JP2009180150A - Abnormality determination device of nox sensor used for exhaust emission control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気ガス浄化システムに用いられるNOxセンサの異常判定装置、特に選択還元型NOx触媒を備え、それらの上流の排気通路に尿素水を供給する尿素水供給手段を有する排気ガス浄化システムに用いられるNOxセンサの異常判定装置に関する。 The present invention relates to an abnormality determination device for a NOx sensor used in an exhaust gas purification system for an internal combustion engine, particularly a selective reduction type NOx catalyst, and an exhaust gas having urea water supply means for supplying urea water to an exhaust passage upstream thereof. The present invention relates to an abnormality determination device for a NOx sensor used in a purification system.
一般に、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気系に配置される排気浄化装置として、酸素共存下でも選択的にNOxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型NOx触媒が知られている。これは、選択還元型NOx触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して、該還元剤を触媒上にて排出ガス中のNOx(窒素酸化物)と還元反応させ、これによりNOxの排出濃度を低減し得るようにしたものである。 In general, a selective reduction type NOx catalyst having a property of selectively reacting NOx with a reducing agent even in the presence of oxygen is known as an exhaust purification device disposed in an exhaust system of an internal combustion engine such as a diesel engine. This is because a necessary amount of a reducing agent is added upstream of the selective reduction type NOx catalyst, and the reducing agent is subjected to a reduction reaction with NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas on the catalyst, thereby discharging NOx. The concentration can be reduced.
そして、自動車の場合には、還元剤としてのアンモニアそのものを搭載して走行することに関して安全確保が困難であることから、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが提案されている。即ち、尿素水を選択還元型NOx触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、該尿素水が排出ガス中でアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、排出ガス中のNOxが選択還元型NOx触媒上でアンモニアにより良好に還元浄化されるからである。 In the case of automobiles, it is difficult to ensure safety with respect to traveling with ammonia itself as a reducing agent, and therefore it has been proposed to use non-toxic urea water as a reducing agent. That is, if urea water is added to the exhaust gas upstream of the selective reduction type NOx catalyst, the urea water is thermally decomposed into ammonia and carbon dioxide gas in the exhaust gas, and the NOx in the exhaust gas is converted to the selective reduction type NOx catalyst. This is because ammonia is reduced and purified well by ammonia.
ところで、このような尿素水を還元剤としてNOxを還元浄化するようにした排気浄化装置にあっては、排気ガス中のNOx濃度を検出するためにNOxセンサが用いられている。そして、NOxセンサにより検出されたNOx濃度が正確であるか否かを知るためには、NOxセンサの異常を検出する必要があることから、例えば、特許文献1にはNOxセンサの異常検出装置が開示されている。 By the way, in such an exhaust purification device that reduces and purifies NOx using urea water as a reducing agent, a NOx sensor is used to detect the NOx concentration in the exhaust gas. In order to know whether or not the NOx concentration detected by the NOx sensor is accurate, it is necessary to detect an abnormality in the NOx sensor. For example, Patent Document 1 discloses an abnormality detection device for a NOx sensor. It is disclosed.
この特許文献1に開示されたNOxセンサの異常検出装置では、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中のNOx濃度に応じて異なる値の出力値を出力し、該出力値から排気ガス中のNOx濃度を検出することができるNOxセンサの異常を検出するためのNOxセンサ異常検出装置において、NOxセンサに到達する排気ガス中のNOx濃度を強制的に変動させ、このときにNOxセンサが出力する出力値の変動が、当該NOxセンサが正常であるときに取りうる変動からずれている場合に、NOxセンサが異常であると判定するようにしている。 In the abnormality detection device for a NOx sensor disclosed in Patent Document 1, an output value of a different value is output according to the NOx concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine, and the exhaust value is determined from the output value. In the NOx sensor abnormality detecting device for detecting an abnormality of the NOx sensor capable of detecting the NOx concentration of NOx, the NOx concentration in the exhaust gas reaching the NOx sensor is forcibly changed, and the NOx sensor outputs at this time When the fluctuation of the output value to be deviated from the fluctuation that can be taken when the NOx sensor is normal, it is determined that the NOx sensor is abnormal.
ところで、特許文献1に記載のNOxセンサ異常検出装置においては、NOxセンサが正常であるとき又は異常であるときにかかわらず、NOxセンサは、NOxセンサに到達する排気ガス中のNOx濃度の強制的な変動に同期して、NOx濃度に応じた異なる値の出力値を出力することを前提としている。 By the way, in the NOx sensor abnormality detection device described in Patent Document 1, regardless of whether the NOx sensor is normal or abnormal, the NOx sensor forces the NOx concentration in the exhaust gas reaching the NOx sensor. It is assumed that output values of different values corresponding to the NOx concentration are output in synchronization with such fluctuations.
しかし、本発明者の鋭意研究による結果、NOxセンサの出力に際しての実挙動は、NOxセンサが新品状態である正常時には上述の如く排気ガス中のNOx濃度の強制的な変動に同期して出力するが、NOxセンサの劣化が進んだ異常時にはかかるNOx濃度の強制的な変動に同期することなく、変わることが判明した。すなわち、劣化が進んだNOxセンサにおいては、NOx濃度が高くなる側に変化するときは、正常なNOxセンサと同様にこの変化に同期した出力値を出力するが、NOx濃度が低くなる側に変化するときはこの変化に同期し得ず、正常なNOxセンサに比べて出力が遅延し出力値のずれが生ずることが判明したのである。このような現象が生じる理由として、NOxセンサにおいて一般的に用いられているNOxに対して強い還元性を有する材料から形成されているNOx検出用の陰極側ポンプ電極の機能低下がNOxセンサの劣化要因として考えられる。 However, as a result of intensive studies by the present inventors, the actual behavior when the NOx sensor is output is output in synchronization with the forced fluctuation of the NOx concentration in the exhaust gas as described above when the NOx sensor is in a new state. However, it has been found that the abnormality changes without synchronizing with the forced fluctuation of the NOx concentration when the NOx sensor deteriorates abnormally. That is, when the NOx sensor has deteriorated, when the NOx concentration changes to the higher side, an output value synchronized with this change is output as in the normal NOx sensor, but the NOx concentration changes to the lower side. When this is done, it has become impossible to synchronize with this change, and it has been found that the output is delayed as compared with a normal NOx sensor, resulting in a deviation in output value. The reason why such a phenomenon occurs is that the deterioration of the NOx sensor cathode-side pump electrode for NOx detection, which is formed from a material having a strong reducing property with respect to NOx generally used in NOx sensors, deteriorates the NOx sensor. It is considered as a factor.
このNOxセンサの劣化時における応答遅れの結果、特許文献1に開示されたNOxセンサの異常検出装置では、NOxセンサの出力異常を正確に検出し得ないおそれがあり、NOxセンサの異常を正確に判定するためには、さらに改善の余地があるものであった。 As a result of the response delay when the NOx sensor deteriorates, the NOx sensor abnormality detection device disclosed in Patent Document 1 may not be able to accurately detect the output abnormality of the NOx sensor. In order to make a decision, there was room for further improvement.
そこで、本発明の目的は、かかる応答遅れを積極的に利用することによって、より正確にNOxセンサの正常又は異常を判定できる、排気ガス浄化システムに用いられるNOxセンサの異常判定装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an abnormality determination device for a NOx sensor used in an exhaust gas purification system that can more accurately determine the normality or abnormality of a NOx sensor by positively utilizing such a response delay. It is in.
上記目的を達成するための本発明に係る排気ガス浄化システムに用いられるNOxセンサの異常判定装置の一形態は、内燃機関の排気ガス浄化システムに用いられ、NOx濃度に応じて異なる出力値を出力するNOxセンサの異常判定装置において、前記内燃機関の所定の運転状態における異常判定モード時に、前記NOxセンサに到達する排気ガス中のNOx濃度を、一旦増大させて減少変化させる、NOx濃度増減変化手段と、該NOx濃度増減変化手段によってNOx濃度が増減変化されたとき、前記NOxセンサの所定の第1出力値の出力状態から、前記NOxセンサが所定の第2の出力値を出力するまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、該経過時間計測手段により計測された経過時間と基準経過時間とに基づき、前記NOxセンサの正常又は異常を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。 An embodiment of an abnormality determination device for a NOx sensor used in an exhaust gas purification system according to the present invention for achieving the above object is used in an exhaust gas purification system of an internal combustion engine and outputs different output values depending on the NOx concentration. NOx sensor increase / decrease change means for temporarily increasing and decreasing the NOx concentration in the exhaust gas reaching the NOx sensor in an abnormality determination mode in a predetermined operating state of the internal combustion engine And when the NOx concentration is increased or decreased by the NOx concentration increase / decrease changing means, from the output state of the predetermined first output value of the NOx sensor until the NOx sensor outputs the predetermined second output value. Based on the elapsed time measuring means for measuring time, the elapsed time measured by the elapsed time measuring means and the reference elapsed time, the N Characterized in that it comprises a determination means for determining normality or abnormality of the x sensor.
上記本発明に係る排気ガス浄化システムに用いられるNOxセンサの異常判定装置の一形態によれば、内燃機関の所定の運転状態における異常判定モード時に、NOx濃度増減変化手段によりNOxセンサに到達する排気ガス中のNOx濃度が一旦増大されて減少変化される。このNOx濃度が増減変化されたときに、経過時間計測手段によりNOxセンサの所定の第1出力値の出力状態から、当該NOxセンサが所定の第2の出力値を出力するまでの経過時間が計測される。そして、該経過時間計測手段により計測された経過時間と基準経過時間とに基づいて、判定手段によってNOxセンサの正常又は異常が判定される。 According to the embodiment of the abnormality determination device for the NOx sensor used in the exhaust gas purification system according to the present invention, the exhaust gas that reaches the NOx sensor by the NOx concentration increase / decrease changing means during the abnormality determination mode in a predetermined operation state of the internal combustion engine. The NOx concentration in the gas is once increased and decreased. When the NOx concentration is increased or decreased, the elapsed time from the output state of the predetermined first output value of the NOx sensor to the output of the predetermined second output value is measured by the elapsed time measuring means. Is done. Based on the elapsed time measured by the elapsed time measuring means and the reference elapsed time, the determination means determines whether the NOx sensor is normal or abnormal.
ここで、「基準経過時間」とは、NOxセンサが新品状態にあるなどの正常時における、NOxセンサの所定の第1出力値の出力状態から、NOxセンサが所定の第2の出力値を出力するまでの経過時間であり、例えば、予め実験などにより求められ、データとして保管されているものである。なお、車載されるNOxセンサの個体差を補償するために、NOxセンサの新車装着ないしは交換時にかかる基準経過時間を計測し、データとして保管するようにしてもよい。よって、上記経過時間計測手段により計測された経過時間と当該基準経過時間とがほぼ等しい場合には、NOxセンサが正常に機能していることを意味するので、NOxセンサは正常であると判定される。一方、上記経過時間計測手段により計測された経過時間と当該基準経過時間とに所定の差がある場合には、NOxセンサの応答遅れがあることを意味するので、NOxセンサは劣化している、すなわち、異常(故障)と判定される。 Here, the “reference elapsed time” means that the NOx sensor outputs a predetermined second output value from the output state of the predetermined first output value of the NOx sensor when the NOx sensor is in a normal state such as in a new state. This is the elapsed time until it is done, for example, obtained in advance through experiments and stored as data. In order to compensate for individual differences among NOx sensors mounted on the vehicle, the reference elapsed time required when a new vehicle is mounted or replaced with the NOx sensor may be measured and stored as data. Therefore, when the elapsed time measured by the elapsed time measuring means is substantially equal to the reference elapsed time, it means that the NOx sensor is functioning normally, and therefore the NOx sensor is determined to be normal. The On the other hand, if there is a predetermined difference between the elapsed time measured by the elapsed time measuring means and the reference elapsed time, it means that there is a response delay of the NOx sensor, so the NOx sensor has deteriorated. That is, it is determined as abnormal (failure).
したがって、この一形態によれば、NOx濃度が増減変化されたときに、NOxセンサの所定の第1出力値の出力状態から、当該NOxセンサが所定の第2の出力値を出力するまでの経過時間を計測し、基準経過時間と対比するのみで、NOxセンサの正常又は異常を正確に、しかも短時間で判定できる。 Therefore, according to this embodiment, when the NOx concentration is increased or decreased, the process from the output state of the predetermined first output value of the NOx sensor until the NOx sensor outputs the predetermined second output value. By measuring the time and comparing it with the reference elapsed time, it is possible to determine whether the NOx sensor is normal or abnormal accurately and in a short time.
ここで、前記排気ガス浄化システムは、選択還元型NOx触媒とその上流の排気通路に尿素水を供給する尿素水供給手段を有し、前記NOxセンサが該選択還元型NOx触媒の下流に配置されており、前記NOx濃度増減変化手段は、前記尿素水供給手段からの尿素水供給量を変化させるものであってもよい。 Here, the exhaust gas purification system has a selective reduction type NOx catalyst and urea water supply means for supplying urea water to an exhaust passage upstream thereof, and the NOx sensor is disposed downstream of the selective reduction type NOx catalyst. The NOx concentration increase / decrease changing means may change the urea water supply amount from the urea water supply means.
この形態によれば、内燃機関の所定の運転状態における異常判定モード時に、NOx濃度増減変化手段によって尿素水供給手段からの尿素水供給量が当量比以下に減量された後に増量されて、選択還元型NOx触媒の下流のNOx濃度が増減変化される。そして、このNOx濃度が増減変化されたときに、経過時間計測手段によりNOxセンサの所定の第1出力値の出力状態から、当該NOxセンサが所定の第2の出力値を出力するまでの経過時間が計測され、この計測された経過時間と基準経過時間とに基づいて、判定手段によってNOxセンサの正常又は異常が判定される。 According to this aspect, in the abnormality determination mode in the predetermined operating state of the internal combustion engine, the urea water supply amount from the urea water supply means is reduced to the equivalent ratio or less by the NOx concentration increase / decrease changing means, and then the selective reduction is performed. The NOx concentration downstream of the type NOx catalyst is increased or decreased. Then, when the NOx concentration is increased or decreased, the elapsed time from the output state of the predetermined first output value of the NOx sensor by the elapsed time measuring means until the NOx sensor outputs the predetermined second output value. Is measured, and the determination means determines whether the NOx sensor is normal or abnormal based on the measured elapsed time and the reference elapsed time.
したがって、この形態によれば、尿素水供給手段を含み、選択還元型NOx触媒の下流に配置されたNOxセンサの正常又は異常を正確に、しかも短時間で判定できる。 Therefore, according to this embodiment, it is possible to accurately determine the normality or abnormality of the NOx sensor including the urea water supply means and disposed downstream of the selective reduction type NOx catalyst in a short time.
また、前記排気ガス浄化システムは、選択還元型NOx触媒とその上流の排気通路に尿素水を供給する尿素水供給手段を有し、前記NOxセンサが該尿素水供給手段の上流に配置されており、前記NOx濃度増減変化手段は、EGR量を変化させるものであってもよい。 The exhaust gas purification system has a selective reduction type NOx catalyst and urea water supply means for supplying urea water to an exhaust passage upstream thereof, and the NOx sensor is disposed upstream of the urea water supply means. The NOx concentration increase / decrease changing means may change the EGR amount.
この形態によれば、内燃機関の所定の運転状態における異常判定モード時に、NOx濃度増減変化手段によってEGR量が減量された後に増量されて、選択還元型NOx触媒の上流のNOx濃度が増減変化される。そして、このNOx濃度が増減変化されたときに、経過時間計測手段によりNOxセンサの所定の第1出力値の出力状態から、当該NOxセンサが所定の第2の出力値を出力するまでの経過時間が計測され、この計測された経過時間と基準経過時間とに基づいて、判定手段によってNOxセンサの正常又は異常が判定される。 According to this aspect, during the abnormality determination mode in a predetermined operating state of the internal combustion engine, the NOx concentration increase / decrease changing means increases the amount of EGR and then increases the NOx concentration upstream of the selective reduction type NOx catalyst. The Then, when the NOx concentration is increased or decreased, the elapsed time from the output state of the predetermined first output value of the NOx sensor by the elapsed time measuring means until the NOx sensor outputs the predetermined second output value. Is measured, and the determination means determines whether the NOx sensor is normal or abnormal based on the measured elapsed time and the reference elapsed time.
したがって、この形態によれば、尿素水供給手段を含み、選択還元型NOx触媒の上流に配置されたNOxセンサの正常又は異常を正確に、しかも短時間で判定できる。 Therefore, according to this embodiment, the normality or abnormality of the NOx sensor including the urea water supply means and disposed upstream of the selective reduction type NOx catalyst can be determined accurately and in a short time.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る内燃機関の概略的なシステム図である。図中、10は、自動車用の圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンであり、11は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、12は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、13は燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ17に供給された燃料が、高圧ポンプ17によりコモンレール18に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール18内の高圧燃料がインジェクタ14から燃焼室13内に直接噴射供給される。エンジン10からの排気ガスは、排気マニフォルド12からターボチャージャ19を経た後にその下流の排気通路15に流され、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。またEGR装置などの他の排気浄化デバイスを含むことも任意である。
FIG. 1 is a schematic system diagram of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. In the figure, 10 is a compression ignition type internal combustion engine or diesel engine for automobiles, 11 is an intake manifold communicated with an intake port, 12 is an exhaust manifold communicated with an exhaust port, and 13 is a combustion chamber. . In the present embodiment, fuel supplied from a fuel tank (not shown) to the high pressure pump 17 is pumped to the
他方、エアクリーナ20から吸気通路21内に導入された吸入空気は、エアフローメータ22、ターボチャージャ19、インタークーラ23、スロットルバルブ24を順に通過して吸気マニフォルド11に至る。エアフローメータ22は吸入空気量を検出するためのセンサであり、具体的には吸入空気の流量に応じた信号を出力する。スロットルバルブ24には電子制御式のものが採用されている。
On the other hand, the intake air introduced from the
さらに、本実施形態では排気マニフォルド12とスロットルバルブ24下流の吸気通路21を連通する排気還流装置25が設けられており、排気還流量(EGR量)を制御するEGR弁26が介設されている。
Further, in the present embodiment, an exhaust
排気通路15には、上流側から順に排気ガス中に含まれる未燃成分を酸化処理する酸化触媒30、微粒子(PM)を捕捉して処理するDPF触媒32、その通路内の排気ガス中に含まれるNOxを還元して浄化するNOx触媒34、及びアンモニア酸化触媒36が設けられている。本実施形態のNOx触媒34は選択還元型NOx触媒であり、還元剤が添加されたときにNOxを連続的に還元して浄化し得る。
The
DPF触媒32の下流で選択還元型NOx触媒34の上流側の排気通路15には、選択還元型NOx触媒34に還元剤としての尿素を選択的に添加するための添加弁40が設けられている。尿素は尿素水溶液の形態で使用され、添加弁40から下流側の選択還元型NOx触媒34に向かって排気通路15内に噴射供給される。そして、添加弁40の下流で選択還元型NOx触媒34の上流入口には、噴射供給された尿素水溶液を選択還元型NOx触媒34に均等に分散させるための尿素分散板41が設けられている。さらに、添加弁40には、これに尿素水溶液を供給するための供給装置42が接続され、供給装置42には尿素水溶液を貯留するタンク44が接続されている。
An
また、エンジン全体の制御を司る制御手段としての電子制御ユニット(以下ECUと称
す)100が設けられている。ECUl00は,デジタルコンピュータからなり、双方向バスによって相互に接続されたROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、CPU(セントラルプロセッサユニット)、入力ポート、出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。ECU100は、各種センサ類の出力値等に基づいて、所望のエンジン制御が実行されるように、インジェクタ14、高圧ポンプ17、スロットルバルブ24等を制御する。またECU100は、尿素添加量を制御すべく、添加弁40及び供給装置42を制御する。また、ECUl00は、ROMに格納されたプログラムを実行することによって、後述する故障判定処理をも実行することが可能に構成されており、本発明に係る排気ガス浄化システムに用いられるNOxセンサの異常判定装置の一例としても機能するように構成されている。
Further, an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 100 is provided as a control means for controlling the entire engine. The
ECU100に接続されるセンサ類としては、前述のエアフローメータ22の他、本実施の形態では選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の下流側に設けられたNOxセンサ52、及び、同じく添加弁40の下流側であって選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の上流側と下流側にそれぞれ設けられた触媒前排気温センサ54及び触媒後排気温センサ56が含まれる。NOxセンサ52、触媒前排気温センサ54及び触媒後排気温センサ56は、それぞれ、その設置位置における排気ガスのNOx濃度、及び温度に応じた信号をECU100に出力する。なお、図1には、上述の選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の下流側に設けられたNOxセンサ52の他に、添加弁40の上流側に配置されたNOxセンサ53も併せて示したが、このNOxセンサ53は付加的なものであるので、以下の説明においては、添加弁40の上流側に配置されたNOxセンサ53に特有の事項として指摘しない限り、両者を含めてNOxセンサ52として説明する。
As sensors connected to the
ここで、上述の排気温センサとしてはサーミスタなどが用いられ、NOxセンサ52としては安定化ジルコニアを固体電解質とするものなどが用いられ得る。この安定化ジルコニアを固体電解質とするNOxセンサ52は、後述のように、排気ガス中のNOxをO2とN2とに分解してそのO2分圧を検出し、これにより排気ガス中のNOx濃度を検出する。また、排気ガス中にNH3が存在すると、このNH3はNOxセンサ52の安定化ジルコニアからなる固体電解質において酸化されてNOに変わり、このNH3の酸化によるNOもNOxとして検出されることから、このNOxセンサ52の出力値は排気ガス中のNOx濃度とNH3濃度の双方の和となる。
Here, a thermistor or the like is used as the exhaust temperature sensor, and a sensor using stabilized zirconia as a solid electrolyte may be used as the
また他のセンサ類として、クランク角センサ27及びアクセル開度センサ28がECU100に接続されている。クランク角センサ27はクランクの回転時にクランクパルス信号をECU100に出力し、ECU100はそのクランクパルス信号に基づきエンジン10のクランク角を検出すると共に、エンジン10の回転速度を計算する。アクセル開度センサ28は、ユーザによって操作されるアクセルペダルの開度(アクセル開度)に応じた信号をECU100に出力する。
As other sensors, a
選択還元型NOx触媒(SCR: Selective Catalytic Reduction)34は、ゼオライト又はアルミナなどの基材表面に白金Ptなどの貴金属を担持したものや、その基材表面に銅Cu等の遷移金属をイオン交換して担持させたもの、その基材表面にチタニヤ/バナジウム触媒(V2O5/WO3/TiO2)を担持させたもの等が例示できる。選択還元型NOx触媒34は、その触媒温度(触媒床温)が活性温度域にあり、且つ、還元剤としての尿素が添加されているときにNOxを還元浄化する。尿素水が触媒に添加されると、下記の化学反応式などに代表的に示されるように、選択還元型NOx触媒上でアンモニア(NH3)が生成され、このアンモニアがNOxと反応してNOxが還元され、窒素(N2)と水(H2O)が生成される。
・CO(NH2)2+H2O → 2NH3+CO2
・4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O
・6NO2+8NH3 → 7N2+12H2O
The selective reduction type NOx catalyst (SCR: Selective Catalytic Reduction) 34 ion-exchanges a transition metal such as copper Cu on the surface of the base material such as platinum or platinum supported on a base material such as zeolite or alumina. And those having a titania / vanadium catalyst (V 2 O 5 / WO 3 / TiO 2 ) supported on the surface of the substrate. The selective reduction
・ CO (NH 2 ) 2 + H 2 O → 2NH 3 + CO 2
・ 4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O
・ 6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O
選択還元型NOx触媒34に対する尿素添加量は、本実施形態では、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度とアクセル開度)の情報に基づいて、処理すべきNOx発生量に対応した基本的な尿素水添加量が予め実験により求められて設定されている制御マップから読み出されて決定される。また、選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の下流に設けられたNOxセンサ52に検出されるNOx濃度に基づき、ECU100により制御されてもよい。具体的には、NOx濃度の出力値が常にゼロになるように添加弁40からの尿素噴射量が制御される。この場合、触媒後NOx濃度の出力値のみに基づいて尿素噴射量を設定してもよく、或いは、上述のエンジン運転状態(例えばエンジン回転速度とアクセル開度)の情報に基づく基本的な尿素水添加量が制御マップから読み出されて決定され、これがNOxセンサ52の出力値に基づきフィードバック補正制御されてもよい。選択還元型NOx触媒34は尿素添加時のみNOxを還元可能なので、通常、尿素水は常時添加される。また、エンジンから排出されるNOxを還元するのに必要な最小限の量しか尿素が添加されないよう、制御が行われる。過剰に尿素を添加することによりアンモニアが触媒下流に排出されてしまう所謂NH3スリップを防止するために、上述のアンモニア酸化触媒36が設けられている。
In this embodiment, the urea addition amount with respect to the selective reduction
また、前述のように、添加弁40の上流側に配置されたNOxセンサ53をNOxセンサ52の他に付加的に有する実施形態においては、上述の基本的な尿素水添加量を求めるに際し、添加弁40の上流側に配置されたNOxセンサ53によって検出されるNOx濃度に対応させてその尿素水添加量を求めるようにし、これをNOxセンサ52の出力値に基づきフィードバック補正制御するようにしてもよい。
Further, as described above, in the embodiment additionally including the
次に、NOxセンサ52の詳細について、NOxセンサ52のセンサ部の構造を示す図2を参照して説明する。NOxセンサ52のセンサ部は互いに積層された6つの酸化ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなり、これら6つの固体電解質層を以下、上から順に第1層L1、第2層L2、第3層L3、第4層L4、第5層L5、第6層L6と称する。
Next, details of the
第1層L1と第3層L3との間には、例えば、多孔質材料又は細孔が形成されている材料からなる第1の拡散律速部材62と第2の拡散律速部材63とが配置されている。これら拡散律速部材62,63間には、第1室64が形成されている。さらに、第2の拡散律速部材63と第2層L2との間には、第2室65が形成されている。また、第3層L3と第5層L5との間には、外気に連通している大気室66が形成されている。一方、第1の拡散律速部材62の外端面はセンサ外部の被検出ガスとしての排気ガスと接触されている。したがって、排気ガスは第1の拡散律速部材62を通じて第1室64内に導入される。
Between the first layer L 1 and the third layer L 3 , for example, a first diffusion
一方、第1室64に面する第1層L1の内周面上には、陰極側第1ポンプ電極67が形成されている。また、第1層L1の外周面上には、陽極側第1ポンプ電極68が形成されている。これら第1ポンプ電極67,68間には第1ポンプ電圧源69により電圧が印加される。第1ポンプ電極67,68間に電圧が印加されると、第1室64内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第1ポンプ電極67と接触して酸素イオンとなる。この酸素イオンは、陽極側第1ポンプ電極68に向かって第1層L1内を流れる。したがって、第1室64内の排気ガス中に含まれる酸素は第1層L1内を移動して室外に汲み出されることになる。このとき汲み出される酸素量は第1ポンプ電圧源69の電圧が高くなるほど多くなる。
On the other hand, a cathode-side
一方、大気室66に面する第3層L3の内周面上には、基準電極70が形成されている。ところで酸素イオン伝導性のある固体電解質からなる層(以下、固体電解質層と称す)では、固体電解質層の両側において酸素濃度に差があると、酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向かって酸素イオンが固体電解質層内を移動する。図2に示されている例では、大気室66内の酸素濃度の方が第1室64内の酸素濃度よりも高いので、大気室66内の酸素は基準電極70と接触することによって電荷を受け取って酸素イオンとなる。この酸素イオンは第3層L3、第2層L2および第1層L1内を移動し、陰極側第1ポンプ電極67において電荷を放出する。この結果、基準電極70と陰極側第1ポンプ電極67との間に符号71で示した電圧(起電力)V0が発生する。この電圧V0は大気室66内と第1室64内との酸素濃度差に比例する。
On the other hand, a
図2に示されている例では、排気ガス中のNOx濃度を検出するときには、この電圧V0が、第1室64内の酸素濃度が高濃度側の所定値、例えば1ppmのときに生ずる電圧に一致するように、第1ポンプ電圧源69の電圧がフィードバック制御される。すなわち、第1室64内の酸素は第1室64内の酸素濃度が1ppmとなるように第1層L1を通って汲み出され、それによって、第1室64内の酸素濃度が1ppmに維持される。
In the example shown in FIG. 2, when detecting the NOx concentration in the exhaust gas, this voltage V 0 is a voltage generated when the oxygen concentration in the
一方、第2室65に面する第1層L1の内周面上には、陰極側第2ポンプ電極72が形成されている。陰極側第2ポンプ電極72と陽極側第1ポンプ電極68との間には、第2ポンプ電圧源73によって電圧が印加される。これらポンプ電極72,68間に電圧が印加されると、第2室65内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第2ポンプ電極72と接触して酸素イオンとなる。この酸素イオンは第1層L1内を陽極側第1ポンプ電極68に向かって流れる。したがって、第2室65内の排気ガス中に含まれる酸素は第1層L1内を移動して室外に汲み出されることになる。このときに室外に汲み出される酸素量は第2ポンプ電圧源73の電圧が高くなるほど多くなる。
On the other hand, a cathode-side second pump electrode 72 is formed on the inner peripheral surface of the first layer L 1 facing the second chamber 65. A voltage is applied by the second
一方、上述したように、固体電解質層の両側において酸素濃度に差があると、酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図2に示されている例では、第2室65内の酸素濃度よりも大気室66内の酸素濃度のほうが高いので、大気室66内の酸素は基準電極70と接触することによって電荷を受け取って酸素イオンとなる。この酸素イオンは第3層L3、第2層L2および第1層L1内を移動し、陰極側第2ポンプ電極72において電荷を放出する。その結果、基準電極70と陰極側第2ポンプ電極72との間に符号74で示した電圧(起電力)V1が発生する。この電圧V1は大気室66内と第2室65内との酸素濃度差に比例する。
On the other hand, as described above, if there is a difference in oxygen concentration on both sides of the solid electrolyte layer, oxygen ions move in the solid electrolyte layer from the higher oxygen concentration side toward the lower oxygen concentration side. In the example shown in FIG. 2, since the oxygen concentration in the atmospheric chamber 66 is higher than the oxygen concentration in the second chamber 65, the oxygen in the atmospheric chamber 66 receives charges by contacting the
図2に示されている例では、排気ガス中のNOx濃度を検出するときに、この電圧V1が、第2室65内の酸素濃度が低濃度側の所定値、例えば0.01ppmのときに生ずる電圧に一致するように、第2ポンプ電圧源73の電圧がフィードバック制御される。すなわち、第2室65内の酸素は第2室65内の酸素濃度が0.01ppmとなるように第1層L1を通って汲み出され、それによって第2室65内の酸素濃度が0.01ppmに維持される。
In the example shown in FIG. 2, when the NOx concentration in the exhaust gas is detected, this voltage V 1 is when the oxygen concentration in the second chamber 65 is a predetermined value on the low concentration side, for example, 0.01 ppm. The voltage of the second
一方、第2室65に面する第3層L3の内周面上には、NOx検出用の陰極側ポンプ電極75が形成されている。陰極側ポンプ電極75はNOxに対して強い還元性を有する。したがって、第2室65内のNOx、実際には大部分を占めるNOが陰極側ポンプ電極75上において、N2とO2とに分解される。図2に示されているように、陰極側ポンプ電極75と基準電極70との間には、一定電圧76が印加されており、したがって、陰極側ポンプ電極75上において分解生成されたO2は、酸素イオンとなって第3層L3内を基準電極70に向けて移動し汲み出される。このとき、陰極側ポンプ電極75と基準電極70との間には、この酸素イオン量に比例した符号77で示した電流I1が流れる。分解生成された酸素量と窒素量とは互いに比例関係にあるから、結局、電流I1が排気ガス中のNOx濃度を示すNOxセンサ52の出力となる。
On the other hand, a
排気ガスに接触する第1室64内の陰極側第1ポンプ電極67と第2室65内の陰極側第2ポンプ電極72とは、NOxを還元し得る触媒能を有しないか又はその触媒能が低い材料から構成されている。これらの電極67、72は、例えば、金Auと白金Ptとセラミックスのサーメットからなる。一方、第2室65内の陰極側ポンプ電極75は、NOxを還元し得る触媒能を有し又はその触媒能が高い材料を含む。陰極側ポンプ電極75は、例えば、ロジウムRhと白金PtとセラミックスとしてのジルコニアZrO2からなる多孔質サーメットから構成され、このうちロジウムRhがNOx、特にNOをも還元し得る高いNOx触媒能を有する。
The cathode-side
第1室64内では、第1のポンプセル及びモニタセルの作用により第1室64内の酸素濃度が1ppmとなるように第1室64内の酸素が排出される。このとき排気ガス中に含まれるNO2がNOに還元されることはあるものの、NOはそれ以上還元されない。したがって、第1室64内でNOxがNOにほぼ単ガス化され、このNOxを含む排気ガスが第2の拡散律速部材63を通って第2室65内に流入する。
In the
第2室65内では、第2のポンプセル及びモニタセルの作用により、第2室65内の酸素濃度が0.01ppmとなるように第2室65内の酸素が排出される。また、センサセルの作用により、第2室65内のNOx(殆どがNOである)が陰極側ポンプ電極75上においてN2とO2とに分解され、分解生成された酸素O2が排出されると共に、分解生成された窒素の量に応じた出力電流I1が発せられる。
In the second chamber 65, the oxygen in the second chamber 65 is discharged so that the oxygen concentration in the second chamber 65 becomes 0.01 ppm by the action of the second pump cell and the monitor cell. In addition, NOx (mostly NO) in the second chamber 65 is decomposed into N 2 and O 2 on the cathode-
なお、第5層L5と第6層L6との間には、NOxセンサ52のセンサ部を加熱するための電気式ヒータ79が配置されている。このヒータ79は、NOxセンサ52による通常のNOx検出時に約750〜800℃に加熱制御される。
An
さて、このような基本構成を持つNOxセンサ52においては、当該NOxセンサ52が劣化するにつれ、第1室64内の陰極側第1ポンプ電極67と第2室65内の陰極側第2ポンプ電極72とから、NOx触媒能を有しないか又はその触媒能が低い金属材料(以下、低触媒能金属材料ともいう)が飛散すると共に、第2室65内の陰極側ポンプ電極75の表面に徐々に付着していき、当該陰極側ポンプ電極75のNOx触媒能及び酸素排出機能を徐々に低下させていくことが判明した。この低触媒能金属材料とは本実施形態の場合、金Auであり、この金Auが飛散して陰極側ポンプ電極75に付着する結果、陰極側ポンプ電極75のロジウムRhの持つNOx触媒能を低下させてしまう。この陰極側ポンプ電極75の機能低下の結果、排気ガスのNOx濃度が高くなる側に変化するときのNOxセンサ52の出力は、この変化に同期した出力となるが、NOxセンサ52の劣化につれてNOx濃度が低くなる側に変化するときの変化に同期し得ず、応答遅れの出力となってしまう。すなわち、陰極側ポンプ電極75の機能低下度がNOxセンサ52の劣化度と相関する。
Now, in the
次に、本実施の形態における排気ガス浄化システムに用いられるNOxセンサの異常判定装置による正常又は異常の判定を実行するための処理手順の一例を、図3のフローチャートと共に図4のタイムチャートを参照しつつ説明する。図示される判定ルーチンはECU100により所定条件が成立したときに所定の周期で実行される。
Next, referring to the time chart of FIG. 4 together with the flowchart of FIG. 3, an example of a processing procedure for executing normality or abnormality determination by the NOx sensor abnormality determination device used in the exhaust gas purification system of the present embodiment will be described. However, it will be explained. The illustrated determination routine is executed at a predetermined cycle when a predetermined condition is satisfied by the
したがって、この正常又は異常の判定ルーチンを実行する前に、所定条件が成立したか否かがECU100による通常の制御ルーチンで判断される。具体的に例示すると、選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の床温が後述するように所定温度範囲内にあるか否か、NOxセンサ52が活性済みであるか否か、尿素水添加制御中であるか否か、及び後述の如く正常又は異常の判定が未完了か否かが判定される。これらの所定条件のいずれか一つでも成立していないときは、本ルーチンは実行されない。所定条件が成立していないときに判定を実行しても正しい判定はできないからである。
Therefore, before executing the normal or abnormal determination routine, it is determined by a normal control routine by the
ここで、選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の床温Tcを求める方法につき説明する。選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の温度は、触媒に埋設した温度センサにより直接検出することもできるが、本実施形態ではそれを推定することとしている。具体的には、ECU100が、触媒前排気温センサ54及び触媒後排気温センサ56によりそれぞれ検出された触媒前排気温及び触媒後排気温に基づき、床温を推定する。
Here, a method for obtaining the bed temperature Tc of the selective reduction
今、選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36に流入する触媒上流側の排気ガスの温度をTf(℃)、その排気ガスのガス量をGa(g/s)とする。ここで排気ガスのガス量はエンジンに吸入される空気量と等しいとみなせることから、その吸入空気量Gaを排気ガス量としている。この排気ガス量は単位時間(ここでは1秒)当たりに触媒に流入する排気ガス量である。他方、選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の床温をTc(℃)、選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の重量をMc(g)、選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36から排出される触媒下流側の排気ガスの温度をTr(℃)とする。
Now, assume that the temperature of the exhaust gas upstream of the selective reduction
さらに、触媒上流側の排気ガスの持つ熱エネルギをEf、選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の持つ熱エネルギをEcとする。これら熱エネルギEf,Ecは次式(1)、(2)により表すことができる。但し、Cgは排気ガスの比熱比、Ccは選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の比熱比で、両者は一定値である。
Ef=Ga×Tf×Cg(J/s) ・・・(1)
Ec=Mc×Tc×Cc(J) ・・・(2)
Further, Ef is the thermal energy of the exhaust gas upstream of the catalyst, and Ec is the thermal energy of the selective reduction
Ef = Ga × Tf × Cg (J / s) (1)
Ec = Mc × Tc × Cc (J) (2)
ところで、熱エネルギEcを持った選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36に、熱エネルギEfを持った排気ガスが供給された場合の熱平衡を考えると、排気ガスの供給開始時点から単位時間経過後に選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36と排気ガスとが熱平衡状態になったと考え、熱平衡後の両者の温度をTmとすると、熱平衡の式は次式(3)で表される。
Ef+Ec=Ga×Tm×Cg+Mc×Tm×Cc ・・・(3)
By the way, considering the thermal equilibrium when the exhaust gas having the thermal energy Ef is supplied to the selective reduction
Ef + Ec = Ga * Tm * Cg + Mc * Tm * Cc (3)
この温度Tmが選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の推定温度の基本的な値である。しかしながら、実際には、排気ガスと選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36との間で完全な熱平衡状態に至る訳ではなく、選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の下流側に温度Trの排気ガスが排出され、熱エネルギが逃げている。よってその温度Trに基づいて下流側に逃げた熱エネルギErが計算され、これにより選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の基本推定温度Tmがフィードバック補正され、最終的な推定床温Tcが算出される。
This temperature Tm is a basic value of the estimated temperatures of the selective reduction
上記の説明から理解されるように、本実施形態では、選択還元型NOx触媒34上流側の排気ガス温度である触媒前排気温Tfが触媒前排気温センサ54で検出され、選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36下流側の排気ガス温度である触媒後排気温Trが触媒後排気温センサ56で検出される。そして、排気ガス量と等価とみなせる吸入空気量Gaがエアフローメータ22で検出される。これら出力値に基づき、ECU100が、選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の床温Tcを推定する。
As understood from the above description, in this embodiment, the pre-catalyst exhaust temperature Tf, which is the exhaust gas temperature upstream of the selective reduction
そして、判定ルーチンの実行前にこの推定された床温Tcが所定の温度範囲(例えば、200〜400℃)内にあるか否かが判断される。また、同時にNOxセンサ52が活性済みであるか否かが、例えば、検知されたインピーダンスがNOxセンサ52の活性温度に対応する所定値に到達したか否かにより、さらに、尿素水の添加制御中であるか否かが、例えば、添加弁40へのECU100からの開弁作動制御信号の有無などにより判定される。これらの判定の結果、所定条件が成立しているときに判定ルーチンが実行されることになる。
Then, before execution of the determination routine, it is determined whether or not the estimated bed temperature Tc is within a predetermined temperature range (for example, 200 to 400 ° C.). At the same time, whether or not the
そこで、上述の所定条件が満たされたとき、換言すると、異常判定モード時に、排気ガス浄化システムの正常又は異常の判定ルーチンが実行される。そして、この判定ルーチンが実行されると、まず、ステップS301において内燃機関から排出される排気ガス(以下、出ガスと称する)の量が一定ないしは所定範囲内となるように制御され、これが満たされているか否かが判定される。これは、エアフローメータ22で検出される吸入空気量Gaに基づき、この吸入空気量Gaが一定ないしは所定範囲内にあるように、例えばスロットルバルブ24の開度を制御することによって行なわれ、このエアフローメータ22で検出される吸入空気量Gaに基づき、内燃機関から排出される排気ガス(出ガス)の量が一定ないしは所定範囲内にある運転条件か否かが判定される。このようにすると、より正確にNOx濃度の変化を把握できるので、より正確に正常又は異常の判定が行なわれることになる。条件が満たされないときには、この判定ルーチンは一旦終了される。
Therefore, when the above-mentioned predetermined condition is satisfied, in other words, a routine for determining whether the exhaust gas purification system is normal or abnormal is executed in the abnormality determination mode. When this determination routine is executed, first, in step S301, the amount of exhaust gas discharged from the internal combustion engine (hereinafter referred to as “exhaust gas”) is controlled to be constant or within a predetermined range, which is satisfied. It is determined whether or not. This is performed by controlling the opening of the
そして、条件が満たされると次のステップS302において、NOxセンサ52に到達する排気ガス中のNOx濃度を増す制御が実行される。すなわち、図4のタイムチャートの時点t0において、NOxセンサ52に到達する排気ガス中のNOx濃度が第1の所定濃度Dx(例えば、100ppm)となるように増大される。このNOx濃度を増す制御として、選択還元型NOx触媒34の下流に配置されているNOxセンサ52については、尿素水供給手段としての添加弁40からの尿素水供給量が当量比以下に減量される。尿素水供給量が当量比以下に所定量減量されると、排気ガス中のNOxが完全には処理されない結果、NOxセンサ52に到達する排気ガス中のNOx濃度が第1の所定濃度Dxに向けて増大することになる。そこで、ステップS303においてかかる排気ガス中のNOx濃度に対応するNOxセンサ52の出力値が取得され、次のステップS304において、この取得されたNOxセンサ52の出力値が上述の排気ガス中のNOxの第1の所定濃度Dxに対応する第1出力値Ixとなったか否かが判定される。NOxセンサ52の出力値が第1出力値Ixとなると、次のステップS305に進み、この時点t1から経過時間の計測が開始される。そして、次のステップS306において、NOxセンサ52に到達する排気ガス中のNOx濃度を減ずる制御が実行される。すなわち、図4のタイムチャートの時点t1において、NOxセンサ52に到達する排気ガス中のNOx濃度が第2の所定濃度Dy(例えば、50ppm)となるように、添加弁40からの尿素水供給量が増大される。そこで、ステップS307において、再度、排気ガス中のNOx濃度に対応するNOxセンサ52の出力値が取得され、次のステップS308において、この取得されたNOxセンサ52の出力値が上述の排気ガス中のNOxの第2の所定濃度Dyに対応する第2出力値Iyとなったか否かが判定される。NOxセンサ52の出力値が第2出力値Iyとなると、次のステップS309に進み、この時点t2で経過時間の計測が終了されると共に、時点t1から時点t2までの経過時間TpsがECU100に記憶される。
When the condition is satisfied, in the next step S302, control for increasing the NOx concentration in the exhaust gas reaching the
そして、次のステップS310に進み、この経過時間Tpsと、予め実験などにより求められデータとして保管されている基準経過時間Trefとが比較ないしは対比される。なお、この基準経過時間Trefは、前述のように、NOxセンサ52が新品状態にあるなどの正常時において、NOxセンサ52が第1の所定のNOx濃度に対応する第1出力値Ixを出力した時点から、第2の所定のNOx濃度に対応する第2の出力値Iyを出力するまでの経過時間である。そこで、このステップS310において、本実施形態では、経過時間Tpsが基準経過時間Trefで除算され、その比が所定値Rを超えるか否かが判定される。なお、この所定値RはNOxセンサ52の調整ないしは交換などの目安として、任意に設定可能である。判定の結果、所定値Rを超えないときはステップS311に進み、NOxセンサ52は正常と判定され、所定値Rを超えるときはステップS312に進み、NOxセンサ52は異常と判定される。
Then, the process proceeds to the next step S310, and this elapsed time Tps is compared with or contrasted with a reference elapsed time Tref that is obtained in advance through experiments and stored as data. As described above, the reference elapsed time Tref is output when the
次に、添加弁40の上流側に配置されたNOxセンサ53についての正常又は異常の判定ルーチンにつき説明する。このNOxセンサ53についての判定ルーチンは、上述の選択還元型NOx触媒34及びアンモニア酸化触媒36の下流に設けられたNOxセンサ52についての判定ルーチンにおけるNOx濃度の増減変化手段が異なるのみで、基本的な処理手順は同じである。したがって、図3のフローチャートを参照しつつ説明したNOxセンサ52についての処理手順の説明を、この添加弁40の上流側に配置されたNOxセンサ53についての処理手順の説明として援用し、NOxセンサ53に特有の異なる部分について主に説明する。
Next, a normal or abnormal determination routine for the
そこで、NOxセンサ53に到達する排気ガス中のNOx濃度を増す制御が実行されるステップS302においては、図4のタイムチャートの時点t0において、NOxセンサ53に到達する排気ガス中のNOx濃度を第1の所定濃度Dx(例えば、100ppm)となるように増大する制御として、排気還流装置25におけるEGR弁26が制御される。すなわち、エンジン10の所定の運転状態においてNOxの発生量を最少とする基準排気還流量(EGR量)よりもEGR量を減少させることにより、その結果として、単位出ガス量当たりの発生NOx量を増大させてNOx濃度を増すのである。
Therefore, in step S302 in which control for increasing the NOx concentration in the exhaust gas reaching the
かくて、NOxセンサ53に到達する排気ガス中のNOx濃度が第1の所定濃度Dxに向けて増大することになる。そこで、ステップS303においてかかる排気ガス中のNOx濃度に対応するNOxセンサ53の出力値が取得され、次のステップS304において、この取得されたNOxセンサ53の出力値が上述の排気ガス中のNOxの第1の所定濃度Dxに対応する第1出力値Ixとなったか否かが判定される。NOxセンサ53の出力値が第1出力値Ixとなると、次のステップS305に進み、この時点t1から経過時間の計測が開始される。そして、次のステップS306において、NOxセンサ53に到達する排気ガス中のNOx濃度を減ずる制御が実行される。すなわち、図4のタイムチャートの時点t1において、NOxセンサ53に到達する排気ガス中のNOx濃度が第2の所定濃度Dy(例えば、50ppm)となるように、EGR弁26が開弁制御されEGR量が増大される。そこで、ステップS307において、再度、排気ガス中のNOx濃度に対応するNOxセンサ53の出力値が取得され、次のステップS308において、この取得されたNOxセンサ53の出力値が上述の排気ガス中のNOxの第2の所定濃度Dyに対応する第2出力値Iyとなったか否かが判定される。NOxセンサ53の出力値が第2出力値Iyとなると、次のステップS309に進み、この時点t2で経過時間の計測が終了されると共に、時点t1から時点t2までの経過時間TpsがECU100に記憶される。
Thus, the NOx concentration in the exhaust gas that reaches the
そして、次のステップS310に進み、この経過時間Tpsと、予め実験などにより求められデータとして保管されている基準経過時間Trefとが比較ないしは対比される。なお、この基準経過時間Trefは、前述のように、NOxセンサ53が新品状態にあるなどの正常時において、NOxセンサ53が第1の所定のNOx濃度に対応する第1出力値Ixを出力した時点から、第2の所定のNOx濃度に対応する第2の出力値Iyを出力するまでの経過時間である。そこで、このステップS310において、本実施形態では、経過時間Tpsが基準経過時間Trefで除算され、その比が所定値Rを超えるか否かが判定される。判定の結果、所定値Rを超えないときはステップS311に進み、NOxセンサ53は正常と判定され、所定値Rを超えるときはステップS312に進み、NOxセンサ53は異常と判定される。
Then, the process proceeds to the next step S310, and this elapsed time Tps is compared with or contrasted with a reference elapsed time Tref that is obtained in advance through experiments and stored as data. As described above, the reference elapsed time Tref is output when the
以上の説明から明らかなように、本実施の形態によれば、NOxセンサ52及び/又はNOxセンサ53が異常であるかの判定が可能である。ここで、いずれかが異常と判定されたときには、公知の手法により運転者に適宜警報などが与えられるのが好ましい。
As is clear from the above description, according to the present embodiment, it is possible to determine whether the
なお、図3のフローチャートには図示しないが、本ルーチンにおいてNOxセンサ52及び/又はNOxセンサ53の正常又は異常の判定が行われた際には、正常又は異常の判定が完了した旨のフラグがセットされる。このフラグがセットされた場合には、上述の所定条件成立か否かの判定において、判定は既に完了し所定条件不成立として、ステップS301以降の正常又は異常の判定ルーチンは実行されない。これは、正常又は異常の判定は一走行(トリップ)当り少なくとも一度実行されれば十分であるからである。したがって、エンジン10が停止されたときには、このフラグがリセットされるのが好ましい。
Although not shown in the flowchart of FIG. 3, when the normality or abnormality of the
なお、本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。 The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes all modifications, applications, and equivalents included in the concept of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.
10 エンジン
15 排気通路
25 排気還流装置
34 選択還元型NOx触媒
36 アンモニア酸化触媒
40 尿素水添加弁
42 尿素水供給装置
52、53 NOxセンサ
54 触媒前排気温センサ
56 触媒後排気温センサ
100 電子制御ユニット(ECU)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記内燃機関の所定の運転状態における異常判定モード時に、前記NOxセンサに到達する排気ガス中のNOx濃度を、一旦増大させて減少変化させる、NOx濃度増減変化手段と、
該NOx濃度増減変化手段によってNOx濃度が増減変化されたとき、前記NOxセンサの所定の第1出力値の出力状態から、前記NOxセンサが所定の第2の出力値を出力するまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、
該経過時間計測手段により計測された経過時間と基準経過時間とに基づき、前記NOxセンサの正常又は異常を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする排気ガス浄化システムに用いられるNOxセンサの異常判定装置。 In an abnormality determination device for a NOx sensor that is used in an exhaust gas purification system of an internal combustion engine and outputs different output values depending on the NOx concentration,
NOx concentration increase / decrease changing means for once increasing and decreasing the NOx concentration in the exhaust gas reaching the NOx sensor during an abnormality determination mode in a predetermined operating state of the internal combustion engine;
When the NOx concentration increase / decrease is changed by the NOx concentration increase / decrease changing means, the elapsed time from the output state of the predetermined first output value of the NOx sensor until the NOx sensor outputs the predetermined second output value is calculated. An elapsed time measuring means for measuring,
Determination means for determining normality or abnormality of the NOx sensor based on the elapsed time measured by the elapsed time measuring means and the reference elapsed time;
An abnormality determination device for a NOx sensor used for an exhaust gas purification system.
前記NOx濃度増減変化手段は、前記尿素水供給手段からの尿素水供給量を変化させるものであることを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化システムに用いられるNOxセンサの異常判定装置。 The exhaust gas purification system has a selective reduction NOx catalyst and urea water supply means for supplying urea water to an exhaust passage upstream thereof, and the NOx sensor is disposed downstream of the selective reduction NOx catalyst,
2. The NOx sensor abnormality determination device for use in an exhaust gas purification system according to claim 1, wherein the NOx concentration increase / decrease changing means changes a urea water supply amount from the urea water supply means.
前記NOx濃度増減変化手段は、EGR量を変化させるものであることを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化システムに用いられるNOxセンサの異常判定装置。 The exhaust gas purification system has a selective reduction NOx catalyst and urea water supply means for supplying urea water to an exhaust passage upstream thereof, and the NOx sensor is disposed upstream of the urea water supply means,
The abnormality determination device for a NOx sensor used in an exhaust gas purification system according to claim 1, wherein the NOx concentration increase / decrease changing means changes an EGR amount.
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