WO2009098798A1 - Ｎｏxセンサの合理性診断装置及び合理性診断方法、並びに内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention is rationality diagnosis apparatus and NO X rationality diagnosis method of sensor of the NO X sensor, and to an exhaust purification system of an internal combustion engine.
  • rationality diagnosis method of rationality diagnostic apparatus and NO X sensor of the NO X sensor for rationality diagnosis of the NO X sensor provided on the downstream side of the reduction catalyst to perform the reduction of the NO X with ammonia, as well as internal combustion
  • the present invention relates to an exhaust emission control device for an engine.
  • the exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine contains nitrogen oxide (NO x ) that may affect the environment.
  • NO x nitrogen oxide
  • a selective reduction catalyst is disposed in the exhaust passage, and NO x is reduced and purified using ammonia in the selective reduction catalyst.
  • An SCR (Selective Catalytic Reduction) system is known. This SCR system supplies a reducing agent such as an aqueous urea solution capable of generating ammonia into an exhaust passage upstream of the selective reduction catalyst, adsorbs the generated ammonia to the selective reduction catalyst, and flows in exhaust gas. it is intended to selectively reduce and purify NO X in the gas.
  • the selective reduction catalyst used in this SCR system has a characteristic that the saturated adsorption amount of ammonia changes depending on the catalyst temperature. Further, the selective reduction catalyst, as the adsorption rate of the actual ammonia to saturation adsorption amount is high, has a reduction efficiency also increases characteristics of NO X. On the other hand, ammonia for reducing NO X is high toxic than NO X, ammonia is not used for the reduction reaction must be avoided as far as possible be discharged into the atmosphere. Therefore, the supply amount of a reducing agent such as an aqueous urea solution is controlled so that ammonia does not flow out downstream of the selective reduction catalyst and the actual adsorption rate of ammonia with respect to the saturated adsorption amount is as high as possible. Yes.
  • a reducing agent such as an aqueous urea solution
  • the SCR system there is a system in which a NO x sensor is arranged on the downstream side of the selective reduction catalyst, and the concentration of NO x that flows out downstream without being reduced and purified in the selective reduction catalyst is detected.
  • the amount of reducing agent supplied is corrected according to the NO x concentration detected by the NO x sensor, or the SCR is based on the detected NO x concentration.
  • the system itself is diagnosed for any abnormalities. As described above, when controlling the supply amount of the reducing agent using the NO x concentration detected by the NO x sensor downstream of the selective reduction catalyst, or performing failure diagnosis of the SCR system, NO It is assumed that the sensor value of the X sensor is reasonable.
  • an abnormality determination device of the NO X sensor for determining an abnormality of the NO X sensor, NO X the NO X sensor provided in the exhaust downstream side of the storage catalyst, the NO X emission means for producing a state in which the release of NO X in the NO X storing catalyst to force the state in which NO X is released by the NO X release means the actual NO X reduction rate setting means for calculating the actual of the NO X reduction rate of the NO X storage catalyst in, based on engine operating conditions, a reference NO X reduction rate setting means for setting the NO X reduction rate of the reference in advance, the actual of comparing the NO X reduction rate and the reference of the NO X reduction rate, the abnormality determination device of the NO X sensor having an abnormality judging means for judging the abnormality of the NO X sensor is disclosed (see Patent Document 1) .
  • the abnormality determination device for the NO X sensor described in Patent Document 1 releases NO X by forcibly changing the operating state of the internal combustion engine at the time of diagnosis, and based on the sensor value of the NO X sensor.
  • the rationality of the NO X sensor is determined by determining whether or not the actual NO X reduction rate calculated in this way is a value commensurate with the reference value of the planned NO X reduction rate. That is, the abnormality determination device of the NO X sensor described in Patent Document 1, it is necessary to vary the dare operating conditions to determine the reasonableness of the NO X sensor, of the NO X sensor during normal operation of the internal combustion engine If the rationality determination is performed, drivability may be affected or fuel consumption may be deteriorated. For this reason, there is a problem that the timing for determining the rationality of the NO X sensor is easily restricted.
  • an object of the present invention is to provide a rationality of the NO X sensor in which the rational diagnosis of the NO X sensor is performed at a desired time without deterioration in drivability and fuel consumption even during operation of the internal combustion engine.
  • rationality diagnosis method for diagnosing apparatus and NO X sensor and to provide an exhaust purification device provided with a rationality diagnosis apparatus such NO X sensor.
  • the reducing agent capable of generating ammonia is supplied to the exhaust passage upstream of the reduction catalyst, and the reduction in the exhaust purification device of the internal combustion engine that selectively reduces and purifies NO x in the exhaust with the reduction catalyst.
  • a rationality diagnosis apparatus of the NO X sensor for performing plausibility diagnosis of the NO X sensor arranged downstream of the catalyst, the sensor value storage unit for monitoring a transition of the sensor values detected by the NO X sensor And a reducing agent supply amount indicating section for instructing a supply amount of the reducing agent so that a predetermined amount of ammonia flows out downstream of the reduction catalyst, and a predetermined amount of ammonia flowing out downstream of the reduction catalyst.
  • rationality diagnosis apparatus transition is of the NO X sensor, characterized in that and a rationality determining portion determines the reasonableness of of the NO X sensor to determine whether the change in the sensor value is provided Te, above Solve the problem Can.
  • a purification ammonia amount calculation unit for calculating the amount of purification ammonia necessary for purifying NO x in the exhaust gas flowing into the reduction catalyst
  • An ammonia adsorbable amount calculating unit that calculates an adsorbable amount of ammonia by subtracting the actual adsorbed amount currently adsorbed from the saturated adsorbed amount according to the temperature of the reducing catalyst
  • a reducing agent supply amount indicating unit is It is preferable to set the supply amount of the reducing agent by adding a predetermined amount to the reducing agent amount corresponding to the adsorbable amount and the ammonia amount for purification.
  • the rationality determination unit has a predetermined average value of sensor value transitions corresponding to the amount of ammonia flowing out downstream of the reduction catalyst. It is preferable to determine whether or not the reference value is exceeded.
  • the rationality determination unit determines that the maximum value of the amplitude of the sensor value transition is a value corresponding to the amount of ammonia flowing out downstream of the reduction catalyst. It is preferable to determine whether or not it has been shown.
  • Another aspect of the present invention is an internal combustion engine exhaust gas purification apparatus that supplies a reducing agent capable of generating ammonia to an exhaust passage upstream of a reduction catalyst, and reduces and purifies NO x in the exhaust gas using ammonia.
  • a rationality diagnosis method of the NO X sensor for rationality diagnosis of the NO X sensor arranged downstream of the reduction catalyst, a predetermined amount of ammonia a reducing agent to flow out to the downstream side of the reduction catalyst
  • Yet another aspect of the present invention is an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising any one of the above-described NO x sensor rationality diagnosis apparatuses.
  • NO X rationality diagnosis apparatus and NO X rationality diagnosis method of sensor of the sensor of the present invention by utilizing the characteristics of NO X sensor reacts to ammonia, NO X sensor downstream of the deployed reduction catalyst since the rationality of the NO X sensor by supplying a reducing agent so that a predetermined amount of ammonia in the side flows out is diagnosed, regardless of the operating state of the internal combustion engine, the rationality diagnosis of the NO X sensor at a desired time Done. Therefore, the diagnosis time is not restricted, and drivability and fuel consumption are prevented from being lowered.
  • the average value of the transition of the sensor value corresponding to the outflow of ammonia to the downstream side of the reduction catalyst By comparing the maximum value of the amplitude with a predetermined reference value to determine the rationality, the accuracy of the diagnosis result can be improved.
  • the rationality diagnosis apparatus for diagnosing the rationality of the NO x sensor is provided at a desired time regardless of the operating state of the internal combustion engine, Provided is an exhaust emission control device capable of accurately performing agent supply amount control and exhaust gas purification device failure diagnosis.
  • FIG. 1 It is a figure showing an example of composition of an exhaust-air-purification device concerning an embodiment of the invention.
  • Configuration Examples of the reducing agent supply device controller having a rationality diagnosis portion of the NO X sensor (DCU) is a block diagram showing the. It is a diagram for explaining a specific example of rational determination of the NO X sensor.
  • 5 is a flowchart for explaining an example of a rationality diagnosis method for an NO x sensor. It is a flowchart for explaining another example of rationality diagnosis method of the NO X sensor.
  • Abnormality determination method of the conventional of the NO X sensor is a diagram for explaining the.
  • the exhaust purification device 10 shown in FIG. 1 injects and supplies a urea aqueous solution as a reducing agent to the upstream side of the reduction catalyst 13 disposed in the exhaust passage, and the NO x contained in the exhaust gas is reduced in the reduction catalyst 13.
  • An exhaust purification device that selectively reduces and purifies.
  • the exhaust purification device 10 is disposed in the middle of an exhaust pipe 11 connected to the internal combustion engine 5, and a reduction catalyst 13 for selectively reducing NO x contained in the exhaust gas, and an upstream of the reduction catalyst 13.
  • the main component is a reducing agent supply device 20 including a reducing agent injection valve 31 for injecting and supplying an aqueous urea solution into the exhaust pipe 11 on the side.
  • temperature sensors 15 and 16 are disposed on the upstream side and the downstream side of the reduction catalyst 13 in the exhaust pipe 11, respectively, and a NO X sensor 17 and an oxidation catalyst 12 are disposed on the downstream side of the reduction catalyst 13. .
  • the basic configuration of these exhaust purification apparatuses 10 is a conventionally known configuration, and each component can be a known one.
  • the reducing agent supply device 20 reduces the reducing agent in the storage tank 50, the reducing agent injection valve 31 fixed to the exhaust pipe 11 on the upstream side of the reducing catalyst 13, the storage tank 50 storing the reducing agent.
  • a device 60 (hereinafter referred to as “DCU: Dosing Control Unit”) 60 is provided.
  • the pump module 40 and the reducing agent injection valve 31 are connected by a first supply passage 58, the storage tank 50 and the pump module 40 are connected by a second supply passage 57, and the pump module 40 and the storage tank. 50 is connected by a circulation passage 59.
  • the DCU 60 is connected to the CAN 65.
  • the CAN 65 is connected to a control unit 70 (hereinafter also referred to as “ECU: Electronic Control Unit”) 70 for controlling the operation state of the internal combustion engine. Not only information about the operating state of the internal combustion engine, such as timing and rotation speed, is written, but also information about all sensors provided in the exhaust purification device 10 is written.
  • ECU Electronic Control Unit
  • CAN65 it is determined whether or not the input signal value is within the CAN65 standard range.
  • the DCU 60 connected to the CAN 65 can read information on the CAN 65 and output information on the CAN 65.
  • the ECU 70 and the DCU 60 are composed of separate control units and can exchange information via the CAN 65. However, the ECU 70 and the DCU 60 are configured as one control unit. It doesn't matter.
  • the reducing agent injection valve 31 for example, an ON-OFF valve whose ON / OFF is controlled by duty control is used.
  • the urea aqueous solution pumped from the pump module 40 to the reducing agent injection valve 31 is maintained at a predetermined pressure, and is controlled by a control signal sent from a reducing agent injection valve operating device (indicated as “Udv operating device” in FIG. 1) 67.
  • Udv operating device indicated as “Udv operating device” in FIG. 1
  • the pump module 40 includes a pump 41, which pumps up the urea aqueous solution in the storage tank 50 through the second supply passage 57 and supplies the urea aqueous solution to the reducing agent injection valve 31 through the first supply passage 58.
  • Pump For example, an electric diaphragm pump or a gear pump is used as the pump 41, and duty control is performed by a signal sent from the DCU 60.
  • the first supply passage 58 is provided with a pressure sensor 43, and a value detected by the pressure sensor 43 is output as a signal to the DCU 60, and the pressure value in the first supply passage 58 is maintained at a predetermined value. Thus, the drive duty of the pump 41 is controlled.
  • the pump 41 in a state where the pressure in the first supply passage 58 is lower than a predetermined value, the pump 41 is controlled so that the driving duty is increased, and the pressure in the first supply passage 58 is lower than the predetermined value. In such a state that also increases, the pump 41 is controlled so that the drive duty becomes small.
  • the “pump drive duty” means the ratio of the pump drive time in one cycle in PWM (pulse width modulation) control.
  • a main filter 47 is provided in the first supply passage 58, and foreign substances in the reducing agent that are pumped to the reducing agent injection valve 31 are collected.
  • a circulation passage 59 is branched from the first supply passage 58 between the pump 41 and the main filter 47 and is connected to the storage tank 50.
  • An orifice 45 is provided in the middle of the circulation passage 59, and a pressure control valve 49 is provided closer to the storage tank 50 than the orifice 45.
  • the pump module 40 is provided with a reverting valve 71.
  • the reducing agent supply device 20 does not control the injection amount of the reducing agent, the pump module 40, the reducing agent injection valve 31, the first supply passage, and the like. 58, the reducing agent in the reducing agent supply system including the second supply passage 57 and the like is collected in the storage tank 50. Therefore, when the internal combustion engine 5 is stopped and the control of the reducing agent supply device 20 is not performed under a temperature condition where the reducing agent is likely to freeze, such as in cold weather, the reducing agent in the reducing agent supply system. When freezing is prevented and then the operation of the internal combustion engine is resumed, there is no injection failure due to clogging.
  • the reverting valve 71 is, for example, a switching valve having a function of switching the flow path of the reducing agent from the forward direction from the storage tank 50 to the pump module 40 to the reverse direction from the pump module 40 to the storage tank 50.
  • the reducing agent is recovered in the storage tank 50 by switching the flow path in the reverse direction and driving the pump 41.
  • Each part of the reducing agent supply system of the reducing agent supply apparatus 20 is provided with heaters 92 to 97, respectively.
  • These heaters 92 to 97 have a reducing agent that freezes partially or completely when the reducing agent is present in the reducing agent supply system, such as during cold weather. It is provided to prevent the control of the injection amount of the reducing agent by the injection valve 31 from being performed accurately.
  • the heaters 92 to 97 are energized and controlled by a heating control unit (not shown) provided in the DCU 60. For example, the voltage from the battery to the heaters 92 to 97 is determined based on the temperature of the reducing agent, the temperature of the outside air, etc. Then, the reducing agent supply system is heated.
  • These heaters 92 to 97 are not particularly limited, and for example, a heating wire or the like is used.
  • the reducing agent supply device 20 described above atomizes the reducing agent by spraying with the reducing agent injection valve 31 and supplies it to the exhaust passage. Besides this, the reducing agent is atomized by high-pressure air.
  • An air-assisted reducing agent supply device that supplies the exhaust passage through a nozzle can also be used.
  • the oxidation catalyst 12 disposed on the downstream side of the reduction catalyst 13 releases the component ammonia to the atmosphere as it is when the added reducing agent flows downstream without being adsorbed by the reduction catalyst 13. It is provided to oxidize ammonia so that it is not. Ammonia, the oxidation catalyst 12, is released is decomposed into relatively low toxicity NO X and water. Since the exhaust gas purification apparatus 10 of the present embodiment is provided with the oxidation catalyst 12, a small amount of ammonia that intentionally flows out downstream of the reduction catalyst when a rational diagnosis of the NO x sensor described later is performed. Since it is oxidized, there is no possibility that ammonia is released into the atmosphere as it is.
  • the NO X sensor 17 disposed on the downstream side of the reduction catalyst 13 is used to detect the NO X concentration that has flowed downstream without being reduced by the reduction catalyst 13.
  • the sensor value detected by the NO X sensor 17 is sent to the DCU 60, and the DCU 60 controls the injection amount of the reducing agent based on this value. Therefore, since the sensor value of the NO X sensor 17 also affects the NO X purification efficiency, the rationality of the NO X sensor 17 becomes important.
  • the NO x sensor 17 is known to react not only to NO x but also to ammonia produced by hydrolysis of an aqueous urea solution as a reducing agent.
  • the reducing agent injection amount is controlled so that ammonia does not flow downstream of the reduction catalyst 13, so the sensor value of the NO X sensor 17 indicates the NO X concentration. As a result, the injection amount of the reducing agent is controlled.
  • Reducing agent supply device control device (NO X sensor rationality diagnosis device)
  • NO X sensor rationality diagnosis device (1) Basic Configuration In the DCU 60 provided in the exhaust gas purification apparatus 10 shown in FIG. 1, basically, various types existing on the CAN 65 so that an appropriate amount of reducing agent is injected into the exhaust passage 11. Based on this information, the operation control of the pump 41 and the reducing agent injection valve 31 is performed. Further, the DCU 60 in the exhaust purification device 10 of the present embodiment further has a function as a rationality diagnosis device for the NO x sensor 17.
  • the DCU 60 is mainly configured by a microcomputer having a known configuration.
  • FIG. 1 the operation control of the reducing agent injection valve 31 and the drive control of the pump 41 and the part relating to the rational diagnosis of the NO X sensor 17 are illustrated.
  • a configuration example represented in functional blocks is shown.
  • the DCU 60 includes a CAN information extraction and generation unit (indicated as “CAN information extraction and generation” in FIG. 1), a pump drive control unit (indicated as “pump drive control” in FIG. 1), and a reducing agent injection amount instruction unit (
  • “Udv operation control” and a rationality diagnosis unit (indicated as “rational diagnosis” in FIG. 1) and the like are configured as main components. Each of these units is specifically realized by executing a program by a microcomputer (not shown).
  • the CAN information extraction and generation unit reads information existing on the CAN 65 including information on the engine operating state output from the ECU and sensor values output from the NO X sensor, and outputs the information to each unit. .
  • the pump drive control unit continuously reads information regarding the pressure of the reducing agent in the first supply path 58 output from the CAN information extraction and generation unit, and feedback control of the pump 41 based on the pressure information. I do.
  • the pressure in the first supply path 58 is maintained in a substantially constant state.
  • the pump 41 is an electric pump
  • the duty of the electric pump is increased to increase the pressure.
  • the duty ratio of the electric pump is reduced to reduce the pressure. To be controlled.
  • the reducing agent injection amount instruction unit outputs information on the reducing agent in the storage tank 50, information on the exhaust gas temperature, the reduction catalyst temperature, and the NO x concentration downstream of the reduction catalyst, which is output from the CAN information extraction and generation unit. Reads information on the operating state of the engine, etc., calculates the injection amount of the reducing agent so that the amount of ammonia necessary to reduce NO x contained in the exhaust gas is generated, and operates the reducing agent injection valve 31 Output to the reducing agent injection valve operating device 67.
  • the DCU 60 In a state where the reducing agent is supplied to the reducing agent injection valve 31 at a substantially constant pressure, the DCU 60 is measured on the operating state of the internal combustion engine, the exhaust temperature, the temperature of the reduction catalyst 13, and further on the downstream side of the reduction catalyst 13.
  • the injection instruction value of the reducing agent to be injected is determined on the basis of information such as the NO x concentration that has flowed to the downstream side of the reduction catalyst 13 without being reduced, and a control signal is generated accordingly to generate a reducing agent injection valve.
  • opening / closing control of the reducing agent injection valve 31 is performed by the reducing agent injection valve operating device 67, and an appropriate amount of reducing agent is injected into the exhaust pipe 11.
  • the reducing agent injected into the exhaust pipe 11 flows into the reduction catalyst 13 while being mixed with the exhaust gas, and is used for the reduction reaction of NO x contained in the exhaust gas. In this way, exhaust gas purification is performed.
  • the DCU 60 of the present embodiment includes a rationality diagnosis unit of the NO X sensor.
  • the rationality diagnosis unit diagnoses whether the NO x sensor 17 is responding accurately regardless of the operating state of the internal combustion engine 5 and without forcibly changing the operating state of the internal combustion engine 5. It is configured.
  • FIG. 2 shows the configuration of the rationality diagnosis unit of the NO X sensor in the configuration of the DCU 60 in more detail.
  • the rationality diagnosis unit includes a sensor value storage unit (indicated as “sensor value storage” in FIG. 2), a reducing agent injection amount correction unit (indicated as “Ud injection amount correction” in FIG. 2), and rationality. It is comprised from the determination part (it describes with "rationality determination” in FIG. 2). Each of these units is specifically realized by executing a program by a microcomputer (not shown).
  • the sensor value storage unit is a part that monitors the transition of the sensor value of the NO X sensor output from the CAN information extraction and generation unit.
  • This sensor value storage unit is connected to a RAM (Random Access Memory) (not shown), and the transition of the sensor value of the NO X sensor is stored.
  • the reducing agent injection amount correction unit is a portion that instructs to increase the supply amount of the reducing agent so that a predetermined amount of ammonia flows out downstream of the reduction catalyst when performing a rational diagnosis of the NO X sensor.
  • This reducing agent injection amount correcting unit is a purifying ammonia amount calculating unit (referred to as “purifying Amn calculation” in FIG. 2) for calculating the purifying ammonia amount necessary for purifying NO x in the exhaust gas flowing into the reduction catalyst. 2) and an ammonia adsorbable amount calculation unit (indicated as “adsorption Amn calculation” in FIG. 2) for calculating the amount of ammonia that can be further adsorbed on the reduction catalyst.
  • the amount of reducing agent that produces ammonia in an amount obtained by adding a predetermined amount to the total amount is calculated, and a signal is sent to the reducing agent injection valve operating device 67. That is, in order to see the reaction of the NO X sensor using the characteristic that the NO X sensor also detects ammonia, the reducing agent injection amount correction unit intentionally causes a predetermined amount of ammonia to flow out downstream of the reduction catalyst.
  • the rationality determination unit determines the rationality of the NO X sensor by determining whether or not the transition of the sensor value shows a change in response to a predetermined amount of ammonia flowing out downstream of the reduction catalyst. judge.
  • a peak check for determining an average value of the sensor values of the NO X sensor within a period in which a predetermined amount of ammonia is caused to flow downstream of the reduction catalyst, and a predetermined amount of ammonia is reduced.
  • an amplitude stack checking determines the maximum value of the sensor value of the NO X sensor within a period obtained by flowing downstream of the catalyst takes place.
  • a diagnosis mode is not created by forcibly changing the operating state and increasing the NO X flow rate to be exhausted
  • a diagnostic mode is created by supplying an excess of an aqueous urea solution as a reducing agent for reducing and purifying NO x therein, and causing the produced ammonia to flow downstream from the reduction catalyst.
  • the rational diagnosis of the NO x sensor is performed by determining whether the NO x sensor is responding in response to the flowing ammonia.
  • Reducing agent injection amount so that a predetermined amount of ammonia flows out downstream of the reduction catalyst for a predetermined time in a state where the normal reducing agent injection amount control is performed to reduce and purify NO x in the exhaust gas.
  • the correction unit corrects an increase in the reducing agent injection instruction value, and controls the operation of the reducing agent injection valve. In the example of the timing chart of FIG. 3, the reducing agent injection instruction value is corrected to increase so that 20 ppm of ammonia flows out downstream of the reduction catalyst during the period from t1 to t2.
  • the peak check In this case, continuously reads the sensor values Nd of the NO X sensor is continuously stored in RAM, keep monitoring the change in sensor value Nd. Then, a change appears in the sensor value Nd of the NO x sensor in response to the increase in the amount of reducing agent injected.
  • the difference between the average value Ndp between the change point of the sensor value increase start and the change point after the sensor value decrease in the transition of the sensor value Nd and the predetermined peak reference value Ndp0 is within a predetermined range. It is determined whether it is within.
  • This peak reference value Ndp0 may be, for example, a value obtained in advance by experiments, or a value calculated in consideration of the temperature of the reduction catalyst, the reducing agent injection amount, and the like.
  • the peak check can be performed using the sensor value itself, or can be performed using a value obtained by offsetting the sensor value (a value at the time of starting the sensor value increase is set to zero).
  • the stack check it is determined whether or not the maximum amplitude value Ndm between the change point at the start of the sensor value increase and the change point after the sensor value decrease is equal to or greater than a predetermined stack reference value Ndm0.
  • the stack reference value Ndm0 may be, for example, a value obtained in advance by experiments, or a value calculated in consideration of the temperature of the reduction catalyst, the reducing agent injection amount, and the like. If the difference between the average value Ndp of the sensor values Nd and the peak reference value Ndp0 is within a predetermined range, and the maximum amplitude Ndm of the sensor value Nd is greater than or equal to the stack reference value Ndm0, the NO X sensor is reasonable It is determined that there is sex.
  • step S10 after the saturated adsorption amount of the reduction catalyst is obtained from the temperature of the reduction catalyst estimated from the sensor values of the temperature sensors arranged upstream and downstream of the reduction catalyst, the current reduction is calculated from the saturated adsorption amount. The actual adsorption amount adsorbed on the catalyst is subtracted to calculate the ammonia adsorption possible amount.
  • step S11 the NO x concentration upstream of the reduction catalyst is obtained.
  • this NO x concentration is estimated by a calculation based on the engine state.
  • the purification ammonia amount consumed for the reduction reaction of NO x flowing into the reduction catalyst is calculated in step S12.
  • the reducing agent injection instruction value is determined so that a predetermined amount of ammonia flows further downstream of the reduction catalyst. That is, when the ammonia adsorbed on the reduction catalyst is saturated in step 10 and the NO x concentration upstream of the reduction catalyst is zero in step S11, in step S13, the downstream side of the reduction catalyst.
  • the indicated value is determined so that a reducing agent is injected so that an amount of ammonia that is desired to flow out is generated.
  • step S13 if the ammonia adsorbed on the reduction catalyst is not saturated in step S10, or if NO x on the upstream side of the reduction catalyst is detected in step S11, each step is required in step S13.
  • the ammonia amount desired to flow out downstream of the reduction catalyst is added to the ammonia amount, and a reducing agent injection instruction value corresponding to the ammonia amount is determined.
  • Step S10 in order to increase the reliability of the rational diagnosis of the NO x sensor, it is preferable that a predetermined amount of ammonia is accurately caused to flow out downstream of the reduction catalyst. Therefore, in performing the steps from Step S10 to Step 13, as shown in FIG. 5, it is determined whether or not the amount of ammonia that can be adsorbed on the reduction catalyst is equal to or less than a predetermined value, and the reduction catalyst upstream. with concentration of NO X side is performed and steps S11' to or less than a predetermined value is determined, whether stably remained without the exhaust temperature of the reduction catalyst upstream vibrates greatly It is preferable that step S12 ′ to be discriminated is performed.
  • step S13 When the injection instruction value of the reducing agent is determined in step S13, the reducing agent is supplied into the exhaust pipe via the reducing agent injection valve in step S14. Then, the reducing agent hydrolyzes to generate ammonia, a part of the ammonia is consumed for the reduction of NO x flowing into the reduction catalyst, another part of the ammonia is adsorbed on the reduction catalyst, and the surplus and The predetermined amount of ammonia that has flowed out flows downstream of the reduction catalyst.
  • step S15 a peak check and a stack check for performing a rational diagnosis of the NO x sensor are performed. Since the detailed implementation contents of the peak check and the stack check are as described above, description thereof is omitted here.
  • step S16 if both the peak check and the stack check are OK, it is determined that the NO x sensor is reasonable. On the other hand, if either the peak check or the stack check is NG, it is determined that the NO x sensor is not rational.
  • NO x sensor rationality diagnosis device of the present embodiment when performing rationality diagnosis of the NO x sensor using the characteristics of the NO x sensor that also detects ammonia, a predetermined amount is intentionally added. Since the ammonia by flowing downstream of the reduction catalyst is to look the reaction of the NO X sensor, without affecting the operation state of the internal combustion engine, NO X sensor without reducing the fuel consumption and drivability Can make a reasonable diagnosis.

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Abstract

　内燃機関の運転中であっても、ドライバビリティ性や燃費の悪化を伴わずに、所望の時期にＮＯXセンサの合理性診断を行うことができるＮＯXセンサの合理性診断装置及びＮＯXセンサの合理性診断方法、並びにそのようなＮＯXセンサの合理性診断装置を備えた排気浄化装置を提供する。 　還元触媒よりも下流側に配置されたＮＯXセンサの合理性診断を行うためのＮＯXセンサの合理性診断装置であって、ＮＯXセンサによって検出されるセンサ値の推移を監視するセンサ値記憶部と、所定量のアンモニアが還元触媒の下流側に流出するように還元剤の供給量を指示する還元剤供給量指示部と、所定量のアンモニアが還元触媒の下流側に流出したことに対応してセンサ値の推移が変化したか否かを判別してＮＯXセンサの合理性を判定する合理性判定部と、を備える。

Description

ＮＯXセンサの合理性診断装置及び合理性診断方法、並びに内燃機関の排気浄化装置
　本発明は、ＮＯXセンサの合理性診断装置及びＮＯXセンサの合理性診断方法、並びに内燃機関の排気浄化装置に関する。特に、アンモニアを用いてＮＯXの還元を行う還元触媒の下流側に備えられたＮＯXセンサの合理性診断を行うＮＯXセンサの合理性診断装置及びＮＯXセンサの合理性診断方法、並びに内燃機関の排気浄化装置に関する。
　ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、環境に影響を及ぼすおそれのある窒素酸化物（ＮＯX）が含まれている。従来、このＮＯXを浄化するために用いられる排気浄化装置の一態様として、排気通路中に選択還元触媒が配設され、この選択還元触媒中でアンモニアを用いてＮＯXの還元浄化が行われるＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが知られている。このＳＣＲシステムは、アンモニアを生成可能な尿素水溶液等の還元剤を選択還元触媒の上流側の排気通路中に供給し、生成されたアンモニアを選択還元触媒に吸着しておき、流入してくる排気ガス中のＮＯXを選択的に還元浄化するものである。
　このＳＣＲシステムに用いられる選択還元触媒は、アンモニアの飽和吸着量が触媒温度によって変化する特性を有している。また、この選択還元触媒は、飽和吸着量に対する実際のアンモニアの吸着率が高いほど、ＮＯXの還元効率も高くなる特性を有している。一方、ＮＯXを還元するためのアンモニアはＮＯXよりも毒性が高く、還元反応に使用されないアンモニアが大気中に放出されることはできる限り避けられなければならない。そのため、選択還元触媒の下流側にアンモニアが流出しないように、かつ、飽和吸着量に対するアンモニアの実吸着率ができる限り高くなるように、尿素水溶液等の還元剤の供給量の制御が行われている。
　また、ＳＣＲシステムにおいて、選択還元触媒の下流側にＮＯXセンサが配置され、選択還元触媒中で還元浄化されずに下流側に流出したＮＯXの濃度が検出されるようにしたシステムがある。このようなＮＯXセンサを備えたＳＣＲシステムでは、ＮＯXセンサによって検出されるＮＯX濃度に応じた還元剤の供給量の補正が行われたり、検出されるＮＯX濃度をもとにしたＳＣＲシステム自体に異常を生じていないかの診断が行われたりしている。このように、選択還元触媒の下流側のＮＯXセンサによって検出されるＮＯX濃度を利用して還元剤の供給量の制御を行ったり、ＳＣＲシステムの故障診断を行ったりする場合には、ＮＯXセンサのセンサ値に合理性があることが前提となってくる。
　ただし、ＮＯXセンサは劣化やＮＯX等の固着等によって合理性が低下するおそれがあることから、排気浄化装置に用いられているＮＯXセンサの異常を判定するための装置が提案されている。具体的には、図６に示すフローを実施するためにＮＯX吸蔵触媒の適切な再生を行うべく、ＮＯXセンサの異常を判定するためのＮＯXセンサの異常判定装置であって、ＮＯX吸蔵触媒の排気下流側にＮＯXセンサを設け、ＮＯX吸蔵触媒中のＮＯXを放出させた状態を強制的に生じさせるＮＯX放出手段と、ＮＯX放出手段によりＮＯXが放出された状態でＮＯX吸蔵触媒の実際のＮＯX低減率を演算する実ＮＯX低減率設定手段と、エンジン運転状態に基づき、基準のＮＯX低減率を予め設定する基準ＮＯX低減率設定手段と、実際のＮＯX低減率と基準のＮＯX低減率とを比較し、ＮＯXセンサの異常を判定する異常判定手段とを備えたＮＯXセンサの異常判定装置が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００４－２７０４６８号公報　（特許請求の範囲）
　しかしながら、特許文献１に記載されたＮＯXセンサの異常判定装置は、診断時において、内燃機関の運転状態を強制的に変化させてＮＯXを放出させ、ＮＯXセンサのセンサ値をもとにして演算される実際のＮＯX低減率が、予定されるＮＯX低減率の基準値に見合う値となっているかを判定することにより、ＮＯXセンサの合理性を判定するものである。すなわち、特許文献１に記載されたＮＯXセンサの異常判定装置は、ＮＯXセンサの合理性を判定するためにあえて運転状態を変動させる必要があり、内燃機関の通常運転中にＮＯXセンサの合理性判定を実施しようとすると、ドライバビリティ性に影響を与えたり、燃費を悪化させたりするおそれがある。そのため、ＮＯXセンサの合理性の判定を行う時期に制約を受けやすいという問題がある。
　そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、ＮＯXセンサがその構成上アンモニアにも反応する特性に着目し、内燃機関の運転状態を強制的に変化させるのではなく、アンモニアの一部を選択還元触媒の下流側に流出させ、アンモニアの流出に追従してＮＯXセンサが反応を示しているかを判別することによってＮＯXセンサの合理性診断を行うことによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明の目的は、内燃機関の運転中であっても、ドライバビリティ性や燃費の悪化を伴わずに、所望の時期にＮＯXセンサの合理性診断が行われるＮＯXセンサの合理性診断装置及びＮＯXセンサの合理性診断方法、並びにそのようなＮＯXセンサの合理性診断装置を備えた排気浄化装置を提供することである。
　本発明によれば、アンモニアを生成可能な還元剤を還元触媒の上流側の排気通路に供給し、還元触媒で排気中のＮＯXを選択的に還元浄化する内燃機関の排気浄化装置における、還元触媒よりも下流側に配置されたＮＯXセンサの合理性診断を行うためのＮＯXセンサの合理性診断装置であって、ＮＯXセンサによって検出されるセンサ値の推移を監視するセンサ値記憶部と、所定量のアンモニアが還元触媒の下流側に流出するように還元剤の供給量を指示する還元剤供給量指示部と、所定量のアンモニアが還元触媒の下流側に流出したことに対応してセンサ値の推移が変化したか否かを判別してＮＯXセンサの合理性を判定する合理性判定部と、を備えることを特徴とするＮＯXセンサの合理性診断装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
　また、本発明のＮＯXセンサの合理性診断装置を構成するにあたり、還元触媒に流入する排気中のＮＯXを浄化するために必要な浄化用アンモニア量を演算する浄化用アンモニア量演算部と、還元触媒の温度に応じた飽和吸着量から現在吸着している実吸着量を減算して、アンモニアの吸着可能量を算出するアンモニア吸着可能量演算部と、を備え、還元剤供給量指示部は、吸着可能量及び浄化用アンモニア量に対応する還元剤量に所定量を加算して還元剤の供給量を設定することが好ましい。
　また、本発明のＮＯXセンサの合理性診断装置を構成するにあたり、合理性判定部は、還元触媒の下流側に流出したアンモニアの量に対応して変化したセンサ値の推移の平均値が所定の基準値を超えたか否かを判別することが好ましい。
　また、本発明のＮＯXセンサの合理性診断装置を構成するにあたり、合理性判定部は、センサ値の推移の振幅の最大値が還元触媒の下流側に流出したアンモニアの量に応じた値を示したか否かを判別することが好ましい。
　また、本発明の別の態様は、アンモニアを生成可能な還元剤を還元触媒の上流側の排気通路に供給し、排気中のＮＯXをアンモニアを用いて還元浄化する内燃機関の排気浄化装置における、還元触媒よりも下流側に配置されたＮＯXセンサの合理性診断を行うＮＯXセンサの合理性診断方法であって、所定量のアンモニアが還元触媒の下流側に流出するように還元剤を供給するとともに、ＮＯXセンサによって検出されるセンサ値の推移を監視し、所定量のアンモニアが還元触媒の下流側に流出したことに対応してセンサ値の推移が変化したか否かを判別してＮＯXセンサの合理性を判定することを特徴とするＮＯXセンサの合理性診断方法である。
　また、本発明のさらに別の態様は、上述したいずれかのＮＯXセンサの合理性診断装置を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
　本発明のＮＯXセンサの合理性診断装置及びＮＯXセンサの合理性診断方法によれば、ＮＯXセンサがアンモニアにも反応する特性を利用して、ＮＯXセンサが配置された還元触媒の下流側に所定量のアンモニアが流出するように還元剤を供給してＮＯXセンサの合理性が診断されるため、内燃機関の運転状態にかかわらず、所望の時期にＮＯXセンサの合理性診断が行われる。したがって、診断の時期が制約を受けることがなくなるとともに、ドライバビリティ性や燃費の低下が防止される。
　また、本発明のＮＯXセンサの合理性診断装置において、請求項３や請求項４に記載されたように、還元触媒の下流側へのアンモニアの流出に対応するセンサ値の推移の平均値や振幅の最大値を所定の基準値と比較して合理性の判定を行うことにより、診断結果の精度の向上が図られる。
　また、本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の運転状態にかかわらず所望の時期にＮＯXセンサの合理性の診断が行われる合理性診断装置を備えているために、還元剤の供給量制御や排気浄化装置の故障診断を適確に行うことができる排気浄化装置が提供される。
本発明の実施の形態にかかる排気浄化装置の構成例を示す図である。 ＮＯXセンサの合理性診断部を備えた還元剤供給装置制御装置（ＤＣＵ）の　　構成例を示すブロック図である。 ＮＯXセンサの合理性判定の具体例を説明するための図である。 ＮＯXセンサの合理性診断方法の一例を説明するためのフローチャートであ　　る。 ＮＯXセンサの合理性診断方法の別の例を説明するためのフローチャートで　　ある。 従来のＮＯXセンサの異常判定方法を説明するための図である。
　以下、図面を参照して、本発明のＮＯXセンサの合理性診断装置及び合理性診断方法並びに排気浄化装置に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
　なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
１．排気浄化装置
　まず、ＮＯXセンサの合理性診断装置（以下、単に「合理性診断装置」と称する場合がある。）が備えられた本実施形態の排気浄化装置の構成について図１を参照しつつ説明する。
　図１に示す排気浄化装置１０は、還元剤としての尿素水溶液を、排気通路中に配設された還元触媒１３の上流側に噴射供給し、還元触媒１３において排気ガス中に含まれるＮＯXを選択的に還元浄化する排気浄化装置である。この排気浄化装置１０は、内燃機関５に接続された排気管１１の途中に配設され、排気ガス中に含まれるＮＯXを選択的に還元するための還元触媒１３と、還元触媒１３の上流側で排気管１１内に尿素水溶液を噴射供給するための還元剤噴射弁３１を含む還元剤供給装置２０とを主たる要素として構成されている。また、排気管１１の還元触媒１３の上流側及び下流側にはそれぞれ温度センサ１５、１６が配置されるとともに、還元触媒１３の下流側にはＮＯXセンサ１７及び酸化触媒１２が配置されている。
　これらの排気浄化装置１０の基本的な構成は従来公知の構成であり、各構成要素はそれぞれ公知のものを使用することができる。
　このうち還元剤供給装置２０は、還元触媒１３の上流側で排気管１１に固定された還元剤噴射弁３１と、還元剤が貯蔵された貯蔵タンク５０と、貯蔵タンク５０内の還元剤を還元剤噴射弁３１に向けて圧送するポンプ４１を含むポンプモジュール４０と、排気管１１内に噴射供給する還元剤の噴射量を制御するために、還元剤噴射弁３１やポンプ４１の制御を行う制御装置（以下、「ＤＣＵ：Dosing Control Unit」と称する。）６０を備えている。また、ポンプモジュール４０と還元剤噴射弁３１とは第１の供給通路５８によって接続され、貯蔵タンク５０とポンプモジュール４０とは第２の供給通路５７によって接続され、さらに、ポンプモジュール４０と貯蔵タンク５０とは循環通路５９によって接続されている。
　また、図１に示す排気浄化装置１０の例では、ＤＣＵ６０は、ＣＡＮ６５に接続されている。このＣＡＮ６５には、内燃機関の運転状態を制御するためのコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ：Electronic Control Unit」と称する場合がある。）７０が接続されており、ＣＡＮ６５には、燃料噴射量や噴射タイミング、回転数等をはじめとする内燃機関の運転状態に関する情報が書き込まれるだけでなく、排気浄化装置１０に備えられたあらゆるセンサ等の情報も書き込まれる。また、ＣＡＮ６５では、入力される信号値がＣＡＮ６５の規格範囲内にあるか否かが判別される。そして、ＣＡＮ６５に接続されたＤＣＵ６０は、ＣＡＮ６５上の情報を読み込み、また、ＣＡＮ６５上に情報を出力できるようになっている。
　なお、本実施形態では、ＥＣＵ７０とＤＣＵ６０とが別のコントロールユニットからなり、ＣＡＮ６５を介して情報のやり取りができるようにされているが、これらのＥＣＵ７０とＤＣＵ６０とが一つのコントロールユニットとして構成されていても構わない。
　また、還元剤噴射弁３１としては、例えば、デューティ制御により開弁のＯＮ－ＯＦＦが制御されるＯＮ－ＯＦＦ弁が用いられる。ポンプモジュール４０から還元剤噴射弁３１に圧送される尿素水溶液は所定の圧力で維持され、還元剤噴射弁操作装置（図１では「Udv操作装置」と表記）６７から送られてくる制御信号によって還元剤噴射弁３１が開かれたときに還元剤が排気通路中に噴射される。
　また、ポンプモジュール４０にはポンプ４１が備えられ、第２の供給通路５７を介して貯蔵タンク５０内の尿素水溶液を汲み上げるとともに、第１の供給通路５８を介して還元剤噴射弁３１に尿素水溶液を圧送する。このポンプ４１は、例えば、電動式のダイヤフラムポンプやギアポンプが用いられ、ＤＣＵ６０から送られてくる信号によってデューティ制御が行われる。また、第１の供給通路５８には圧力センサ４３が備えられており、圧力センサ４３によって検知された値は信号としてＤＣＵ６０に出力され、第１の供給通路５８内の圧力値が所定値に維持されるようにポンプ４１の駆動デューティが制御される。すなわち、第１の供給通路５８内の圧力が所定値よりも低下するような状態においては、ポンプ４１は駆動デューティが大きくなるように制御され、第１の供給通路５８内の圧力が所定値よりも上昇するような状態においては、ポンプ４１は駆動デューティが小さくなるように制御される。
　なお、「ポンプの駆動デューティ」とは、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御において、１周期当たりに占めるポンプの駆動時間の割合を意味している。
　また、第１の供給通路５８にはメインフィルタ４７が備えられ、還元剤噴射弁３１に圧送される還元剤中の異物が捕集される。また、ポンプ４１とメインフィルタ４７との間の第１の供給通路５８から循環通路５９が分岐して設けられ、貯蔵タンク５０に接続されている。この循環通路５９の途中にはオリフィス４５が備えられるとともに、オリフィス４５よりも貯蔵タンク５０側に圧力制御弁４９が備えられている。このような循環通路５９を備えることにより、圧力センサ４３のセンサ値をもとにフィードバック制御されるポンプ４１によって還元剤が圧送される状態において、第１の供給通路５８内の圧力値が所定値を超えた場合に、圧力制御弁４９が開弁し、還元剤の一部が貯蔵タンク５０内に還流される。圧力制御弁４９は、例えば、公知のチェック弁等が用いられる。
　また、ポンプモジュール４０にはリバーティングバルブ７１が備えられ、還元剤供給装置２０によって還元剤の噴射量制御が行われない場合等において、ポンプモジュール４０や還元剤噴射弁３１、第１の供給通路５８、第２の供給通路５７等を含む還元剤供給系の還元剤が貯蔵タンク５０に回収される。したがって、冷寒時等、還元剤が凍結しやすい温度条件下において、内燃機関５を停止させ、還元剤供給装置２０の制御を行わないような場合に、還元剤供給系内での還元剤の凍結が防止され、その後内燃機関の運転を再開したときに、詰まりによる噴射不良がないようにされている。
　このリバーティングバルブ７１は、例えば、還元剤の流路を、貯蔵タンク５０からポンプモジュール４０へ向かう順方向から、ポンプモジュール４０から貯蔵タンク５０へ向かう逆方向に切り替える機能を持った切換弁であり、内燃機関のイグニッションスイッチをオフにしたときに、流路を逆方向に切り換えてポンプ４１を駆動することにより還元剤が貯蔵タンク５０内に回収される。
　また、還元剤供給装置２０の還元剤供給系の各部位にはそれぞれヒーター９２～９７が備えられている。これらのヒーター９２～９７は、冷寒時等において還元剤が還元剤供給系内に存在する場合に、還元剤が凍結して部分的に又は完全に還元剤供給系を塞いでしまい、還元剤噴射弁３１による還元剤の噴射量制御が正確に行われなくなることを防ぐために備えられている。また、これらのヒーター９２～９７は、ＤＣＵ６０に備えられたヒーティング制御部（図示せず。）によって通電制御が行われる。例えば、還元剤の温度や外気温度等をもとにして、還元剤供給系で還元剤が凍結を生じるような温度条件下にあると判断されたときに、バッテリーからヒーター９２～９７に電圧が供給され、還元剤供給系が加熱される。
　これらのヒーター９２～９７についても、特に制限されるものではなく、例えば、電熱線等が用いられる。
　なお、上述した還元剤供給装置２０は、還元剤噴射弁３１による噴霧によって還元剤を微粒化して排気通路内に供給するものであるが、これ以外にも、還元剤を高圧エアによって微粒化しつつ、ノズルを介して排気通路内に供給するエアアシスト式の還元剤供給装置を用いることもできる。
　また、還元触媒１３の下流側に配置された酸化触媒１２は、添加された還元剤が還元触媒１３に吸着されずに下流側に流出した場合に、その成分であるアンモニアがそのまま大気中に放出されないように、アンモニアを酸化させるために備えられている。アンモニアは、酸化触媒１２で、相対的に毒性の低いＮＯXと水とに分解されて放出される。
　本実施形態の排気浄化装置１０にはこの酸化触媒１２が備えられているために、後述するＮＯXセンサの合理性診断を行う際に意図的に還元触媒の下流側に流出させる少量のアンモニアが酸化されるため、アンモニアがそのまま大気中に放出されるおそれがない。
　また、還元触媒１３の下流側に配置されたＮＯXセンサ１７は、還元触媒１３で還元されずに下流側に流出したＮＯX濃度を検出するために用いられる。このＮＯXセンサ１７によって検出されるセンサ値はＤＣＵ６０に送られ、ＤＣＵ６０では、この値を基にした還元剤の噴射量制御が行われる。したがって、ＮＯXセンサ１７のセンサ値はＮＯXの浄化効率にも影響するため、ＮＯXセンサ１７の合理性が重要になってくる。
　このＮＯXセンサ１７は、ＮＯXだけでなく、還元剤としての尿素水溶液が加水分解を生じて生成されるアンモニアにも反応することが知られており、後述する本実施形態の合理性診断装置は、ＮＯXセンサ１７がアンモニアにも反応する特性を利用して、ＮＯXセンサ１７の合理性の診断が行われるように構成されている。なお、通常の還元剤の噴射量制御においては、アンモニアが還元触媒１３の下流側に流出しないように還元剤の噴射量が制御されるため、ＮＯXセンサ１７のセンサ値がＮＯX濃度を示しているものとして還元剤の噴射量制御が行われる。
２．還元剤供給装置の制御装置（ＮＯXセンサの合理性診断装置）
（１）基本的構成
　図１に示す排気浄化装置１０に備えられたＤＣＵ６０では、基本的には、適切な量の還元剤が排気通路１１中に噴射されるように、ＣＡＮ６５上に存在する様々な情報をもとにポンプ４１及び還元剤噴射弁３１の動作制御が行われる。また、本実施形態の排気浄化装置１０におけるＤＣＵ６０は、さらにＮＯXセンサ１７の合理性診断装置としての機能を備えている。
　このＤＣＵ６０は、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、図１では、還元剤噴射弁３１の動作制御及びポンプ４１の駆動制御、さらにＮＯXセンサ１７の合理性診断に関する部分について、機能的なブロックに表された構成例が示されている。ＤＣＵ６０は、ＣＡＮ情報取出生成部（図１では「CAN情報取出生成」と表記。）と、ポンプ駆動制御部（図１では「ポンプ駆動制御」と表記。）と、還元剤噴射量指示部（図１では「Udv動作制御」と表記。）と、合理性診断部（図１では「合理性診断」と表記。）等を主要な構成要素として構成されている。そして、これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータ（図示せず）によるプラグラムの実行によって実現される。
　このうち、ＣＡＮ情報取出生成部は、ＥＣＵから出力されたエンジンの運転状態に関する情報やＮＯXセンサから出力されたセンサ値をはじめとして、ＣＡＮ６５上に存在する情報を読み込み、各部に対して出力する。
　また、ポンプ駆動制御部は、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される、第１の供給経路５８内の還元剤の圧力に関する情報を継続的に読み込み、この圧力情報をもとにポンプ４１のフィードバック制御を行う。その結果、第１の供給経路５８内の圧力がほぼ一定の状態に維持される。例えば、ポンプ４１が電動式のポンプである場合には、出力される第１の供給経路５８内の圧力値が目標値よりも低い場合には、圧力を上昇させるべく、電動式のポンプのデューティ比が大きくなるように制御され、逆に、出力される第１の供給経路５８内の圧力値が目標値を超える場合には、圧力を低下させるべく、電動式のポンプのデューティ比が小さくなるように制御される。
　還元剤噴射量指示部は、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される、貯蔵タンク５０内の還元剤に関する情報や排気ガス温度、還元触媒温度、還元触媒下流側でのＮＯX濃度に関する情報、さらにはエンジンの運転状態に関する情報等を読み込み、排気ガスに含まれるＮＯXを還元するために必要な量のアンモニアが生成されるように還元剤の噴射量を算出し、還元剤噴射弁３１を操作するための還元剤噴射弁操作装置６７に対して出力する。
（２）還元剤噴射量制御
　図１に示す排気浄化装置１０による排気ガス中のＮＯXの還元浄化は以下のように行われる。
　内燃機関の運転時において、貯蔵タンク５０内の還元剤は、ポンプ４１によって汲み上げられ、還元剤噴射弁３１に向けて圧送される。このとき、ポンプモジュール４０に備えられたポンプ４１の下流側の圧力センサ４３のセンサ値がフィードバックされ、センサ値が所定値未満の場合にはポンプ４１の出力が高められる一方、圧力値が所定値を超える場合には圧力制御弁４９によって減圧される。これによって、還元剤噴射弁３１に向けて圧送される還元剤の圧力がほぼ一定の値に維持される。
　還元剤がほぼ一定の圧力で還元剤噴射弁３１に供給された状態で、ＤＣＵ６０は、内燃機関の運転状態や排気温度、還元触媒１３の温度、さらには還元触媒１３の下流側で測定される、還元されずに還元触媒１３の下流側に流出したＮＯX濃度等の情報をもとに噴射すべき還元剤の噴射指示値を決定し、それに応じた制御信号を生成して還元剤噴射弁操作装置６７に対して出力する。そして、還元剤噴射弁操作装置６７によって還元剤噴射弁３１の開閉制御が行われ、適切な量の還元剤が排気管１１中に噴射される。排気管１１中に噴射された還元剤は、排気ガスに混合された状態で還元触媒１３に流入し、排気ガス中に含まれるＮＯXの還元反応に用いられる。このようにして、排気ガスの浄化が行われる。
（３）ＮＯXセンサの合理性診断部
　ここで、本実施形態のＤＣＵ６０にはＮＯXセンサの合理性診断部が備えられている。合理性診断部は、内燃機関５の運転状態にかかわらず、また、内燃機関５の運転状態を強制的に変化させることなく、ＮＯXセンサ１７が正確に応答しているか否かを診断するように構成されている。
　図２は、ＤＣＵ６０の構成のうちのＮＯXセンサの合理性診断部の構成をさらに詳細に表している。この合理性診断部は、センサ値記憶部（図２では「センサ値記憶」と表記。）と、還元剤噴射量補正部（図２では「Ud噴射量補正」と表記。）と、合理性判定部（図２では「合理性判定」と表記。）とから構成されている。これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータ（図示せず）によるプログラムの実行によって実現される。
　このうち、センサ値記憶部は、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される、ＮＯXセンサのセンサ値の推移を監視する部分である。このセンサ値記憶部は、図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）に接続され、ＮＯXセンサのセンサ値の推移が記憶される。
　また、還元剤噴射量補正部は、ＮＯXセンサの合理性診断を行う場合に、所定量のアンモニアが還元触媒の下流側に流出するように還元剤の供給量を増量指示する部分である。この還元剤噴射量補正部は、還元触媒に流入する排気中のＮＯXを浄化するために必要な浄化用アンモニア量を演算する浄化用アンモニア量演算部（図２では「浄化用Amn演算」と表記。）と、還元触媒にさらに吸着可能なアンモニアの量を算出するアンモニア吸着可能量演算部（図２では「吸着Amn演算」と表記。）とを含み、浄化用アンモニア量及びアンモニア吸着可能量の合計量にさらに所定量を加算した量のアンモニアが生成される還元剤量を算出して、還元剤噴射弁操作装置６７に対して信号を送る。すなわち、ＮＯXセンサがアンモニアも検知する特性を利用してＮＯXセンサの反応を見るために、還元剤噴射量補正部は、意図的に所定量のアンモニアを還元触媒の下流側に流出させる。
　また、合理性判定部では、所定量のアンモニアが還元触媒の下流側に流出したことに対応してセンサ値の推移が変化を示しているか否かを判別することによりＮＯXセンサの合理性を判定する。本実施形態の合理性判定部では、所定量のアンモニアを還元触媒の下流側に流出させた期間内でのＮＯXセンサのセンサ値の平均値を判定するピークチェックと、所定量のアンモニアを還元触媒の下流側に流出させた期間内でのＮＯXセンサのセンサ値の振幅の最大値を判定するスタックチェックとが行われる。
　すなわち、本実施形態の排気浄化装置では、ＮＯXセンサの合理性診断を行うために、強制的に運転状態を変化させ排出するＮＯX流量を増加させて診断モードが作られるのではなく、排気中のＮＯXの還元浄化を行うための還元剤としての尿素水溶液を余分に供給し、生成されるアンモニアを所定量還元触媒の下流側に流出させることにより診断モードが作られる。そして、流出するアンモニアに反応してＮＯXセンサが応答しているかを判定することによって、ＮＯXセンサの合理性診断が行われる。
３．合理性診断方法
（１）診断方法の具体例
　次に、本実施形態の合理性診断装置において、還元触媒の下流側に流出させたアンモニアに反応してＮＯXセンサのセンサ値が応答するかを確認することにより、ＮＯXセンサの合理性を判定する点について、図３に例示されるタイミングチャートを参照して詳細に説明する。
　排気中のＮＯXの還元浄化を行うべく、通常の還元剤の噴射量制御が行われている状態において、所定量のアンモニアが所定時間還元触媒の下流側に流出するように、還元剤噴射量補正部によって還元剤の噴射指示値が増量補正され、還元剤噴射弁の動作制御が行われる。図３のタイミングチャートの例では、t1からt2の期間に、２０ｐｐｍのアンモニアが還元触媒の下流側に流出するように、還元剤の噴射指示値が増量補正されている。
　このとき、ＲＡＭに継続的に記憶されるＮＯXセンサのセンサ値Ndを継続的に読み出し、センサ値Ndの推移を監視しておく。すると、還元剤の噴射量が増量されたことに対応して、ＮＯXセンサのセンサ値Ndに変化が現れる。
　ピークチェックでは、このセンサ値Ndの推移におけるセンサ値上昇開始の変化点とセンサ値下降後の変化点との間での平均値Ndpと、所定のピーク基準値Ndp0との差が、所定の範囲内にあるか否かが判別される。このピーク基準値Ndp0は、例えば、あらかじめ実験によって求められた値であってもよいし、あるいは、還元触媒の温度や還元剤噴射量等を考慮して算出される値であってもよい。また、ピークチェックは、センサ値そのものを利用して行うこともでき、あるいは、センサ値をオフセット（センサ値上昇開始時の値をゼロとして設定）した値を利用して行うこともできる。
　また、スタックチェックでは、センサ値上昇開始の変化点とセンサ値下降後の変化点との間における振幅の最大値Ndmが、所定のスタック基準値Ndm0以上となっているか否かが判別される。このスタック基準値Ndm0は、例えば、あらかじめ実験によって求められた値であってもよいし、あるいは、還元触媒の温度や還元剤噴射量等を考慮して算出される値であってもよい。
　センサ値Ndの平均値Ndpとピーク基準値Ndp0との差が所定範囲内にあり、かつ、センサ値Ndの振幅の最大値Ndmがスタック基準値Ndm0以上となっていれば、ＮＯXセンサの合理性があるものと判定される。
（２）合理性診断のフロー
　次に、ＮＯXセンサの合理性診断方法の具体的なルーチンの一例を図４～図６のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、このルーチンは、常時実行されてもよく、あるいは一定時間ごとの割り込みによって実行されてもよい。
　まず、ステップＳ１０において、還元触媒の上流側及び下流側に配置された温度センサのセンサ値から推定される還元触媒の温度から還元触媒の飽和吸着量が求められた後、飽和吸着量から現在還元触媒に吸着されている実吸着量が減算され、アンモニア吸着可能量が算出される。
　次いで、ステップＳ１１において、還元触媒上流側のＮＯX濃度が求められる。本実施形態の排気浄化装置の例では、エンジン状態に基づく演算によってこのＮＯX濃度が推定される。還元触媒上流側のＮＯX濃度が求められた後、ステップＳ１２において、還元触媒に流入するＮＯXの還元反応に消費される浄化用アンモニア量が算出される。
　浄化用アンモニア量とアンモニア吸着可能量とが算出された後、ステップＳ１３では、さらに所定量のアンモニアが還元触媒の下流側に流出するように、還元剤の噴射指示値が決定される。
　すなわち、ステップ１０において、還元触媒に吸着されているアンモニアが飽和状態となっており、かつ、ステップＳ１１において、還元触媒上流側のＮＯX濃度がゼロのときには、ステップＳ１３では、還元触媒の下流側に流出させたい量のアンモニアが生成されるだけの還元剤が噴射されるように指示値が決定される。逆に、ステップＳ１０において、還元触媒に吸着されているアンモニアが飽和状態になく、または、ステップＳ１１において、還元触媒上流側のＮＯXが検知される場合には、ステップＳ１３では、それぞれに必要なアンモニア量に対して、還元触媒の下流側に流出させたいアンモニア量が加算され、それに見合った還元剤の噴射指示値が決定される。
　ただし、ＮＯXセンサの合理性診断の信頼性を高めるためには、所定量のアンモニアが正確に還元触媒の下流側に流出させられることが好ましい。したがって、ステップＳ１０～ステップ１３までの行程を行うにあたり、図５に示すように、還元触媒に吸着可能なアンモニア量が所定値以下であるか否かが判別されるステップＳ１０´と、還元触媒上流側のＮＯX濃度が所定値以下であるか否かが判別されるステップＳ１１´とを実施するとともに、還元触媒上流側の排気温度が大きく振動することなく安定的に推移しているか否かが判別されるステップＳ１２´が実施されることが好ましい。
　ステップＳ１３で還元剤の噴射指示値が決定されると、ステップＳ１４において、還元剤噴射弁を介して排気管内に還元剤が供給される。すると、還元剤が加水分解を生じてアンモニアが生成され、一部のアンモニアが還元触媒に流入するＮＯXの還元に消費され、別の一部のアンモニアが還元触媒に吸着されるとともに、余剰となった所定量のアンモニアが還元触媒の下流側に流出する。次いで、ステップＳ１５において、ＮＯXセンサの合理性診断を行うためのピークチェック及びスタックチェックが実施される。ピークチェック及びスタックチェックの詳細な実施内容については上述したとおりであるため、ここでの説明を省略する。
　ピークチェック及びスタックチェックが終了すると、ステップＳ１６においてＮＯXセンサの合理性の判定が行われる。このステップＳ１６では、ピークチェック及びスタックチェックがともにＯＫとなっていればＮＯXセンサの合理性ありと判定される。一方、ピークチェック又はスタックチェックのいずれか一方がＮＧとなっていればＮＯXセンサの合理性なしと判定される。
　以上説明した本実施形態のＮＯXセンサの合理性診断装置によれば、アンモニアも検知するＮＯXセンサの特性を利用して、ＮＯXセンサの合理性診断を行う際に、意図的に所定量のアンモニアを還元触媒の下流側に流出させてＮＯXセンサの反応を見るようにしているため、内燃機関の運転状態に影響を与えることがなく、燃費やドライバビリティを低下させることなくＮＯXセンサの合理性診断を行うことができる。

Claims (6)

  1. 　アンモニアを生成可能な還元剤を還元触媒の上流側の排気通路に供給し、前記還元触媒で排気中のＮＯXを選択的に還元浄化する内燃機関の排気浄化装置における、前記還元触媒の下流側に配置されたＮＯXセンサの合理性診断を行うためのＮＯXセンサの合理性診断装置において、
    　前記ＮＯXセンサによって検出されるセンサ値の推移を監視するセンサ値記憶部と、
    　所定量の前記アンモニアが前記還元触媒の下流側に流出するように前記還元剤の供給量を補正する還元剤供給量補正部と、
    　前記所定量のアンモニアが前記還元触媒の下流側に流出したことに対応して前記センサ値の推移が変化したか否かを判別してＮＯXセンサの合理性を判定する合理性判定部と、
    　を備えることを特徴とするＮＯXセンサの合理性診断装置。
  2. 　前記還元触媒に流入する前記排気中のＮＯXを浄化するために必要な浄化用アンモニア量を演算する浄化用アンモニア量演算部と、
    　前記還元触媒の温度に応じた飽和吸着量から現在吸着している実吸着量を減算して、前記アンモニアの吸着可能量を算出するアンモニア吸着可能量演算部と、を備え、
    　前記還元剤供給量補正部は、前記吸着可能量及び前記浄化用アンモニア量に対応する還元剤量に所定量を加算して前記還元剤の供給量を設定することを特徴とする請求の範囲の第１項に記載のＮＯXセンサの合理性診断装置。
  3. 　前記合理性判定部は、前記還元触媒の下流側に流出した前記アンモニアの量に対応して変化した前記センサ値の推移の平均値が所定の基準値を超えたか否かを判別することを特徴とする請求の範囲の第１項又は第２項に記載のＮＯXセンサの合理性診断装置。
  4. 　前記合理性判定部は、前記センサ値の推移の振幅の最大値が前記還元触媒の下流側に流出した前記アンモニアの量に応じた値を示したか否かを判別することを特徴とする請求の範囲の第１項～第３項のいずれか一項に記載のＮＯXセンサの合理性診断装置。
  5. 　アンモニアを生成可能な還元剤を還元触媒の上流側の排気通路に供給し、排気中のＮＯXを前記アンモニアを用いて還元浄化する内燃機関の排気浄化装置における、前記還元触媒の下流側に配置されたＮＯXセンサの合理性診断を行うＮＯXセンサの合理性診断方法において、
    　前記ＮＯXセンサによって検出されるセンサ値の推移を監視するとともに、所定量の前記アンモニアが前記還元触媒の下流側に流出するように前記還元剤を供給し、
    　前記所定量のアンモニアが前記還元触媒の下流側に流出したことに対応して前記センサ値の推移が変化したか否かを判別してＮＯXセンサの合理性を判定することを特徴とするＮＯXセンサの合理性診断方法。
  6. 　請求の範囲の第１項～第４項のいずれか一項に記載のＮＯXセンサの合理性診断装置を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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