JP2012036835A - Exhaust emission control device - Google Patents

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吾郎 飯島
嘉則 ▲高▼橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately determine the existence of failure of an exhaust sensor with a simple configuration concerning an exhaust emission control device.SOLUTION: The exhaust emission control device is provided with: a selective reduction catalyst 5 provided in an exhaust passage 15 of an on-vehicle engine 20, adsorbing ammonia and reducing nitrogen oxide in an exhaust gas by using the ammonia as a reducing agent; and a catalyst temperature detection unit 8 for detecting a catalyst temperature of the selective reduction catalyst 5. In addition, the exhaust emission control device is provided with: an adsorption amount calculation unit 7c for calculating an adsorption amount of ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst 5; a condition detection unit 7d for detecting an idle operation condition of the engine 20; and the exhaust gas sensor 9 provided on a downstream side rather than the selective reduction catalyst 5 and detecting nitrogen oxide concentration. Furthermore, the exhaust emission control device is provided with a determining unit 7e for determining the existence of failure of the exhaust sensor 9 on the basis of the catalyst temperature, the adsorption amount and the nitrogen oxide concentration when the engine 20 is in the idle operation condition.

Description

本発明は、エンジンの排気中に含まれる窒素酸化物を浄化するための排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust purification device for purifying nitrogen oxides contained in engine exhaust.

従来、排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を除去するための触媒として尿素添加型の選択還元触媒〔尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒〕を用いた排気浄化システムが知られている。すなわち、選択還元触媒に窒素酸化物を選択的に反応させるために、選択還元触媒の上流側の排気通路内に還元剤としての尿素水溶液を噴射し、尿素の加水分解によりアンモニア(NH3)を生成して窒素酸化物をアンモニアで窒素及び水に還元するものである。選択還元触媒を用いたシステムは、ディーゼルエンジンの排気のように酸素濃度が比較的高い雰囲気下や低温時における窒素酸化物の浄化に有効である。 Conventionally, an exhaust purification system using a urea addition type selective reduction catalyst (urea SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst) as a catalyst for removing nitrogen oxide (NOx) contained in exhaust gas is known. That is, in order to selectively react nitrogen oxides with the selective reduction catalyst, an aqueous urea solution as a reducing agent is injected into the exhaust passage upstream of the selective reduction catalyst, and ammonia (NH 3 ) is produced by hydrolysis of urea. The nitrogen oxide is generated and reduced to nitrogen and water with ammonia. A system using a selective reduction catalyst is effective for purifying nitrogen oxides in an atmosphere having a relatively high oxygen concentration, such as exhaust of a diesel engine, or at a low temperature.

上記の排気浄化システムにおいて、実際に排気通路から車外に排出される排気の成分を確認するための排気センサ(例えば、NOxセンサ)を触媒の下流側に設けたものがある。例えば、このセンサで検出される窒素酸化物の濃度が所定値未満であることを以て、選択還元触媒が正常に機能していることが確認される。しかし、排気センサが選択還元触媒の下流側に設けられるため、排気センサが正常である(故障していない)ことが担保されていなければ、選択還元触媒の機能を正確に診断することができない。   Some of the exhaust purification systems described above are provided with an exhaust sensor (for example, a NOx sensor) on the downstream side of the catalyst for confirming the component of exhaust actually discharged from the exhaust passage to the outside of the vehicle. For example, it is confirmed that the selective reduction catalyst is functioning normally when the concentration of nitrogen oxide detected by this sensor is less than a predetermined value. However, since the exhaust sensor is provided on the downstream side of the selective reduction catalyst, the function of the selective reduction catalyst cannot be accurately diagnosed unless it is ensured that the exhaust sensor is normal (not faulty).

そこで、選択還元触媒上での還元反応を停止させた状態で、選択還元触媒の上流側及び下流側のそれぞれで窒素酸化物濃度を検出又は推定し、これらを比較することによって排気センサの故障を検知する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, in the state in which the reduction reaction on the selective reduction catalyst is stopped, the nitrogen oxide concentration is detected or estimated on each of the upstream side and the downstream side of the selective reduction catalyst, and these are compared to detect a failure of the exhaust sensor. A technique for detection has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−121413号公報(段落0061等)JP 2009-121413 A (paragraph 0061, etc.)

しかしながら、選択還元触媒は尿素の加水分解によって生じたアンモニアを吸着する特性を持つため、尿素水の添加を停止したとしても、予め吸着されたアンモニアによる窒素酸化物の還元反応が生じる。つまり、たとえ排気センサが故障していなかったとしても、選択還元触媒上での還元反応によって選択還元触媒の下流側の窒素酸化物濃度が低下し、上流側の窒素酸化物濃度とは異なる値が検出される場合がある。   However, since the selective reduction catalyst has a characteristic of adsorbing ammonia generated by hydrolysis of urea, even if the addition of urea water is stopped, a reduction reaction of nitrogen oxides by ammonia adsorbed in advance occurs. That is, even if the exhaust sensor has not failed, the nitrogen oxide concentration on the downstream side of the selective reduction catalyst is reduced by the reduction reaction on the selective reduction catalyst, and a value different from the nitrogen oxide concentration on the upstream side is reduced. May be detected.

このように、従来の技術では排気センサの故障を正確に判定することが困難である。したがって、仮に例外的な数値が排気センサで検出された場合、排気浄化システムに障害が発生していることは把握されるものの、その原因が排気センサにあるのか、それとも、排気センサ以外の装置にあるのかを特定することが難しい。   Thus, it is difficult for the conventional technology to accurately determine the failure of the exhaust sensor. Therefore, if an exceptional value is detected by the exhaust sensor, it is known that a fault has occurred in the exhaust purification system, but the cause is in the exhaust sensor or in a device other than the exhaust sensor. It is difficult to identify if there is.

本件は上記のような課題に鑑み創案されたもので、簡素な構成で、排気センサの故障の有無を正確に判定することができるようにした排気浄化装置を提供することを目的とする。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
The present invention has been devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust emission control device capable of accurately determining the presence or absence of an exhaust sensor failure with a simple configuration.
The present invention is not limited to this purpose, and is a function and effect derived from each configuration shown in the embodiments for carrying out the invention described later, and other effects of the present invention are to obtain a function and effect that cannot be obtained by conventional techniques. Can be positioned.

(1)ここで開示する排気浄化装置は、車両に搭載されたエンジンの排気通路に設けられ、アンモニアを吸着するとともに前記アンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を還元する選択還元触媒と、前記選択還元触媒の触媒温度を検出する触媒温度検出手段と、を備える。
また、前記選択還元触媒に吸着されている前記アンモニアの吸着量を演算する吸着量演算手段と、前記エンジンのアイドル運転状態を検出する状態検出手段と、前記選択還元触媒よりも前記排気通路の下流側に設けられ、排気中に含まれる窒素酸化物濃度を検出する排気センサと、を備える。
さらに、前記エンジンが前記アイドル運転状態であるときの前記触媒温度,前記吸着量及び前記窒素酸化物濃度に基づき、前記排気センサの故障の有無を判定する判定手段を備える。
なお、前記触媒温度検出手段は、前記触媒温度を直接検出してもよいし、演算による推定値を検出してもよい。
(1) An exhaust emission control device disclosed herein is provided in an exhaust passage of an engine mounted on a vehicle, adsorbs ammonia, and uses the ammonia as a reducing agent to reduce nitrogen oxide in exhaust, Catalyst temperature detecting means for detecting the catalyst temperature of the selective reduction catalyst.
Further, an adsorption amount calculation means for calculating the adsorption amount of the ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst, a state detection means for detecting an idle operation state of the engine, and a downstream of the exhaust passage from the selective reduction catalyst. And an exhaust sensor that detects the concentration of nitrogen oxides contained in the exhaust.
Furthermore, a determination unit that determines whether or not the exhaust sensor has failed is provided based on the catalyst temperature, the adsorption amount, and the nitrogen oxide concentration when the engine is in the idle operation state.
The catalyst temperature detecting means may directly detect the catalyst temperature or may detect an estimated value by calculation.

(2)前記判定手段は、前記エンジンが前記アイドル運転状態であり、かつ、前記触媒温度が前記窒素酸化物を還元しうる活性温度以上であり、かつ、前記吸着量が所定量以上存在し、かつ、前記窒素酸化物濃度が所定濃度未満である場合に、前記排気センサが正常であると判定する。
この場合、排気流量や排気温度が安定しているアイドル運転時に、前記選択還元触媒に吸着されている前記アンモニアを用いて前記窒素酸化物を還元させることで、前記窒素酸化物の浄化率が向上するため、前記排気センサが故障していない限り窒素酸化物濃度が所定濃度未満となる。
(2) The determination means is such that the engine is in the idle operation state, the catalyst temperature is equal to or higher than an activation temperature capable of reducing the nitrogen oxides, and the adsorption amount is equal to or greater than a predetermined amount. And when the said nitrogen oxide density | concentration is less than predetermined concentration, it determines with the said exhaust sensor being normal.
In this case, during the idling operation in which the exhaust flow rate and the exhaust temperature are stable, the nitrogen oxide is reduced by using the ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst, thereby improving the purification rate of the nitrogen oxide. Therefore, the nitrogen oxide concentration is less than a predetermined concentration unless the exhaust sensor is out of order.

(3)また、前記状態検出手段が、前記車両の走行速度及びエンジン負荷(例えば、アクセル開度,スロットル開度等)に基づく前記エンジンのアイドル回転が所定時間継続したときに、前記アイドル運転状態を検出する。
(4)また、前記判定手段による判定の結果を乗員に報知する報知手段を備える。
(5)また、前記判定手段で前記排気センサが故障したと判定されたときの前記窒素酸化物濃度と前記所定濃度との差を演算する誤差演算手段を備え、前記判定手段が、前記誤差演算手段で演算された前記差に基づき、前記排気センサの故障の度合いを判定する。
(3) Further, when the state detection means continues the idle rotation of the engine based on the traveling speed of the vehicle and the engine load (for example, accelerator opening, throttle opening, etc.) for a predetermined time, the idle operation state Is detected.
(4) Moreover, it has an alerting | reporting means which alert | reports the result of determination by the said determination means to a passenger | crew.
(5) Moreover, it comprises an error calculation means for calculating a difference between the nitrogen oxide concentration and the predetermined concentration when the determination means determines that the exhaust sensor has failed, and the determination means includes the error calculation. Based on the difference calculated by the means, the degree of failure of the exhaust sensor is determined.

(1)開示の排気浄化装置によれば、簡素な構成で、排気通路上に設けられた選択還元触媒やエンジンの故障と、排気センサの故障とを正確に区別することが可能となり、排気センサの故障を特定することができる。これにより、排気センサで検出される窒素酸化物濃度の値の信頼性を向上させることができ、より正確な制御が可能となる。
(2)また、安定したエンジンの運転状態下で窒素酸化物の浄化率の向上することを利用して、排気センサの検出値が適切であるか否かを確実に判定することができ、精度よく排気センサの故障を特定することができる。
(1) According to the disclosed exhaust purification device, it is possible to accurately distinguish between a failure of the selective reduction catalyst and the engine provided on the exhaust passage and a failure of the exhaust sensor with a simple configuration. Can be identified. Thereby, the reliability of the value of the nitrogen oxide concentration detected by the exhaust sensor can be improved, and more accurate control is possible.
(2) Further, it is possible to reliably determine whether or not the detection value of the exhaust sensor is appropriate by utilizing the improvement in the purification rate of nitrogen oxides under stable engine operating conditions. A failure of the exhaust sensor can be identified well.

(3)また、アイドル運転状態の条件を設定することにより、窒素酸化物の浄化率が向上する状態を正確に把握することが可能となり、排気センサの故障判定の精度をさらに高めることができる。
(4)また、排気センサが故障したと判定されたときにその旨を乗員に報知することで、排気センサのメンテナンスや交換を促すことができる。
(5)また、判定手段での判定によって排気センサの故障が確定したときに、排気センサの検出値と所定濃度との差を演算することで、故障の度合いや故障の種類を推定することが可能となる。
(3) Also, by setting the conditions for the idling operation state, it is possible to accurately grasp the state in which the nitrogen oxide purification rate is improved, and the accuracy of the exhaust sensor failure determination can be further increased.
(4) Further, when it is determined that the exhaust sensor has failed, it is possible to prompt maintenance or replacement of the exhaust sensor by notifying the passenger to that effect.
(5) Further, when a failure of the exhaust sensor is determined by determination by the determination means, the degree of failure and the type of failure can be estimated by calculating the difference between the detected value of the exhaust sensor and a predetermined concentration. It becomes possible.

一実施形態に係る排気浄化装置の全体構成を模式的に例示する図である。It is a figure which illustrates typically the whole structure of the exhaust-air-purification device concerning one embodiment. 図1の選択還元触媒の触媒温度とアンモニア最大吸着量との関係を例示するグラフである。2 is a graph illustrating the relationship between the catalyst temperature of the selective reduction catalyst of FIG. 1 and the maximum ammonia adsorption amount. 図1のエンジンの運転状態と排気中に含まれる窒素酸化物濃度との関係を例示するグラフである。2 is a graph illustrating the relationship between the operating state of the engine of FIG. 1 and the concentration of nitrogen oxides contained in exhaust gas. 図1の選択還元触媒に吸着されているアンモニアの吸着量の経時変化を例示するグラフである。2 is a graph illustrating the change over time in the amount of ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst of FIG. 1. 図1の排気浄化装置での制御内容を例示するフローチャートである。It is a flowchart which illustrates the control content in the exhaust gas purification apparatus of FIG. 図1の排気浄化装置を搭載した車両の走行試験時における排気性能を説明するためのグラフであり、(a)はエンジン回転数の経時変動、(b)はエンジンアウトNOxの演算値及びNOxセンサで検出されたNOxの濃度の経時変動である。2 is a graph for explaining exhaust performance during a running test of a vehicle equipped with the exhaust emission control device of FIG. 1, (a) is a temporal variation of the engine speed, (b) is a calculated value of engine out NOx and NOx sensor This is a change with time in the concentration of NOx detected in FIG.

以下、図面を参照して開示の排気浄化装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。   The disclosed exhaust purification device will be described below with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiment.

[1.構成]
[1−1.吸排気システム]
本実施形態の排気浄化装置10は、図1に例示する車両の吸排気システムに適用されている。図1中のエンジン20は軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、このエンジン20には排気通路16及び吸気通路17が接続される。エンジン20の各気筒の燃焼室には吸気通路17を介して吸気が導入され、燃焼後の排気は排気通路16を介して外部へ排出される。
[1. Constitution]
[1-1. Intake and exhaust system]
The exhaust emission control device 10 of this embodiment is applied to the vehicle intake / exhaust system illustrated in FIG. An engine 20 in FIG. 1 is a diesel engine using light oil as a fuel, and an exhaust passage 16 and an intake passage 17 are connected to the engine 20. Intake air is introduced into the combustion chamber of each cylinder of the engine 20 via the intake passage 17, and exhaust gas after combustion is discharged to the outside via the exhaust passage 16.

排気通路16には排気の流れの上流側から順に、ターボチャージャー18,DPF(Diesel Particulate Filter)装置1及びSCR(Selective Catalytic Reduction)装置4が介装される。DPF装置1は連続再生式の濾過装置であり、SCR装置4は排気中に含まれるNOx(窒素酸化物)を除去するための浄化装置である。   A turbocharger 18, a DPF (Diesel Particulate Filter) device 1, and an SCR (Selective Catalytic Reduction) device 4 are interposed in the exhaust passage 16 in order from the upstream side of the exhaust flow. The DPF device 1 is a continuous regeneration type filtration device, and the SCR device 4 is a purification device for removing NOx (nitrogen oxide) contained in the exhaust gas.

ターボチャージャー18は、排気通路16及び吸気通路17のそれぞれを跨ぐように介装された過給器であり、排気通路16を流通する排気の排気圧でタービンを回転させ、その回転力を利用してコンプレッサを駆動することにより、吸気通路17からの吸気を圧縮してエンジン20への過給を行う。   The turbocharger 18 is a supercharger interposed so as to straddle the exhaust passage 16 and the intake passage 17. The turbocharger 18 rotates the turbine with the exhaust pressure of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 16 and uses the rotational force. By driving the compressor, the intake air from the intake passage 17 is compressed and the engine 20 is supercharged.

排気通路16上におけるDPF装置1とSCR装置4との間には、インジェクタ11が設けられる。インジェクタ11は、排気中に尿素〔CO(NH2)2〕の水溶液を噴霧供給するノズルである。なお、排気中に添加された尿素は排気熱によって加水分解され、アンモニアを発生させる。 An injector 11 is provided between the DPF device 1 and the SCR device 4 on the exhaust passage 16. The injector 11 is a nozzle that sprays and supplies an aqueous solution of urea [CO (NH 2 ) 2 ] into the exhaust gas. Urea added to the exhaust gas is hydrolyzed by exhaust heat to generate ammonia.

SCR装置4の直上流側には、SCR触媒5に流入する排気温度T1を検出する温度センサ8が設けられる。また、SCR装置4よりも下流側には、排気中に含まれるNOxの濃度C1を検出するNOxセンサ9(排気センサ)が設けられる。これらの各センサ8,9で検出された排気温度T1,濃度C1は、後述するコントローラ7へと入力されている。 A temperature sensor 8 that detects an exhaust gas temperature T 1 flowing into the SCR catalyst 5 is provided immediately upstream of the SCR device 4. Further, on the downstream side of the SCR device 4, NOx sensor 9 (exhaust gas sensor) is provided for detecting the concentration C 1 of the NOx contained in the exhaust gas. The exhaust temperature T 1 and the concentration C 1 detected by these sensors 8 and 9 are input to the controller 7 described later.

吸気通路17上の任意の位置(例えば、スロットルバルブよりも上流側)には、エアフローセンサ14が設けられる。エアフローセンサ14は、エンジン20のシリンダ内に導入される吸気量Qを検出する流量センサである。また、本吸排気システムの任意の位置には、アクセル開度センサ12及び車速センサ19が設けられる。アクセル開度センサ12は運転者によるアクセルペダルの操作量θAC(アクセル開度)を検出するものであり、車速センサ19は例えば車輪の回転速度に基づいて車速Vを検出するものである。 An air flow sensor 14 is provided at an arbitrary position on the intake passage 17 (for example, upstream of the throttle valve). The air flow sensor 14 is a flow rate sensor that detects an intake air amount Q introduced into the cylinder of the engine 20. Further, an accelerator opening sensor 12 and a vehicle speed sensor 19 are provided at arbitrary positions of the intake / exhaust system. The accelerator opening sensor 12 detects the operation amount θ AC (accelerator opening) of the accelerator pedal by the driver, and the vehicle speed sensor 19 detects the vehicle speed V based on, for example, the rotational speed of the wheel.

さらに、エンジン20のクランクシャフト21の近傍には、エンジン回転数Nを検出するエンジン回転数センサ13が設けられる。アクセル開度センサ12で検出されたアクセル開度θAC,エンジン回転数センサ13で検出されたエンジン回転数N,エアフローセンサ14で検出された吸気量Q,車速センサ19で検出された車速Vは、後述するコントローラ7へと入力されている。 Further, in the vicinity of the crankshaft 21 of the engine 20, an engine speed sensor 13 for detecting an engine speed N e is provided. The accelerator opening θ AC detected by the accelerator opening sensor 12, the engine speed N e detected by the engine speed sensor 13, the intake air amount Q detected by the air flow sensor 14, and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 19. Is input to the controller 7 described later.

[1−2.DPF装置]
DPF装置1は、上流側に配置されるDOC(Diesel Oxidation Catalyst)触媒2と下流側に配置されるフィルタ3とを内蔵する。このDPF装置1は、排気中に含まれるPM(Particulate Matter,粒子状物質)を捕集する機能と、捕集したPMを連続的に酸化させて除去する機能とを併せ持つ。なお、PMとは、炭素からなる黒煙(すす)の周囲に燃え残った燃料や潤滑油の成分,硫黄化合物等が付着した粒子状の物質である。
[1-2. DPF device]
The DPF device 1 includes a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) catalyst 2 disposed on the upstream side and a filter 3 disposed on the downstream side. This DPF device 1 has both a function of collecting PM (Particulate Matter, particulate matter) contained in exhaust gas and a function of continuously oxidizing and removing the collected PM. In addition, PM is a particulate substance in which fuel, lubricating oil components, sulfur compounds, and the like that remain unburned around black smoke (soot) made of carbon adhere.

DOC触媒2は、排気中の成分に対する酸化能を有する酸化触媒であり、金属,セラミックス等からなるハニカム状の担体に触媒物質を担持したものである。DOC触媒2によって酸化される排気中の成分には、一酸化窒素(NO)や未燃燃料中の炭化水素等が挙げられる。例えば、一酸化窒素がDOC触媒2で酸化されると二酸化窒素(NO2)が生成される。なお、DOC触媒2における一酸化窒素の酸化反応の化学反応式を以下に例示する。
2NO + O2 → 2NO2 ・・・(式1)
The DOC catalyst 2 is an oxidation catalyst having an oxidizing ability with respect to components in exhaust gas, and is a catalyst in which a catalyst material is supported on a honeycomb-shaped carrier made of metal, ceramics or the like. Examples of components in the exhaust gas oxidized by the DOC catalyst 2 include nitrogen monoxide (NO) and hydrocarbons in unburned fuel. For example, when nitrogen monoxide is oxidized by the DOC catalyst 2, nitrogen dioxide (NO 2 ) is generated. In addition, the chemical reaction formula of the oxidation reaction of nitric oxide in the DOC catalyst 2 is illustrated below.
2NO + O 2 → 2NO 2 (Formula 1)

フィルタ3は、PMを捕集する多孔質フィルタ(例えば、セラミックフィルタ)である。フィルタ3の内部は、多孔質の壁体によって排気の流通方向に沿って複数に分割されている。この壁体には、PMの微粒子に見合った大きさの多数の細孔が形成される。排気が壁体の近傍や内部を通過する際に壁体内,壁体表面にPMが捕集され、排気が濾過される。   The filter 3 is a porous filter (for example, a ceramic filter) that collects PM. The interior of the filter 3 is divided into a plurality along the flow direction of the exhaust gas by a porous wall. A large number of pores having a size commensurate with the particulates of PM are formed in the wall. When exhaust passes near or inside the wall, PM is collected on the wall and on the wall surface, and the exhaust is filtered.

なお、DPF装置1のフィルタ3として、その表面に触媒貴金属が担持されたものを使用してもよい。この場合、排気中の二酸化窒素等を酸化剤として排気微粒子が焼却される。これにより、フィルタ3に捕集されたPMが除去され、フィルタ3が再生浄化される。フィルタ3におけるPMの燃焼反応の化学反応式を以下に例示する。
C + 2NO2 → 2NO + CO2 ・・・(式2)
C + O2 → CO2 ・・・(式3)
In addition, as the filter 3 of the DPF device 1, a filter having a catalytic noble metal supported on the surface thereof may be used. In this case, exhaust particulates are incinerated using nitrogen dioxide or the like in the exhaust as an oxidizing agent. Thereby, PM collected by the filter 3 is removed, and the filter 3 is regenerated and purified. The chemical reaction formula of the PM combustion reaction in the filter 3 is illustrated below.
C + 2NO 2 → 2NO + CO 2 (Formula 2)
C + O 2 → CO 2 ... (Formula 3)

本実施形態では、車両の通常走行時にはNO2でPMを燃焼させる連続再生方式でフィルタ3が再生浄化されるとともに、必要に応じてO2でPMを燃焼させる強制再生方式でフィルタ3が再生浄化される。式2に示す反応は低温時のPM燃焼反応であり、おもに連続再生方式による再生制御時に進行する。また、式3に示す反応は高温時のPM燃焼反応であり、おもに強制再生方式による再生制御時に進行する。 In this embodiment, the filter 3 is regenerated and purified by a continuous regeneration method in which PM is burned with NO 2 during normal driving of the vehicle, and the filter 3 is regenerated and purified by a forced regeneration method in which PM is burned with O 2 as necessary. Is done. The reaction shown in Formula 2 is a PM combustion reaction at a low temperature, and proceeds mainly during regeneration control by the continuous regeneration system. Moreover, the reaction shown in Formula 3 is a PM combustion reaction at a high temperature, and proceeds mainly during regeneration control by the forced regeneration method.

[1−3.SCR装置]
SCR装置4は、上流側に配置されるSCR触媒5(選択還元触媒)とその下流側に配置されるCUC(Clean Up Catalyst)触媒6とを内蔵する。
SCR触媒5は、尿素添加型の窒素酸化物選択還元触媒であり、上流側から供給されるアンモニアを吸着し、そのアンモニアを還元剤として排気中のNOxを窒素へと還元するものである。SCR触媒5へのアンモニアの吸着量の最大値XMAXは、図2に示すように、SCR触媒5の触媒温度が低温であるほど増大し、高温であるほど減少する。また、触媒温度が所定の脱離温度TA以上(例えば、400℃程度以上)になると、アンモニアの吸着量がほぼ0になる。
[1-3. SCR device]
The SCR device 4 incorporates an SCR catalyst 5 (selective reduction catalyst) disposed on the upstream side and a CUC (Clean Up Catalyst) catalyst 6 disposed on the downstream side thereof.
The SCR catalyst 5 is a urea-added nitrogen oxide selective reduction catalyst that adsorbs ammonia supplied from the upstream side and reduces NOx in the exhaust gas to nitrogen using the ammonia as a reducing agent. As shown in FIG. 2, the maximum value X MAX of the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst 5 increases as the catalyst temperature of the SCR catalyst 5 decreases, and decreases as the temperature increases. Further, the catalyst temperature is above a predetermined desorption temperature T A (e.g., above about 400 ° C.) becomes, the adsorption amount of ammonia becomes substantially zero.

また、SCR触媒5でのNOxの還元反応は、SCR触媒5の触媒温度が所定の活性温度TB以上(例えば、200℃程度以上)であるときに生じ、触媒温度が高温であるほど反応速度が上昇する。なお、尿素の加水分解及びSCR触媒5におけるNOxの還元反応の化学反応式を以下に例示する。
CO(NH2)2 + H2O → 2NH3 + CO2 ・・・(式4)
NO+NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O ・・・(式5)
Further, the reduction reaction of NOx in the SCR catalyst 5, catalyst temperature of SCR catalyst 5 is higher than a predetermined activation temperature T B (e.g., above about 200 ° C.) occurs when a reaction rate higher catalyst temperature is a high temperature Rises. A chemical reaction formula of urea hydrolysis and NOx reduction reaction in the SCR catalyst 5 is illustrated below.
CO (NH 2 ) 2 + H 2 O → 2NH 3 + CO 2 (Formula 4)
NO + NO 2 + 2NH 3 → 2N 2 + 3H 2 O (Formula 5)

CUC触媒6は、SCR触媒5での還元反応における余剰分のアンモニア(スリップNH3)を除去するための酸化触媒である。なお、CUC触媒6におけるアンモニアの酸化反応の化学反応式を以下に例示する。
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O ・・・(式6)
The CUC catalyst 6 is an oxidation catalyst for removing excess ammonia (slip NH 3 ) in the reduction reaction of the SCR catalyst 5. In addition, the chemical reaction formula of the oxidation reaction of ammonia in the CUC catalyst 6 is illustrated below.
4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O (Formula 6)

[2.コントローラ]
エンジン20の混合気の空燃比やシリンダ内での燃焼反応に係る吸入空気量,燃料噴射量,燃料噴射タイミング,点火時期,排気温度等は、コントローラ7〔ECU,Engine (electronic) Control Unit〕によって制御される。コントローラ7は、エンジン20を含む吸排気システムを統括管理する電子制御装置であり、マイクロプロセッサやROM,RAM等を集積したLSIデバイスである。
[2. controller]
The air-fuel ratio of the air-fuel mixture of the engine 20 and the intake air amount, fuel injection amount, fuel injection timing, ignition timing, exhaust temperature, etc. related to the combustion reaction in the cylinder are controlled by a controller 7 [ECU, Engine (electronic) Control Unit]. Be controlled. The controller 7 is an electronic control unit that comprehensively manages the intake / exhaust system including the engine 20, and is an LSI device in which a microprocessor, ROM, RAM, and the like are integrated.

コントローラ7の入力側には、前述の温度センサ8,NOxセンサ9,アクセル開度センサ12,エンジン回転数センサ13,エアフローセンサ14及び車速センサ19が接続されている。また、コントローラ7の出力側には、例えば車室内のインストルパネルに取り付けられた報知装置15(報知手段)が接続されている。報知装置15には、ディスプレイ,ランプ等の表示装置とスピーカ,ブザー等の音響装置とが内蔵されている。   The temperature sensor 8, NOx sensor 9, accelerator opening sensor 12, engine speed sensor 13, air flow sensor 14, and vehicle speed sensor 19 are connected to the input side of the controller 7. Further, for example, a notification device 15 (notification means) attached to an instrument panel in the passenger compartment is connected to the output side of the controller 7. The notification device 15 includes a display device such as a display and a lamp and an acoustic device such as a speaker and a buzzer.

本実施形態では、コントローラ7に実装される機能のうち、主に触媒制御に係るNOxセンサ9の診断制御機能について説明する。NOxセンサ9の診断制御とは、NOxセンサ9に故障が生じていないかどうかをNOxセンサ9の検出値から診断し、故障のおそれがある場合には乗員にその旨の報知を行う制御である。   In the present embodiment, a diagnosis control function of the NOx sensor 9 mainly relating to catalyst control will be described among the functions implemented in the controller 7. The diagnostic control of the NOx sensor 9 is a control for diagnosing whether or not the NOx sensor 9 has failed from the detected value of the NOx sensor 9 and notifying the passenger when there is a possibility of failure. .

図1に示すように、NOxセンサ9は排気通路16の最下流側に設けられているため、NOxセンサ9の検出値に基づく故障診断では、その上流側に配置されるDPF装置1やSCR装置4の故障と切り分けて判断することが要求される。本実施形態のコントローラ7は、このような故障の原因を特定してNOxセンサ9の故障を他の故障と区別するための機能を備えている。   As shown in FIG. 1, since the NOx sensor 9 is provided on the most downstream side of the exhaust passage 16, in the failure diagnosis based on the detection value of the NOx sensor 9, the DPF device 1 and the SCR device arranged on the upstream side thereof. It is required to make a judgment by separating it from the four failures. The controller 7 of this embodiment has a function for identifying the cause of such a failure and distinguishing the failure of the NOx sensor 9 from other failures.

[3.コントローラの機能]
コントローラ7の内部にソフトウェア又はハードウェア回路としてプログラミングされている機能を、図1中に模式的に示す。なお、ソフトウェアとする場合には、そのソフトウェアを図示しないメモリや記憶装置に記録し、図示しないCPU(Central Processing Unit,中央処理装置)に随時読み込むことによって以下に説明する機能を実現する。
[3. Controller functions]
Functions programmed as software or hardware circuits inside the controller 7 are schematically shown in FIG. In the case of software, the function described below is realized by recording the software in a memory or storage device (not shown) and reading it to a CPU (Central Processing Unit) (not shown) as needed.

コントローラ7には、触媒温度検出部7a,エンジン排出NOx量推定部7b,アンモニア吸着量演算部7c,アイドル運転状態検出部7d及び故障判定部7eが設けられる。
触媒温度検出部7a(触媒温度検出手段)は、温度センサ8で検出された排気温度T1に基づき、SCR触媒5の触媒温度TCを推定して検出するものである。触媒温度検出部7aは排気温度T1及びその時間変化勾配や、予め記憶されているSCR触媒5の熱容量,温度特性等を用いて、触媒温度TCを演算する。
The controller 7 is provided with a catalyst temperature detection unit 7a, an engine exhaust NOx amount estimation unit 7b, an ammonia adsorption amount calculation unit 7c, an idle operation state detection unit 7d, and a failure determination unit 7e.
Catalyst temperature detecting section 7a (catalyst temperature detection means), based on the exhaust temperatures T 1 detected by the temperature sensor 8 is for detecting and estimating the catalyst temperature T C of the SCR catalyst 5. The catalyst temperature detector 7a calculates the catalyst temperature T C using the exhaust temperature T 1 and its time variation gradient, the heat capacity, temperature characteristics, etc. of the SCR catalyst 5 stored in advance.

なお、触媒温度TCの演算手法はこれに限られない。例えば、SCR触媒5の下流側の温度を用いてもよいし、あるいはこれらの両方を用いて演算してもよい。また、SCR触媒5の表面温度を直接的に検出することとしてもよい。触媒温度TCは、SCR触媒5が活性温度TBに達しているか否かを判定する際に用いられるほか、SCR触媒5に吸着されているアンモニア量の推定演算に用いられる。 The method for calculating the catalyst temperature T C is not limited to this. For example, the temperature on the downstream side of the SCR catalyst 5 may be used, or calculation may be performed using both of them. Alternatively, the surface temperature of the SCR catalyst 5 may be detected directly. The catalyst temperature T C is used for determining whether or not the SCR catalyst 5 has reached the activation temperature T B , and is used for estimating the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst 5.

エンジン排出NOx量推定部7bは、エンジン20から排出された直後の排気中に含まれるNOx量(すなわち、エンジンアウトNOx量)を推定演算するものである。図3に示すように、エンジン排出NOx量推定部7bには、エンジン20の運転状態とその時にエンジン20から排出されるNOx量(NOx濃度)との対応関係が記述されたマップが記憶されている。エンジン排出NOx量推定部7bは、このマップとエアフローセンサで検出された吸気量Q,アクセル開度センサ12で検出されたアクセル開度θAC及びエンジン回転数センサ13で検出されたエンジン回転数Nに基づき、エンジンアウトNOx量を演算する。 The engine exhaust NOx amount estimation unit 7b estimates and calculates the NOx amount (that is, the engine out NOx amount) contained in the exhaust immediately after being exhausted from the engine 20. As shown in FIG. 3, the engine exhaust NOx amount estimation unit 7b stores a map that describes the correspondence between the operating state of the engine 20 and the NOx amount (NOx concentration) exhausted from the engine 20 at that time. Yes. Engine exhaust NOx amount estimating section 7b is detected by the map and the air flow sensor intake air quantity Q, the engine rotational speed detected by the accelerator opening theta AC and the engine speed sensor 13 detected by the accelerator opening sensor 12 N Based on e , the engine-out NOx amount is calculated.

なお、エンジンアウトNOx量は、エンジン20に作用する負荷が大きいほど(エンジン20で発生するトルクが大きいほど)増加する傾向にある。また、図3中に破線で示すように、運転状態をエンジン回転数Nの大きさに応じて便宜的に三つの領域に分割すると、低回転領域及び高回転領域の運転状態では、その中間の中回転領域の運転状態よりも排気中のNOx濃度が増大する傾向が見られる。このような傾向は、エンジン20に作用する負荷が大きいほど顕著となる。 The engine out NOx amount tends to increase as the load acting on the engine 20 increases (the torque generated by the engine 20 increases). Further, as shown by the dashed line in FIG. 3, when conveniently divided into three regions according to the operating state to the magnitude of the engine speed N e, in the operating state of low rotation region and the high rotation speed region, the middle There is a tendency for the NOx concentration in the exhaust to increase compared to the operating state in the middle rotation region. Such a tendency becomes more prominent as the load acting on the engine 20 is larger.

アンモニア吸着量演算部7c(吸着量演算手段)は、SCR触媒5に吸着されているアンモニアの吸着量Xを演算するものである。ここでは、インジェクタ11から尿素水が噴射されたときに、アンモニアがSCR触媒5上に十分に吸着されたものとして、アンモニアの吸着量Xを演算する。   The ammonia adsorption amount calculation unit 7c (adsorption amount calculation means) calculates the adsorption amount X of ammonia adsorbed on the SCR catalyst 5. Here, the ammonia adsorption amount X is calculated on the assumption that ammonia is sufficiently adsorbed on the SCR catalyst 5 when urea water is injected from the injector 11.

アンモニアの吸着量Xの最大値XMAXは、図2に示すように触媒温度TCに依存する。したがって、インジェクタ11から尿素水が噴射されたときの触媒温度TCからその時点での吸着量Xが演算される。なお、インジェクタ11から尿素水を噴射する際にSCR触媒5上に吸着しておくべきアンモニアの目標吸着量は、その時点での触媒温度TC毎に求められる最大値XMAXとする。 The maximum value X MAX of the ammonia adsorption amount X depends on the catalyst temperature T C as shown in FIG. Therefore, the adsorption amount X at that time is calculated from the catalyst temperature T C when urea water is injected from the injector 11. Note that the target adsorption amount of ammonia that should be adsorbed on the SCR catalyst 5 when urea water is injected from the injector 11 is the maximum value X MAX obtained for each catalyst temperature T C at that time.

アンモニア吸着量演算部7c、エンジン排出NOx量推定部7bで演算されたエンジンアウトNOx量を全て還元するのに要する量のアンモニアがSCR触媒5上で消費されたものとして消費分のアンモニア量をその時点の吸着量Xから減算し、アンモニアの吸着量Xを更新する。これにより、インジェクタ11から尿素水が噴射されていないときには、SCR触媒5上のアンモニアの吸着量Xが徐々に減少する。   Assuming that the amount of ammonia required to reduce all of the engine-out NOx amount calculated by the ammonia adsorption amount calculation unit 7c and the engine exhaust NOx amount estimation unit 7b has been consumed on the SCR catalyst 5, The ammonia adsorption amount X is updated by subtracting the adsorption amount X at the time. Thereby, when urea water is not injected from the injector 11, the ammonia adsorption amount X on the SCR catalyst 5 gradually decreases.

また、触媒温度TCの低下により最大値XMAXがその時点の吸着量Xよりも小さくなった場合には、吸着量Xがそのときの最大値XMAXに更新される。この場合、吸着されていたアンモニアの一部が下流側にスリップしたことになる。なお、スリップしたアンモニアは、CUC触媒6で浄化される。 When the maximum value X MAX becomes smaller than the adsorption amount X at that time due to the decrease in the catalyst temperature T C , the adsorption amount X is updated to the maximum value X MAX at that time. In this case, a part of the adsorbed ammonia slips downstream. Note that the slipped ammonia is purified by the CUC catalyst 6.

なお、吸着量Xが予め設定された最小値XMIN未満になった場合には、アンモニア吸着量演算部7cがコントローラ7中の図示しないユリア噴射制御部等に制御信号を出力し、インジェクタ11に尿素水を噴射させるようになっている。上記の最小値XMINは、固定値として設定された値であってもよいし、あるいはエンジン20の運転状態や触媒温度TCに応じてその都度設定されるものとしてもよい。 When the adsorption amount X becomes less than the preset minimum value X MIN , the ammonia adsorption amount calculation unit 7c outputs a control signal to a urea injection control unit (not shown) in the controller 7 and the like to the injector 11. Urea water is injected. The minimum value X MIN may be a value set as a fixed value, or may be set each time according to the operating state of the engine 20 and the catalyst temperature T C.

したがって、図4に示すように、吸着量Xは最小値XMINから最大値XMAXまでの間でおおむね減少方向に変動し、アンモニアが不足しそうになると尿素水の供給により最大値XMAXまで補充される。換言すれば、アンモニアの吸着量Xは、触媒温度TCによって規定される縦軸方向の変動幅の範囲内で、アンモニアの消費速度に応じて周期的に変動する。 Therefore, as shown in FIG. 4, the adsorption amount X varies in a generally decreasing direction between the minimum value X MIN and the maximum value X MAX , and when ammonia is almost insufficient, it is replenished to the maximum value X MAX by supplying urea water. Is done. In other words, the ammonia adsorption amount X periodically varies according to the consumption rate of ammonia within the range of the fluctuation range in the vertical axis direction defined by the catalyst temperature T C.

アイドル運転状態検出部7d(状態検出手段)は、エンジン20のアイドル運転状態を検出するものである。アイドル運転状態とは、エンジン20のアイドル回転が所定時間(例えば、0.1〜数秒程度)以上継続した状態である。また、エンジン20のアイドル回転は車速V及びアクセル開度θACに基づいて判定される。例えば、車速Vがほぼ0[Km/h]であり、かつ、アクセルペダルの踏み込み操作がない場合に、エンジン20がアイドル回転であると判定する。 The idle operation state detection unit 7d (state detection means) detects the idle operation state of the engine 20. The idle operation state is a state in which the idle rotation of the engine 20 continues for a predetermined time (for example, about 0.1 to several seconds) or more. Further, the idle rotation of the engine 20 is determined based on the vehicle speed V and the accelerator opening θ AC . For example, when the vehicle speed V is approximately 0 [Km / h] and the accelerator pedal is not depressed, it is determined that the engine 20 is idling.

故障判定部7e(判定手段)は、所定の故障判定条件に基づいてNOxセンサ9の故障を判定するものである。ここでは、以下の条件が全て成立したときに、NOxセンサ9が故障したと判定し、報知装置15を制御して故障を乗員に報知する。
〔条件A〕エンジン20がアイドル運転状態である
〔条件B〕SCR触媒5の触媒温度TCが活性温度TB以上、脱離温度TA未満である
〔条件C〕NOxセンサ9で検出されたNOxの濃度C1が所定濃度C0未満である
〔条件D〕吸着量Xが所定吸着量X0以上である
The failure determination unit 7e (determination means) determines a failure of the NOx sensor 9 based on a predetermined failure determination condition. Here, when all of the following conditions are satisfied, it is determined that the NOx sensor 9 has failed, and the notification device 15 is controlled to notify the passenger of the failure.
[Condition A] The engine 20 is in an idling state. [Condition B] The catalyst temperature T C of the SCR catalyst 5 is equal to or higher than the activation temperature T B and lower than the desorption temperature T A [Condition C] detected by the NOx sensor 9 NOx concentration C 1 is less than predetermined concentration C 0 [Condition D] Adsorption amount X is greater than or equal to predetermined adsorption amount X 0

上記の条件Cに係る所定濃度C0とは、0又は0に近い微小な値である。具体的な値はNOxセンサ9の性能やエンジン20の種類,排気通路16の構造等によって異なるが、例えば0〜100[ppm]程度の範囲内で設定することが考えられる。
また、上記の条件Dに係る所定吸着量X0とは、0以上最小値XMIN未満の任意の値とする。本実施形態では吸着量Xが少なくなると自動的にインジェクタ11から尿素水が供給されてアンモニアが補充されるため、SCR触媒5上にはアンモニアが常に吸着された状態となる。したがって、吸着量Xは最小値XMIN未満にならず、上記の条件Dが常時成立する。
The predetermined density C 0 according to the above condition C is 0 or a minute value close to 0. The specific value varies depending on the performance of the NOx sensor 9, the type of the engine 20, the structure of the exhaust passage 16, etc., but may be set within a range of, for example, about 0 to 100 [ppm].
Further, the predetermined adsorption amount X 0 according to the above condition D is an arbitrary value not less than 0 and less than the minimum value X MIN . In this embodiment, when the adsorption amount X decreases, urea water is automatically supplied from the injector 11 and ammonia is replenished, so that ammonia is always adsorbed on the SCR catalyst 5. Therefore, the adsorption amount X does not become less than the minimum value XMIN , and the above condition D is always satisfied.

また、図1に示すように、故障判定部7eは誤差演算部7fを有している。誤差演算部7f(誤差演算手段)は、上記の故障判定条件に基づいてNOxセンサ9が故障したと判定された場合に、その故障の度合いを判定するものである。すなわち誤差演算部7fは、故障判定部7eでNOxセンサ9が故障したと判定されると、NOxセンサ9で検出されたNOxの濃度C1と所定濃度C0との差ΔC(=C1−C0)を周期的に演算し、差ΔCに基づいて故障の度合いを判定する。 Moreover, as shown in FIG. 1, the failure determination part 7e has the error calculating part 7f. The error calculation unit 7f (error calculation means) determines the degree of failure when it is determined that the NOx sensor 9 has failed based on the above failure determination condition. That is, when the failure determination unit 7e determines that the NOx sensor 9 has failed, the error calculation unit 7f determines the difference ΔC (= C 1 − between the NOx concentration C 1 detected by the NOx sensor 9 and the predetermined concentration C 0. C 0 ) is periodically calculated, and the degree of failure is determined based on the difference ΔC.

例えば、差ΔCが常に所定値以上である場合には、NOxセンサ9に確実に故障が生じているものと判定する。また、差ΔCが常に所定値未満である場合には、NOxセンサ9に故障の兆候が見られるものと判定する。さらに、差ΔCが0である状態と所定値以上になる状態とが交互に繰り返されるような場合には、NOxセンサ9に何らかの一時的な障害(接触不良等)が生じている可能性もあると判定する。   For example, if the difference ΔC is always greater than or equal to a predetermined value, it is determined that the NOx sensor 9 has definitely failed. If the difference ΔC is always less than the predetermined value, it is determined that the NOx sensor 9 has a sign of failure. Further, when the state where the difference ΔC is 0 and the state where the difference ΔC is equal to or greater than a predetermined value are alternately repeated, there is a possibility that the NOx sensor 9 has some kind of temporary failure (such as poor contact). Is determined.

[4.フローチャート]
図5は、排気浄化装置10における制御の一例を説明するためのフローチャートである。このフローは、コントローラ7の内部で繰り返し実施されている。
ステップA10では、温度センサ8で検出された排気温度T1がコントローラ7に入力され、触媒温度検出部7aにおいてSCR触媒5の触媒温度TCが演算される。また、ステップA20では、故障判定部7eにおいて、前ステップで演算された触媒温度TCが活性温度TB以上であり、アンモニアの脱離温度TA未満であるか否かが判定される。つまりここでは、上記の条件Bが判定される。
[4. flowchart]
FIG. 5 is a flowchart for explaining an example of the control in the exhaust emission control device 10. This flow is repeatedly performed inside the controller 7.
In step A10, the exhaust temperatures T 1 detected by the temperature sensor 8 is inputted to the controller 7, the catalyst temperature T C of the SCR catalyst 5 in the catalyst temperature detector 7a is calculated. In Step A20, the failure determination unit 7e determines whether the catalyst temperature T C calculated in the previous step is equal to or higher than the activation temperature T B and lower than the ammonia desorption temperature T A. That is, here, the condition B is determined.

ここで、TB≦TC<TAである場合にはステップA30へ進み、故障の判定が継続される。一方、TC<TB、又は、TA≦TCである場合には、正確な故障判定が望めない状態であるとみなして本フローを終了する。なおこの場合であっても本フローは繰り返し実施されるため、次の周期で再び触媒温度TCが判定されることになり、ステップA20の条件が成立するとステップA30へ進む。 Here, if T B ≦ T C <T A , the process proceeds to step A30, and the failure determination is continued. On the other hand, if T C <T B , or T A ≦ T C , this flow is terminated assuming that an accurate failure determination cannot be expected. Note for this flow is repeated even in this case, the re-catalyst temperature T C in the next cycle is determined, the process proceeds to step A30 if the condition of step A20 is established.

ステップA30では、エンジン排出NOx量推定部7bにおいて、図3に示すマップに基づいてエンジンアウトNOx量が推定される。なお、エンジン20がアイドル運転状態は、図3中の左下側(低回転領域の下方)に対応するため、他の運転状態と比較してエンジンアウトNOx量は小さい。   In step A30, the engine exhaust NOx amount estimation unit 7b estimates the engine out NOx amount based on the map shown in FIG. In addition, since the engine 20 corresponds to the lower left side (below the low rotation region) in FIG. 3, the engine out NOx amount is small as compared with other operation states when the engine 20 is in the idle operation state.

ステップA40では、アンモニア吸着量演算部7cにおいて、SCR触媒5に吸着されているアンモニアの吸着量Xが演算される。ここでは、この時点までの吸着量Xから、エンジンアウトNOx量に対応するアンモニア量が減算されて更新される。NOx量に対応するアンモニア量は、例えば上記の式5から求めることができる。また、このステップで得られる吸着量Xは、図4に示すように、エンジン20の運転状態に応じて時間経過とともに変化する。   In Step A40, the ammonia adsorption amount calculation unit 7c calculates the adsorption amount X of ammonia adsorbed on the SCR catalyst 5. Here, the ammonia amount corresponding to the engine-out NOx amount is subtracted from the adsorption amount X up to this point and updated. The ammonia amount corresponding to the NOx amount can be obtained from, for example, the above equation 5. Further, the adsorption amount X obtained in this step varies with time according to the operating state of the engine 20, as shown in FIG.

ステップA50では、アンモニア吸着量演算部7cにおいて、触媒温度TCに応じたアンモニアの目標吸着量XMAXが設定される。続くステップA60では、更新後の吸着量Xが最小値XMIN未満であるか否かが判定される。ここで、X<XMINである場合には吸着量Xが不足しつつあるとみなしてステップA70へ進む。 In step A50, the ammonia adsorption amount calculating section 7c, the target adsorption amount X MAX ammonia according to the catalyst temperature T C is set. In subsequent step A60, it is determined whether or not the updated adsorption amount X is less than the minimum value XMIN . Here, if X <X MIN, it is considered that the adsorption amount X is becoming insufficient, and the process proceeds to step A70.

ステップA70では、例えばユリア噴射制御部において、アンモニアの吸着量Xが目標吸着量XMAXに一致するようにインジェクタ11が制御され、尿素水がSCR触媒5の上流側の排気通路16に噴霧供給される。これにより、SCR触媒5におけるアンモニアの吸着量Xが補充され、ステップA90へ進む。
また、ステップA60の判定結果がX≧XMINであった場合には、十分な吸着量Xが確保されているとみなされてステップA90へ進む。したがって、ステップA60の判定結果に関わらず、ステップA90の時点で上記の条件Dが成立する。
In step A70, for example in the urea injection control unit, the injector 11 is controlled so adsorbed amount X of ammonia equal to the target adsorption amount X MAX, urea water is sprayed supplied to the exhaust passage 16 upstream of the SCR catalyst 5 The Thereby, the ammonia adsorption amount X in the SCR catalyst 5 is supplemented, and the process proceeds to Step A90.
If the determination result in step A60 is X ≧ XMIN , it is considered that a sufficient adsorption amount X is secured, and the process proceeds to step A90. Therefore, regardless of the determination result of step A60, the above condition D is satisfied at the time of step A90.

ステップA90では、アイドル運転状態検出部7dにおいて、エンジン20の運転状態が検出される。ここでは、アクセル開度θAC及び車速Vに基づいて運転状態が判断される。続くステップA100では、故障判定部7eにおいて、エンジン20運転状態がアイドル運転状態であるか否かが判定される。つまりここでは、上記の条件Aが判定され、これが成立する場合にはステップA110に進む。一方、成立しない場合には、正確な故障判定が望めない状態であるとみなして本フローを終了する。 In step A90, the operating state of the engine 20 is detected by the idle operating state detection unit 7d. Here, the operating state is determined based on the accelerator opening degree θ AC and the vehicle speed V. In subsequent step A100, the failure determination unit 7e determines whether or not the engine 20 operation state is an idle operation state. That is, here, the above condition A is determined, and if this is satisfied, the process proceeds to step A110. On the other hand, if not established, this flow is terminated assuming that an accurate failure determination cannot be expected.

ステップA110では、NOxセンサ9で検出された濃度C1がコントローラ7に入力される。続くステップA120では、故障判定部7eにおいて、NOxの濃度C1が所定濃度C0未満であるか否かが判定される。ここで、C1<C0である場合にはステップA130に進み、NOxセンサ9は故障していない(正常である)と判定される。 In step A <b> 110, the concentration C 1 detected by the NOx sensor 9 is input to the controller 7. In step A 120, the failure determination section 7e, the concentration C 1 of the NOx is equal to or less than the predetermined concentration C 0 is determined. Here, if C 1 <C 0 , the process proceeds to step A130, where it is determined that the NOx sensor 9 is not broken (normal).

なお、ステップA110以降のフローは、排気流量や排気温度が安定しているアイドル運転状態で実行される。また、NOxの還元反応には、SCR触媒5に十分に吸着されているアンモニアが用いられる。これにより、SCR触媒5でのNOxの浄化率が向上し、NOxセンサ9が故障していない限り、検出されるNOxの濃度C1は所定濃度C0未満となる。
一方、C1≧C0である場合にはステップA140に進み、NOxセンサ9は故障している可能性があるものと判定される。このとき、誤差演算部7fでは、NOxの濃度C1と所定濃度C0との差ΔCが演算される。
Note that the flow after step A110 is executed in an idle operation state in which the exhaust flow rate and the exhaust temperature are stable. In addition, ammonia that is sufficiently adsorbed by the SCR catalyst 5 is used for the NOx reduction reaction. As a result, the NOx purification rate in the SCR catalyst 5 is improved, and the detected NOx concentration C 1 is less than the predetermined concentration C 0 unless the NOx sensor 9 has failed.
On the other hand, if C 1 ≧ C 0 , the process proceeds to step A140, where it is determined that the NOx sensor 9 may have failed. At this time, the error calculator 7f calculates the difference ΔC between the NOx concentration C 1 and the predetermined concentration C 0 .

続くステップA150では、コントローラ7により報知装置15が制御され、NOxセンサ9の故障を検知したことがディスプレイ,ランプ等の表示装置に表示される。また、スピーカ,ブザー等の音響装置からは乗員にNOxセンサ9の交換,メンテナンスを促すアナウンスや警告音が発せられる。
なお、誤差演算部7fでは、NOxセンサ9の故障が検知されている間に演算される差ΔCに基づき、故障の度合いが判定される。ここで判定された故障の度合いについても表示装置に表示され、音響装置から報知される。
In the subsequent step A150, the notification device 15 is controlled by the controller 7, and the fact that the failure of the NOx sensor 9 has been detected is displayed on a display device such as a display or a lamp. In addition, an acoustic device such as a speaker or a buzzer issues an announcement or warning sound that prompts the passenger to replace or maintain the NOx sensor 9.
Note that the error calculation unit 7f determines the degree of failure based on the difference ΔC calculated while the failure of the NOx sensor 9 is detected. The degree of failure determined here is also displayed on the display device and notified from the acoustic device.

[5.効果]
図6(a)は、本吸排気システムを搭載した車両の走行試験時におけるエンジン回転数の経時変動を示し、図6(b)はエンジンアウトNOxの演算値及びNOxセンサ9で検出されたNOxの濃度C1の経時変動を示すグラフである。
[5. effect]
FIG. 6A shows the change over time in the engine speed during a running test of a vehicle equipped with this intake / exhaust system, and FIG. 6B shows the calculated value of the engine out NOx and the NOx detected by the NOx sensor 9. is a graph showing the time variation of the concentration C 1 of.

図6(a)に示すエンジン回転数Nの最小値Ne1はエンジン20のアイドル回転時の回転数である。つまり、時刻t1〜t2間,時刻t3〜t4間,時刻t5〜t6間といったエンジン回転数Nの変動がない期間は車両が一時停止や信号待ちをした期間であり、ほぼアイドル運転状態に対応する。 The minimum value N e1 of the engine speed N e shown in FIG. 6A is the engine speed during idling of the engine 20. In other words, between time t 1 ~t 2, between time t 3 ~t 4, period no fluctuation of the engine speed N e such between time t 5 ~t 6 is a period during which the vehicle is temporarily stopped or signal wait, Corresponds to almost idle state.

図6(b)を参照すると、エンジン回転数Nがアイドル回転となった後にもエンジンアウトNOxが継続的に検出されている。一方、NOxセンサ9が検出したNOxの濃度C1は、エンジン回転数Nがアイドル回転となった時点の直後から急激に低下し、ほぼ全てのNOxが浄化されていることが読みとれる。
つまり、アイドル運転状態(エンジン回転数Nがアイドル回転のまま所定時間維持された状態)では排気流量,排気温度,触媒温度が全て低く安定した状態となるため、SCR触媒5内にアンモニアが吸着されていれば、そのアンモニアがNOxの還元反応に効率的に消費され、ほぼ100%に近いNOx浄化率が得られる。
Referring to FIG. 6 (b), the engine-out NOx is continuously detected even after the engine speed Ne is idle. On the other hand, the NOx concentration C 1 detected by the NOx sensor 9 rapidly decreases immediately after the engine rotation speed Ne becomes idle rotation, and it can be read that almost all NOx is purified.
In other words, the exhaust flow rate, the exhaust temperature, and the catalyst temperature are all low and stable in the idle operation state (the state where the engine speed Ne is maintained at the idle rotation for a predetermined time), so that ammonia is adsorbed in the SCR catalyst 5. If so, the ammonia is efficiently consumed in the reduction reaction of NOx, and a NOx purification rate close to 100% can be obtained.

したがって、このような条件下でNOxセンサ9の検出値を参照することで、排気通路16上に設けられたSCR装置4やエンジン20の故障と、NOxセンサ9の故障とを正確に区別することが可能となり、NOxセンサ9の故障を特定することができる。またこれにより、NOxセンサ9で検出されるNOx濃度の値の信頼性を向上させることができ、より正確な制御が可能となる。   Therefore, by referring to the detected value of the NOx sensor 9 under such conditions, the failure of the SCR device 4 and the engine 20 provided on the exhaust passage 16 and the failure of the NOx sensor 9 can be accurately distinguished. Thus, the failure of the NOx sensor 9 can be specified. Thereby, the reliability of the value of the NOx concentration detected by the NOx sensor 9 can be improved, and more accurate control is possible.

さらに、故障判定を実施するための条件の判定は、簡素な構成で実現でき、従来の吸排気システムへの適用が容易であるというメリットがある。加えて、NOxセンサ9の故障を判断できることから、尿素水の品質の誤認識を防止することも可能となる。また、尿素水の品質管理のためのセンサとしてユリア識別センサを使用していたような従来のSCRシステムと比較すると、上記のシステムではユリア識別センサの代わりに汎用性の高いNOxセンサ9を使用することが可能である。したがって、システム全体のコストを低減させることができる。   Furthermore, the determination of the conditions for performing the failure determination can be realized with a simple configuration, and there is an advantage that it can be easily applied to a conventional intake / exhaust system. In addition, since the failure of the NOx sensor 9 can be determined, it is possible to prevent erroneous recognition of the quality of the urea water. Compared with a conventional SCR system that uses a urea identification sensor as a quality control sensor for urea water, the above system uses a highly versatile NOx sensor 9 instead of the urea identification sensor. It is possible. Therefore, the cost of the entire system can be reduced.

また、上記の排気浄化装置10では、安定したエンジン20の運転状態下でNOxの浄化率が向上するという特性を利用して、NOxセンサ9の検出値が適切であるか否かを判定している。つまり、NOxセンサ9の検出値が適切であるか否かを確実に判定するための条件(故障判定条件)として、NOxセンサ9以外の要素によってもたらされる外乱要素を極力排除することができ、精度良くNOxセンサ9の故障を特定することができる。   Further, the exhaust purification device 10 described above determines whether or not the detected value of the NOx sensor 9 is appropriate using the characteristic that the NOx purification rate is improved under the stable operating state of the engine 20. Yes. That is, as a condition (failure determination condition) for reliably determining whether or not the detection value of the NOx sensor 9 is appropriate, disturbance elements caused by elements other than the NOx sensor 9 can be eliminated as much as possible. The failure of the NOx sensor 9 can be identified well.

また、上記の排気浄化装置10は、アイドル運転状態検出部7dでアイドル運転状態の判定条件を判定している。これにより、NOxの浄化率が向上する状態を正確に把握することが可能となり、NOxセンサ9の故障判定の精度をさらに高めることができる。特に、アイドル運転状態検出部7dでは、エンジン20のアイドル回転が所定時間以上継続しなければアイドル運転状態であるとは判定されないため、図6(b)に示す時刻t1,t3,t5の直後の、まだNOxの濃度C1が下がりきっていない状態で故障判定が行われるようなことがない。したがって、故障判定の精度を向上させることができる。 In the exhaust emission control device 10 described above, the idle operation state detection unit 7d determines the determination condition for the idle operation state. As a result, it is possible to accurately grasp the state in which the NOx purification rate is improved, and the accuracy of the failure determination of the NOx sensor 9 can be further increased. In particular, the idle operation state detection unit 7d does not determine that the engine 20 is in the idle operation state unless the idle rotation of the engine 20 continues for a predetermined time or more, so the times t 1 , t 3 , t 5 shown in FIG. of, the failure determination in a state where not completely still lower the concentration C 1 of the NOx is not as performed immediately after. Therefore, the accuracy of failure determination can be improved.

さらに、NOxセンサ9が故障したと判定されたときには、その旨が報知装置15から乗員に報知されるため、NOxセンサ9の交換や整備等のメンテナンスを促すことができ、車両の吸排気システムを健全な状態としやすくすることができる。
また、上記の排気浄化装置10は、単にNOxセンサ9の故障の有無を判定するだけでなく、NOxセンサ9の故障が判定されたときに、誤差演算部7fでNOxセンサ9の検出値と所定値との差ΔCを演算して、故障の度合いを判定している。これにより、NOxセンサ9の故障が確実なものであるのか、それとも故障の兆候を示すものであるのかを推定することが可能となる。
Further, when it is determined that the NOx sensor 9 has failed, the notification device 15 informs the occupant accordingly, so that maintenance such as replacement or maintenance of the NOx sensor 9 can be urged, and the vehicle intake / exhaust system can be It can make it easy to be in a healthy state.
Further, the exhaust gas purification device 10 not only determines whether or not the NOx sensor 9 has failed, but when the NOx sensor 9 has been determined to be defective, the error calculation unit 7f uses the detected value of the NOx sensor 9 and a predetermined value. The degree of failure is determined by calculating a difference ΔC from the value. As a result, it is possible to estimate whether the failure of the NOx sensor 9 is reliable or indicates a sign of failure.

[6.変形例]
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
[6. Modified example]
Regardless of the embodiment described above, various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Each structure of this embodiment can be selected as needed, or may be combined appropriately.

上述の実施形態では、四種類の故障判定条件のうち、条件Dが常時成立する制御となっているが、具体的な制御態様は車両の種類や吸排気システムの種類に応じて適宜変更することができる。例えば、吸着量Xが少なくなったとしても必ずしも自動的にアンモニアが補充されない制御が実施される吸排気システムにおいては、NOxセンサ9の故障判定を実施する前に条件Dを判定することが考えられる。この場合、図5中のステップA120よりも前の工程で条件Dを判定するステップを設ければよい。   In the above-described embodiment, the control is such that the condition D is always satisfied among the four types of failure determination conditions. However, the specific control mode is appropriately changed according to the type of vehicle and the type of intake / exhaust system. Can do. For example, in an intake / exhaust system in which control is not performed so that ammonia is not automatically replenished even when the adsorption amount X decreases, it is conceivable to determine the condition D before performing the failure determination of the NOx sensor 9. . In this case, a step of determining the condition D in a process prior to step A120 in FIG.

また、上述の実施形態では、吸気通路17に設けられたエアフローセンサ14を用いて吸気量Qを検出し、これをエンジンアウトNOx量の推定に用いているが、これの代わりに排気通路上に排気流量センサを設けてもよいし、その他のパラメータを用いてこれに対応する値を演算する構成としてもよい。同様に、エンジン20に作用する負荷に関しても、トルクセンサ等を用いて検出することとしてもよい。
また、上述の実施形態では、車速V及びアクセル開度θACに基づいてエンジン20のアイドル運転状態を検出するものを例示したが、エンジン20の具体的な運転状態の判定手法に関してもこれに限定されない。
In the above-described embodiment, the air flow sensor 14 provided in the intake passage 17 is used to detect the intake air amount Q, and this is used to estimate the engine out NOx amount. An exhaust flow sensor may be provided, or a value corresponding to this may be calculated using other parameters. Similarly, the load acting on the engine 20 may be detected using a torque sensor or the like.
Further, in the above-described embodiment, an example in which the idle operation state of the engine 20 is detected based on the vehicle speed V and the accelerator opening θ AC is illustrated, but the specific operation state determination method of the engine 20 is also limited to this. Not.

なお、上述の実施形態の排気浄化装置10は、DPF装置1及びSCR装置4を排気通路16上に直列配置したものを例示したが、少なくともSCR触媒4及びNOxセンサ9を備えた吸排気システムであれば上記の技術効果を奏する装置を実現することが可能である。
また、上述の実施形態ではディーゼルエンジンの排気系に本発明を適用したものが例示したが、ガソリンエンジンの排気系への適用も可能である。
The exhaust purification device 10 of the above-described embodiment is exemplified by the DPF device 1 and the SCR device 4 arranged in series on the exhaust passage 16, but is an intake / exhaust system including at least the SCR catalyst 4 and the NOx sensor 9. If there is, it is possible to realize a device that exhibits the above technical effects.
Moreover, although what applied this invention to the exhaust system of the diesel engine illustrated in the above-mentioned embodiment, the application to the exhaust system of a gasoline engine is also possible.

1 DPF装置
2 DOC触媒
3 フィルタ
4 SCR装置
5 SCR触媒
6 CUC触媒
7 コントローラ
7a 触媒温度検出部(触媒温度検出手段)
7b エンジン排出NOx量推定部
7c アンモニア吸着量演算部(吸着量演算手段)
7d アイドル運転状態検出部(状態検出手段)
7e 故障判定部(判定手段)
7f 誤差演算部(誤差演算手段)
8 温度センサ
9 NOxセンサ(排気センサ)
10 排気浄化装置
11 インジェクタ
12 アクセル開度センサ
13 エンジン回転数センサ
14 エアフローセンサ
15 報知装置(報知手段)
16 排気通路
17 吸気通路
18 ターボチャージャー
19 車速センサ
20 エンジン
21 クランクシャフト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DPF apparatus 2 DOC catalyst 3 Filter 4 SCR apparatus 5 SCR catalyst 6 CUC catalyst 7 Controller 7a Catalyst temperature detection part (catalyst temperature detection means)
7b Engine exhaust NOx amount estimation unit 7c Ammonia adsorption amount calculation unit (adsorption amount calculation means)
7d Idle operation state detection unit (state detection means)
7e Failure determination unit (determination means)
7f Error calculation unit (error calculation means)
8 Temperature sensor 9 NOx sensor (exhaust sensor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Exhaust gas purification apparatus 11 Injector 12 Accelerator opening degree sensor 13 Engine speed sensor 14 Airflow sensor 15 Notification apparatus (notification means)
16 Exhaust passage 17 Intake passage 18 Turbocharger 19 Vehicle speed sensor 20 Engine 21 Crankshaft

Claims (5)

車両に搭載されたエンジンの排気通路に設けられ、アンモニアを吸着するとともに前記アンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を還元する選択還元触媒と、
前記選択還元触媒の触媒温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記選択還元触媒に吸着されている前記アンモニアの吸着量を演算する吸着量演算手段と、
前記エンジンのアイドル運転状態を検出する状態検出手段と、
前記選択還元触媒よりも前記排気通路の下流側に設けられ、排気中に含まれる窒素酸化物濃度を検出する排気センサと、
前記エンジンが前記アイドル運転状態であるときの前記触媒温度,前記吸着量及び前記窒素酸化物濃度に基づき、前記排気センサの故障の有無を判定する判定手段と、を備えた
ことを特徴とする排気浄化装置。
A selective reduction catalyst that is provided in an exhaust passage of an engine mounted on a vehicle and that adsorbs ammonia and reduces nitrogen oxide in exhaust using the ammonia as a reducing agent;
Catalyst temperature detecting means for detecting a catalyst temperature of the selective reduction catalyst;
An adsorption amount calculating means for calculating an adsorption amount of the ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst;
State detecting means for detecting an idle operation state of the engine;
An exhaust sensor that is provided downstream of the selective reduction catalyst in the exhaust passage and detects the concentration of nitrogen oxides contained in the exhaust;
Exhaust gas comprising: determination means for determining whether or not the exhaust sensor has failed based on the catalyst temperature, the adsorption amount, and the nitrogen oxide concentration when the engine is in the idle operation state. Purification equipment.
前記判定手段は、
前記エンジンが前記アイドル運転状態であり、かつ、
前記触媒温度が前記窒素酸化物を還元しうる活性温度以上であり、かつ、
前記吸着量が所定量以上存在し、かつ、
前記窒素酸化物濃度が所定濃度未満である場合に、前記排気センサが正常であると判定する
ことを特徴とする、請求項1記載の排気浄化装置。
The determination means includes
The engine is in the idle operation state, and
The catalyst temperature is equal to or higher than an activation temperature capable of reducing the nitrogen oxide, and
The amount of adsorption is greater than or equal to a predetermined amount, and
The exhaust emission control device according to claim 1, wherein when the nitrogen oxide concentration is less than a predetermined concentration, it is determined that the exhaust sensor is normal.
前記状態検出手段が、前記車両の走行速度及びエンジン負荷に基づく前記エンジンのアイドル回転が所定時間継続したときに、前記アイドル運転状態を検出する
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の排気浄化装置。
The exhaust according to claim 1 or 2, wherein the state detection means detects the idle operation state when idle rotation of the engine based on a traveling speed of the vehicle and an engine load continues for a predetermined time. Purification equipment.
前記判定手段による判定の結果を乗員に報知する報知手段を備えた
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の排気制御装置。
The exhaust control device according to any one of claims 1 to 3, further comprising notification means for notifying an occupant of a result of determination by the determination means.
前記判定手段で前記排気センサが故障したと判定されたときの前記窒素酸化物濃度と前記所定濃度との差を演算する誤差演算手段を備え、
前記判定手段が、
前記誤差演算手段で演算された前記差に基づき、前記排気センサの故障の度合いを判定する
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の排気制御装置。
An error calculating means for calculating a difference between the nitrogen oxide concentration and the predetermined concentration when the determining means determines that the exhaust sensor has failed;
The determination means is
The exhaust control device according to any one of claims 1 to 4, wherein a degree of failure of the exhaust sensor is determined based on the difference calculated by the error calculation means.
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