WO2015170643A1 - 排気浄化システム - Google Patents

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WO2015170643A1
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sensor
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正信 嶺澤
真 尼ヶ崎
裕久 大村
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いすゞ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification system, and more particularly to an exhaust gas purification system including a selective reduction catalyst (hereinafter referred to as SCR) for reducing and purifying NOx in exhaust gas.
  • SCR selective reduction catalyst
  • an exhaust gas purification system equipped with an SCR that selectively reduces and purifies NOx in exhaust gas using ammonia (hereinafter referred to as NH3) generated by hydrolysis from urea water as a reducing agent.
  • NH3 ammonia
  • the urea water injection amount is feedback controlled so that the NOx value in the exhaust gas becomes a target value based on the sensor value of the NOx sensor provided on the exhaust gas downstream side of the SCR (for example, (See Patent Documents 1 and 2).
  • the NH3 adsorbable amount of SCR tends to decrease as the catalyst temperature increases. For this reason, if the exhaust temperature suddenly rises due to forced regeneration of a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF) or the like, there is a possibility of causing a so-called NH3 slip in which part of NH3 is released from the SCR and released downstream. is there.
  • DPF diesel particulate filter
  • the NOx sensor Since a general NOx sensor cannot distinguish between NOx and NH3, when an NH3 slip occurs, the NOx sensor shows a high NOx value. In addition, if the exhaust flow rate changes suddenly during exhaust brake operation or sudden acceleration, or if internal processing of the NOx sensor is delayed due to the influence of hydrocarbons (HC) in the exhaust, the sensor value of the NOx sensor There is a case where it suddenly rises faster than the NOx value.
  • HC hydrocarbons
  • An object of the present invention is to provide an exhaust purification system that can effectively determine whether or not a NOx sensor has failed when the sensor value of the NOx sensor rapidly increases.
  • an exhaust purification system of the present invention includes a selective reduction catalyst that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and purifies NOx in exhaust gas using ammonia generated from urea water as a reducing agent,
  • An exhaust purification system provided with an NOx sensor provided in an exhaust passage for acquiring a NOx value in exhaust gas, wherein the NOx value acquired by the NOx sensor is changed from a predetermined first determination NOx value to the first determination NOx value
  • An arrival time measuring means for measuring an arrival time until reaching a predetermined second determination NOx value higher than the NOx sensor when the arrival time measured by the arrival time measuring means is less than or equal to a predetermined first determination time
  • determining means for determining as a failure.
  • the determination unit determines that a temporary response failure has occurred in the NOx sensor. It is preferable to determine.
  • the NOx sensor is provided in an exhaust passage downstream of the selective reduction catalyst, and the determination means has a predetermined arrival time measured by the arrival time measurement means that is longer than the second determination time. It is preferable to determine that an ammonia slip is generated in which at least a part of the ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst is released when the time is equal to or shorter than the third determination time.
  • the injection control means for controlling the urea water injection amount to the selective reduction catalyst based on the detection value of the NOx sensor, the diagnosis means for performing abnormality diagnosis based on the detection value of the NOx sensor, and the determination means are NOx A reduction means for reducing the urea water injection amount by the control means when it is judged that the sensor is temporarily poor in response or ammonia slip, and the judgment means judges that the NOx sensor is temporarily poor in response or ammonia slip.
  • an average NOx value obtained by averaging the NOx values acquired within a predetermined period by the NOx sensor is calculated, and if the average NOx value is equal to or less than the first determination NOx value, the NOx value in the exhaust gas is stabilized. It is preferable to further include a stability determination unit that determines that the second determination NOx value is calculated according to the average NOx value calculated by the stability determination unit.
  • ECU electronice control unit
  • an exhaust manifold 10b of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 10 is connected to an exhaust passage 11 for leading exhaust to the atmosphere.
  • an exhaust passage 11 for leading exhaust to the atmosphere.
  • a pre-stage post-treatment device 30, a post-stage post-treatment device 40, and the like are provided in order from the exhaust upstream side.
  • the pre-stage post-processing apparatus 30 is configured by sequentially arranging an oxidation catalyst (hereinafter referred to as DOC) 31 and a DPF 32 in the catalyst case 30a from the upstream side.
  • DOC oxidation catalyst
  • a fuel injection device (fuel addition valve) 33 is provided in the exhaust passage 11 upstream of the DOC 31.
  • the fuel injection device 33 injects unburned fuel (mainly HC) into the exhaust passage 11 in response to an instruction signal input from an electronic control unit (hereinafter, ECU) 50. Note that this fuel injection device 33 may be omitted when post injection by multi-stage injection of the engine 10 is used.
  • ECU electronice control unit
  • the DOC 31 is formed by supporting a catalyst component on the surface of a ceramic carrier such as a cordierite honeycomb structure.
  • a ceramic carrier such as a cordierite honeycomb structure.
  • the DPF 32 is formed, for example, by arranging a large number of cells partitioned by porous partition walls along the flow direction of the exhaust gas and alternately plugging the upstream side and the downstream side of these cells.
  • the DPF 32 collects PM in the exhaust gas in the pores and surfaces of the partition walls, and when the amount of accumulated PM reaches a predetermined amount, so-called forced regeneration is performed to remove the PM.
  • the forced regeneration is performed by supplying unburned fuel (HC) to the DOC 31 by the fuel injection device 33 or post injection, and raising the exhaust temperature flowing into the DPF 32 to the PM combustion temperature.
  • the post-stage post-processing device 40 includes an SCR 41 accommodated in the case 40a. Further, the urea water injection device 60 is provided in the exhaust passage 11 upstream of the SCR 41, and the NOx sensor 22 is provided in the exhaust passage 11 downstream of the SCR 41.
  • the urea water injection device 60 opens and closes the urea addition valve 61 in accordance with an instruction signal input from the ECU 50, thereby allowing the urea water pump 63 from the urea water tank 62 to enter the exhaust passage 11 upstream of the SCR 41.
  • the urea water pumped by is injected.
  • the injected urea water is hydrolyzed by exhaust heat to be generated as NH3, and is supplied as a reducing agent to the SCR 41 on the downstream side.
  • the SCR 41 is formed by, for example, supporting zeolite or the like on the surface of a ceramic carrier such as a honeycomb structure, and includes a large number of cells partitioned by porous partition walls.
  • the SCR 41 adsorbs NH3 supplied as a reducing agent and selectively reduces and purifies NOx from the exhaust gas passing through the adsorbed NH3.
  • the NOx sensor 22 detects the NOx value in the exhaust gas that has passed through the SCR 41 (hereinafter, the SCR outlet NOx value NOx_OUT ).
  • the SCR outlet NOx value NOx_OUT detected by the NOx sensor 22 is transmitted to the electrically connected ECU 50.
  • the ECU 50 performs various controls of the engine 10, the fuel injection device 33, the urea water injection device 60, and the like, and includes a known CPU, ROM, RAM, input port, output port, and the like. Further, as shown in FIG. 2, the ECU 50 includes a urea water injection control unit 51, an abnormality diagnosis unit 52, a NOx stability determination unit 53, a determination condition calculation unit 54, an actual arrival time measurement unit 55, and a sensor value.
  • the rise determination unit 56 and the reduction / prohibition unit 57 are included as a part of functional elements. In the present embodiment, these functional elements are described as being included in the ECU 50, which is an integral piece of hardware. However, any one of these functional elements may be provided in separate hardware.
  • the urea water injection control unit 51 feedback-controls the urea water injection amount of the urea water injection device 60 based on the SCR outlet NOx value NOx_OUT input from the NOx sensor 22.
  • ⁇ Abnormality diagnosis unit 52 performs abnormality diagnosis that issues an abnormality alarm when the NOx sensor 22 detects an abnormal value due to a significant decrease in the NOx purification performance of the SCR 41, failure of the urea addition valve 61, or the like.
  • the NOx stability determination unit 53 determines whether the NOx value in the exhaust gas that has passed through the SCR 41 is in a stable state based on the SCR outlet NOx value NOx_OUT input from the NOx sensor 22. More specifically, the NOx stability determination unit 53 averages the SCR outlet NOx value NOx_OUT detected by the NOx sensor 22 within a predetermined period, thereby obtaining the average NOx value NOx_AVE (moving average) within the predetermined period in real time.
  • the determination condition calculation unit 54 is used for sensor value increase determination, injection amount reduction / diagnosis inhibition, which will be described later, and the like (1) Failure determination time tIME _1, (2) poor response determination time tIME _2, (3) NH3 slip determination time tIME _3, (4) the maximum waiting time tIME _UP, (5) the processing prohibition time tIME _ACT, (6) second determination NOx value NOx _2 is calculated.
  • Failure determination time TIME _1 is a determination condition for determining whether the NOx sensor 22 has failed, is calculated according to the average NOx value NOx _ave.
  • Poor response determination time TIME _2 is a determination condition for determining whether a temporary poor response to the NOx sensor 22 has occurred, it is calculated according to the average NOx value NOx _ave.
  • NH3 slip determination time TIME _3 is a determination condition for determining whether NH3-slip has occurred from SCR41, is calculated according to the average NOx value NOx _ave.
  • the failure determination time TIME_1 is set to a time shorter than the response failure determination time TIME_2 ( TIME_1 ⁇ TIME_2 ), and the response failure determination time TIME_2 is shorter than the NH3 slip determination time TIME_3 ( TIME_2_2 ⁇ TIME_3 ).
  • the waiting time for initializing various determination conditions described above is calculated according to the average NOx value NOx_AVE , or is set as a predetermined arbitrary time.
  • the processing prohibition time TIME_ACT is a time for reducing the urea water injection amount and prohibiting abnormality diagnosis when the sensor value of the NOx sensor 22 suddenly increases, and is calculated according to the average NOx value NOx_AVE .
  • Second judgment NOx value NOx _2 is a value higher than the first determination value of NOx NOx _1, is calculated according to the average NOx value NOx _ave.
  • the second determination NOx value NOx_2 can also be set individually for each determination.
  • Real arrival time measuring unit 55 the time SCR outlet NOx value NOx _OUT detected by the NOx sensor 22 is taken from the time of exceeding the first determination NOx value NOx _1 to reach a second judgment value of NOx NOx _2 ( Times t1 to t2 in FIGS. 3 to 5) are measured as an actual arrival time TIME_COUNT by a timer built in the ECU 50.
  • the sensor value increase determination unit 56 determines the failure of the NOx sensor 22, a temporary response failure, and the occurrence of NH3 slip. More specifically, if the actual arrival time TIME _COUNT failure determination time TIME _1 less (see FIG. 3), it is determined that the failure of the NOx sensor 22. Also, real-arrival time TIME _COUNT is longer than the failure determination time TIME _1, and, (see FIG. 4) poor response determination time TIME If _2 less, it is determined that temporary poor response to the NOx sensor 22 has occurred . Further, it is determined that the actual arrival time TIME _COUNT longer than failure determination time response TIME _2, if TIME _3 less and NH3 slip determination time (see FIG. 5), the NH3-slip has occurred.
  • the reduction / prohibition unit 57 determines that the SCR outlet NOx value NOx_OUT is the second determination NOx value NOx when the sensor value increase determination unit 56 determines that a temporary response failure or NH3 slip has occurred in the NOx sensor 22. From the point of time exceeding _2 until the processing prohibition time TIME_ACT elapses (see times t2 to t3 in FIGS. 4 and 5), the urea water injection amount by the urea water injection control unit 51 is reduced, and the abnormality by the abnormality diagnosis unit 52 Prohibit diagnosis.
  • step (hereinafter, simply referred to as “S”) 100 the NOx value downstream of the SCR 41 is based on the average NOx value NOx_AVE obtained by moving average the SCR outlet NOx value NOx_OUT detected by the NOx sensor 22 within a predetermined period. It is determined whether or not is in a stable state. If the average NOx value NOx _ave is within the stable NOx Value Range NOx _0 +/- ⁇ NOx (Yes), downstream of the NOx values SCR41 is it is determined that the stable state, the control proceeds to S110.
  • S120 whether SCR outlet NOx value NOx _OUT detected by the NOx sensor 22 has exceeded the first determination NOx value NOx _1 is determined. If SCR outlet NOx value NOx _OUT exceeds the first determination NOx value NOx _1 (Yes), the process proceeds to S130 to start the time measurement by the timer.
  • SCR outlet NOx value NOx _OUT detected by the NOx sensor 22 whether has reached the second judgment value of NOx NOx _2 is determined. SCR If the exit NOx value NOx _OUT does not reach the second determination NOx value NOx _2 (No), the process proceeds to S140.
  • a timer for clocking time TIME _4 started from S120 whether reaches the maximum waiting time TIME _up is determined. If measured time TIME _4 has reached the maximum waiting time TIME _UP (Yes), the loose a NOx increases since the sensor value of the NOx sensor 22 can be trusted, this control various judgments calculated in S110 proceeds to S400 The condition is initialized and returned.
  • SCR outlet NOx value NOx _OUT has reached the second judgment value of NOx NOx _2 in S130 (Yes), the process proceeds to S200.
  • S200 whether real arrival time TIME _COUNT SCR outlet NOx value NOx _OUT took from the time of exceeding the first determination NOx value NOx _1 to reach a second judgment value of NOx NOx _2 failure determination time TIME _1 less not Is determined. If the actual arrival time TIME _COUNT the failure determination time TIME _1 less (Yes), the process proceeds to S210, determines NOx sensor 22 malfunctions. On the other hand, if longer than the actual arrival time TIME _COUNT failure determination time TIME _1 at S200 (No), the process proceeds to S220.
  • the process proceeds to S230, and determines a temporary response failure fault the NOx sensor 22. Thereafter, the present control proceeds to S300, the urea water injection amount is reduced and the abnormality diagnosis is prohibited until the processing prohibition time TIME_ACT elapses from the time of S130, and the abnormality diagnosis is prohibited, and further, the various determination conditions calculated in S110 are initialized. And return. On the other hand, if longer than the actual arrival time TIME _ACT failure determination time TIME _1 at S220 (No), the process proceeds to S240.
  • the actual arrival time TIME _COUNT whether NH3 slip determination time TIME _3 less is determined. If the actual arrival time TIME _COUNT of NH3 slip determination time TIME _3 less (Yes), the process proceeds to S250, determines that the NH3-slip has occurred. Thereafter, the present control proceeds to S310, the urea water injection amount is reduced and the abnormality diagnosis is prohibited until the processing prohibition time TIME_ACT elapses from the time of S130, and the abnormality diagnosis is prohibited. Then, the various determination conditions calculated in S110 are initialized. And return.
  • the NOx sensor 22 cannot distinguish between NOx and NH3, the NOx sensor 22 exhibits a high NOx value when NH3 slip occurs.
  • the sensor value of the NOx sensor 22 may temporarily rise more rapidly than the actual NOx value. For this reason, in the system that feedback-controls the urea water injection amount based on the sensor value of the NOx sensor 22, there is a possibility that the NH3 slip is deteriorated by excessive urea water injection. Further, in a system that performs an abnormality diagnosis based on the sensor value of the NOx sensor 22, there is a possibility of performing a false diagnosis such as stopping urea water injection or issuing an abnormality alarm.
  • the sensor value of the NOx sensor 22 measures the actual arrival time TIME _COUNT when jumped from the first determination NOx value NOx _1 to the second determination NOx value NOx _2, real arrival time TIME _COUNT failure failure determination time tIME _1 less value, if the NOx sensor 22, if poor response determination time tIME _2 less temporary poor response of the NOx sensor 22, and the NH3-slip if NH3 slip determination time tIME _3 less judge.
  • the urea water injection amount is reduced and abnormality diagnosis is prohibited until a predetermined period elapses.
  • failure determination and response failure determination can be applied to a system in which NOx 22 is provided upstream of SCR 41.
  • the engine 10 is not limited to a diesel engine, and can be widely applied to other internal combustion engines such as a gasoline engine.

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Abstract

　排気浄化システムに関し、ＮＯｘセンサのセンサ値が急上昇した場合に、ＮＯｘセンサが故障したか否かを効果的に判定する。　尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ４１と、排気中のＮＯｘ値を取得するＮＯｘセンサ２２とを備える排気浄化システムであって、ＮＯｘセンサ２２で取得されるＮＯｘ値が所定の第１判定ＮＯｘ値から該第１判定ＮＯｘ値よりも高い所定の第２判定ＮＯｘ値に達するまでの到達時間を計測する実到達時間計測部５５と、実到達時間計測部５５によって計測された到達時間が所定の第１判定時間以下の場合にＮＯｘセンサ２２を故障と判定するセンサ値上昇判定部５６とを備えた。

Description

排気浄化システム
　本発明は、排気浄化システムに関し、特に、排気中のＮＯｘを還元浄化する選択的還元触媒（以下、ＳＣＲ）を備えた排気浄化システムに関する。
　従来、尿素水から加水分解されて生成されるアンモニア（以下、ＮＨ３）を還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化するＳＣＲを備えた排気浄化システムが知られている。このような排気浄化システムでは、ＳＣＲの排気下流側に設けたＮＯｘセンサのセンサ値に基づいて、排気中のＮＯｘ値が目標値となるように尿素水噴射量をフィードバック制御している（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２００３－２９３７３８号公報 特開２０１３－１８１４１１号公報
　ところで、ＳＣＲのＮＨ３吸着可能量は、触媒温度の上昇に伴って低下する傾向がある。このため、ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（以下、ＤＰＦ）の強制再生等によって排気温度が急上昇すると、ＳＣＲからＮＨ３の一部が離脱して下流側に放出されるいわゆるＮＨ３スリップを引き起こす可能性がある。
　一般的なＮＯｘセンサはＮＯｘとＮＨ３とを区別することができないため、ＮＨ３スリップが生じると、ＮＯｘセンサは高いＮＯｘ値を示すことになる。また、排気ブレーキ作動時や急加速時等、排気流量が急変する状況や、排気中の炭化水素（ＨＣ）の影響によってＮＯｘセンサの内部処理に遅れが生じると、ＮＯｘセンサのセンサ値は実際のＮＯｘ値よりも一時的に急上昇する場合がある。
　このため、尿素水噴射量をＮＯｘセンサのセンサ値に基づいてフィードバック制御するシステムでは、ＮＯｘセンサのセンサ値急上昇やＮＨ３スリップを過大なＮＯｘの排出と誤認識して尿素水を過剰噴射させる可能性がある。また、ＮＯｘセンサのセンサ値に基づいて異常診断等を行うシステムでは、尿素水噴射の停止や異常警報を発する等の誤診断を行う可能性がある。すなわち、これら尿素水の過剰噴射や誤診断を防止するためには、ＮＯｘセンサのセンサ値急上昇がＮＯｘセンサの故障や一時的な応答不良に起因するものか、あるいはＮＨ３スリップの影響によるものかを精度良く判定することが重要になる。
　本発明の目的は、ＮＯｘセンサのセンサ値が急上昇した場合に、ＮＯｘセンサが故障したか否かを効果的に判定することができる排気浄化システムを提供することにある。
　上述の目的を達成するため、本発明の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路に設けられて尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを浄化する選択的還元触媒と、前記排気通路に設けられて排気中のＮＯｘ値を取得するＮＯｘセンサとを備える排気浄化システムであって、前記ＮＯｘセンサで取得されるＮＯｘ値が所定の第１判定ＮＯｘ値から該第１判定ＮＯｘ値よりも高い所定の第２判定ＮＯｘ値に達するまでの到達時間を計測する到達時間計測手段と、前記到達時間計測手段によって計測された到達時間が所定の第１判定時間以下の場合に前記ＮＯｘセンサを故障と判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
　また、前記判定手段は、前記到達時間計測手段によって計測された到達時間が前記第１判定時間よりも長い所定の第２判定時間以下の場合は前記ＮＯｘセンサに一時的な応答不良が発生したと判定することが好ましい。
　また、前記ＮＯｘセンサは、前記選択的還元触媒よりも下流側の排気通路に設けられ、前記判定手段は、前記到達時間計測手段によって計測された到達時間が前記第２判定時間よりも長い所定の第３判定時間以下の場合に前記選択的還元触媒に吸着されたアンモニアの少なくとも一部が離脱するアンモニアスリップが発生したと判定することが好ましい。
　前記ＮＯｘセンサの検出値に基づいて前記選択的還元触媒への尿素水噴射量を制御する噴射制御手段と、前記ＮＯｘセンサの検出値に基づいて異常診断を行う診断手段と、前記判定手段がＮＯｘセンサの一時的な応答不良又は、アンモニアスリップと判定した場合に前記制御手段による尿素水噴射量を低減させる低減手段と、前記判定手段がＮＯｘセンサの一時的な応答不良又は、アンモニアスリップと判定した場合に前記診断手段による異常診断を禁止させる禁止手段と、をさらに備えることが好ましい。
　また、前記ＮＯｘセンサで所定期間内に取得されるＮＯｘ値を平均化した平均ＮＯｘ値を算出すると共に、前記平均ＮＯｘ値が前記第１判定ＮＯｘ値以下であれば排気中のＮＯｘ値を安定状態と判定する安定判定手段と、前記安定判定手段で算出される平均ＮＯｘ値に応じて前記第２判定ＮＯｘ値を算出する判定条件算出手段と、をさらに備えることが好ましい。
本実施形態の排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。 本実施形態の電子制御ユニット（ＥＣＵ）を示す機能ブロック図である。 本実施形態の排気浄化システムによるＮＯｘセンサの故障判定を説明するタイムチャート図である。 本実施形態の排気浄化システムによるＮＯｘセンサの応答不良判定を説明するタイムチャート図である。 本実施形態の排気浄化システムによるＮＨ３スリップ判定を説明するタイムチャート図である。 本実施形態の排気浄化システムによる制御内容の一例を示すフロー図である。
　以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化システムを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
　図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の排気マニホールド１０ｂには、排気を大気に導出する排気通路１１が接続されている。この排気通路１１には、排気上流側から順に、前段後処理装置３０、後段後処理装置４０等が設けられている。
　前段後処理装置３０は、触媒ケース３０ａ内に上流側から順に酸化触媒（以下、ＤＯＣ）３１、ＤＰＦ３２を配置して構成されている。また、ＤＯＣ３１よりも上流側の排気通路１１には、燃料噴射装置（燃料添加弁）３３が設けられている。
　燃料噴射装置３３は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）５０から入力される指示信号に応じて、排気通路１１内に未燃燃料（主にＨＣ）を噴射する。なお、エンジン１０の多段噴射によるポスト噴射を用いる場合は、この燃料噴射装置３３を省略してもよい。
　ＤＯＣ３１は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分を担持して形成されている。ＤＯＣ３１は、燃料噴射装置３３又はポスト噴射によってＨＣが供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
　ＤＰＦ３２は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。ＤＰＦ３２は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆる強制再生が実行される。強制再生は、燃料噴射装置３３又はポスト噴射によってＤＯＣ３１に未燃燃料（ＨＣ）を供給し、ＤＰＦ３２に流入する排気温度をＰＭ燃焼温度まで昇温することで行われる。
　後段後処理装置４０は、ケース４０ａ内に収容されたＳＣＲ４１を備えて構成されている。また、ＳＣＲ４１よりも上流側の排気通路１１には、尿素水噴射装置６０が設けられ、ＳＣＲ４１よりも下流側の排気通路１１には、ＮＯｘセンサ２２が設けられている。
　尿素水噴射装置６０は、ＥＣＵ５０から入力される指示信号に応じて尿素添加弁６１を開閉動作させることで、ＳＣＲ４１よりも上流側の排気通路１１内に、尿素水タンク６２内から尿素水ポンプ６３によって圧送される尿素水を噴射する。噴射された尿素水は排気熱により加水分解されてＮＨ３に生成され、下流側のＳＣＲ４１に還元剤として供給される。
　ＳＣＲ４１は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面にゼオライト等を担持して形成されており、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを備えて構成されている。ＳＣＲ４１は、還元剤として供給されるＮＨ３を吸着すると共に、吸着したＮＨ３で通過する排気中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。
　ＮＯｘセンサ２２は、ＳＣＲ４１を通過した排気中のＮＯｘ値（以下、ＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUT）を検出する。ＮＯｘセンサ２２で検出されるＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUTは、電気的に接続されたＥＣＵ５０に送信される。
　ＥＣＵ５０は、エンジン１０や燃料噴射装置３３、尿素水噴射装置６０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。また、ＥＣＵ５０は、図２に示すように、尿素水噴射制御部５１と、異常診断部５２と、ＮＯｘ安定判定部５３と、判定条件算出部５４と、実到達時間計測部５５と、センサ値上昇判定部５６と、低減・禁止部５７とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ５０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
　尿素水噴射制御部５１は、ＮＯｘセンサ２２から入力されるＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUTに基づいて、尿素水噴射装置６０の尿素水噴射量をフィードバック制御する。
　異常診断部５２は、ＳＣＲ４１のＮＯｘ浄化性能の大幅な低下や尿素添加弁６１の故障等によってＮＯｘセンサ２２が異常値を検出すると、異常警報を発する異常診断を実行する。
　ＮＯｘ安定判定部５３は、ＮＯｘセンサ２２から入力されるＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUTに基づいて、ＳＣＲ４１を通過した排気中のＮＯｘ値が安定状態にあるか否かを判定する。より詳しくは、ＮＯｘ安定判定部５３は、ＮＯｘセンサ２２が所定期間内に検出するＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUTを平均化することで、当該所定期間内の平均ＮＯｘ値ＮＯｘ_AVE（移動平均）をリアルタイムで算出する。そして、算出した平均ＮＯｘ値ＮＯｘ_AVEが所定の第１判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_1よりも低くい安定ＮＯｘ値範囲内ＮＯｘ_0＋／－ΔＮＯｘに収まっていれば、ＳＣＲ４１下流のＮＯｘ値を安定状態と判定する（図３～５の時刻ｔ０～ｔ１参照）。
　判定条件算出部５４は、ＮＯｘ安定判定部５３によって排気中のＮＯｘ値が安定状態と判定された際に、後述するセンサ値上昇判定や噴射量低減・診断禁止等に用いる（１）故障判定時間ＴＩＭＥ_1、（２）応答不良判定時間ＴＩＭＥ_2、（３）ＮＨ３スリップ判定時間ＴＩＭＥ_3、（４）最長待機時間ＴＩＭＥ_UP、（５）処理禁止時間ＴＩＭＥ_ACT、（６）第２判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_2を算出する。
　故障判定時間ＴＩＭＥ_1は、ＮＯｘセンサ２２が故障したか否かを判定するための判定条件であって、平均ＮＯｘ値ＮＯｘ_AVEに応じて算出される。応答不良判定時間ＴＩＭＥ_2は、ＮＯｘセンサ２２に一時的な応答不良が生じたか否かを判定するための判定条件であって、平均ＮＯｘ値ＮＯｘ_AVEに応じて算出される。ＮＨ３スリップ判定時間ＴＩＭＥ_3は、ＳＣＲ４１からＮＨ３スリップが発生したか否かを判定するための判定条件であって、平均ＮＯｘ値ＮＯｘ_AVEに応じて算出される。なお、故障判定時間ＴＩＭＥ_1は応答不良判定時間ＴＩＭＥ_2よりも短い時間（ＴＩＭＥ_1＜ＴＩＭＥ_2）で設定され、応答不良判定時間ＴＩＭＥ_2はＮＨ３スリップ判定時間ＴＩＭＥ_3よりも短い時間（ＴＩＭＥ_2＜ＴＩＭＥ_3）で設定される。
　最長待機時間ＴＩＭＥ_UPは、ＮＯｘセンサ２２で検出されるＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUTが第２判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_2まで到達しなかった場合に、上述の各種判定条件を初期化するための待機時間であって、平均ＮＯｘ値ＮＯｘ_AVEに応じて算出されるか、あるいは、予め定めた任意の時間として設定される。処理禁止時間ＴＩＭＥ_ACTは、ＮＯｘセンサ２２のセンサ値急上昇時に、尿素水噴射量を低減し、且つ異常診断を禁止するための時間であって、平均ＮＯｘ値ＮＯｘ_AVEに応じて算出される。第２判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_2は、第１判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_1よりも高い値であって、平均ＮＯｘ値ＮＯｘ_AVEに応じて算出される。なお、第２判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_2は各種判定毎に個別に設定することもできる。
　実到達時間計測部５５は、ＮＯｘセンサ２２で検出されるＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUTが第１判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_1を超えた時点から第２判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_2に到達するのに要した時間（図３～５の時刻ｔ１～ｔ２参照）をＥＣＵ５０内蔵のタイマによって実到達時間ＴＩＭＥ_COUNTとして計測する。
　センサ値上昇判定部５６は、実到達時間計測部５５によって計測された実到達時間ＴＩＭＥ_COUNTに基づいて、ＮＯｘセンサ２２の故障や一時的な応答不良及び、ＮＨ３スリップの発生を判定する。より詳しくは、実到達時間ＴＩＭＥ_COUNTが故障判定時間ＴＩＭＥ_1以下であれば（図３参照）、ＮＯｘセンサ２２を故障と判定する。また、実到達時間ＴＩＭＥ_COUNTが故障判定時間ＴＩＭＥ_1よりも長く、且つ、応答不良判定時間ＴＩＭＥ_2以下であれば（図４参照）、ＮＯｘセンサ２２に一時的な応答不良が発生したと判定する。また、実到達時間ＴＩＭＥ_COUNTが応答不良判定時間ＴＩＭＥ_2よりも長く、且つＮＨ３スリップ判定時間ＴＩＭＥ_3以下であれば（図５参照）、ＮＨ３スリップが発生したと判定する。
　低減・禁止部５７は、センサ値上昇判定部５６によってＮＯｘセンサ２２に一時的な応答不良又は、ＮＨ３スリップが発生したと判定された場合に、ＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUTが第２判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_2を超えた時点から処理禁止時間ＴＩＭＥ_ACTが経過するまで（図４，５の時刻ｔ２～ｔ３参照）、尿素水噴射制御部５１による尿素水噴射量を低減させると共に、異常診断部５２による異常診断を禁止する。
　次に、図６に基づいて、本実施形態の排気浄化システムによる制御フローを説明する。なお、図６のフローは、尿素水噴射制御部５１による尿素水噴射制御及び、異常診断部５２による異常診断と並行して実行される。
　ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、所定期間内にＮＯｘセンサ２２で検出されるＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUTを移動平均した平均ＮＯｘ値ＮＯｘ_AVEに基づいて、ＳＣＲ４１下流のＮＯｘ値が安定状態にあるか否かが判定される。平均ＮＯｘ値ＮＯｘ_AVEが安定ＮＯｘ値範囲内ＮＯｘ_0＋／－ΔＮＯｘに収まっている場合（Ｙｅｓ）、ＳＣＲ４１下流のＮＯｘ値は安定状態と判定されて、本制御はＳ１１０に進む。
　Ｓ１１０では、Ｓ１００で算出された安定状態の平均ＮＯｘ値ＮＯｘ_AVEに基づいて、センサ値上昇判定や噴射量低減・診断禁止等に用いる（１）故障判定時間ＴＩＭＥ_1、（２）応答不良判定時間ＴＩＭＥ_2、（３）ＮＨ３スリップ判定時間ＴＩＭＥ_3、（４）最長待機時間ＴＩＭＥ_UP、（５）処理禁止時間ＴＩＭＥ_ACT、（６）第２判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_2が算出される。
　Ｓ１２０では、ＮＯｘセンサ２２で検出されるＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUTが第１判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_1を超えたか否かが判定される。ＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUTが第１判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_1を超えた場合（Ｙｅｓ）は、タイマによる計時を開始してＳ１３０に進む。
　Ｓ１３０では、ＮＯｘセンサ２２で検出されるＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUTが第２判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_2に達したか否かが判定される。ＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUTが第２判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_2に達しない場合（Ｎｏ）は、Ｓ１４０に進む。
　Ｓ１４０では、Ｓ１２０から開始されたタイマの計時時間ＴＩＭＥ_4が最長待機時間ＴＩＭＥ_UPに達したか否かが判定される。計時時間ＴＩＭＥ_4が最長待機時間ＴＩＭＥ_UPに達した場合（Ｙｅｓ）は、緩やかなＮＯｘ上昇であってＮＯｘセンサ２２のセンサ値は信用できるため、本制御はＳ４００に進んでＳ１１０で算出した各種判定条件を初期化してリターンされる。
　Ｓ１３０でＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUTが第２判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_2に達した場合（Ｙｅｓ）はＳ２００に進む。Ｓ２００では、ＳＣＲ出口ＮＯｘ値ＮＯｘ_OUTが第１判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_1を超えた時点から第２判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_2に到達するのに要した実到達時間ＴＩＭＥ_COUNTが故障判定時間ＴＩＭＥ_1以下か否かが判定される。実到達時間ＴＩＭＥ_COUNTが故障判定時間ＴＩＭＥ_1以下の場合（Ｙｅｓ）はＳ２１０に進み、ＮＯｘセンサ２２を故障と判定する。一方、Ｓ２００で実到達時間ＴＩＭＥ_COUNTが故障判定時間ＴＩＭＥ_1よりも長い場合（Ｎｏ）はＳ２２０に進む。
　Ｓ２２０では、実到達時間ＴＩＭＥ_COUNTが応答不良判定時間ＴＩＭＥ_2以下か否かが判定される。実到達時間ＴＩＭＥ_COUNTが応答不良判定時間ＴＩＭＥ_2以下の場合（Ｙｅｓ）はＳ２３０に進み、ＮＯｘセンサ２２を一時的な応答不良故障と判定する。その後、本制御はＳ３００に進み、Ｓ１３０の時点から処理禁止時間ＴＩＭＥ_ACTが経過するまで尿素水噴射量を低減させると共に異常診断を禁止し、さらにＳ４００に進んでＳ１１０で算出した各種判定条件を初期化してリターンされる。一方、Ｓ２２０で実到達時間ＴＩＭＥ_ACTが故障判定時間ＴＩＭＥ_1よりも長い場合（Ｎｏ）はＳ２４０に進む。
　Ｓ２４０では、実到達時間ＴＩＭＥ_COUNTがＮＨ３スリップ判定時間ＴＩＭＥ_3以下か否かが判定される。実到達時間ＴＩＭＥ_COUNTがＮＨ３スリップ判定時間ＴＩＭＥ_3以下の場合（Ｙｅｓ）はＳ２５０に進み、ＮＨ３スリップが発生したと判定する。その後、本制御はＳ３１０に進み、Ｓ１３０の時点から処理禁止時間ＴＩＭＥ_ACTが経過するまで尿素水噴射量を低減させると共に異常診断を禁止し、さらにＳ４００に進んでＳ１１０で算出した各種判定条件を初期化してリターンされる。一方、Ｓ２４０で実到達時間ＴＩＭＥ_ACTがＮＨ３スリップ判定時間ＴＩＭＥ_3よりも長い場合（Ｎｏ）、ＮＨ３スリップの発生はなく、且つＮＯｘセンサ２２のセンサ値は信用できるため、本制御はＳ４００に進んでＳ１１０で算出した各種判定条件を初期化してリターンされる。
　次に、本実施形態に係る排気浄化システムの作用効果を説明する。
　一般的に、ＮＯｘセンサ２２はＮＯｘとＮＨ３とを区別することができないため、ＮＨ３スリップが生じると、ＮＯｘセンサ２２は高いＮＯｘ値を示す。また、排気流量の急変や、排気中のＨＣの影響によってＮＯｘセンサ２２の内部処理に遅れが生じると、ＮＯｘセンサ２２のセンサ値は実際のＮＯｘ値よりも一時的に急上昇する場合がある。このため、ＮＯｘセンサ２２のセンサ値に基づいて尿素水噴射量をフィードバック制御するシステムでは、過剰な尿素水噴射によってＮＨ３スリップを悪化させる可能性がある。また、ＮＯｘセンサ２２のセンサ値に基づいて異常診断を行うシステムでは、尿素水噴射の停止や異常警報を発する等の誤診断を行う可能性がある。
　本実施形態の排気浄化システムは、ＮＯｘセンサ２２のセンサ値が第１判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_1から第２判定ＮＯｘ値ＮＯｘ_2まで急上昇した際の実到達時間ＴＩＭＥ_COUNTを計測すると共に、実到達時間ＴＩＭＥ_COUNTが故障判定時間ＴＩＭＥ_1以下であればＮＯｘセンサ２２の故障、応答不良判定時間ＴＩＭＥ_2以下であればＮＯｘセンサ２２の一時的な応答不良、ＮＨ３スリップ判定時間ＴＩＭＥ_3以下であればＮＨ３スリップと判定する。そして、一時的な応答不良やＮＨ３スリップの場合は、所定期間が経過するまで尿素水噴射量を低減させると共に異常診断を禁止するように構成されている。
　したがって、ＮＯｘセンサ２２の故障や一時的な応答不良、ＮＨ３スリップを効果的に判定することが可能になると共に、ＮＯｘセンサ２２の一時的な応答不良やＮＨ３スリップ発生時の尿素水過剰噴射及び誤診断を効果的に防止することができる。また、尿素水過剰噴射が防止されるため、尿素水付着等によって引き起こされる排気管腐食やＳＣＲ４１の性能劣化等を効果的に抑制することができる。
　なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
　例えば、尿素水噴射量の低減や異常診断の禁止は処理禁止時間ＴＩＭＥ_ACTが経過するまで継続されるものとしたが、ＮＯｘセンサ２２のセンサ値が所定値で安定するまで、これら低減及び禁止を維持するように構成してもよい。また、故障判定や応答不良判定については、ＮＯｘ２２がＳＣＲ４１上流に設けられたシステムにも適用することが可能である。また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも広く適用することが可能である。

Claims (5)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられて尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを浄化する選択的還元触媒と、前記排気通路に設けられて排気中のＮＯｘ値を取得するＮＯｘセンサとを備える排気浄化システムであって、
    　前記ＮＯｘセンサで取得されるＮＯｘ値が所定の第１判定ＮＯｘ値から該第１判定ＮＯｘ値よりも高い所定の第２判定ＮＯｘ値に達するまでの到達時間を計測する到達時間計測手段と、
    　前記到達時間計測手段によって計測された到達時間が所定の第１判定時間以下の場合に前記ＮＯｘセンサを故障と判定する判定手段と、を備える
    　ことを特徴とする排気浄化システム。
  2. 　前記判定手段は、前記到達時間計測手段によって計測された到達時間が前記第１判定時間よりも長い所定の第２判定時間以下の場合は前記ＮＯｘセンサに一時的な応答不良が発生したと判定する
    　請求項１に記載の排気浄化システム。
  3. 　前記ＮＯｘセンサは、前記選択的還元触媒よりも下流側の排気通路に設けられ、
    　前記判定手段は、前記到達時間計測手段によって計測された到達時間が前記第２判定時間よりも長い所定の第３判定時間以下の場合に前記選択的還元触媒に吸着されたアンモニアの少なくとも一部が離脱するアンモニアスリップが発生したと判定する
    　請求項２に記載の排気浄化システム。
  4. 　前記ＮＯｘセンサの検出値に基づいて前記選択的還元触媒への尿素水噴射量を制御する噴射制御手段と、
    　前記ＮＯｘセンサの検出値に基づいて異常診断を行う診断手段と、
    　前記判定手段がＮＯｘセンサの一時的な応答不良又は、アンモニアスリップと判定した場合に前記制御手段による尿素水噴射量を低減させる低減手段と、
    　前記判定手段がＮＯｘセンサの一時的な応答不良又は、アンモニアスリップと判定した場合に前記診断手段による異常診断を禁止させる禁止手段と、をさらに備える
    　請求項３に記載の排気浄化システム。
  5. 　前記ＮＯｘセンサで所定期間内に取得されるＮＯｘ値を平均化した平均ＮＯｘ値を算出すると共に、前記平均ＮＯｘ値が前記第１判定ＮＯｘ値以下であれば排気中のＮＯｘ値を安定状態と判定する安定判定手段と、
    　前記安定判定手段で算出される平均ＮＯｘ値に応じて前記第２判定ＮＯｘ値を算出する判定条件算出手段と、をさらに備える
    　請求項１から４の何れか一項に記載の排気浄化システム。
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