DE102016119165A1

DE102016119165A1 - NOx-Sensordiagnosevorrichtung

Info

Publication number: DE102016119165A1
Application number: DE102016119165.5A
Authority: DE
Inventors: Masato Minato; Tsukasa Kuboshima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-10-10
Publication date: 2017-07-13
Also published as: JP6617569B2; JP2017125420A

Abstract

Eine stromaufwärts gelegene Erfassungseinheit (46, S402, S406) erfasst eine stromaufwärts vorhandene NOx-Menge an der stromaufwärts gelegenen Seite eines Reduktionskatalysators (20). Eine NOx-Mengenschätzeinheit (48, S408, S410) schätzt eine geschätzte NOx-Menge ab, die durch das Exkludieren einer Reinigungsmenge des NOx durch den Reduktionskatalysator (20) von der stromaufwärts vorhandenen NOx-Menge erhalten wird. Eine Normalitätsschätzeinheit (50, S412) schätzt einen normalen Ausgang des NOx-Sensors (36) ab, bei welchem die Reaktionsfähigkeit normal ist, und dies basierend auf der geschätzten NOx-Menge. Eine Verschlechterungsschätzeinheit (52, S414) schätzt einen verschlechterten Ausgang ab, bei welchem die Reaktionsfähigkeit niedriger ist als diejenige des geschätzten normalen Ausgangs. Eine tatsächlicher-Wert-Erfassungseinheit (54, S402, S416) erfasst einen tatsächlichen Ausgang (210) des NOx-Sensors (36). Eine Diagnoseeinheit (58, S422 bis S430) diagnostiziert die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors (36) basierend auf den normalen Ausgang, dem geschätzten verschlechterten Ausgang und dem erfassten tatsächlichen Ausgang.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zum Diagnostizieren des Antwortverhaltens bzw. der Reaktionsfähigkeit eines NOx-Sensors, welcher an einer zu einem Reduktionskatalysator stromabwärts gelegenen Seite installiert ist, welches verursacht, dass ein Reduktionsmittel selektiv NOx reduziert, welches in einem Abgas einer internen Verbrennungsmaschine beinhaltet ist.
Hintergrund
Herkömmlicherweise wird ein bekannter NOx-Sensor in einem Abgassensor eingesetzt, welcher einen Gaszustand in dem Abgas einer internen Verbrennungsmaschine erfasst. Der NOx-Sensor erfasst eine NOx-Konzentration in dem Abgas. Beispielsweise steuert eine elektronische Maschinensteuereinheit (Maschinen-ECU) basierend auf einem Ausgang des NOx-Sensors eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine Abgasrezirkulationsmenge (EGR-Gasmenge) und eine Menge eines Reduzierungsmittels, welches in einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator) eingespritzt wird, wobei dadurch ein Maschinenbetriebszustand und ein Reinigungszustand des Abgases geeignet gesteuert werden.
In einigen Fällen wird die Reaktionsfähigkeit eines Ausgangs des NOx-Sensors aufgrund einer Verschlechterung des Sensorelements verschlechtert, und dies im Vergleich zu einem NOx-Sensor, bei welchem die Reaktionsfähigkeit normal ist.
Bei einem Fall, bei dem sich der Maschinenbetriebszustand in einem stetigen Zustand befindet und eine Einspritzmenge von einem Kraftstoffeinspritzventil konstant ist, ändert sich die NOx-Menge, die von einem Zylinder abgegeben wird, nicht. In diesem Fall ist eine Verzögerung in der Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors unerheblich. Allerdings, bei einem Fall, bei dem der Maschinenbetriebszustand von einem stetigen Zustand in einen transienten Zustand übergewechselt wird, und bei welchem sich die Einspritzmenge von dem Kraftstoffeinspritzventil erhöht oder verringert, wird die NOx-Konzentration, die von dem Ausgang des NOx-Sensors, bei welchem die Reaktionsfähigkeit verschlechtert ist, erhalten wird, im Vergleich zu einer NOx-Konzentration, die von einem Ausgang eines NOx-Sensors, dessen Reaktionsfähigkeit normal ist, erhalten wird, in einen verzögerten Zustand gebracht bzw. versetzt.
Bei einer Konfiguration, bei welcher eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine EGR-Gasmenge und eine Einspritzmenge von Ureawasser basierend auf der NOx-Konzentration, die durch den Ausgang des NOx-Sensors, dessen Reaktionsfähigkeit verschlechtert ist, angegeben wird, gesteuert werden, erhöhen sich infolge die Verbrennungsgeräusche der Maschine oder es verschlechtern sich infolge die Emissionen.
Im Hinblick dessen offenbart Patentdokument 1 eine Technik des Schätzens eines normalen Ausgangs eines Abgassensors, bei welchem die Reaktionsfähigkeit normal ist, und eines verschlechterten Ausgangs eines Abgassensors, bei welchem die Reaktionsfähigkeit um einen vorbestimmten Wert verschlechtert ist, und dies im Vergleich zu dem normalen Abgassensor. Auf diese Art und Weise zielt die Technik daraufhin ab, die Reaktionsfähigkeit des Abgassensors basierend auf dem normalen Ausgang, dem verschlechterten Ausgang und den tatsächlichen Ausgang des Abgassensors zu diagnostizieren.
(Patentdokument 1)

Offenlegungsschrift der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-275952

Kurzfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine NOx-Sensordiagnosevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die derart konfiguriert ist, dass diese die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors in geeigneter Art und Weise diagnostizieren kann, welcher an der zu einem Reduktionskatalysator stromabwärts gelegenen Seite installiert ist, wobei dieser dazu führt, dass das Reduzierungsmittel NOx selektiv reduziert wird, welches in dem Abgas enthalten ist.
Der tatsächliche Ausgang des NOx-Sensors, der an der stromabwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators installiert ist, ändert sich aufgrund einer Reinigungsmenge, die durch den SCR-Katalysator erhalten wird, welcher das NOx reduziert. Das heißt, dass der tatsächliche Ausgang des NOx-Sensors einen Wert repräsentiert, der eine NOx-Reinigungsmenge reflektiert, die durch den SCR-Katalysator erzielt wird. Bei einer Konfiguration, bei der der normale Ausgang und der verschlechterte Ausgang ohne Berücksichtigung der Reinigungsmenge des SCR-Katalysators für den tatsächlichen Ausgang geschätzt werden, führt die Präsenz oder die Absenz der Reinigungsmenge zu einer Abweichung zwischen einem geschätzten Wert des normalen Ausgangs und dem verschlechterten Ausgang und dem tatsächlichen Ausgang.
Die Technik, die in Patentdokument 1 offenbart ist, diagnostiziert die Reaktionsfähigkeit des Abgassensors basierend auf den normalen Ausgang, dem verschlechterten Ausgang und dem tatsächlichen Ausgang. Es wird angemerkt, dass bei einem Fall, bei dem die Reinigungsmenge des SCR-Katalysators nicht berücksichtigt wird, eine Möglichkeit besteht, dass die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors in dem NOx-Sensor, der die Technik verwendet, die in Patentdokument 1 offenbart ist, nicht geeignet diagnostiziert werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine NOx-Sensordiagnosevorrichtung konfiguriert, die Reaktionsfähigkeit eines NOx-Sensors zu diagnostizieren. Der NOx-Sensor ist an einer stromabwärts gelegenen Seite eines Reduktionskatalysators installiert, und dieser ist derart konfiguriert, dass er eine NOx-Menge erfasst, die in dem Abgas beinhaltet ist, welches von einer internen Verbrennungsmaschine abgegeben wird. Der Reduktionskatalysator ist derart konfiguriert, dass dieser verursacht, dass ein Reduktionsmittel NOx selektiv reduziert, welches in dem Abgas beinhaltet ist. Die NOx-Sensordiagnosevorrichtung weist eine stromaufwärts gelegene Erfassungseinheit auf, welche konfiguriert ist, eine stromaufwärts vorliegende NOx-Menge an einer stromaufwärts zu dem Reduktionskatalysator gelegenen Seite zu erhalten. Die NOx-Sensordiagnosevorrichtung weist ferner eine NOx-Mengenschätzeinheit auf, die derart konfiguriert ist, dass diese eine NOx-Menge abschätzt, die erhalten wird, indem eine Reinigungsmenge, um welche das NOx durch den Reduktionskatalysator reduziert und gereinigt wird, von der stromaufwärts liegenden NOx-Menge exkludiert bzw. abgezogen wird. Die NOx-Sensordiagnosevorrichtung weist ferner eine Normalitätsschätzeinheit auf, die derart konfiguriert ist, dass diese einen normalen Ausgang des NOx-Sensors abschätzt, wobei bei diesem die Reaktionsfähigkeit normal ist, und dies basierend auf der abgeschätzten NOx-Menge. Die NOx-Sensordiagnosevorrichtung weist ferner eine Verschlechterungsschätzeinheit auf, die derart konfiguriert ist, dass diese einen verschlechterten Ausgang abschätzt, bei welchem die Reaktionsfähigkeit geringer ist als die Reaktionsfähigkeit des normalen Ausgangs. Die NOx-Sensordiagnosevorrichtung weist ferner eine Tatsächlicher-Ausgang-Erfassungseinheit bzw. eine Ist-Ausgang-Erfassungseinheit auf, die derart konfiguriert ist, dass diese einen tatsächlichen Ausgang des NOx-Sensors erfasst. Die NOx-Sensordiagnosevorrichtung weist ferner eine Diagnoseeinheit auf, die derart konfiguriert ist, dass diese die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors basierend auf den normalen Ausgang, dem verschlechterten Ausgang und dem tatsächlichen Ausgang diagnostiziert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher werden, welche mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung getätigt wurde. Es zeigt/Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm, welches ein Abgasreinigungssystem gemäß einer Ausführungsform darstellt;
2 ein Zeitdiagramm, welches eine Beziehung zwischen einer Maschinengeschwindigkeit und einer NOx-Konzentration an einer stromabwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators darstellt, wobei dies nicht eine NOx-Reinigungsmenge berücksichtigt;
3 ein Zeitdiagramm, welches eine Beziehung zwischen der Maschinengeschwindigkeit und der NOx-Konzentration an der stromabwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators darstellt, wobei diese die NOx-Reinigungsmenge berücksichtigt;
4 ein Zeitdiagramm, welches eine Integration einer Abweichung zwischen einem degradierten Ausgang und einem normalen Ausgang und eine Integration einer Abweichung zwischen einem tatsächlichen Ausgang und dem normalen Ausgang darstellt;
5 ein Flussdiagramm, welches ein NOx-Sensordiagnoseverfahren zeigt;
6 ein charakteristisches Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einer Ammoniakadsorptionsmenge, einer Katalysatortemperatur und einer Reinigungsrate darstellt; und
7 ein Datenflussdiagramm, welches das NOx-Sensordiagnoseverfahren darstellt. Detaillierte Beschreibung der Erfindung Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben werden.
1. Konfiguration
Als ein Beispiel ist ein Abgasreinigungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, ein System, welches ein Abgas reinigt, das von einer Dieselmaschine 2 mit einer Mehrzahl von Zylindern abgegeben wird. Nachstehend wird die Dieselmaschine 2 in einfacher Art und Weise als eine Maschine 2 bezeichnet.
Das Abgasreinigungssystem 10 ist derart konfiguriert, dass dieses ein Drosselventil 12, ein EGR-Ventil 16, einen SCR-Katalysator 20, ein Ureawassereinspritzventil 30, einen Abgastemperatursensor 32, zwei NOx-Sensoren 34 und 36 und eine ECU 40 beinhaltet. Ein Kraftstoff, der durch eine Sammelschiene bzw. ein Common Rail (nicht näher dargestellt) akkumuliert wird, wird in die Maschine 2 aus einem Kraftstoffeinspritzventil 4 eingespritzt.
Ein Kompressor eines Turboladers (nicht näher dargestellt) wird über einen Schaft (nicht näher dargestellt) drehend durch eine Turbine 14 des Turboladers angetrieben, welcher in einer Abgaspassage 110 installiert ist. Einlassluft einer Einlassluftpassage 100, welche durch den Kompressor des Turboladers komprimiert wird, tritt durch einen Zwischenkühler (nicht näher dargestellt) hindurch. Eine Flussrate der Einlassluft wird durch das Drosselventil 12 eingestellt, und die Einlassluft wird in jeden Zylinder der Maschine hineingesaugt.
Das Drosselventil 12 wird in einem Niederlastbereich gedrosselt, um so viel EGR-Gas wie möglich zu nehmen. Im Gegensatz dazu wird das Drosselventil 12 in einem im Wesentlichen voll geöffneten Zustand gehalten, um eine Lufteinlassmenge zu erhöhen, oder um Pumpverlust in einem Hochlastbereich zu reduzieren. Die Einlassluftmenge, die in die Maschine 2 eingesaugt wird, wird durch einen Einlassluftmengensensor erfasst (nicht näher dargestellt).
Das EGR-Ventil 16 ist in einer EGR-Passage 120 installiert, welche die Einlassluftpassage 100 mit der Abgaspassage 110 der Maschine 2 miteinander verbindet. Das EGR-Ventil 16 steuert eine EGR-Menge, welche von einer Abgasseite zu einer Lufteinlassseite rezirkuliert wird. Die Abgaspassage 110 ist mit dem SCR-Katalysator 20, dem Ureawassereinspritzventil 30, dem Abgastemperatursensor 32 und den zwei NOx-Sensoren 34 und 36 ausgestattet.
Der SCR-Katalysator 20 adsorbiert Ureawasser, welches von dem Ureawassereinspritzventil 30 eingespritzt wird. Das Ureawasser, welches durch den SCR-Katalysator 20 adsorbiert wird, wird hydrolisiert, wenn eine Abgastemperatur auf eine vorbestimmte Temperatur oder größer steigt. Auf diese Art und Weise wird das Ureawasser in Ammoniak und Kohlenstoffdioxid zerlegt. Das Ammoniak, welches durch die Hydrolyse erzeugt wird, dient als ein Reduktionsmittel in dem SCR-Katalysator 20, und dies wird nach der Reduzierung des NOx gereinigt.
Das Ureawassereinspritzventil 30 ist an einer stromaufwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 20 installiert. Das Ureawassereinspritzventil ist ein elektromagnetisches Ventil, in welchem das Öffnen und das Schließen durch die ECU 40 gesteuert werden. Das Ureawassereinspritzventil 30 wird geöffnet und geschlossen, wobei dadurch Ureawasser in einen Tank (nicht näher dargestellt) eingespritzt wird. Die zwei NOx-Sensoren 34 und 36 sind jeweils an der stromaufwärts gelegenen Seite und an der stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators 20 installiert. Die zwei NOx-Sensoren 34 und 36 erfassen jeweils die NOx-Konzentration an der stromaufwärts gelegenen Seite und an der stromabwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 20.
Die ECU 40 ist mit einer CPU und einem Mikrocomputer beinhaltend einen Halbleiterspeicher, wie zum Beispiel ein RAM, ein ROM und ein Flash-Speicher, ausgestattet. Die Anzahl der Mikrocomputer, welche die ECU 40 konfigurieren, kann eins, zwei oder mehr sein.
Jede Funktion der ECU 40 wird durch die CPU erzeugt, die ein Programm ausführt, welches in einem nichtflüchtigen substantiven Aufnahmemedium gespeichert ist, wie zum Beispiel in dem ROM oder in dem Flash-Speicher. Die ECU 40 führt das Programm aus, wodurch ein Verfahren implementiert wird, welches dem Computerprogramm entspricht.
Als eine Konfiguration der Funktion, die durch die CPU erzeugt wird, die das Programm ausführt, beinhaltet die ECU 40 eine Temperaturerfassungseinheit 42, eine Reduzierungsmittelabschätzeinheit 44, eine stromaufwärts gelegene Erfassungseinheit 46, eine NOx-Mengenabschätzeinheit 48, eine Normalitätsschätzeinheit 50, eine Verschlechterungsschätzeinheit 52, eine Tatsächlicher-Ausgang-Erfassungseinheit 54, eine Integrationseinheit 56 und eine Diagnoseeinheit 58.
Ein Verfahren zum Erzeugen dieser Elemente, die die ECU 40 konfigurieren, ist nicht auf Software beschränkt, und es kann Hardware eingesetzt werden, in welcher diese Elemente teilweise oder vollständig mit einem logischen Schaltkreis oder einem analogen Schaltkreis kombiniert sind. Die Funktionen werden später beschrieben werden, welche jeweils durch die Temperaturerfassungseinheit 42, die Reduzierungsmittelschätzeinheit 44, die stromaufwärts gelegene Erfassungseinheit 46, die NOx-Mengenschätzeinheit 48, die Normalitätsschätzeinheit 50, die Verschlechterungsschätzeinheit 52, die Tatsächlicher-Ausgang-Erfassungseinheit 54, die Integrationseinheit 56 und die Diagnoseeinheit 58 durchgeführt werden.
Die ECU 40 erfasst bzw. erhält eine Maschinenbetriebszustand und einen Abgasreinigungszustand von einem Ausgangssignal von verschiedenen Sensoren, wie zum Beispiel von dem Abgastemperatursensor 32, den NOx-Sensoren 34 und 36, einem Einlasslufttemperatursensor (nicht näher dargestellt), dem Einlassluftmengensensor, einem Maschinengeschwindigkeitssensor und einem Gaspedalöffnungsgradsensor. Basierend auf dem erfassten Maschinenbetriebszustand und dem Abgasreinigungszustand steuert die ECU 40 einen Betrieb von jedem Aktuator des Kraftstoffeinspritzventils 4, dem EGR-Ventil 16 und dem Ureawassereinspritzventil 30.
Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36
Nachstehend wird die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36 beschrieben werden in einem stetigen Zustand, bei dem das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt, und bei dem eine Maschinenlast nicht verändert wird, ist eine NOx-Menge, die von der Maschine 2 abgegeben wird, konstant, und eine NOx-Menge, welche durch den SCR-Katalysator 20 reduziert und gereinigt wird, ist ebenso konstant. Daher ist die NOx-Konzentration, die durch den NOx-Sensor 36 erfasst wird, der an der stromaufwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 20 installiert ist, ebenso konstant.
In 2 repräsentiert eine zweigepunktete Kettenlinie, die mit dem Bezugszeichen 200 angegeben ist, die NOx-Konzentration, die von dem NOx-Sensor 36 in einem Fall erfasst wird, dass keine Verzögerungszeit berücksichtigt wird, während welcher das NOx, das durch die Maschine 2 erzeugt wird, den NOx-Sensor 36 an der stromabwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 2 von der Maschine 2 durch den SCR-Katalysator 20 erreicht.
Nachfolgend, so wie das in 2 dargestellt ist, wenn ein Gaspedal ausgeschaltet ist, und wenn das Fahrzeug in einen verzögerten Betriebszustand als einen Übergangszustand gebracht wird, dann begrenzt die ECU 40 die Kraftstoffeinspritzung aus dem Kraftstoffeinspritzventil 4. Wenn die Einspritzmenge von dem Kraftstoffeinspritzventil aufgrund der Kraftstoffbegrenzung null zeigt, dann tritt in dem Zylinder der Maschine 2 keine Verbrennung auf. Im Ergebnis, so wie das durch das Bezugszeichen 200 angegeben ist, zeigt die NOx-Konzentration, die durch den NOx-Sensor 36 erfasst wird, null.
Wenn die Kraftstoffbegrenzung auf einen Standby-Betrieb geschaltet ist, wird Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt, und der Kraftstoff wird im Inneren des Zylinders verbrannt. Entsprechend wird das NOx von der Maschine 2 abgegeben. Wenn die NOx-Menge, die durch den SCR-Katalysator 20 gereinigt wird, nicht berücksichtigt wird, so wie das durch das Bezugszeichen 200 angegeben ist, dann erhöht sich die NOx-Konzentration an der stromabwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 20 auf einen konstanten Wert.
Es wird angemerkt, dass das Ammoniak, welches durch das dekomposierte Ureawasser erzeugt wird, in dem SCR-Katalysator 20 adsorbiert wird. Entsprechend wird das NOx, welches von der Maschine 2 nach der Kraftstoffbegrenzung abgegeben wird, auf den Standby-Betrieb umgeschaltet, wobei dieses durch den SCR-Katalysator 20 reduziert wird.
Daher konvergiert ein tatsächlicher Ausgang 210 der NOx-Konzentration an der stromabwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 20, welche durch den NOx-Sensor 36 erfasst wird, von der NOx-Konzentration aus gegen null, wobei diese einen konstanten Wert vor der Kraftstoffbegrenzung aufweist. Der tatsächliche Ausgang 210 reflektiert ebenso die Verzögerungszeit, während welcher das NOx, das in der Maschine 2 erzeugt wird, den NOx-Sensor 36 erreicht.
Es gibt eine Verzögerungszeit, welche aufgrund einer Rohrlänge auftritt, bis das Abgas, das von der Maschine 2 ausgegeben wird, den NOx-Sensor 36 erreicht. Daher, so wie das durch den tatsächlichen Ausgang 210 dargestellt ist, ändert sich die NOx-Konzentration an der stromabwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 200, wo der NOx-Sensor 36 installiert ist, später als eine Änderung der NOx-Konzentration im Inneren des Zylinders.
Diese Verzögerungszeit ändert sich aufgrund der Flussgeschwindigkeit des Abgases. Die Flussgeschwindigkeit des Abgases ändert sich aufgrund des Maschinenbetriebszustands, bei welchem die Maschinengeschwindigkeit, die Kraftstoffeinspritzmenge und die Einlassluftmenge als Parameter eingestellt sind. Daher, basierend auf dem Maschinenbetriebszustand, kann die Verzögerungszeit, während welcher die NOx-Konzentration bei einer Position, bei der der NOx-Sensor 36 installiert ist, später als die NOx-Konzentration im Inneren des Zylinders geändert wird, berechnet und geschätzt werden.
So wie dies in 2 dargestellt ist, wenn die Reinigungsmenge des NOx, die durch den SCR-Katalysator 20 reduziert wird, nicht berücksichtigt wird, wird abgeschätzt, dass ein normaler Ausgang 212 des NOx-Sensors 36, in welchem die Reaktionsfähigkeit normal ist, und dass ein verschlechterter Ausgang 214 des NOx-Sensors 36, bei welchem die Reaktionsfähigkeit niedriger ist als diejenige des NOx-Sensors 36, bei welchem die Reaktionsfähigkeit normal ist, geändert werden.
2 stellt die Verzögerungszeit dar, während welcher das NOx, das in der Maschine 2 erzeugt wird, den NOx-Sensor 36 erreicht, wobei angenommen wird, dass diese zwischen dem normalen Ausgang 212 und dem verschlechterten Ausgang 214 liegt. Allerdings wird nicht angenommen, dass die Reinigungsmenge des NOx, die durch den SCR-Katalysator 20 reduziert wird, ähnlich zu dem Bezugszeichen 200, zwischen dem normalen Ausgang 212 und dem verschlechterten Ausgang 214 liegt. Entsprechend konvergieren der normale Ausgang 212 und der verschlechterte Ausgang 214 auf einen Wert, der durch das Bezugszeichen 200 angegeben ist.
In 2, wenn die Reaktionsfähigkeit zwischen dem tatsächlichen Ausgang 210, dem normalen Ausgang 212 und dem verschlechterten Ausgang 214 verglichen wird, dann ist die Reaktionsfähigkeit des tatsächlichen Ausgangs 210 schneller als diejenige des normalen Ausgangs 212. Der Grund hierfür wird nachstehend näher dargelegt. Der tatsächliche Ausgang 210, der durch den NOx-Sensor 36 erfasst wird, zeigt die NOx-Konzentration, welche die Reinigungsmenge des NOx reflektiert, die durch den SCR-Katalysator 20 reduziert wird. Im Gegensatz dazu wird in dem normalen Ausgang 212 und dem verschlechterten Ausgang 214 die Reinigungsmenge des NOx, die durch den SCR-Katalysator 20 reduziert wird, nicht berücksichtigt.
Daher, wenn die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36 durch das Vergleichen jedes geschätzten Werts des normalen Ausgangs 212 und des verschlechterten Ausgangs 214, welcher ohne das Berücksichtigen der Reinigungsmenge des NOx, die durch den SCR-Katalysator 20 reduziert wird, geschätzt wird, mit dem tatsächlichen Ausgang 210 diagnostiziert wird, dann gibt es die Möglichkeit einer fehlerhaften Diagnose.
In 3 wird im Vergleich zu 2 die Reinigungsmenge des NOx, die durch den SCR-Katalysator 20 reduziert und gereinigt wird, berücksichtigt. Die Reinigungsmenge des NOx, die durch den SCR-Katalysator reduziert und gereinigt wird, wird derart eingestellt, dass diese einen Korrekturwert darstellt. Wenn die NOx-Konzentration, die durch das Bezugszeichen 200 in 3 angegeben ist, wobei diese ähnlich zu der NOx-Konzentration ist, die durch das Bezugszeichen 200 in 2 angegeben ist, korrigiert wird, dann zeigt die NOx-Konzentration nach der Kraftstoffbegrenzung null.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Korrekturwert der NOx-Reinigungsmenge eingestellt, wenn damit begonnen wird, den Maschinenbetriebszustand von dem stetigen Zustand auf den transienten Zustand umzuschalten, und wenn der NOx-Sensor 36 damit beginnt, das Diagnoseverfahren auszuführen, nachdem eine Zeitänderungsmenge bzw. ein Zeitänderungsbetrag der Kraftstoffeinspritzmenge, die von dem Kraftstoffeinspritzventil 4 eingespritzt wird, einen vorbestimmten Wert überschreitet. Daher wird bei 3 der Korrekturwert in dem stetigen Zustand vor dem Start der Kraftstoffbegrenzung nicht eingestellt und ist null, wobei dies ein Initialwert ist.
In ähnlicher Weise, wenn die NOx-Reinigungsmenge als ein Korrekturwert eingestellt ist, und wenn der normale Ausgang 212 und der verschlechterte Ausgang 214 in 2 korrigiert werden, dann zeigt das Ergebnis einen normalen Ausgang 220 und einen verschlechterten Ausgang 222 der 3. In den 2 und 3 gleichen sich beide Kurven, welche die Reaktionsfähigkeit angeben, die durch den tatsächlichen Ausgang 210 angegeben wird.
Der normale Ausgang 220 wird unter der Verwendung von Parametern wie zum Beispiel der NOx-Menge (stromaufwärts vorliegende NOx-Menge) an der stromaufwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 20, der NOx-Reinigungsmenge, die durch den SCR-Katalysator 20 reduziert wird, und einer Zeit abgeschätzt, die für das Abgas erforderlich ist, eine Position zu erreichen, bei der der NOx-Sensor 36 installiert ist, nachdem dieses durch den SCR-Katalysator 20 hindurchgetreten ist, und wobei ebenso eine Reaktionscharakteristik des normalen NOx-Sensors 36 berücksichtigt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann bei der Konfiguration, bei welcher der NOx-Sensor 34 an der stromaufwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 20 installiert ist, die NOx-Menge an der stromaufwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 20 aus der NOx-Konzentration erhalten werden, die durch den NOx-Sensor 34 erfasst wird. Auf der anderen Seite, bei einer Konfiguration, bei der der NOx-Sensor 34 nicht auf der stromaufwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 20 installiert ist, kann die NOx-Menge an der stromaufwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 20 durch das Berücksichtigen einer Zeitverzögerung, während welcher das Abgas den SCR-Katalysator 2 von der Maschine 2 erreicht, zusammen mit der NOx-Menge abgeschätzt werden, welche von der Maschine 2 abgegeben wird. Die NOx-Menge, die von der Maschine 2 abgegeben wird, wird basierend auf der Einlassluftmenge und der EGR-Gasmenge abgeschätzt.
Beispielsweise wird der verschlechterte Ausgang 222 unter Verwendung der Reaktionscharakteristik des NOx-Sensors, bei welcher die Reaktionsfähigkeit um einen vorbestimmten Wert verschlechtert ist, anstelle der Reaktionscharakteristik des normalen NOx-Sensors abgeschätzt, innerhalb welcher die vorstehend beschriebenen Parameter verwendet werden, wenn der normale Ausgang 220 abgeschätzt wird. Beispielsweise, wenn die Verzögerung der Reaktionsfähigkeit des normalen Ausgangs 220 als eins angenommen wird, dann wird die Verzögerung der Reaktionsfähigkeit des verschlechterten Ausgangs 222 auf etwa fünfmal so viel eingestellt.
Im Vergleich zu der Verzögerung der Reaktionsfähigkeit des normalen Ausgangs 220 ist die Verzögerung der Reaktionsfähigkeit des verschlechterten Ausgangs 222, welche auf etwa fünfmal dem vorbestimmten Wert eingestellt ist, ein Beispiel. Der vorbestimmte Wert wird geeignet in Abhängigkeit dazu eingestellt, in welchem Grad die Verzögerung der Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36 diagnostiziert worden ist.
Der verschlechterte Ausgang 222 kann durch das Ausführen eines primären Verzögerungsverfahrens betreffend den normalen Ausgang 220 abgeschätzt werden. Auf diese Art und Weise werden der normale Ausgang 220 und der verschlechterte Ausgang 222 nach dem Berücksichtigen der Reinigungsmenge des NOx, die durch den SCR-Katalysator 20 reduziert wird, und das Berücksichtigen der Verzögerung der Reaktionsfähigkeit abgeschätzt. Im Ergebnis wird in 3 die Reaktionsfähigkeit des tatsächlichen Ausgangs 210 im Vergleich zu der Reaktionsfähigkeit des verschlechterten Ausgangs 222 verschlechtert. In diesem Fall, wenn die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36 im Vergleich zur Reaktionsfähigkeit des verschlechterten Ausgangs 222 verschlechtert ist, kann die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36 geeignet diagnostiziert werden. Nachfolgend wird die Diagnose für den Verschlechterungsgrad der Reaktionsfähigkeit des tatsächlichen Ausgangs näher im Detail beschrieben werden.
In 4, während der Maschinenbetriebszustand von dem stetigen Zustand auf den transienten Zustand umgeschaltet ist, was durch die Kraftstoffbegrenzung verursacht wird, konvergieren ein normaler Ausgang 300, ein degradierter Ausgang bzw. verschlechterter Ausgang 302 und ein tatsächlicher Ausgang 304 miteinander. Bei diesem Zeitpunkt wird jeder eines integrierten Werts S1 einer Abweichung zwischen dem verschlechterten Ausgang 302 und dem normalen Ausgang 300 und eines integrierten Werts S2 einer Abweichung zwischen dem tatsächlichen Ausgang 304 und dem normalen Ausgang 300 berechnet.
Basierend auf einem Wert von S2/S1 wird der verschlechterte Grad bzw. der Verschlechterungsgrad der Reaktionsfähigkeit des tatsächlichen Ausgangs 304 diagnostiziert. Anstelle der Abweichung zwischen dem tatsächlichen Ausgang 304 und dem normalen Ausgang 300 kann eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen Ausgang 304 und dem verschlechterten Ausgang 302 als der integrierte Wert S2 berechnet werden.
In einem Fall, bei dem die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36 normal ist, und bei der tatsächliche Ausgang 304 mit dem normalen Ausgang 300 zusammenfällt, dann zeigen die Ergebnisse S2 = 0. Entsprechend wird in diesem Fall S2/S1 = 0 erfüllt. In einem Fall, bei dem der tatsächliche Ausgang 304 gleich dem verschlechterten Ausgang 302 ist, wird S2/S1 = 1 erfüllt. Daher kann basierend auf dem Wert S2/S1 der verschlechterte Wert des NOx-Sensors 36 diagnostiziert werden.
2. Verfahren Nachstehend wird ein NOx-Sensordiagnoseverfahren, das durch die ECU 40 ausgeführt wird, mit Bezug auf 5 beschrieben werden. In 5 bedeutet „S“ einen Schritt. Das Verfahren des Flussdiagramms der 5 wird in regelmäßigen Abständen ausgeführt.
Bei S400 in 5 erfasst die Temperaturerfassungseinheit 42 eine Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators 20. Als die Katalysatortemperatur erfasst die Temperaturerfassungseinheit 42 eine Abgastemperatur, die durch den Abgastemperatursensor 32 erfasst wird, der an der stromaufwärts gelagerten Seite zu dem SCR-Katalysator 20 installiert ist.
Bei S420, beispielsweise, wenn der Maschinenbetriebszustand auf den stetigen Zustand geschaltet ist, schätzt die Reduzierungsmittelschätzeinheit 44 einen Einspritzbetrag des Ureawassers, das durch das Ureawassereinspritzventil 30 in die stromaufwärts gelagerte Seite des SCR-Katalysators 20 eingespritzt wird, die NOx-Menge an der stromaufwärts gelagerten Seite zu dem SCR-Katalysator 20, und eine Menge des Ammoniaks, die durch den SCR-Katalysator 20 adsorbiert wird, und dies basierend auf der NOx-Konzentration, die durch den NOx-Sensor 36 erfasst wird, der an der stromaufwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 20 installiert ist.
Genauer gesagt berechnet die Reduzierungsmittelschätzeinheit 44 die NOx-Menge an der stromaufwärts gelagerten Seite des SCR-Katalysators 29 und die NOx-Menge, die durch den SCR-Katalysator 20 reduziert wird, aus der NOx-Menge, die durch den NOx-Sensor 36 erfasst wird, der an der stromabwärts gelagerten Seite des SCR-Katalysators 20 installiert ist. Die Reduzierungsmittelschätzeinheit 44 berechnet ferner die verbrauchte Menge an Ammoniak aus der reduzierten NOx-Menge. Die Reduzierungsmittelschätzeinheit 44 schätzt die Menge des Ammoniaks, die durch den SCR-Katalysator 20 adsorbiert wird, aus dem Einspritzbetrag des Ureawassers, welches durch das Ureawassereinspritzventil 30 eingespritzt wird, und aus dem verbrauchten Ammoniakbetrag.
In dem stetigen Zustand des Maschinenbetriebszustands beeinflusst die Verzögerung in der Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36 nicht die erfasste NOx-Konzentration. Entsprechend kann die NOx-Menge an der stromabwärts gelagerten Seite des SCR-Katalysators 20 aus dem Ausgang des NOx-Sensors 36 erhalten werden.
In einem Fall, bei dem der NOx-Sensor 34 an der stromaufwärts gelagerten Seite des SCR-Katalysators 20 installiert ist, so wie dies bei der vorliegenden Ausführungsform der Fall ist, kann die Reduzierungsmittelschätzeinheit 44 die NOx-Menge an der stromaufwärts gelagerten Seite des SCR-Katalysators 20 aus dem Ausgang des NOx-Sensors 34 erfassen.
Das Verfahren der Schritt S400 und S402 wird ausgeführt, bis bei Schritt S404 als ein Ja bestimmt wird, dass ein Absolutwert des Zeitänderungsbetrags der Kraftstoffeinspritzmenge, die von dem Kraftstoffeinspritzventil 4 eingespritzt wird, größer ist als ein vorbestimmter Wert, wobei daraus bestimmt wird, dass der Maschinenbetriebszustand damit beginnt, von dem stetigen Zustand zu dem transienten Zustand umgeschaltet zu werden.
Der transiente Zustand des Maschinenbetriebszustands zeigt sowohl einen entschleunigten Zustand als auch einen beschleunigten Zustand.
Wenn bei S404 als ein Ja bestimmt wird, dass der Maschinenbetriebszustand von dem stetigen Zustand auf den transienten Zustand umgeschaltet wird, dann beginnt der NOx-Sensor 36 damit, diagnostiziert zu werden. Bei S406 erhält die stromaufwärts vorhandene Erfassungseinheit 46 die NOx-Menge an der stromaufwärts gelagerten Seite des SCR-Katalysators 20 aus dem Ausgang des NOx-Sensors 34.
Bei S408 schätzt die NOx-Mengenschätzeinheit 48 die Reinigungsmenge des NOx, die durch den SCR-Katalysator 20 reduziert und gereinigt wird, basierend auf der Katalysatortemperatur, welche durch die Temperaturerfassungseinheit 42 von dem Abgastemperatursensor 32 erhalten wird, und durch die Ammoniakadsorptionsmenge, die durch die Reduzierungsmittelschätzeinheit 44 abgeschätzt wird.
Beispielsweise wird die Reinigungsmenge wie folgt bestimmt. Zuerst wird eine Reinigungsrate unter Verwendung der Parameter der Katalysatortemperatur und der Ammoniakadsorptionsmenge mittels einer Reinigungsraten-MAP bzw. mittels einer Reinigungsratenabbildung der 6 erhalten, welche eine Beziehung zwischen der Katalysatortemperatur, der Ammoniakadsorptionsmenge und einer NOx-Reinigungsrate angibt. So wie dies in 6 dargestellt ist, erhöht sich die Reinigungsrate, d.h. die NOx-Reinigungsrate, so wie die Katalysatortemperatur höher wird, und so wie die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 20 anwächst.
Nachfolgend, so wie dies in 7 dargestellt ist, wird die NOx-Reinigungsmenge auf eine solche Art und Weise abgeschätzt, dass die NOx-Menge an der stromaufwärts gelagerten Seite mit der Reinigungsrate multipliziert wird, die von der Reinigungsraten-MAP erhalten wird. Die Reinigungsrate, welche aus der Reinigungsraten-MAP erhalten wird, gibt eine Prozentzahl bzw. einen Prozentsatz des NOx an, welches während eines einzelnen Durchlaufs einer Schleife gereinigt wurde, die derart konfiguriert ist, dass diese Schleife S406 bis S426 beinhaltet. Daher gibt die NOx-Reinigungsmenge, die bei S408 geschätzt wird, die Menge des während eines einzelnen Durchlaufs einer Schleife gereinigten NOx an.
Die Ammoniakadsorptionsrate wird durch die Reduzierungsmittelschätzeinheit 44 von der Ammoniakadsorptionsmenge, die bei S402 erhalten wird, geschätzt, wenn die Diagnose startet, und ebenso aus der Einspritzmenge, die von dem Ureawassereinspritzventil 30 während der Diagnose eingespritzt wird, und ebenso von der konsumierten bzw. verbrauchten Ammoniakmenge abgeschätzt, die aus der NOx-Reinigungsmenge berechnet wird, die in dem vorausgegangenen Durchlauf einer Schleife abgeschätzt wird.
So wie dies in 7 dargestellt ist, wird bei S410 durch die NOx-Mengenschätzeinheit 48 die Reinigungsmenge, die bei S408 geschätzt wird, von der NOx-Menge an der stromaufwärts gelagerten Seite zu dem SCR-Katalysator 20, welche bei S406 abgeschätzt wird, abgezogen, und dieser schätzt die NOx-Menge an der stromabwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 20. Die NOx-Menge repräsentiert einen Wert, der erhalten wird, ohne dass die Verzögerungszeit berücksichtigt wird, während welcher das Abgas durch den SCR-Katalysator 20 hindurchtritt.
So wie dies in 7 dargestellt ist, schätzt bei S412 die Normalitätsschätzeinheit 50 den normalen Ausgang, indem die Verzögerungszeit berücksichtigt wird, während welcher das Abgas durch den SCR-Katalysator 20 hindurchtritt, und dies in Bezug auf die NOx-Menge an der stromabwärts gelagerten Seite des SCR-Katalysators 20, welche durch die NOx-Mengenschätzeinheit 48 bei S401 abgeschätzt wird.
Bei S414, wenn die Verzögerung bei dem normalen Ausgang, die bei S412 abgeschätzt wird, auf 1 festgelegt wird, so wie dies vorstehend beschrieben ist, dann stellt die Verschlechterungsschätzeinheit 42 die Reaktionsfähigkeit des verschlechterten Ausgangs mittels eines konstanten Multiplikationsfaktors ein, beispielsweise wird die Verzögerung auf annähernd fünfmal so viel eingestellt. Alternativ, nachdem das primäre Verzögerungsverfahren betreffend den normalen Ausgang durchgeführt wird, wird die Reaktionsfähigkeit eingestellt, und der verschlechterte Ausgang wird abgeschätzt, so wie dies in 7 dargestellt ist.
Bei S416 erfasst die Tatsächlicher-Ausgang-Erfassungseinheit 54 den tatsächlichen Ausgang bzw. den Ist-Ausgang, welcher die NOx-Konzentration an der stromabwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 20 zeigt, und dies mittels des NOx-Sensors 36. Bei S418 berechnet die Integrationseinheit 56 eine Abweichung tS1 zwischen dem verschlechterten Ausgang, der bei S414 abgeschätzt wird, und dem normalen Ausgang, der bei S412 abgeschätzt wird. Bei S418 berechnet die Integrationseinheit 56 ferner eine Abweichung tS2 zwischen dem tatsächlichen Ausgang, der bei S416 abgeschätzt wird, und dem normalen Ausgang, der bei S412 abgeschätzt wird. Bei S420 addiert die Integrationseinheit 56 die Abweichungen tS1 und tS2, die bei S418 berechnet werden, zu den integrierten Werten S1 und S2 der Abweichung.
Bei S422, wenn bei S404 ein Ja bestimmt ist, und nachdem der Maschinenbetriebszustand von einem stetigen Zustand auf den transienten Zustand umgeschaltet ist, dann berechnet die Diagnoseeinheit 58 S1 und S2. Die Diagnoseeinheit 58 bestimmt, ob die verstrichene Zeit, von dann an, wenn die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 56 damit beginnt, diagnostiziert zu werden, kürzer als eine vorbestimmte beschränkte Zeit ist oder nicht.
Es wird bei S422 in dem Fall ein Nein bestimmt, bei dem nicht als ein Ja bei S426 vor der verstrichenen Zeit bestimmt wurde, welche beginnt, wenn der NOx-Sensor 36 diagnostiziert wird, und welche gleich oder länger als die beschränkte Zeit ist, und wobei zumindest einer des normalen Ausgangs, des degradierten Ausgangs und des tatsächlichen Ausgangs nicht konvergiert sind. Das heißt, dass bei S422 bestimmt wird, dass die verstrichene Zeit gleich oder länger als die beschränkte Zeit ist. In diesem Fall bestimmt die Diagnoseeinheit 58 eine Möglichkeit einer Abnormalität, dass zumindest einer des normalen Ausgangs, des degradierten bzw. verschlechterten Ausgangs und des tatsächlichen Ausgangs nicht innerhalb der beschränkten Zeit konvergiert ist. Ein Faktor der Abnormalität beinhaltet eine Abnormalität des Kraftstoffeinspritzventils 4, des EGR-Ventils 16, des Einlassluftmengensensors und der NOx-Sensoren 34 und 36.
Sogar ohne die Abnormalität, in dem Fall, bei dem der integrierte Wert S1 und der integrierte Wert S2 für die verstrichene Zeit berechnet werden, wobei diese gleich oder länger als die beschränkte Zeit ist, in einem Zustand, bei dem Rauschen in dem normalen Ausgang, dem verschlechterten Ausgang und dem tatsächlichen Ausgang erzeugt wird, dann bestimmt die Diagnoseeinheit 58, dass es wahrscheinlich ist, dass ein Fehler in dem integrierten Wert S1 und dem integrierten Wert S2 auftritt.
Die beschränkte Zeit wird vorab im Hinblick auf die folgenden Punkte eingestellt. Genauer gesagt bei einem Zustand, bei dem die verstrichene Zeit gleich oder länger als die beschränkte Zeit ist, kann die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36 nicht auf normale Art basierend auf dem integrierten Wert, der bei S420 berechnet wird, diagnostiziert werden, und dies aufgrund des Rauschens, das in dem normalen Ausgang, dem verschlechterten Ausgang und dem tatsächlichen Ausgang beinhaltet ist.
Wenn als ein Nein bei S422 bestimmt ist, dass die verstrichene Zeit gleich oder länger als die beschränkte Zeit ist, bevor alle des normalen Ausgangs, des verschlechterten Ausgangs und des tatsächlichen Ausgangs konvergiert sind, kann die Diagnoseeinheit 58 den Verschlechterungsgrad der Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36 nicht in geeigneter Art und Weise diagnostizieren. In diesem Fall wird bestimmt, dass es die Möglichkeit einer fehlerhaften Diagnose gibt. Daher stoppt bei S424 die Diagnoseeinheit 58 die Diagnose des NOx-Sensors 36 und beendet diese Verarbeitung. Auf diese Art und Weise kann verhindert werden, dass der Verschlechterungsgrad der Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36 fehlerhaft diagnostiziert wird.
Wenn bei S422 ein Ja bestimmt wird, und in einem Fall, bei dem die verstrichene Zeit von dem Start der Diagnose an kürzer als die beschränkte Zeit ist, dann bestimmt bei S426 die Diagnoseeinheit 58, ob alle des normalen Ausgangs, des verschlechterten Ausgangs und des tatsächlichen Ausgangs auf einen konstanten Wert konvergiert sind.
Wenn bei S426 ein Nein bestimmt wird, und in einem Fall, bei dem zumindest einer des normalen Ausgangs, des verschlechterten Ausgangs und des tatsächlichen Ausgangs nicht konvergiert ist, dann fährt das Verfahren mit Schritt S406 fort. Wenn bei S426 ein Ja bestimmt ist, und alles des normalen Ausgangs, des verschlechterten Ausgangs und des tatsächlichen Ausgangs auf den konstanten Wert konvergiert sind, bevor die verstrichene Zeit vom Start der Diagnose an gleich oder länger als die beschränkte Zeit ist, dann bestimmt bei S426 die Diagnoseeinheit 58, ob der Wert S2/S1 größer als der vorbestimmte Wert ist. Beispielsweise wird der vorbestimmte Wert auf 1 eingestellt. Wenn bei S428 ein Ja bestimmt ist, und in dem Fall, bei der Wert S2/S1 größer als der vorbestimmte Wert ist, dann bestimmt bei S413 die Diagnoseeinheit 58, dass die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36 verschlechtert ist.
In diesem Fall, basierend auf der NOx-Konzentration, die durch den NOx-Sensor 36 erfasst wird, kann eine geeignete Maschinensteuerung nicht durchgeführt werden. Entsprechend führt bei S432 die ECU 40 ein geeignetes Verfahren für eine verschlechterte Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36 durch.
Beispielsweise teilt die ECU 40 dem Fahrer die Tatsache mit, dass die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36 verschlechtert ist, und dies mittels zumindest eines des Folgenden: Ton, Display oder Warnlicht. Basierend auf einer entsprechenden Beziehung zwischen dem Maschinenbetriebszustand bis jetzt und dem Ausgang des NOx-Sensors 36 und der Verzögerung in der Reaktionsfähigkeit des diagnostizierten NOx-Sensors 36 kann die NOx-Konzentration aus dem tatsächlichen bzw. aktuellen Maschinenbetriebszustand abgeschätzt werden, und dies unabhängig von dem Ausgang des NOx-Sensors 36.
Bei der vorstehend bestehenden Ausführungsform entspricht die Maschine 2 einer internen Verbrennungsmaschine. Der SCR-Katalysator 20 entspricht einem Reduktionskatalysator. Das Ammoniak entspricht dem Reduzierungsmittel. Die ECU 40 entspricht der NOx-Sensordiagnosevorrichtung.
Bei der vorstehenden Ausführungsform entsprechen S400 und S408 Verfahren, die als die Temperaturerfassungseinheit 42 ausgeführt werden. S402 und S408 entsprechen Verfahren, die als die Reduzierungsmittelschätzeinheit 44 ausgeführt werden. S402 und S406 entsprechen Verfahren, die als die stromaufwärts vorhandene Erfassungseinheit 46 ausgeführt werden. S408 und S410 entsprechen Verfahren, die als die NOx-Mengenschätzeinheit 48 ausgeführt werden. S402 entspricht einem Verfahren, welches als die Normalitätsschätzeinheit 50 ausgeführt wird. S414 entspricht einem Verfahren, welches als die Verschlechterungsschätzeinheit 52 ausgeführt wird. S402 und S406 entsprechen Verfahren, die als die Tatsächlicher-Ausgang-Erfassungseinheit 54 ausgeführt werden. S418 und S420 entsprechen Verfahren, die als die Integrationseinheit 56 ausgeführt werden. S422 bis S430 entsprechen Verfahren, die als die Diagnoseeinheit 58 ausgeführt werden.
3. Vorteilhafte Effekte
Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform können die folgenden vorteilhaften Effekte (1) bis (7) erhalten werden.

(1) Der geschätzte Wert der Reinigungsmenge des NOx, die durch den SCR-Katalysator gereinigt wird, wird aus der NOx-Menge an der stromaufwärts gelagerten Seite herausgenommen, wobei dadurch der normale Ausgang des NOx-Sensors, bei welchem die Reaktionsfähigkeit normal ist, und der verschlechterte Ausgang des NOx-Sensors, bei dem die Reaktionsfähigkeit um den vorbestimmten Wert verschlechtert ist, verglichen zu dem normalen Ausgang abgeschätzt.

Die NOx-Reinigungsmenge in dem SCR-Katalysator 20 wird auf diese Art und Weise in Erwägung gezogen. Entsprechend kann der normale Ausgang und der verschlechterte Ausgang des NOx-Sensors, der an der stromabwärts gelagerten Seite des SCR-Katalysators 20 installiert ist, wesentlich genauer abgeschätzt werden. Daher, basierend auf dem normalen Ausgang, dem verschlechterten Ausgang und dem tatsächlichen Ausgang des NOx-Sensors kann die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors in geeigneter Art und Weise diagnostiziert werden.

(2) Die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors wird basierend auf einem Verhältnis des integrierten Werts einer Abweichung zwischen dem tatsächlichen Ausgang und dem normalen Ausgang und dem integrierten Wert der Abweichung zwischen dem verschlechterten Ausgang und dem normalen Ausgang diagnostiziert. Entsprechend kann unabhängig von einer einfachen Größenbeziehung zwischen sowohl dem normalen Ausgang oder dem verschlechterten Ausgang und dem tatsächlichen Ausgang der Verschlechterungsgrad der Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors diagnostiziert werden.
(3) Sogar wenn die Schwankung des Ausgangs bei irgendeinem des normalen Ausgangs, des verschlechterten Ausgangs und des tatsächlichen Ausgangs des NOx-Sensors aufgrund des Rauschens auftritt, wird die Abweichung integriert. Auf diese Art und Weise, wenn die verstrichene Zeit, von dann an, wenn die Diagnose startet, kürzer ist als die beschränkte Zeit, kann der Einfluss der Schwankung des Ausgangs in Bezug auf den integrierten Wert reduziert werden.
(4) Wenn der Betriebszustand der Maschine 2 von dem stetigen Zustand auf den transienten Zustand umgeschaltet wird, beginnen die Werte S1 und S2 damit, berechnet zu werden. Entsprechend werden bei dem stetigen Zustand, bei dem der normale Ausgang, der verschlechterte Ausgang und der tatsächliche Ausgang nicht geändert werden, bevor der Betriebszustand der Maschine 2 auf den transienten Zustand umgeschaltet wird, die Zeiten, die zum Durchführen der Integration erforderlich sind, soweit wie möglich verkürzt.
(5) Entsprechend der Konfiguration, bei welcher der NOx-Sensor 34 nicht an der stromaufwärts gelagerten Seite des SCR-Katalysators 20 installiert ist, wird die NOx-Menge an der stromaufwärts gelagerten Seite des SCR-Katalysators 20 berechnet und erhalten und dies basierend auf einem Gaszustand im Inneren des Zylinders, welcher aus dem Betriebszustand der Maschine 2 und der Zeit abgeschätzt wird, die für das Abgas erforderlich ist, den SCR-Katalysator 2 von der Maschine 2 aus zu erreichen. Auf diese Art und Weise, sogar entsprechend der Konfiguration, bei welcher der NOx-Sensor 34 nicht an der stromaufwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators 20 installiert ist, kann die NOx-Menge an der stromaufwärts gelagerten Seite des SCR-Katalysators 20 erhalten werden.
(6) Basierend auf dem Parameter, welcher zumindest die Reaktionscharakteristik des normalen NOx-Sensors beinhaltet, wird der normale Ausgang abgeschätzt. Anstelle der Reaktionscharakteristik des normalen NOx-Sensors wird der verschlechterte Ausgang basierend auf dem gleichen Parameter abgeschätzt, welcher verwendet wird, wenn der normale Ausgang abgeschätzt wird. Der gleiche Parameter beinhaltet zumindest die Reaktionscharakteristik des NOx-Sensors, in welchem bzw. bei welchem die Reaktionsfähigkeit aufgrund des vorbestimmten Werts verschlechtert ist, und dies im Vergleich zur Reaktionscharakteristik des normalen NOx-Sensors. Der verschlechterte Ausgang wird unter Verwendung des gleichen Parameters abgeschätzt, der verwendet wird, wenn der normale Ausgang abgeschätzt wird, und dies mit Ausnahme der Reaktionscharakteristik. Entsprechend kann der verschlechterte Ausgang auf einfache Art und Weise abgeschätzt werden.
(7) Die Diagnose wird gestoppt, wenn der Maschinenbetriebszustand von dem stetigen Zustand auf den transienten Zustand umgeschaltet wird, und wenn die verstrichene Zeit, von dann an, wenn das Diagnoseverfahren zum Berechnen von S1 und S2 startet, gleich oder länger als die beschränkte Zeit ist, bevor alle des normalen Ausgangs, des verschlechterten Ausgangs und des tatsächlichen Ausgangs konvergiert sind. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors 36 fehlerhaft diagnostiziert wird.

4. Andere Ausführungsform

(1) Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die NOx-Reinigungsrate aus der Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 20 und der Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators 20 erhalten. Im Gegensatz dazu, wenn die Maschine 2 betätigt wird, und wenn die Katalysatortemperatur eine vorbestimmte Temperatur erreicht, sogar wenn die Katalysatortemperatur geändert ist, wird die Reinigungsrate konstant beibehalten. Auf diese Art und Weise kann die Reinigungsrate von der Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 20 erhalten werden.
(2) Bei der vorstehenden Ausführungsform, um die Reinigungsrate des NOx, das durch den SCR-Katalysator 20 gereinigt wird, von der NOx-Menge an der stromaufwärts gelagerten Seite des SCR-Katalysators 20 auszuschließen, wird die NOx-Menge an der stromaufwärts gelagerten Seite mit der Reinigungsrate multipliziert. Auf diese Art und Weise wird die NOx-Reinigungsmenge abgeschätzt, und die Reinigungsmenge wird von der NOx-Rate an der stromaufwärts gelagerten Seite des SCR-Katalysators 20 abgezogen. Im Gegensatz dazu, anstelle der Verwendung der Reinigungsrate, wird die NOx-Menge an der stromaufwärts gelagerten Seite mittels einer Nicht-Reinigungsrate multipliziert. Auf diese Art und Weise kann die Reinigungsmenge des NOx, die durch den SCR-Katalysator 20 gereinigt wird, aus der NOx-Menge an der stromaufwärts gelagerten Seite ausgeschlossen werden.
(3) Eine Mehrzahl von Funktionen, die zu einem Konfigurationselement in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gehören, können durch eine Mehrzahl von Konfigurationselementen oder durch eine Funktion umgesetzt werden, die zu einem Konfigurationselement gehört. Die Mehrzahl der Funktionen, die zu der Mehrzahl der Konfigurationen gehört, kann durch ein Konfigurationselement erzeugt werden, oder eine Funktion, die zu einer Mehrzahl von Konfigurationen gehört, kann durch ein Konfigurationselement erzeugt werden. Ein Teil der Konfiguration gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann weggelassen werden. Zumindest ein Teil der Konfiguration gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann zu einer anderen Konfiguration gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform hinzugefügt werden oder diese kann entsprechend substituiert werden.
(4) Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen NOx-Sensordiagnosevorrichtung kann die vorstehende Offenbarung auf verschiedene Arten und Weisen erzeugt werden, wie zum Beispiel bei einem Abgasreinigungssystem, bei welchem die NOx-Sensordiagnosevorrichtung als ein Konfigurationselement funktioniert, bei welchem ein NOx-Sensordiagnoseprogramm auf einem Computer als die NOx-Sensordiagnosevorrichtung funktioniert, bei welchem ein Speichermedium mit dem NOx-Sensordiagnoseprogramm arbeitet, und bei welchem ein NOx-Sensordiagnoseverfahren durchgeführt wird.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung dient eine NOx-Sensordiagnosevorrichtung zum Diagnostizieren einer Reaktionsfähigkeit eines NOx-Sensors 36, der an der stromabwärts gelegenen Seite eines Reduktionskatalysators 20 installiert ist, wobei dieser dazu führt, dass ein Reduktionsmittel NOx selektiv reduziert, das in einem Abgas einer internen Verbrennungsmaschine 2 enthalten ist. Die NOx-Sensordiagnosevorrichtung 40 beinhaltet eine stromaufwärts vorhandene Erfassungseinheit 46, S402, S406, eine NOx-Mengenabschätzeinheit 48, S408, S410, eine Normalitätsschätzeinheit 50, S412, eine Verschlechterungsschätzeinheit 52, S414, eine Tatsächlicher-Ausgang-Erfassungseinheit 54, S402, S416 und eine Diagnoseeinheit 58, S422 bis S430.
Die stromaufwärts gelegene Erfassungseinheit erfasst die NOx-Menge an der stromaufwärts gelegenen Seite des Reduktionskatalysators. Die NOx-Mengenabschätzeinheit schätzt die NOx-Menge ab, welche erhalten wird, indem die Reinigungsmenge des NOx, die durch den Reduktionskatalysator gereinigt und reduziert wird, von der NOx-Menge an der stromaufwärts gelagerten Seite exkludiert wird, welche durch die stromaufwärts gelagerte Erfassungseinheit erfasst wird. Die Normalitätsschätzeinheit schätzt den normalen Ausgang des NOx-Sensors ab, bei welchem die Reaktionsfähigkeit normal ist, und dies basierend auf der NOx-Menge, die durch die NOx-Mengenschätzeinheit abgeschätzt wird. Die Verschlechterungsschätzeinheit schätzt den verschlechterten Ausgang, bei welchem die Reaktionsfähigkeit niedriger ist als diejenige des normalen Ausgangs, der durch die Normalitätsschätzeinheit abgeschätzt wird.
Die Tatsächlicher-Ausgang-Erfassungseinheit erfasst den tatsächlichen Ausgang des NOx-Sensors. Die Diagnoseeinheit diagnostiziert die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors basierend auf dem normalen Ausgang, dem verschlechterten Ausgang, der durch die Verschlechterungsschätzeinheit geschätzt wird, und basierend auf dem tatsächlichen Ausgang, der durch die Tatsächlicher-Ausgang-Erfassungseinheit erhalten wird.
Gemäß dieser Konfiguration werden basierend auf der NOx-Menge, die durch das Exkludieren der Reinigungsmenge des NOx, die durch den Reduktionskatalysator von der NOx-Mengen an der stromaufwärts gelagerten Seite gereinigt wird, der normale Ausgang des NOx-Sensors, bei welchem die Reaktionsfähigkeit normal ist, und der verschlechterte Ausgang, bei welchem die Reaktionsfähigkeit niedriger als bei dem normalen Ausgang ist, abgeschätzt.
Auf diese Art und Weise wird die Reinigungsmenge des NOx, die durch den Reduktionskatalysator gereinigt wird, berücksichtigt. Entsprechend können im Vergleich zu einem Fall, bei dem die NOx-Reinigungsmenge nicht berücksichtigt wird, der normale Ausgang und der verschlechterte Ausgang wesentlich genauer bestimmt werden. Auf diese Art und Weise, basierend auf dem normalen Ausgang, dem verschlechterten Ausgang und dem tatsächlichen Ausgang des NOx-Sensors, kann die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors in geeigneter Art und Weise diagnostiziert werden.
Es sollte gewürdigt werden, dass während die Verfahren der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hierin derart beschrieben worden sind, dass diese einen spezifischen Ablauf der Schritte beinhaltet, weitere alternative Ausführungsformen verschiedene andere Abfolgen dieser Schritte und/oder zusätzliche Schritte beinhalten können, die hierin nicht offenbart sind, wobei es beabsichtigt ist, dass diese innerhalb der Schritte bzw. des Umfangs der vorliegenden Offenbarung liegen.
Während die vorliegende Offenbarung hierin mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen dessen beschrieben werden, so sollte es verstanden werden, dass die Offenbarung nicht auf diese bevorzugten Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdeckt. Zusätzlich, während verschiedene Kombinationen und Konfigurationen bevorzugt sind, liegen andere Kombinationen und Konfigurationen, beinhaltend mehr, weniger oder nur ein einzelnes Element, ebenso im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010-275952 [0006]

Claims

NOx-Sensordiagnosevorrichtung, welche derart konfiguriert ist, dass diese die Reaktionsfähigkeit eines NOx-Sensors (36) diagnostiziert, wobei der NOx-Sensor (36) an einer stromabwärts gelegenen Seite eines Reduktionskatalysators (20) installiert ist, und dieser derart konfiguriert ist, dass dieser eine NOx-Menge erfasst, die in einem Abgas beinhaltet ist, welches von einer internen Verbrennungsmaschine (2) abgegeben wird, wobei der Reduktionskatalysator (20) derart konfiguriert ist, dass dieser verursacht, dass ein Reduzierungsmittel selektiv NOx reduziert, welches in dem Abgas beinhaltet ist, wobei die NOx-Sensordiagnosevorrichtung das Folgende aufweist: eine stromaufwärts gelegene Erfassungseinheit (46, S402, S406), welche derart konfiguriert ist, dass diese eine stromaufwärts vorhandene NOx-Menge an einer stromaufwärts gelagerten Seite des Reduktionskatalysators (20) erfasst; eine NOx-Mengenschätzeinheit (48, S408, S410), welche derart konfiguriert ist, dass diese eine geschätzte NOx-Menge, die durch das Exkludieren einer Reinigungsmenge, um die das NOx durch den Reduktionskatalysator (20) reduziert und gereinigt ist, von der stromaufwärts vorhandenen NOx-Menge erhalten wird, schätzt; eine Normalitätsschätzeinheit (50, S412), die derart konfiguriert ist, dass diese einen normalen Ausgang (212, 220) des NOx-Sensors (36), in welchem die Reaktionsfähigkeit normal ist, basierend auf der geschätzten NOx-Menge schätzt; eine Verschlechterungsschätzeinheit (52, S414), die derart konfiguriert ist, dass diese einen verschlechterten Ausgang (214, 222) schätzt, bei welchem die Reaktionsfähigkeit niedriger ist als die Reaktionsfähigkeit des normalen Ausgangs (212, 212); eine tatsächlicher-Ausgang-Erfassungseinheit (54, S402, S416), die derart konfiguriert ist, dass diese einen tatsächlichen Ausgang (210) des NOx-Sensors (36) erfasst; und eine Diagnoseeinheit (58, SS422 bis S430), die derart konfiguriert ist, dass diese die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors (36) basierend auf dem normalen Ausgang (212, 220), dem verschlechterten Ausgang (214, 222) und dem tatsächlichen Ausgang (210) diagnostiziert.
NOx-Sensordiagnosevorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Reduzierungsmittelschätzeinheit (44, S402, S408), die derart konfiguriert ist, dass diese eine geschätzte Reduzierungsmittelmenge des Reduzierungsmittels im Inneren des Reduzierungskatalysators (20) schätzt, wobei die NOx-Mengenschätzeinheit (48, S408, S410) derart konfiguriert ist, dass diese die geschätzte NOx-Menge basierend auf zumindest einem der stromaufwärts gelagerten NOx-Menge und der geschätzten Reduzierungsmittelmenge schätzt; und die NOx-Mengenschätzeinheit (48, S408, S410) derart konfiguriert ist, dass diese die Reinigungsmenge, welche geschätzt wird, reduziert, sowie die geschätzte Reduzierungsmittelmenge anwächst.
NOx-Sensordiagnosevorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die stromaufwärts gelegene Erfassungseinheit (46, S402, S406) derart konfiguriert ist, dass diese die stromaufwärts vorhandene NOx-Menge basierend auf einem Gaszustand im Inneren eines Zylinders schätzt und erhält, und der Gaszustand aus einem Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine und einer Zeit abgeschätzt wird, die für das Abgas erforderlich ist, den Reduktionskatalysator (20) von dem Zylinder aus zu erreichen.
NOx-Sensordiagnosevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Normalitätsschätzeinheit (50, S412) derart konfiguriert ist, dass diese den normalen Ausgang (212, 220) basierend auf einem Parameter, der zumindest einen einer geschätzten NOx-Menge und eine Reaktionscharakteristik des normalen NOx-Sensors (36) beinhaltet, schätzt, und die Verschlechterungsschätzeinheit (52, S414) derart konfiguriert ist, dass diese den verschlechterten Ausgang (214, 222) basierend auf, anstelle der Reaktionscharakteristik des normalen NOx-Sensors (36), einen Parameter schätzt, welcher zumindest die Reaktionscharakteristik des NOx-Sensors (36) beinhaltet, bei welchem die Reaktionsfähigkeit um einen vorbestimmten Wert gegenüber der Reaktionscharakteristik des normalen NOx-Sensors (36) verschlechtert ist.
NOx-Sensordiagnosevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verschlechterungsschätzeinheit (52, S414) derart konfiguriert ist, dass diese den verschlechterten Ausgang (214, 222) nach dem Ausführen eines primären Verzögerungsverfahrens auf den normalen Ausgang (212, 220) schätzt.
NOx-Sensordiagnosevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: eine Integrationseinheit (56, S418, S420), welche derart konfiguriert ist, dass diese: als einen Wert S1 einen integrierten Wert einer Abweichung zwischen dem verschlechterten Ausgang (214, 222) und dem normalen Ausgang (212, 220) einstellt, um den Wert S1 zu berechnen, und als einen Wert S2 einen integrierten Wert einer Abweichung zwischen dem tatsächlichen Ausgang (210) und einem des normalen Ausgangs (212, 220) und des verschlechterten Ausgangs (214, 222) einstellt, um den Wert S2 zu berechnen, wobei die Diagnoseeinheit (S428) konfiguriert ist, die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors (36) basierend auf dem Wert S1 und dem Wert S2 zu diagnostizieren.
NOx-Sensordiagnosevorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Integrationseinheit (56, S418, S420) derart konfiguriert ist, dass diese damit beginnt, den Wert S1 und den Wert S2 zu berechnen, wenn der Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine von einem stetigen Zustand auf einen transienten Zustand umgeschaltet wird.
NOx-Sensordiagnosevorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Integrationseinheit (56, S418, S420) derart konfiguriert ist, dass diese den Wert S1 und den Wert S2 berechnet, bis alle des normalen Ausgangs (212, 220), des verschlechterten Ausgangs (214, 222) und des tatsächlichen Ausgangs (210) konvergiert sind, nachdem der Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine von einem stetigen Zustand auf den transienten Zustand umgeschaltet wurde, und die Diagnoseeinheit (S422, S424) derart konfiguriert ist, dass diese das Diagnostizieren der Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors (36) stoppt, wenn eine verstrichene Zeit gleich oder größer als eine beschränkte Zeit ist, bevor alle des normalen Ausgangs (212, 222), des verschlechterten Ausgangs (214, 222) und des tatsächlichen Ausgangs (210) konvergiert sind, die verstrichene Zeit von dann an beginnt, wenn die Integrationseinheit (56, S418, S420) beginnt, den Wert S1 und den Wert S2 in dem Zustand zu berechnen, bei dem der Betriebszustand von der internen Verbrennungsmaschine von dem stetigen Zustand auf den transienten Zustand umgeschaltet wird, und die beschränkte Zeit unter der Annahme festgelegt wird, dass die Reaktionsfähigkeit des NOx-Sensors (36) nicht auf normale Art und Weise diagnostiziert werden kann.
NOx-Sensordiagnosevorrichtung gemäß Anspruch 2, ferner aufweisend: eine Temperaturerfassungseinheit (42, S402, S408), die derart konfiguriert ist, dass diese eine Katalysatortemperatur des Reduktionskatalysators (20) erfasst, wobei die NOx-Mengenschätzeinheit (48, S408, S410) derart konfiguriert ist, dass diese die Reinigungsmenge verringert, welche abgeschätzt wird, sowie die Temperatur des Katalysators höher wird.