CN105308279B - 排气净化装置的异常诊断装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于：在以SCR催化剂的NOX流入量为参数对SCR催化剂的异常进行诊断的排气净化装置的异常诊断装置中，抑制异常诊断精度降低。本发明的排气净化装置的异常诊断装置具有：包含SCR催化剂的排气净化装置；向排气净化装置供给添加剂的供给装置，所述添加剂是氨或氨的前体；使一部分排气从比添加剂的供给位置更靠下游的排气通路向进气通路引导的EGR装置；取得向排气净化装置流入的NOX的量的取得机构；以NOX流入量为参数运算与排气净化装置的NOX净化性能相关的物理量，在其运算结果比阈值小的情况下诊断为排气净化装置异常的诊断机构。在上述排气净化装置的异常诊断装置中，利用EGR装置与EGR气体一同回流的添加剂的量越多，则将所述阈值修正为越小的值。

Description

排气净化装置的异常诊断装置
技术领域
本发明涉及设置于内燃机的排气通路中的排气净化装置的异常诊断技术。
背景技术
在专利文献1中记载有如下的结构，该结构具有：选择还原型(SCR：SelectiveCatalytic Reduction)催化剂、将尿素水添加到向该SCR催化剂流入的排气中的添加阀、以及将一部分排气(EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)气体)从比SCR催化剂更靠下游的排气通路向进气通路引导的低压EGR系统。
在专利文献2中记载有如下的结构：在火花点火式的内燃机中，具有向进气通路供给氨的装置、以及配置在排气通路中的SCR催化剂。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/164713号
专利文献2：日本特开2010-159705号公报
发明内容
发明要解决的课题
作为对包含SCR催化剂等的排气净化装置的异常进行检测的技术，以向SCR催化剂流入的NOX的量(以下称为“NOX流入量”)为参数对排气净化装置的异常进行诊断的技术是已知的。例如，如下方法是已知的：以NOX流入量为参数对SCR催化剂的NOX净化率(由SCR催化剂净化了的NOX的量与NOX流入量的比例)进行运算，并基于其运算结果对排气净化装置的异常进行诊断。
在此，在运算SCR催化剂的NOX净化率时，NOX流入量和从SCR催化剂流出的NOX的量(以下称为“NOX流出量”)是必要的。虽然这些NOX流入量和NOX流出量也可以基于NOX传感器的测定值进行运算，但由于需要两个NOX传感器，因此，车辆搭载性降低、制造成本增大。于是，提出有利用NOX传感器仅运算NOX流出量并根据内燃机的运转状态来推定(运算)NOX流入量的方法。
但是，在如上述专利文献1所记载的那样搭载有低压EGR系统的车辆中，尿素水那样的氨的前体或氨有时由低压EGR系统向内燃机导入。在氨的前体或氨在内燃机中供燃烧时，生成一氧化氮(NO)等NOX。其结果是，从内燃机实际排出的NOX的量、换句话说向SCR催化剂实际流入的NOX的量增加。在如上所述的情况下，根据内燃机的运转状态运算出的NOX流入量比实际的NOX流入量少。另一方面，根据NOX传感器的测定值运算出的NOX流出量有可能随着实际的NOX流入量的增加而增加不少。因此，根据NOX流入量的运算值和NOX流出量运算出的NOX净化率比实际的NOX净化率小，存在尽管排气净化装置正常仍误诊断为异常的可能性。
另外，在NOX流入量和NOX流出量双方根据NOX传感器的测定值进行运算的结构中，在源自添加剂的回流而使得NOX流入量增多的情况下，正常时的NOX净化率和异常时的NOX净化率之差减小。此时，在NOX传感器的测定值包括误差时，有可能不再能够区分正常时的NOX净化率和异常时的NOX净化率。因此，尽管排气净化装置正常仍误诊断为异常的可能性增高。
本发明是鉴于上述那样的各种实情而作出的，其目的在于：在排气净化装置的异常诊断装置中，抑制尽管排气净化装置正常仍误诊断为异常这种情形，所述排气净化装置的异常诊断装置具有：包含选择还原型催化剂的排气净化装置；向排气净化装置供给添加剂的供给装置，所述添加剂是氨或氨的前体；将一部分排气从比添加剂的供给位置更靠下游的排气通路向进气通路引导的EGR装置；以及以NOX流入量为参数进行排气净化装置的异常诊断的诊断机构。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，在本发明的排气净化装置的异常诊断装置中，具有：排气净化装置，所述排气净化装置配置在内燃机的排气通路中，包含选择还原型催化剂；供给装置，所述供给装置向排气净化装置供给添加剂，所述添加剂是氨或氨的前体；EGR装置，所述EGR装置使一部分排气从比由所述供给装置供给添加剂的供给位置更靠下游的排气通路向进气通路回流；取得机构，所述取得机构取得向排气净化装置流入的NOX的量；以及诊断机构，所述诊断机构以利用所述取得机构取得的NOX流入量为参数，运算与排气净化装置的NOX净化性能相关的物理量，在其运算结果比阈值小的情况下，所述诊断机构诊断为排气净化装置异常，在添加剂利用所述EGR装置与一部分排气一同回流的情况下，与不回流的情况相比，使所述阈值的值减小。
详细而言，本发明的排气净化装置的异常诊断装置具有：
排气净化装置，所述排气净化装置配置在内燃机的排气通路中，包含选择还原型催化剂；
供给装置，所述供给装置向所述排气净化装置供给添加剂，所述添加剂是氨或氨的前体；
EGR装置，所述EGR装置使一部分排气从比由所述供给装置供给添加剂的供给位置更靠下游的排气通路向进气通路回流；
取得机构，所述取得机构取得向所述排气净化装置流入的NOX的量即NOX流入量；
诊断机构，所述诊断机构以利用所述取得机构取得的NOX流入量为参数，运算与所述排气净化装置的NOX净化性能相关的物理量，在其运算结果比阈值小的情况下，所述诊断机构诊断为所述排气净化装置异常；以及
修正机构，在添加剂利用所述EGR装置与一部分排气一同回流的情况下，与不回流的情况相比，所述修正机构将所述阈值修正为更小的值。
作为表示排气净化装置的NOX净化性能的指标，可以考虑NOX净化率(由排气净化装置净化了的NOX的量与向排气净化装置流入的NOX 的量的比例)、NOX净化量(由排气净化装置净化了的NOX的量)等物理量。因此，在以NOX流入量为参数对排气净化装置的异常进行诊断的情况下，使用以NOX流入量为参数对上述那样的物理量进行运算并对其运算结果和阈值进行比较的方法。
但是，当利用EGR装置使一部分排气(EGR气体)回流时，从供给装置供给的一部分添加剂有可能与EGR气体一同回流。在如上所述的情况下，添加剂在内燃机中与混合气体一同供燃烧。在添加剂供燃烧时，氨氧化而生成一氧化氮等NOX。因此，在一部分添加剂与EGR气体一同回流了的情况下，与不回流的情况相比，从内燃机流出的NOX的量(换句话说，向排气净化装置流入的NOX量)增多。
在此，在排气净化装置的异常诊断处理所使用的NOX流入量使用表示内燃机的运转状态的参数(例如，吸入空气量、燃料喷射量、燃料喷射正时、发动机转速等)进行运算的情况下，其运算值(以下称为“NOX流入量运算值”)比实际的NOX流入量(以下称为“实际NOX流入量”)少。
其结果是，在以利用取得机构算出的NOX流入量运算值为参数运算上述那样的物理量时，其运算结果与排气净化装置的NOX净化性能之间的相关性降低。例如，在作为表示排气净化装置的NOX净化性能的指标而使用NOX净化率的情况下，以NOX流入量运算值为参数运算出的NOX净化率有可能比实际的NOX净化率小。另外，在作为表示排气净化装置的NOX净化性能的指标而使用NOX净化量的情况下，以NOX流入量运算值为参数运算出的NOX净化量有可能比实际的NOX净化量少。因此，在添加剂利用EGR装置与EGR气体一同回流时，若进行使用了NOX流入量运算值的异常诊断处理，则尽管排气净化装置正常，仍有可能误诊断为排气净化装置异常。
另外，在排气净化装置的异常诊断处理所使用的NOX流入量根据NOX传感器的测定值进行运算的结构(即，取得实际NOX流入量的结构)中，在添加剂与EGR气体一同回流而使得NOX流入量增加时，上述那样的指标(物理量)也增加。这种现象在排气净化装置异常的情况下也 可能显现。因此，在添加剂与EGR气体一同回流而使得实际NOX流入量增多的情况下，排气净化装置正常时的指标(物理量)和排气净化装置异常时的指标(物理量)之差减小。此时，若考虑NOX传感器的测定误差，则排气净化装置正常时的指标(物理量)和排气净化装置异常时的指标(物理量)之差进一步减小。其结果是，尽管排气净化装置正常，NOX净化率、NOX净化量仍有可能比阈值小。即，尽管排气净化装置正常，仍有可能误诊断为排气净化装置异常。
与此相对，本发明的排气净化装置的异常诊断装置，在添加剂与EGR气体一同回流的情况下，与不回流的情况相比，使阈值的大小减小。根据如上所述的结构，在因添加剂与EGR气体一同回流而使得实际NOX流入量增加的情况下，难以产生如下的事态：尽管排气净化装置正常，所述物理量仍比阈值小。即，尽管排气净化装置正常仍误诊断为排气净化装置异常的情形难以产生。其结果是，可以抑制因添加剂与EGR气体一同回流而引起的诊断精度的降低。
另外，添加剂与EGR气体一同回流的情况下的阈值也可以设定为，利用EGR装置回流的添加剂的量越多，则上述阈值被设定为越小的值。在此，在取得机构取得NOX流入量运算值的结构中，与EGR气体量一同回流的添加剂的量越多，则NOX流入量运算值和实际NOX流入量之差越大。伴随于此，以NOX流入量运算值为参数而运算出的物理量减小。因此，在与EGR气体量一同回流的添加剂的量越多、则阈值被设定为越小的值时，可以更可靠地抑制尽管排气净化装置正常、所述物理量仍比阈值小这种情形。
另一方面，在取得机构利用NOX传感器的测定值取得实际NOX流入量的结构中，与EGR气体一同回流的添加剂的量越多，则NOX净化率的运算值有可能越大。该趋势在排气净化装置异常的情况下也显现。因此，正常时的所述物理量和异常时的所述物理量之差有可能减小。此时，在所述物理量的运算所使用的NOX传感器的测定值包括测定误差时，即便排气净化装置正常，所述物理量仍可能低于阈值。与此相对，在与EGR 气体一同回流的添加剂的量越多、则阈值被设定为越小的值时，难以产生尽管排气净化装置正常、所述物理量仍比阈值小的情形。
因此，根据与EGR气体一同回流的添加剂的量越多、则使阈值的值越小的结构，可以更可靠地抑制尽管排气净化装置正常仍误诊断为该排气净化装置异常这种情形。
但是，在所述阈值被修正为较小的值的情况下，担心即便排气净化装置的NOX净化性能降低、所述物理量仍成为阈值以上。另一方面，在利用EGR装置使EGR气体回流的情况下，与未回流的情况相比，向大气中排出的NOX的量减少。例如，在从比排气净化装置更靠下游的排气通路取出EGR气体的结构中，在EGR气体回流时，从排气净化装置流出的一部分NOX与EGR气体一同回流。因此，EGR气体量越多，则从排气净化装置流出的NOX中的、向大气中排出的NOX的量越少。另外，与EGR气体一同回流的添加剂的量存在如下趋势：EGR气体的量越多，则与EGR气体一同回流的添加剂的量越多。因此，在与和EGR气体一同回流的添加剂的量相应地变更阈值的结构中，EGR气体的量越多，则所述阈值变更为越小的值，因此，向大气中排出的NOX的量变得过多这种情形被抑制。另外，在与和EGR气体一同回流的添加剂的量相应地变更阈值的结构中，优选阈值被确定为使得向大气中排出的NOX的量不超过由法规等规定的限制值。即，在向大气中排出的NOX的量成为预先确定的目标值以下的情况下所述物理量能够取得的最小值也可以被设定为阈值。在如上所述阈值被确定时，在排气净化装置的NOX净化性能劣化到了向大气中排出的NOX的量超过限制值这种程度的情况下，可以诊断为该排气净化装置异常。
在此，在EGR装置构成为使EGR气体从比排气净化装置更靠下游的排气通路向进气通路回流的情况下，与EGR气体一同回流的添加剂的量，能够以穿过排气净化装置的添加剂的量(以下记为“滑过量”)、以及利用EGR装置回流的排气的量与从排气净化装置流出的排气的量的比例(相当于EGR率)为参数进行运算。于是，修正机构也可以使用上述参数运算添加剂的回流量，并与其运算结果相应地修正所述阈值。
另外，在一部分添加剂穿过排气净化装置的情况下，添加剂的回流量存在如下趋势：EGR气体的量、EGR率越增大，则添加剂的回流量越增多。因此，修正机构也可以与EGR气体的量或EGR率相应地修正所述阈值。具体而言，修正机构也可以构成为，在添加剂的滑过量比规定量多的情况下，EGR气体的量或EGR率越增大，则将所述阈值修正为越小的值。在此所说的“规定量”是可认为即便不修正阈值也能够保持异常诊断处理的精度的最大滑过量(或从该最大滑过量减去余量后的量)。
在此，添加剂的滑过量能够以排气净化装置的温度、在排气净化装置中流动的排气的流量、以及排气净化装置的选择还原型催化剂所吸附的氨的量为参数而求出。例如，在选择还原型催化剂的温度高时，与低时相比，添加剂的滑过量增多。在通过选择还原型催化剂的排气的流量多时，与少时相比，添加剂的滑过量增多。在选择还原型催化剂所吸附的氨的量多时，与少时相比，添加剂的滑过量增多。于是，也可以基于这些趋势，预先求出表示选择还原型催化剂的温度、通过选择还原型催化剂的排气的流量、选择还原型催化剂所吸附的氨的量、以及添加剂的滑过量之间的关系的映射或函数，并基于该映射或函数来求出添加剂的滑过量。
接着，在从添加剂的供给位置与排气净化装置之间的排气通路取出EGR气体的结构中，添加剂的回流量能够以从供给装置供给的添加剂的量和EGR率为参数来进行运算。于是，修正机构也可以使用上述参数运算添加剂的回流量，并与其运算结果相应地修正所述阈值。
另外，在从供给装置正供给添加剂的情况下，添加剂的回流量存在如下趋势：EGR气体的量、EGR率越增大，则添加剂的回流量越增多。因此，修正机构也可以与EGR气体或EGR率相应地修正所述阈值。具体而言，修正机构也可以构成为，在从供给装置供给的添加剂的量(供给量)比规定量多的情况下，EGR气体的量或EGR率越增大，则将所述阈值修正为越小的值。在此所说的“规定量”是可认为即便不修正阈值 也能够保持异常诊断处理的精度的最大供给量(或从该最大供给量减去余量后的量)。
发明的效果
根据本发明，在如下的排气净化装置的异常诊断装置中，可以抑制尽管排气净化装置正常仍误诊断为异常这种情形，所述排气净化装置的异常诊断装置具有：包含选择还原型催化剂的排气净化装置；向排气净化装置供给添加剂的供给装置，所述添加剂是氨或氨的前体；将一部分排气从比添加剂的供给位置更靠下游的排气通路向进气通路引导的EGR装置；以及以向排气净化装置流入的NOX的量即NOX流入量为参数进行排气净化装置的异常诊断的诊断机构。
附图说明
图1是表示应用本发明的内燃机及其进排气系统的概略结构的图。
图2是表示NOX流入量与NOX净化率之间的关系的图。
图3是表示对SCR催化剂的异常诊断处理所使用的阈值进行修正时ECU执行的处理程序的流程图。
图4是表示SCR催化剂的氨吸附量、SCR催化剂的温度以及氨的滑过量之间的关系的图。
图5是表示通过SCR催化剂的排气的流量、SCR催化剂的温度以及NOX净化率之间的关系的图。
图6是表示应用本发明的内燃机及其进排气系统的其他结构例的图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的具体实施方式。本实施方式中记载的结构部件的尺寸、材质、形状、相对配置等只要没有特别记载，其主旨并非将发明的技术范围仅限定于此。
图1是表示应用本发明的内燃机及其进排气系统的概略结构的图。图1所示的内燃机1是以轻油为主燃料的压燃式的内燃机(柴油发动机)或以汽油为主燃料的火花点火式的内燃机(汽油发动机)。
进气通路2与内燃机1连接。进气通路2是用于将从大气中取入的新鲜空气(空气)向内燃机1引导的通路。在进气通路2的中途配置有离心增压器(涡轮增压器)3的压缩机30。在比压缩机30更靠上游的进气通路2中，配置有变更该进气通路2的通路截面积的进气节流阀4。
排气通路5与内燃机1连接。排气通路5是用于将在内燃机1的气缸内已燃烧的气体(排气)向后述的排气净化装置、未图示的消音器等引导的通路。在排气通路5的中途配置有涡轮增压器3的涡轮机31。在比涡轮机31更靠下游的排气通路5中配置有第一催化剂壳体6。
第一催化剂壳体6在圆筒状的壳体内收容有颗粒过滤器、氧化催化剂等。另外，第一催化剂壳体6也可以代替氧化催化剂而收容有三元催化剂或吸留还原型催化剂。在该情况下，三元催化剂或吸留还原型催化剂也可以载置于颗粒过滤器。
在比第一催化剂壳体6更靠下游的排气通路5中配置有第二催化剂壳体7。第二催化剂壳体7在圆筒状的壳体内收容有选择还原型催化剂(SCR催化剂)、氧化催化剂等。另外，第二催化剂壳体7也可以收容有载置有SCR催化剂的颗粒过滤器。在该情况下，也可以构成为，第一催化剂壳体6收容氧化催化剂，或者不设置第一催化剂壳体6而在第二催化剂壳体7内收容氧化催化剂。这样构成的第二催化剂壳体7相当于本发明的排气净化装置。
在第一催化剂壳体6与第二催化剂壳体7之间的排气通路5中安装有添加阀8。添加阀8是将添加剂向排气通路5内喷射的喷射阀，所述添加剂是氨或氨的前体。在此，作为氨的前体，可以使用尿素、氨基甲酸铵等的水溶液。在本实施例中，作为添加阀8喷射的添加剂，使用尿素水溶液。添加阀8相当于本发明的供给装置。另外，在第一催化剂壳体6收容有三元催化剂或吸留还原型催化剂的情况下，通过使向第一催化剂壳体6流入的排气为浓气体环境，也可以在三元催化剂或吸留还原型催化剂中生成氨。
从添加阀8向排气通路5内喷射的尿素水溶液与排气一同向第二催化剂壳体7流入。此时，尿素水溶液受到排气的热量而热分解或由SCR 催化剂水解。若尿素水溶液热分解或水解，则生成氨。如上所述生成的氨被SCR催化剂吸附或吸留。SCR催化剂所吸附或吸留的氨与排气中含有的NOX反应而生成氮和水。即，氨作为NOX的还原剂发挥作用。
接着，在比第二催化剂壳体7更靠下游的排气通路5中连接有EGR通路90的基端。EGR通路90的终端与比进气节流阀4更靠下游且比压缩机30更靠上游的进气通路2连接。EGR通路90是用于从排气通路5向进气通路2引导一部分排气(EGR气体)的通路。
在EGR通路90的中途配置有EGR阀91和EGR冷却器92。EGR阀91是变更EGR通路90的通路截面积的阀机构，是调节在EGR通路90中流动的EGR气体量的阀机构。EGR冷却器92是对在EGR通路90中流动的EGR气体进行冷却的设备，例如是在冷却水或外部空气与EGR气体之间进行热交换的热交换器。另外，EGR通路90、EGR阀91以及EGR冷却器92构成EGR装置9。
在这样构成的内燃机1一并设置有ECU10。ECU10是由CPU、ROM、RAM、备份RAM等构成的电子控制单元。ECU10与空气流量计11、NOX传感器12、油门位置传感器13、曲轴位置传感器14等各种传感器电连接。
空气流量计11配置在比进气节流阀4更靠上游的进气通路2中，输出与在进气通路2中流动的空气的量(质量)相关的电信号。NOX传感器12安装在比第二催化剂壳体7更靠下游的排气通路5中，输出与从第二催化剂壳体7流出的排气的NOX浓度相关的电信号。油门位置传感器13输出与未图示的加速踏板的操作量(油门开度)相关的电信号。曲轴位置传感器14输出与内燃机1的输出轴(曲轴)的旋转位置相关的电信号。
另外，ECU10除与前述进气节流阀4、添加阀8、以及EGR阀91电连接之外，还与未图示的燃料喷射阀等各种设备电连接。ECU10基于上述各种传感器的输出信号，对上述各种设备进行电气控制。
例如，ECU10根据油门位置传感器13、曲轴位置传感器14的输出信号来运算发动机负荷、发动机转速，并根据其运算结果对燃料喷射量、 燃料喷射正时进行控制。另外，ECU10以向第二催化剂壳体7所收容的SCR催化剂流入的NOX的量(NOX流入量)为参数，对该SCR催化剂的异常进行诊断。
在此，对SCR催化剂的异常诊断方法进行论述。首先，ECU10基于表示内燃机1的运转状态的参数，对从内燃机1排出的NOX的量(换句话说，向第二催化剂壳体7的SCR催化剂流入的NOX的量(NOX流入量))进行运算。
从内燃机1排出的NOX的量与在内燃机1中混合气体燃烧时产生的NOX的量相关。在内燃机1中混合气体燃烧时产生的NOX的量，与混合气体中含有的氧的量、混合气体中含有的燃料的量、燃料喷射正时、以及发动机转速相关。混合气体中含有的氧的量与吸入空气量(空气流量计11的输出信号)相关。混合气体中含有的燃料的量与燃料喷射量相关。因此，ECU10能够以空气流量计11的输出信号、燃料喷射量、燃料喷射正时、以及发动机转速为参数，运算NOX流入量。另外，上述各种参数与NOX流入量之间的关系也可以预先通过实验求出，并将这些关系以映射或函数式的形态存储于ECU10的ROM中。通过如上所述ECU10运算NOX流入量，本发明的取得机构得以实现。
ECU10以NOX流入量的运算值(NOX流入量运算值)为参数，对与SCR催化剂的NOX净化性能相关的物理量进行运算，并基于其运算结果对SCR催化剂的异常进行诊断。作为表示SCR催化剂的NOX净化性能的物理量，例如可以使用SCR催化剂的NOX净化率或SCR催化剂的NOX净化量等，以下，对作为与SCR催化剂的NOX净化性能相关的物理量使用NOX净化率的例子进行论述。在此所说的NOX净化率是由SCR催化剂净化了的NOX的量与向SCR催化剂流入的NOX的量的比例。NOX净化率可以利用以下的式(1)进行运算。
Enox＝(Anoxin-Anoxout)/Anoxin (1)
上述式(1)中的Enox是NOX净化率。Anoxin是NOX流入量，利用上述方法算出的NOX流入量(NOX流入量运算值)被代入。Anoxout是NOX流出量，通过将NOX传感器12的输出信号(NOX浓度)与每单 位时间内的排气流量(每单位时间内的吸入空气量和每单位时间内的燃料喷射量的总和)相乘而求出的值被代入。
在利用上述式(1)算出NOX净化率Enox时，ECU10判别该NOX净化率Enox是否为阈值以上。在此所说的“阈值”是SCR催化剂正常时的最低NOX净化率或将余量与该NOX净化率相加后的值。若NOX净化率Enox为阈值以上，则ECU10诊断为SCR催化剂正常。另一方面，若NOX净化率Enox小于阈值，则诊断为SCR催化剂异常。通过如上所述ECU10以NOX流入量运算值为参数来执行SCR催化剂的异常诊断，本发明的诊断机构得以实现。
但是，在利用EGR装置9使一部分排气从排气通路5向进气通路2回流时，详细而言，在利用EGR装置9回流了的一部分排气(EGR气体)向SCR催化剂再次流入时，若实施SCR催化剂的异常诊断，则有可能导致误诊断。
在EGR气体回流时，若一部分氨从SCR催化剂穿过，则该一部分氨与EGR气体一同向内燃机1吸入。被吸入到了内燃机1的氨与混合气体一同供燃烧。在该情况下，氨在高温下与氧接触，因此，氨氧化而生成一氧化氮等NOX。其结果是，在氨与EGR气体一同被吸入到了内燃机1的情况下，与不被吸入的情况相比，从内燃机1排出的NOX的量增加。
在从内燃机1排出的NOX的量因上述理由而增加了的情况下，NOX流入量运算值和实际NOX流入量之间产生误差。另外，在实际NOX流入量增加了的情况下，也存在没有被SCR催化剂净化的NOX的量增加、基于NOX传感器12的输出信号运算出的NOX流出量增加的情况。尤其是，在基于NOX流入量运算值调节从添加阀8喷射的尿素水溶液的量的情况下，从添加阀8喷射的尿素水溶液的量相比与实际NOX流入量相适应的量减少，因此，NOX流出量增多。其结果是，如图2所示，即便在SCR催化剂正常的情况下，由上述式(1)算出的NOX净化率Enox也可能低于阈值。另外，图2中的实线表示以实际NOX流入量为参数运算 出的NOX净化率，图2中的单点划线表示以NOX流入量运算值为参数运算出的NOX净化率。另外，图2中的虚线表示阈值。
于是，本实施例的异常诊断装置在EGR气体回流且氨从SCR催化剂流出的情况下，与EGR气体未回流的情况或氨未从SCR催化剂流出的情况相比，将所述阈值修正为更小的值。
以下，按照图3说明修正所述阈值的顺序。图3是表示修正所述阈值时ECU10执行的处理程序的流程图。该处理程序预先存储在ECU10的ROM中，是由ECU10(CPU)周期性地执行的程序。
在图3的处理程序中，ECU10首先在S101的处理中判别添加阀8是否正喷射尿素水溶液。当在S101的处理中判定为否时，氨不与EGR气体一同向内燃机1吸入，或者即便SCR催化剂所吸附的一部分氨脱离、与EGR气体一同向内燃机1吸入的氨也是少量的，因此，ECU10结束本处理程序的执行而不修正所述阈值。另一方面，当在S101的处理中判定为是时，ECU10进入S102的处理。
在S102的处理中，ECU10判别EGR装置9是否处于工作中，换句话说，是否正利用EGR装置9使一部分排气从排气通路5向进气通路2回流。详细而言，ECU10在EGR阀91的开度为零(全闭)时判定为否，在EGR阀91的开度比零大时判定为是。当在S102的处理中判定为否时，穿过了SCR催化剂的氨不被吸入到内燃机1，因此，不需要修正阈值的值。因此，当在S102的处理中判定为否时，ECU10结束本处理程序的执行。
另外，当在S101的处理中判定为否时、以及当在S102的处理中被否定了时，ECU10使用不被修正的阈值执行排气净化装置的异常诊断处理。
当在S102的处理中判定为是时，穿过了SCR催化剂的氨有可能被吸入到内燃机1。因此，ECU10进入S103的处理，对从SCR催化剂流出的氨的量(氨的滑过量)Anh3slp进行运算。在此，氨的滑过量Anh3slp以排气的流量、SCR催化剂的温度、以及SCR催化剂的氨吸附量为参数进行运算。
图4是表示通过SCR催化剂的排气的流量恒定的情况下的、SCR催化剂所吸附的氨的量(吸附量)、SCR催化剂的温度以及从SCR催化剂流出的排气的氨浓度之间的关系的图。在图4中，SCR催化剂的氨吸附量越多，则从SCR催化剂流出的排气的氨浓度越浓，并且，SCR催化剂的温度越高，则从SCR催化剂流出的排气的氨浓度越浓。因此，在通过SCR催化剂的排气的流量恒定的情况下，可以说SCR催化剂的氨吸附量越多且SCR催化剂的温度越高、则氨的滑过量越多。
另外，如果从SCR催化剂流出的排气的氨浓度恒定，那么每单位时间内通过SCR催化剂的排气的流量越多，则每单位时间内的滑过量越多。因此，每单位时间内通过SCR催化剂的排气的流量越多，则氨的滑过量越多。
于是，在本实施例中，基于图4所示那样的关系，求出从SCR催化剂流出的排气的氨浓度，将该氨浓度与每单位时间内的排气流量(每单位时间内的吸入空气量与每单位时间内的燃料喷射量的总和)相乘，从而求出氨的滑过量Anh3slp。
另外，在求取氨的滑过量Anh3slp时所使用的氨吸附量利用适当的方法来推定。例如，从向SCR催化剂流入的氨的量中减去在SCR催化剂中被消耗的氨的量(NOX的还原所消耗的氨的量)和滑过量，从而求出氨吸附量。
在SCR催化剂中被消耗的氨的量以NOX流入量和NOX净化率为参数进行运算。作为此时的NOX流入量，使用上述NOX流入量运算值。另外，NOX净化率也可以利用与排气净化装置的异常诊断处理所使用的NOX净化率相同的方法求出，但也能够以向SCR催化剂流入的排气的流量(每单位时间内的吸入空气量和每单位时间内的燃料喷射量的总和)和SCR催化剂的温度为参数进行推定。例如，氨消耗量的运算所使用的NOX净化率也可以基于图5所示那样的关系进行推定。图5是表示排气的流量(每单位时间内的吸入空气量和每单位时间内的燃料喷射量的总和)、SCR催化剂的温度、以及NOX净化率之间的关系的图。NOX净化率存在如下趋势：排气流量越多，则NOX净化率越小，并且，SCR催化剂的温度越高，则NOX净化率越大(但是，在SCR催化剂的温度超过上限温度(例如，350℃)时，SCR催化剂的温度越高，则NOX净化率越小)。因此，也可以预先求出对图5所示那样的关系进行了限定的映射或函数，并基于该映射或函数来求出NOX净化率。
上述那样的氨吸附量的运算处理在内燃机1起动后开始EGR气体的回流之前开始执行，此后以规定的周期反复执行。而且，作为滑过量Anh3slp的运算所使用的氨吸附量，使用在刚刚之前的运算处理中求出的值(前一次值)。
在S104的处理中，ECU10以在上述S103的处理中算出的氨的滑过量Anh3slp为参数，运算与EGR气体一同回流的氨的量(回流量)Anh3egr。详细而言，ECU10以氨的滑过量Anh3slp、以及EGR气体量与排气流量的比例为参数，运算氨的回流量Anh3egr。另外，EGR气体量与排气流量的比例能够以EGR率和空气流量计11的输出信号(吸入空气量)为参数来运算。
在S105的处理中，ECU10判别在上述S104的处理中求出的回流量Anh3egr是否比上限量大。在此所说的“上限量”是可认为即便不修正阈值也能够保持异常诊断处理的精度的最大回流量(或从该最大回流量减去余量后的量)。当在S105的处理中判定为否时，ECU10结束本处理程序的执行而不修正阈值。另一方面，当在S105的处理中判定为是时，ECU10进入S106的处理。
在S106的处理中，ECU10修正阈值。此时，在上述S105的处理中算出的回流量Anh3egr越多，则ECU10将阈值修正为越小的值。在此，回流量Anh3egr越多，则NOX流入量运算值和实际NOX流入量之差越大。换句话说，回流量Anh3egr越多，则NOX流入量运算值相对于实际NOX流入量的大小越小。伴随于此，回流量Anh3egr越多，则基于上述式(1)算出的NOX净化率的值也越小。因此，在回流量Anh3egr越多则阈值被修正为越小的值时，尽管SCR催化剂正常仍误诊断为异常的情形难以产生。另外，阈值和回流量Anh3egr之间的关系预先通过利用实验等的适应处理来求出。如上所述，氨的回流量Anh3egr存在如下趋势： EGR气体越多(EGR率越高)，则氨的回流量Anh3egr越多。因此，也可以构成为，在氨的滑过量Anh3slp比规定量多时，EGR气体量越多或EGR率越高，则阈值被修正为越小的值。在此所说的“规定量”是可认为即便不修正阈值也能够保持异常诊断处理的精度的最大滑过量(或从该最大滑过量减去余量后的量)。
但是，在使阈值与氨的回流量相应地减小时，担心尽管SCR催化剂异常、NOX净化率仍表示阈值以上的值。但是，在EGR气体回流的情况下，与未回流的情况相比，向大气中排出的NOX的量减少。即，在EGR气体回流时，从SCR催化剂流出的一部分NOX与EGR气体一同回流。因此，EGR气体量越多，则从SCR催化剂流出的NOX中的、排出到大气中的NOX的量越少。
于是，本实施例的异常诊断装置在与氨的回流量相应地变更阈值的情况下，将向大气中排出的NOX的量与由法规等规定的限制值相等时的NOX净化率确定为阈值。EGR气体量越多(换句话说氨的回流量越多)，则利用上述那样方法确定的阈值成为越小的值。因此，除可以抑制尽管SCR催化剂正常仍误诊断为该SCR催化剂异常的情形之外，还可以抑制尽管SCR催化剂异常仍误诊断为该SCR催化剂正常的情形。
通过如上所述ECU10执行图3的处理程序，本发明的修正机构得以实现。其结果是，即便在与EGR气体一同被吸入到内燃机1的氨的量多到导致误诊断的程度的情况下，也可以抑制误诊断的产生，可以更准确地进行SCR催化剂的异常诊断。
另外，若准确地进行SCR催化剂的异常诊断，则也可以更准确地执行尿素水溶液的异常诊断处理。在此所说的“尿素水溶液的异常诊断处理”指的是对尿素水溶液中含有的尿素的浓度是否低于下限值进行诊断的处理。若尿素水溶液中含有的尿素的浓度变得过低，则向SCR催化剂供给的氨的量变得过少，没有被SCR催化剂净化的NOX的量有可能变得过多。另外，在基于SCR催化剂的NOX净化率和目标值之差对尿素水溶液的喷射量进行反馈控制的情况下，有可能导致尿素水溶液的喷射量变得过多而使得尿素水溶液的消耗量变得过多。
针对上述那样的问题，以使尿素水溶液的喷射量相比目标量增加了时的NOX净化率为参数，对尿素水溶液的异常进行诊断。例如，当尿素水溶液中含有的尿素的浓度为下限值以上时，氨的滑过量增加。在此，NOX传感器12具有除对排气中的NOX起反应之外也对氨起反应的特性。因此，在氨的滑过量增加了的情况下，NOX传感器12的输出信号增大。若NOX传感器12的输出信号增大，则利用上述(1)式求出的NOX净化率Enox降低。
另一方面，当尿素水溶液中含有的尿素的浓度小于下限值时，氨的滑过量几乎不增加而SCR催化剂的氨吸附量增加。其结果是，NOX传感器12的输出信号不变化或减少。其结果是，利用上述(1)式求出的NOX净化率Enox几乎不变化或上升。
因此，当在SCR催化剂的异常诊断处理中诊断为该SCR催化剂正常的情况下，若执行尿素水溶液的异常诊断处理，则可以更准确地对尿素水溶液的异常进行诊断。
但是，在利用上述那样的方法执行尿素水溶液的异常诊断处理时，在尿素水溶液正常的情况下，从SCR催化剂流出的氨的量增加，因此，伴随于此，较大量的氨有可能向大气中排出。于是，本实施例的异常诊断装置，在当EGR装置9处于非工作状态时执行尿素水溶液的异常诊断处理的情况下，使EGR装置9工作(打开EGR阀91)，或者在当EGR装置9处于工作状态时执行尿素水溶液的异常诊断处理的情况下，使EGR率增加。根据如上所述的方法，可以在将向大气中排出的氨的量抑制得少的同时执行尿素水溶液的异常诊断处理。
另外，在本实施例中，论述了作为SCR催化剂的故障诊断所使用的NOX流入量，使用根据表示内燃机1的运转状态的参数而运算出的NOX流入量运算值的例子，但也可以在第一催化剂壳体6和第二催化剂壳体7之间的排气通路5中配置NOX传感器，根据该NOX传感器的测定值(排气中的NOX浓度)来运算实际NOX流入量。在如上所述的结构中，在向大气中排出的NOX的量与由法规等规定的限制值相等时的NOX净化率被确定为阈值时，在实际NOX流入量增多的状况下，可以抑制尽管SCR 催化剂正常仍误诊断为该SCR催化剂异常这种情形、以及尽管SCR催化剂异常仍误诊断为该SCR催化剂正常这种情形。
另外，在本实施例中，论述了EGR通路90的基端(上游侧端部)与比第二催化剂壳体7更靠下游的排气通路5连接的例子，但如图6所示，EGR通路90的基端也可以与添加阀8和第二催化剂壳体7之间的排气通路5连接。在该情况下，以从添加阀8喷射的尿素水溶液的量、以及EGR气体量与排气流量的比例为参数运算氨的回流量即可。
附图标记说明
1 内燃机
2 进气通路
3 涡轮增压器
4 进气节流阀
5 排气通路
6 第一催化剂壳体
7 第二催化剂壳体
8 添加阀
9 EGR装置
10 ECU
11 空气流量计
12 NOX传感器
30 压缩机
31 涡轮机
90 EGR通路
91 EGR阀
92 EGR冷却器

Claims (5)

1.一种排气净化装置的异常诊断装置，其特征在于，具有：
排气净化装置，所述排气净化装置配置在内燃机的排气通路中，包含选择还原型催化剂；
供给装置，所述供给装置向所述排气净化装置供给添加剂，所述添加剂是氨或氨的前体；
EGR装置，所述EGR装置使一部分排气从比由所述供给装置供给添加剂的供给位置更靠下游的排气通路向进气通路回流；
取得机构，所述取得机构取得向所述排气净化装置流入的NOX的量即NOX流入量；
诊断机构，所述诊断机构以利用所述取得机构取得的NOX流入量为参数，运算与所述排气净化装置的NOX净化性能相关的物理量，在其运算结果比阈值小的情况下，所述诊断机构诊断为所述排气净化装置异常；以及
修正机构，在添加剂利用所述EGR装置与一部分排气一同回流的情况下，与不回流的情况相比，所述修正机构将所述阈值修正为更小的值。
2.如权利要求1所述的排气净化装置的异常诊断装置，其特征在于，
所述取得机构利用表示内燃机的运转状态的参数来运算NOX流入量。
3.如权利要求1所述的排气净化装置的异常诊断装置，其特征在于，
所述取得机构利用在比所述排气净化装置更靠上游的排气通路中配置的NOX传感器取得NOX流入量。
4.如权利要求2或3所述的排气净化装置的异常诊断装置，其特征在于，
在利用所述EGR装置与一部分排气一同回流的添加剂的量多时，与利用所述EGR装置与一部分排气一同回流的添加剂的量少时相比，所述修正机构将所述阈值修正为更小的值。
5.如权利要求4所述的排气净化装置的异常诊断装置，其特征在于，
所述EGR装置使一部分排气从比所述排气净化装置更靠下游的排气通路向进气通路回流，
所述修正机构将在从所述排气通路向大气中排出的NOX的量为预先确定的目标值以下的情况下所述物理量能够取得的最小值设定为阈值。
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