DE102010016428A1

DE102010016428A1 - Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102010016428A1
Application number: DE102010016428A
Authority: DE
Inventors: Osamu Nishio-city Shimomura; Masakazu Kariya-city Sakata; Masatoshi Kariya-city Maruyama; Kazuharu Kariya-city Tochikawa
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2010-10-28
Anticipated expiration: 2030-04-14
Also published as: US20100257844A1; US8418438B2; JP4874364B2; DE102010016428B4; JP2010248963A

Abstract

Ein Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor besitzt eine ECU, eine Leitung für das Abgas, eine Einheit mit einem SCR-Katalysator, einen NOx-Fühler, der auf einer stromab gelegenen Seite der Einheit angeordnet ist, und ein Harnstoffwasser-Zuführungsventil, das auf einer stromauf gelegenen Seite der Einheit gelegen ist. Der SCR-Katalysator in der Einheit adsorbiert selektiv Ammoniak und reinigt selektiv NOx, welches in dem vom Dieselmotor abgegebenen Abgas enthalten ist, durch das adsorbierte Ammoniak heraus. Die ECU ändert die Harnstoffwasser-Zufügungsmenge und führt die Abnormitätsdiagnose auf der Basis des Detektierungsergebnisses des NOx-Fühlers durch, während eine Zufügungsmenge des Harnstoffwassers geändert wird. Die ECU verwendet eine erste Bedingung zur Anzeige des Vorhandenseins einer übergroßen NOx-Menge im Abgas, und eine zweite Bedingung zur Anzeige, dass keine Fehler durch die Ammoniakadsorption an dem SCR-Katalysator verursacht werden.

Description

QUERBEZUG AUF EINE ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf und beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-97886 , eingereicht am 14. April 2009, wobei der Inhalt dieser Anmeldung hier durch Bezugnahme eingeführt sei.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung, welche in einem Abgasreinigungssystem für Verbrennungsmotoren oder Motoren mit innerer Verbrennung, beispielsweise Dieselmotoren, einzusetzen ist. Das Abgasreinigungssystem enthält im Allgemeinen eine Abgasleitung, ein Harnstoffwasser-Zuführungsventil, eine Einheit, welche eine selektive katalytische Reduktion (SCR) vornimmt und in der Lage ist, selektiv eine Reinigung bezüglich Stickstoffoxid (NOx) vorzunehmen, welches in einem Abgas enthalten ist, das von dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, wobei Ammoniak als Reduktionsmittel (oder reduzierendes Mittel) verwendet wird, sowie einen NOx-Fühler oder mehrere NOx-Fühler.
2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Es wurden Systeme zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) entwickelt und einige davon wurden in der Praxis eingesetzt. Ein solches SCR-System reduziert Stickoxid (NOx), das in einem von einem Verbrennungsmotor (insbesondere einem Dieselmotor) abgegebenen Abgas enthalten ist, wobei der Motor in Fahrzeugen mit hoher Reinigungsrate, usw., montiert ist.
Im Allgemeinen umfasst ein solches SCR-System eine Abgasleitung, eine Einheit mit einem NOx-Katalysator der Bauart selektiver Reduktion, sowie ein Ventil, über welches Harnstoffwasser (als reduzierende Lösung) in das Abgas eingeführt wird, welches in der Abgasleitung strömt. Die Abgasleitung hat mit einem Dieselmotor Verbindung. Das das Harnstoffwasser hinzufügende Ventil ist an der Abgasleitung stromaufwärts von der Einheit angeordnet, welche den NOx-Katalysator der Bauart selektiver Reduktion aufweist.
Wenn Harnstoffwasser durch das Ventil dem Abgas in der Abgasleitung zugefügt wird, wird das Harnstoffwasser durch die thermische Energie des Abgases hydrolisiert. Die Hydrolyse des Harnstoffwassers erzeugt Ammoniak (NH₃). Das erzeugte Ammoniak und das im Abgas enthaltene NOx reagieren miteinander. Dies reduziert selektiv das im Abgas enthaltene NOx, und das Abgas wird hierdurch gereinigt.
Um die NOx-Reinigungsrate zum Ausscheiden des im Abgas enthaltenen NOx durch Verwendung des NOx-Katalysators zu erhöhen und das Auftreten einer Ammoniakfreisetzung zu unterdrücken, bei welcher überschüssiges Ammoniak, welches bei der NOx-Reduktion überbleibt über die Abgasleitung abgegeben wird, ist es notwendig, eine optimale Menge von Ammoniak zu dem NOx-Katalysator zu führen. Um diese Steuerung zu erreichen ist das herkömmliche SCR-System mit einem NOx-Fühler oder mehreren NOx-Fühlern ausgestattet, von denen mindestens einer stromabwärts von der Einheit angeordnet ist, welcher den NOx-Katalysator enthält. Basierend auf einem Detektierungssignal des NOx-Fühlers ist es möglich, die Öffnungsrate des Ventils zu steuern, um die Menge von Harnstoffwasser einzustellen und das Auftreten eines abnormalen Zustands in dem SCR-System zu diagnostizieren.
Übrigens gibt es unter den vielerlei Arten von NOx-Fühlern, welche gegenwärtig auf dem Markt erhältlich sind, einen speziellen NOx-Fühler, welcher in der Lage ist, zusätzlich zu NOx auch Ammoniak zu detektieren. Es ist jedoch schwierig zu unterscheiden, ob ein Detektierungssignal des NOx-Fühlers durch das Vorhandensein von NOx oder von Ammoniak verursacht ist. Selbst wenn eine hohe Wahrscheinlichkeit eines abnormalen Zustands besteht, wenn der stromabwärts positionierte NOx-Fühler ein Detektierungssignal eines großen Wertes abgibt, ist es unmöglich zu bestimmen, ob ein solches großes Detektierungssignal von dem NOx-Fühler durch das Auftreten einer Ammoniakfreisetzung oder das Vorhandensein von NOx verursacht ist, das in dem Abgas enthalten ist. Aus diesem Grunde kann die vorgenannte Art eines NOx-Fühlers nicht die Ursache der Erzeugung eines solchen abnormalen Zustands spezifizieren, nämlich eines Zustands, welcher durch das Vorhandensein einer Ammoniakfreisetzung oder das Vorhandensein von NOx verursacht ist.
Um ein solches bekanntes Problem zu lösen, wurde eine herkömmliche Technik vorgeschlagen, um das Auftreten einer Ammoniakfreisetzung auf der Basis eines Detektierungssignals eines NOx-Fühlers zu detektieren. (Beispielsweise ist eine solche herkömmliche Technik in der japanischen Patent-Offenlegungsveröffentlichung Nr. JP 2003-293743 geoffenbart).
Die in der JP 2003-293743 geoffenbarte herkömmliche Technik sieht eine Erhöhung einer Hinzufügungsmenge von Harnstoffwasser vor, wenn eine augenblickliche NOx-Reinigungsrate tiefer als eine Zielwert-NOx-Reinigungsrate ist, und beurteilt es als das Auftreten einer Ammoniakfreisetzung, wenn die tatsächliche NOx-Reinigungsrate sich nicht erhöht.
Wenn weiter das Auftreten einer Ammoniakfreisetzung festgestellt bzw. angenommen wird, dann sieht die herkömmliche Technik eine Verminderung einer Ammoniak-Adsorptionsmenge an dem NOx-Katalysator vor, um die Ammoniakfreisetzung zu verhindern. Die herkömmliche Technik urteilt dann, dass sich das SCR-System in einem abnormalen Zustand befindet, wenn die NOx-Reinigungsrate sich entsprechend der Abgabe der Ammoniak-Adsorptionsmenge des NOx-Katalysators nicht erhöht.
Wenn die aktuelle NOx-Reinigungsrate niedriger als die Zielwert-NOx-Reinigungsrate ist, kann angenommen werden, dass Ammoniak auf der stromabgelegenen Seite der Einheit des NOx-Katalysators aufgrund einer übergroßen Zuführung von Harnstoffwasser abgegeben wird, zusätzlich zu dem Fall, in welchem das Abgas, welches NOx enthält, auf der stromabgelegenen Seite der Einheit des NOx-Katalysators aufgrund des Fehlens einer angepassten Menge von Harnstoffwasser abgegeben wird. Wenn also die Menge von Harnstoffwasser erhöht wird, wenn die augenblickliche NOx-Reinigungsrate niedriger als die Zielwert-NOx-Reinigungsrate ist, dann fördert dies die Abgabe von Ammoniak in das Abgas innerhalb der Abgasleitung. Das bedeutet, dass eine Wahrscheinlichkeit der Erhöhung der Ammoniakfreisetzung besteht, wenn die hinzugefügte Menge von Harnstoffwasser forciert geändert wird, ohne zu bestimmen, ob die Erhöhung des Ausgangswerts des NOx-Fühlers, welcher auf der stromabgelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator gelegen ist, durch eine Ammoniakfreisetzung oder das Vorhandensein von NOx verursacht ist, das in dem Abgas enthalten ist.
Demgemäß ist anzustreben, die Anzahl von Prozessen zur Durchführung der Abnormitätsdiagnose zu vermindern, während die Hinzufügungsmenge von Harnstoffwasser forciert geändert wird.
Unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Genauigkeit der Abnormitätsdiagnose ist anzustreben, die Abnormitätsdiagnose auf der Basis des Detektierungssignals des NOx-Fühlers unter der Bedingung durchzuführen, bei welcher das Detektierungssignal des NOx-Fühlers frei von vielerlei Arten von Schwankungen ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, welche in einem Abgasreinigungssystem für Verbrennungsmotoren, beispielsweise Dieselmotoren, einzusetzen ist. Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, eine Abnormitätsdiagnose mit großer Genauigkeit durchzuführen und eine Durchführung der Abnormitätsdiagnose unter einer Bedingung zu vermeiden, welche eine unrichtige Diagnose verursachen könnte.
Zum Erreichen der obigen Ziele schafft die vorliegende Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtung, welche in einem Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungsmaschine einzusetzen ist. Das Abgasreinigungssystem umfasst einen Abgaskanal, über welchen ein von der Verbrennungsmaschine abgegebenes Abgas strömt, eine Einheit mit einem NOx-Katalysator, welche in dem Abgaskanal angeordnet ist, einen oder mehrere NOx-Fühler, von denen einer stromabwärtsseitig der Einheit mit dem NOx-Katalysator angeordnet ist, und eine Reduktionsmittel-Zuführungseinrichtung (oder ein Reduktionsmittel-Zuführungsventil), welche ein hinzuzufügendes Reduktionsmittel in die Eingangsseite der Abgasleitung einführt und auf der stromauf gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator angeordnet ist.
In dem Abgasreinigungssystem ist der NOx-Katalysator in der Lage, das Reduktionsmittel zu adsorbieren. Das Reduktionsmittel kann selektiv das in dem Abgas enthaltene NOx aussondern. Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Reduktionsmittel-Zuführmengen-Steuereinrichtung und Abnormitätsdiagnosemittel. Die Reduktionsmittel-Zuführungsmengen-Steuereinrichtung steuert die Reduktionsmittel-Zuführungsmenge der Reduktionsmittel-Zuführungseinrichtung. Die Abnormitätsdiagnoseeinrichtung ändert die Reduktionsmittel-Zuführungsmenge der Reduktionsmittel-Zuführungsmengen-Steuereinrichtung und führt eine Abnormitätsdiagnose auf der Basis eines Ausgangswerts des NOx-Fühlers durch, während die Reduktionsmittel-Zuführungsmenge geändert wird. In der Abgasreinigungsvorrichtung führt die Abnormitätsdiagnoseeinrichtung die Abnormitätsdiagnose nur durch, wenn eine erste Bedingung (a) und eine zweite Bedingung (b) erfüllt sind: (a) das Detektierungsergebnis des NOx-Fühlers zeigt das Auftreten einer übergroßen Menge von in dem Abgas enthaltenem NOx an, und (b) es besteht kein Anlass zur Durchführung der Abnormitätsdiagnose auf der Basis der Adsorption des Reduktionsmittels an dem NOx-Katalysator.
Die Abgasreinigungsvorrichtung detektiert, ob eine Ammoniakfreisetzung auftritt oder nicht, indem ein Detektierungssignal des NOx-Fühlers überwacht wird, während forciert eine Hinzufügungsmenge des Reduzierungsmittels geändert wird, wenn eine übergroße Menge von in dem Abgas enthaltenem NOx detektiert wird auf der Basis eines Detektierungsergebnisses des NOx-Fühlers (wenn die erste Bedingung erfüllt ist). Zusätzlich kann davon ausgegangen werden, dass die Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels an dem NOx-Katalysator das Ergebnis der Abnormitätsdiagnose beein flusst, wenn die Abnormitätsdiagnoseeinrichtung in der Abgasreinigungsvorrichtung die Abnormitätsdiagnose auf der Basis des Detektierungsergebnisses des NOx-Fühlers durchführt.
Insbesondere verwendet die Abgasreinigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die zweite Bedingung zusätzlich zu der ersten Bedingung, wenn die Abnormitätsdiagnose durchgeführt wird. Das bedeutet, die Abnormitätsdiagnoseeinrichtung in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung führt die Abnormitätsdiagnose nur durch, wenn keine Ursache besteht, die unrichtige Diagnose auf der Basis der Reduktionsmitteladsorption am NOx-Katalysator durchzuführen. Dieser Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Genauigkeit der Abnormitätsdiagnose erhöhen.
Die erste Bedingung umfasst in Entsprechung mit einer übergroßen Abgabe von NOx oder Reduktionsmittel vielerlei Fälle, beispielsweise einen Fall, in welchem die NOx-Menge auf der stromab gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator einen abnormalen Wert annimmt, einen Fall, bei welchem eine Differenz zwischen der NOx-Menge im Abgas auf der stromauf gelegenen Seite und der NOx-Menge im Abgas auf der stromab gelegenen Seite der Einheit mit dem SCR-Katalysator einen abnormalen Wert annimmt, und einen Fall, in welchem die NOx-Reinigungsrate einen abnormalen Wert annimmt.
Es ist für die Abgasreinigungsvorrichtung annehmbar, die Hinzufügungsmenge des Reduktionsmittels zu erhöhen oder sie zu begrenzen. Weiterhin umfasst die Begrenzung der Reduktionsmittel-Hinzufügungsmenge das Beibehalten der Hinzufügung von Reduktionsmittel oder die Verminderung der Reduktionsmittel-Hinzufügungsmenge.
Im Allgemeinen ist es unmöglich, einen Rechenfehler der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge zu vermeiden, wenn die Abgasreinigungsvorrichtung die Reduktionsmittel-Hinzufügungsmenge auf der Basis von seriellen Daten bezüglich einer Reduktionsmittel-Hinzufügungsmenge und einer Reduktionsmittel-Verbrauchsmenge in dem SCR-Katalysator in der Einheit errechnet.
Wenn ein Rechenfehler der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge an dem NOx-Katalysator existiert, da es schwierig ist, eine optimale Reduktionsmittel-Hinzufügungsmenge richtig auszurechnen, dann nimmt die errechnete Reduktionsmittel-Hinzufügungsmenge einen kleinen Wert oder einen großen Wert im Vergleich zu einer tatsächlichen Reduktionsmittel-Hinzufügungsmenge an. Das bedeutet, es besteht die Möglichkeit eines Rechenfehlers der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge, was die Abgabe von NOx oder Reduktionsmittel in die Abgasleitung auf der stromab gelegenen Seite der Einheit mit dem SCR-Katalysator verursacht. Demzufolge besteht eine Möglichkeit, dass das Detektionsergebnis des NOx-Fühlers das Vorhandensein einer übergroßen Menge von NOx im Abgas auf der stromab gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator anzeigt.
Andererseits ist es notwendig, zwischen diesem Fall des Rechenfehlers und dem Fall des unkompensierten abnormalen Zustands zu unterscheiden, da der Rechenfehler der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge kompensiert werden kann und das Abgasreinigungssystem in einen normalen Betriebsmodus zurückgeführt werden kann.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Abgasreinigungsvorrichtung weiter Mittel zur Errechnung der Reduktionsmitteladsorption und Mittel zur Durchführung einer Initialisierung. Die Mittel zur Errechnung der Reduktionsmitteladsorption errechnen eine Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge an dem NOx-Katalysator auf der Basis von seriellen Daten einer Differenz zwischen einer Reduktionsmittel-Hinzufügungsmenge an dem NOx-Katalysator und einer verbrauchten Reduktionsmittelmenge, wobei die Reduktionsmittel-Hinzufügungsmenge am NOx-Katalysator der Hinzufügung des Reduktionsmittels durch die Reduktionsmittel-Hinzufügungseinrichtung folgt, und die verbrauchte Reduktionsmittelmenge durch Reduktionsreaktion unter Verwendung des NOx-Katalysators aufgewendet wird. Die Mittel zur Durchführung der Initialisierung führen eine Initialisierung der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge durch.
In der Abgasreinigungseinrichtung umfasst die zweite Bedingung (b) folgende zwei Bedingungen, nämlich (b-1) die NOx-Reinigungsrate wird nicht erhöht, wenn die Mittel zur Durchführung der Initialisierung die Initialisierung der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge durchführen, und (b-2) die Anzahl von Malen der Erhöhung der NOx-Reinigungsrate durch Ausführung der Initialisierung der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge ist nicht kleiner als eine vorbestimmte Anzahl von Malen.
Da diese Struktur der Abnormitätsdiagnoseeinrichtung in der Abgasreinigungsvorrichtung die Abnormitätsdiagnose auf der Basis des Detektierungsergebnisses des NOx-Fühlers durchführt, nachdem der Rechenfehler spezifiziert ist, ist es möglich, die Abnormitätsdiagnose unter dem Zustand der Eliminierung des _ Rechenfehlers der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge durchzuführen. Aus diesem Grunde ist es möglich, eine unrichtige Diagnose bei der Beurteilung eines abnormalen Zustands als ein solcher, welcher geheilt werden kann, während er tatsächlich nicht geheilt werden kann, zu vermeiden.
Wenn beispielsweise ein abnormaler Fall auftritt, bei welchem die Reduktionsmittel-Hinzufügungsmenge als der Reduktionsmittel-Hinzufügungswert eine übergroße Menge von Reduktionsmittel in das Innere der Abgasleitung liefert, dann wird die Reduktionsmitteladsorption am NOx-Katalysator gesättigt und das Reduktionsmittel wird dann auf der stromab gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator in das Abgas hinein abgegeben. Dadurch zeigt das Detektierungsergebnis des NOx-Fühlers, der auf der stromab gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator gelegen ist, an, dass das Abgas eine übergroße Menge von NOx-Enthält.
Wenn NOx in den NOx-Katalysator in der Einheit eingeführt wird, wenn eine übergroße Menge des Reduktionsmittels in das Innere der Abgasleitung hinzugefügt wird, dann wird, da das Reduktionsmittel durch das eingeführte NOx verbraucht wird, die Zeit für das Erreichen der Sättigung der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge verzögert. Dies verzögert die Detektierung eines abnormalen Zustands der Hinzufügung des Reduktionsmittels.
Um dieses Problem zu vermeiden verwendet die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung die zweite Bedingung (b), welche einen Arbeitszustand der Verbrennungsmaschine umfasst, in welchem die NOx-Menge auf der stromauf gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator gleich Null oder annähernd gleich Null ist. Da diese Konstruktion der Abnormitätsdiagnoseeinrichtung in der Abgasreinigungsvorrichtung die Abnormitätsdiagnose für den NOx-Fühler unter der Bedingung durchführt, welche frei von dem Einfluss auf der Basis der Änderung der verbrauchten Reduktionsmittelmenge ist, ist es der Abnormitätsdiagnoseeinrichtung möglich, die Abnormitätsdiagnose richtig mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
Basierend auf dem Detektierungsergebnis eines zusätzlichen NOx-Fühlers, der auf der stromauf gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator gelegen ist und unmittelbar die NOx-Menge auf der stromauf gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator detektiert, ist es möglich, den Arbeitszustand der Verbrennungsmaschine zu beurteilen, bei welchem die NOx-Menge auf der stromauf gelegenen Seite gleich Null oder annähernd gleich Null ist. Anstelle hiervon ist es beispielsweise möglich, den Arbeitszustand der Verbrennungsmaschine und die NOx-Menge auf der stromauf gelegenen Seite auf der Basis einer Abnahme der Brennstoffzufuhr zur Verbrennungsmaschine oder eines Leerlaufzustands der Verbrennungsmaschine zu detektieren.
Es ist davon auszugehen, dass das Abgasreinigungssystem eine hohe Ansprechempfindlichkeit hat, da die Reaktionsgeschwindigkeit des Katalysators hoch ist, wenn die NOx-Temperatur hoch ist. Da zusätzlich eine Korrelation zwischen der Temperatur des Katalysators und der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge besteht, nimmt die Katalysator-Adsorptionsmenge umso mehr ab, je höher die Temperatur des Katalysators ist (siehe beispielsweise 5).
Unter diesem Gesichtspunkt verwendet die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung die zweite Bedingung (b), welche einen Zustand umfasst, in welchem eine Temperatur des NOx-Katalysators sich innerhalb eines vorbestimmten Bereiches hoher Temperaturen befindet.
Diese Struktur der Abnormitätsdiagnoseeinrichtung in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung führt die Abnormitätsdiagnose auf der Basis eines Detektierungsergebnisses des NOx-Fühlers unter einer Optimalbedingung durch, bei welcher das Abgasreinigungssystem ein hohes Ansprechen hat und das Ergebnis der Abnormitätsdiagnose frei von Schwankungen der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge ist. Das bedeutet, die Abnormitätsdiagnoseeinrichtung in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Abnormitätsdiagnose unter einer Bedingung durchführen, welche auf dem NOx-Detektierungsergebnis des NOx-Fühlers mit hoher Zuverlässigkeit basiert. Dies ermöglicht es, die Genauigkeit der Abnormitätsdiagnose zu erhöhen.
Da eine Korrelation zwischen der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge des NOx-Katalysators und der NOx-Reinigungsrate besteht, wird die NOx-Reinigungsrate um so mehr erhöht, als die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge erhöht wird. Die NOx-Reinigungsrate wird konstant, bevor sie 100% erreicht (siehe 3).
Wenn also der NOx-Fühler, der auf der stromab gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator gelegen ist, ein Detektierungssignal von einem extrem kleinen Wert abgibt, und wenn die NOx-Menge im Abgas auf der stromab gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Fühler annähernd gleich Null ist, so besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der NOx-Fühler sich in einem abnormalen Zustand befindet, da der NOx-Fühler nicht ein Detektierungssignal entsprechend der in dem Abgas enthaltenen NOx-Menge abgibt.
Demgemäß beurteilt die Abnormitätsdiagnoseeinrichtung in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Auftreten des abnormalen Zustands des NOx-Fühlers, wenn die NOx-Menge auf der stromab gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysators, welche auf der Basis eines Detektierungssignals des NOx-Fühlers errechnet ist, annähernd gleich Null ist oder die NOx-Reinigungsrate, welche auf der Basis des Detektierungssignals des NOx-Fühlers errechnet ist, annähernd gleich 100% ist.
Da sich das Detektierungssignal des NOx-Fühlers ständig ändert, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass eine unrichtige Diagnose verursacht wird, wenn die Abnormitätsdiagnoseeinrichtung in der Gasreinigungsvorrichtung die Abnormitätsdiagnose auf der Basis eines augenblicklichen Wertes des Diagnosesignals des NOx-Fühlers durchführt.
Demgemäß ist es für die Abnormitätsdiagnose in der Abnormitätsdiagnoseeinrichtung vorzuziehen, eine Diagnose-Zeitperiode zu verwenden, welche eine vorbestimmte Zeitdauer ist, welche gezählt wird, nachdem die Reduktionsmittel-Zuführungsmenge geändert wird, und die Abnormitätsdiagnose auf der Basis des Detektierungsergebnisses des NOx-Fühlers an einer Mehrzahl von Zeitpunkten während der vorbestimmten Zeitdauer durchzuführen. Im Einzelnen führt die Abnormitätsdiagnoseeinrichtung die Abnormitätsdiagnose auf der Basis des akkumulierten Werts oder eines Durchschnittswerts der Detektierungssignale des NOx-Fühlers während der vorbestimmten Zeitdauer durch.
Es ist zu berücksichtigen, dass sich die Ansprechzeit entsprechend der Abnahme der Temperatur des NOx-Katalysators ausdehnt, da sich die Reaktionszeit des NOx-Katalysators entsprechend der Temperaturänderung des NOx-Katalysators ändert. Weiter wird, je mehr die Reaktionszeit des NOx-Katalysators länger wird, die Ansprechzeit des NOx-Fühlers umso länger (d. h., umso mehr nimmt das Ansprechen des NOx-Fühlers ab).
Unter diesem Gesichtspunkt ändert in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung die Abnormitätsdiagnoseeinrichtung die Diagnose-Zeitdauer auf der Basis einer Temperatur des NOx-Katalysators. Dies ermöglicht es, die Abnormitätsdiagnose unter Berücksichtigung der Ansprechzeit des NOx-Fühlers durchzuführen und das Auftreten einer unrichtigen Diagnose zu unterdrücken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte, nicht in beschränktem Sinne zu verstehende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine Ansicht, welche den schematischen Aufbau eines Harnstoff-SCR-Systems (als Abgasreinigungssystem) mit einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 eine Ansicht, die Funktionsblöcke in der Abgasreinigungsvorrichtung zum Errechnen einer Zufügungsmenge von Harnstoffwasser in dem Harnstoff-SCR-System gemäß 1 wiedergibt;
3 eine Ansicht, welche eine Katalysatorcharakteristik wiedergibt, welche eine Beziehung zwischen einer NOx-Reinigungsrate und einer Ammoniakadsorptionsmenge in dem Harnstoff-SCR-System aufzeigt, welches mit der ECU nach 1 ausgerüstet ist;
4 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren der ECU zur Durchführung eines Abnormitätsdiagnoseprozesses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
5 eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen einer SCR-Katalysatortemperatur und einem Grenzwert einer Ammoniak-Adsorptionsmenge in dem Harnstoff-SCR-System zeigt, welches mit der ECU als der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist;
6 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren eines Abnormitätsdiagnoseprozesses in dem Harnstoff-SCR-System zeigt, welches mit der ECU als Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist; und
7 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Durchführung der Abnormitätsdiagnose verdeutlicht, welches durch die ECU als Abgasreinigungsvorrichtung in dem Harnstoff-SCR-System gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGEN AUSFÜHRUGNSFORMEN
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugssymbole oder Bezugszahlen jeweils gleiche oder äquivalente Bauteile in den verschiedenen Darstellungen.
Ausführungsform
Es sei eine Beschreibung eines Abgasreinigungssystems unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 gegeben, in welchem die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Das Abgasreinigungssystem, welches in 1 gezeigt ist, ist in der Lage, eine Reinigung bezüglich NOx vorzunehmen, welches in einem Abgas enthalten ist, das von einer Verbrennungsmaschine, beispielsweise von einem Dieselmotor (nicht dargestellt) abgegeben wird. Als Abgasreinigungssystem ist beispielsweise ein Harnstoff-SCR-System (System mit selektiver katalytischer Reduktion) vorgesehen, welches in der Lage ist, NOx, das in einem Abgas enthalten ist, unter Einsatz eines selektiven Reduktionskatalysators zu entfernen. Der Aufbau des Harnstoff-SCR-Systems als Abgasreinigungssystem wird im Einzelnen erläutert.
1 ist eine Ansicht, welchen den schematischen Aufbau eines solchen Harnstoff-SCR-Systems als Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das Harnstoff-SCR-System verschiedene Arten von Betätigungsantrieben und Fühlern und eine elektronische Steuereinheit (ECU), usw., zur Reinigung eines Abgases, welches von einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt, beispielsweise einem Dieselmotor) abgegeben wird, welcher auf einem Fahrzeug installiert ist.
In dem Abgasreinigungssystem für den Dieselmotor, wie es in 1 gezeigt ist, bildet eine Abgasleitung 1a, einen Abgaskanal, welcher mit dem Dieselmotor (nicht dargestellt) verbunden ist. Ein Diesel-Partikelfilter (CPF) 12 und eine Einheit 13, welche einen selektiven Reduktionskatalysator aufweist (nachfolgend als ”die Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator” bezeichnet) sind an der stromauf gelegenen Seite in der Abgasleitung 1a angeordnet, durch welche das Abgas strömt.
Ein Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 ist vorgesehen, durch welches Harnstoffwasser (oder Harnstofflösung) in das Innere der Abgasleitung 11 eingeführt wird. Das Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 ist an der Abgasleitung 11 zwischen dem Dieselpartikelfilter (DPF) 12 und der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator angeordnet. Das Harnstoffwasser dient als Reduktionslösung.
Ein NOx-Fühler 16 und ein Temperaturfühler 17 sind zwischen dem DPF 12 und dem Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 angeordnet. Ein NOx-Fühler 18 ist in der Abgasleitung 11 auf der stromab gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator angeordnet.
Der Temperaturfühler 17 detektiert eine Temperatur des Abgases, welches durch das Innere der Abgasleitung 11 strömt. Eine Temperatur des SCR-Katalysators in der Einheit 13 (oder die Katalysatortemperatur kann auf der Basis des Detektierungsergebnisses des Temperaturfühlers 17 abgeschätzt werden.
In dem Paar von NOx-Fühlern 16 und 18, welche in der Abgasleitung 11 angeordnet sind, detektiert der NOx-Fühler 16 (welcher auf der stromauf gelegenen Seite angeordnet ist) eine Konzentration von NOx, welche in dem Abgas auf der stromauf gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator enthalten ist. Andererseits detektiert der NOx-Fühler 18 (welcher auf der stromab gelegenen Seite angeordnet ist) eine Konzentration von NOx, welches in dem Abgas stromab von der Einheit 13 mit denn SCR-Katalysator enthalten ist.
Im Einzelnen ist der NOx-Fühler 18 in der Lage, die Konzentration von Ammoniak zusätzlich zu der Konzentration von NOx zu detektieren. Das bedeutet, je mehr die Konzentration von Ammoniak sich erhöht, desto mehr hat das Detektierungssignal des NOx-Fühlers 18 einen großen Wert.
Eine Einheit 19, welche einen oxidierenden Katalysator aufweist, ist auf der stromab gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator in der Abgasleitung 11 angeordnet. Die Einheit 19 mit dem oxidierenden Katalysator ist in der Lage, Ammoniak zu eliminieren. Das bedeutet, die Einheit 19 mit dem oxidierenden Katalysator dient als eine Ammoniak beseitigende Einrichtung. Ammoniak (NH₃), welches von der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator geliefert wird, kann aus dem Abgas durch die Einheit 19 mit dem oxidierenden Katalysator beseitigt werden.
Als nächstes sei eine Beschreibung des Aufbaus jeder der Einheiten gegeben, welche das Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden.
Der Dieselpartikelfilter DPF 12 ist ein Filter zur Entfernung von Partikelmaterial (PM), welcher in der Lage ist, Partikelmaterial einzufangen, das in dem von dem Dieselmotor (nicht dargestellt) emittierten Abgas enthalten ist. Der Dieselpartikelfilter 12 weist einen oxidierenden Katalysator aus Platin (Pt) auf und erfasst und beseitigt Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlendioxid (CO) zusätzlich zu löslichen organischen Bestandteilen wie PM-Komponenten, welche in dem von dem Dieselmotor emittierten Abgas enthalten sind.
Das in dem Dieselpartikelfilter 12 eingefangene Partikelmaterial kann entfernt werden, indem eine Nacheinspritzung nach einer Hauptbrennstoffeinspritzung in den Dieselmotor vorgenommen wird. (Dieser Vorgang entspricht einem Regenerierungsprozess). Dies ermöglicht es, den Dieselpartikelfilter viele Male wiederzuverwenden.
Der SCR-Katalysator in der Einheit 13 kann die Reduktionsreaktion von NOx (oder eine Abgasreinigungsreaktion) fördern. Beispielsweise werden die folgenden Reaktionen durchgeführt, um das NOx zu vermindern: 4NO + 4HNH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O (Gleichung 1), 6NO₂ + 8HNH₃ → 7N₂ + 12H₂O (Gleichung 2), und NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O (Gleichung 3).
Das Harnstoffwasser-Zugabeventil 15, welches auf der stromauf gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator angeordnet ist, führt Ammoniak (NH₃) zu, welches als Reduktionsmittel für NOx in den obigen Reaktionen dient.
Nachdem das Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 annähernd denselben Aufbau hat, wie ein übliches Brennstoffeinspritzventil (oder ein Brennstoffinjektor), wie dies herkömmlich auf dem Markt erhältlich ist, ist es möglich, in einfacher Weise dieses Bauteil in das Abgasreinigungssystem einzubauen. Aus diesem Grunde kann der Aufbau des Harnstoffwasser-Zugabeventils 15 hier kurz erläutert werden.
Das Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 besteht aus einem Antriebsteil und einem Ventilteil. Das Antriebsteil wird durch ein elektromagnetisches Solenoid gebildet. Das Ventilteil enthält einen Harnstoffwasserkanal, über welchen Harnstoffwasser zugeführt wird und das Ventilteil besitzt eine Nadel, mittels welcher eine frontseitige Einspritzöffnung 15a geöffnet und geschlossen wird.
Die ECU 40 überträgt ein Steuersignal zu dem Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 zur Öffnung und Schließung des Harnstoffwasser-Zugabeventils 15. Das bedeutet, die ECU 40 überträgt das Steuersignal auf das Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 zur Lieferung elektrischer Energie an das elektromagnetische Solenoid. Wenn das elektromagnetische Solenoid elektrische Leistung empfängt, so erzeugt es eine elektromagnetische Kraft. Die Nadel wird durch diese elektromagnetische Kraft angezogen und bewegt sich in der Richtung im Sinne einer Öffnung des Ventils. Wenn sich das Ventil in Öffnungsstellung bewegt, dann wird Harnstoffwasser von der frontseitigen Einspritzöffnung 15a in das Innere der Abgasleitung 11 eingespritzt, in welcher das Abgas strömt.
Das Harnstoffwasser wird zu dem Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 aus einem Harnstoffwassertank 21 konstant zugeführt. Der Harnstoffwassertank 21 ist ein abgedichteter Behälter mit einem Deckel, durch welchen Harnstoffwasser zugeführt wird. Das Harnstoffwasser einer vorbestimmten Konzentration (beispielsweise 32,5%) wird im Inneren des Harnstoffwassertanks 21 gespeichert. Der Harnstoffwassertank 21 steht mit dem Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 über eine Harnstoffwasser-Zuführungsleitung 22 in Verbindung. Ein Harnstoffwasserkanal (oder ein Reduktionsmittelkanal) ist im Inneren der Harnstoffwasser-Zuführungsleitung 22 gebildet. Eine Pumpe ist auf dem Weg der Harnstoffwasser-Zuführungsleitung 22 angeordnet. Diese Pumpe ist eine elektrische Durchlaufpumpe. Die ECU 40 überträgt ein Steuersignal auf diese Pumpe. Wenn die Pumpe das Antriebssignal von der ECU 40 erhält, so beginnt sie zu rotieren und das Harnstoffwasser wird von dem Harnstoffwassertank 21 in die Harnstoffwasser-Zuführungsleitung 22 geliefert.
Die ECU 40 in dem Abgasreinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung steuert den Abgasreinigungsprozess. Die ECU 40 enthält einen bekannten Mikrocomputer (nicht dargestellt) und steuert den Betrieb der verschiedenerlei Betätigungsantriebe, beispielsweise das Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 auf der Basis der Detektierungsergebnisses der verschiedenen Arten von Fühlern, zur Durchführung des Abgasreinigungsprozesses.
Im Einzelnen empfängt die ECU 40 die Detektierungssignale von den NOx-Fühlern 16 und 18 und steuert eine Zuführungsdauer zur Lieferung elektrischer Leistung an das Harnstoffwasser-Zugabeventil 15, sowie die Fördermenge der Pumpe 23 zur Lieferung des Harnstoffwassers in die Abgasleitung 11. Diese Steuerung ermöglicht es, eine optimale Menge von Harnstoffwasser unter optimaler Zeitgabe in das Innere der Abgasleitung 11 zu fördern.
In dem Abgasreinigungssystem, welches mit der ECU 40 ausgerüstet ist (welche als die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dient), wird während des Betriebes des Dieselmotors (nicht dargestellt) das in dem Harnstoffwassertank 21 gespeicherte Harnstoffwasser über die Harnstoffwasser-Zuführungsleitung vermittels der Pumpe 23 forciert in das Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 eingeführt und das Harnstoffwasser wird in das Innere der Abgasleitung 11 vermittels des Harnstoffwasser-Zugabeventils 15 eingespritzt. Das Abgas und das Harnstoffwasser werden somit dem SCR-Katalysator in der Einheit 13 zugeleitet. In der Einheit 13 wird das NOx, das in dem Abgas enthalten ist, durch den SCR-Katalysator reduziert. Hierdurch wird das Abgas gereinigt. Dieser Reduktionsprozess gestattet es, dass das Harnstoffwasser bei einer hohen Temperatur durch die thermische Energie des Abgases hydrolisiert wird, wobei dieser Reduktionsprozess durch folgende Gleichung ausgedrückt werden kann: (HN₂)2CO + H₂O → 2NH₃ + CO₂ (Gleichung 4).
Diese Reaktion ergibt Ammoniak und das Ammoniak wird dann am SCR-Katalysator in der Einheit 13 adsorbiert. In der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator reduziert das Ammoniak selektiv das in dem Abgas enthaltene NOx und beseitigt NOx aus dem Abgas. Das bedeutet, das NOx wird durch die Reduktionsreaktion (ausgedrückt durch die Reaktionsgleichungen (1) bis (4), wie oben angegeben) reduziert, wobei Ammoniak in dem SCR-Katalysator in der Einheit 13 verwendet wird, und das Abgas wird dadurch gereinigt.
2 ist eine Darstellung, welche funktionelle Blöcke der ECU 40 zum Errechnen einer Zugabemenge von Harnstoffwasser in das Innere der Abgasleitung 12 des Abgasreinigungssystems, sowie das Harnstoff-SCR-System gemäß 1 zeigt.
Die Zugabemenge von Harnstoffwasser kann durch die Funktionsblöcke M1 bis M7 gemäß 2 errechnet werden.
Die ECU 40 in dem Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform besteht aus einem Mengenerrechnungsteil M1 für die stromaufseitige NOx-Menge, einem Mengenerrechnungsteil M2 für die stromabseitige NOx-Menge, einem Errechnungsteil M3 für eine Basis-Beigabemenge, einem Beigabemengen-Kompensationsteil M4, einem Errechnungsteil M5 für eine Ammoniak-Adsorptionsmenge, einem Vielwert-Einstellungsteil M6 und einem Errechnungsteil M7 für eine Kompensationsmenge.
Der Errechnungsteil M1 für die stromaufseitige NOx-Menge errechnet eine Menge von NOx auf der stromauf gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator und gibt einen OUTPUT 1 für eine stromaufseite NOx-Menge ab.
Der Errechnungsteil M2 für die stromabseitige NOx-Menge errechnet eine NOx-Menge auf der stromab gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator und gibt einen Ausgang OUTPUT 2 für eine stromabseitige NOx-Menge ab.
Der Errechnungsteil M3 für die Basis-Beigabemenge errechnet einen Beigabe-Basiswert OUTPUT 3 des Harnstoffwassers auf der Basis der errechneten stromaufseitigen NOx-Menge OUTPUT 1. Das Harnstoffwasser in der errechneten Beigabe-Basismenge wird über das Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 in das Innere der Abgasleitung 11 eingeführt.
Das Zugabemengen-Kompensationsteil M4 errechnet eine Harnstoffwasser-Zugabemenge OUTPUT 4 durch Kompensation des Zugabe-Basiswerts OUTPUT 3 des Harnstoffwassers auf der Basis eines Zugabemengen-Kompensationswerts OUTPUT 7, welcher durch ein Kompensationsmengen-Errechnungsteil M7 errechnet wird, wobei dieses Errechnungsteil M7 weiter unten erklärt wird.
Das Ammoniak-Adsorptionsmengen-Errechnungsteil M5 errechnet einen Ammoniak-Adsorptionsmengen OUTPUT 5 auf der Basis einer Differenz und eines gegenwärtigen Harnstoffwasser-Zugabemengen-OUTPUT 4, wobei die Differenz durch Subtraktion von OUTPUT 2 von OUTPUT 1 erhalten wird (Differenz = stromaufseitige NOx-Menge OUTPUT 1, errechnet durch den Errechnungsteil M1 für die stromaufseitige NOx-Menge – stromabseitige NOx-Menge OUTPUT 2, errechnet durch den Errechnungsteil M2 für die stromabseitige NOx-Menge.)
Es ist möglich, dass der Errechnungsteil M1 für die stromaufseitige NOx-Menge eine NOx-Abgasmenge von dem Dieselmotor als die stromaufseitige NOx-Menge OUTPUT 1 verwendet.
Der Zielwert-Einstellteil M6 stellt einen Zielwert OUTPUT 6 als eine Ammoniak-Adsorptionsmenge ein. Der Errechnungsteil M7 für die Kompensationsmenge errechnet einen Zugabemengen-Kompensationswert OUTPUT 7 auf der Basis einer Differenz zwischen dem Ammoniak-Adsorptionswert OUTPUT 5 und dem Zielwert OUTPUT 6.
Die Harnstoffwasser-Zugabemenge OUTPUT 4 entspricht dem Ausgangswert des Harnstoffwasser-Zugabeventils 15, wenn der Harnstoffwasser-Zugabemengenwert OUTPUT 4 eine Summe des Zugabe-Basiswerts OUTPUT 3 und des Zugabemengen-Kompensationswerts OUTPUT 7 ist.
Die ECU 40 steuert das Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 im Sinne einer Öffnung auf der Basis des Harnstoffwasser-Zugabemengenwerts OUTPUT 4.
Der Betrieb des Errechnungsteils 5 für die Ammoniak-Adsorptionsmenge wird nun genauer erklärt.
Der Rechenteil M5 für den Ammoniakabsorptionsbetrag errechnet die Ammoniak-Zuführungsmenge VA für den SCR-Katalysator in der Einheit 13 auf der Basis des gegenwärtigen Harnstoffwasser-Zufügungsbetrags OUTPUT 4.
Der Rechenteil M5 für die Ammoniak-Adsorptionsmenge errechnet weiter den Ammoniak-Verbrauchsbetrag VB auf der Basis der NOx-Reaktionsmenge ΔNOx (= stromaufseitige NOx-Menge OUTPUT 1 – stromabseitige NOx-Menge OUTPUT 2), was eine Differenz zwischen dem stromaufseitigen NOx-Betrag OUTPUT 1 und dem stromabseitigen NOx-Betrag OUTPUT 2 ist.
Der Rechenteil M5 für die Ammoniak-Adsorptionsmenge errechnet dann einen Adsorptionserzeugungsbetrag VC, welcher eine Ammoniak-Adsorptionsmenge ist, wenn Harnstoffwasser durch das Harnstoffzufügungsventil 15 auf der Basis der Ammoniak-Zufuhrmenge VA und der Ammoniak-Verbrauchsmenge VB hinzugefügt wird.
Der Rechenteil M5 für die Ammoniak-Adsorptionsmenge errechnet sequentiell die Adsorptionserzeugungsmenge VC und errechnet dann einen aktuellen Ammoniak-Adsorptionsbetrag OUTPUT 5 in der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator.
Das bedeutet, die seriellen Daten der Reduktionsmengenanalyse in der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator ist der Adsorptionserzeugungsbetrag VC (= VA – VB), welcher gleich der Differenz zwischen dem gegenwärtigen Ammoniak-Zuführungsbetrag VA und dem gegenwärtigen Ammoniak-Verbrauchsbetrag VB ist. Das Errechnen der Absorptions-Erzeugungsmenge VC an einem vorbestimmten Zeitintervall und das hinzufügen der errechneten Adsorptions-Erzeugungsmenge VC ermöglicht ein Errechnen und Abschätzen des tatsächlichen Ammoniak-Adsorptionsbetrages OUTPUT 5 am SCR-Katalysator in der Einheit 13.
3 ist ein Diagramm, welches eine Katalysatorkennlinie zeigt, die eine Beziehung zwischen der NOx-Reinigungsrate und dem Ammoniak-Adsorptionsbetrag in dem Harnstoff-SCR-System aufzeigt, das mit der ECU 40 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist.
Das Harnstoff-SCR-System als Abgasreinigungssystem, welches mit der ECU 40 gemäß der Ausführungsform ausgestattet ist, führt einen Initialisierungsprozess für den Ammoniak-Adsorptionsbetrag OUTPUT 5 auf der Basis der NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators in der Einheit 13 durch, indem die Katalysatorcharakteristiken verwendet werden, welche die Beziehung zwischen der NOx-Reinigungsrate und dem Ammoniak-Adsorptionsbetrag aufzeigen, wie dies in 3 gezeigt ist. Dieser Initialisierungsprozess beseitigt einen Berechnungsfehler des Ammoniak-Adsorptionsbetrags OUTPUT 5.
Im Einzelnen wird die NOx-Menge (d. h., der stromaufseitige NOx-Betrag OUTPUT 1), welche sequentiell zu dem SCR-Katalysator in der Einheit 13 geliefert wird, sequentiell addiert, um eine NOx-Akkumulationsbetrag zu erhalten. Wenn der NOx-Akkumulationsbetrag nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert wird, dann errechnet die ECU 40 den Ammoniak-Adsorptionsbetrag auf der Basis der NOx-Reinigungsrate unter Verwendung der in 3 gezeigten Beziehung, und der Ammoniak-Adsorptionsbetrag wird auf der Basis dieses errechneten Werts als Anfangswert initialisiert.
Die ECU 40 in dem Harnstoff-SCR-System als dem Abgasreinigungssystem beurteilt, ob die Ammoniakfreisetzung auftritt oder nicht, auf der Basis des Ausgangswerts des stromabseitigen NOx-Fühlers 18. Im Einzelnen wird die Harnstoffwasser-Zugabemenge, welche über das Harnstoffwasser-Beifügungsventil 15 zugeführt wird, forciert geändert, wenn das Auftreten der Ammoniakfreisetzung anzunehmen ist. Die ECU 40 beurteilt das Auftreten der Ammoniakfreisetzung entsprechend der Zunahme oder Abnahme des Ausgangswerts des stromabseitigen NOx-Fühlers 18.
Bei der Steuerung des Prozesses zur forcierten Änderung der Harnstoffwasser-Zugabemenge durch das Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 in das Innere der Abgasleitung 11 hinein, überwacht die ECU 40 der Ausführungsform den Ausgang des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 während einer Begrenzung der Harnstoffwasser-Zugabemenge. Wenn sich der Ausgang des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 in Richtung auf den Abnahmezustand verschiebt, dann stellt die ECU 40 das Auftreten einer Ammo niakfreisetzung aufgrund der Zunahme des Ausgangs des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 fest.
4 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren der ECU 40 zur Durchführung eines Abnormitätsdiagnoseprozesses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufzeigt.
Die ECU 40 als das Abgasreinigungsgerät gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung führt periodisch mit vorbestimmtem Intervall den Abnormitätsdiagnosevorgang gemäß 4 durch.
Wie in 4 gezeigt, beurteilt die ECU 40 in dem Harnstoff-SCR-System der Ausführungsform, ob das Detektierungsergebnis des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 das Vorhandensein einer übergroßen Menge von NOx in dem Abgas anzeigt oder nicht, welches in der Abgasleitung 11 strömt. (Erste Bedingung).
In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst diese erste Bedingung mindestens einen der folgenden Punkte:

(a) die stromabseitige NOx-Menge OUTPUT 2 ist nicht geringer als ein vorbestimmter Wert;
(b) die NOx-Reinigungsrate beträgt nicht mehr als ein vorbestimmter Wert; und
(c) wenn die Differenz, die durch Subtrahieren der stromabseitigen NOx-Menge OUTPUT 2 von der stromaufseitigen NOx-Menge OUTPUT 1 erhalten wird, nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist.

In dem Aufbau des Harnstoff-SCR-Systems gemäß der Ausführungsform ist es, da der stromabseitige NOx-Fühler 18 in der Lage ist, sowohl das NOx als auch den Ammoniak zu detektieren, schwierig, auf der Basis der ersten Bedingung, mit anderen Worten auf der Basis des NOx-Detektierungsergebnisses des stromabseitigen NOx- Fühlers 18 zu unterscheiden, ob eine übergroße Menge von NOx in dem Abgas durch das Vorhandensein von NOx oder Ammoniak verursacht ist.
Die NOx-Reinigungsrate kann errechnet werden, indem die Differenz zwischen der stromaufseitigen NOx-Menge OUTPUT 1 und der stromabseitigen NOx-Menge OUTPUT 2 durch die stromaufseitige NOx-Menge OUTPUT 1 dividiert wird. Das bedeutet, wenn die stromaufseitige NOx-Menge OUTPUT 1 gleich Y1 ist und die stromabseitige NOx-Menge OUTPUT 2 gleich Y2 ist, dann kann die NOx-Reinigungsrate NA durch folgende Gleichung ausgedrückt werden: NA = (Y1 – Y2)/Y1.
Wenn das NOx-Detektierungsergebnis des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 anzeigt, dass das Abgas eine zusätzliche Menge von NOx enthält, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S11 fort.
In dem Schritt S11 befiehlt die ECU 40 dem Harnstoffwasser-Zugabeventil 15, die Zulieferung von Harnstoffwasser in der Abgasleitung 11 anzuhalten. In dem Schritt S12 beurteilt die ECU 40, ob der Ausgang des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 durch das Anhalten der Zufuhr von Harnstoffwasser in die Abgasleitung 11 hinein abgenommen hat oder nicht.
In der Ausführungsform führt die ECU 40 die obige Beurteilung auf der Basis des Ausgangs des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer durch, während eine Ansprechverzögerung des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 berücksichtigt wird.
Wenn der Ausgang des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 durch Anhalten der Zufuhr von Harnstoffwasser in die Abgasleitung 11 hinein abgenommen hat, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S13 fort.
In dem Schritt S13 bestimmt die ECU 40 das Auftreten einer Ammoniakfreisetzung in dem Harnstoff-SCR-System als dem Abgasreinigungssystem der vorliegenden Ausführungsform. Die ECU 40 inkrementiert eine Erzeugungszahl Ns einer Ammoniakfreisetzung durch einen vorbestimmten Wert (beispielsweise durch Eins). Das bedeutet, wenn die Zufuhr von Harnstoffwasser begrenzt wird, wenn die Ammoniakfreisetzung auftritt, dann wird die Menge von Ammoniak, welche in die stromab gelegene Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator abgegeben wird, verkleinert, um die Zugabemenge von Harnstoffwasser richtig einzustellen.
Weiter wird das in dem Abgas enthaltene NOx reduziert und durch Reaktion mit dem Ammoniak herausgereinigt, welches an dem SCR-Katalysator in der Einheit 13 adsorbiert wird. Demzufolge ist es der ECU 40 möglich, einen Ammoniakgehalt im Abgas und das NOx auf der stromab gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator zu unterdrücken. Dies vermindert den Ausgang des stromabseitig gelegenen NOx-Fühlers 18.
Wenn die ECU 40 das Auftreten einer Ammoniakfreisetzung beurteilt, beurteilt sie, ob eine Verbesserung möglich ist oder nicht (d. h., ob die Fehlfunktion des Systems gemildert werden kann). Das bedeutet, in dem Schritt S14 beurteilt die ECU 40, ob die Erzeugungszahl Ns der Ammoniakfreisetzung nicht kleiner als der vorbestimmte Wert ist oder doch. Diese Erzeugungszahl der Ammoniakfreisetzung ist eine Ammoniakfreisetzungserzeugungszahl nach Einschalten der Zündung des Dieselmotors.
Wenn die Ammoniakfreisetzungs-Erzeugungszahl kleiner als der vorbestimmte Wert ist, dann ist der in 4 dargestellte Vorgang beendet. Dann führt beispielsweise die ECU 40 den Prozess zur Steuerung der Harnstoffwasser-Zugabemenge in einer anderen Routine des Programms durch, um das Auftreten der Ammoniakfreisetzung zu vermeiden.
Wenn andererseits die Erzeugungszahl der Ammoniakfreisetzung nicht geringer als die vorbestimmte Anzahl ist, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S15 fort. In dem Schritt S15 bestimmt die ECU 90 das Auftreten einer Fehlfunktion des Harnstoff-SCR-Systems. Das bedeutet, es ist bezüglich der Zahl des Auftretens der Ammoniakfreisetzung davon auszugehen, dass sie zunimmt, wenn die Ammoniakfreisetzung basierend auf der Fehlfunktion des Harnstoffwasser-Zugabeventils 15 oder einer abnormalen Konzentration von Harnstoffwasser auftritt. Wenn die Erzeugungszahl des Auftretens von Ammoniakfreisetzung einen hohen Wert annimmt, dann beurteilt die ECU 40, dass das Harnstoff-SCR-System in einen abnormalen Zustand eingetreten ist. Die ECU 40 befiehlt, dass eine Warnlampe aufleuchtet, um eine Warnung an einen Operator des Harnstoff-SCR-Systems zu geben und stoppt die Zufuhr von Harnstoffwasser in die Abgasleitung 11 hinein.
Wenn andererseits der Ausgang des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 nicht abnimmt, selbst wenn die Zufuhr von Harnstoffwasser gestoppt wird, dann schreitet der Bearbeitungsfluss zu dem Schritt S15 weiter. In dem Schritt S15 urteilt die ECU 40, dass das Harnstoff-SCR-System aus irgendeinem Grunde in einem abnormalen Zustand ist.
Beispielsweise können die folgenden Gründe in Betracht kommen:
eine optimale Steuerung der Zufuhr einer optimalen Menge von Harnstoffwasser in die Abgasleitung 11 hinein wird nicht durchgeführt und eine ungenügende Menge (oder eine geringere Menge) von Harnstoffwasser wird in die Abgasleitung 11 geliefert und eine übergroße Menge von NOx wird dadurch in dem Abgas abgegeben, welches in der Abgasleitung 11 strömt;
eine optimale Menge von Harnstoffwasser wird nicht in die Abgasleitung 11 geliefert, da die Abgasleitung 11 gebrochen ist;
die Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator ist schadhaft und der NOx-Reinigungsprozess wird nicht ordnungsgemäß durchgeführt;
eine Konzentration des Harnstoffwassers ist niedriger als ein vorbestimmter Konzentrationswert; und
die Begrenzung der Zugabemenge von Harnstoffwasser wird nicht korrekt durchgeführt.
Um forciert die Zugabemenge von Harnstoffwasser beim Detektieren des Auftretens von Ammoniakfreisetzung auf der Basis des Ausgangswerts des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 zu begrenzen, wird während der Dauer der Durchführung der Abnormitätsdiagnose der Vorgang zur Durchführung der eigenen Steuerung zur Steuerung der Zugabemenge von Harnstoffwasser für die NOx-Reinigung angehalten. Es ist dadurch davon auszugehen, dass die NOx-Reinigung nicht ordnungsgemäß durchgeführt ist. Das bedeutet, wenn die Zugabemenge von Harnstoffwasser begrenzt wird, wenn unbekannt ist, ob der Grund, warum der NOx-Reinigungsparameter sich in einem abnormalen Bereich befindet, durch NOx oder durch Ammoniak verursacht wird, wird das Fehlen der Ammoniakzuführungsmenge weiter vermindert und dies erhöht weiter die übergroße Menge von NOx, das in dem Abgas enthalten ist. Aus diesem Grunde ist vorzuziehen, die Anzahl der Durchführungen der Abnormitätsdiagnose zu vermindern und es ist vorzuziehen, die Abnormitätsdiagnose mit hoher Genauigkeit auszuführen.
Bei der Abnormitätsdiagnose auf der Basis des Detektierungswerts des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 ist bezüglich der Ammoniakadsorption am SCR-Katalysator in der Einheit 13 davon auszugehen, dass sie das Ergebnis der Abnormitätsdiagnose beeinflusst. Das bedeutet, da der stromabseitige NOx-Fühler 18 eine Empfindlichkeit gegenüber Ammoniak hat, beeinflusst eine Differenz zwischen einer Adsorptionsmenge von Ammoniak, das an dem SCR-Katalysator in der Einheit 13 adsorbiert wird, und einem verbrauchten Betrag des adsorbierten Ammoniaks das Detektionsergebnis des stromabseitigen NOx-Fühlers 18. Wenn also die Abnormitätsdiagnose unter einem Zustand durchgeführt wird, bei welchem die Menge adsorbierten Ammoniaks leicht schwankt, ist davon auszugehen, dass dies die Genauigkeit der Abnormitätsdiagnose herabsetzt.
Die ECU 40 in dem Harnstoff-SCR-System als dem Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform führt die Abnormitätsdiagnose nur durch, wenn eine vorbestimmte Bedingung (als eine zweite Bedingung) erfüllt ist, wobei die vorbestimmte Betriebsbedingung ein Zustand ist, welcher nicht irgendeine unrichtige Diagnose durch Ammoniakadsorption an den SCR-Katalysator der Einheit 13 verursachen soll. Die Durchführung der zweiten Bedingung (welche sich aus den Schritten S22 bis S29 gemäß 6 zusammensetzt, welche später erläutert wird) bewirkt eine Abnahme der Anzahl von Malen der Durchführung des Abnormitätsdiagnosevorgangs mit den Schritte S11, S12, S13, S14 und S15, wie sie in 4 gezeigt sind, und hält die Genauigkeit des Abnormitätsdiagnosevorgangs aufrecht. Nebenbei gesagt entspricht der Abnormitätsdiagnosevorgang, welcher aus den Schritten S11, S12, S13, S14 und S15 aus 4 besteht, im Wesentlichen den Abnormitätsdiagnosevorgang im Schritt S30 gemäß 6.
Die folgenden tatsächlichen Ausführungsbedingungen (A) bis (F) entsprechen den Schritten S24, S25, S26, S27, S28 und S29, welche in 6 gezeigt sind. Diese Schritte S24 bis S28 werden weiter unten unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 6 erläutert.
In der Ausführungsform führt die ECU 40 den Prozess (Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess) mit den Schritten S11 bis S15 gemäß 4 nur durch, wenn mindestens eine der folgenden Bedingungen (A) bis (F) erfüllt ist.
Bedingung (A): die NOx-Reinigungsrate erhöht sich nicht, selbst wenn ein Fehler der Ammoniak-Adsorptionsmenge kompensiert ist;
Bedingung (B): die Anzahl von Initialisierungsvorgängen zum Initialisieren der Ammoniak-Adsorptionsmenge ist nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert K3;
Bedingung (C): der Motor befindet sich in einem Arbeitszustand, bei welchem die Menge von NOx, welche zu dem SCR-Katalysator in der Einheit 13 zuzuführen ist, nicht größer als ein vorbestimmter Wert K4 ist;
Bedingung (D): die SCR-Katalysatortemperatur ist nicht geringer als ein vorbestimmter Wert K5; und
Bedingung (E): die Temperatur des SCR-Katalysators wird nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert K6 zu der ersten Zeit nach dem Start des Dieselmotors.
Zusätzlich zu den obigen Bedingungen (A) bis (E) ist es auch möglich, die obige Abnormitätsdiagnose durchzuführen, wenn die folgende Bedingung (F) erfüllt ist, um eine Frühdetektierung des abnormalen Zustands des Harnstoff-SCR-Systems zu erreichen:
Bedingung (F): Eine seit dem Start des Dieselmotors oder dem vorausgehenden Detektierungsprozess zur Detektierung des Auftretens einer Ammoniakfreisetzung verstrichene Zeitdauer wird nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert K7.
Jede der obigen Bedingungen (A) bis (F) sei nun im Einzelnen erläutert.
Bedingung (A): die NOx-Reingigungsrate wird nicht erhöht, selbst wenn ein Fehler der Ammoniak-Adsorptionsmenge kompensiert ist.
Wenn eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Ammoniak-Adsorptionsmenge und einem errechneten Wert auftritt, wird die Zugabemenge von Harnstoffwasser durch das Harnstoffwasser-Zugabeventil 15 eine unzureichende Menge oder eine übergroße Menge. Solch ein Fehler, der durch die Berechnung verursacht wird, kann durch den Initialisierungsprozess für die Ammoniak-Adsorptionsmenge kompensiert werden. Es ist nicht notwendig, einen Abzugs-Fahrmodus (während eines normalen Fahrmodus des Fahrzeugs) einzuschalten, und es ist bezüglich des NOx-Detektierungsergebnisses möglich, dass es ordnungsgemäß von dem abnormalen Zustand in den normalen Zustand verschoben wird.
Andererseits ist es während des Normalbetriebs des Harnstoff-SCR-Systems schwierig, dass es von dem abnormalen Zustand in den Normalzustand rückkehrt, beispielsweise bei dem abnormalen Zustand einer Fehlfunktion des Harnstoffwasser-Zugabeventils 15 und der abnormalen Konzentration des Harnstoffwassers. Es ist notwendig, an den Fahrer des Fahrzeugs eine Warnung abzugeben, um das Fahrzeug zur Vermeidung eines Unfalls zu verlassen.
Wenn die unrichtige Diagnose auftritt, beispielsweise wenn das Diagnoseergebnis einen abnormalen Zustand auf der Basis eines Rechenfehlers, etwa eines Fehlers der Ammoniak-Adsorptionsmenge anstelle des abnormalen Zustands anzeigt, welcher notwendig ist, um den Abzugsfahrbetrieb eines Fahrzeugs durchzuführen, oder eine Warnung an den Fahrer des Fahrzeugs zu geben, so wird beurteilt, ob das SCR-System in den Normalzustand zurückgekehrt ist oder nicht. Das Harnstoff-SCR-System der vorliegenden Ausführungsform gestattet es, dass auf der Basis einer solchen unrichtigen Diagnose das Fahrzeug normal betrieben wird.
Wenn andererseits die unrichtige Diagnose auftritt, beispielsweise wenn das Diagnoseergebnis das Auftreten des abnormalen Zustands im Harnstoff-SCR-System anzeigt, anstatt den Rechenfehler, beispielsweise einen Fehler der Ammoniak-Adsorptionsmenge zu zeigen, so wählt die ECU 40 den Abzug des Fahrzeugs aus einem Unfall oder die Abgabe einer Warnung an den Fahrer des Fahrzeugs aus, obwohl es möglich ist, es in den Normalzustand zurückzuführen, während das Fahrzeug den normalen Fahrbetrieb fortsetzt.
Es ist daher vorzuziehen, im Voraus aus der Auswahl von Optionen den Fall der fehlerhaften Berechnung der Ammoniak-Adsorptionsmenge zu eliminieren, welche durch das NOx-Detektionsergebnis des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 verursacht ist, welcher eine übergroße Menge von NOx in dem Abgas anzeigt.
Bedingung (B): Die Anzahl von Initialisierungsprozessen zur Initialisierung der Ammoniak-Adsorptionsmenge ist nicht kleiner als der vorbestimmte Wert K3.
Wenn die Durchführungsfrequenz zur Durchführung der Initialisierungsprozesse für den Berechnungsfehler der Ammoniak-Adsorptionsmenge groß ist, selbst wenn die NOx-Reinigungsrate durch Ausführung eines solchen Initialisierungsprozesses für die Ammoniak-Adsorptionsmenge erhöht wird, d. h., wenn die Frequenz der Fälle, welche das Vorhandensein einer übergroßen Menge von NOx in dem Abgas, welche durch das NOx-Detektionsergebnis des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 angezeigt wird, hoch ist, so besteht eine Wahrscheinlichkeit einer nicht ordnungsgemäßen Zufuhr einer Optimalmenge von Ammoniak und des Vorhandenseins eines abnormalen Zustands des Harnstoff-SCR-Systems. Demgemäß führt die ECU 40 den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess durch, wenn die Anzahl der Initialisierungsprozesse für die Ammoniak-Adsorptionsmenge hoch ist.
Bedingung (C): Der Motor befindet sich in dem Arbeitszustand, in welchem die Menge von NOx, welches dem SCR-Katalysator in der Einheit 13 zuzuführen ist, nicht größer als der vorbestimmte Wert K4 ist.
Wenn eine übergroße Menge von Harnstoffwasser in den SCR-Katalysator in der Einheit 13 abgegeben wird, dann wird die Ammoniak-Adsorptionsmenge an dem SCR-Katalysator in der Einheit 13 gesättigt. Weil dann eine übergroße Menge von Ammoniak in die stromab gelegene Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator abgegeben wird, zeigt das NOx-Detektierungsergebnis durch den stromabseitigen NOx-Fühler 18 eine übergroße Menge von NOx an. Zu dieser Zeit wird, da das Ammoniak durch das eingeführte NOx verbraucht wird, wenn dieses NOx zu dem SCR-Katalysator in der Einheit 13 geliefert wird, die Dauer zum Erreichen der Sättigung der Ammoniak-Adsorption an dem SCR-Katalysator 14 erhöht. Demzufolge wird die Detektierung des abnormalen Zustands aufgrund der Zuführung einer übergroßen Menge von Ammoniak verzögert. Daher führt die ECU 40 in dem Harnstoff-SCR-System der vorliegenden Ausführungsform den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess unter der Bedingung durch, welche nicht durch die NOx-Zugabemenge beeinflusst wird (d. h., die Bedingung, welche nicht durch die Schwankung des Verbrauchs von Ammoniak beeinflusst wird). Das bedeutet, die ECU 40 führt den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess durch, wenn die Menge von NOx auf der stromauf gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator gleich Null ist oder einen Wert nahe Null hat.
Der Zustand des Motors, bei welchem die NOx-Menge OUTPUT 1 auf der stromauf gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator nicht größer als der vorbe stimmte Wert K4 ist, wird auf der Basis des Ausgangswerts des NOx-Fühlers 16 detektiert, der auf der stromauf gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator angeordnet ist.
Es ist der ECU 40 auch möglich, festzustellen, dass die obige Bedingung (C) erfüllt ist, wenn die Brennstoffeinspritzmenge in den Dieselmotor gleich Null oder annähernd gleich Null ist oder wenn die Brennstoffeinspritzmenge begrenzt ist oder wenn der Dieselmotor sich im Leerlauf befindet.
Bedingung (D): Die SCR-Katalysatortemperatur ist geringer als der vorbestimmte Wert K5.
Im Allgemeinen ist die Reaktionsgeschwindigkeit des SCR-Katalysators bei hoher Temperatur des SCR-Katalysators hoch und das Ansprechen der Gesamtheit des Harnstoff-SCR-Systems ist gut. Demgemäß ist vorzuziehen, die Genauigkeit der Detektierung der Abnormitätsdiagnose auf der Basis des Detektierungsergebnisses des NOx-Fühlers 18 zu erhöhen, wenn der NOx-Fühler 18 einen kleinen Bereich der Ausgangsfluktuation hat.
5 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einer SCR-Katalysatortemperatur und einer Ammoniak-Adsorptionsmenge in dem Harnstoff-SCR-System aufzeigt.
Wie in 5 gezeigt, wird, je mehr die SCR-Katalysatortemperatur sich zur Seite der hohen Temperatur verschiebt, desto mehr die Adsportionsmenge von Ammoniak an dem SCR-Katalysator erniedrigt. Aus diesem Grunde ist es nicht notwendig, die Ammoniak-Adsorptionsmenge durch den SCR-Katalysator bei einer Temperatur in Betracht zu ziehen, welche nicht geringer als eine vorbestimmte Temperatur ist (beispielsweise nicht weniger als 400°C).
Je höher die Temperatur des SCR-Katalysators liegt, desto stärker wird der Einfluss, der durch die Änderung der Ammoniak-Adsorptionsmenge verursacht wird, gering und es ist daher möglich, die Genauigkeit der Abnormitätsdiagnose zu erhöhen. Im Einzelnen ist es während des Dieselpartikelfilter-Regenerationsmodus aufgrund der strengen Steuerung der Temperatur des Abgases zum Verhindern eines Schmelzens des Dieselpartikelfilters 12 möglich, bei der obigen Steuerung die Fluktuation des Ausgangs des NOx-Fühlers 18 zu unterdrücken.
(E) Die SCR-Katalysatortemperatur wird nicht kleiner als der vorbestimmte Wert K6 beim ersten Zeitpunkt nach Start des Dieselmotors.
Es ist möglich, den abnormalen Zustand zu detektieren, welcher verursacht wird, wenn das Fahrzeug anhält, wenn das Fahrzeug gerade nach Neustart des Dieselmotors anhält.
Zusätzlich kann davon ausgegangen werden, dass ein Berechnungsfehler der Ammoniak-Adsorptionsmenge verhältnismäßig klein und die Fluktuation des Fühlerausgangs auf der Basis einer Änderung der Ammoniak-Adsorptionsmenge klein wird, wenn der Motor gerade wieder gestartet wird.
Da andererseits der SCR-Katalysator inaktiv ist, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators niedriger als die Aktivierungstemperatur ist, besteht eine Neigung einer Abnahme der NOx-Reinigungsrate unabhängig vom Auftreten eines abnormalen Zustands. Demgemäß führt die ECU 40 den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess durch, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators nicht kleiner als seine Aktivierungstemperatur wird, nachdem der Motor neu startet. Dies ermöglicht die Detektierung des abnormalen Zustands so früh wie möglich, welcher während der Stillsetzung des Dieselmotors verursacht wird.
(F) Eine Zeitdauer gezählt von dem Start des Dieselmotors oder von dem vorausgegangenen Detektierungsvorgang der Detektierung des Auftretens einer Ammoniakfreisetzung ab wird nicht geringer als der vorbestimmte Wert K7.
Es ist möglich, die Fortsetzung des abnormalen Zustands durch Ausführung der Abnormitätsdiagnose zu einem vorbestimmten Zeitintervall zu unterdrücken, welches im Voraus bestimmt wird. Aus diesem Grunde führt die ECU 40 den obigen Abnormitätsdiagnosevorgang jeweils nach Ablauf jeder der vorbestimmten Zeitdauern aus.
6 ist ein Flussdiagramm, welches den Vorgang des Abnormitätsdiagnoseprozesses in dem Harnstoff-SCR-System gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung aufzeigt.
Die ECU 40 führt den in 6 gezeigten Prozess jeweils zu jeder der vorbestimmten Zeitdauern aus.
In dem Schritt S21 stellt die ECU 40 fest, ob das NOx-Detektierungsergebnis des NOx-Fühlers 18 das Vorhandensein einer übergroßen Menge von NOx in dem. Abgas anzeigt oder nicht (was die oben erläuterte erste Bedingung anzeigt). Dieser Prozess ist derselbe Prozess wie in dem Schritt S10 nach 4.
Wenn das NOx-Detektierungsergebnis des NOx-Fühlers 18 das Vorhandensein einer übergroßen Menge von NOx in dem Abgas anzeigt, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S22 fort. In dem Schritt S22 beurteilt die ECU 40, ob die NOx-Reinigungsrate nicht größer als der vorbestimmte Wert K2 ist oder doch. Dieser vorbestimmte Wert K2 liegt innerhalb eines Abnormitätsbereiches, welcher beispielsweise nahe Null liegt. Wenn die NOx-Reinigungsrate einen sehr niedrigen Wert hat, so besteht eine Wahrscheinlichkeit der Verursachung eines abnormalen Zustands in dem Harnstoff-SCR-System. Aus diesem Grunde führt die ECU 40 der vorliegenden Ausführungsform den Ammoniakfreisetzungs-Detektierungsprozess, wie zuvor beschrieben, durch, wenn die NOx-Reinigungsrate einen sehr kleinen Wert hat. Dies bewirkt die Detektierung des Auftretens eines abnormalen Zustands und der Inhalte des abnormalen Zustands frühestmöglich, wenn der abnormale Zustand auftritt.
In dem Schritt S22 ist es der ECU 40 möglich, das Auftreten des abnormalen Zustandes auf der Basis der NOx-Menge OUTPUT 2 auf der stromab gelegenen Seite der Einheit 13 oder einer Differenz zwischen der NOx-Menge OUTPUT 1 auf der stromauf gelegenen Seite und der NOx-Menge OUTPUT 2 auf der stromab gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator zu detektieren.
Wenn die NOx-Reinigungsrate größer als der vorbestimmte Wert K2 ist, dann beurteilt die ECU 40, ob jede der zuvor erläuterten Bedingungen (A) bis (F) erfüllt ist oder nicht in den Schritten S24, S25, S26, S27, S28 und S29 jeweils nach dem Schritt S23. Das bedeutet, die ECU 40 führt die Initialisierung für die Ammoniak-Adsorptionsmenge in dem Schritt S23 durch und beurteilt, ob die NOx-Reinigungsrate zunimmt oder nicht in dem Schritt S24 (als die Bedingung (A)).
Wenn das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S24 JA lautet, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S30 fort. In dem Schritt S30 führt die ECU 40 den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess durch.
Wenn andererseits das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S24 negativ ist (”NEIN”) mit anderen Worten, wenn das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S24 anzeigt, dass die NOx-Reinigungsrate erhöht ist, dann schreitet der Bearbeitungsfluss zu dem Schritt S25 fort. In dem Schritt S25 beurteilt die ECU 40, ob die Anzahl von Vorgängen zur Durchführung der Initialisierung der Ammoniak-Adsorptionsmenge nicht kleiner als der vorbestimmte Wert K3 ist oder doch (als die Bedingung (B)).
Wenn das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S25 JA lautet, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S30 fort. In dem Schritt S30 führt die ECU 40 den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess aus.
Wenn andererseits das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S25 negativ ist (”NEIN”), mit anderen Worten, wenn das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S25 anzeigt, dass die Anzahl von Vorgängen zur Durchführung der Initialisierung für die Ammoniak-Adsorptionsmenge kleiner ist als der vorbestimmte Wert K3, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S26 fort. In dem Schritt S26 beurteilt die ECU 40, ob die NOx-Menge, welche in dem SCR-Katalysator in der Einheit 13 hinzu zufügen ist, nicht größer als der vorbestimmte Wert K4 in dem Motorarbeitszustand ist oder doch (als die Bedingung (C)).
Wenn das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S26 JA lautet, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S30 fort. In dem Schritt S30 führt die ECU 40 den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess aus.
Wenn andererseits das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S26 negativ ist (”NEIN”), mit anderen Worten, wenn das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S26 anzeigt, dass die NOx-Menge, die in den SCR-Katalysator in der Einheit 13 einzugeben ist, größer als der vorbestimmte Wert K4 ist, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S27 fort. In dem Schritt S27 beurteilt die ECU 40, ob die Temperatur des SCR-Katalysators nicht höher als der vorbestimmte Wert K5 ist oder doch (als die Bedingung (D)).
Wenn das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S27 JA lautet, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S30 fort. In dem Schritt S30 führt die ECU 40 den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess aus.
Wenn andererseits das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S27 negativ ist (”NEIN”), mit anderen Worten, wenn das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S27 anzeigt, dass die Temperatur des SCR-Katalysators mehr als der vorbestimmte Wert K5 ist, dann schreitet die Verarbeitung zu dem Schritt S28 fort. In dem Schritt S28 beurteilt die ECU 40, ob die Temperatur des SCR-Katalysators, die zum ersten Zeitpunkt nach Start des Dieselmotors detektiert wird, nicht weniger als der vorbestimmte Wert K6 ist (als die Bedingung (E)).
Wenn das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S28 JA lautet, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S30 fort. In dem Schritt S30 führt die ECU 40 den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess aus.
Wenn andererseits das Beurteilungsergebnis im Schritt S28 negativ ist (”NEIN”), mit anderen Worten, wenn das Beurteilungsergebnis im Schritt S28 anzeigt, dass die Temperatur des SCR-Katalysators, welche zum ersten Zeitpunkt nach Start des Dieselmotors detektiert wird, kleiner als der vorbestimmte Wert K6 ist, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S29 fort. In dem Schritt S29 beurteilt die ECU 40, ob die Zeitdauer, welche seit dem Start des Dieselmotors oder dem vorausgegangenen Detektierungsprozess der Detektierung des Auftretens der Ammoniakfreisetzung verstrichen ist, nicht kleiner als der vorbestimmte Wert K7 ist, oder doch (als die Bedingung (F)).
Wenn das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S29 JA lautet, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S30 fort. In dem Schritt S30 führt die ECU 40 den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess aus.
Wenn andererseits das Beurteilungsergebnis im Schritt S29 negativ ist (”NEIN”), dann schließt die ECU 40 den in 6 gezeigten Abnormitätsdiagnoseprozess ab.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass dann, wenn das Beurteilungsergebnis in jedem der Schritte S24 bis S29 JA lautet, die ECU 40 den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess im Schritt S30 durchführt.
Die ECU 40 in dem Harnstoff-SCR-System gemäß der vorliegenden Ausführungsform beurteilt das Auftreten eines abnormalen Zustands des NOx-Fühlers, wenn festgestellt wird, dass die NOx-Reinigungsrate sehr gut ist. Wenn insbesondere der NOx-Reinigungsparameter nicht innerhalb des abnormalen Bereichs liegt, dann ist das Beurteilungsergebnis im Schritt S21 negativ und der Bearbeitungsfluss schreitet zu dem Schritt S31 fort. In dem Schritt S31 beurteilt die ECU 40, ob die stromabseitige NOx-Menge OUTPUT 2, welche auf der Basis des Ausgangswerts des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 errechnet wird, annähernd gleich Null ist oder die NOx-Reinigungsrate, welche auf der Basis des Ausgangswerts des stromaufseitigen NOx-Fühlers 16 und des stromabseitigen NOx-Fühlers 18 errechnet wird, annähernd gleich 100% ist, oder dies nicht zutrifft. Wenn das Beurteilungsergebnis JA lautet, dann schreitet der Bearbei tungsfluss zu dem Schritt S32 fort. In dem Schritt S32 beurteilt die ECU 40, dass der stromabseitige NOx-Fühler 18 sich im abnormalen Zustand befindet.
Der Grund, warm die ECU 40 urteilt, dass der NOx-Fühler 18 sich im abnormalen Zustand befindet, selbst wenn die NOx-Reinigungsrate einen sehr guten Wert hat, ist, wie nachfolgend angegeben.
Wie in 3 gezeigt besteht eine Korrelation zwischen der Ammoniakadsorptionsmenge des SCR-Katalysators in der Einheit 13 und der NOx-Reinigungsrate, und je mehr die Ammoniak-Adsorptionsmenge zunimmt, desto mehr wird die NOx-Reinigungsrate erhöht. Dies ermöglicht, dass die NOx-Reinigungsrate annähernd konstant ist, bevor die Ammoniak-Adsorptionsmenge 100% erreicht.
Wenn also der Ausgang des NOx-Fühlers 18, der auf der stroabgelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator angeordnet ist, sehr klein ist und die NOx-Menge im Abgas auf der stromabgelegenen Seite der Einheit 13 annähernd gleich Null ist, ist davon auszugehen, dass der NOx-Fühler sich im abnormalen Zustand befindet, da der Ausgang des NOx-Fühlers nicht einen ordnungsgemäßen Wert erreicht, welcher der Menge von NOx entspricht, das in dem Abgas enthalten ist. Das bedeutet, die NOx-Reinigungsrate, welche auf der Basis des Ausgangswertes des NOx-Fühlers 18 errechnet wird, erreicht nicht annähernd 100%, wenn sich nicht der stromabseitig gelegene NOx-Fühler 18 im Normalzustand befindet. Demgemäß beurteilt die ECU 40 in dem Harnstoff-SCR-System der vorliegenden Ausführungsform, dass der NOx-Fühler sich im abnormalen Zustand befindet, wenn die NOx-Reinigungsrate einen extrem guten Wert zeigt.
Das Harnstoff-SCR-System, welches mit der ECU 40 als der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ausgerüstet ist, hat die folgenden überlegenen Wirkungen.
Da die ECU 40 in dem Harnstoff-SCR-System gemäß der Ausführungsform so aufgebaut ist, dass der Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess durchgeführt wird, wenn keine unrichtige Diagnose aufgrund der Ammoniakadsorption am SCR-Katalysator in der Einheit 13 auftritt, ist es möglich, die Genauigkeit der Abnormitätsdiagnose zu erhöhen.
Die ECU 40 im Harnstoff-SCR-System ist so aufgebaut, dass sie die Abnormitätsdiagnose auf der Basis der Ausgangs des NOx-Fühlers 18, welcher auf der stromabliegenden Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator gelegen ist, nur durchführt, wenn mindestens eine der Bedingungen (A) bis (F) erfüllt ist, unter der Bedingung einer forcierten Begrenzung der Menge der Hinzufügung von Harnstoffwasser. Demgemäß ist es möglich, die Unterbrechung des Vorganges der Steuerung der Harnstoffwasserzugabemenge zu senken. Es ist daher möglich, bei dem Aufbau des Harnstoff-SCR-Systems die Abgabe von NOx zu unterdrücken, welche durch Ausführung der Abnormitätsdiagnose durch die ECU 40 während der Änderung der Harnstoffwasser-Zugabemenge verursacht wird.
Da die ECU 40 so aufgebaut ist, dass sie den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess ausführt, wenn die NOx-Reinigungsrate nach Initialisierung der Ammoniak-Adsorptionsmenge nicht erhöht wird (Bedingung (A)), kann die ECU 40 die Abnormitätsdiagnose des Harnstoff-SCR-Systems durchführen, während das Risiko der Abgabe von NOx oder Ammoniak in das Abgas aufgrund eines Berechnungsfehlers der Ammoniakadsorptionsmenge vermieden wird. Somit ist es möglich, das Auftreten irgendeiner unrichtigen Diagnose zu vermeiden und beispielsweise gestattet die ECU 40 dem System, in einen Normalzustand rückgeführt zu werden, anstatt anzuzeigen, dass das System auf der Basis des Detektierungssignals des NOx-Fühlers 18 nicht zu dem Normalzustand zurückgeführt werden kann. Dies kann die Zuverlässigkeit des Detektierungsergebnisses des NOx-Fühlers erhöhen und aufrechterhalten.
Da die ECU 40 so aufgebaut ist, dass sie den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess ausführt, wenn die Anzahl der Durchführungen des Initialisierungsprozesses für die Ammoniak-Adsorptionsmenge nicht geringer als der vorbestimmte Wert K3 ist (Bedingung (B)), ist es möglich, diesen abnormalen Zustand so früh wie möglich zu erfassen, wenn die Wahrscheinlichkeit der Verursachung eines Systemfehlers besteht, wenn die Frequenz der Erzeugung des Berechnungsfehlers der Ammoniak-Adsorptionsmenge hoch ist.
Da die ECU 40 so aufgebaut ist, dass sie den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess ausführt, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators nicht geringer als der vorbestimmte Wert K5 ist (Bedingung (D)), ist es möglich, die Abnormitätsdiagnose unter der Bedingung mit hohem Ansprechverhalten des Harnstoff-SCR-Systems durchzuführen. Somit hat der NOx-Fühler 18, der auf der stromabgelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator gelegen ist, eine kleine Fluktuation und dies ermöglicht es, die Genauigkeit der Beurteilung des abnormalen Zustands auf der Basis des Ausgangs des NOx-Fühlers zu erhöhen. Da die Ammoniak-Adsorptionsmenge an dem SCR-Katalysator klein wird, macht dies zusätzlich den Einfluss des Ausgangs des NOx-Fühlers aufgrund der Änderung der Ammoniak-Adsorptionsmenge klein und es ist dadurch möglich, die Genauigkeit der Abnormitätsdiagnose zu erhöhen.
Da die ECU 40 so aufgebaut ist, dass sie den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess ausführt, wenn die NOx-Menge, welche durch den NOx-Fühler 16 detektiert wird, der auf der stromauf gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator gelegen ist, nicht größer als der vorbestimmte Wert K4 (Bedingung (C)) ist, ist es der ECU 40 möglich, die Abnormitätsdiagnose unter der Bedingung auszuführen, bei welcher die Aufnahme des Einflusses einer Änderung der NOx-Zugabemenge in die Einheit mit dem SCR-Katalysator hinein schwierig ist. D. h. es ist der ECU 40 möglich, den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess unter der Bedingung auszuführen, welche frei von dem Einfluss ist, der durch die Änderung des Ammoniakverbrauchs verursacht wird.
Da die ECU 40 dazu ausgebildet ist, zu beurteilen, dass der NOx-Fühler 18 sich im abnormalen Zustand befindet, wenn die NOx-Menge in dem Abgas auf der stromab gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator annähernd gleich Null ist, oder wenn die NOx-Reinigungsrate annähernd gleich 100% ist, ist es möglich, das Auftreten eines Versäumnisses des Detektierung des abnormalen Zustands zu unterdrücken.
Da festgestellt wird, dass eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass sich das SCR-System in irgendeinem abnormalen Zustand befindet, führt die ECU 40 dem Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess unabhängig von der Erfüllung mindestens einer der Bedingungen (A) bis (F) durch, welche zuvor erläutert wurden. Dies ermöglicht es, den abnormalen Zustand so früh wie möglich zu detektieren und den Grund, welcher den abnormalen Zustand verursacht hat, so früh wie möglich zu spezifizieren.
(Andere Modifikationen)
Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die zuvor beschriebene Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, dass die ECU 40 in dem Harnstoff-SCR-System den Ammoniakfreisetzungs-Beurteilungsprozess durch die folgenden Vorgänge ausführt.
Die ECU 40 in dem Harnstoff SCR-System als dem Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dazu ausgebildet, das Auftreten einer Ammoniakfreisetzung auf der Basis des Ausgangs des NOx-Fühlers 18 zu beurteilen, welcher auf der stromabgelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator angeordnet ist, wenn die Harnstoffwasser-Zugabemenge begrenzt oder vermindert wird. Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, dass die ECU 40 eine Struktur besitzt, um das Auftreten der Ammoniakfreisetzung auf der Basis des Ausgangs des NOx-Fühlers 18 zu beurteilen, wenn die Harnstoffwasser-Zugabemenge erhöht wird. Weiter ist es möglich, dass die ECU 40 das Auftreten der Ammoniakfreisetzung auf der Basis der Änderung der NOx-Reinigungsrate folgend auf die Änderung der Harnstoffwasser-Zugabemenge beurteilt.
Weiterhin ist es möglich, dass die ECU 40 die Beurteilung der Bedingungen (A) und (B) im Schritt S24 und im Schritt S25 nach 6 beurteilt, nachdem die Harnstoffwasser-Zugabemenge begrenzt ist.
7 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Prozedur zur Durchführung der Abnormitätsdiagnose als andere Ausführungsform des Harnstoffwasser-SCR-Systems aufzeigt, d. h., des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 7 gezeigt, beurteilt die ECU 40, ob das NOx-Detektierungsergebnis des NOx-Fühlers 18, der auf der stromab gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator gelegen ist, das Vorhandensein einer übergroßen Menge von NOx in dem Abgas anzeigt oder nicht (d. h., die ECU 40 beurteilt die zuvor erläuterte erste Bedingung).
Wenn das NOx-Detektierungsergebnis des NOx-Fühlers 18 das Vorhandensein einer übergroßen Menge von NOx in dem Abgas anzeigt, d. h., wenn es die Erfüllung der ersten Bedingung anzeigt, dann geht der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S42 über. In dem Schritt S42 beurteilt die ECU 40, ob mindestens eine der Bedingungen (C) bis (F) erfüllt ist oder nicht.
Wenn das Beurteilungsergebnis in dem Schritt S42 anzeigt, dass mindestens eine der Bedingungen (C) bis (F) erfüllt ist, dann schreitet der Bearbeitungsfluss zu dem Schritt S43 fort. In dem Schritt S43 befiehlt die ECU 40 dem Harnstoffwasser-Zugabeventil 15, die Zuführung von Harnstoffwasser in das Innere der Abgasleitung 11 hinein anzuhalten. Dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S44 fort.
In dem Schritt S44 überwacht die ECU 40 die Änderung des Ausgangs des NOx-Fühlers 18, welcher auf der stromab gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator gelegen ist.
Wenn sie die Änderung des Ausgangs des NOx-Fühlers 18 in dem Schritt S44 detektiert, führt die ECU 40 die Schritte S45, S46 und S47 durch, welche dieselben Schritte wie die Schritte S13, S14 und S15 gemäß 4 sind.
Wenn andererseits die ECU 40 keine Änderung des Ausgangs des NOx-Fühlers 18 im Schritt S44 detektiert, dann schreitet der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S48 fort. In dem Schritt S48 führt die ECU 40 die Initialisierung für die Ammoniakadsorptionsmenge durch. Der Verarbeitungsfluss schreitet dann zu dem Schritt S49 fort. In den Schritten S49 und S50 beurteilt die ECU 40, ob die Bedingung (A) oder (B) erfüllt ist oder nicht. Wenn mindestens eines der Beurteilungsergebnisse im Schritt S49 und im Schritt S50 JA lautet, dann stellt die ECU 40 das Auftreten des abnormalen Zustands des Harnstoff-SCR-Systems fest.
In dem Schritt S12 nach 4 stellt die ECU 40, wenn festgestellt wird oder nicht, dass der Ausgang des NOx-Fühlers 18, der auf der stromab gelegenen Seite angeordnet ist, nach Anhalten der Zugabe von Harnstoffwasser in das Innere der Abgasleitung 11 hinein erniedrigt wird, das Auftreten des Abnehmens des Ausgangs des NOx-Fühlers 18 auf der Basis eines augenblicklichen Ausgangswerts des NOx-Fühlers 18 fest. Anstelle hiervon ist es möglich, dass die ECU 40 das Auftreten der Abnahme des Ausgangs des NOx-Fühlers 18 auf der Basis des Ausgangswerts während einer vorbestimmten Diagnose-Zeitdauer feststellt oder nicht, welche nach Unterbrechung der Zugabe von Harnstoffwasser gezählt wird. Im Einzelnen kann ein Integrationswert oder ein Durchschnittswert der Ausgangswerte des NOx-Fühlers 18 während dieser vorbestimmten Diagnose-Zeitdauer verwendet werden, und die ECU 40 stellt das Auftreten der Abnahme des Ausganges des NOx-Fühlers 18 fest, wenn das errechnete Ergebnis nicht größer als ein Beurteilungswert ist. Andererseits stellt die ECU 40 fest, dass keine Abnahme des Ausgangs des NOx-Fühlers 18 auftritt, wenn der errechnete Wert größer als ein Beurteilungswert ist.
In dem obigen Fall der Verwendung der vorbestimmten Diagnosezeitdauer zur Detektierung des Auftretens einer Abnahme des Ausgangs des NOx-Fühlers 18, welcher auf der stromab gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator gelegen ist, verändert die ECU 40 die vorbestimmte Diagnoseperiode entsprechend der Temperatur des SCR-Katalysators in der Einheit 13. Im Einzelnen wird die vorbestimmte Diagnosezeitdauer umso mehr erhöht, je mehr die Temperatur des SCR-Katalysators abgesenkt ist. Dies ermöglicht es die Abnormitätsdiagnose entsprechend der Änderung der Empfindlichkeit des NOx-Fühlers 18 durchzuführen und daher ist es der ECU 40 möglich, das Auftreten einer unrichtigen Diagnose zu unterdrücken.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Art und Weise der Errechnung der Ammoniakadsorptionsmenge beschränkt und ist nicht auf das Verfahren zum Initialisieren der Ammoniak-Adsorptionsmenge beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, eine verbrauchte Menge von Ammoniak auf der Basis der Menge von NOx zu errechnen, welche im Abgas enthalten ist, das von dem Dieselmotor abgegeben wird, sowie auf der Basis der tatsächlichen NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators in der Einheit 13, und die Ammoniak-Adsorptionsmenge auf der Basis der verbrauchten Menge von Ammoniak und der Harnstoffwasser-Zugabemenge zu berechnen, welche erhalten wird, wenn die verbrauchte Menge von Ammoniak errechnet wird. Die ECU 40 führt die Initialisierung der Ammoniak-Adsorptionsmenge durch Auswahl der errechneten Ammoniak-Adsorptionsmenge als Anfangswert durch.
Es ist möglich, das Konzept der vorliegenden Erfindung auf ein System anzuwenden, welches nicht den NOx-Fühler 16 auf der stromauf gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator aufweist. In dieser Struktur kann die NOx-Menge, welche in dem Abgas auf der stromauf gelegenen Seite der Einheit 13 mit dem SCR-Katalysator enthalten ist, auf der Basis einer Drehzahl des Dieselmotors und einer Einlassluftmenge berechnet werden, welche in den Dieselmotor eingeführt wird.
Es ist möglich, das Konzept der vorliegenden Erfindung auf Systeme anzuwenden, welche verschieden von dem Harnstoff-SCR-System sind, welche zuvor beschrieben wurden. Beispielsweise kann das Konzept auf folgende Systeme angewendet werden:

– ein System, welches festen Harnstoff zur Erzeugung von Ammoniak verwendet und Harnstoffwasser oder Ammoniak als Reduktionsmittel aus dem festen Harnstoff erzeugt;
– ein System, welches Leichtöl zur Erzeugung von Ammoniak verwendet;
– ein System zum direkten Zufügen von Ammoniak in das Innere der Abgasleitung; und
– ein System, welches ein anderes Reduktionsmittel (beispielsweise HC) verwendet als Ammoniak.

Es ist möglich, das Konzept der vorliegenden Erfindung als Harnstoffwasser-SCR-System auf Benzinmotoren anzuwenden, beispielsweise Benzinmotoren mit Magergemischzündung.
Während spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, versteht es sich für die Fachleute, dass vielerlei Modifikationen und Alternativen bezüglich dieser Detail und Berücksichtigung der gesamten Lehre der hier gegebenen Offenbarung entwickelt werden können. Demgemäß sind die hier offenbarten besonderen Anordnungen in erläuterndem Sinne und nicht im Sinne einer Beschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen, welche in ihrer gesamten Breite durch die folgenden Ansprüche und sämtliche Äquivalente ihrer Gegenstände definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2009-97886 [0001]
- JP 2003-293743 [0008, 0009]

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung zur Verwendung in einem Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, wobei das Abgasreinigungssystem folgendes umfasst: eine Abgasleitung, über welche ein von dem Verbrennungsmotor abgegebenes Abgas strömt; eine Einheit mit einem NOx-Katalysator, welche in der Abgasleitung angeordnet ist; einen NOx-Fühler, welcher auf der stromab gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator angeordnet ist; und Reduktionsmittel-Zugabemittel, welche ein Reduktionsmittel in das Innere der Abgasleitung einführen und auf einer stromauf gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator gelegen sind, wobei der NOx-Katalysator so ausgebildet ist, dass er das Reduktionsmittel adsorbiert, und das Reduktionsmittel in der Lage ist, selektiv NOx, das in dem Abgas enthalten ist, herauszureinigen, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung folgendes umfasst: Reduktionsmittel-Zugabemenge-Steuermittel, welche eine Reduktionsmittel-Zugabemenge der Reduktionsmittel-Zugabemittel steuern; und Abnormitätsdiagnosemittel, welche die Reduktionsmittel-Zugabemenge der Reduktionsmittel-Zugabemenge-Steuermittel ändern und die Abnormitätsdiagnose auf der Basis eines Ausgangs des NOx-Fühlers während einer Änderung der Reduktionsmittel-Zugabemenge durchführen, wobei die Abnormitäts-Diagnosemittel die Abnormitätsdiagnose nur durchführen, wenn eine erste Bedingung (a) und eine zweite Bedingung (b) erfüllt sind: (a) das Detektierungsergebnis des NOx-Fühlers zeigt das Auftreten einer übergroßen Menge von NOx an, welches in dem Abgas enthalten ist; und (b) es besteht keine Ursache, die Abnormitätsdiagnose auf der Basis der Adsorption des Reduktionsmittels an dem NOx-Katalysator durchzuführen.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, welches weiter folgendes umfasst: Reduktionsmittel-Absorptions-Errechnungsmittel, welche eine Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge an dem NOx-Katalysator auf der Basis serieller Daten eines Unterschieds zwischen einer Reduktionsmittel-Zugabemenge zu dem NOx-Katalysator in der Folge der Reduktionsmittel-Zugabe durch die Reduktionsmittel-Zugabemittel und einer verbrauchten Reduktionsmittelmenge durch Reduktionsreaktion unter Verwendung des NOx-Katalysators berechnen; und Initialisierungs-Durchführungsmittel, welche eine Initialisierung der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge durchführen; wobei die Abnormitätsdiagnose-Durchführungsmittel die Abnormitätsdiagnose nur durchführen, wenn die erste Bedingung (a) und die zweite Bedingung (b) erfüllt sind, wobei die zweite Bedingung (b) folgendes beinhaltet: (b-1) die NOx-Reinigungsrate nimmt nicht ab, wenn die Initialisierungs-Durchführungsmittel die Initialisierung der Reduktionsmittel-Adsorptions-Menge durchführen; und (b-2) die Zahl der Zunahmen der NOx-Reinigungsrate durch die Durchführung der Initialisierung der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge ist nicht geringer als eine vorbestimmte Zahl von Malen.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die zweite Bedingung (b) einen Arbeitszustand des Verbrennungsmotors erfasst, bei welchem die NOx-Menge auf der stromauf gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator gleich Null ist oder annähernd gleich Null ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die zweite Bedingung (b) einen Zustand erfasst, bei welchem eine Temperatur des NOx-Katalysators sich innerhalb eines vorbestimmten Hochtemperaturbereichs befindet.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Abnormitätsdiagnosemittel ein Auftreten des abnormalen Zustands des NOx-Fühlers feststellen, wenn die NOx-Menge auf der stromab gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator, welche auf der Basis eines Detektierungssignals des NOx-Fühlers errechnet wird, annähernd gleich Null ist oder die NOx-Reinigungsrate, welche auf der Basis des Detektierungssignals des NOx-Fühlers errechnet wird, annähernd gleich 100% ist.
Abgasreinigungsvorrichtung zur Verwendung in einem Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, welches eine Abgasleitung, über welche ein von dem Verbrennungsmotor abgegebenes Abgas strömt; eine Einheit mit einem NOx-Katalysator, die in der Abgasleitung angeordnet ist; einen auf der stromab gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator angeordneten NOx-Fühler; und Reduktionsmittel-Zuführungsmittel aufweist, welche das Reduktionsmittel in das Innere der Abgasleitung auf einer stromauf gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator zufügt, wobei der NOx-Katalysator in der Lage ist das Reduktionsmittel zu absorbieren, und das Reduktionsmittel in der Lage ist selektiv das in dem Abgas enthaltene NOx herauszureinigen, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung folgendes umfasst: Abnormitätsdiagnosemittel, welche ein Auftreten eines abnormalen Zustands des NOx-Fühlers feststellen, wenn eine NOx-Menge auf der stromab gelegenen Seite der Einheit mit dem NOx-Katalysator, welche auf der Basis eines Detektierungssignals des NOx-Fühlers errechnet wird, annähernd gleich Null ist, oder eine NOx-Reinigungsrate, welche auf der Basis des Detektierungssignals des NOx-Fühlers errechnet wird, annähernd 100% beträgt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher die Abnormitätsdiagnosemittel eine Diagnosezeitdauer verwenden, welche eine vorbestimmte Zeitdauer ist, die nach Änderung der Reduktionsmittel-Zufügungsmenge gezählt wird, und die Abnormitätsdiagnose auf der Basis des Detektierungsergebnisses des NOx-Fühlers zu einer Mehrzahl von Zeiten während der vorbestimmten Zeitdauer durchführt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher die Abnormitätsdiagnosemittel die Diagnosezeitdauer auf der Basis einer Temperatur des NOx-Katalysators ändern.