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CN101918688B - 用于废气净化系统的故障诊断装置和用于其的故障诊断方法 - Google Patents

用于废气净化系统的故障诊断装置和用于其的故障诊断方法 Download PDF

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CN101918688B CN2009801000951A CN200980100095A CN101918688B CN 101918688 B CN101918688 B CN 101918688B CN 2009801000951 A CN2009801000951 A CN 2009801000951A CN 200980100095 A CN200980100095 A CN 200980100095A CN 101918688 B CN101918688 B CN 101918688B
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Abstract

在用于废气净化系统的故障诊断装置中，通过将废气净化催化剂的床温因水分吸附反应的热而开始升高的时刻与正常值进行比较来诊断废气净化催化剂的劣化度，所述废气净化系统包括设置在内燃机(1)的排气通道(2)中的废气净化催化剂(3)、和将还原剂供给到在废气净化催化剂(3)上游侧流动的废气中的还原剂供给装置(4)。

Description

用于废气净化系统的故障诊断装置和用于其的故障诊断方法
技术领域
本发明涉及用于内燃机的废气净化系统的故障诊断装置和用于其的故障诊断方法。
相关技术说明
在相关技术中，已经提出了一种废气净化系统，在所述废气净化系统中，在内燃机的排气通道中设置选择性催化还原催化剂，并且该系统包括用于将脲溶液添加到在选择性催化还原催化剂上游流动的废气中的脲溶液添加装置。
在上述系统中，随着选择性催化还原催化剂的劣化的进行，氨泄漏(ammonia slip)(氨(NH3)穿过选择性催化还原催化剂的现象)变得更为显著。因此，必须根据选择性催化还原催化剂的劣化度校正脲溶液的添加量。
作为选择性催化还原催化剂的劣化诊断方法，已经提出了一种方法，该方法对流入选择性催化还原催化剂中的废气温度等于或高于规定温度期间的操作时间进行积分，并且随着积分时间变得更长诊断为选择性催化还原催化剂的劣化度更高(例如，见日本专利申请公开2006-242094(JP-A-2006-242094))。
顺便提及，尽管可以在不添加NOx传感器、或氨浓度传感器等的情况下实施上述根据相关技术的诊断方法，但是根据内燃机的使用条件、和操作条件等存在不能进行准确诊断的可能性。
虽然已经提出了一种通过检测在脲供给到选择性催化还原催化剂时从选择性催化还原催化剂流出的氮氧化物(NOx)或氨(NH3)的量(浓度)来诊断的方法，但是必须明确检测值和正常值之差是否由于脲添加装置的故障或劣化、传感器的故障或劣化、或选择性催化还原催化剂的劣化而引起。
发明内容
本发明改善用于包括废气净化催化剂的废气净化系统的故障诊断装置和故障诊断方法的诊断准确度。
根据本发明，基于可被选择性催化还原催化剂吸附的水分的量诊断选择性催化还原(SCR)催化剂的劣化度。
由于本发明人进行的辛苦实验和验证，发现：选择性催化还原催化剂的净化能力与可被选择性催化还原催化剂吸附的水分(H2O)的量(饱和量)相关。也就是说，发现：选择性催化还原催化剂的净化能力与可被选择性催化还原催化剂吸附的氨(NH3)的量(饱和量)相关，并且可被选择性催化还原催化剂吸附的氨(NH3)的量与可被选择性催化还原催化剂吸附的水分的量相关。在下文中，可被选择性催化还原催化剂吸附的水分的量将被称为最大水分量，可被选择性催化还原催化剂吸附的氨的量将被称为最大氨量。
例如，当选择性催化还原催化剂的净化能力劣化时，与正常状态(全新状态)相比，选择性催化还原催化剂的最大水分量减小。随着选择性催化还原催化剂的劣化的进行，该趋势变得更明显。也就是说，随着选择性催化还原催化剂的劣化进行，最大水分量减小。
因此，通过直接或间接获得选择性催化还原催化剂上的最大水分量，可以诊断选择性催化还原催化剂的劣化度。
最大水分量获取方法的一个实例是获取选择性催化还原催化剂吸附水分时产生的热量。选择性催化还原催化剂在吸附水分时产生热。此时产生的热量与最大水分量相关。也就是说，选择性催化还原催化剂的最大水分量越小，则选择性催化还原催化剂在吸附水分时产生的热量就越小。因此，可以通过确定在选择性催化还原催化剂吸附水分时产生的热量来确定最大水分量。
顺便提及，上述劣化诊断需要在相对大量的水分供给到选择性催化还原催化剂时实施。因此，期望在排气通道内选择性催化还原催化剂上游侧存在相对大量的水分时执行上述劣化诊断。满足该条件的时刻的一个实例是内燃机启动时的条件。这是因为，在内燃机启动时，在排气通道内存在相对大量的冷凝水。
应注意，本发明还应用于将水分强制供给到选择性催化还原催化剂的情形。在该情形中，可以在除内燃机启动之外的时刻执行劣化诊断。期望的是，供给到选择性催化还原催化剂的水分量充分地大于正常选择性催化还原催化剂上的最大水分量。这是为了确保可以执行准确的劣化诊断，甚至当在供给的水分量出现变化时也是如此。
存在选择性催化还原催化剂上的最大水分量除了根据选择性催化还原催化剂的劣化度之外还根据选择性催化还原催化剂上吸附的氨的量而变化的情况。鉴于此，也可以确定供给到选择性催化还原催化剂的氨的量，并且通过考虑因确定的氨供给量所引起的生热量减少来进行劣化诊断。
根据该方法，可以进行选择性催化还原催化剂的劣化诊断，甚至当供给氨至选择性催化还原催化剂时也是如此。然而，应注意，在例如所供给的氨的量出现变化时的情况下，存在导致大的诊断误差的可能性。为此，优选在从内燃机启动时起至开始供给氨的时间段内执行选择性催化还原催化剂的劣化诊断。
本发明的第一发面涉及一种用于废气净化系统的故障诊断装置，包括：设置在内燃机的排气通道中的废气净化催化剂；将还原剂供给到在所述废气净化催化剂上游流动的废气的还原剂供给装置；用于检测与所述废气净化催化剂的床温相关的物理量的检测装置；和催化剂劣化诊断装置，所述催化剂劣化诊断装置用于基于由所述检测装置在从所述内燃机启动时起到所述还原剂供给装置作动时的时间段内检测的物理量来诊断所述废气净化催化剂的劣化度。选择性催化还原催化剂可以用作废气净化催化剂，脲可用作还原剂。
根据本发明的上述方面，劣化诊断可基于在将所述排气通道中累积的冷凝水供给到所述选择性催化还原催化剂时所述选择性催化还原催化剂的床温来进行。所述选择性催化还原催化剂的床温与在所述选择性催化还原催化剂吸附水分时产生的热量相关。因此，可以以高的准确率诊断所述选择性催化还原催化剂的劣化度。
根据本发明的上述方面，劣化诊断在脲添加装置未添加脲时进行。因此，可以防止因脲添加装置的劣化/故障而引起的诊断准确率降低，并且可以防止废气排放劣化(例如，因氨泄漏而引起的废气排放劣化)。
此外，根据本发明的上述方面，劣化诊断可以在不使用用于检测氨或氮氧化物的浓度的传感器的情况下进行。因此，也可以防止因传感器的劣化/故障引起的诊断准确率降低。
在这点上，认为供给到选择性催化还原催化剂的水分根据以下趋势被吸附。
也就是说，流入正常选择性催化还原催化剂中的水分首先被吸附在选择性催化还原催化剂的前端部分上(相对于废气流动方向而言的上游末端部分)。在前端部分上吸附的水分量达到饱和之后，水分随后被吸附到前端部分的下游侧的部分中。水分吸附部分的这种更替重复进行，直至后端部分上吸附的水分量达到饱和。
根据该水分吸附趋势，正常选择性催化还原催化剂的床温从前端部分朝后端部分逐步升高。因此，在水分供给开始之后的一定时间内，正常选择性催化还原催化剂的后端部分的床温几乎不升高。
另一方面，选择性催化还原催化剂的劣化倾向于从前端部分朝后端部分逐步进行。换言之，选择性催化还原催化剂的水分吸附能力倾向于从前端部分朝后端部分逐渐劣化。因此，随着选择性催化还原催化剂的劣化的进行，任何水分几乎都不吸附在更靠近前端部分的选择性催化还原催化剂部分上，并且水分只吸附在更靠近后端部分的部分上。
根据该劣化趋势，可以说，随着选择性催化还原催化剂的劣化的进行，选择性催化还原催化剂后端部分处的床温开始升高的时刻(在下文称为“升温时刻”)变得更早。因此，可以认为，随着后端部分的升温时刻相对于正常条件下的升温时刻(下文称为“基准升温时刻”)变得更早，选择性催化还原催化剂的劣化进一步进行。
因此，根据本发明上述方面的催化剂劣化诊断装置可由检测装置所检测的物理量来确定后端部分处的升温时刻，并且将所确定的升温时刻与基准升温时刻(正常值)进行比较，由此诊断所述选择性催化还原催化剂是否劣化、和/或劣化度。
在确定升温时刻时，根据本发明上述方面的催化剂劣化诊断装置可以使用内燃机的启动时刻作为基准。也就是说，催化剂劣化诊断装置可以测量从内燃机启动时起到升温时刻所经过的时间。在该情况下，催化剂劣化诊断装置可以使用从内燃机启动时起到基准升温时刻所经过的时间作为与诊断结果进行比较的对象(正常值)。
顺便提及，选择性催化还原催化剂的后端部分处的床温除了受水分吸附反应的热的影响之外，也受废气的热的影响。因此，有必要区分因水分吸附反应的热引起的升温和因废气的热引起的升温。
就在所述内燃机启动之后，废气的大部分热被更靠近前端部分的选择性催化还原催化剂部分吸收。因此，因废气的热引起的后端部分处的升温量变得比因水分吸附反应的热引起的升温量小。
因此，催化剂劣化诊断装置可以将每单位时间的升温量变得比因废气的热引起的升温量(基准值)大的时刻视为因水分吸附反应的热引起的升温时刻。
吸附在选择性催化还原催化剂上的水分在选择性催化还原催化剂的床温已经升高至特定温度或更高(在下文中，上述特定温度将被称为“脱附温度”)时开始从所述选择性催化还原催化剂脱附。
随着选择性催化还原催化剂的劣化的进行，选择性催化还原催化剂的床温达到脱附温度的时刻(在下文称为“开始脱附的时刻”)变迟。这是因为，随着选择性催化还原催化剂的劣化的进行，所产生的水分吸附反应的热的量减少。
因此，可以认为，随着开始脱附的时刻相对于正常条件下的开始脱附的时刻(在下文称为“基准开始脱附的时刻”)变迟，选择性催化还原催化剂的劣化进一步进行。
因此，催化剂劣化诊断装置可以从由检测装置检测的物理量来确定开始脱附的时刻，并且将所确定的开始脱附的时刻与基准开始脱附的时刻(正常值)进行比较，由此诊断选择性催化还原催化剂是否劣化、和/或劣化度。
确定开始脱附的时刻的方法的一个实例是确定选择性催化还原催化剂的床温达到开始脱附的温度的时刻。脱附温度可以通过实验预先获得。此外，当选择性催化还原催化剂上吸附的水分脱附时，选择性催化还原催化剂的热被所脱附的水分带走，使选择性催化还原催化剂的床温下降。因此，可以通过检测因水分脱附反应引起的温度下降来确定开始脱附的时刻。
通过预先获得基准开始脱附的时刻，还以通过使用从内燃机启动时起到基准开始脱附的时刻的时间段内产生的总热量作为参数来确定选择性催化还原催化剂的劣化度。
如上所述，随着选择性催化还原催化剂的劣化的进行，开始脱附的时刻变迟。换言之，这意味着，随着选择性催化还原催化剂的劣化的进行，直至基准开始脱附的时刻所产生的热量变小。
因此，根据本发明上述方面的催化剂劣化诊断装置可基于由检测装置检测的物理量确定在从内燃机启动到基准开始脱附的时刻的时间段(预定时间段)内由选择性催化还原催化剂产生的总热量，并且将所确定的总热量与正常值(在上述时间段内由正常选择性催化还原催化剂产生的总热量)比较，由此诊断选择性催化还原催化剂是否劣化、和/或劣化度。
确定在上述预定时间段内产生的总热量的方法的一个实例是对在所述预定时间段内由检测装置检测的物理量和初始值(在内燃机启动时由检测装置检测的物理量)之差进行积分。
顺便提及，除了在上述预定时间段内产生的水分吸附反应的热量之外，由上述方法获得的热量也包括由选择性催化还原催化剂从废气接收的热量。因此，催化剂劣化诊断装置可以使用没有水分吸附能力的催化剂的床温来代替上述初始值。通过该方法获得的热量与在所述预定时间段内产生的水分吸附反应的热量对应。因此，当由选择性催化还原催化剂从废气接收的热量变化时，可以进行高准确率的劣化诊断。
应注意，上述预定时间段的结束时刻不限于基准开始脱附的时刻。简言之，上述结束时刻可以是任意时刻，只要在正常条件下的总热量和劣化条件下的总热量之间出现明显差异即可。
随着选择性催化还原催化剂的劣化进行，在选择性催化还原催化剂吸附水分期间(例如从内燃机启动到基准开始脱附的时刻的时间段)的床温最大值(在下文称为“最高床温”)倾向于变低。
因此，根据本发明上述方面的催化剂劣化诊断装置可以从由检测装置检测的物理量确定最高床温，并且将所确定的最高床温与正常值进行比较，由此诊断选择性催化还原催化剂是否劣化、和/或劣化度。
在本发明的上述方面中，基于从内燃机启动时起经过的时间确定上述升温时刻、开始脱附的时刻或预定时间段。然而，这可以基于从内燃机启动起的积分进气量(换言之，已经穿过选择性催化还原催化剂的气体量的积分值)来确定。
选择性催化还原催化剂的温度特性在一些情况下根据穿过选择性催化还原催化剂的废气的流量而变化。也就是说，即使在选择性催化还原催化剂的劣化度相同时，如果在劣化诊断时穿过选择性催化还原催化剂的废气量变化，也存在从启动到升温时刻所经过的时间、或从启动到开始脱附的时刻所经过的时间等也变化的可能性。鉴于此，如果使用积分进气量代替所经过的时间，则可以降低因内燃机的运行状态而引起的诊断误差。
在本发明的上述方面中，上述各正常值(阈值)可以根据内燃机启动时排气通道中的温度或选择性催化还原催化剂的床温来进行校正。这是因为冷凝水的量根据排气通道中的温度而变化或最大水分量根据选择性催化还原催化剂的床温而变化的可能性。
应注意，在本发明的上述方面中，与选择性催化还原催化剂的床温相关的物理量的一个实例是直接检测选择性催化还原催化剂的床温的温度传感器的检测值、或检测从选择性催化还原催化剂中流出的废气的温度的温度传感器的检测值等。
用于诊断选择性催化还原催化剂的劣化度的参数不限于上述参数。任意参数都足以用于诊断，只要可以定量获取正常条件下最大水分量和劣化条件下的最大水分量之差即可。因此，也可以使用除上述参数之外的参数。
例如，由于水分脱附时的反应热(在下文称为“水分脱附反应的热”)随最大水分量变大而变大，所以也可以通过使用因水分脱附反应的热引起的床温降低作为参数进行劣化诊断。
此外，随着选择性催化还原催化剂的劣化的进行，选择性催化还原催化剂的前端部分的温度因仅接收废气的热而升高。因此，认为随着选择性催化还原催化剂的劣化，前端部分的床温达到规定温度或更高的时刻变迟。因此，也可以通过利用前端部分的床温达到规定温度或更高的时刻作为参数进行劣化诊断。
接下来，将描述可以执行根据本发明上述方面的劣化诊断的条件。
根据本发明上述方面的劣化诊断需要在排气通道中选择性催化还原催化剂的上游侧存在足量的冷凝水时进行。因此，在排气通道中选择性催化还原催化剂的上游侧不存在足量的冷凝水时，不能以有利的方式执行上述劣化诊断。
相应地，如果在内燃机启动时排气通道中的温度比开始蒸发的温度高，则根据本发明上述方面的催化剂劣化诊断装置可以不进行劣化诊断。开始蒸发的温度是基于冷凝水可以蒸发的温度范围的下限值而限定的值，并且优选设定为比下限值略低的值。
应注意，甚至当排气通道内的温度变得等于或低于开始蒸发的温度时，如果选择性催化还原催化剂的床温等于或高于脱附温度，则也不易发生水分吸附反应。鉴于此，当内燃机启动时选择性催化还原催化剂的床温(由检测装置检测的物理量)比开始脱附的温度高时，根据本发明上述方面的催化剂劣化诊断装置也可以不进行劣化诊断。开始脱附的温度是基于选择性催化还原催化剂的脱附温度限定的值，并且优选设定为比脱附温度略高的值。
如果排气通道中的温度变得过低，则排气通道内的冷凝水可能冻结。因此，当排气通道内的温度比预定下限值低时，根据本发明上述方面的催化剂劣化诊断装置可以不执行劣化诊断。预定下限值是基于冷凝水可冻结的温度而限定的值，并且优选设定为比冷凝水可冻结的温度略低的值。
如果通过上述各种方法确定选择性催化还原催化剂的劣化度，则可以检测连接到选择性催化还原催化剂的脲添加装置的劣化或故障。
因此，除上述元件之外，根据本发明上述方面的故障诊断装置还可以包括以下元件。
也就是说，根据本发明上述方面的用于废气净化系统的故障诊断装置还可以包括：NOx传感器，所述NOx传感器检测从选择性催化还原催化剂中流出的废气中包含的氮氧化物的浓度；获取装置，所述获取装置用于在脲添加装置根据目标添加量添加脲时，基于NOx传感器的检测值和目标添加量，获取当量比(为目标添加量与流入选择性催化还原催化剂中的氮氧化物的量之比)和选择性催化还原催化剂的NOx净化率之间的相关性；当量比确定装置，所述当量比确定装置用于确定由获取装置获取的相关性中NOx净化率最大时的当量比；计算装置，所述计算装置用于基于由催化剂劣化诊断装置诊断的结果来计算选择性催化还原催化剂的NOx净化率最大时的当量比；和子诊断装置，所述子诊断装置用于通过比较由当量比确定装置所确定的当量比和由计算装置所计算的当量比来诊断脲添加装置的劣化或故障。
本文使用的术语NOx净化率是指由选择性催化还原催化剂净化的NOx的量与流入选择性催化还原催化剂中的NOx的量之比。
由计算装置计算的当量比(在下文称为“基准当量比”)是NOx净化率在由脲添加装置添加的实际量(在下文称为“实际添加量”)与目标添加量一致时的情况下变得最大的当量比。计算装置通过使用选择性催化还原催化剂的劣化度作为参数来计算基准当量比。选择性催化还原催化剂的劣化度和基准当量比之间的相关性可以通过实验预先获得。
由获取装置获取的相关性是基于NOx传感器的检测值和目标添加量获得的。NOx传感器具有除了响应废气中的NOx之外还响应废气中的氨的特性。因此，上述相关性大致为抛物线：沿所述抛物线，在废气中的NOx浓度和氨浓度变得最小时，NOx净化率变得最大。因此，当量比确定装置可以获得在上述抛物线顶点处的当量比(在下文称为“实际当量比”)。
上述基准当量比和实际当量比具有以下关系。也就是说，当实际添加量与目标添加量一致时，实际当量比和基准当量比变成基本上相等的值。当实际添加量与目标添加量不同时，实际当量比和基准当量比表现为不同的值。
上述当量比是取决于NOx净化率的相对大小而言的值，但是不取决于NOx净化率的绝对值。因此，只要NOx传感器可以检测NOx浓度的相对变化(增加/降低)，则实际当量比和基准当量比之间的上述关系就满足。换言之，甚至当NOx传感器的输出信号值中包含误差时，实际当量比和基准当量比之间的关系也满足。
因此，所述确定装置可通过对实际当量比和基准当量比相互比较来确定脲添加装置的劣化或故障。例如，如果实际当量比和基准当量比之差超过可容许值，则确定装置可确定脲添加装置发生故障。此外，如果实际当量比和基准当量比彼此不同，并且两个比值之差等于或小于可容许值，则确定装置可以确定因设置在脲添加装置中的添加孔的阻塞或者关闭和打开添加孔的机构的老化等而引起的添加量的减少/增加。
如果通过上述方法确定脲添加装置未发生故障，则还可以确定NOx传感器的检测误差。由获取装置获取的NOx净化率的绝对值取决于实际添加量和NOx传感器的检测值。然而，应注意，在实际当量比和基准当量比彼此一致(在实际添加量和目标添加量彼此一致)时，NOx净化率只取决于NOx传感器的检测值。因此，如果NOx净化率的绝对值与正常值不同，则可以确定NOx传感器的检测值中包含误差。
因此，如果子诊断装置诊断出脲添加装置既未劣化也未发生故障，则子诊断装置可以通过将由获取装置获取的相关性中NOx净化率的最大值与正常值进行比较来诊断NOx传感器的劣化或故障。
在实际当量比和基准当量比彼此一致时，可以进行对上述NOx传感器的故障诊断。因此，即使在诊断出脲添加装置劣化时，在校正实际添加量而使实际当量比和基准当量比一致之后，也可以进行上述对NOx传感器的故障诊断。
根据本发明的上述方面，可以提高用于包括选择性催化还原催化剂的废气净化系统的故障诊断装置中的诊断准确率。
本发明的第二方面涉及用于废气净化系统的故障诊断方法，废气净化系统包括设置在内燃机的排气通道中的废气净化催化剂、和将还原剂供给到在所述废气净化催化剂上游流动的废气中的还原剂供给装置，所述方法包括：检测与废气净化催化剂的床温相关的物理量；和基于从内燃机启动时到还原剂供给装置作动时的时间段内所检测的物理量，诊断废气净化催化剂的劣化度。
附图说明
参照附图，从以下示例性实施方案的说明中，本发明的前述和其他目的、特征和优点将变得明显。附图中类似的附图标记表示类似的要素/元件，其中：
图1是显示用于废气净化系统的故障诊断装置的示意性结构的图；
图2是显示选择性催化还原催化剂的水分吸附趋势的第一图；
图3是显示选择性催化还原催化剂的水分吸附趋势的第二图；
图4是显示选择性催化还原催化剂的水分吸附趋势的第三图；
图5是显示在正常选择性催化还原催化剂吸附水分时的情况下后端部分处的床温的图；
图6是显示在劣化的选择性催化还原催化剂吸附水分时的情况下后端部分处的床温的图；
图7是显示根据第一实施方案的劣化诊断程序的流程图；
图8是显示执行条件确定过程程序的劣化诊断的流程图；
图9是显示根据第二实施方案的劣化诊断程序的流程图；
图10是显示获得从内燃机启动时起的预定时间段内由选择性催化还原催化剂产生的热量的方法的第一图；
图11是显示获得从内燃机启动时起的预定时间段内由选择性催化还原催化剂产生的热量的方法的第二图；
图12是显示根据第三实施方案的劣化诊断程序的流程图；
图13是示意性显示从内燃机启动时起的预定时间段内由基准催化剂从废气接收的热量的图；
图14是显示当选择性催化还原催化剂吸附水分时在后端部分处的最高床温的图；
图15是显示基准催化剂的床温和选择性催化还原催化剂的床温之差的最大值的图；
图16是显示NOx净化率和当量比之间的相关性的图；
图17是示意性示出限定选择性催化还原催化剂的劣化度和基准当量比之间的关系的设定表的图；和
图18是示意性示出限定选择性催化还原催化剂的劣化度和NOx净化率的最大值之间的关系的设定表的图。
示例性实施方案的详细说明
在下文中，将参照附图说明本发明的具体实施方案。实施方案中描述的构件的尺寸、材料、形状、相对布置等无意于限定本发明的技术范围，除非另有规定。
首先，将参照图1～8说明本发明的第一实施方案。
图1是显示应用至内燃机的废气净化系统的示意性结构的图。图1中显示的内燃机1是使用轻油作为燃料的压燃式内燃机(柴油机)。
选择性催化还原催化剂3设置在内燃机1的排气通道2中。选择性催化还原催化剂3是选择性吸附诸如氨的极性分子并通过利用所吸附的氨作为还原剂来还原和净化NOx的催化剂。
用于将脲溶液添加到在排气通道2中流动的废气的脲添加阀4在选择性催化还原催化剂3的上游侧连接到排气通道2。储存脲溶液的罐5连接到脲添加阀4。脲添加阀4和罐5代表根据本发明的脲添加装置的一个实例。
当选择性催化还原催化剂3具有活性时，脲添加阀4将储存在罐5中的脲溶液添加到废气中。添加到废气中的脲溶液在废气或选择性催化还原催化剂3中进行热分解和水解分解以产生氨。所产生的氨吸附在选择性催化还原催化剂3上以还原废气中的NOx。
检测选择性催化还原催化剂3的床温的温度传感器6连接到选择性催化还原催化剂3。在该实施方案中，温度传感器6连接到选择性催化还原催化剂3的后端部分附近。温度传感器6对应于根据本发明的检测装置。
检测废气中包含的NOx浓度的NOx传感器7在选择性催化还原催化剂3的下游侧连接到排气通道2。
在上述配置的废气净化系统中还设置有ECU 8。ECU 8是配置有CPU、ROM、RAM、或备用RAM等的电子控制单元。ECU 8接收来自包括温度传感器6和NOx传感器7的各传感器的输出信号。此外，脲添加阀4等电连接至ECU 8。
ECU 8基于来自上述各传感器的输出信号控制脲添加阀4和内燃机1的运行状态。例如，除了已知的控制例如燃料喷射控制和脲添加控制之外，ECU 8还进行选择性催化还原催化剂3的劣化诊断。
在下文中，将描述用于选择性催化还原催化剂3的劣化诊断方法。
根据该实施方案的劣化诊断方法是通过利用选择性催化还原催化剂3后端部分处的床温因水分吸附反应而开始升高的时刻(温度升高时刻)作为参数来诊断选择性催化还原催化剂3的劣化度的方法。
选择性催化还原催化剂3也具有与氨类似的极性吸附水分(水)的特性。通过正常的选择性催化还原催化剂3进行的水分吸附通过图2～4中显示的过程进行。应注意，图2～4中显示的区域A表示吸附水分的部分(吸附水分的部分)。
供给到正常选择性催化还原催化剂3的水分首先吸附到选择性催化还原催化剂3的前端部分附近(见图2)。此后，随着吸附在前端部分附近的水分的量变得饱和，不能吸附到前端部分附近的部分上的水分吸附到更靠近后端部分的部分上(见图3)。以该方式，选择性催化还原催化剂3中已吸附水分的部分从前端部分向后端部分逐渐扩大，并最终扩大到后端部分(见图4)。
根据上述过程，在水分供给开始之后的一定时间内，没有水分吸附到选择性催化还原催化剂3的后端部分上的状态持续存在。也就是说，在水分供给开始之后的一定时间内，在选择性催化还原催化剂3的后端部分处不产生水分吸附反应的热。
因此，如图5中所示，在水分供给开始的时刻t0之后的一定时间P(在下文称为“未反应时间段P”)内，选择性催化还原催化剂3后端部分处的温度几乎不升高。然后，在更靠近前端部分的部分处产生的水分吸附反应的热传递到后端部分时，或者在后端部分附近产生水分吸附反应的热时，温度在时刻t1时开始急剧升高。在下文，正常选择性催化还原催化剂3的后端部分的温度开始急剧升高的时刻t1将称为“基准温度升高时刻t1基准”。
另一方面，选择性催化还原催化剂3的水分吸附能力倾向于从选择性催化还原催化剂3的前端部分向后端部分逐渐劣化。因此，当选择性催化还原催化剂3的水分吸附能力劣化时，水分不再吸附到选择性催化还原催化剂3的前端部分附近。随着水分吸附能力的劣化的进行，该趋势变得更加明显。
因此，随着选择性催化还原催化剂3的劣化，水分供给开始后首先吸附水分的部分变得更靠近后端部分。结果，如图6所示，随着选择性催化还原催化剂3的劣化的进行，选择性催化还原催化剂3的后端部分的温度开始升高的时刻(升温时刻)变得更早。这意味着，随着选择性催化还原催化剂3的劣化的进行，未反应时间段P变得更短。
相应地，在根据该实施方案的劣化诊断中，ECU 8配置为测量从内燃机1启动到升温时刻t1所经过的时间(未反应时间段P)，并且将测量结果P与正常值(正常选择性催化还原催化剂3的未反应时间段)P基准进行比较。此时，如果未反应时间段P和正常值P基准之差比可容许值大，则ECU 8诊断为选择性催化还原催化剂3的水分吸附能力劣化。此外，随着未反应时间段P和正常值P基准之差变大，ECU 8诊断为水分吸附能力的劣化度变高(劣化进一步进行)。
根据上述劣化诊断方法，可以诊断选择性催化还原催化剂3的水分吸附能力是否劣化，并且可以诊断劣化度。选择性催化还原催化剂3的水分吸附能力与选择性催化还原催化剂3的氨吸附能力相关，并且选择性催化还原催化剂3的氨吸附能力与选择性催化还原催化剂3的NOx净化能力相关。
当脲添加阀4不供给氨时，可以实施根据该实施方案的劣化诊断方法。因此，还可以抑制因氨添加量变化引起的诊断准确率降低和因氨泄漏引起的废气排放增加。
可以在不使用NOx传感器7的输出信号的情况下实施根据该实施方案的劣化诊断。因此，还可以抑制因NOx传感器7的输出特性引起的诊断准确率降低。
接下来，将参照图7描述根据该实施方案的劣化诊断方法的执行程序。图7是显示根据该实施方案的劣化诊断程序的流程图。该劣化诊断程序预先存储在ECU 8的ROM等中，并且以内燃机1开始启动作为触发信号由ECU 8执行。
在劣化诊断程序中，ECU 8在S101中首先确定内燃机1是否启动。该确定方法的一个实例是确定点火开关是否已经从“断开”切换到“接通”，或者确定启动器开关是否已经从“断开”切换到“接通”。如果通过上述两个确定方法之一确定了位置，则认为内燃机1在启动。
如果在上述S101中做出否定的确定，则ECU 8终止执行该程序。如果在上述S101中做出肯定的确定，则ECU 8进行至步骤S102。
在S102中，ECU 8确定是否满足劣化诊断执行条件。该确定根据图8中显示的子程序进行。
在图8中显示的子程序中，ECU 8首先在S201中确定排气通道2中选择性催化还原催化剂3的上游侧是否已经累积了足量的冷凝水。
该确定方法的一个实例是确定运行停止时间(从最后一次运行停止到当前启动所经过的时间)是否等于或大于预定时间P停止。
预定时间P停止是在排气通道2中选择性催化还原催化剂3上游侧累积合适量的冷凝水所需的最小时间。换言之，预定时间P停止是在排气通道2中的温度降低至等于或低于开始蒸发的温度所需的最小时间。上述开始蒸发的温度是比冷凝水可以蒸发的温度范围的下限值略低的温度。
由于排气通道2中的温度变化受外部空气温度的影响，所以可以根据最后的运行停止和/或当前启动时的外部空气温度来校正预定时间P停止。
用于确定在排气通道2中选择性催化还原催化剂3上游侧是否已经累积足量冷凝水的方法的另一实例是在排气通道2中选择性催化还原催化剂3上游侧附加温度传感器，并且确定温度传感器的输出信号值是否比开始蒸发的温度低。
如果在上述S201中作出否定的确定，则ECU 8进行至S204。在S204中，ECU 8将劣化诊断标志设定为“0”。劣化诊断标志是在RAM或备用RAM中设定的存储区。当满足劣化诊断执行条件时，该劣化诊断标志设定为“1”，当不满足劣化诊断执行条件时，该劣化诊断标志设定为“0”。
如果在上述S201中做出肯定的确定，则ECU 8进行至S202。在S202中，ECU 8确定选择性催化还原催化剂3是否处于允许吸附水分的状态。例如，ECU 8确定温度传感器6的输出信号值(选择性催化还原催化剂3的床温)T催化剂是否等于或低于开始脱附的温度T催化剂最大。开始脱附的温度T催化剂最大是比选择性催化还原催化剂3上所吸附的水分开始脱附的温度(脱附温度)略低的温度。
如果在上述S202中做出否定的确定(T催化剂＞T催化剂最大)，则ECU 8进行至S204。如果在上述S202中做出肯定的确定(T催化剂≤T催化剂最大)，则ECU 8进行至S203。在S203中，ECU 8将劣化诊断标志设定为“1”。
顺便提及，在排气通道2中的温度变得极低的情况下，排气通道2中的冷凝水可能冻结。因此，当排气通道2中的温度降低至低于下限值时，ECU 8可将劣化诊断标志设定为“0”。该下限值是比冷凝水可冻结的温度范围的上限值略高的温度。
现在，再次参考图7，ECU 8确定在S103中劣化诊断标志是否设定为“1”。如果在上述S103做出否定的确定(劣化诊断标志＝0)，则ECU 8终止执行该程序。如果在上述S103中做出肯定的确定(劣化诊断标志＝1)，则ECU 8进行至S104。
在S104中，ECU 8使计数器动作。该计数器测量从内燃机1启动起经过的时间。
随后，ECU 8重复执行在S105至S107中的过程以确定选择性催化还原催化剂3后端部分处的升温时刻t1。
在S105中，ECU 8读取温度传感器6的输出信号值(床温)T催 化剂。
在S106中，ECU 8用在S105中读取的床温T催化剂除以前一值(前一次执行S105时读取的床温)T催化剂前来计算变化率R催化剂(＝T催化剂/T催 化剂前)。当在内燃机1启动之后第一次执行S105中的过程时，可以使用上述图8中在S202中读取的床温T催化剂作为前一值T催化剂前。
在S107中，ECU 8确定在上述S106中计算的变化率R催化剂是否超过基准值α。基准值α对应于在只用废气的热加热选择性催化还原催化剂3的情况下的变化率。
虽然基准值α可以是特定的值，但是基准值α也可以是根据内燃机1启动时选择性催化还原催化剂3的床温、外部空气温度、排气通道2中的温度等变化的可变值。这是基于本申请的发明人的以下发现做出的：在内燃机1启动时床温、外部空气温度或排气通道2中的温度变化时，变化率R催化剂在一些情况下变化，即使选择性催化还原催化剂3的劣化度恒定时也是如此。相应地，如果基准值α根据内燃机1启动时的床温、外部空气温度、或排气通道2中的温度等变化，则可以进一步提高劣化诊断的准确率。
虽然该实施方案涉及其中将床温T催化剂的变化率R催化剂与基准值相比较的实例，实际上当然也可以将床温T催化剂之差(温度升高的量)与基准值进行比较。简言之，可以使用任何参数，只要可以定量获得因水分吸附反应引起的温度升高的时刻即可。
如果在上述S107中做出否定的确定(R催化剂≤α)，则ECU 8返回S105。如果在上述S107中做出肯定的确定(R催化剂＞α)，则ECU 8进行至S108。
在S108中，ECU 8获取当前时刻计数器的测量时间P。如此获取的测量时间P是与上述未反应时间段对应的值。ECU 8确定测量时间P和正常值(基准未反应时间段)P基准之差(＝P基准-P)是否等于或小于可容许值β。可容许值β基于选择性催化还原催化剂3已经劣化至需要校正脲添加量的程度时的情况下的差(＝P基准-P)来设定。
虽然可容许值β可以是特定的值，但是可容许值β当然也可以是根据内燃机1启动时选择性催化还原催化剂3的床温、外部空气温度、或排气通道2中的温度等变化的可变值。如果可容许值β根据内燃机1启动时的床温、外部空气温度、或排气通道2中的温度等变化，则可以进一步提高劣化诊断的准确率。
如果在上述S108中做出肯定的确定((P基准-P)≤β)，则ECU 8进行至S109，并且确定选择性催化还原催化剂3是正常的。
另一方面，如果在上述S108中做出否定的确定((P基准-P)＞β)，则ECU 8进行至S110，并且确定选择性催化还原催化剂3劣化。此时，ECU 8确定：随着测量时间P和基准未反应时间段P基准之差变大，选择性催化还原催化剂3的劣化度变高。
根据本发明的催化剂劣化诊断装置通过ECU 8以如上所述方式执行图7和8中的程序来实现。结果，可以以良好的准确率诊断选择性催化还原催化剂3是否劣化和/或选择性催化还原催化剂3的劣化度。
顺便提及，也可想到如下情形：根据内燃机1的之前运行状态，或者内燃机1停止运行期间的环境等，排气通道2中的冷凝水的量变得比假定的值小。在这些情况下，选择性催化还原催化剂3的后端部分的床温可能不表现出突然增加。结果，可出现其中ECU 8继续重复执行上述S105至S107中的过程的情形。
鉴于此，ECU 8可以设置为在计数器的测量时间超过特定值时、或者当选择性催化还原催化剂3的后端部分的床温超过特定值时，中断故障诊断程序的执行。
虽然该实施方案涉及其中通过利用因水分吸附反应引起的升温时刻作为参数执行选择性催化还原催化剂3的劣化诊断的实例，但是也可以通过利用水分脱附反应开始的时刻(开始脱附的时刻)作为参数来执行选择性催化还原催化剂3的劣化诊断。
虽然该实施方案涉及其中在选择性催化还原催化剂3的后端部分附近附加温度传感器6的实例，但是可以执行类似的劣化诊断，甚至当在排气通道2中的选择性催化还原催化剂3的紧邻下游处附加温度传感器6时也是如此。
顺便提及，在选择性催化还原催化剂3的前端部分附近附加温度传感器的情况下，不能以有利的方式执行上述劣化诊断方法。然而，随着选择性催化还原催化剂3的劣化的进行，在选择性催化还原催化剂3前端部分附近的升温量(变化率)变得更为缓和。这是因为，随着选择性催化还原催化剂3的劣化的进行，在前端部分附近产生的水分吸附反应的热量减少。
因此，在选择性催化还原催化剂3的后端部分附近附加温度传感器的情况下，随着前端部分附近的变化率相对于正常值变小，可以将选择性催化还原催化剂3的劣化诊断为进一步进行。
接下来将参照图9描述本发明的第二实施方案。此处将给出与上文描述的第一实施方案的那些配置不同的配置的描述，而不重复类似配置的描述。
上述第一实施方案涉及基于从内燃机1启动至升温时刻t1经过的时间(未反应时间段P的时间长度)来诊断选择性催化还原催化剂3的劣化和/或劣化度的实例。
由选择性催化还原催化剂从废气接收的热量根据穿过选择性催化还原催化剂3的废气流量而变化。因此，存在升温时刻根据穿过选择性催化还原催化剂的废气流量变化的可能性。
鉴于此，虽然可以想到采用根据未反应时间段P中的积分废气流量来校正基准值α或变化率R催化剂的方法，但是，在该实施方案中，基于从内燃机1启动至升温时刻t1的积分进气量(未反应时间段P中的积分进气量)∑Ga来诊断选择性催化还原催化剂3的劣化和/或劣化度。
在下文中，将参照图9描述根据该实施方案的劣化诊断方法的执行程序。图9是显示根据该实施方案的劣化诊断程序的流程图。在图9中，与上述第一实施方案(见图7)的那些过程类似的过程将用相同的附图标记表示。
如果在S103中做出肯定的确定(劣化诊断标志＝1)，则ECU 8执行S301而不是S104。在S301中，ECU 8开始计算积分进气量∑Ga。计算积分进气量∑Ga的方法的一个实例是对由空气流量计(未显示)周期性检测的进气量进行积分。
如果在S107中做出肯定的确定(R催化剂＞α)，则ECU 8执行S302而不是S108。在S302中，ECU 8确定当前时刻的积分进气量∑Ga和基准值∑G基准之差(＝∑G基准-∑Ga)是否等于或小于可容许值γ。基准值∑G基准对应于基准未反应时间段P基准内的积分进气量。可容许值γ基于选择性催化还原催化剂3已经劣化至需要校正脲添加量的程度时的情况下的差(＝∑G基准-∑Ga)来设定。
根据上述诊断方法，可以执行高准确率的劣化诊断，甚至在升温时刻因受废气流量影响而变化时也是如此。
接下来，将参照图10至13描述本发明的第三实施方案。此处将给出与上文描述的第一实施方案的那些配置不同的配置的描述，而不重复类似配置的描述。
上述第一实施方案涉及基于从内燃机1启动起至升温时刻t1经过的时间来诊断选择性催化还原催化剂3的劣化和/或劣化度的实例。
相比而言，在该实施方案中，将描述基于在从内燃机1启动起的预定时间段中产生的水分吸附反应的热量来诊断选择性催化还原催化剂3的劣化和/或劣化度的实例。
首先，如图10中所示，ECU 8在从内燃机1启动起的预定时间段(从图10中的t0至t3的时间段)内对由温度传感器6检测的床温T催 化剂和初始值(在内燃机1启动时由温度传感器6检测的床温T催化剂0)之差ΔT催化剂(＝T催化剂-T催化剂0)进行积分。
差ΔT催化剂的积分值∑ΔT催化剂对应于图11中显示的区域B的面积。区域B的面积对应于预定时间段内由选择性催化还原催化剂3产生的热量(包括在选择性催化还原催化剂3后端部分附近产生的水分吸附反应的热和在更靠近前端部分的部分处产生的水分吸附反应的热)和由选择性催化还原催化剂3从废气接收的热量之和。也就是说，除了在预定时间段内产生的水分吸附反应的热量之外，积分值∑ΔT催化剂还包括由选择性催化还原催化剂3从废气接收的热量。
在预定时间段内由选择性催化还原催化剂3从废气接收的热量根据内燃机1的运行状态(例如进气量、发动机速度、和负载等)变化。因此，积分值∑ΔT催化剂不仅根据产生的水分吸附反应的热量变化，而且根据内燃机1的运行状态变化。
然而，如果在内燃机1在预定时间段内的运行状态与预定运行状态一致的条件下进行上述积分过程，则使积分值∑ΔT催化剂与在预定时间段内产生的水分吸附反应的热量相关联。
相应地，ECU 8配置为在内燃机1的运行状态在预定时间段内与预定的稳定运行状态(例如怠速运行状态)一致的条件下执行上述积分过程。
顺便提及，如果粗心地设定上述预定时间段的结束时刻t3，则可能出现在预定时间段内产生的水分吸附反应的热量与选择性催化还原催化剂3的劣化度不相关的情况。为此，需要以如下方式设定结束时刻t3：在正常条件下的积分值∑ΔT催化剂和在劣化条件下的积分值∑ΔT催化剂之间出现明显的差异。
虽然可以使用通过实验预先获得的合适值作为满足上述条件的结束时刻t3，但是，在该实施方案中，使用基准开始脱附的时刻(正常选择性催化还原催化剂3的床温T催化剂达到脱附温度T催化剂脱附的时刻)。
随着选择性催化还原催化剂3的劣化的进行，吸附在选择性催化还原催化剂3上的水分的开始脱附的时刻变得更迟。因此，可以说，随着选择性催化还原催化剂3的劣化的进行，在从内燃机1启动至基准开始脱附的时刻的时间段内产生的水分吸附热的热量变小。
因此，如果将基准开始脱附的时刻设定为结束时刻t3，则在正常条件下的积分值∑ΔT催化剂和在劣化条件下的积分值∑ΔT催化剂之间出现明显的差异。结果，可以以良好的准确率诊断选择性催化还原催化剂3的劣化度。
在下文中，将参考图12描述根据该实施方案的劣化诊断方法的执行程序。图12是显示根据该实施方案的劣化诊断程序的流程图。在图12中，与上述第一实施方案(见图7)的那些过程类似的过程将用相同的附图标记表示。
在执行S103中的过程之后，ECU 8执行S401至S405中的过程而不是S105至S108中的过程。
在S401中，ECU 8确定内燃机1是否处于怠速运行状态。如果在S401中做出否定的确定，则ECU 8终止执行该程序。另一方面，如果在S401中做出肯定的确定，则ECU 8进行至S402。
在S402中，ECU 8读取温度传感器6的输出信号值(床温)T催 化剂。在随后的S403中，首先，ECU 8计算上述S402中读取的床温T催 化剂和初始值T催化剂0之差ΔT催化剂(＝T催化剂-T催化剂0)。然后，ECU 8将上述差ΔT催化剂加到计算至前一时刻的积分值∑ΔT催化剂前来计算新的积分值∑ΔT催化剂。当第一次执行S403中的过程时，将∑ΔT催化剂前的值设定为“0”。
在S404中，ECU 8确定计数器的测量时间P是否等于或大于基准时间Pt3。基准时间Pt3是从内燃机1启动至基准开始脱附的时刻所需的时间，并且为通过实验预先获得的值。
如果在上述S404中做出否定的确定(P＜Pt3)，则ECU 8返回上述S401。另一方面，如果在上述S404中做出肯定的确定(P≥Pt3)，则ECU 8进行至S405。
在S405中，ECU 8确定在上述S403中计算的积分值∑ΔT催化剂和基准积分值∑ΔT催化剂基准之差(＝∑ΔT催化剂基准-∑ΔT催化剂)是否等于或小于可容许值δ。
基准积分值∑ΔT催化剂基准是当选择性催化还原催化剂3正常时的积分值∑ΔT催化剂。基于选择性催化还原催化剂3已经劣化至需要校正脲添加量的程度时的情况下的差(＝∑ΔT催化剂基准-∑ΔT催化剂))设定可容许值δ。
如果在上述S405中做出肯定的确定((∑ΔT催化剂基准-∑ΔT催化剂)≤δ)，则ECU 8进行至S109，并且诊断为选择性催化还原催化剂3正常。
如果在上述S405中做出否定的确定((∑ΔT催化剂基准-∑ΔT催化剂)≤δ)，则ECU 8进行至S110，并且诊断为选择性催化还原催化剂3劣化。此时，ECU 8确定：随着积分值∑ΔT催化剂和基准积分值∑ΔT催化剂基准之差变大，选择性催化还原催化剂3的劣化度变高。
根据上述劣化诊断方法，可以获得与上述第一实施方案类似的效果。
根据上述劣化诊断方法，当内燃机1的运行状态在预定时间段内偏离稳定运行状态时，中断劣化诊断。因此，可继续进行劣化诊断的机会的次数可能减少。
鉴于此，如图13中所示，ECU 8可以配置为获得由没有水分吸附能力的催化剂(在下文称为“基准催化剂”)在上述预定时间内从废气接收的热量(图13中区域C的面积)，并且从积分值∑ΔT催化剂减去所述热量。基准催化剂与选择性催化还原催化剂3在功能和结构上等同，但是氨吸附能力不同。
此时，上述预定时间内由所述基准催化剂从废气接收的热量可以通过实验预先获得，或者可以从内燃机1的运行状态估算出来。
根据该方法，可以确定所产生的水分吸附反应的热量，而不受预定时间段内内燃机1的运行状态的影响。结果，可以进行劣化诊断的机会的次数减少。
接下来，将参照图10至13描述本发明的第三实施方案。此处将描述与上述第一实施方案的那些配置不同的配置，不重复描述类似的配置。
上述第三实施方案涉及基于在从内燃机1启动起的预定时间内产生的水分吸附反应的热量来诊断选择性催化还原催化剂3的劣化和/或劣化度的实例。
与此相比，在该实施方案中，将描述基于在从内燃机1启动起的预定时间内床温的最大值(最高值)T催化剂最大来诊断选择性催化还原催化剂3的劣化和/或劣化度的实例。
随着选择性催化还原催化剂3的劣化的进行，所产生的水分吸附反应的热量因最大水分量减少而减少。因此，随着选择性催化还原催化剂3的劣化的进行，在从内燃机1启动起的预定时间内床温可达到的最高值(在下文称为“最高床温”)T催化剂最大变低。
如果粗心地设定上述预定时间段的结束时刻t3，则可能出现在预定时间段内的最高床温T催化剂最大与选择性催化还原催化剂3的劣化度不相关的情况。为此，需要以如下方式设定结束时刻t3：在正常条件下的最高床温和在劣化条件下的最高床温之间出现明显的差异。可以使用通过实验预先获得的合适值作为满足该条件的结束时刻。
根据上述劣化诊断方法，可以获得与上述第三实施方案的效果类似的效果。
除了所产生的水分吸附反应的热量之外，上述最高床温还根据从废气向选择性催化还原催化剂3传输的热量变化。因此，如图15中所示，可以使用基准催化剂的床温和选择性催化还原催化剂3的床温之差的最大值ΔT催化剂最大来代替最高床温T催化剂最大。在该情况下，可以抑制因选择性催化还原催化剂3从废气接收的热量的多少而引起的诊断准确率降低。
接下来，将参照图16至18描述本发明的第五实施方案。此处将描述与上述第一至第四实施方案的那些配置不同的配置，不重复描述类似的配置。
上述第一至第四实施方案涉及诊断选择性催化还原催化剂3的劣化度的方法，该实施方案涉及诊断脲添加装置(脲添加阀4或罐5)的故障的情形。
根据该实施方案的脲添加装置的故障诊断通过利用选择性催化还原催化剂3的劣化诊断结果来进行。因此，ECU 8在根据上述第一至第四实施方案中任一实施方案的劣化诊断的执行完成之后执行脲添加装置的故障诊断。在下文中，将描述用于脲添加装置的故障诊断方法。
在脲添加阀4动作之后，ECU 8对脲溶液的添加量(目标添加量)进行反馈控制，以使NOx净化率最大化。NOx净化率代表通过选择性催化还原催化剂3净化的NOx量与流入选择性催化还原催化剂3中的NOx量之比。
流入选择性催化还原催化剂3中的NOx量ANOx流入(在下文称为“NOx流入量”)是基于内燃机1的运行状态获得的。内燃机1的运行状态和NOx流入量ANOx流入之间的关系可以通过实验预先获得。
在选择性催化还原催化剂3中净化的NOx的量是从选择性催化还原催化剂3中流出的NOx量ANOx流出(在下文称为“NOx流出量”)和NOx流入量ANOx流入之差(＝ANOx流入-ANOx流出)。
NOx流出量ANOx流出可由NOx传感器7的输出信号值(NOx浓度)和空气流量计的输出信号值(进气量)来计算。
ECU 8在上述反馈控制的执行期间确定NOx净化率和当量比之间的相关性。当量比是目标添加量与NOx流入量ANOx流入之比。通过该方法确定的相关性近似于图16中显示的抛物线。
图16中的Eqr代表NOx净化率表现为最大值Rp最大时的当量比(实际当量比)。在当量比变得比实际当量比Eqr大时NOx净化率降低的原因是NOx传感器7也与NOx类似地对氨响应。
接下来，ECU 8基于选择性催化还原催化剂3的劣化诊断结果来获得基准当量比Eq基准。基准当量比Eq基准代表通过脲添加阀4添加的实际量(实际添加量)和目标添加量一致时NOx净化率变得最大的当量比。
选择性催化还原催化剂3的劣化度和基准当量比Eq基准之间的关系可以通过实验预先获得。图17是显示选择性催化还原催化剂3的劣化度和基准当量比Eq基准之间的相关性的设定表的一个实例。在图17中，在选择性催化还原催化剂3的劣化度超过可容许值“m”的区域中，随着劣化度变高，基准当量比Eq基准变小。这是因为，随着选择性催化还原催化剂3的劣化的进行，最大氨量减少。
通过上述过程获得的实际当量比Eqr和基准当量比Eq基准具有以下关系。
也就是说，当实际添加量与目标添加量一致时，实际当量比Eqr和基准当量比Eq基准表现为基本相等的值。另一方面，当实际添加量与目标添加量不一致时，实际当量比Eqr表现为与基准当量比Eq基准不同的值。
顺便提及，存在NOx传感器7的输出信号值中包含误差的可能性。然而，由于实际当量比Eqr是在NOx净化率变得相对最大时的当量比，所以实际当量比Eqr不取决于NOx净化率的绝对值。因此，实际当量比Eqr和基准当量比Eq基准之间的上述关系成立，甚至在NOx传感器的输出信号值中包含误差时也是如此。
因此，ECU 8可以通过相互比较实际当量比Eqr和基准当量比Eq基准来诊断脲添加装置的劣化/故障。
例如，当实际当量比Eqr和基准当量比Eq基准之差超过可容许值时，可以确定脲添加装置存在故障。
当实际当量比Eqr和基准当量比Eq基准彼此不同且所述两个比值之差等于或小于可容许值时，可以确定已经出现因脲添加阀4的阻塞或老化而引起的添加量减少或增加。
如上所述，根据该实施方案的故障诊断方法，可以以良好的准确率诊断脲添加装置的劣化或故障。此外，如果诊断出实际当量比Eqr和基准当量比Eq基准之差等于或小于可容许值，则ECU 8也可以校正脲添加阀4的控制量，使得实际当量比Eqr与基准当量比Eq基准一致。在该情况下，由于实际添加量可以与目标添加量大致相等，所以可以提高NOx净化率并抑制氨泄漏。
如果通过上述方法确定添加阀没有故障(如果实际当量比Eqr和基准当量比Eq基准之差等于或小于可容许值)，也可以诊断NOx传感器7的检测误差。
在下文中，将描述确定NOx传感器7的检测误差的方法。
在上述反馈控制期间获得的NOx净化率的值取决于实际添加量和NOx传感器7的检测值。然而，在实际当量比Eqr和基准当量比Eq基准之差变得等于或小于可容许值的条件下，上述NOx净化率的值只取决于NOx传感器7的检测值。因此，当NOx净化率的绝对值与正常值不同时，可以认为在NOx传感器7的输出信号值中包含误差。
相应地，当诊断出脲添加装置没有故障时(或者当实际添加量校正为使实际当量比Eqr和基准当量比Eq基准一致时)，ECU 8从上述图16中显示的相关关系获得NOx净化率的最大值Rp最大，并且将所述最大值Rp最大与正常值进行比较。
上述正常值是在实际添加量与目标添加量一致时的情况(换言之，在实际当量比Eqr和基准当量比Eq基准一致时的情况)下的NOx净化率的最大值。
由于上述正常值根据选择性催化还原催化剂3的劣化度变化，所以ECU 8可配置为基于选择性催化还原催化剂3的劣化度和图18中显示的设定表来设定正常值。
图18是限定选择性催化还原催化剂3的劣化度和正常值(NOx净化率的最大值)之间的相关性的设定表。该相关性通过实验预先获得。
ECU 8可通过将从图18中的设定表获得的正常值与NOx净化率的最大值Rp最大进行比较来确定NOx传感器7的检测误差。也就说，随着上述最大值Rp最大和正常值之差变大，ECU 8可以确定NOx传感器7的检测误差变大。
当通过上述方法确定NOx传感器7的检测误差时，可以基于该检测误差和NOx传感器7的输出信号值获得准确的NOx浓度。结果，可以改善NOx净化率和减少氨泄漏。如果上述最大值Rp最大和正常值之差超过可容许值，还可以确定NOx传感器7出现故障。
上述第一至第五实施方案可以尽可能地进行组合。
可以使用废气净化催化剂如NOx存储还原催化剂来代替选择性催化还原催化剂，并且可以用还原剂如HC来代替脲。

Claims (16)

1.一种用于废气净化系统的故障诊断装置，其特征在于包括：
设置在内燃机(1)的排气通道(2)中的废气净化催化剂(3)；
将还原剂供给到在所述废气净化催化剂(3)上游流动的废气中的还原剂供给装置(4、5)；
用于检测与所述废气净化催化剂(3)的床温相关的物理量的检测装置(6)；和
催化剂劣化诊断装置，所述催化剂劣化诊断装置用于基于由所述检测装置(6)在从所述内燃机(1)启动时到所述还原剂供给装置(4、5)作动时的时间段内所检测的物理量，诊断所述废气净化催化剂(3)的劣化度。
2.根据权利要求1所述的用于废气净化系统的故障诊断装置，其中所述催化剂劣化诊断装置通过将从所述内燃机(1)启动时到所述物理量每单位时间的变化量超过基准值时所经过的时间与正常值进行比较，诊断所述废气净化催化剂(3)的劣化度。
3.根据权利要求1所述的用于废气净化系统的故障诊断装置，其中所述催化剂劣化诊断装置通过将从所述内燃机(1)启动时到所述物理量每单位时间的变化量超过基准值时的累积进气量与正常值进行比较，诊断所述废气净化催化剂(3)的劣化度。
4.根据权利要求2或3所述的用于废气净化系统的故障诊断装置，其中所述检测装置检测与所述废气净化催化剂后端部分附近的床温相关的物理量。
5.根据权利要求1所述的用于废气净化系统的故障诊断装置，其中所述催化剂劣化诊断装置通过对从所述内燃机(1)启动时起的预定时间段内所述物理量和初始值之差进行积分并将所述积分的结果与正常值进行比较，诊断所述废气净化催化剂(3)的劣化度。
6.根据权利要求1所述的用于废气净化系统的故障诊断装置，其中所述催化剂劣化诊断装置通过确定由所述检测装置(6)在从所述内燃机(1)启动时起的预定时间段内检测的物理量的最高值并将所确定的最高值与正常值进行比较，诊断所述废气净化催化剂(3)的劣化度。
7.根据权利要求1、2、3、5、6中任一项所述的用于废气净化系统的故障诊断装置，其中如果在所述内燃机(1)启动时所述排气通道(2)中的温度超过所述排气通道(2)中水分开始蒸发的温度，则所述催化剂劣化诊断装置不进行诊断。
8.根据权利要求1、2、3、5、6中任一项所述的用于废气净化系统的故障诊断装置，其中如果在所述内燃机(1)启动时所述物理量超过吸附在所述废气净化催化剂(3)上的水分开始脱附的温度，则所述催化剂劣化诊断装置不进行诊断。
9.根据权利要求1、2、3、5、6中任一项所述的用于废气净化系统的故障诊断装置，其中如果在所述内燃机(1)启动时所述排气通道(2)中的温度超过开始蒸发的温度并且所述物理量比开始脱附的温度高，则所述催化剂劣化诊断装置不进行诊断。
10.根据权利要求1、2、3、5、6中任一项所述的用于废气净化系统的故障诊断装置，其中如果在所述内燃机(1)启动时所述排气通道(2)中的温度比下限温度低，则所述催化剂劣化诊断装置不进行诊断。
11.根据权利要求2、3、5、6中任一项所述的用于废气净化系统的故障诊断装置，其中所述催化剂劣化诊断装置在所述内燃机(1)启动时根据所述物理量校正所述正常值。
12.根据权利要求2、3、5、6中任一项所述的用于废气净化系统的故障诊断装置，其中所述催化剂劣化诊断装置在所述内燃机(1)启动时根据所述排气通道(2)的温度校正所述正常值。
13.根据权利要求1、2、3、5、6中任一项所述的用于废气净化系统的故障诊断装置，还包括：
NOx传感器(7)，所述NOx传感器(7)检测从所述废气净化催化剂(3)中流出的废气中包含的氮氧化物的浓度；
获取装置，所述获取装置用于在所述还原剂供给装置(4、5)供给目标量的还原剂时基于由所述NOx传感器检测的NOx的量和所述还原剂的目标量获取当量比和所述废气净化催化剂(3)的NOx净化率之间的相关性，所述当量比为所述还原剂的目标量与流入所述废气净化催化剂(3)中的氮氧化物的量之比；
当量比确定装置，所述当量比确定装置用于确定由所述获取装置获取的所述相关性中NOx净化率最大时的当量比；
计算装置，所述计算装置用于基于由所述催化剂劣化诊断装置提供的诊断结果，计算所述废气净化催化剂(3)的NOx净化率最大时的当量比；和
子诊断装置，所述子诊断装置用于通过比较由所述当量比确定装置确定的当量比和由所述计算装置计算的当量比，诊断所述还原剂供给装置(4、5)的劣化或故障。
14.根据权利要求13所述的用于废气净化系统的故障诊断装置，其中如果所述子诊断装置诊断出所述还原剂供给装置(4、5)既未劣化又无故障，则所述子诊断装置通过将由所述获取装置获取的所述相关性中NOx净化率的最大值与正常值进行比较，诊断所述NOx传感器(7)的劣化或故障。
15.根据权利要求1、2、3、5、6中任一项所述的用于废气净化系统的故障诊断装置，其中所述废气净化催化剂(3)是选择性催化还原型催化剂，并且所述还原剂是脲。
16.一种用于废气净化系统的故障诊断方法，所述废气净化系统包括设置在内燃机(1)的排气通道(2)中的废气净化催化剂(3)、和将还原剂供给到在所述废气净化催化剂(3)上游流动的废气中的还原剂供给装置(4、5)，所述方法的特征在于包括：
检测与所述废气净化催化剂(3)的床温相关的物理量；和
基于在从所述内燃机(1)启动时到所述还原剂供给装置(4、5)作动时的时间段内所检测的物理量，诊断所述废气净化催化剂(3)的劣化度。
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