JP4995800B2 - 窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、還元剤を用いて排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する窒素酸化物浄化触媒の異常を、窒素酸化物の濃度を検出するＮＯｘセンサを用いて検出する窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法および装置に関する。
従来、自動車エンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物を蓄積する触媒（ＮＯｘ吸蔵触媒）の異常を、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するＮＯｘセンサを用いて検出する技術が知られている（例えば特許文献１を参照）。また、近年では、還元剤を用いて排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する窒素酸化物浄化触媒を内燃機関の排気通路に設け、窒素酸化物を無害成分に浄化処理する技術が知られている。
特開平１１−２５８１９４号公報
しかし、ＮＯｘセンサ（特に、固体電解質と一対の電極とからなるセルを複数有する構造のＮＯｘセンサ）では、内燃機関が起動されて、ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始すると、センサ信号が窒素酸化物の濃度を正確に測定可能な状態となる（換言すれば、センサ信号が、目標となる測定濃度範囲内に対応した値に安定する）までに一定時間（以下、この時間をライトオフ時間という）の経過を必要し、ライトオフ時間内における出力信号が変動する傾向にある。すなわちＮＯｘセンサには、出力信号の出力の開始後において、窒素酸化物の濃度と無関係に出力信号が変動する不安定期間がみられる。このため、ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始した直後には、ＮＯｘセンサを用いた窒素酸化物浄化触媒の異常検出を精度良く行うことができないという問題があった。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始した直後であっても、窒素酸化物浄化触媒の異常検出を精度良く行うことができる技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた窒素酸化物浄化触媒であって、当該内燃機関の起動中に還元剤を用いて窒素酸化物を還元浄化する窒素酸化物浄化触媒の異常を、窒素酸化物の濃度に応じた出力信号を出力するＮＯｘセンサを用いて検出する窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法であって、内燃機関が起動している状況下で、ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始してから予め設定された第１検出期間が経過するまでに得られた当該ＮＯｘセンサの出力信号に対応した対応値を積算して検出積算値を算出する検出積算値算出手順と、ＮＯｘセンサの出力信号の出力が開始された後に窒素酸化物の濃度と無関係に出力信号が変動する不安定期間内における出力信号の変動量を示すために予め算出された変動積算値であって、窒素酸化物の濃度が安定したガス雰囲気下でＮＯｘセンサを駆動させたときに、当該ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始してから第１検出期間と同期間に設定された第２検出期間が経過するまでに得られた対応値を積算して算出された変動積算値を、検出積算値算出手順にて算出された検出積算値から減算し、減算値に基づいて、窒素酸化物浄化触媒の異常を検出する第１異常検出手順とを有することを特徴とする窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法である。
ここで、上記の第１検出期間は、ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始してからＮＯｘセンサの出力が安定するまでに要する時間より長くなるように設定される。
このように構成された窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法によれば、ＮＯｘセンサの出力信号の出力が開始された後でＮＯｘセンサの出力が不安定である不安定期間が存在していても、上記の検出積算値から上記不安定期間内における出力信号の変動量を示すために予め算出された変動積算値の影響を除外して、窒素酸化物浄化の異常検出を行うようにしている。このため、ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始してからＮＯｘセンサの出力が安定するまで待つことなく、ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始した直後の早い時点から窒素酸化物浄化触媒の異常検出を精度良く行うことができる。
このように構成された窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法によれば、ＮＯｘセンサの出力信号の出力が開始された後でＮＯｘセンサの出力が不安定である不安定期間が存在していても、上記の検出積算値から上記不安定期間内における出力信号の変動量を示すために予め算出された変動積算値の影響を除外して、窒素酸化物浄化の異常検出を行うようにしている。このため、ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始してからＮＯｘセンサの出力が安定するまで待つことなく、ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始した直後の早い時点から窒素酸化物浄化触媒の異常検出を精度良く行うことができる。
なお、減算値に基づいて窒素酸化物浄化触媒の異常を検出する方法としては、例えば、窒素酸化物浄化触媒の異常を検出するための基準となる異常検出用閾値と、上記の減算値とを比較する方法が考えられる。
また請求項２に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた窒素酸化物浄化触媒であって、当該内燃機関の起動中に還元剤を用いて窒素酸化物を還元浄化する窒素酸化物浄化触媒の異常を、窒素酸化物の濃度に応じた出力信号を出力するＮＯｘセンサを用いて検出する窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法であって、内燃機関が起動している状況下で、ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始してから予め設定された第１検出期間が経過するまでに得られた当該ＮＯｘセンサの出力信号に対応した対応値を積算して検出積算値を算出する検出積算値算出手順と、ＮＯｘセンサの出力信号の出力が開始された後に窒素酸化物の濃度と無関係に出力信号が変動する不安定期間内における出力信号の変動量を示すために予め算出された変動積算値であって、窒素酸化物の濃度が安定したガス雰囲気下でＮＯｘセンサを駆動させたときに、当該ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始してから第１検出期間と同期間に設定された第２検出期間が経過するまでに得られた対応値を積算して算出された変動積算値に基づいて、窒素酸化物浄化触媒の異常を検出するための基準となる異常検出用閾値を補正する閾値補正手順と、検出積算値算出手順にて算出された検出積算値と、閾値補正手順にて補正された異常検出用閾値とに基づいて、窒素酸化物浄化触媒の異常を検出する第２異常検出手順とを有することを特徴とする窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法である。
このように構成された窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法によれば、ＮＯｘセンサの出力信号の出力が開始された後でＮＯｘセンサの出力が不安定である不安定期間が存在しても、窒素酸化物浄化触媒の異常を検出するための基準となる異常検出用閾値が、上記不安定期間内における出力信号の変動量を示すために予め算出された変動積算値に基づいて補正されるので、窒素酸化物浄化触媒の異常検出を行うことができる。このため、ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始した直後の早い時点から窒素酸化物浄化触媒の異常検出を精度良く行うことができる。
なお、請求項１または請求項２において、「ＮＯｘセンサの出力信号に対応した値」とは、ＮＯｘセンサから出力されるアナログ信号の値やそのアナログ信号をデジタル変換した値であってもよく、またそれらの値をもとに窒素酸化物の濃度に濃度換算した値であってもよい。
ところで、請求項１または請求項２において、予め算出される変動積算値は、窒素酸化物の濃度が安定したガス雰囲気下でＮＯｘセンサを駆動させて得られる値であるが、請求項３または請求項４に記載のように設定することができる。
まず、請求項３に記載のように、（窒素酸化物の濃度が安定した）ガス雰囲気は、内燃機関が停止している期間の排気通路内の雰囲気であり、変動積算値は、当該雰囲気でＮＯｘセンサを駆動させて算出されるとよい。内燃機関が停止している期間は、内燃機関の燃焼に伴うガス排出がなく、また、窒素酸化物浄化触媒の還元剤を用いた還元浄化もないことから、排気通路内の窒素酸化物濃度の変動は生じない、ないしは極わずかであるため、ＮＯｘセンサは窒素酸化物の濃度が安定したガス雰囲気に晒されることになる。このように、内燃機関が停止している期間に変動積算値を算出することで、ＮＯｘセンサの長期間の使用に伴ってＮＯｘセンサの出力信号に変動（劣化）が生じた場合にも、その変動を、内燃機関の停止後に変動積算値を算出する度に、窒素酸化物浄化触媒の異常検出に反映させることができる。
また、請求項４に記載のように、変動積算値は、ＮＯｘセンサの製造時に（窒素酸化物の濃度が安定した）ガス雰囲気に当該ＮＯｘセンサを晒し、当該雰囲気でＮＯｘセンサを駆動させて算出された固定値であってもよい。すなわち、ＮＯｘセンサの製造時に、ＮＯｘセンサ毎に変動積算値を求めておくのである。これにより、変動積算値を、ＮＯｘセンサを排気通路に装着してから算出する処理を省略することができ、窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法を簡略化することができる。
また請求項５に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた窒素酸化物浄化触媒であって、当該内燃機関の起動中に還元剤を用いて窒素酸化物を還元浄化する窒素酸化物浄化触媒の異常を、窒素酸化物の濃度に応じた出力信号を出力するＮＯｘセンサを用いて検出する窒素酸化物浄化触媒の異常検出装置であって、内燃機関が起動している状況下で、ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始してから予め設定された第１検出期間が経過するまでに得られた当該ＮＯｘセンサの出力信号に対応した対応値を積算して検出積算値を算出する検出積算値算出手段と、ＮＯｘセンサの出力信号の出力が開始された後に窒素酸化物の濃度と無関係に出力信号が変動する不安定期間内における出力信号の変動量を示すために予め算出された変動積算値であって、窒素酸化物の濃度が安定したガス雰囲気下でＮＯｘセンサを駆動させたときに、当該ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始してから第１検出期間と同期間に設定された第２検出期間が経過するまでに得られた対応値を積算して算出された変動積算値を、検出積算値算出手段にて算出された検出積算値から減算し、減算値に基づいて、窒素酸化物浄化触媒の異常を検出する第１異常検出手段とを有することを特徴とする窒素酸化物浄化触媒の異常検出装置である。
このように構成された窒素酸化物浄化触媒の異常検出装置は、請求項１に記載の窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法を実現する装置であり、したがって請求項１に記載の窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法と同様の効果を得ることができる。
また請求項６に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた窒素酸化物浄化触媒であって、当該内燃機関の起動中に還元剤を用いて窒素酸化物浄化触媒を還元浄化する窒素酸化物の異常を、窒素酸化物の濃度に応じた出力信号を出力するＮＯｘセンサを用いて検出する窒素酸化物浄化触媒の異常検出装置であって、内燃機関が起動している状況下で、ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始してから予め設定された第１検出期間が経過するまでに得られた当該ＮＯｘセンサの出力信号に対応した対応値を積算して検出積算値を算出する検出積算値算出手段と、ＮＯｘセンサの出力信号の出力が開始された後に窒素酸化物の濃度と無関係に出力信号が変動する不安定期間内における出力信号の変動量を示すために予め算出された変動積算値であって、窒素酸化物の濃度が安定したガス雰囲気下でＮＯｘセンサを駆動させたときに、当該ＮＯｘセンサが出力信号の出力を開始してから第１検出期間と同期間に設定された第２検出期間が経過するまでに得られた対応値を積算して算出された変動積算値に基づいて、窒素酸化物浄化触媒の異常を検出するための基準となる異常検出用閾値を補正する閾値補正手段と、検出積算値算出手段にて算出された検出積算値と、閾値補正手段にて補正された異常検出用閾値とに基づいて、窒素酸化物浄化触媒の異常を検出する第２異常検出手段とを有することを特徴とする窒素酸化物浄化触媒の異常検出装置である。
このように構成された窒素酸化物浄化触媒の異常検出装置は、請求項２に記載の窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法を実現する装置であり、したがって請求項２に記載の窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法と同様の効果を得ることができる。
（第１実施形態）
以下に本発明の第１実施形態について図面とともに説明する。
図１は本発明が適用された尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システム１の概略構成を示す構成図である。
以下に本発明の第１実施形態について図面とともに説明する。
図１は本発明が適用された尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システム１の概略構成を示す構成図である。
尿素ＳＣＲシステム１は、図１に示すように、酸化触媒１１とＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１２とＳＣＲ触媒１３と尿素水インジェクタ１４とＮＯｘガスセンサ１５と浄化制御ＥＣＵ１６を備える。
これらのうち酸化触媒１１は、ディーゼルエンジン５１から排出される排気ガスを外部に放出するための排気通路としての排気管５２を介して、ディーゼルエンジン５１から排出される排気ガスを取り込み、取り込んだ排気ガス中のＮＯｘの大半を占めるＮＯを酸化してＮＯ2に転換する。これにより、後述するＳＣＲ触媒１３での還元反応が促進される。
またＤＰＦ１２は、排気管５２を介して、酸化触媒１１から排出される排気ガスを取り込み、取り込んだ排気ガス中の粒子状物質を除去する。
またＳＣＲ触媒１３は、排気管５２を介して、ＤＰＦ１２から排出される排気ガスを取り込み、取り込んだ排気ガス中のＮＯｘをトラップするとともにＮＯｘをアンモニアで還元する触媒として作用し、ＮＯｘを窒素ガスと水蒸気に転換する。これによりＳＣＲ触媒１３は、ＮＯｘが還元された排気ガスを排出する。
またＳＣＲ触媒１３は、排気管５２を介して、ＤＰＦ１２から排出される排気ガスを取り込み、取り込んだ排気ガス中のＮＯｘをトラップするとともにＮＯｘをアンモニアで還元する触媒として作用し、ＮＯｘを窒素ガスと水蒸気に転換する。これによりＳＣＲ触媒１３は、ＮＯｘが還元された排気ガスを排出する。
また尿素水インジェクタ１４は、ＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒１３との間の排出経路上に設置され、尿素水を排気ガス中に噴射する。尿素水インジェクタ１４により排気ガス中に噴射された尿素水は高温下で加水分解され、上記のＮＯｘ還元の還元剤として用いられるアンモニアガスが発生する。
またＮＯｘガスセンサ１５は、ＳＣＲ触媒１３から排出された排気ガス中のＮＯｘの濃度を検出し、その濃度を示すＮＯｘ濃度検出信号を出力する。なお、ＮＯｘガスセンサ１５としては、固体電解質体と一対の電極とからなるセルを複数有する構造のものを用いており、その構造や駆動原理は、特開平１０−１４２１９４号公報や特開平１１−３０４７５８号公報等にて公知であるため、詳述は省略する。
また浄化制御ＥＣＵ１６は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３１、ＲＡＭ３２、ＲＯＭ３３、ＥＥＰＲＯＭ３４、信号入出力部３５等を備えるマイクロコンピュータを主要部として構成されている。なお信号入出力部３５は、尿素水インジェクタ１４とＮＯｘガスセンサ１５と、ディーゼルエンジン５１を制御するエンジンＥＣＵ５３に接続される。
そして浄化制御ＥＣＵ１６は、尿素水インジェクタ１４及びＮＯｘガスセンサ１５を駆動制御する処理、ＮＯｘガスセンサ１５によるＮＯｘ濃度検出信号（出力信号）に基づき排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する処理、ディーゼルエンジン５１の停止後にＮＯｘ濃度検出信号を記憶するライトオフ波形記憶処理、及びディーゼルエンジン５１の始動後にＳＣＲ触媒１３の異常を判定する始動後異常判定処理などを実行する。
次に、浄化制御ＥＣＵ１６が実行するライトオフ波形記憶処理の手順を、図２を用いて説明する。図２はライトオフ波形記憶処理を示すフローチャートである。このライトオフ波形記憶処理は、ディーゼルエンジン５１が停止したときに実行される処理である。
このライトオフ波形記憶処理が開始されると、浄化制御ＥＣＵ１６は、まずＳ１０にて、経過時間を計測するためのタイマ処理を開始する。その後Ｓ２０にて、タイマ処理による時間計測の開始時点から、予め設定された所定待機時間（例えば、１２００秒）が経過するまで待機し、所定待機時間が経過すると（Ｓ２０：ＹＥＳ）、Ｓ３０にて、経過時間を計測するタイマ処理を停止する。なお、所定待機時間は、ディーゼルエンジン５１の停止後に排気管５２の温度が下がり窒素酸化物を含めた排気ガスの濃度が安定した状態になるのを待つための時間である。
さらにＳ４０にて、ＮＯｘガスセンサ１５内に内蔵されて、ＮＯｘの濃度に応じた出力信号を出力可能な活性化温度までＮＯｘガスセンサ１５を加熱するヒータ素子（不図示）への通電を開始する。
そしてＳ５０にて、ＮＯｘガスセンサ１５が活性化したか否かを判断する。具体的には、ＮＯｘガスセンサ１５内のガスセンサ素子（不図示）の素子抵抗値が所定の閾値未満となった場合に、ＮＯｘガスセンサ１５が活性化したと判断する。
ここで、ＮＯｘガスセンサ１５が活性化していないと判断した場合には（Ｓ５０：ＮＯ）、Ｓ５０の処理を繰り返すことにより待機し、ＮＯｘガスセンサ１５が活性化したと判断した場合には（Ｓ５０：ＹＥＳ）、Ｓ６０にて、ガスセンサ素子への通電を開始するとともに、出力信号の出力を開始する。
その後Ｓ７０にて、ＮＯｘガスセンサ１５からのＮＯｘ濃度検出信号（出力信号）を入力するとともにデジタル値に変換し、入力したＮＯｘ濃度検出信号が示すＮＯｘ濃度の値（換算値）をＥＥＰＲＯＭ３４に記憶する処理を開始する。
またＳ８０にて、経過時間を計測するためのタイマ処理を開始する。その後Ｓ９０にて、タイマ処理による時間計測の開始時点から、予め設定された所定検出時間（例えば、６００秒）が経過するまで待機し、所定検出時間が経過すると（Ｓ９０：ＹＥＳ）、Ｓ１００にて、経過時間を計測するタイマ処理を停止する。なお、Ｓ１００にて経過時間が経過するまでの間、Ｓ７０にて開始されたＮＯｘ濃度の値の取得と記憶を行う処理が定期的に継続される。さらにＳ１１０にて、入力したＮＯｘ濃度検出信号が示すＮＯｘ濃度の値をＥＥＰＲＯＭ３４に記憶する処理を終了する。これにより、例えば図４に示すように、ディーゼルエンジン５１が停止した後、ＮＯｘガスセンサ１５への通電を開始してから所定検出時間が経過するまでのＮＯｘ濃度の値を示す波形Ｗ１（以下、ライトオフ波形Ｗ１という）が得られる。
その後Ｓ１２０にて、所定検出時間が経過したときのＮＯｘ濃度値（図４では、６００秒の時のＮＯｘ濃度値）を、ＮＯｘガスセンサ１５の出力が安定した定常状態であるときの値（以下、ＮＯｘセンサ定常値という）とし（矢印ｎ１を参照。図４では、０ｐｐｍ）、さらに、このＮＯｘセンサ定常値を基準として、ライトオフ波形Ｗ１が示すＮＯｘ濃度値の積算値Ｓ１（以下、変動積算値Ｓ１という）を算出する（図４において、右上がりの直線でハッチングされている領域Ｓ１を参照）。
そしてＳ１３０にて、ヒータ素子とガスセンサ素子への通電を停止し、ライトオフ波形記憶処理を終了する。
次に、浄化制御ＥＣＵ１６が実行する始動後異常判定処理の手順を、図３を用いて説明する。図３は始動後異常判定処理を示すフローチャートである。この始動後異常判定処理は、ディーゼルエンジン５１が始動したときに実行される処理である。
次に、浄化制御ＥＣＵ１６が実行する始動後異常判定処理の手順を、図３を用いて説明する。図３は始動後異常判定処理を示すフローチャートである。この始動後異常判定処理は、ディーゼルエンジン５１が始動したときに実行される処理である。
この始動後異常判定処理が開始されると、浄化制御ＥＣＵ１６は、まずＳ２１０にて、ＮＯｘガスセンサ１５を加熱するヒータ素子（不図示）への通電を開始する。そしてＳ２２０にて、ＮＯｘガスセンサ１５が活性化したか否かを判断する。ここで、ＮＯｘガスセンサ１５が活性化していないと判断した場合には（Ｓ２２０：ＮＯ）、Ｓ２２０の処理を繰り返すことにより待機し、ＮＯｘガスセンサ１５が活性化したと判断した場合には（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、Ｓ２３０にて、ＮＯｘガスセンサ１５内のガスセンサ素子（不図示）への通電を開始するとともに、出力信号の出力を開始する。
その後Ｓ２４０にて、ＮＯｘガスセンサ１５からのＮＯｘ濃度検出信号を入力するとともにデジタル値に変換し、入力したＮＯｘ濃度検出信号が示すＮＯｘ濃度の値（換算値）をＥＥＰＲＯＭ３４に記憶する処理を開始する。
またＳ２５０にて、経過時間を計測するためのタイマ処理を開始する。その後Ｓ２６０にて、タイマ処理による時間計測の開始時点から所定検出時間（Ｓ９０にて設定された時間と同じ時間）が経過するまで待機し、所定検出時間が経過すると（Ｓ２６０：ＹＥＳ）、Ｓ２７０にて、経過時間を計測するタイマ処理を停止する。なお、Ｓ２６０にて経過時間が経過するまでの間、Ｓ２４０にて開始されたＮＯｘ濃度の値の取得と記憶を行う処理が定期的に継続される。さらにＳ２８０にて、入力したＮＯｘ濃度検出信号が示すＮＯｘ濃度の値をＥＥＰＲＯＭ３４に記憶する処理を終了する。これにより、例えば図４に示すように、ディーゼルエンジン５１が始動した後、ＮＯｘガスセンサ１５への通電を開始してから所定検出時間が経過するまでのＮＯｘ濃度の値を示す波形Ｗ２（以下、始動後ＮＯｘ濃度波形Ｗ２という）が得られる。
その後Ｓ２９０にて、ＮＯｘセンサ定常値（矢印ｎ１を参照）を基準として、始動後ＮＯｘ濃度波形Ｗ２が示すＮＯｘ濃度値の積算値Ｓ２（以下、検出積算値Ｓ２という）を算出する（図４において、左上がりの直線でハッチングされている領域Ｓ２を参照）とともに、Ｓ１２０で算出した変動積算値Ｓ１を検出積算値Ｓ２から減算し、この減算値を判定用積算値Ｓ３とする。
さらにＳ３００にて、Ｓ２９０で算出された判定用積算値Ｓ３に基づいて、ＳＣＲ触媒１３での還元反応でＮＯｘが浄化された度合いを示す浄化率を算出する。
そしてＳ３１０にて、Ｓ３００で算出された浄化率が、ＳＣＲ触媒１３が異常であるか否かを判定するために予め設定された浄化率閾値以下であるか否かを判断する。ここで浄化率が浄化率閾値以下である場合には（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、Ｓ３２０にて、ＳＣＲ触媒１３が異常であると判定し、始動後異常判定処理を終了する。一方、浄化率が浄化率閾値を越えている場合には（Ｓ３１０：ＮＯ）、始動後異常判定処理を終了する。
そしてＳ３１０にて、Ｓ３００で算出された浄化率が、ＳＣＲ触媒１３が異常であるか否かを判定するために予め設定された浄化率閾値以下であるか否かを判断する。ここで浄化率が浄化率閾値以下である場合には（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、Ｓ３２０にて、ＳＣＲ触媒１３が異常であると判定し、始動後異常判定処理を終了する。一方、浄化率が浄化率閾値を越えている場合には（Ｓ３１０：ＮＯ）、始動後異常判定処理を終了する。
このように構成された尿素ＳＣＲシステム１では、まず、ディーゼルエンジン５１の停止後での所定検出時間内において、ＮＯｘガスセンサ１５からのＮＯｘ濃度検出信号が示すＮＯｘ濃度の値を積算した変動積算値Ｓ１を算出する（Ｓ７０〜Ｓ１２０）。そして、ディーゼルエンジン５１の始動後での所定検出時間内において、ＮＯｘガスセンサ１５からのＮＯｘ濃度検出信号が示すＮＯｘ濃度の値を積算した検出積算値Ｓ２を算出する（Ｓ２４０〜Ｓ２９０）。そして、変動積算値Ｓ１を検出積算値Ｓ２から減算して判定用積算値Ｓ３を算出し（Ｓ２９０）、この判定用積算値Ｓ３に基づいて浄化率を算出する（Ｓ３００）。その後、浄化率が浄化率閾値以下であるか否かに基づいて、ＳＣＲ触媒１３の異常を判定する（Ｓ３１０〜Ｓ３２０）。
このように構成された尿素ＳＣＲシステム１によれば、ＮＯｘガスセンサ１５の出力が開始された後でＮＯｘガスセンサ１５の出力が不安定であるために検出積算値Ｓ２の中に変動積算値Ｓ１が含まれている場合であっても、この変動積算値Ｓ１の影響を除外して、ＳＣＲ触媒１３の異常検出を行うことができる。このため、ＮＯｘガスセンサ１５が出力を開始してからＮＯｘガスセンサ１５の出力が安定するまで待つことなく、ＮＯｘガスセンサ１５が出力を開始した直後の早い時点からＳＣＲ触媒１３の異常検出を精度良く行うことができる。
以上説明した実施形態において、浄化制御ＥＣＵ１６及びＮＯｘガスセンサ１５は本発明における異常検出装置、ＳＣＲ触媒１３は本発明における窒素酸化物浄化触媒、Ｓ２４０〜Ｓ２９０の処理は本発明における検出積算値算出手段および検出積算値算出手順、Ｓ２９０〜Ｓ３２０の処理は本発明における第１異常検出手段および第１異常検出手順、Ｓ２６０の所定検出時間は本発明における第１検出期間、Ｓ９０の所定検出時間は本発明における第２検出期間である。
（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態について図面とともに説明する。尚、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。
以下に本発明の第２実施形態について図面とともに説明する。尚、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。
第２実施形態の尿素ＳＣＲシステム１は、始動後異常判定処理が変更された点以外は第１実施形態と同じである。
次に、第２実施形態の始動後異常判定処理の手順を図５を用いて説明する。図５は第２実施形態の始動後異常判定処理を示すフローチャートである。
次に、第２実施形態の始動後異常判定処理の手順を図５を用いて説明する。図５は第２実施形態の始動後異常判定処理を示すフローチャートである。
第２実施形態の始動後異常判定処理は、Ｓ２９０及びＳ３００の処理が省略されてＳ２９５及びＳ３０５の処理が追加された点以外は第１実施形態と同じである。
すなわち、Ｓ２８０の処理が終了すると、Ｓ２９５にて、Ｓ１２０で算出した変動積算値Ｓ１に対応する浄化率を算出し、さらに、この浄化率と、窒素酸化物浄化触媒の異常を検出するための基準となる予め設定された基準浄化率閾値とを加算し、この加算値を浄化率閾値とする。
すなわち、Ｓ２８０の処理が終了すると、Ｓ２９５にて、Ｓ１２０で算出した変動積算値Ｓ１に対応する浄化率を算出し、さらに、この浄化率と、窒素酸化物浄化触媒の異常を検出するための基準となる予め設定された基準浄化率閾値とを加算し、この加算値を浄化率閾値とする。
そしてＳ２９５の処理が終了すると、Ｓ３０５にて、ＮＯｘセンサ定常値（図４の矢印ｎ１を参照）を基準として、始動後ＮＯｘ濃度波形Ｗ２が示すＮＯｘ濃度値の積算値Ｓ２（検出積算値Ｓ２）を算出し、さらに、この検出積算値Ｓ２に基づいて浄化率を算出し、Ｓ３１０に移行する。
このように構成された尿素ＳＣＲシステム１では、変動積算値Ｓ１に基づいて、浄化率閾値を補正する（Ｓ２９５）。また、ディーゼルエンジン５１の始動後での所定検出時間内において、ＮＯｘガスセンサ１５からのＮＯｘ濃度検出信号が示すＮＯｘ濃度の値を積算した検出積算値Ｓ２を算出し、この検出積算値Ｓ２に基づいて浄化率を算出する（Ｓ２４０〜Ｓ２８０、Ｓ３０５）。その後、浄化率が浄化率閾値以下であるか否かに基づいて、ＳＣＲ触媒１３の異常を判定する（Ｓ３１０〜Ｓ３２０）。
このように構成された尿素ＳＣＲシステム１によれば、ＮＯｘガスセンサ１５の出力が開始された後でＮＯｘガスセンサ１５の出力が不安定であるために検出積算値Ｓ２の中に変動積算値Ｓ１が含まれている場合であっても、浄化率閾値が変動積算値Ｓ１に基づいて補正されるので、変動積算値Ｓ１の影響を除外して、ＳＣＲ触媒１３の異常検出を行うことができる。このため、ＮＯｘガスセンサ１５が出力を開始してからＮＯｘガスセンサ１５の出力が安定するまで待つことなく、ＮＯｘガスセンサ１５が出力を開始した直後の早い時点からＳＣＲ触媒１３の異常検出を精度良く行うことができる。
以上説明した実施形態において、Ｓ２９５の処理は本発明における閾値補正手段および閾値補正手順、Ｓ３１０〜Ｓ３２０の処理は本発明における第２異常検出手段および第２異常検出手順、浄化率閾値は本発明における異常検出用閾値である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態では、変動積算値Ｓ１をディーゼルエンジン５１の停止後に算出するものを示したが、予め算出された固定値を変動積算値Ｓ１として、例えば浄化制御ＥＣＵ１６のＲＯＭ３３またはＥＥＰＲＯＭ３４に記憶しておくようにしてもよい。なお、この固定値である変動積算値Ｓ１は、ＮＯｘガスセンサ１５の製造時に、ＮＯｘガスセンサ１５を窒素酸化物濃度が安定した（この場合、窒素酸化物濃度が一定に保たれた）ガス雰囲気に晒し、当該雰囲気下にてＮＯｘガスセンサ１５を駆動させて、出力信号の出力が開始されてから所定検出期間（上記の実施形態に適用する場合には６００秒）が経過するまでに得られたＮＯｘ濃度の値（換算値）を積算して求めるようにすればよい。これにより、変動積算値Ｓ１を算出する処理を省略することができ、ＳＣＲ触媒１３の異常を検出する処理を簡略化することができる。
例えば上記実施形態では、変動積算値Ｓ１をディーゼルエンジン５１の停止後に算出するものを示したが、予め算出された固定値を変動積算値Ｓ１として、例えば浄化制御ＥＣＵ１６のＲＯＭ３３またはＥＥＰＲＯＭ３４に記憶しておくようにしてもよい。なお、この固定値である変動積算値Ｓ１は、ＮＯｘガスセンサ１５の製造時に、ＮＯｘガスセンサ１５を窒素酸化物濃度が安定した（この場合、窒素酸化物濃度が一定に保たれた）ガス雰囲気に晒し、当該雰囲気下にてＮＯｘガスセンサ１５を駆動させて、出力信号の出力が開始されてから所定検出期間（上記の実施形態に適用する場合には６００秒）が経過するまでに得られたＮＯｘ濃度の値（換算値）を積算して求めるようにすればよい。これにより、変動積算値Ｓ１を算出する処理を省略することができ、ＳＣＲ触媒１３の異常を検出する処理を簡略化することができる。
１…尿素ＳＣＲシステム、１１…酸化触媒、１２…ＤＰＦ、１３…ＳＣＲ触媒、１４…尿素水インジェクタ、１５…ＮＯｘガスセンサ、１６…浄化制御ＥＣＵ、３１…ＣＰＵ、３２…ＲＡＭ、３３…ＲＯＭ、３４…ＥＥＰＲＯＭ、３５…信号入出力部、５１…ディーゼルエンジン、５２…排気管、５３…エンジンＥＣＵ
Claims (6)
- 内燃機関の排気通路に設けられた窒素酸化物浄化触媒であって、当該内燃機関の起動中に還元剤を用いて窒素酸化物を還元浄化する窒素酸化物浄化触媒の異常を、窒素酸化物の濃度に応じた出力信号を出力するＮＯｘセンサを用いて検出する窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法であって、
前記内燃機関が起動している状況下で、前記ＮＯｘセンサが前記出力信号の出力を開始してから予め設定された第１検出期間が経過するまでに得られた当該ＮＯｘセンサの出力信号に対応した対応値を積算して検出積算値を算出する検出積算値算出手順と、
前記ＮＯｘセンサの前記出力信号の出力が開始された後に前記窒素酸化物の濃度と無関係に前記出力信号が変動する不安定期間内における前記出力信号の変動量を示すために予め算出された変動積算値であって、窒素酸化物の濃度が安定したガス雰囲気下で前記ＮＯｘセンサを駆動させたときに、当該ＮＯｘセンサが前記出力信号の出力を開始してから前記第１検出期間と同期間に設定された第２検出期間が経過するまでに得られた前記対応値を積算して算出された変動積算値を、前記検出積算値算出手順にて算出された前記検出積算値から減算し、該減算値に基づいて、前記窒素酸化物浄化触媒の異常を検出する第１異常検出手順と
を有することを特徴とする窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法。 - 内燃機関の排気通路に設けられた窒素酸化物浄化触媒であって、当該内燃機関の起動中に還元剤を用いて窒素酸化物を還元浄化する窒素酸化物浄化触媒の異常を、窒素酸化物の濃度に応じた出力信号を出力するＮＯｘセンサを用いて検出する窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法であって、
前記内燃機関が起動している状況下で、前記ＮＯｘセンサが前記出力信号の出力を開始してから予め設定された第１検出期間が経過するまでに得られた当該ＮＯｘセンサの出力信号に対応した対応値を積算して検出積算値を算出する検出積算値算出手順と、
前記ＮＯｘセンサの前記出力信号の出力が開始された後に前記窒素酸化物の濃度と無関係に前記出力信号が変動する不安定期間内における前記出力信号の変動量を示すために予め算出された変動積算値であって、窒素酸化物の濃度が安定したガス雰囲気下で前記ＮＯｘセンサを駆動させたときに、当該ＮＯｘセンサが前記出力信号の出力を開始してから前記第１検出期間と同期間に設定された第２検出期間が経過するまでに得られた前記対応値を積算して算出された変動積算値に基づいて、前記窒素酸化物浄化触媒の異常を検出するための基準となる異常検出用閾値を補正する閾値補正手順と、
前記検出積算値算出手順にて算出された前記検出積算値と、前記閾値補正手順にて補正された前記異常検出用閾値とに基づいて、前記窒素酸化物浄化触媒の異常を検出する第２異常検出手順と
を有することを特徴とする窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法。 - 前記ガス雰囲気は、前記内燃機関が停止している期間の前記排気通路内の雰囲気であり、
前記変動積算値は、当該雰囲気で前記ＮＯｘセンサを駆動させて算出される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法。 - 前記変動積算値は、前記ＮＯｘセンサの製造時に前記ガス雰囲気に当該ＮＯｘセンサを晒し、当該雰囲気で該ＮＯｘセンサを駆動させて算出された固定値である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒素酸化物浄化触媒の異常検出方法。 - 内燃機関の排気通路に設けられた窒素酸化物浄化触媒であって、当該内燃機関の起動中に還元剤を用いて窒素酸化物を還元浄化する窒素酸化物浄化触媒の異常を、窒素酸化物の濃度に応じた出力信号を出力するＮＯｘセンサを用いて検出する窒素酸化物浄化触媒の異常検出装置であって、
前記内燃機関が起動している状況下で、前記ＮＯｘセンサが前記出力信号の出力を開始してから予め設定された第１検出期間が経過するまでに得られた当該ＮＯｘセンサの出力信号に対応した対応値を積算して検出積算値を算出する検出積算値算出手段と、
前記ＮＯｘセンサの前記出力信号の出力が開始された後に前記窒素酸化物の濃度と無関係に前記出力信号が変動する不安定期間内における前記出力信号の変動量を示すために予め算出された変動積算値であって、窒素酸化物の濃度が安定したガス雰囲気下で前記ＮＯｘセンサを駆動させたときに、当該ＮＯｘセンサが前記出力信号の出力を開始してから前記第１検出期間と同期間に設定された第２検出期間が経過するまでに得られた前記対応値を積算して算出された変動積算値を、前記検出積算値算出手段にて算出された前記検出積算値から減算し、該減算値に基づいて、前記窒素酸化物浄化触媒の異常を検出する第１異常検出手段と
を有することを特徴とする窒素酸化物浄化触媒の異常検出装置。 - 内燃機関の排気通路に設けられた窒素酸化物浄化触媒であって、当該内燃機関の起動中に還元剤を用いて窒素酸化物を還元浄化する窒素酸化物浄化触媒の異常を、窒素酸化物の濃度に応じた出力信号を出力するＮＯｘセンサを用いて検出する窒素酸化物浄化触媒の異常検出装置であって、
前記内燃機関が起動している状況下で、前記ＮＯｘセンサが前記出力信号の出力を開始してから予め設定された第１検出期間が経過するまでに得られた当該ＮＯｘセンサの出力信号に対応した対応値を積算して検出積算値を算出する検出積算値算出手段と、
前記ＮＯｘセンサの前記出力信号の出力が開始された後に前記窒素酸化物の濃度と無関係に前記出力信号が変動する不安定期間内における前記出力信号の変動量を示すために予め算出された変動積算値であって、窒素酸化物の濃度が安定したガス雰囲気下で前記ＮＯｘセンサを駆動させたときに、当該ＮＯｘセンサが前記出力信号の出力を開始してから前記第１検出期間と同期間に設定された第２検出期間が経過するまでに得られた前記対応値を積算して算出された変動積算値に基づいて、前記窒素酸化物浄化触媒の異常を検出するための基準となる異常検出用閾値を補正する閾値補正手段と、
前記検出積算値算出手段にて算出された前記検出積算値と、前記閾値補正手段にて補正された前記異常検出用閾値とに基づいて、前記窒素酸化物浄化触媒の異常を検出する第２異常検出手段と
を有することを特徴とする窒素酸化物浄化触媒の異常検出装置。
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