專利名稱：NOx傳感器診斷裝置以及SCR系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對NOx傳感器的準(zhǔn)確性(妥當(dāng)性)進(jìn)行診斷的NOx傳感器診斷裝置以及SCR系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為用于凈化柴油發(fā)動機(jī)的廢氣中的NOx的廢氣凈化系統(tǒng)，開發(fā)了使用選擇性催化還原裝置(以下稱為SCR裝置)的SCR系統(tǒng)。
此SCR系統(tǒng)向SCR裝置的廢氣上游供給尿素水，通過廢氣的熱量生成氨，通過此氨在SCR催化劑上還原并凈化NOx (例如，參照專利文獻(xiàn)I)。在SCR系統(tǒng)中，根據(jù)廢氣中的NOx濃度來控制尿素水的噴射。為了此控制，在排氣管上設(shè)置了 NOx傳感器。當(dāng)此NOx傳感器的檢測值不準(zhǔn)確時，不能恰當(dāng)?shù)貙δ蛩厮膰娚溥M(jìn)行控制，所以在SCR系統(tǒng)中具有對NOx傳感器的準(zhǔn)確性進(jìn)行診斷的NOx傳感器診斷裝置。在以往的NOx傳感器診斷裝置中，當(dāng)根據(jù)發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)決定的NOx濃度的計算值與NOx傳感器檢測到的NOx濃度的檢測值之間的背離(乖離)比規(guī)定的閾值大時，診斷為NOx傳感器中發(fā)生了異常(例如，參照專利文獻(xiàn)2)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)(專利文獻(xiàn))專利文獻(xiàn)I :日本特開2000-303826號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2009-128237號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題但是，在以往的NOx傳感器診斷裝置中，僅通過發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)來決定NOx濃度的計算值，完全不考慮環(huán)境條件。例如，在以往的NOx傳感器診斷裝置中，在高原或寒冷地帶等特殊環(huán)境下，如果發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)相同，則基本上為大致相同的NOx濃度的計算值。對此，實際上用NOx傳感器測量的NOx濃度的檢測值在特殊環(huán)境下EGR(Exhaust Gas Recirculation :廢氣再循環(huán))量降低等，因而變動較大。其結(jié)果是，NOx濃度的計算值與檢測值的背離變大，盡管NOx傳感器內(nèi)沒有異常，也可能誤判斷為NOx傳感器異常。另外，在以往的NOx傳感器診斷裝置中，在EGR中斷的狀態(tài)和EGR未中斷的狀態(tài)下，使用不同的模式來求出NOx濃度的計算值，但不能使NOx濃度的計算值跟蹤EGR量的變化，特別在EGR量降低的區(qū)域內(nèi)，不能避免NOx濃度的計算值與檢測值的背離增大的情況。因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種解決上述課題，并且能夠考慮環(huán)境條件來診斷NOx傳感器的準(zhǔn)確性，能夠防止誤診斷的NOx傳感器診斷裝置以及SCR系統(tǒng)。用于解決問題的手段本發(fā)明是為了實現(xiàn)上述目的而發(fā)明的，該NOx傳感器診斷裝置設(shè)置于發(fā)動機(jī)的排氣管，用于對檢測廢氣中的NOx濃度的NOx傳感器進(jìn)行診斷，該NOx傳感器診斷裝置具有計算值運算部，基于上述發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)求出廢氣中的NOx濃度的計算值；異常判斷部，當(dāng)用上述計算值運算部求出的NOx濃度的計算值與上述NOx傳感器檢測到的NOx濃度的檢測值的背離比判斷用閾值大時，判斷為上述NOx傳感器異常；以及判斷用閾值設(shè)定部，基于用于冷卻上述發(fā)動機(jī)的冷卻水的溫度、大氣壓以及外氣溫度來設(shè)定上述判斷用閾值。也可以是，還具有通過冷卻水的溫度、大氣壓以及外氣溫度來參照的上述判斷用閾值的映射y 7°)，上述判斷用閾值設(shè)定部參照上述映射來設(shè)定上述判斷用閾值。另外，本發(fā)明為SCR系統(tǒng)，該SCR系統(tǒng)具有選擇性催化還原裝置，設(shè)置于發(fā)動機(jī)的排氣管；計量閥(卜'' 一^ ^)，在上述選擇性催化還原裝置的上游側(cè)噴射尿素水；上述NOx傳感器，設(shè)置在上述選擇性催化還原裝置的上游側(cè)；以及尿素水噴射控制部，根據(jù)用上述NOx傳感器檢測到的NOx濃度的檢測值來控制尿素水噴射量，該SCR系統(tǒng)還具有技術(shù)方案I或2所述的NOx傳感器診斷裝置。 發(fā)明的效果通過本發(fā)明，能夠提供一種能夠考慮環(huán)境條件來診斷NOx傳感器的準(zhǔn)確性，并且能夠防止誤診斷的NOx傳感器診斷裝置以及SCR系統(tǒng)。


圖I是具有本發(fā)明的一個實施方式涉及的NOx傳感器診斷裝置的SCR系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)圖。圖2是圖I的SCR系統(tǒng)中的D⑶的輸入輸出結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明中的NOx傳感器診斷裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖4是表示圖3的NOx傳感器診斷裝置的控制流程的流程圖。
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式。首先，說明車輛上搭載的SCR系統(tǒng)。如圖I所示，SCR系統(tǒng)100主要具有SCR裝置103，設(shè)置于發(fā)動機(jī)E的排氣管102 ；計量閥(尿素噴射裝置，計量模塊)104，在SCR裝置103的上游側(cè)(廢氣的上游側(cè))噴射尿素水；尿素罐105，貯存尿素水；供給模塊106，向計量閥104供給貯存在尿素罐105內(nèi)的尿素水;以及DCU (Dosing Control Unit :電控單元)126,控制計量閥104、供給模塊106等。在發(fā)動機(jī)E的排氣管102內(nèi)，從廢氣的上游側(cè)至下游側(cè)依次配置DOC (DieselOxidation Catalyst ;氧化催化劑)107、DPF (DieselParticulate Filter :柴油微粒過濾器)108、SCR裝置103。D0C107將從發(fā)動機(jī)E排出的廢氣中的NO氧化為N02，控制廢氣中的NO與N02的比率，并提高SCR裝置103中的脫硝效率。另外，DPF108收集廢氣中的PM(Particulate Matter :顆粒物)。在SCR裝置103的上游側(cè)的排氣管102內(nèi)設(shè)置計量閥104。計量閥104是噴口設(shè)置于充滿高壓尿素水的汽缸并且堵住其噴口的閥體安裝于閥芯(7的結(jié)構(gòu)，通過向線圈通電來拉起閥芯，由此使閥體從噴口分離并噴射尿素水。在停止向線圈通電時，通過內(nèi)部的彈力來拉下閥芯從而閥體堵住噴口，所以尿素水的噴射停止。
在計量閥104的上游側(cè)的排氣管102內(nèi)，設(shè)置排氣溫度傳感器109，該排氣溫度傳感器109測量SCR裝置103入口的廢氣的溫度(SCR入口溫度)。另外，在SCR裝置103的上游側(cè)(在此是排氣溫度傳感器109的上游側(cè))設(shè)置上游側(cè)NOx傳感器110，該上游側(cè)NOx傳感器110檢測SCR裝置103的上游側(cè)的NOx濃度，在SCR裝置103的下游側(cè)設(shè)置下游側(cè)NOx傳感器111，該下游側(cè)NOx傳感器111檢測SCR裝置103的下游側(cè)的NOx濃度。供給模塊106具有SM泵112，壓送尿素水；SM溫度傳感器113，測量供給模塊106的溫度(流經(jīng)供給模塊106的尿素水的溫度)；尿素水壓力傳感器114，測量供給模塊106內(nèi)的尿素水的壓力(SM泵112的排出側(cè)的壓力)；以及回流閥(U八一 f ^ ^7') 115，通過切換尿素水的流路來切換向計量閥104供給來自尿素罐105的尿素水或者使計量閥104內(nèi)的尿素水返回尿素罐105。在此，回流閥15打開(ON)時，向計量閥104供給來自尿素罐105的尿素水，回流閥15關(guān)閉(OFF)時,使計量閥104內(nèi)的尿素水返回尿素罐105。當(dāng)切換為回流閥115向計量閥104供給尿素水時，供給模塊106用其SM泵112通過送液管路116吸入尿素罐105內(nèi)的尿素水，并通過壓送管路117向計量閥104供給，并通 過回收管路118將剩余的尿素水返回尿素罐105。在尿素罐105內(nèi)設(shè)置SCR傳感器119。SCR傳感器119具有水位傳感器120，測量尿素罐105內(nèi)的尿素水的液面高度(水位);溫度傳感器121，測量尿素罐105內(nèi)的尿素水的溫度；以及質(zhì)量傳感器122，測量尿素罐105內(nèi)的尿素水的質(zhì)量。質(zhì)量傳感器122通過例如超聲波的傳播速度或?qū)щ娐蕘頇z測尿素水的濃度或尿素水中是否混合了異質(zhì)混合物，來檢測尿素罐105內(nèi)的尿素水的質(zhì)量。在尿素罐105和供給模塊106上，連接冷卻管路123，該冷卻管路123供用于冷卻發(fā)動機(jī)E的冷卻水循環(huán)。冷卻管路123在尿素罐105內(nèi)通過，在流經(jīng)冷卻管路123的冷卻水與尿素罐105內(nèi)的尿素水之間進(jìn)行熱交換。同樣地，冷卻管路123在供給模塊106內(nèi)通過，在流經(jīng)冷卻管路123的冷卻水與供給模塊106內(nèi)的尿素水之間進(jìn)行熱交換。在冷卻管路123上設(shè)置罐加熱閥(冷卻閥)124，該罐加熱閥124切換是否向尿素罐105和供給模塊106供給冷卻水。另外，在計量閥104上也連接冷卻管路123，但無論罐加熱閥124的開閉都向計量閥104供給冷卻水。另外，在圖I中將圖簡略化而未表示，冷卻管路123沿著尿素水經(jīng)過的送液管路116、壓送管路117、回收管道118配設(shè)。圖2中表不了 D⑶126的輸入輸出結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，在ECU126上連接有來自上游側(cè)NOx傳感器110、下游側(cè)NOx傳感器
111、SCR傳感器119 (水位傳感器120、溫度傳感器121、質(zhì)量傳感器122)、排氣溫度傳感器109、供給模塊106的SM溫度傳感器113和尿素水壓力傳感器114以及對發(fā)動機(jī)E進(jìn)行控制的ECM (Engine Control Module :發(fā)動機(jī)控制模塊)125的輸入信號線。從ECM125輸入了外氣溫度、發(fā)動機(jī)參數(shù)(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)等)的信號。另外，在ECU126上連接針對罐加熱閥124、供給模塊106的SM泵112和回流閥115、計量閥104、上游側(cè)NOx傳感器110的加熱器、下游側(cè)NOx傳感器111的加熱器的輸出信號線。另外，關(guān)于DCU126與各部件的信號的輸入輸出可以是通過個別的信號線的輸入輸出、通過CAN (Controller Area Network :控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))的輸入輸出中的任一種輸入輸出。在DCU126上搭載尿素水噴射控制部127，該尿素水噴射控制部127根據(jù)由上游側(cè)NOx傳感器110檢測到的NOx濃度的檢測值來控制尿素水噴射量。尿素水噴射控制部127基于來自ECM125的發(fā)動機(jī)參數(shù)的信號以及來自排氣溫度傳感器109的廢氣溫度來推算廢氣中的NOx的量，并且基于推算出的廢氣中的NOx的量來決定從計量閥104噴射的尿素水量，并且，當(dāng)以由計量閥104決定的尿素水量來噴射時，基于上游側(cè)NOx傳感器110的檢測值來控制計量閥104，并調(diào)整從計量閥104噴射的尿素水量。另外，本實施方式涉及的SCR系統(tǒng)100具有對上游側(cè)NOx傳感器110的準(zhǔn)確性進(jìn)行診斷的NOx傳感器診斷裝置I。雖然SCR系統(tǒng)100具有兩個NOx傳感器110、111，但NOx傳感器診斷裝置I是對在SCR裝置103的上游側(cè)設(shè)置的上游側(cè)NOx傳感器110的準(zhǔn)確性進(jìn)行診斷的。如圖3所示，NOx傳感器診斷裝置I具有計算值運算部2，基于發(fā)動機(jī)E的運轉(zhuǎn)狀態(tài)(基于來自ECM125的發(fā)動機(jī)參數(shù))來求出廢氣中的NOx濃度的計算值；異常判斷部3，當(dāng)用計算值運算部2求出的NOx濃度的計算值與上游側(cè)NOx傳感器110檢測到的NOx濃度的 檢測值的背離比判斷用閾值大時，判斷為上游側(cè)NOx傳感器110異常；以及判斷用閾值設(shè)定部4，基于用于冷卻發(fā)動機(jī)E的冷卻水的溫度、大氣壓以及外氣溫度來設(shè)定判斷用閾值。計算值運算部2、異常判斷部3以及判斷用閾值設(shè)定部4搭載在D⑶126上。通過CAN從ECM125向D⑶126輸入冷卻水的溫度、大氣壓以及外氣溫度的信號。也可以使用吸氣歧管的溫度(吸氣溫度)的信號作為外氣溫度的信號。在本實施方式中，當(dāng)NOx濃度的計算值與NOx濃度的檢測值的比率(NOx濃度的檢測值/ NOx濃度的計算值)比判斷用閾值大時，異常判斷部3判斷為上游側(cè)NOx傳感器110異常。當(dāng)異常判斷部3判斷為上游側(cè)NOx傳感器110異常時，通過將未圖示的警告燈(CEL(Check Engine Lamp :檢查發(fā)送機(jī)燈)或 MIL (Mulfunction IndicatorLamp))來警告駕駛員。另外，NOx傳感器診斷裝置I還具有通過冷卻水的溫度、大氣壓及外氣溫度來參照的判斷用閾值的映射5。判斷用閾值的映射5是按照冷卻水的溫度、大氣壓及外氣溫度來設(shè)定判斷用閾值的映射。判斷用閾值設(shè)定部4參照判斷用閾值的映射5來設(shè)定判斷用閾值。判斷用閾值的映射5搭載在DCU126內(nèi)。在本實施方式中，作為判斷用閾值的映射5，使用通過冷卻水的溫度參照的第一系數(shù)映射5a以及通過大氣壓和外氣溫度參照的第二系數(shù)映射5b，通過將通過第一系數(shù)映射5a得到的第一系數(shù)與通過第二系數(shù)映射5b得到的第二系數(shù)相乘來求出判斷用閾值。另外，不限于此，也可以使用通過冷卻水的溫度、大氣壓以及外氣溫度來參照的三維映射作為判斷用閾值的映射5。通過預(yù)先實驗，使冷卻水的溫度、大氣壓以及外氣溫度的環(huán)境條件不同并檢測實際的廢氣中的NOx濃度，并且求出NOx濃度的計算值與NOx濃度的檢測值的比率，并在求出的比率上加上考慮了傳感器的偏差等后的變動容許值作為容限(7 — ^ >)來設(shè)定第一系數(shù)和第二系數(shù)。接下來，用圖4說明NOx傳感器診斷裝置I的控制流程。如圖4所示，首先，在步驟SI，計算值運算部2基于來自ECM125的發(fā)動機(jī)參數(shù)的信號求出NOx濃度的計算值。在求出NOx濃度的計算值之后，在步驟S2，異常判斷部3從上游側(cè)NOx傳感器110讀入NOx濃度的檢測值，并根據(jù)讀入的NOx濃度的檢測值和在步驟SI求出的NOx濃度的計算值，求出NOx濃度的計算值和檢測值的比率h。在步驟S3，判斷用閾值設(shè)定部4通從ECM125取得冷卻水的溫度、大氣壓以及外氣溫度的數(shù)據(jù)。在步驟S4，判斷用閾值設(shè)定部4通過從ECM125取得的冷卻水的溫度來參照第一系數(shù)映射5a并求出第一系數(shù)。在步驟S5，判斷用閾值設(shè)定部4通過從ECMl 25取得的大氣壓和外氣溫度來參照第二系數(shù)映射5b并求出第二系數(shù)。在步驟S6，判斷用閾值設(shè)定部4將在步驟S4求出的第一系數(shù)與在步驟S5求出的第二系數(shù)相乘來求出判斷用閾值Th。
在步驟S7，異常判斷部3判斷在步驟S2求出的NOx濃度的計算值和檢測值的比率h是否比在步驟S6求出的判斷用閾值Th大。當(dāng)在步驟S7判斷為為否(NO)時，認(rèn)為上游側(cè)NOx傳感器110是正常的，所以就直接結(jié)束控制。當(dāng)在步驟S7判斷為是(YES)時，認(rèn)為在上游側(cè)NOx傳感器110內(nèi)發(fā)生了異常，所以異常判斷部3點亮CEL或MIL等警告燈(步驟S8)，并結(jié)束控制。如以上所說明的，本實施方式涉及的NOx傳感器診斷裝置I具有判斷用閾值設(shè)定部4，該判斷用閾值設(shè)定部4基于冷卻水的溫度、大氣壓以及外氣溫度來設(shè)定在異常判斷部3使用的判斷用閾值。S卩，在NOx傳感器診斷裝置I中，并不修正由計算值運算部2求出的NOx濃度的計算值，根據(jù)環(huán)境條件來設(shè)定進(jìn)行異常判斷時的判斷用閾值，由此可以防止無論上游側(cè)NOx傳感器110是否正常都誤診斷為異常的情況。由此，通過在以往的系統(tǒng)中追加判斷用閾值設(shè)定部4這一簡易的結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行考慮了環(huán)境條件后的上游側(cè)NOx傳感器110的準(zhǔn)確性的診斷，即使在高原或寒冷地帶等特殊環(huán)境下EGR量降低等時，也能夠防止誤診斷。本發(fā)明并不限定于上述實施方式，只要不脫離本發(fā)明的宗旨，當(dāng)然可以進(jìn)行各種變更。例如，在上述實施方式中，使用NOx濃度的計算值與檢測值的比率(NOx濃度的檢測值/ NOx濃度的計算值)作為表示NOx濃度的計算值與檢測值的背離的值，但不限于此，也可以使用NOx濃度的計算值與檢測值之差(絕對值)。符號說明I Ν0χ傳感器診斷裝置2 :計算值運算部3 :異常判斷部4:判斷用閾值設(shè)定部5 :判斷用閾值的映射100:SCR 系統(tǒng)102 :排氣管103 =SCR裝置(選擇性催化還原裝置)104 :計量閥
105 :尿素罐106 :供給模塊110 :上游側(cè)NOx傳感器(NOx傳感器)111 :下游側(cè)NOx傳感器125 ECM126 :DCU127 :尿素水噴射控制部
E :發(fā)動機(jī)
權(quán)利要求
1.一種NOx傳感器診斷裝置，設(shè)置于發(fā)動機(jī)的排氣管，并對檢測廢氣中的NOx濃度的NOx傳感器進(jìn)行診斷，該NOx傳感器診斷裝置的特征在于，具有 計算值運算部，基于上述發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，求出廢氣中的NOx濃度的計算值； 異常判斷部，當(dāng)由上述計算值運算部求出的NOx濃度的計算值與上述NOx傳感器檢測到的NOx濃度的檢測值的背離比判斷用閾值大時，判斷為上述NOx傳感器異常；以及 判斷用閾值設(shè)定部，基于用于冷卻上述發(fā)動機(jī)的冷卻水的溫度、大氣壓以及外氣溫度來設(shè)定上述判斷用閾值。
2.如權(quán)利要求I所述的NOx傳感器診斷裝置，其特征在于，還具有 通過冷卻水的溫度、大氣壓及外氣溫度來參照的上述判斷用閾值的映射， 上述判斷用閾值設(shè)定部參照上述映射來設(shè)定上述判斷用閾值。
3.—種SCR系統(tǒng)，其特征在于，具有 選擇性催化還原裝置，設(shè)置于發(fā)動機(jī)的排氣管； 計量閥，在上述選擇性催化還原裝置的上游側(cè)噴射尿素水； 上述NOx傳感器，設(shè)置于上述選擇性催化還原裝置的上游側(cè)； 尿素水噴射控制部，根據(jù)由上述NOx傳感器檢測到的NOx濃度的檢測值來控制尿素水噴射量；以及 權(quán)利要求I或2所述的NOx傳感器診斷裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠考慮環(huán)境條件來診斷NOx傳感器的準(zhǔn)確性，并且能夠防止誤診斷的NOx傳感器診斷裝置以及SCR系統(tǒng)。該NOx傳感器診斷裝置設(shè)置于發(fā)動機(jī)E的排氣管(102)，并對檢測廢氣中的NOx濃度的NOx傳感器(110)進(jìn)行診斷，該NOx傳感器診斷裝置具有計算值運算部(2)，基于發(fā)動機(jī)(E)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)求出廢氣中的NOx濃度的計算值；異常判斷部(3)，當(dāng)由計算值運算部(2)求出的NOx濃度的計算值與NOx傳感器(110)檢測到的NOx濃度的檢測值的背離比判斷用閾值大時，判斷為NOx傳感器(110)異常；以及判斷用閾值設(shè)定部(4)，基于用于冷卻發(fā)動機(jī)(E)的冷卻水的溫度、大氣壓以及外氣溫度來設(shè)定判斷用閾值。
文檔編號F01N3/08GK102893004SQ201180024429
公開日2013年1月23日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者高橋弘隆, 水谷正志, 小川隆信 申請人:五十鈴自動車株式會社