101的处理而计算出的推断PM堆积量和通过S102的处理而计算出的推断NO2比率，而对基准NOx净化率Enoxe进行运算。此时，ECU9利用上述的图2所示的映射图而对基准NOx净化率Enoxe进行计算。如此，通过ECU9执行S103的处理，从而实现了本发明所涉及的第一运算单元。
在S104的处理中，ECU9对实际NOx净化率Enox进行运算。此时，如上所述，ECU9通过将第一NOx传感器6的输出信号(NOx流入量)Anoxin和第二NOx传感器7的输出信号(NOx流出量)Anoxout代入所述式(1)中，从而对实际NOx净化率Enox进行运算。如此，ECU9通过执行S104的处理，从而实现了本发明所涉及的第二运算单元。
在S105的处理中，ECU9对通过S103的处理而计算出的基准NOx净化率Enoxe与通过S104的处理而计算出的实际NOx净化率Enox之差ΔEnox进行运算。
在S106的处理中，ECU9对通过S105的处理而计算出的差ΔEnox的绝对值是否为阈值Tenox以下进行判断。阈值Tenox为，在选择还原功能为正常的情况下所述差ΔEnox的绝对值所能够取得的最大值上加上余量而得的值，且为通过预先利用了实验等的适当处理而被求出的值。
在S106的处理中做出肯定判断的情况下(|ΔEnox|≤Tenox)，ECU9进入S107的处理，并判断为选择还原功能为正常。另一方面，在S106的处理中做出否定判断的情况下(|ΔEnox|＞Tenox)，ECU9进入S108的处理，并判断为选择还原功能发生了故障。如此，通过ECU9执行S106至108的处理，从而实现了本发明所涉及的诊断单元。
根据以上所述的实施例，在兼备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置中，能够避免出现尽管选择还原功能为正常，但也误判断为该选择还原功能发生了故障的状况。其结果为，在兼备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置中，能够更加准确地实施选择还原功能的故障诊断。
＜实施例2＞
接下来，根据图5至图7对本发明的第二实施例进行说明。此处，对与上述的第一实施例不同的结构进行说明，对于相同的校正则省略说明。
在本实施例中，对于校正推断NO2比率或推断PM堆积量的推断误差的方法进行叙述。在推断NO2比率与实际NO2比率之间产生了误差的情况下、或者推断PM堆积量与实际PM堆积量之间产生了误差的情况下，存在尽管选择还原功能为正常但所述差ΔEnox的绝对值也变为大于阈值Tenox的可能性。
因此，优选为，在执行选择还原功能的故障诊断处理之前，对推断NO2比率以及/或推断PM堆积量的推断误差(运算误差)进行校正。以下，对校正推断NO2比率以及推断PM堆积量的运算误差的方法进行叙述。
首先，ECU9求出实际NOx净化率Enox显示峰值时的推断NO2比率(第一推断NO2比率)。但是，实际NOx净化率Enox根据PM堆积量而发生变化。因此，在求出第一推断NO2比率的情况下，需要求出PM堆积量为固定量时的推断NO2比率与实际NOx净化率Enox之间的相关关系。
对此，考虑到如下的方法，即，反复执行求取推断PM堆积量与预先确定的预定量变为相等时的推断NO2比率和实际NOx净化率Enox的处理的方法。根据该方法，能够求出推断PM堆积量与预定量相等的情况下的推断NO2比率与实际NOx净化率Enox的相关关系。其结果为，还能够求出第一推断NO2比率。但是，推断PM堆积量与预定量变为相等的机会，在从执行对排气净化装置所捕集的PM进行氧化并去除的处理(PM再生处理)起到执行下一次的PM再生处理为止的期间内仅有一次，因此求出第一推断NO2比率之前所花费的时间将会变长。
因此，ECU9在每单位时间从内燃机1排出的PM的量较少时，也可以通过对从内燃机1排出的排气的NO2比率进行变更，来求出推断NO2比率与实际NOx净化率Enox之间的相关关系，并根据该相关关系来求出第一推断NO2比率。
另外，作为每单位时间从内燃机1排出的PM的量变少的运转状态，例如能够例示出燃料喷射量较少的低负载/低旋转运转区域、优选为怠速运转区域。
在内燃机1处于怠速运转状态时，每单位时间从内燃机1排出的PM的绝对量将会变少。因此，如果每隔几个循环对从内燃机1排出的排气的NO2比率进行变更，则能够在PM堆积量大致固定的条件下求出第一推断NO2比率。
此外，作为对从内燃机1排出的排气的NO2比率进行变更的方法，能够使用对混合气的空燃比进行变更的方法、对EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)气体的量进行变更的方法、或对由增压器实施的进气增压进行变更的方法等。
接下来，ECU9将求出第一推断NO2比率时的推断PM堆积量作为参数，而求出选择还原功能为正常的情况下的NOx净化率(基准NOx净化率)显示峰值时的NO2比率(第一基准NO2比率)。具体而言，ECU9根据求出第一推断NO2比率时的推断PM堆积量和上述的图2所示的映射图而求出第一基准NO2比率。
此处，在发生了选择还原功能的故障或NOx传感器6、7的故障等的情况下，虽然基准NOx净化率Enoxe的峰值与实际NOx净化率Enox的峰值发生背离，但是在推断PM堆积量或推断NO2比率中的至少一方包含误差的情况下，如图4所示，第一推断NO2比率与第一基准NO2比率将会背离。例如，在推断NO2比率包含推断误差的情况下，第一推断NO2比率将变成与真实值不同的值。此外，在推断PM堆积量包含推断误差的情况下，第一基准NO2比率将变成与真实值不同的值。由此，在推断PM堆积量和推断NO2比率中的至少一方包含误差的情况下，第一推断NO2比率与第一基准NO2比率将会背离。
因此，在第一推断NO2比率与第一基准NO2比率之差ΔRno2bfr超过容许值的情况下，可认为在推断NO2比率或推断PM堆积量的值中包含误差。另外，所述容许值为通过预先利用了实验等的适当处理而被求出的值。
在第一推断NO2比率与第一基准NO2比率之差ΔRno2bfr超过容许值的情况下，ECU9执行PM再生处理。PM再生处理为，通过使第二催化剂外壳4内的环境温度上升至PM能够氧化的温度区域，从而对排气净化装置所捕集着的PM进行氧化并去除的处理。作为使第二催化剂外壳4内的环境温度上升至PM能够氧化的温度区域的方法，能够使用通过向第一催化剂外壳3供给未燃燃料从而利用未燃燃料被氧化催化剂氧化时的反应热而使排气温度上升的方法、和通过加热器等而对第二催化剂外壳4进行直接加热的方法等。此外，作为向第一催化剂外壳3供给未燃燃料的方法，能够使用向排气行程中的气缸内喷射燃料的方法、和从被配置于与第一催化剂外壳3相比靠上游的排气通道2上的燃料添加阀向排气中添加燃料的方法等。
ECU9在PM再生处理的执行之后，通过对从内燃机1排出的排气的NO2比率进行变更，从而对实际NOx净化率Enox显示峰值时的推断NO2比率(第二推断NO2比率)进行再次运算。此外，ECU9对PM堆积量为零时的基准NOx净化率显示峰值时的NO2比率(第二基准NO2比率)进行运算。具体而言，ECU9在图2所示的这种映射图中，求出PM堆积量为零时的NOx净化率显示峰值时的NO2比率，并将该NO2比率设定为第二基准NO2比率。
ECU9对第二推断NO2比率和第二基准NO2比率进行比较。此处，在PM再生处理的执行之后，PM堆积量大致为零。由此，能够视为第二基准NO2比率与真实值相等。因此，如果第二推断NO2比率与第二基准NO2比率之差ΔRno2aft大于容许值，则能够视为在推断NO2比率中包含误差。因此，ECU9在第二推断NO2比率与第二基准NO2比率之差ΔRno2aft大于容许值的情况下，通过在推断NO2比率上加上该差ΔRno2aft，从而对推断NO2比率的误差进行校正。
此外，能够认为，在所述差ΔRno2aft为容许值以下时，PM再生处理执行前的差ΔRno2bfr大于容许值的主要原因在于PM堆积量的运算误差。因此，ECU9通过在PM堆积量的计算值上加上PM再生处理执行前的差ΔRno2bfr，从而对推断PM堆积量的误差进行校正。
在使用通过该方法而被校正了的推断NO2比率和推断PM堆积量来执行选择还原功能的故障诊断处理时，能够进一步提高诊断精度。
以下，根据图5来对校正推断NO2比率和推断PM堆积量操作进行说明。图5表示在校正推断NO2比率和推断PM堆积量时ECU9所执行的处理程序的流程图。该处理程序在内燃机1处于怠速运转状态时通过ECU9(CPU)而被执行。
在图5的处理程序中，ECU9在S201的处理中对内燃机1是否处于怠速运转状态中进行判断。在S201的处理中做出否定判断的情况下，ECU9暂时结束本程序的执行。在S201的处理中做出肯定判断的情况下，ECU9进入S202的处理。
在S202的处理中，ECU9对推断PM堆积量进行运算。推断PM堆积量通过与前文所述的第一实施例相同的方法而进行运算。
在S203的处理中，ECU9对实际NOx净化率Enox显示峰值时的推断NO2比率(第一推断NO2比率)进行运算。详细而言，ECU9每隔几个循环对从内燃机1排出的排气的NO2比率进行变更，并求出推断NO2比率与实际NOx净化率Enox之间的相关关系。此处，实际NOx净化率Enox根据排气净化装置的PM堆积量而发生变化。但是，由于在内燃机1处于怠速运转状态时该每单位时间从内燃机1排出的PM的量较少，因而能够视为求出推断NO2比率与实际NOx净化率Enox之间的相关关系的期间内的PM堆积量大致固定。ECU9根据推断NO2比率与实际NOx净化率Enox之间的相关关系来确定实际NOx净化率Enox显示峰值时的推断NO2比率(第一推断NO2比率)。
在S204的处理中，ECU9根据求出第一推断NO2比率时的PM堆积量和上述的图2所示的映射图，来确定基准NOx净化率显示峰值时的NO2比率(第一基准NO2比率)。此处，作为求出第一推断NO2比率时的PM堆积量，使用通过所述S202的处理而被求出的推断PM堆积量。
在S205的处理中，ECU9对通过S203以及S204的处理而被确定的第一推断NO2比率与第一基准NO2比率之差ΔRno2bfr进行运算。
在S206的处理中，ECU9对通过S205的处理而被求出的差ΔRno2bfr的绝对值是否大于容许值进行判断。在S206的处理中做出否定判断的情况下，由于推断NO2比率以及推断PM堆积量所包含的误差为容许范围内，因而ECU9结束本程序的执行。另一方面，在S206的处理中做出肯定判断的情况下，由于推断NO2比率或推断PM堆积量所包含的误差超过了容许范围，因而ECU9通过S207以后的处理而对推断NO2比率或推断PM堆积量进行校正。
在S207的处理中，ECU9执行PM再生处理。详细而言，如上所述，ECU9执行使第二催化剂外壳4内的环境温度提高至PM能够氧化的温度区域的处理。
另外，ECU9通过执行S202至S207的处理，从而实现了本发明所涉及的控制单元。
在S208的处理中，ECU9在PM再生处理结束时(PM堆积量大致为零时)，再次求出实际NOx净化率Enox与推断NO2比率之间的相关关系，并根据该相关关系来确定实际NOx净化率Enox显示峰值时的推断NO2比率(第二推断NO2比率)。
在S209的处理中，ECU9根据求出第二推断NO2比率时的PM堆积量和上述的图2所示的映射图，来确定基准NOx净化率显示峰值时的NO2比率(第二基准NO2比率)。此处，求出第二推断NO2比率时的PM堆积量大致为零。由此，ECU9只要在PM堆积量为零时求出基准NOx净化率显示峰值时的NO2比率即可。另外，在PM堆积量为零时，当NO2比率为50％时NOx净化率成为峰值。由此，ECU9也可以使用50％来作为第二基准NO2比率。
在S210的处理中，ECU9对第二推断NO2比率与第二基准NO2比率之差ΔRno2aft进行运算。接下来，ECU9进入S211的处理，并对所述差ΔRno2aft的绝对值是否大于容许值进行判断。
此处，在PM再生处理结束时，PM堆积量大致为零。因此，将PM堆积量视为零而求出的第二基准NO2比率为与真实值大致相等的值。由此，在S211的处理中做出肯定判断的情况下，能够视为所述差ΔRno2aft是由推断NO2比率的推断误差引起的。因此，ECU9进入S212的处理，利用第二推断NO2比率与第二基准NO2比率之差ΔRno2aft来对推断NO2比率进行校正。具体而言，ECU9在推断NO2比率上加上第二推断NO2比率与第二基准NO2比率之差ΔRno2aft。
另一方面，在S211的处理中做出否定判断的情况下，能够视为推断NO2比率的推断误差为容许范围内。由此，能够视为第一推断NO2比率与第一基准NO2比率之差ΔRno2bfr是由推断PM堆积量的推断误差引起的。因此，进入S213的处理，ECU9利用第一推断NO2比率与第一基准NO2比率之差ΔRno2bfr，来对推断PM堆积量进行校正。具体而言，ECU9在推断PM堆积量上加上第一推断NO2比率与第一基准NO2比率之差ΔRno2bfr之差ΔRno2bfr。
另外，ECU9通过执行S208至S213的处理，从而实现了本发明所涉及的补正单元。
当使用通过以上所述的操作而被校正后的推断NO2比率或推断PM堆积量来对基准NOx净化率Enoxe进行运算时，基准NOx净化率Enoxe近似于真实值。其结果为，能够更加准确地执行选择还原功能的故障诊断处理。
另外，在选择还原功能和NOx传感器6、7为正常的情况下，如前文所述的图4所示，在基准NOx净化率Enoxe的峰值与实际NOx净化率Enox的峰值大致相同、且第一推断NO2比率与第一基准NO2比率之差ΔRno2bfr大于容许值的情况下，该差ΔRno2bfr与推断NO2比率的推断误差相关。由此，也可以根据所述差ΔRno2bfr而对推断NO2比率进行校正。
此外，在选择还原功能和NOx传感器6、7为正常的情况下，如图6所示，在第一推断NO2比率与第一基准NO2比率之差ΔRno2bfr为容许值以下、且实际NOx净化率Enox的峰值与基准NOx净化率Enoxe的峰值背离时，实际NOx净化率Enox的峰值与基准NOx净化率Enoxe的峰值之差与推断PM堆积量的推断误差相关。由此，也可以根据所述峰值的差而对推断PM堆积量进行校正。
在选择还原功能和NOx传感器6、7为正常的情况下，如图7所示，在第一推断NO2比率与第一基准NO2比率背离、且实际NOx净化率Enox的峰值与基准NOx净化率Enoxe的峰值背离时，能够认为在推断NO2比率和推断PM堆积量中均包含推断误差。在这种情况下，首先，ECU9根据基准NOx净化率Enoxe的峰值与实际NOx净化率Enox的峰值之差而对推断PM堆积量进行校正。接下来，ECU9也可以利用补正后的推断PM堆积量再次求出第一推断NO2比率与第一基准NO2比率之差ΔRno2，并根据该差ΔRno2来对推断NO2比率进行校正。根据该方法，能够在不执行PM再生处理的条件下对推断NO2比率以及推断PM堆积量的推断误差进行校正。
符号说明
1内燃机；2排气通道；3第一催化剂外壳；4第二催化剂外壳；5还原剂添加阀；6第一NOx传感器；7第二NOx传感器；8排气温度传感器；9 ECU；10曲轴位置传感器；11加速器位置传感器；50泵；51还原剂罐。

Claims (4)

1.一种故障诊断装置，其被用于兼备选择还原功能和过滤器功能的排气净化装置(4)中，所述故障诊断装置包括NOx传感器(7)和电子控制单元(9)，
所述NOx传感器(7)被构成为，被配置于与所述排气净化装置相比靠下游，并对排气中所包含的NOx的量进行检测，
所述电子控制单元(9)被构成为，
a)对作为堆积于所述排气净化装置中的粒状物质的量的颗粒物堆积量进行推断；
b)对作为流入所述排气净化装置的NOx中二氧化氮所占的比例的NO2比率进行推断；
c)将作为所推断出的颗粒物堆积量的推断颗粒物堆积量和作为所推断出的NO2比率的推断NO2比率作为参数，对作为所述排气净化装置为正常的情况下的NOx净化率的基准NOx净化率进行运算；
d)将通过所述NOx传感器而被检测出的NOx量作为参数，对作为所述排气净化装置的实际的NOx净化率的实际NOx净化率进行运算；
e)将所述基准NOx净化率与所述实际NOx净化率之差大于阈值的情况作为条件，来判断出所述排气净化装置发生了故障。
2.如权利要求1所述的故障诊断装置，其中，
所述电子控制单元被构成为，在所述b)与所述c)之间，包括以下的步骤：
f)求出第一推断NO2比率和第一基准NO2比率，其中，所述第一推断NO2比率为所述实际NOx净化率显示峰值时的推断NO2比率，所述第一基准NO2比率为如下的情况下的NOx净化率显示峰值时的NO2比率，所述情况为，所述排气净化装置的颗粒物堆积量与求出了所述第一推断NO2比率时的颗粒物堆积量相等且所述排气净化装置为正常的情况；
g)如果所述第一推断NO2比率与所述第一基准NO2比率之差大于容许值，则实施用于对堆积于所述排气净化装置上的粒状物质进行氧化及去除的颗粒物再生处理；
h)在所述颗粒物再生处理的执行之后，求出第二推断NO2比率和第二基准NO2比率，其中，所述第二推断NO2比率为所述实际NOx净化率显示峰值时的推断NO2比率，所述第二基准NO2比率为所述排气净化装置的颗粒物堆积量为零且所述排气净化装置为正常的情况下的NOx净化率显示峰值时的NO2比率；
i)如果所述第二推断NO2比率与所述第二基准NO2比率之差大于容许值，则利用所述第二推断NO2比率与所述第二基准NO2比率之差而对所述推断NO2比率进行补正。
3.如权利要求2所述的故障诊断装置，其中，
所述电子控制单元被构成为，在所述第二推断NO2比率与所述第二基准NO2比率之差在容许值以下的情况下，利用所述第一推断NO2比率与所述第一基准NO2比率之差而对所述推断颗粒物堆积量进行补正。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的故障诊断装置，其中，
所述电子控制单元被构成为，利用所述排气净化装置的颗粒物堆积量越增多，则NOx净化率的峰值越减小并且NOx净化率显示峰值时的NO2比率越变大的特性，来对所述基准NOx净化率进行运算。
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