CN108412589B - 内燃机的排气净化装置的异常诊断装置及诊断方法、内燃机系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内燃机的排气净化装置的异常诊断装置，在排气净化催化剂的温度低时实施异常诊断的情况下，使异常诊断的精度提高。该内燃机的排气净化装置的异常诊断装置具备控制单元，所述控制单元基于排气净化催化剂的排气净化能力来实施排气净化催化剂的异常诊断。所述控制单元，在排气净化催化剂的温度为规定温度以下时实施排气净化催化剂的异常诊断的情况下，与在排气净化催化剂的温度为规定温度以下时没有实施排气净化催化剂的异常诊断的情况相比，使向排气净化装置中的排气净化催化剂的添加剂供给量减少。

Description

内燃机的排气净化装置的异常诊断装置及诊断方法、内燃机 系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机的排气净化装置的异常诊断装置及诊断方法、以及内燃机系统及其控制方法。

背景技术

已知通过对排气净化催化剂供给添加剂来提高排气净化能力的技术。以下将这样通过供给添加剂而提高排气净化催化剂的排气净化能力的处理称作辅助处理。作为添加剂，已知有例如氢或臭氧。通过实施该辅助处理，即使在排气净化催化剂的温度低因而催化剂的活性低的情况下，也能提高排气净化能力。

例如已知以下技术：将燃料改性而生成包含氢及一氧化碳的还原性气体，并将该还原性气体向NOx催化剂供给，而使NOx催化剂的还原反应速度提高，由此提高NOx催化剂的特别是低温时的NOx的净化能力(例如参照专利文献1)。另外，已知在燃料与空气的混合气体中将燃料改性而生成氢的技术(例如参照专利文献2)。另外已知通过供给臭氧而提高NOx催化剂的温度低时的NOx吸藏效率或提高氧化催化剂的氧化功能的技术(例如参照专利文献3)。

在此，在OBD(On-boarddiagnostics，车载诊断系统)中，利用传感器等检测排气净化催化剂的排气净化能力，在所检测出的排气净化能力低于容许范围的情况下，诊断为排气净化催化剂异常。已知例如以下技术：在选择还原型NOx催化剂(SCR催化剂)的上游的排气通路上配置三元催化剂或吸藏还原型NOx催化剂(NSR催化剂)，在将排气的空燃比从大于理论空燃比的稀空燃比变更为小于理论空燃比的浓空燃比时，在三元催化剂或NSR催化剂中引起水煤气转换反应，由此使SCR催化剂为正常时的传感器输出差与SCR催化剂为异常时的传感器输出差之差扩大，从而提高异常诊断的精度(例如参照专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-162159号公报

专利文献2：日本特开2011-144055号公报

专利文献3：日本特开2016-142206号公报

专利文献4：日本特开2016-125391号公报

发明内容

发明要解决的课题

各国的排气规制逐渐变得严格，期望即使在排气净化催化剂的劣化程度更轻的情况下，在排气净化催化剂的异常诊断中也检测为异常。在此，有时在车辆每次行驶时实施排气净化催化剂的异常诊断，在此种情况下，为了更可靠地实施异常诊断，有时在内燃机起动后的较早的时期实施异常诊断。此时，由于排气净化催化剂的温度较低，因此有时实施辅助处理。在此，即使劣化到了在排气净化催化剂的异常诊断中被检测为异常的情况下，通过实施辅助处理，也会使排气净化催化剂的排气净化能力提高。因此，导致排气净化催化剂在正常的情况下和异常的情况下其排气净化能力之差较小。在此种情况下，若想要基于排气净化能力来实施排气净化催化剂的异常诊断，则存在误诊断的风险。即，若通过对产生了异常的排气净化催化剂实施辅助处理而使其排气净化能力变高，则有在排气净化催化剂的异常诊断中误诊断为排气净化催化剂正常的风险。

为此，本发明的目的在于提高在排气净化催化剂的温度低的情况下实施异常诊断时的诊断精度。

用于解决课题的技术手段

为了解决上述课题，本发明的第一方案是提供一种内燃机的排气净化装置的异常诊断装置，所述排气净化装置具备设置于内燃机的排气通路、对排气进行净化的排气净化催化剂，对所述排气净化催化剂的温度进行检测的温度检测装置，和添加剂供给装置，其在由所述温度检测装置检测出的所述排气净化催化剂的温度为规定温度以下时，向所述排气净化催化剂供给通过在该温度下添加而提高所述排气净化催化剂的排气净化能力的添加剂。所述异常诊断装置对内燃机的排气净化装置中的所述排气净化催化剂的异常进行诊断。所述异常诊断装置中，具备基于所述排气净化催化剂的排气净化能力来实施所述排气净化催化剂的异常诊断的控制单元，所述控制单元，在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下，与在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时不实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况相比，指示所述排气净化装置以使向所述排气净化催化剂供给的所述添加剂的量减少。

另外，本发明的第二技术方案是提供一种内燃机系统。该内燃机系统具备：内燃机；设置于排气通路、对排气进行净化的排气净化催化剂；对所述排气净化催化剂的温度进行检测的温度检测装置；向所述排气净化催化剂供给添加剂的添加剂供给装置，所述添加剂是通过在所述排气净化催化剂的温度为规定温度以下时添加而提高所述排气净化催化剂的排气净化能力的添加剂；和控制单元，该控制单元被构成为，在由所述温度检测装置检测出的所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时使所述添加剂供给装置向所述排气净化催化剂供给所述添加剂。所述控制单元被构成为，基于所述排气净化催化剂的排气净化能力来实施所述排气净化催化剂的异常诊断。所述控制单元被构成为，在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下，使向所述排气净化催化剂供给的所述添加剂的量，比在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时不实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下的所述添加剂的量减少。即使在排气净化催化剂的温度低的情况下，通过向排气净化催化剂供给添加剂，能够提高排气净化催化剂的净化能力。即，在排气净化催化剂的温度为规定温度以下时通过供给充分量的添加剂，能够充分提高排气净化催化剂的净化能力。在该情况下，无论排气净化催化剂为正常或异常，均能充分提高排气净化能力。因此，排气净化催化剂在其正常时与其异常时的排气净化能力之差小。在此，规定温度为排气净化催化剂的净化能力因向排气净化催化剂供给的添加剂的量而产生差异的上限温度。

根据本发明的上述构成，在排气净化催化剂的温度为规定温度以下时实施排气净化催化剂的异常诊断的情况下，通过减少添加剂的供给量，从而降低排气净化能力。在此，在减少添加剂的供给量的情况下，与排气净化催化剂正常时相比，排气净化催化剂异常时的排气净化能力的降低程度更大。即，通过在实施异常诊断时减少添加剂的供给量，从而使排气净化催化剂的正常时和异常时的排气净化能力之差变大。通过在此种状态下实施异常诊断，能够提高诊断精度。在此，减少添加剂的量包括将添加剂的供给量减少至0的情况。即，包括停止供给添加剂的情况。

另外，上述控制单元也可以被构成为，从上述排气净化催化剂的异常诊断结束的时刻起，使向所述排气净化催化剂供给的所述添加剂的量比实施所述排气净化催化剂的异常诊断时增多。

即，根据这种构成，通过在异常诊断结束后快速地增加添加剂的供给量，能够快速地提高排气净化催化剂的净化能力。

上述控制单元也可以被构成为，在上述排气净化催化剂的温度为上述规定温度以下时实施上述排气净化催化剂的异常诊断的情况下，在上述排气净化催化剂的温度为下述的下限温度以上时实施上述排气净化催化剂的异常诊断，所述下限温度是低于上述规定温度的温度，且是在上述排气净化催化剂为正常的情况下和为异常的情况下排气净化能力产生差异的温度的下限值。

在此，若排气净化催化剂的温度过低，则即使排气净化催化剂为正常，也会导致净化能力降低，排气净化催化剂为正常的情况下和为异常的情况下的净化能力之差变小。因此，存在异常诊断的精度降低的风险。对此，若在下述的下限温度以上时实施异常诊断，则异常诊断的精度提高，该下限温度是在排气净化催化剂为正常时和为异常时排气净化能力产生差异的温度的下限值。

上述控制单元也可以被构成为，在上述排气净化催化剂的温度为上述规定温度以下时实施上述排气净化催化剂的异常诊断的情况下，在上述排气净化催化剂的温度为相比于上述规定温度更靠近上述下限温度的温度时，实施上述排气净化催化剂的异常诊断。

在此，在使添加剂的量较少的情况下，温度越低，在排气净化催化剂为正常时和为异常时的净化能力之差越大。因此，在下限温度以上且规定温度以下的范围内，靠近下限温度时，与靠近规定温度时相比，排气净化催化剂为正常时和其为异常时的净化能力之差变大。因此，通过在靠近下限温度时实施异常诊断，异常诊断的精度提高。

另外，本发明的第三技术方案，是提供一种内燃机的排气净化装置的异常诊断方法。所述排气净化装置具备：设置于内燃机的排气通路、对排气进行净化的排气净化催化剂，对所述排气净化催化剂的温度进行检测的温度检测装置，和添加剂供给装置，其在由所述温度检测装置检测出的所述排气净化催化剂的温度为规定温度以下时，向所述排气净化催化剂供给通过在该温度下的添加而提高所述排气净化催化剂的排气净化能力的添加剂。所述异常诊断方法中，基于内燃机的排气净化装置中的所述排气净化催化剂的排气净化能力来实施所述排气净化催化剂的异常诊断。所述异常诊断方法中，在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下，与在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时不实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况相比，指示所述排气净化装置以使向所述排气净化催化剂供给的所述添加剂的量减少。

另外，本发明的第四技术方案是提供一种内燃机系统的控制方法。所述内燃机系统具备：内燃机；设置于排气通路、对排气进行净化的排气净化催化剂；对所述排气净化催化剂的温度进行检测的温度检测装置；向所述排气净化催化剂供给添加剂的添加剂供给装置，所述添加剂是通过在所述排气净化催化剂的温度为规定温度以下时添加而提高所述排气净化催化剂的排气净化能力的添加剂；和控制单元，该控制单元被构成为，在由所述温度检测装置检测出的所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时使所述添加剂供给装置向所述排气净化催化剂供给所述添加剂。所述控制单元被构成为，基于所述排气净化催化剂的排气净化能力来实施所述排气净化催化剂的异常诊断。所述控制方法中，在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下，使向所述排气净化催化剂供给的所述添加剂的量，比在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时不实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下的所述添加剂的量减少。

根据上述构成，在排气净化催化剂的温度为规定温度以下时实施排气净化催化剂的异常诊断的情况下，通过减少添加剂的供给量，从而降低排气净化能力。在此，在减少了添加剂的供给量的情况下，与排气净化催化剂正常时相比，排气净化催化剂异常时的排气净化能力的降低程度更大。即，通过在实施异常诊断时减少添加剂的供给量，从而使排气净化催化剂的正常时和异常时的排气净化能力之差变大。通过在此种状态下实施异常诊断，能够提高诊断精度。

发明效果

根据本发明，在排气净化催化剂的温度低时实施异常诊断的情况下，能够提高异常诊断的精度。

附图说明

图1为表示实施例1的内燃机和该内燃机的进气系统及排气系统的概略构成的图。

图2为表示在没有实施辅助处理的情况下的SCR催化剂的温度与NOx净化率的关系的图。

图3为表示在实施辅助处理的情况下的SCR催化剂的温度与NOx净化率的关系的图。

图4为表示正常催化剂及异常催化剂各自的实施辅助处理的情况下及没有实施辅助处理的情况下的NOx净化率的图。

图5为表示实施例1的SCR催化剂的异常诊断流程的流程图。

图6为表示在实施了实施例1的异常诊断的情况下的各种状态的时序图。

图7为表示实施例2的内燃机和该内燃机的进气系统及排气系统的概略构成的图。

图8为表示在没有实施辅助处理的情况下的、流入NSR催化剂的排气的NOx浓度(入NOx)及从NSR催化剂流出的排气的NOx浓度(出NOx)的推移的时序图。

图9为表示在实施辅助处理的情况下的、流入NSR催化剂的排气的NOx浓度(入NOx)及从NSR催化剂流出的排气的NOx浓度(出NOx)的推移的时序图。

图10为表示在没有实施辅助处理的情况下的NSR催化剂的温度与NOx还原时的NOx净化率的关系的图。

图11为表示在实施辅助处理的情况下的NSR催化剂的温度与NOx还原时的NOx净化率的关系的图。

图12为表示实施例2所涉及的NSR催化剂的异常诊断流程的流程图。

附图标记说明

1 内燃机 2 排气通路

3 选择还原型NOx催化剂(SCR催化剂)

4 尿素添加阀 5 氢添加阀

6 燃料喷射阀 7 进气通路

10 ECU 11 上游侧NOx传感器

12 空燃比传感器 13 温度传感器

14 下游侧NOx传感器 21 曲轴位置传感器

22 加速器开度传感器 23 气流计

30 吸藏还原型NOx催化剂(NSR催化剂)

40 燃料添加阀

具体实施方式

以下参照附图并基于实施例举例详细地说明具体实施方式。但该实施例中记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要没有特别记载，就不是将本发明的范围仅限定于此的意思。

(实施例1)

图1为表示本实施例的内燃机和该内燃机的进气系统及排气系统的概略构成的图。内燃机1为车辆驱动用的柴油发动机。但内燃机1也可以为汽油发动机。在内燃机1连接有排气通路2。在排气通路2设有以氨为还原剂而对排气中的NOx进行选择还原的选择还原型NOx催化剂3(以下称作“SCR催化剂3”)。在此，在本实施例中，SCR催化剂3相当于本发明中的排气净化催化剂。

在SCR催化剂3的上游的排气通路2中设有向排气中添加作为氨的前体的尿素水的尿素添加阀4。从尿素添加阀4添加的尿素水被水解而成为氨，并吸附于SCR催化剂3。该氨在SCR催化剂3中作为还原剂而被利用。在此，也可以具备向排气中添加氨的氨添加阀来代替尿素添加阀4。

另外，在SCR催化剂3的上游的排气通路2中设有向排气中添加氢(H₂)的氢添加阀5。例如已知：若向以Al₂O₃及MFI沸石为载体的各种Ag系的催化剂添加氢，则NO的还原效率提高。在此，氢例如可以通过对内燃机1的燃料进行改性来生成。燃料的改性可以使用公知的技术。在本实施例中，氢添加阀5相当于本发明中的添加剂供给装置。

进而，在尿素添加阀4及氢添加阀5的上游的排气通路2中设有检测流入SCR催化剂3的排气的NOx浓度的上游侧NOx传感器11、检测流入SCR催化剂3的排气的空燃比的空燃比传感器12和检测流入SCR催化剂3的排气的温度的温度传感器13。另外，在SCR催化剂3的下游的排气通路2中设有检测从SCR催化剂3流出的排气的NOx浓度的下游侧NOx传感器14。

在内燃机1中设有向各气缸分别喷射燃料的燃料喷射阀6。另外，在内燃机1连接有进气通路7。在进气通路7安装有检测内燃机1的进气量的气流计23。

而且，在内燃机1并设有电子控制单元ECU10作为控制装置。ECU10控制内燃机1、排气净化装置等。在ECU10中，除上述的上游侧NOx传感器11、空燃比传感器12、温度传感器13、下游侧NOx传感器14、气流计23外，还电连接有曲轴位置传感器21及加速器开度传感器22，各传感器的输出值被传送至ECU10。

ECU10能够掌握基于曲轴位置传感器21的检测的内燃机旋转速度、基于加速器开度传感器22的检测的内燃机负荷等内燃机1的运转状态。在此，在本实施例中，流入SCR催化剂3的排气中的NOx，能够通过上游侧NOx传感器11来检测，但因为从内燃机1排出的排气(被SCR催化剂3净化之前的排气，即向SCR催化剂3流入的排气)中所含的NOx与内燃机1的运转状态具有关联性，因此还能基于上述内燃机1的运转状态来进行推断。另外，ECU10能够基于由温度传感器13检测出的排气温度来推断SCR催化剂3的温度。在此，温度传感器13也可以是代替排气的温度而检测SCR催化剂3的温度的传感器。在此，在本实施例中，温度传感器13相当于本发明中的温度检测装置。另外，ECU10可以基于气流计23的检测值及来自燃料喷射阀6的燃料喷射量来计算排气的流量。另一方面，尿素添加阀4及燃料喷射阀6经由电气布线连接于ECU10，通过该ECU10来控制尿素添加阀4及燃料喷射阀6。

ECU10，使SCR催化剂3以不超过饱和吸附量的范围预先吸附氨，在吸附于SCR催化剂3的氨因NOx的还原等而减少的情况下，供给与所减少的氨的量相应的尿素水。此时，ECU10以使SCR催化剂3的氨吸附量达到SCR催化剂3中的氨吸附量的目标值(以下也称作“目标吸附量”)的方式从尿素添加阀4添加尿素水。

另外，ECU10，在SCR催化剂3的温度为第一规定温度以下时，从氢添加阀5添加氢，从而实施辅助处理。第一规定温度为SCR催化剂3的净化能力因向SCR催化剂3供给的氢的量而产生差异的上限的温度。辅助处理中的氢的添加量(以下也称作“辅助添加量”)以使SCR催化剂3中的NOx净化率达到容许范围内的那样来决定。在此，在SCR催化剂3的温度为第一规定温度以下的情况下，温度越低则NOx净化率越降低，因此以SCR催化剂3的越低则辅助添加量越多的那样考虑SCR催化剂3的温度来决定辅助添加量。SCR催化剂3的温度与辅助添加量的关系预先通过实验或模拟等求得，并预先存储于ECU10。在此，在本实施例中，ECU10实施辅助处理，从而作为本发明中的控制装置发挥功能。另外，在本实施例中，第一规定温度相当于本发明中的规定温度。

在此，图2为表示在没有实施辅助处理的情况下的SCR催化剂3的温度与NOx净化率的关系的图。另一方面，图3为表示在实施辅助处理的情况下的SCR催化剂3的温度与NOx净化率的关系的图。实线表示SCR催化剂3为正常的情况(正常催化剂的情况)，虚线表示SCR催化剂3为异常的情况(异常催化剂的情况)。

如图2所示，在没有实施辅助处理的情况下，在正常催化剂及异常催化剂中任一者中，在SCR催化剂3的温度为第一规定温度以下时，均是SCR催化剂3的温度越低则NOx净化率越低。在该温度区域内，若没有实施辅助处理，则NOx净化率可能会低于容许范围。另一方面，如图3所示，即使在SCR催化剂3的温度为第一规定温度以下的情况下，若实施有辅助处理，则在正常催化剂及异常催化剂的任一情况下NOx净化率都变大。这样，本实施例的辅助处理，通过在SCR催化剂3的温度为低温时实施能使效果增大。因此，本实施例的辅助处理，在SCR催化剂3的温度为第一规定温度以下时予以实施。在此，第一预定温度可以说是在假定没有实施辅助处理的情况下正常催化剂的NOx净化率与异常催化剂的NOx净化率之差根据SCR催化剂3的温度而发生变化的上限的温度。

另外，ECU10基于SCR催化剂3的NOx净化率来实施SCR催化剂3的异常诊断。应予说明，NOx净化率为在SCR催化剂3中被净化的NOx量相对于流入SCR催化剂3的NOx量之比。另外，若考虑SCR催化剂3的上游侧和下游侧的排气的流量相等，则NOx净化率可以为相对于流入SCR催化剂3的排气的NOx浓度而言的因在SCR催化剂3中被净化而减少的排气的NOx浓度的比例。因此，NOx净化率可以使用上游侧NOx传感器11及下游侧NOx传感器14的检测值根据以下的式子来计算。NOx净化率＝((上游侧NOx传感器11的检测值)-(下游侧NOx传感器14的检测值))/(上游侧NOx传感器11的检测值)···式1

而且，ECU10，若NOx净化率为诊断阈值以上，则诊断为SCR催化剂3正常，若NOx净化率小于诊断阈值，则诊断为SCR催化剂3异常。另外，在起动内燃机1后的较早的时期实施SCR催化剂3的异常诊断。因此，在SCR催化剂3的温度为第一规定温度以下时，SCR催化剂3的异常诊断即被实施。这样一来，通过在内燃机1起动后的较早的时期实施SCR催化剂3的异常诊断，增加异常诊断的机会。

但是，由于实施辅助处理的温度区域与实施异常诊断的温度区域重叠，因此就可能同时实施辅助处理和异常诊断。在此，在实施辅助处理时，如图3所示，正常催化剂与异常催化剂的NOx净化率之差变得较小，因此难以基于NOx净化率来辨别正常催化剂和异常催化剂。因此，在实施SCR催化剂3的异常诊断时存在误诊断的风险。为此，在本实施例中，在实施SCR催化剂3的异常诊断时，与相同条件下不实施SCR催化剂3的异常诊断时相比，使辅助添加量减少。在此所说的使辅助添加量减少还包括将辅助添加量减少至0、即停止添加氢的情况。

在此，在SCR催化剂3的温度为第一规定温度以下的情况下，NOx净化率根据辅助添加量而发生变化。即，在达到第一规定温度时的NOx净化率之前，辅助添加量越多，则NOx净化率越高。因此，通过减少辅助添加量，从而NOx净化率降低，但是关于此时的NOx净化率的降低量，异常催化剂的情况大于正常催化剂。即，在SCR催化剂3的温度为第一规定温度以下的情况下，通过减少辅助添加量，能够增大正常催化剂的NOx净化率与异常催化剂的NOx净化率之差。由此，变得容易基于NOx净化率来辨别(区分)正常催化剂和异常催化剂。因此，能够提高异常诊断的精度。

另外，若SCR催化剂3的温度过低，则即使是正常催化剂，也几乎无法净化Nox，因此变得几乎没有正常催化剂的NOx净化率与异常催化剂的NOx净化率之差。因此，在异常诊断中存在误诊断的风险。因此，在正常催化剂能够一定程度净化排气中的NOx的温度时实施SCR催化剂3的异常诊断。将实施该异常诊断的SCR催化剂3的温度的下限值设为第二规定温度。即，在本实施例中，在SCR催化剂3的温度为第二规定温度以上且第一规定温度以下时实施SCR催化剂3的异常诊断。第二规定温度为正常催化剂与异常催化剂的排气净化能力产生差异的温度的下限值。第二规定温度例如可以为使正常催化剂与异常催化剂的NOx净化率之差充分大的温度的下限值，也可以为使异常诊断的精度为容许范围内的温度的下限值。另外，在本实施例中，第二规定温度相当于本发明中的下限温度。

另外，如图2所示，在减少辅助添加量的情况下，在第一规定温度以下的温度区域中，异常催化剂的NOx净化率达到0之前，温度越低，正常催化剂与异常催化剂的NOx净化率之差越大。因此，第二规定温度例如可以为异常催化剂的NOx净化率大致为0时的温度或其附近的温度。另外，在减少了辅助添加量的情况下，与在靠近第一规定温度的温度时实施异常诊断相比，在靠近第二规定温度的温度时实施异常诊断的情况，由于NOx净化率之差变大，因此异常诊断的精度更高。因此，可以相比于第一规定温度而在更靠近第二规定温度的温度时实施异常诊断。实施异常诊断的温度范围可以根据所要求的异常诊断的精度而发生变化。

图4为表示正常催化剂及异常催化剂各自的实施辅助处理的情况下及未实施辅助处理的情况下的NOx净化率的图。图4表示的是SCR催化剂3的温度为例如200℃时的NOx净化率。200℃为第二规定温度以上且第一规定温度以下的温度。在实施了辅助处理的情况(图4中的“有辅助”的情况)下，正常催化剂的NOx净化率为例如95％，异常催化剂的NOx净化率为例如90％。因此，正常催化剂与异常催化剂的NOx净化率之差为5％。另一方面，在没有实施辅助处理的情况(图4中的“无辅助”的情况)下，正常催化剂的NOx净化率为例如40％，异常催化剂的NOx净化率为例如20％。因此，通过实施辅助处理，正常催化剂中NOx净化率增加例如55％，在异常催化剂中NOx净化率增加例如70％。这样，与正常催化剂相比，异常催化剂的辅助处理的效果更大。而且，在没有实施辅助处理的情况下，正常催化剂与异常催化剂的NOx净化率之差为例如20％，因此比实施了辅助处理的情况的NOx净化率之差(5％)大。这样一来，通过在正常催化剂与异常催化剂的NOx净化率之差变大的状态时实施异常诊断，能够提高异常诊断的精度。

图5为表示本实施例的SCR催化剂3的异常诊断流程的流程图。本流程由ECU10每隔规定的时间来执行。应予说明，在从内燃机1的起动时刻到SCR催化剂3的温度达到第一规定温度为止，由ECU10另行执行辅助处理。

在步骤S101中，判定实施异常诊断的前提条件是否成立。例如上游侧NOx传感器11及下游侧NOx传感器14正常、以及在内燃机1起动后尚未实施SCR催化剂3的异常诊断是本步骤S101的前提条件。在本实施例中，在内燃机1工作时仅实施1次SCR催化剂3的异常诊断。另外，上游侧NOx传感器11及下游侧NOx传感器14是否正常可以利用公知的技术来判定。在步骤S101中作出肯定判定的情况下，进入至步骤S102，另一方面，在作出否定判定的情况下，结束本流程。

在步骤S102中，判定实施异常诊断的条件是否成立。例如SCR催化剂3的温度在第二规定温度以上且第一规定温度以下、以及内燃机1处于稳态运转中是实施异常诊断的条件。进而，也可以加入SCR催化剂3的温度相比于第一规定温度更靠近第二规定温度作为实施异常诊断的条件。在步骤S102中作出肯定判定的情况下，进入至步骤S103，另一方面，在作出否定判定的情况下，结束本流程。

在步骤S103中，减少辅助添加量。此时的减少量，按照若为正常催化剂则NOx净化率为诊断阈值以上，若为异常催化剂则NOx净化率小于诊断阈值的方式，预先通过实验或模拟等而求得，并预先存储于ECU10。应予说明，在本步骤S103中，可以减少至辅助添加量达到0为止。若步骤S103的处理结束，则进入至步骤S104。

在步骤S104中，计算SCR催化剂3的NOx净化率。在NOx净化率的计算中使用步骤S103的处理结束后的上游侧NOx传感器11的检测值及下游侧NOx传感器14的检测值。若步骤S104的处理结束，则进入至步骤S105。

在步骤S105中，判定SCR催化剂3的NOx净化率是否为诊断阈值以上。诊断阈值为假定SCR催化剂3处于正常催化剂与异常催化剂的临界时的NOx净化率，其根据SCR催化剂3的温度来设定。SCR催化剂3的温度与诊断阈值的关系预先通过实验或模拟等求得并预先存储于ECU10。在步骤S105中作出肯定判定的情况下，进入至步骤S106，诊断为SCR催化剂3正常。另一方面，在步骤S105中作出否定判定的情况下，进入至步骤S107，诊断为SCR催化剂3异常。

若步骤S106或步骤S107的处理结束，则进入至步骤S108。在步骤S108中，辅助添加量恢复到在步骤S103中减少以前的值。在步骤S103中停止辅助处理的情况下，在本步骤S108中再度开始辅助处理。若步骤S108的处理结束，则本流程结束。应予说明，在处理了步骤S108的情况下，在内燃机1被再次起动之前的期间不实施本流程。但是，也可以实施多次本流程图。

图6为表示在实施本实施例的异常诊断的情况下的各种状态的时序图。从上方起依次示出辅助处理的状态、步骤S101涉及的实施异常诊断的前提条件的状态、步骤S102涉及的实施异常诊断的条件的状态。图6示出的是在异常诊断时停止辅助处理的情况。

从T1所示的时刻之前实施辅助处理。而且，在T1所示的时刻，实施异常诊断的前提条件(参照步骤S101)成立。但是，在T1所示的时刻，实施异常诊断的条件(参照步骤S102)不成立。因此，无法实施异常诊断，因而在T1维持执行辅助处理的状态。而且，在T2所示的时刻，实施异常诊断的条件成立。因为在T1到T2的期间执行辅助处理，所以SCR催化剂3的净化能力被维持在较高的状态。在T2到T3的期间，实施异常诊断的前提条件及实施异常诊的条件均成立，因此停止辅助处理。而且，在从T2到T3的期间实施异常诊断。由于在该期间停止辅助处理，因此SCR催化剂3的净化能力降低。进而，正常催化剂的NOx净化率与异常催化剂的NOx净化率之差变大。而且，在T3所示的时刻，若异常诊断结束，则再次开始辅助处理。这样，在异常诊断结束的时刻立即再次开始辅助处理，由此快速地提高SCR催化剂3的NOx净化能力。由此，能够抑制NOx净化率降低的期间延长至所需以上的情况。

应予说明，在本实施例中，通过对SCR催化剂3供给氢而实施辅助处理，但也可以代替氢而供给臭氧来实施辅助处理。

如以上说明的那样，根据本实施例，即使在SCR催化剂3的温度较低时实施异常诊断的情况下，通过减少辅助添加量也能够提高诊断精度。

(实施例2)

在实施例1中，对SCR催化剂3实施辅助处理，但在本实施例中，对吸藏还原型NOx催化剂(以下也称作“NSR催化剂”)实施辅助处理。图7为表示本实施例的内燃机和该内燃机的进气系统及排气系统的概略构成的图。主要对与图1的不同点进行说明。在内燃机1的排气通路2设有NSR催化剂30。NSR催化剂30，在流入该NSR催化剂30的排气的空燃比为大于理论空燃比的空燃比(以下称作“稀空燃比”)时，吸藏排气中的NOx。另外，NSR催化剂30，在流入该NSR催化剂30的排气的空燃比为小于理论空燃比的空燃比(以下称作“浓空燃比”)时，释放并还原NOx。应予说明，所谓“吸藏”，是作为还包含暂时的NOx的吸附的术语来使用的。在本实施例中，NSR催化剂30相当于本发明中的排气净化催化剂。

通过使内燃机1以浓空燃比进行运转，从而使流入NSR催化剂30的排气的空燃比为浓空燃比，向NSR催化剂30供给作为还原剂的未燃燃料(HC，CO)。但是，也可以如图7所示，在NSR催化剂30的上游的排气通路2设有添加内燃机1的燃料(HC)的燃料添加阀40，通过从该燃料添加阀40向排气中添加燃料，使流入NSR催化剂30的排气的空燃比成为浓空燃比，并向NSR催化剂30供给作为还原剂的燃料。燃料添加阀40经由电气布线连接于ECU10，通过该ECU10来控制燃料添加阀40。应予说明，对于通过使内燃机1以浓空燃比进行运转而向NSR催化剂30供给未燃燃料、以及从燃料添加阀40向NSR催化剂30供给燃料，以下也称作向NSR催化剂30的燃料供给。

在本实施例中，在NSR催化剂30的NOx吸藏量达到规定吸藏量时，将吸藏于NSR催化剂30的NOx还原。NSR催化剂30中的NOx吸藏量例如通过以下方式来计算，即，从流入NSR催化剂30的NOx量减去从NSR催化剂30流出的NOx量和被NSR催化剂30还原的NOx量，并对由此所求得的值进行累计。ECU10基于上游侧NOx传感器11、温度传感器13、下游侧NOx传感器14及气流计23的检测值、以及排气的空燃比而随时计算NSR催化剂30的NOx吸藏量。应予说明，NSR催化剂30的NOx吸藏量也可以利用公知的方法来计算。

而且，ECU10为还原规定吸藏量的NOx而实施向NSR催化剂30的燃料供给的控制。因此，ECU10实施向NSR催化剂30的燃料供给的控制以向NSR催化剂30供给与NSR催化剂30的NOx吸藏量对应量的还原剂。

另一方面，ECU10，在NSR催化剂30的温度为第三规定温度以下时对吸藏于NSR催化剂30的NOx进行还原的情况下，代替向NSR催化剂30的燃料供给，从氢添加阀5添加氢。即，通过供给氢而并非HC、CO作为还原剂，从而将NOx还原。这样，通过从氢添加阀5添加氢而实施辅助处理。第三规定温度为通过供给氢能使NSR催化剂30的排气净化能力变高的上限温度。应予说明，以下将从氢添加阀5向NSR催化剂30供给氢也称作向NSR催化剂30的氢供给。ECU10以向NSR催化剂30供给与NSR催化剂30的NOx吸藏量对应的量的还原剂的方式实施向NSR催化剂30的氢供给的控制。应予说明，在本实施例中，第三规定温度相当于本发明中的规定温度。

在此，相比于HC及CO，氢的还原力更高，因此相比于向NSR催化剂30的燃料供给，实施向NSR催化剂30的氢供给时的NSR催化剂30的还原能力更为提高。因此，在因NSR催化剂30的温度低而活性低时，通过实施向NSR催化剂30的氢供给，能够促进NOx的还原。另一方面，若NSR催化剂30的温度充分高，因为能够通过向NSR催化剂30的燃料供给将NOx还原，所以通过实施向NSR催化剂30的燃料供给，能够降低用于生成氢的能量消耗量。

在此，图8为表示没有实施辅助处理的情况下的、流入NSR催化剂30的排气的NOx浓度(入NOx)及从NSR催化剂30流出的排气的NOx浓度(出NOx)的推移的时序图。图8为在NSR催化剂30的温度为第三规定温度以下的情况下通过向NSR催化剂30的燃料供给而将NOx还原时的时序图。另一方面，图9为表示在实施辅助处理的情况下的、流入NSR催化剂30的排气的NOx浓度(入NOx)及从NSR催化剂30流出的排气的NOx浓度(出NOx)的推移的时序图。图9为在NSR催化剂30的温度为第三规定温度以下的情况下通过向NSR催化剂30的氢供给而将NOx还原时的时序图。在图8及图9中，T11为NSR催化剂30的NOx吸藏量达到规定吸藏量的时刻，是为了使NOx还原而开始向NSR催化剂30的燃料供给或向NSR催化剂30的氢供给的时刻。另外，T12为结束向NSR催化剂30的燃料供给或结束向NSR催化剂30的氢供给的时刻。入NOx根据内燃机1的运转状态而发生变化。

若比较图8及图9可知：在从T11到T12的期间，与实施向NSR催化剂30的燃料供给的情况相比，实施向NSR催化剂30的氢供给的情况下，从NSR催化剂30流出的排气的NOx浓度变低。因此，在NSR催化剂30的温度低时，通过实施辅助处理，相对于流入NSR催化剂30的排气的NOx浓度的从NSR催化剂30流出的排气的NOx浓度的比例变小。在此，在基于式1计算NOx净化率的情况下，可以说：因为实施辅助处理NSR催化剂30的NOx净化率变高。

在此，图10为表示没有实施辅助处理的情况下的NSR催化剂30的温度与NOx还原时的NOx净化率的关系的图。另一方面，图11为表示在实施有辅助处理的情况下的NSR催化剂30的温度与NOx还原时的NOx净化率的关系的图。实线表示NSR催化剂30为正常的情况，虚线表示NSR催化剂30为异常的情况。

如图10所示，在没有实施辅助处理的情况下，无论在正常催化剂及异常催化剂的任一者中，在NSR催化剂30的温度为第三规定温度以下时，均为NSR催化剂30的温度越低则NOx净化率越低。另一方面，如图11所示，即使在NSR催化剂30的温度为第三规定温度以下的情况下，若实施辅助处理，则在正常催化剂及异常催化剂中NOx净化率变高。这样，本实施例的辅助处理，通过在NSR催化剂30的温度为第三规定温度以下时实施能显现出效果。因此，本实施例的辅助处理，在NSR催化剂30的温度为第三规定温度以下的温度时实施。应予说明，第三规定温度也可以说是：在假定没有实施辅助处理的情况下，正常催化剂的NOx净化率与异常催化剂的NOx净化率之差根据NSR催化剂30的温度的上升而变小的上限温度。

在此，ECU10根据NSR催化剂30的NOx还原能力、即排气净化能力来实施NSR催化剂30的异常诊断。NSR催化剂30的NOx还原能力，与通过向NSR催化剂30供给还原剂而将吸藏于NSR催化剂30的NOx还原时的NOx净化率相关联。因此，ECU10根据将吸藏于NSR催化剂30的NOx还原时的上游侧NOx传感器11及下游侧NOx传感器14的检测值来计算NOx净化率，若NOx净化率为诊断阈值以上则诊断为NSR催化剂30正常，若NOx净化率小于诊断阈值则诊断为NSR催化剂30异常。应予说明，在本实施例中也在内燃机1起动后的较早的时期实施NSR催化剂30的异常诊断，从而也会增加异常诊断的机会。因此，NSR催化剂30的异常诊断在NSR催化剂30的温度为第三规定温度以下时被实施。

但是，在NSR催化剂30的温度为第三规定温度以下时在实施辅助处理。在实施辅助处理时，正常催化剂与异常催化剂的NOx净化率之差变得较小，因此，若实施NSR催化剂30的异常诊断则存在误诊断的风险。为此，在本实施例中，在实施NSR催化剂30的异常诊断时停止辅助处理。这可以说是使辅助添加量减少至0。应予说明，此时也可以从向NSR催化剂30的氢供给切换为向NSR催化剂30的燃料供给。这样，在实施NSR催化剂30的异常诊断的情况下，通过停止辅助处理，正常催化剂与异常催化剂的NOx净化率之差变大，因此可以提高异常诊断的精度。

应予说明，若NSR催化剂30的温度过低，则即使是正常催化剂，也几乎无法净化NOx，因此几乎没有正常催化剂的NOx净化率与异常催化剂的NOx净化率之差。因此，若在该状态下实施异常诊断，则存在误诊断的风险。因此，NSR催化剂30的异常诊断，在正常催化剂能够一定程度地净化排气中的NOx的温度时实施。将实施该异常诊断的NSR催化剂30的温度的下限值设为第四规定温度。即，在本实施例中，在NSR催化剂30的温度为第四规定温度以上且第三规定温度以下时实施NSR催化剂30的异常诊断。第四规定温度为正常催化剂与异常催化剂的排气净化能力产生差异的温度的下限值。第四规定温度例如可以为使正常催化剂与异常催化剂的NOx净化率之差充分变大的温度的下限值，也可以为使异常诊断的精度为容许范围内的温度的下限值。应予说明，在本实施例中，第四规定温度相当于本发明中的下限温度。

另外，在没有实施辅助处理的情况下，即，在使辅助添加量为0的情况下，在第三规定温度以下的温度区域中，在异常催化剂的NOx净化率变为0之前，温度越低，正常催化剂与异常催化剂的NOx净化率之差越大。因此，第四规定温度例如可以为异常催化剂的NOx净化率大致为0的温度或其附近的温度。另外，在没有实施辅助处理的情况下，与在靠近第三规定温度的温度时实施异常诊断相比，在靠近第四规定温度的温度时实施异常诊断的情况下，由于NOx净化率之差变大，因此异常诊断的精度更高。因此，可以相比于第三规定温度在更靠近第四规定温度的温度时实施异常诊断。实施异常诊断的温度的范围可以根据所要求的异常诊断的精度而发生变化。

图12为表示本实施例的NSR催化剂30的异常诊断流程的流程图。本流程由ECU10每隔规定的时间来执行。应予说明，在从内燃机1的起动时刻到NSR催化剂30的温度达到第三规定温度为止，由ECU10另行执行辅助处理。

在步骤S201中，判定实施异常诊断的前提条件是否成立。例如，上游侧NOx传感器11及下游侧NOx传感器14正常、以及在内燃机1起动后尚未实施NSR催化剂30的异常诊断是本步骤S201的前提条件。在本实施例中，在内燃机1工作时仅实施1次NSR催化剂30的异常诊断。另外，上游侧NOx传感器11及下游侧NOx传感器14是否正常可以利用公知的技术来判定。在步骤S201中作出肯定判定的情况下，进入步骤S202，另一方面，在作出否定判定的情况下，结束本流程。

在步骤S202中，判定实施异常诊断的条件是否成立。例如，NSR催化剂30的温度为第四规定温度以上且第三规定温度、以及内燃机1处于稳态运转中是实施异常诊断的条件。进而，可以加入NSR催化剂30的温度相比于第三规定温度更靠近第四规定温度作为实施异常诊断的条件。在步骤S202中作出肯定判定的情况下，进入步骤S203，另一方面，在作出否定判定的情况下，结束本流程。

在步骤S203中，停止辅助处理。此时，停止向NSR催化剂30的氢供给，并且开始向NSR催化剂30的燃料供给。在本实施例中，基于NSR催化剂30的还原能力来实施异常诊断，因此即使在停止向NSR催化剂30的氢供给的情况下，也为了还原NOx而实施向NSR催化剂30的燃料供给。若步骤S203的处理结束，则进入步骤S204。

在步骤S204中，计算NSR催化剂30的NOx净化率。在NOx净化率的计算中使用步骤S203的处理结束后的上游侧NOx传感器11的检测值及下游侧NOx传感器14的检测值。若步骤S204的处理结束，则进入步骤S205。

在步骤S205中，判定NSR催化剂30的NOx净化率是否为诊断阈值以上。诊断阈值为假定NSR催化剂30处于正常催化剂与异常催化剂的临界时的NOx净化率，其根据NSR催化剂30的温度来设定。NSR催化剂30的温度与诊断阈值的关系预先利用实验或模拟等求得，并预先存储于ECU10。在步骤S205中作出肯定判定的情况下，进入步骤S206，诊断为NSR催化剂30正常。另一方面，在步骤S205中作出否定判定的情况下，进入步骤S207，诊断为NSR催化剂30异常。

若步骤S206或步骤S207的处理结束，则进入步骤S208。在步骤S208中，再次开始辅助处理。即，从向NSR催化剂30的燃料供给切换为向NSR催化剂30的氢供给。若步骤S208的处理结束，则本流程结束。应予说明，在处理了步骤S208的情况下，在内燃机1被再次起动之前的期间不要实施本流程。但是，也可以实施多次本流程。

如以上说明那样，根据本实施例，即使在NSR催化剂30的温度低时实施异常诊断的情况下，通过停止辅助处理，能够提高诊断精度。

Claims (10)

1.一种内燃机的排气净化装置的异常诊断装置，所述排气净化装置具备：设置于内燃机的排气通路、对排气进行净化的排气净化催化剂，对所述排气净化催化剂的温度进行检测的温度检测装置，和添加剂供给装置，其在由所述温度检测装置检测出的所述排气净化催化剂的温度为规定温度以下时，向所述排气净化催化剂供给通过在该温度下添加而提高所述排气净化催化剂的排气净化能力的添加剂，所述异常诊断装置是对内燃机的排气净化装置中的所述排气净化催化剂的异常进行诊断的装置，

所述异常诊断装置中，具备基于所述排气净化催化剂的排气净化能力来实施所述排气净化催化剂的异常诊断的控制单元，

所述控制单元，在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下，与在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时不实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况相比，指示所述排气净化装置以使向所述排气净化催化剂供给的所述添加剂的量减少。

2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置的异常诊断装置，

所述控制单元，从所述排气净化催化剂的异常诊断结束的时刻起，指示所述排气净化装置以使向所述排气净化催化剂供给的所述添加剂的量比实施所述排气净化催化剂的异常诊断时增多。

3.如权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置的异常诊断装置，

所述控制单元，在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下，在所述排气净化催化剂的温度为下述的下限温度以上时实施所述排气净化催化剂的异常诊断，所述下限温度是低于所述规定温度的温度，且是在所述排气净化催化剂为正常的情况下和为异常的情况下排气净化能力产生差异的温度的下限值。

4.如权利要求3所述的内燃机的排气净化装置的异常诊断装置，

所述控制单元，在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下，在所述排气净化催化剂的温度为相比于所述规定温度更靠近所述下限温度的温度时，实施所述排气净化催化剂的异常诊断。

5.一种内燃机系统，其具备：

内燃机；

设置于排气通路、对排气进行净化的排气净化催化剂，

对所述排气净化催化剂的温度进行检测的温度检测装置，

向所述排气净化催化剂供给添加剂的添加剂供给装置，所述添加剂是通过在所述排气净化催化剂的温度为规定温度以下时添加而提高所述排气净化催化剂的排气净化能力的添加剂，和

控制单元，该控制单元被构成为，在由所述温度检测装置检测出的所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时使所述添加剂供给装置向所述排气净化催化剂供给所述添加剂，

所述控制单元被构成为，基于所述排气净化催化剂的排气净化能力来实施所述排气净化催化剂的异常诊断，

所述控制单元被构成为，在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下，使向所述排气净化催化剂供给的所述添加剂的量，比在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时不实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下的所述添加剂的量减少。

6.如权利要求5所述的内燃机系统，

所述控制单元被构成为，从所述排气净化催化剂的异常诊断结束的时刻起，使向所述排气净化催化剂供给的所述添加剂的量比实施所述排气净化催化剂的异常诊断时增多。

7.如权利要求5或6所述的内燃机系统，

所述控制单元被构成为，在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下，在所述排气净化催化剂的温度为下述的下限温度以上时实施所述排气净化催化剂的异常诊断，所述下限温度是低于所述规定温度的温度，且是在所述排气净化催化剂为正常的情况下和为异常的情况下排气净化能力产生差异的温度的下限值。

8.如权利要求7所述的内燃机系统，

所述控制单元被构成为，在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下，在所述排气净化催化剂的温度为相比于所述规定温度更靠近所述下限温度的温度时，实施所述排气净化催化剂的异常诊断。

9.一种内燃机的排气净化装置的异常诊断方法，

所述排气净化装置具备：设置于内燃机的排气通路、对排气进行净化的排气净化催化剂，对所述排气净化催化剂的温度进行检测的温度检测装置，和添加剂供给装置，其在由所述温度检测装置检测出的所述排气净化催化剂的温度为规定温度以下时，向所述排气净化催化剂供给通过在该温度下的添加而提高所述排气净化催化剂的排气净化能力的添加剂，

所述异常诊断方法中，基于内燃机的排气净化装置中的所述排气净化催化剂的排气净化能力来实施所述排气净化催化剂的异常诊断，

所述异常诊断方法中，

在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下，与在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时不实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况相比，指示所述排气净化装置以使向所述排气净化催化剂供给的所述添加剂的量减少。

10.一种内燃机系统的控制方法，

所述内燃机系统具备：

内燃机；

设置于排气通路、对排气进行净化的排气净化催化剂，

对所述排气净化催化剂的温度进行检测的温度检测装置，

向所述排气净化催化剂供给添加剂的添加剂供给装置，所述添加剂是通过在所述排气净化催化剂的温度为规定温度以下时添加而提高所述排气净化催化剂的排气净化能力的添加剂，和

控制单元，该控制单元被构成为，在由所述温度检测装置检测出的所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时使所述添加剂供给装置向所述排气净化催化剂供给所述添加剂，

所述控制单元被构成为，基于所述排气净化催化剂的排气净化能力来实施所述排气净化催化剂的异常诊断，

所述控制方法中，

在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下，使向所述排气净化催化剂供给的所述添加剂的量，比在所述排气净化催化剂的温度为所述规定温度以下时不实施所述排气净化催化剂的异常诊断的情况下的所述添加剂的量减少。

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