WO2020184446A1 - ラムダセンサーの応答性診断方法、及び排気浄化システム - Google Patents

ラムダセンサーの応答性診断方法、及び排気浄化システム Download PDF

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WO2020184446A1
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lambda sensor
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decrease
responsiveness
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彰朗 西方
直人 村澤
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いすゞ自動車株式会社
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    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D45/00—Electrical control not provided for in groups F02D41/00 - F02D43/00

Definitions

  • the present disclosure relates to a responsiveness diagnosis method of a lambda sensor that monitors the air-fuel ratio of an internal combustion engine, and an exhaust gas purification system.
  • a NOx storage reduction catalyst (Lean NOx Trap: hereinafter referred to as "LNT”) is known as an exhaust gas purification device for an internal combustion engine (see, for example, Patent Document 1).
  • LNT occludes NOx in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, and occludes the stored NOx with CO or HC in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich. The reaction is reduced to a harmless gas such as nitrogen and released.
  • LNT is described in, for example, Patent Documents 1 and 2.
  • a lambda sensor is generally provided to detect the excess air ratio ( ⁇ ) of the exhaust gas.
  • the engine control unit of the internal combustion engine controls the engine based on the excess air ratio ( ⁇ ) detected by the lambda sensor and the target average air-fuel ratio, which is the target air-fuel ratio.
  • the engine control using the excess air ratio ( ⁇ ) as an index is performed especially at the time of richness (during LNT reduction).
  • the lambda sensor and the control of the engine using the lambda sensor are described in, for example, Patent Document 3.
  • the lambda sensor plays an important role in controlling the air-fuel ratio of the engine, so there is a demand to constantly monitor whether or not its response performance is normal.
  • a method of diagnosing the response performance of the lambda sensor there is a method of evaluating the change in the output value of the lambda sensor at the time of fuel cut (Q cut). Specifically, the time from when the fuel is cut until the output value of the lambda sensor reaches a predetermined value is measured, and it is diagnosed that the longer this time is, the lower the responsiveness is.
  • the above-mentioned diagnostic method of the lambda sensor is based on the basic principle of observing the responsiveness of the lambda sensor when the oxygen concentration suddenly rises due to the fuel cut.
  • the range of change in oxygen concentration during fuel cut is small in the first place, if you simply try to diagnose the responsiveness of the lambda sensor based on the output value of the lambda sensor at the time of fuel cut, it is not possible to make a highly reliable diagnosis. It can be difficult.
  • the exhaust gas oxygen concentration before the fuel cut is about 10% and the exhaust gas oxygen concentration after the fuel cut is about 21%. If the exhaust gas oxygen concentration is assumed as described above, the change range of the oxygen concentration at the time of fuel cut can be secured, so that no problem occurs. However, the oxygen concentration of the exhaust gas before the fuel is cut largely depends on the accelerator operation of the driver. If the exhaust gas oxygen concentration before the fuel cut is much lower than, for example, 10%, the change in the exhaust gas oxygen concentration at the time of the fuel cut becomes large, so that the reliability of the responsiveness diagnosis is improved, but the exhaust gas oxygen concentration before the fuel cut is, for example, 10. If it greatly exceeds%, the change in the oxygen concentration of the exhaust gas at the time of fuel cut becomes small, so that the reliability of the responsiveness diagnosis decreases.
  • the time from when the output value of the lambda sensor reaches the predetermined value from the time of fuel cut may be good or bad for the responsiveness of the lambda sensor. As a result, it becomes difficult to evaluate the responsiveness and the reliability of the diagnosis decreases.
  • An object of the present disclosure is to provide a responsiveness diagnosis method for a lambda sensor and an exhaust gas purification system that can improve the reliability of the responsiveness diagnosis of the lambda sensor.
  • the first detection result which is the detection result of the first lambda sensor provided on the upstream side of the NOx storage reduction catalyst, and the detection result of the second lambda sensor provided on the downstream side of the NOx storage reduction catalyst.
  • the step of inputting the second detection result which is When the NOx storage-reduced catalyst shifts from lean control to rich control, or when shifts from rich control to lean control, the first detection result and the second detection result are each the first.
  • One aspect of the exhaust gas purification system of the present disclosure is NOx storage reduction catalyst and A first lambda sensor provided on the upstream side of the NOx storage reduction catalyst, A second lambda sensor provided on the downstream side of the NOx storage reduction catalyst, An input unit for inputting a first detection result which is a detection result of the first lambda sensor and a second detection result which is a detection result of the second lambda sensor.
  • the first detection result and the second detection result are each the first.
  • a decrease / increase time calculation unit that obtains the decrease time required to decrease from the value to the second value or the increase time required to increase from the third value to the fourth value.
  • the difference between the decrease time of the first detection result and the decrease time of the second detection result, or the difference between the increase time of the first detection result and the increase time of the second detection result is determined on the determination unit that determines the responsiveness of the first lambda sensor and the second lambda sensor, To be equipped.
  • the difference in the time required for the decrease or increase of the output value of the lambda sensor on the upstream side and the downstream side of the NOx storage reduction catalyst is compared, so that the responsiveness diagnosis of the lambda sensor is reliable. Can improve sex.
  • FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of an exhaust gas purification system 100 to which the responsiveness diagnosis method of the lambda sensor of the present embodiment is applied.
  • the responsiveness diagnosis method of the lambda sensor of the present disclosure is applied to the exhaust gas purification system 100 of the diesel engine 10 will be described.
  • the responsiveness diagnosis method of the lambda sensor according to the present embodiment can be applied not only to the exhaust gas purification system 100 of the diesel engine 10 but also to the exhaust gas purification system of a gasoline engine.
  • the exhaust purification system 100 is mounted on a vehicle such as a truck, and purifies NOx in the exhaust gas of the engine 10.
  • the engine 10 includes, for example, a combustion chamber and a fuel injection device that injects fuel in the combustion chamber.
  • the engine 10 generates power by burning and expanding a mixture of fuel and air in a combustion chamber.
  • the engine 10 is connected to an intake pipe 20 that introduces air into the combustion chamber and an exhaust pipe 30 that discharges the exhaust gas after combustion discharged from the combustion chamber to the outside of the vehicle.
  • the exhaust gas purification system 100 includes an LNT (Lean NOx Trap) 101, a DPF (Diesel Particulate Filter) 102, an SCR (Selective Catalytic Reduction) 103, and an ECU (Electronic Control Unit) 110. Further, in practice, the exhaust gas purification system 100 also has other configurations such as a urea water injection device, but these configurations are omitted in FIG.
  • LNT101 occludes NOx in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean. Then, in a state where the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich, the LNT 101 reacts the occluded NOx with CO or HC in the exhaust gas, reduces it to a harmless gas such as nitrogen, and releases it. The efficiency with which NOx can be occluded decreases as LNT101 approaches a saturated state. Therefore, the NOx storage state of the LNT 101 is monitored by the ECU 110, and the LNT 101 is periodically regenerated (also referred to as a rich spike).
  • DPF102 collects particulate matter contained in the exhaust gas.
  • the SCR103 adsorbs hydrolyzed ammonia from urea water supplied from a urea water injection device (not shown), and selectively reduces and purifies NOx from the exhaust gas by the adsorbed ammonia.
  • the ECU 110 controls the operation of the exhaust gas purification system 100.
  • the ECU 110 controls the injection of the fuel injection device of the engine 10. Further, the ECU 110 performs rich control for realizing rich spikes based on the information on the storage state of NOx of LNT101.
  • the ECU 110 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an input port, an output port, and the like.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • Each function described later in the ECU 110 is realized, for example, by the CPU referring to a control program or various data stored in a ROM, RAM, or the like.
  • the function is not limited to processing by software, but can also be realized by a dedicated hardware circuit.
  • the ECU 110 acquires and controls the state of the urea water injection device (not shown) and the like. Further, the ECU 110 acquires sensor information from the lambda sensor 121 provided on the upstream side of the LNT 101, the lambda sensor 122 provided on the downstream side of the LNT 101, and other sensors (not shown), and the exhaust pipe is based on the sensor information. The state of the exhaust gas passing through 30, the state of the LNT 101, the state of the DPF 102, the state of the SCR 103, and the like are detected.
  • the ECU 110 has a function of diagnosing the response performance of the lambda sensors 121 and 122.
  • FIG. 2 shows a functional block diagram of the ECU 110 for realizing the diagnosis of the response performance of the lambda sensor according to the present embodiment. As described above, this function may be realized by software or by a dedicated hardware circuit.
  • FIG. 3 is a waveform diagram showing the detection results ⁇ 1 and ⁇ 2 of the lambda sensors 121 and 122 at the time of rich spike.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the waveform in the vicinity of the section (transition section 1) in which the lean control is shifted to the rich control in the waveform diagram of FIG.
  • the ECU 110 has an input unit 111, a decrease / increase time calculation unit 112, and a determination unit 113.
  • the input unit 111 inputs the detection result ⁇ 1 of the lambda sensor 121 and the detection result ⁇ 2 of the lambda sensor 122.
  • the decrease / increase time calculation unit 112 is used when the LNT 101 shifts from lean control to rich control (corresponding to transition section 1 in FIG. 3) or when shifts from rich control to lean control (in transition section 2 in FIG. 3).
  • the increase times ⁇ t3 and ⁇ t4 required to increase from the value X3 to the fourth value X4 are obtained.
  • the above values X1 and X2 are values that are as far apart as possible within the range in which both the detection results ⁇ 1 and ⁇ 2 exist in the transition section 1.
  • the above values X3 and X4 are preferably values that are as far apart as possible within the range in which both the detection results ⁇ 1 and ⁇ 2 exist in the transition section 2.
  • the determination unit 113 determines the difference between the decrease time ⁇ t1 of the detection result ⁇ 1 and the decrease time ⁇ t2 of the detection result ⁇ 2
  • the responsiveness of the lambda sensors 121 and 122 is determined based on ⁇ t4
  • the determination unit 113 outputs the determination result to, for example, a vehicle indicator (not shown).
  • FIG. 6 is a flowchart showing a diagnostic processing procedure executed by the ECU 110.
  • step S1 the ECU 110 determines whether or not the LNT 101 has shifted from lean control to rich control, or whether or not it has shifted from rich control to lean control.
  • the ECU 110 knows at what timing the rich spike is performed, it also knows the transition timing from the lean control to the rich control and the transition timing from the rich control to the lean control.
  • rich spikes are generally performed several times every 30 minutes. Therefore, the responsiveness diagnosis of the present embodiment is also performed several times in 30 minutes. However, this number of times changes depending on the NOx storage state of LNT101 and the like.
  • step S1 the ECU 110 obtains a positive result in step S1
  • the ECU 110 proceeds to step S2.
  • the decrease / increase time calculation unit 112 of the ECU 110 calculates ⁇ t1 from the detected values ⁇ 1 and ⁇ t2 from the detected values ⁇ 2, as shown in FIG.
  • step S3 the determination unit 113 of the ECU 110 compares the difference
  • step S3 NO
  • the determination unit 113 proceeds to step S4 and determines that the responsiveness of the lambda sensors 121 and 122 is normal.
  • step S5 when the difference
  • the determination unit 113 compares the magnitudes of ⁇ t1 and ⁇ t2 in step S5.
  • the determination unit 113 determines that ⁇ t1 is larger than ⁇ t2 (step S5; YES)
  • the determination unit 113 proceeds to step S6 and determines that the responsiveness of the lambda sensor 121 is reduced.
  • step S5; NO if a negative result is obtained in step S5 (step S5; NO), the determination unit 113 proceeds to step S7 and determines that the responsiveness of the lambda sensor 122 is reduced.
  • step S4 the responsiveness of the lambda sensors 121 and 122 is determined to be normal when, for example, ⁇ 1 and ⁇ 2 as shown in FIG. 4 are obtained.
  • step S7 it is determined that the responsiveness of the lambda sensor 122 is lowered when ⁇ 1 and ⁇ 2 as shown in FIG. 5, for example, are obtained. That is, it is a case where the slope of ⁇ 2 is gentle.
  • step S6 it is determined that the responsiveness of the lambda sensor 121 is lowered when the slope of ⁇ 1 is gentle, although not shown.
  • the detection result ⁇ 2 of the lambda sensor 122 on the downstream side is shifted in the direction slightly behind the detection result ⁇ 1 of the lambda sensor 121 on the slave dragon side on the time axis because the lambda sensor 122 This is because it is provided on the downstream side of the lambda sensor 121, and it takes time to move the exhaust gas over that distance.
  • the responsiveness diagnosis method of the lambda sensor of the above-described embodiment is based on the premise that the responsiveness of both the upstream side and the downstream side lambda sensor of the LNT 101 does not decrease to the same extent at the same time. Under such a premise, the lambda sensor with reduced responsiveness is found by comparing the detection results of the two lambda sensors.
  • the value of the detection result ⁇ 2 of the lambda sensor 122 on the downstream side also decreases. That is, the value of ⁇ 2 is smaller at the end time than at the start time of rich control.
  • the values of X3 and X4 set to increase can be set to be farther than those of X1 and X2 set at the time of decrease. That is, (X1-X2) ⁇ (X3-X4) can be set.
  • the diagnosis of responsiveness using the difference described in the above-described embodiment can be performed either when the lean control is changed to the rich control, when the rich control is changed to the lean control, or from the lean control. It can be executed both when shifting to rich control and when shifting from rich control to lean control.
  • the sensor characteristics of the lambda sensors 121 and 122 are often different between when the rich control is changed to the lean control and when the lean control is changed to the rich control. Considering this point, the lean control is changed to the rich control. It is more preferable to execute both when shifting to control and when shifting from rich control to lean control. By doing so, the diagnostic accuracy of the responsiveness diagnosis can be further improved.
  • the responsiveness diagnosis method of the lambda sensor of the present disclosure is executed at the time of rich spike has been described, but the responsiveness diagnosis method of the lambda sensor of the present disclosure is, for example, at the time of fuel cut (Q cut). You may want to do it.
  • the present invention is suitable as a method and apparatus for responsiveness diagnosis of a lambda sensor provided in an exhaust gas purification system.

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Abstract

排気浄化装置のＥＣＵ（１１０）は、ラムダセンサー（１２１、１２２）の検出結果λ１、λ２を入力する入力部（１１１）と、ＬＮＴ（１０１）がリーン制御からリッチ制御に移行した際、又は、リッチ制御からリーン制御に移行した際に、λ１、λ２のそれぞれが、第１の値Ｘ１から第２の値Ｘ２に減少するのに要した減少時間Δｔ１、Δｔ２、又は、第３の値Ｘ３から第４の値Ｘ４に増加するのに要した増加時間Δｔ３、Δｔ４を求める、減少／増加時間算出部（１１２）と、λ１の減少時間Δｔ１とλ２の減少時間Δｔ２の差｜Δｔ１－Δｔ２｜、又は、λ１の増加時間Δｔ３とλ２の増加時間Δｔ４の差｜Δｔ３－Δｔ４｜に基づいて、ラムダセンサー（１２１、１２２）の応答性を判断する判断部（１１３）と、を有する。

Description

ラムダセンサーの応答性診断方法、及び排気浄化システム
　本開示は、内燃機関の空燃比を監視するラムダセンサーの応答性診断方法、及び排気浄化システムに関する。
　内燃機関の排気浄化装置として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（Lean NOx Trap：以下「ＬＮＴ」と称する）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。ＬＮＴは、排気ガスの空燃比がリーンな状態においては、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの空燃比がリッチな状態においては、当該吸蔵したＮＯｘを排気ガス中のＣＯ又はＨＣ等と反応させて、窒素等の無害なガスに還元して放出する。ＬＮＴについては、例えば特許文献１、２などに記載されている。
　ＬＮＴでは、一般に、排気ガスの空気過剰率（λ）を検出するためにラムダセンサーが設けられている。ラムダセンサーにより検出される空気過剰率（λ）は、λ＝（実際の混合気の空燃比／理論空燃比）により求めることができる。内燃機関のエンジン制御部は、ラムダセンサーにより検出された空気過剰率（λ）と目標とする空燃比である目標平均空燃比とを基にエンジンを制御する。因みに、ディーゼルエンジンの制御では、特にリッチ時（ＬＮＴ還元時）に、空気過剰率（λ）を指標としたエンジン制御が行われる。ラムダセンサー、および、ラムダセンサーを用いたエンジンの制御については、例えば特許文献３などに記載されている。
　このようにラムダセンサーは、エンジンの空燃比の制御に重要な役割を果たすので、その応答性能が正常であるか否かを常時監視しておきたい要求がある。ラムダセンサーの応答性能を診断する方法としては、燃料カット時（Ｑカット時）のラムダセンサーの出力値の変化を評価する方法がある。具体的には、燃料をカットしてから、ラムダセンサーの出力値が所定値に到達するまでの時間を計測し、この時間が長いほど応答性が低下していると診断する。
特開２０１７－２０３４０９号公報 特開２０１９－００７４２４号公報 特開２０１１－１８５０９７号公報
　ところで、上述のラムダセンサーの診断方法は、燃料カットにより酸素濃度が急激に上昇したときのラムダセンサーの応答性を観測することを基本原理としている。しかしながら、燃料カット時における酸素濃度の変化幅はそもそも小さいので、単純に燃料カット時のラムダセンサーの出力値に基づいてラムダセンサーの応答性を診断しようとすると、高い信頼性の診断を行うことは困難な場合がある。
　例えば、想定している、燃料カット前の排ガス酸素濃度が１０％程度であり、燃料カット後の排ガス酸素濃度が２１％程度であるとする。このような想定している排ガス酸素濃度であれば、燃料カット時における酸素濃度の変化幅を確保できるので問題は生じない。しかし、燃料カット前の排ガス酸素濃度は、ドライバーのアクセル操作などに大きく依存する。燃料カット前の排ガス酸素濃度が例えば１０％を大きく下回れば、燃料カット時の排ガス酸素濃度の変化は大きくなるので、応答性診断の信頼性が高まるが、燃料カット前の排ガス酸素濃度が例えば１０％を大きく上回ると、燃料カット時の排ガス酸素濃度の変化は小さくなるので、応答性診断の信頼性が低下する。
　具体的には、燃料カット時の排ガス酸素濃度の変化が小さいと、ラムダセンサーの出力値が燃料カット時から所定値に到達するまでの時間が、ラムダセンサーの応答性が良い場合と悪い場合とでほとんど変わらなくなってしまい、その結果、応答性を評価するのが困難となり、診断の信頼性が低下する。
　これを回避するために、燃料カット時の排ガス酸素濃度の変化が大きいときのみ、例えば燃料カット前の排ガス酸素濃度が１０％を大きく下回ったときのみ応答性診断を行うことが考えられる。しかしながら、このようにすると応答性診断の頻度が少なくなるので、結果的に応答性診断の信頼性が低下することになる。
　本開示の目的は、ラムダセンサーの応答性診断の信頼性を向上し得る、ラムダセンサーの応答性診断方法、及び排気浄化システムを提供することである。
　本開示のラムダセンサーの応答性診断方法の一つの態様は、
　ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に設けられた第１のラムダセンサーの検出結果である第１の検出結果と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に設けられた第２のラムダセンサーの検出結果である第２の検出結果と、を入力するステップと、
　前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒がリーン制御からリッチ制御に移行した際、又は、リッチ制御からリーン制御に移行した際に、前記第１の検出結果及び前記第２の検出結果のそれぞれが、第１の値から第２の値に減少するのに要した減少時間、又は、第３の値から第４の値に増加するのに要した増加時間を求めるステップと、
　前記第１の検出結果の前記減少時間と前記第２の検出結果の前記減少時間の差、又は、前記第１の検出結果の前記増加時間と前記第２の検出結果の前記増加時間の差に基づいて、前記第１のラムダセンサー及び前記第２のラムダセンサーの応答性を判断するステップと、
　を含む。
　本開示の排気浄化システムの一つの態様は、
　ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、
　前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に設けられた第１のラムダセンサーと、
　前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に設けられた第２のラムダセンサーと、
　前記第１のラムダセンサーの検出結果である第１の検出結果と、前記第２のラムダセンサーの検出結果である第２の検出結果と、を入力する入力部と、
　前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒がリーン制御からリッチ制御に移行した際、又は、リッチ制御からリーン制御に移行した際に、前記第１の検出結果及び前記第２の検出結果のそれぞれが、第１の値から第２の値に減少するのに要した減少時間、又は、第３の値から第４の値に増加するのに要した増加時間を求める、減少／増加時間算出部と、
　前記第１の検出結果の前記減少時間と前記第２の検出結果の前記減少時間の差、又は、前記第１の検出結果の前記増加時間と前記第２の検出結果の前記増加時間の差に基づいて、前記第１のラムダセンサー及び前記第２のラムダセンサーの応答性を判断する判断部と、
　を具備する。
　本開示によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側及び下流側のラムダセンサーの出力値の減少、又は、増加に要する時間の差分を比較するようにしたので、ラムダセンサーの応答性診断の信頼性を向上し得る。
実施の形態のラムダセンサーの応答性診断方法が適用される排気浄化システムの要部構成を示した図 実施の形態によるラムダセンサーの応答性能の診断を実現するためのＥＣＵの機能ブロック図 リッチスパイク時におけるラムダセンサーの検出結果を示す波形図 図３の波形図のうちリーン制御からリッチ制御に移行する区間（移行区間１）近傍の波形を拡大した図 一方のラムダセンサーの応答性が低下した場合の波形図 ＥＣＵによって実行される診断処理手順を示すフローチャート
　以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。
　＜１＞排気浄化システムの構成
　図１は、本実施の形態のラムダセンサーの応答性診断方法が適用される排気浄化システム１００の要部構成を示した図。本実施形態では、一例として、本開示のラムダセンサーの応答性診断方法をディーゼルエンジン１０の排気浄化システム１００に適用した態様ついて説明する。但し、本実施形態に係るラムダセンサーの応答性診断方法は、ディーゼルエンジン１０の排気浄化システム１００に限らず、ガソリンエンジンの排気浄化システムにも適用し得る。
　排気浄化システム１００は、例えば、トラック等の車両に搭載されており、エンジン１０の排気ガス中のＮＯｘを浄化する。
　エンジン１０は、例えば、燃焼室、及び、燃焼室内で燃料を噴射する燃料噴射装置を含んで構成される。エンジン１０は、燃焼室内で、燃料と空気の混合気を燃焼及び膨張させて、動力を発生する。エンジン１０には、燃焼室内に空気を導入する吸気管２０と、燃焼室から排出される燃焼後の排気ガスを、車両の外部に排出する排気管３０と、が接続されている。
　排気浄化システム１００は、ＬＮＴ（Lean NOx Trap）１０１、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１０２、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）１０３及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１０を有する。また、実際上、排気浄化システム１００は、尿素水噴射装置などの他の構成も有するが、図１ではこれらの構成は省略されている。
　ＬＮＴ１０１は、排気ガスの空燃比がリーンな状態においては、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。そして、ＬＮＴ１０１は、排気ガスの空燃比がリッチな状態において、当該吸蔵したＮＯｘを排気ガス中のＣＯ又はＨＣ等と反応させて、窒素等の無害なガスに還元して放出する。なお、ＬＮＴ１０１は、飽和状態に近づくとＮＯｘを吸蔵し得る効率が低下する。そのため、ＬＮＴ１０１のＮＯｘの吸蔵状態は、ＥＣＵ１１０によって監視されており、定期的に、ＬＮＴ１０１の再生（リッチスパイクとも称される）が実行される。
　ＤＰＦ１０２は、排気に含まれる粒子状物質を捕集する。
　ＳＣＲ１０３は、尿素水噴射装置（図示せず）から供給される尿素水が加水分解したアンモニアを吸着すると共に、当該吸着したアンモニアによって排気ガス中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。
　ＥＣＵ１１０は、排気浄化システム１００の動作を制御する。ＥＣＵ１１０は、エンジン１０の燃料噴射装置の噴射を制御する。また、ＥＣＵ１１０は、ＬＮＴ１０１のＮＯｘの吸蔵状態の情報に基づいて、リッチスパイクを実現するためのリッチ制御などを行う。
　ＥＣＵ１１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、及び出力ポート等を含んで構成されている。ＥＣＵ１１０の後述する各機能は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭ、ＲＡＭ等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、当該機能は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路によっても実現できることは勿論である。
　なお、ＥＣＵ１１０は、尿素水噴射装置（図示せず）等の状態の取得や、その制御を行う。またＥＣＵ１１０は、ＬＮＴ１０１の上流側に設けられたラムダセンサー１２１、ＬＮＴ１０１の下流側に設けられたラムダセンサー１２２や、図示しない他のセンサーからセンサー情報を取得し、当該センサー情報に基づいて、排気管３０を通流する排気ガスの状態、ＬＮＴ１０１の状態、ＤＰＦ１０２の状態、及びＳＣＲ１０３の状態等を検出する。
　＜２＞本実施の形態によるラムダセンサーの応答性診断
　ＥＣＵ１１０は、ラムダセンサー１２１、１２２の応答性能を診断する機能を有する。
　図２は、本実施の形態によるラムダセンサーの応答性能の診断を実現するためのＥＣＵ１１０の機能ブロック図を示す。上述したようにこの機能は、ソフトウェアによって実現してもよく、専用のハードウェア回路によっても実現してもよい。
　図３は、リッチスパイク時におけるラムダセンサー１２１、１２２の検出結果λ１、λ２を示す波形図である。
　図４は、図３の波形図のうち、リーン制御からリッチ制御に移行する区間（移行区間１）近傍の波形を拡大した図である。
　図２に示されているように、ＥＣＵ１１０は、入力部１１１と、減少／増加時間算出部１１２と、判断部１１３と、を有する。
　入力部１１１は、ラムダセンサー１２１の検出結果λ１と、ラムダセンサー１２２の検出結果λ２と、を入力する。
　減少／増加時間算出部１１２は、ＬＮＴ１０１がリーン制御からリッチ制御に移行した際（図３の移行区間１に相当）、又は、リッチ制御からリーン制御に移行した際（図３の移行区間２に相当）に、検出結果λ１、λ２のそれぞれが、第１の値Ｘ１（図４）から第２の値Ｘ２（図４）に減少するのに要した減少時間Δｔ１、Δｔ２、又は、第３の値Ｘ３から第４の値Ｘ４に増加するのに要した増加時間Δｔ３、Δｔ４を求める。
　ここで、上記値Ｘ１とＸ２は、移行区間１における検出結果λ１、λ２の両方が存在する範囲でできるだけ離れた値であることが好ましい。同様に、上記値Ｘ３とＸ４は、移行区間２における検出結果λ１、λ２の両方が存在する範囲でできるだけ離れた値であることが好ましい。本実施の形態の場合、一例として、Ｘ１＝１．４に設定され、Ｘ２＝１．１に設定されている。
　なお、増加時間Δｔ３、Δｔ４も減少時間Δｔ１、Δｔ２と同様に求めることができるのは明らかなので、図では、値Ｘ１、Ｘ２及び減少時間Δｔ１、Δｔ２のみを示した。
　判断部１１３は、検出結果λ１の減少時間Δｔ１と検出結果λ２の減少時間Δｔ２の差｜Δｔ１－Δｔ２｜、又は、検出結果λ１の増加時間Δｔ３と検出結果λ２の増加時間Δｔ４の差｜Δｔ３－Δｔ４｜に基づいて、ラムダセンサー１２１、１２２の応答性を判断する。判断部１１３は、判断結果を例えば車両のインジケーター（図示せず）などに出力する。
　図６は、ＥＣＵ１１０によって実行される診断処理手順を示すフローチャートである。
　ＥＣＵ１１０は、ステップＳ１において、ＬＮＴ１０１がリーン制御からリッチ制御に移行したか否か、又は、リッチ制御からリーン制御に移行したか否かを判断する。ここで、ＥＣＵ１１０は、どのタイミングでリッチスパイクが行われるのかを把握しているので、リーン制御からリッチ制御への移行タイミング、及び、リッチ制御からリーン制御への移行タイミングも把握している。因みに、リッチスパイクは、一般に３０分に数回程度行われる。よって、本実施の形態の応答性診断も３０分に数回程度行われることになる。ただし、この回数はＬＮＴ１０１のＮＯｘの吸蔵状態などに応じて変わる。
　ＥＣＵ１１０は、ステップＳ１で肯定結果が得られると、ステップＳ２に進む。ＥＣＵ１１０の減少／増加時間算出部１１２は、ステップＳ２において、図４に示したように、検出値λ１からΔｔ１を、検出値λ２からΔｔ２を算出する。
　続くステップＳ３において、ＥＣＵ１１０の判断部１１３は、減少時間Δｔ１と減少時間Δｔ２の差｜Δｔ１－Δｔ２｜を、所定の閾値Ｔｈ１と比較する。判断部１１３は、差｜Δｔ１－Δｔ２｜が閾値Ｔｈ１未満の場合（ステップＳ３；ＮＯ）、ステップＳ４に移って、ラムダセンサー１２１、１２２の応答性は正常であると判断とする。
　これに対して、判断部１１３は、差｜Δｔ１－Δｔ２｜が閾値Ｔｈ１以上の場合（ステップＳ３；ＹＥＳ）、ステップＳ５に移る。判断部１１３は、ステップＳ５において、Δｔ１とΔｔ２の大きさを比較する。判断部１１３は、Δｔ１がΔｔ２より大きいと判断した場合（ステップＳ５；ＹＥＳ）、ステップＳ６に移って、ラムダセンサー１２１の応答性が低下していると判断する。一方、判断部１１３は、ステップＳ５で否定結果が得られた場合（ステップＳ５；ＮＯ）、ステップＳ７に移って、ラムダセンサー１２２の応答性が低下していると判断する。
　ここで、ステップＳ４のように、ラムダセンサー１２１、１２２の応答性が正常であると判断されるのは、例えば図４に示したようなλ１、λ２が得られた場合である。一方、ステップＳ７のように、ラムダセンサー１２２の応答性が低下していると判断されるのは、例えば図５に示したようなλ１、λ２が得られた場合である。つまり、λ２の傾きがなだらかな場合である。なお、ステップＳ６のように、ラムダセンサー１２１の応答性が低下していると判断されるのは、図示はしていないが、λ１の傾きがなだらかな場合である。
　因みに、図４などにおいて、下流側のラムダセンサー１２２の検出結果λ２が従竜側のラムダセンサー１２１の検出結果λ１よりも時間軸で僅かに遅れる方向にシフトしているのは、ラムダセンサー１２２がラムダセンサー１２１よりも下流側に設けられており、その距離を排ガス移動するのに時間かかるためである。
　＜３＞まとめ
　以上説明したように、本実施の形態によれば、２つのラムダセンサー１２１、１２２の減少、又は、増加に要する時間Δｔ１、Δｔ２（Δｔ３、Δｔ４）の差分｜Δｔ１、Δｔ２｜（｜Δｔ３、Δｔ４｜）に基づいて応答性の低下しているラムダセンサーの有無を比較し、さらに、差分が閾値Ｔｈ１以上の場合には、減少、又は、増加に要する時間が長かった方のラムダセンサーの応答性が低下していると判断するようにしたことにより、ラムダセンサーの応答性診断の信頼性を向上できるようになる。
　ここで、上述の実施の形態のラムダセンサーの応答性診断方法は、ＬＮＴ１０１の上流側及び下流側のラムダセンサーの両方の応答性が同時に同程度低下することはないということを前提としている。このような前提の下、２つのラムダセンサーの検出結果を比較することで応答性の低下しているラムダセンサーを見つけるようにしている。
　ところで、図３及び図４などから分かるように、リッチ制御区間ではＬＮＴ１０１の再生が進んでいくと下流側のラムダセンサー１２２の検出結果λ２の値も下がっていく。つまり、λ２の値はリッチ制御の開始時点よりも終了時点の方が小さくなる。この結果、減少時に設定するＸ１、Ｘ２よりも、増加に設定するＸ３、Ｘ４の方が、離れた値とすることができる。つまり、（Ｘ１－Ｘ２）＜（Ｘ３－Ｘ４）とすることができる。
　これを考慮すると、上述の実施の形態で説明した差分を用いた応答性の診断は、リッチ制御からリーン制御に移行した際に実行することが、より好ましい。勿論、上述の実施の形態で説明した差分を用いた応答性の診断は、リーン制御からリッチ制御に移行した際、又は、リッチ制御からリーン制御に移行した際のいずれか、或いは、リーン制御からリッチ制御に移行した際、及び、リッチ制御からリーン制御に移行した際の両方で実行することができる。
　さらに、ラムダセンサー１２１、１２２のセンサー特性は、リッチ制御からリーン制御に移行した際と、リーン制御からリッチ制御に移行した際とで異なる場合が多いので、この点を考慮すると、リーン制御からリッチ制御に移行した際、及び、リッチ制御からリーン制御に移行した際の両方で実行することがより好ましい。このようにすることで、応答性診断の診断精度をより向上させることができる。
　上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
　上述の実施の形態では、本開示のラムダセンサーの応答性診断方法をリッチスパイク時に実行する場合について述べたが、本開示のラムダセンサーの応答性診断方法は例えば燃料カット時（Ｑカット時）に実行するようにしてもよい。
　本出願は、２０１９年３月８日出願の特願２０１９－０４２４３９号に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
　本発明は、排気浄化システムに設けられたラムダセンサーの応答性診断する方法及び装置として好適である。
　１０　エンジン
　２０　吸気管
　３０　排気管
　１００　排気浄化システム
　１０１　ＬＮＴ（Lean NOx Trap）
　１０２　ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）
　１０３　ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）
　１１０　ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
　１１１　入力部
　１１２　減少／増加時間算出部
　１１３　判断部
　１２１、１２２　ラムダセンサー

Claims (5)

  1. 　ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に設けられた第１のラムダセンサーの検出結果である第１の検出結果と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に設けられた第２のラムダセンサーの検出結果である第２の検出結果と、を入力するステップと、
    　前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒がリーン制御からリッチ制御に移行した際、又は、リッチ制御からリーン制御に移行した際に、前記第１の検出結果及び前記第２の検出結果のそれぞれが、第１の値から第２の値に減少するのに要した減少時間、又は、第３の値から第４の値に増加するのに要した増加時間を求めるステップと、
    　前記第１の検出結果の前記減少時間と前記第２の検出結果の前記減少時間の差、又は、前記第１の検出結果の前記増加時間と前記第２の検出結果の前記増加時間の差に基づいて、前記第１のラムダセンサー及び前記第２のラムダセンサーの応答性を判断するステップと、
    　を含むラムダセンサーの応答性診断方法。
  2. 　前記減少時間の差、又は、前記増加時間の差が所定値以上の場合、前記第１及び第２のラムダセンサーのうち、前記減少時間が長かった方、又は、増加時間が長かった方のラムダセンサーの応答性が低下していると判断する、
    　請求項１に記載のラムダセンサーの応答性診断方法。
  3. 　リーン制御からリッチ制御に移行した際、又は、リッチ制御からリーン制御に移行した際に実行する前記ステップのうち、リッチ制御からリーン制御に移行した際に実行する前記ステップを、リーン制御からリッチ制御に移行した際に実行する前記ステップよりも優先して実行する、
    　請求項１に記載のラムダセンサーの応答性診断方法。
  4. 　ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、
    　前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に設けられた第１のラムダセンサーと、
    　前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に設けられた第２のラムダセンサーと、
    　前記第１のラムダセンサーの検出結果である第１の検出結果と、前記第２のラムダセンサーの検出結果である第２の検出結果と、を入力する入力部と、
    　前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒がリーン制御からリッチ制御に移行した際、又は、リッチ制御からリーン制御に移行した際に、前記第１の検出結果及び前記第２の検出結果のそれぞれが、第１の値から第２の値に減少するのに要した減少時間、又は、第３の値から第４の値に増加するのに要した増加時間を求める、減少／増加時間算出部と、
    　前記第１の検出結果の前記減少時間と前記第２の検出結果の前記減少時間の差、又は、前記第１の検出結果の前記増加時間と前記第２の検出結果の前記増加時間の差に基づいて、前記第１のラムダセンサー及び前記第２のラムダセンサーの応答性を判断する判断部と、
    　を具備する排気浄化システム。
  5. 　前記判断部は、前記減少時間の差、又は、前記増加時間の差が所定値以上の場合、前記第１及び第２のラムダセンサーのうち、前記減少時間が長かった方、又は、増加時間が長かった方のラムダセンサーの応答性が低下していると判断する、
    　請求項４に記載の排気浄化システム。
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