(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアを吸着可能であり前記アンモニアを用いて内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを還元するための選択還元触媒と、前記選択還元触媒よりも上流側の排気通路内に前記アンモニア由来の還元剤を供給する還元剤供給装置と、前記選択還元触媒よりも下流側に設けられ少なくとも前記ＮＯX及び前記アンモニアに感応する特定ガス濃度センサと、を備えた排気浄化システムに生じた異常を診断するための排気浄化システムの異常診断装置において、
前記特定ガス濃度センサのセンサ信号を読み込みガス濃度を検出するセンサ値検出手段と、
前記ガス濃度が所定の診断開始閾値以上になったとき、又は演算によって求められる前記選択還元触媒よりも下流側の推定ＮＯX濃度を前記ガス濃度から減算した差分が所定の診断開始閾値以上になったときに、前記選択還元触媒よりも下流側に設けられた通路面積絞り装置によって前記排気通路内の圧力を上昇させることにより前記選択還元触媒における前記アンモニアの吸着可能量を増大させる絞り装置制御手段と、
前記排気通路内の圧力を上昇させた後の前記ガス濃度又は前記差分に基づいて異常状態を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の異常診断装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記排気通路内の圧力を上昇させた後に前記ガス濃度又は前記差分が減少した場合には、前記排気浄化システムが前記アンモニアの流出状態にあると判定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システムの異常診断装置。
【請求項３】
前記異常診断装置は、前記差分が前記診断開始閾値以上であり、かつ、前記内燃機関が燃料噴射状態にある第１診断条件の成立を検出する第１診断条件検出手段を備え、
前記絞り装置制御手段は、前記第１診断条件が成立したときに前記排気通路内の圧力を上昇させ、
前記判定手段は、前記排気通路内の圧力を上昇させた後の前記差分が所定の第１判定用閾値未満の場合には前記排気浄化システムが前記アンモニアの流出状態にあると判定する一方、前記差分が前記第１判定用閾値以上の場合には前記排気浄化システムが前記ＮＯX浄化率の低下状態にあると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化システムの異常診断装置。
【請求項４】
前記異常診断装置は、前記ガス濃度が前記診断開始閾値以上であり、かつ、前記内燃機関が燃料無噴射状態にある第２診断条件の成立を検出する第２診断条件検出手段を備え、
前記絞り装置制御手段は、前記第２診断条件が成立したときに前記排気通路内の圧力を上昇させ、
前記判定手段は、前記排気通路内の圧力を上昇させた後の前記ガス濃度が所定の第２判定用閾値未満の場合には前記排気浄化システムが前記アンモニアの流出状態にあると判定する一方、前記ガス濃度が前記第２判定用閾値以上の場合には前記特定ガス濃度センサの異常状態にあると判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気浄化システムの異常診断装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記排気通路内の圧力を上昇させてから所定時間経過後の前記ガス濃度又は前記差分を、前記第１判定用閾値又は前記第２判定用閾値と比較することを特徴とする請求項３又は４に記載の排気浄化システムの異常診断装置。
【請求項６】
前記第１診断条件は、前記選択還元触媒が活性状態にあることを条件に含むことを特徴とする請求項３に記載の排気浄化システムの異常診断装置。
【請求項７】
アンモニアを吸着可能であり前記アンモニアを用いて内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを還元するための選択還元触媒と、前記選択還元触媒よりも上流側の排気通路内に前記アンモニア由来の還元剤を供給する還元剤供給装置と、前記選択還元触媒よりも下流側に設けられ少なくとも前記ＮＯX及び前記アンモニアに感応する特定ガス濃度センサと、を備えた排気浄化システムに生じた異常を診断するための排気浄化システムの異常診断方法において、
前記特定ガス濃度センサによって検出されるガス濃度が所定の診断開始閾値以上になったとき、又は演算によって求められる前記選択還元触媒よりも下流側の推定ＮＯX濃度を前記ガス濃度から減算した差分が所定の診断開始閾値以上になったときに、前記選択還元触媒よりも下流側に設けられた通路面積絞り装置によって前記排気通路内の圧力を上昇させることにより前記選択還元触媒における前記アンモニアの吸着可能量を増大させ、その後の前記ガス濃度又は前記差分に基づいて異常状態を判定することを特徴とする排気浄化システムの異常診断方法。
【請求項８】
アンモニアを吸着可能であり前記アンモニアを用いて内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを還元するための選択還元触媒と、前記選択還元触媒よりも上流側の排気通路内に前記アンモニア由来の還元剤を供給する還元剤供給装置と、前記選択還元触媒よりも下流側に設けられ少なくとも前記ＮＯX及び前記アンモニアに感応する特定ガス濃度センサと、を備えた排気浄化システムにおいて、
前記選択還元触媒よりも下流側の前記排気通路に備えられた通路面積絞り装置と、
前記特定ガス濃度センサによって検出されるガス濃度が所定の診断開始閾値以上になったとき、又は演算によって求められる前記選択還元触媒よりも下流側の推定ＮＯX濃度を前記ガス濃度から減算した差分が所定の診断開始閾値以上になったときに、前記通路面積絞り装置によって前記排気通路内の圧力を上昇させることにより前記選択還元触媒における前記アンモニアの吸着可能量を増大させる絞り装置制御手段と、
前記圧力を上昇させた後の前記ガス濃度又は前記差分に基づいて前記排気浄化システムの異常状態を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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化システムの異常診断装置及び異常診断方法並びに排気浄化システムに関する。特に、アンモニアを用いて排気ガス中のＮＯX（窒素酸化物）を還元する排気浄化システムの異常診断装置及び異常診断方法並びに排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には窒素酸化物（以下、「ＮＯX」と称する。）が含まれる場合が多い。このＮＯXを還元して排気ガスを浄化するための排気浄化システムとして、排気通路に備えられた選択還元触媒よりも上流側でアンモニア由来の還元剤を噴射することでアンモニアを選択還元触媒に吸着させ、選択還元触媒に流入する排気ガス中のＮＯXをアンモニアと反応させて排気ガスを浄化する排気浄化システムが知られている。
【０００３】
この種の排気浄化システムでは、選択還元触媒よりも下流側でＮＯX濃度を検出するためのセンサが設けられ、このセンサのセンサ値が所定値未満となるように還元剤の噴射制御が行われる場合がある。ところが、この種の排気浄化システムに設けられるＮＯX濃度を検出するためのセンサは、ＮＯXに加えてアンモニアに対しても感応する特性を有するものが多い。そのため、アンモニアを生成可能な還元剤を用いる排気浄化システムでは、選択還元触媒よりも下流側にアンモニアが流出した場合においてもセンサが感応してセンサ値が上昇することになる。
【０００４】
通常、還元剤の目標噴射量は、内燃機関からの排出されるＮＯXの量に応じて演算によって求められているために、ＮＯXセンサのセンサ値は許容値未満に維持される。しかしながら、排気浄化システム全体の劣化が生じると、目標噴射量に対する実噴射量のずれが大きくなったり、触媒効率が低下したりして、選択還元触媒よりも下流側のＮＯX濃度又はアンモニア濃度が許容値を超える場合がある。
【０００５】
選択還元触媒よりも下流側のＮＯX濃度が上昇している状態と、選択還元触媒よりも下流側のアンモニア濃度が上昇している状態とでは、その後に行うべき制御や対処の内容が異なる。そのため、センサ値の上昇がいずれの状態に起因するものかを特定することが必要となってくる。そこで、ＮＯXをアンモニアと反応させて排気ガスを浄化する排気浄化システムにおいて、ＮＯXセンサのセンサ値に基づいて排気浄化システムの異常状態を判定する方法が開示されている。
【０００６】
例えば、ＮＯXセンサのセンサ値に基づいて導出される実ＮＯX浄化効率が目標ＮＯX浄化効率以下の場合にアンモニアの添加量を増量補正するとともに、補正後の実ＮＯX浄化効率が補正前の実ＮＯX浄化効率を越える場合にはアンモニア量の不足と判定する一方、補正後の実ＮＯX浄化効率が補正前の実ＮＯX浄化効率以下である場合には増量添加したアンモニアがＮＯX浄化に作用していない、すなわちアンモニアスリップの可能性があると判定する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、ＮＯXセンサによって得られる実ＮＯX濃度と予め設定された適正ＮＯX濃度との差（ＮＯX濃度偏差）が所定値より大となったときに還元剤噴射量を減少させ、当該還元剤噴射量減少後のＮＯX濃度偏差が減少前のＮＯX濃度偏差よりも大となった場合にはＮＯXスリップと判定し、小となった場合にはアンモニアスリップと判定する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２９３７４３号公報（段落［００４１］〜［００４５］、図３）
【特許文献２】特開２００８−１５７１３６号公報（全文、全図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、還元剤噴射量を強制的に増量してその後のセンサ値の推移により排気浄化システムの異常状態を判定するものである。そのため、選択還元触媒よりも下流側のアンモニア濃度（以下、「下流側アンモニア濃度」と称する。）が上昇していた場合には、特許文献１に記載の方法を実施することで下流側アンモニア濃度がさらに上昇するおそれがある。
【００１０】
また、特許文献２に記載の方法は、還元剤噴射量を強制的に減量してその後のセンサ値の推移により排気浄化システムの異常状態を判定するものである。そのため、選択還元触媒の下流側のＮＯX濃度（以下、「下流側ＮＯX濃度」と称する。）が上昇していた場合には、特許文献２に記載の方法を実施することで下流側ＮＯX濃度がさらに上昇するおそれがある。
【００１１】
さらに、ＮＯXセンサのセンサ値の上昇に現れる排気浄化システムの異常状態は、下流側ＮＯX濃度や下流側アンモニア濃度の上昇の他、ＮＯXセンサのセンサ値が実際の濃度に対して大きくなるようなＮＯXセンサの異常とも考えられる。このようなＮＯXセンサの異常状態が生じているとしても、下流側ＮＯX濃度の上昇又は下流側アンモニア濃度の上昇と区別することができない。
【００１２】
そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、気体（排気ガス）の圧力が大きくなるにつれてアンモニアの吸着可能量が増大する性質を選択還元触媒が有していることに着目し、検出されるガス濃度が所定の診断開始閾値以上になったとき、又は演算によって推定される下流側ＮＯX濃度をガス濃度から減算した差分が所定の診断開始閾値以上になったときに通路面積絞り装置によって排気圧力を上昇させ、その後のガス濃度又は差分に基づいて異常状態を判定することによりこのような問題を解決することができることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、下流側ＮＯX濃度あるいは下流側アンモニア濃度を著しく上昇させることなく排気浄化システムの異常状態を判定することができる排気浄化システムの異常診断装置及び異常診断方法並びに排気浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、アンモニアを吸着可能でありアンモニアを用いて内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを還元するための選択還元触媒と、選択還元触媒よりも上流側の排気通路内にアンモニア由来の還元剤を供給する還元剤供給装置と、選択還元触媒よりも下流側に設けられ少なくともＮＯX及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサと、を備えた排気浄化システムに生じた異常を診断するための排気浄化システムの異常診断装置において、特定ガス濃度センサのセンサ信号を読み込みガス濃度を検出するセンサ値検出手段と、ガス濃度が所定の診断開始閾値以上になったとき、又は演算によって求められる選択還元触媒よりも下流側の推定ＮＯX濃度をガス濃度から減算した差分が所定の診断開始閾値以上になったときに、選択還元触媒よりも下流側に設けられた通路面積絞り装置によって排気通路内の圧力を上昇させることにより選択還元触媒におけるアンモニアの吸着可能量を増大させる絞り装置制御手段と、排気通路内の圧力を上昇させた後のガス濃度又は差分に基づいて異常状態を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の異常診断装置が提供され、上述した課題を解決することができる。
【００１４】
また、本発明の排気浄化システムの異常診断装置を構成するにあたり、判定手段は、排気通路内の圧力を上昇させた後にガス濃度又は差分が減少した場合には、排気浄化システムがアンモニアの流出状態にあると判定することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の排気浄化システムの異常診断装置を構成するにあたり、異常診断装置は、差分が診断開始閾値以上であり、かつ、内燃機関が燃料噴射状態にある第１診断条件の成立を検出する第１診断条件検出手段を備え、絞り装置制御手段は、第１診断条件が成立したときに排気通路内の圧力を上昇させ、判定手段は、排気通路内の圧力を上昇させた後の差分が所定の第１判定用閾値未満の場合には排気浄化システムがアンモニアの流出状態にあると判定する一方、差分が第１判定用閾値以上の場合には排気浄化システムがＮＯX浄化率の低下状態にあると判定することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の排気浄化システムの異常診断装置を構成するにあたり、異常診断装置は、ガス濃度が診断開始閾値以上であり、かつ、内燃機関が燃料無噴射状態にある第２診断条件の成立を検出する第２診断条件検出手段を備え、絞り装置制御手段は、第２診断条件が成立したときに排気通路内の圧力を上昇させ、判定手段は、排気通路内の圧力を上昇させた後のガス濃度が所定の第２判定用閾値未満の場合には排気浄化システムがアンモニアの流出状態にあると判定する一方、ガス濃度が第２判定用閾値以上の場合には特定ガス濃度センサの異常状態にあると判定することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の排気浄化システムの異常診断装置を構成するにあたり、判定手段は、排気通路内の圧力を上昇させてから所定時間経過後のガス濃度又は差分を、第１判定用閾値又は第２判定用閾値と比較することが好ましい。
【００１８】
また、本発明の排気浄化システムの異常診断装置を構成するにあたり、第１診断条件は、選択還元触媒が活性状態にあることを条件に含むことが好ましい。
【００１９】
また、本発明の別の態様は、アンモニアを吸着可能でありアンモニアを用いて内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを還元するための選択還元触媒と、選択還元触媒よりも上流側の排気通路内にアンモニア由来の還元剤を供給する還元剤供給装置と、選択還元触媒よりも下流側に設けられ少なくともＮＯX及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサと、を備えた排気浄化システムに生じた異常を診断するための排気浄化システムの異常診断方法において、特定ガス濃度センサによって検出されるガス濃度が所定の診断開始閾値以上になったとき、又は演算によって求められる選択還元触媒よりも下流側の推定ＮＯX濃度をガス濃度から減算した差分が所定の診断開始閾値以上になったときに、選択還元触媒よりも下流側に設けられた通路面積絞り装置によって排気通路内の圧力を上昇させることにより選択還元触媒におけるアンモニアの吸着可能量を増大させ、その後のガス濃度又は差分に基づいて異常状態を判定することを特徴とする排気浄化システムの異常診断方法である。
【００２０】
また、本発明のさらに別の態様は、アンモニアを吸着可能でありアンモニアを用いて内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを還元するための選択還元触媒と、選択還元触媒よりも上流側の排気通路内にアンモニア由来の還元剤を供給する還元剤供給装置と、選択還元触媒よりも下流側に設けられ少なくともＮＯX及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサと、を備えた排気浄化システムにおいて、選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられた通路面積絞り装置と、特定ガス濃度センサによって検出されるガス濃度が所定の診断開始閾値以上になったとき、又は演算によって求められる選択還元触媒よりも下流側の推定ＮＯX濃度をガス濃度から減算した差分が所定の診断開始閾値以上になったときに、通路面積絞り装置によって排気通路内の圧力を上昇させることにより選択還元触媒におけるアンモニアの吸着可能量を増大させる絞り装置制御手段と、圧力を上昇させた後のガス濃度又は差分に基づいて排気浄化システムの異常状態を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である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の排気浄化システムの異常診断装置及び異常診断方法並びに排気浄化システムによれば、ガス濃度が診断開始閾値以上になったとき、又はガス濃度から推定ＮＯX濃度を減算した差分が診断開始閾値以上になったときに、選択還元触媒が配置された領域の排気圧力を上昇させることで選択還元触媒の吸着可能量を増大させ、その後のガス濃度又はガス濃度の差分に基づいて排気浄化システムの異常状態が診断される。このとき、内燃機関の燃料噴射状態、すなわち、排気ガス中にＮＯXが含まれるとともに還元剤が噴射されている状態でこのような制御を実施すれば、特定ガス濃度センサがアンモニアに感応していた場合には、流出していたアンモニアの一部が選択還元触媒に吸着されるためにガス濃度の差分は小さくなる。一方、特定ガス濃度センサがＮＯXに感応していた場合には、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着割合が一旦低下するとともに触媒効率が変動する場合があるものの、吸着割合が徐々に増大するにつれて触媒効率が安定し、排気圧力上昇前のガス濃度の差分と同程度の値を示すようになる。したがって、下流側アンモニア濃度又は下流側ＮＯX濃度をさらに上昇させることなく、排気浄化システムの異常状態を診断することができる。
【００２２】
また、内燃機関の燃料無噴射状態、すなわち、排気ガス中にＮＯXが含まれず還元剤の噴射も停止している状態でこのような制御を実施すれば、特定ガス濃度センサがアンモニアに感応していた場合には、流出していたアンモニアの一部が選択還元触媒に吸着されるためにガス濃度が低下する。一方、特定ガス濃度センサが実際の濃度よりも大きい値を示していた場合には、ガス濃度はほぼ変動しない。したがって、下流側アンモニア濃度又は下流側ＮＯX濃度をさらに上昇させることなく、排気浄化システムの異常状態を診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる排気浄化システムの構成例を示す図である。
【図２】触媒温度と吸着可能量との関係、及び吸着割合と触媒効率との関係を示す図である。
【図３】排気圧力と選択還元触媒の吸着可能量との関係を示す図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる異常診断装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】還元剤の目標噴射量の演算方法の一例を説明するための図である。
【図６】アンモニア流出状態及びＮＯX流出状態それぞれにおける通路面積を絞る前後にわたる検出ガス濃度と推定下流側ＮＯX濃度との差分の推移を示す図である。
【図７】異常診断方法を説明するためのフローチャート図である。
【図８】第１診断条件成立の検出方法の一例を示すフローチャート図である。
【図９】アンモニアの流出又はＮＯXの流出の判定方法の一例を示すフローチャート図である。
【図１０】第２の実施の形態にかかる異常診断装置の構成例を示すブロック図である。
【図１１】アンモニア流出状態及びＮＯXセンサの異常状態それぞれにおける通路面積を絞る前後にわたる検出ガス濃度の推移を示す図である。
【図１２】第２診断条件成立の検出方法の一例を示すフローチャート図である。
【図１３】アンモニアの流出又はＮＯXセンサの異常の判定方法の一例を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の排気浄化システムの異常診断装置及び異常診断方法並びに排気浄化システムに関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、以下の実施の形態は、本発明の一態様を示すものであって本発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
【００２５】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態は、演算によって推定される下流側ＮＯX濃度を特定ガス濃度センサによって検出されるガス濃度から減算した差分が所定の診断開始閾値以上になっている場合に、その原因がＮＯXの流出状態又はアンモニアの流出状態のいずれであるかを判定するものとして構成されている。
【００２６】
１．全体的構成
まず、本発明の第１の実施の形態にかかる排気浄化システムの全体的構成について説明する。
図１は、排気通路１１中に備えられた選択還元触媒１３よりも上流側で還元剤としての尿素水溶液を噴射し、尿素水溶液から生成されるアンモニアを用いて排気ガス中に含まれるＮＯXを選択還元触媒１３において選択的に還元浄化する排気浄化システム１０の構成例を示している。この排気浄化システム１０は、選択還元触媒１３と、還元剤供給装置４０と、通路面積絞り装置２０と、制御装置３０とを主たる要素として備えている。還元剤供給装置４０及び通路面積絞り装置２０は制御装置３０によって制御が行われる。還元剤は尿素水溶液に限られず、アンモニア水等、選択還元触媒１３にアンモニアを供給できるものであればよい。
【００２７】
選択還元触媒１３よりも上流側には温度センサ２６が設けられているとともに、選択還元触媒１３よりも下流側には温度センサ２７及びＮＯXセンサ１５が設けられている。このうち上流側温度センサ２６及び下流側温度センサ２７は排気温度の検出や触媒温度の推定に用いられるものであるが、演算によって推定するように構成されていてもよい。また、ＮＯXセンサ１５は、特定ガス濃度センサとして、主として排気ガス中のＮＯX濃度を検出するために用いられる。本実施形態のＮＯXセンサは、その構造上、ＮＯXに加えてアンモニアに対しても感応する特性を有している。そのため、選択還元触媒１３の下流側にアンモニアが流出するような場合においては、ＮＯXセンサ１５はこのアンモニアにも感応する。
【００２８】
選択還元触媒１３は、還元剤としての尿素水溶液が加水分解して生成されるアンモニアを吸着し、流入する排気ガス中のＮＯXとアンモニアとの還元反応を促進する触媒として構成されている。選択還元触媒１３は、例えばゼオライト系の触媒が用いられる。このような選択還元触媒１３は、図２（ａ）に示すように、触媒温度Tcatが高くなるにつれてアンモニアの吸着可能量Vmaxが減少する特性を有するとともに、図２（ｂ）に示すように、吸着可能量Vmaxに対する吸着割合Rが大きいほど、触媒効率ηが高くなる特性を有している。また、選択還元触媒１３は、触媒温度Tcatが活性温度Tcat0を超えるときに高い触媒効率ηを発揮する特性を有している。
【００２９】
さらに、選択還元触媒１３は、図３に示すように、選択還元触媒１３が配置された領域の圧力、すなわち排気圧力Pが高いほど吸着可能量Vmaxが増大する特性を有している。この特性は、下記式（１）に示されるラングミュアー（Langmuir）の吸着等温式によって説明される。
【００３０】
Ｖ=ａ×ｂ×ｐ／（１＋ｂ×ｐ）  …（１）
Ｖ：吸着量
ａ：比例定数
ｂ：吸着速度定数K／脱離速度定数K’
ｐ：排気圧力
【００３１】
上記式（１）によれば、ｂの値が小さいほど、すなわち、触媒温度Tcatの高温状態にあり、吸着速度定数Kに対して脱離速度定数K’が大きくなりやすいときほど、排気圧力Pの変化量に対する吸着可能量Vmaxの変動量が大きくなり、排気圧力Pを上昇させることによる吸着可能量Vmaxの増大効果がより大きく得られることが理解される。
【００３２】
２．還元剤供給装置
還元剤供給装置４０は、還元剤噴射弁４３と、貯蔵タンク４１と、圧送ポンプ４２とによって構成されている。圧送ポンプ４２と貯蔵タンク４１とは第１の供給通路４４によって接続され、圧送ポンプ４２と還元剤噴射弁４３とは第２の供給通路４５によって接続されている。
【００３３】
圧送ポンプ４２は代表的には電動ポンプが用いられ、貯蔵タンク４１内の還元剤を吸い上げて還元剤噴射弁４３に圧送する。また、還元剤噴射弁４３は、選択還元触媒１３よりも上流側の排気通路１１に設けられ、例えば通電制御により開閉制御が行われる還元剤噴射弁が用いられる。
【００３４】
還元剤供給装置４０の構成は、上述のような還元剤噴射弁４３から直接排気通路１１内に還元剤を噴射する構成以外にも、例えば、高圧エアを用いて還元剤を霧状にした上で排気通路１１内に供給するエアアシスト式の構成であってもよい。
【００３５】
３．通路面積絞り装置
選択還元触媒１３よりも下流側に設けられた通路面積絞り装置２０は、排気ガスの通過面積を絞ることによってそれよりも上流側の排気圧力Pを上昇させるために用いられる。特に、選択還元触媒１３が配置された領域の排気圧力Pを上昇させることが目的とされる。この通路面積絞り装置２０は、内燃機関５に備えられる排気バルブと同様の構成を有するバタフライ弁が用いられている。ただし、排気通路１１の面積を可変とすることができる手段であれば通路面積絞り装置２０の構成は特に制限されるものではなく、例えば排気シャッター等によって構成することができる。
【００３６】
図１に示す排気浄化システム１０では、ＮＯXセンサ１５よりも下流側の排気通路１１に通路面積絞り装置２０が設けられているが、排気圧力Pを上昇させる目的を達成可能であれば、選択還元触媒１３よりも下流側であってＮＯXセンサ１５よりも上流側の排気通路１１に設けられていてもよい。
【００３７】
４．制御装置
図４は、排気浄化システム１０に備えられた制御装置３０の構成のうち、異常状態の診断制御に関する部分を機能的なブロックで表した構成例を示している。つまり、制御装置３０が本発明の排気浄化システムの異常診断装置として構成される。
この制御装置３０は、センサ値検出手段３１と、還元剤噴射制御手段３２と、上流側ＮＯX濃度演算手段３３と、下流側ＮＯX濃度推定手段３４と、診断条件検出手段３５と、絞り装置制御手段３６と、判定手段３７とを主要な構成要素として備えている。制御装置３０は主として公知のマイクロコンピュータによって構成され、各手段は、具体的にはマイクロコンピュータによるプラグラムの実行によって実現される。また、制御装置３０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶手段を備えており、種々の情報が記憶される。
【００３８】
（１）センサ値検出手段
センサ値検出手段３１は、ＮＯXセンサ１５のセンサ情報を読み込み、ガス濃度Snoxを検出するように構成されている（以下、このガス濃度を「検出ガス濃度」と称する。）。すでに述べたとおり、この検出ガス濃度Snoxは基本的には下流側ＮＯX濃度として認識されるが、実際にはアンモニア濃度を示している場合がある。
【００３９】
（２）還元剤噴射制御手段
還元剤噴射制御手段３２は、還元剤供給装置４０を構成する圧送ポンプ４２及び還元剤噴射弁４３の駆動制御を行うように構成されている。具体的に、還元剤噴射制御手段３２は、還元剤噴射弁４３に供給される還元剤の圧力が所定値に維持されるように圧送ポンプ４２の制御を行うようになっている。また、還元剤噴射制御手段３２は、選択還元触媒１３に供給すべきアンモニアの要求量を求めるとともに当該要求量相当のアンモニアが生成されるような還元剤の目標噴射量Qudtgtを算出し、この目標噴射量Qudtgtに基づいて還元剤噴射弁４３の通電制御を行うようになっている。
【００４０】
また、目標噴射量Qudtgtの演算においては、選択還元触媒１３における現在のアンモニアの推定吸着量Vestが得られるようになっており、還元剤噴射制御手段３２は、現在の吸着可能量Vmaxに対する吸着割合Rを演算する機能も兼ね備えている。
【００４１】
図５は、本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた制御装置３０の還元剤噴射制御手段３２による還元剤の目標噴射量Qudtgtの演算処理の一例を概念的に表した図である。以下の目標噴射量Qudtgtの演算処理は所定の噴射サイクルごとに実行されるものである。
【００４２】
この例では、まず、触媒温度Tcatに応じて還元剤の吸着可能量Vmaxをマップ計算し、この吸着可能量Vmaxに対して目標吸着割合Rtgtを乗じることでアンモニアの目標吸着量Vtgtが求められる。その後、前回の目標噴射量演算時に求められている選択還元触媒１３における現在のアンモニアの推定吸着量Vestを目標吸着量Vtgtから減算することで、目標吸着量Vtgtに対して過不足のアンモニア量ΔVが算出されるとともに、過不足のアンモニア量ΔVに応じたアンモニアの流量が求められる。現在のアンモニアの推定吸着量Vestは、各噴射サイクルにおける過不足のアンモニア量ΔVの積分値として求められる。
【００４３】
これと並行して、ＮＯXセンサや演算によって求められる現在の排気ガス中のＮＯXの流量等に基づいて、このＮＯXを１００％還元できると仮定した場合のアンモニアの流量が求められる。ＮＯXの流量は例えば排気ガスの流量に選択還元触媒１３の上流側でのＮＯX濃度を乗じて求めることができる。その後、求められたアンモニアの流量に対して、選択還元触媒１３における現在のアンモニアの推定吸着量Vestに応じた触媒効率ηを乗じて、現在流れている排気ガス中のＮＯXを還元するためのアンモニアの流量が求められる。
【００４４】
推定吸着量Vestに応じた触媒効率η（％）はマップ計算によって求めることができる。制御装置３０には、触媒温度Tcatとアンモニアの吸着割合Rとに基づいて触媒効率η（％）が求められるようにデータマップmapがあらかじめ格納されている。アンモニアの吸着割合Rは、吸着可能量Vmaxに対する推定吸着量Vestの割合として求められる。
【００４５】
ただし、触媒効率η（％）の推定方法はこのような方法に限られず、触媒温度Tcat、選択還元触媒１３におけるアンモニアの推定吸着量Vest、排気ガスの流量Fgas、選択還元触媒１３の上流側でのＮＯX濃度、上流ＮＯ濃度と上流ＮＯ2濃度との比率、選択還元触媒１３の劣化度合い等を考慮して、触媒効率ηをモデル化することもできる。
【００４６】
それぞれ算出された過不足のアンモニア量ΔVに応じたアンモニアの流量と、排気ガス中のＮＯXを還元するためのアンモニアの流量とを加算することにより、新たに供給すべきアンモニアの要求流量が算出された後、この供給すべき要求流量のアンモニアを生成することができる還元剤の量が算出される。この還元剤の量が還元剤の要求噴射量Qudtgt’に相当する。
【００４７】
その後、検出ガス濃度Snoxと所定の許容ガス濃度Smaxとの差分ΔS、及び、後述の判定手段３７による判定結果の情報に基づく演算処理によってフィードバック補正係数αが求められ、このフィードバック補正係数αを要求噴射量Qudtgt’に乗じることにより目標噴射量Qudtgtが算出される。還元剤噴射制御手段３２は、この目標噴射量Qudtgtに基づいて還元剤噴射弁４３の通電制御を実行するようになっている。
【００４８】
このように還元剤の目標噴射量Qudtgtを求めるにあたり、判定結果の情報は、ＮＯXセンサ１５による検出ガス濃度Snoxが、下流側アンモニア濃度を示しているのか、あるいは下流側ＮＯX濃度を示しているのかを判別するために用いられる。
【００４９】
具体的に説明すると、検出ガス濃度Snoxと許容ガス濃度Smaxとの差分ΔSに基づくフィードバック制御による要求噴射量Qudtgt’の補正が、ＮＯXセンサ１５による検出ガス濃度Snoxが下流側ＮＯX濃度を示していることを前提として行われると、選択還元触媒１３の下流側にアンモニアが流出している状態においては、下流側アンモニア濃度をさらに上昇させることになる。
【００５０】
そのために、本実施形態の制御装置３０では、判定手段３７において、選択還元触媒１３の下流側にアンモニアが流出する状態となっていないか、あるいは、比較的大流量のＮＯXが流出する状態となっていないかを判定するように構成されている。還元剤噴射制御手段３２は、その判定結果の情報を受け取って、検出ガス濃度Snoxが下流側アンモニア濃度を示しているのか、あるいは下流側ＮＯX濃度を示しているのかを判別するように構成されている。
【００５１】
例えば、アンモニアが流出する異常状態が生じている場合には、検出ガス濃度Snoxが下流側アンモニア濃度を示しているものと判別されて、還元剤の噴射量が減少するように許容ガス濃度Smaxと検出ガス濃度Snoxとの差分ΔSに基づくフィードバック制御が行われる。一方、ＮＯXが流出する異常状態が生じている場合には、検出ガス濃度Snoxが下流側ＮＯX濃度を示しているものと判別されて、還元剤の噴射量が増加するように許容ガス濃度Smaxと検出ガス濃度Snoxとの差分ΔSに基づくフィードバック制御が行われる。
【００５２】
ただし、目標噴射量Qudtgtの演算方法は上述した例に限られるものではなく、種々の方法を採用することができる。また、推定吸着量Vestの演算方法についても上述した例に限られるものではなく、目標噴射量Qudtgtの演算とは別に求めるようにしてもよい。
【００５３】
（３）上流側ＮＯX濃度演算手段
上流側ＮＯX濃度演算手段３３は、選択還元触媒１３よりも上流側におけるＮＯX濃度（以下「上流側ＮＯX濃度」と称する。）Nupを求めるように構成されている。具体的な方法としては、選択還元触媒１３よりも上流側にＮＯXセンサを設けて検出する方法や、内燃機関５の運転状態に基づいて計算によって推定する方法が挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００５４】
（４）下流側ＮＯX濃度推定手段
下流側ＮＯX濃度推定手段３４は、演算によって推定下流側ＮＯX濃度Nestを求めるように構成されている。推定下流側ＮＯX濃度Nestの演算方法は特に限定されるものではなく、種々の演算によって実行することができる。例えば、上流側ＮＯX濃度Nup、排気ガスの流量Fgas、触媒温度Tcat、触媒効率η等をそれぞれ検出ないしは演算によって求め、これらの情報に基づいて選択還元触媒１３で浄化しきれないＮＯXの流量を算出することによって、推定下流側ＮＯX濃度Nestを求めることができる。ただし、還元剤供給装置４０による還元剤の実噴射量と目標噴射量Qudtgt（Qudtgt’）とのずれや触媒劣化等による触媒効率ηのずれなどが生じている場合には、推定下流側ＮＯX濃度Nestと、ＮＯXセンサ１５を用いて検出される検出ガス濃度Snoxとにずれが生じる。
【００５５】
（５）診断条件検出手段
診断条件検出手段３５は、排気浄化システム１０が異常状態の診断を行う制御を実行可能な状態を検出するように構成されている。診断条件検出手段３５は、このような状態が検出されているときに、絞り装置制御手段３６及び判定手段３７に対して診断開始信号を送るようになっている。
【００５６】
本実施形態の制御装置３０は、現在の排気浄化システム１０が選択還元触媒１３の下流側にＮＯXが流出しやすい状態にあるのか、あるいは、アンモニアが流出しやすい状態にあるのかを判定できるように構成されている。そのため、診断条件検出手段３５は、検出ガス濃度Snoxから推定下流側ＮＯX濃度Nestを減算した差分ΔNが所定の第１診断開始閾値ΔN0以上になっていること、及び、上流側ＮＯX濃度Nupがゼロでないこと、を含む第１診断条件を検出するようになっている。
【００５７】
差分ΔNが第１診断開始閾値ΔN0以上になっていることとは、すなわち、本来所定値以下となるように制御が行われる検出ガス濃度Snoxの値が過上昇している状態にあることを意味している。差分ΔNと比較される第１診断開始閾値ΔN0は、許容される下流側ＮＯX濃度あるいは下流側アンモニア濃度の値を考慮して、適宜設定することができる。
【００５８】
また、上流側ＮＯX濃度Nupがゼロでないこととは、すなわち、内燃機関５では燃料噴射が行われ、排気ガス中にＮＯXが含まれる状態にあることを意味している。ただし、そのような状態を検出できるのであれば、異なる条件となっていても構わない。例えば、内燃機関５の燃料噴射量や還元剤の噴射量がゼロでないことを条件とすることもできる。
【００５９】
また、本実施形態では、さらに触媒温度Tcatが活性温度Tcat0より高いことも第１診断条件に含まれている。すなわち、通路面積を絞って排気圧力Pを上昇させた場合に、吸着可能量Vmaxの増大効果を得やすい状態であることが条件となっている。第１診断条件にこの触媒温度Tcatの条件を加えることにより、例えば選択還元触媒１３よりも下流側にアンモニアが流出している場合において排気圧力Pを上昇させたときにアンモニアの流出を確実に減少させることができるため、選択還元触媒１３の下流側にＮＯXが流出していると誤判定されるおそれを低減することができる。
【００６０】
また、第１診断条件に触媒温度Tcatの条件を加えることにより、確実に吸着可能量Vmaxの増大効果が得られる状態においてのみ、排気圧力Pを上昇させる制御が実行されるようになるため、内燃機関５への負荷を必要以上に増大させることが防止される。
【００６１】
（６）絞り装置制御手段
絞り装置制御手段３６は、選択還元触媒１３よりも下流側に備えられている通路面積絞り装置２０の制御を行うように構成されている。本実施形態では、診断条件検出手段３５から診断開始信号を受け取ったときに通路面積を絞るようになっている。通路面積が絞られると、選択還元触媒１３が配置された領域の排気圧力Pが上昇して、選択還元触媒１３の吸着可能量Vmaxが増大する。また、絞り装置制御手段３６は、通路面積を絞った後においては、判定手段３７から送られる判定終了信号を検知したときに、通路面積を元に戻すようになっている。
【００６２】
本実施形態の例では、通路面積が絞られた状態と絞られていない状態のいずれかの状態となるように通路面積の切換えが行われるように構成されているが、さらに複数の段階で排気通路の面積が切換えられるようになっていてもよい。ただし、この場合には、それぞれの通路面積に応じた吸着可能量Vmaxのデータマップ等をあらかじめ記憶させておく必要がある。
【００６３】
（７）判定手段
判定手段３７は、診断条件検出手段３５から診断開始信号を受け取った後に検出される検出ガス濃度Snoxと推定下流側ＮＯX濃度Nestとの差分ΔNに基づいて、排気システム１０の異常状態を判定するように構成されている。本実施形態において、判定手段３７は、診断開始信号を受け取った後に求められる差分ΔNを第１判定用閾値ΔN1と比較するように構成されている。そして、差分ΔNが第１判定用閾値ΔN1未満である場合には選択還元触媒１３の下流側にアンモニアが流出している状態にあると判定する一方、差分ΔNが第１判定用閾値ΔN1以上である場合には選択還元触媒１３の下流側にＮＯXが流出している状態にあると判定するようになっている。判定結果は、検出ガス濃度Snoxが下流側アンモニア濃度を示しているのか、あるいは下流側ＮＯX濃度を示しているのかを判別するために用いられる。
【００６４】
図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれアンモニア又はＮＯXが流出している状態で通路面積を絞ったときの検出ガス濃度Snoxの推移を示している。ただし、理解を容易にするために、上流側ＮＯX濃度Nup、排気ガスの流量Fgas、触媒温度Tcatは一定であるものとし、推定下流側ＮＯX濃度Nestが一定の値を示すようになっている。
【００６５】
図６（ａ）はアンモニアが流出している状態での検出ガス濃度Snoxの推移を示している。すなわち、検出ガス濃度Snoxは下流側アンモニア濃度を示している。この場合には、通路面積が絞られて選択還元触媒１３の吸着可能量Vmaxが増大することによって、選択還元触媒１３に吸着されるアンモニアが増えるために、流出するアンモニアが減少している。そのため、通路面積が絞られることによって検出ガス濃度Snoxは徐々に減少し始め、所定時間の経過後には、検出ガス濃度Snoxと推定下流側ＮＯX濃度Nestとの差分ΔNが小さくなった状態で安定している。
【００６６】
図６（ｂ）はＮＯXが流出している状態での検出ガス濃度Snoxの推移を示している。すなわち、検出ガス濃度Snoxは下流側ＮＯX濃度を示している。この場合には、選択還元触媒１３に流入するほぼすべてのアンモニアが吸着されている状態であるため、通路面積が絞られて選択還元触媒１３の吸着可能量Vmaxが増大することによって、アンモニアの吸着割合が一旦減少し、触媒効率ηも一旦低下している。そのため、選択還元触媒１３よりも下流側に流出するＮＯX流量が増えて検出ガス濃度Snoxが一旦上昇している。ただし、触媒効率ηの低下に伴って還元反応に用いられるアンモニアの消費量が減少することから、選択還元触媒１３に吸着されるアンモニアの量が徐々に増加し、触媒効率ηが上昇に転じることによって検出ガス濃度Snoxが減少に転じている。その結果、所定時間の経過後には触媒効率ηが安定し、検出ガス濃度Snoxと推定下流側ＮＯX濃度Nestとの差分ΔNは、アンモニアが流出している状態のときよりも大きい状態で安定している。
【００６７】
なお、図６（ｂ）はＮＯXが流出している状態での検出ガス濃度Snoxの推移の一例を示すものである。内燃機関５の運転状態や選択還元触媒１３のアンモニア吸着特性、選択還元触媒１３の目標吸着量Vtgtの設定のしかたによっては、通路面積が絞られることで触媒効率ηが一旦上昇する場合もあり得る。
【００６８】
ここで、下流側アンモニア濃度は比較的緩やかに変化するために、本実施形態において、判定手段３７は診断開始信号を受け取ってから所定時間が経過して安定状態となった差分ΔNの値を第１判定用閾値ΔN1と比較して異常状態を判定するようになっている。誤判定を避けるためには、第１判定用閾値ΔN1は、少なくとも第１診断条件としての第１診断開始閾値ΔN0以下の値に設定することが好ましい。第１判定用閾値ΔN1を第１診断条件としての第１診断開始閾値ΔN0と同じ値にすることもできるが、通路面積が絞られて排気圧力Pが上昇することによる吸着可能量Vmaxの増大の程度に応じた値に設定することもできる。
【００６９】
吸着可能量Vmaxの増大の程度が大きければ、アンモニアが流出している場合における流出量の減少度合いが大きい一方、吸着可能量Vmaxの増大の程度が小さければ、アンモニアが流出している場合における流出量の減少度合いは小さい。したがって、排気圧力Pの上昇の程度が大きいほど、アンモニアが流出している場合の差分ΔNは小さくなるため、第１判定用閾値ΔN1を相対的に小さい値に設定することができるようになる。第１診断条件としての第１診断開始閾値ΔN0と同じ値ではなく、排気圧力Pの上昇の程度に応じた第１判定用閾値ΔN1を用いるようにすれば、通路面積を絞った後の差分ΔNに基づいて、異常状態の切り分けをすることが容易になる。
【００７０】
また、本実施形態において、判定手段３７は、診断開始信号を受け取ってから所定時間が経過して安定状態となった差分ΔNの値を第１判定用閾値ΔN1との比較に用いるようになっている。そのため、変動中である差分ΔNの値が第１判定用閾値ΔN1と比較されることによって、異常状態が誤判定されるおそれが低減される。診断開始信号を受け取ってから差分ΔNの値が安定するまでの所定時間はあらかじめ実験等により求めることができ、例えば１〜２分程度に設定される。あるいは、所定時間は触媒効率η等に応じて変動する可変値であってもよい。また、所定時間の計測を開始する基準は、診断開始信号を受け取ったときでなく、通路面積を絞る制御が実行されたときであってもよい。
【００７１】
判定手段３７は、異常状態の判定を終了すると、絞り装置制御手段３６に対して判定終了信号を送るとともに、異常状態の判定結果の情報を還元剤噴射制御手段３２に送信する。
なお、排気浄化システム１０が、アンモニアが流出する異常状態又はＮＯXが流出する異常状態のいずれの状態にあるかを判定するにあたり、一回の判定結果をもとに異常状態を確定してもよいが、所定回数連続して同じ判定結果が得られたときに異常状態を確定するようにすることもできる。このように構成することにより、異常状態を誤判定するおそれを低減することができる。
【００７２】
５．異常診断方法
次に、本実施形態の排気浄化システム１０の制御装置３０によって行われる異常診断方法の一例を、図７〜図９のフローチャートに基づいて具体的に説明する。
【００７３】
まず、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１で診断開始条件の成立が検出される。図８は、第１診断条件の成立を検出するためのフローの一例を示している。図８において、ステップＳ１１では、ＮＯXセンサ１５を用いて求められる検出ガス濃度Snoxや、温度センサ２６、２７を用いて求められる触媒温度Tcat、内燃機関５の運転状態から推定される排気ガスの流量Fgas、上流側ＮＯX濃度Nup、選択還元触媒１３における現在のアンモニアの推定吸着量Vest、触媒効率η等を読込ないし検出する。
【００７４】
次いで、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で得られた情報に基づいて、推定下流側ＮＯX濃度Nestを算出する。次いで、ステップＳ１３では、検出ガス濃度Snoxから推定下流側ＮＯX濃度Nestを減算した差分ΔNの値が、第１診断開始閾値ΔN0以上になっているか否かの判別を行う。差分ΔNが第１診断開始閾値ΔN0以上になっている場合には、ステップＳ１４に進み、上流側ＮＯX濃度Nupがゼロでないかの判別を行う。上流側ＮＯX濃度Nupがゼロでない場合には、さらにステップＳ１５に進み、触媒温度Tcatが活性温度Tcat0以上になっているか否かの判別を行う。
【００７５】
ステップＳ１３において差分ΔNが第１診断開始閾値ΔN0未満になっているか、又はステップＳ１４において上流側ＮＯX濃度Nupがゼロであるか、さらにステップＳ１５において触媒温度Tcatが活性温度Tcat0未満になっている場合には、第１診断条件が成立していないためにステップＳ１１に戻る。一方、ステップＳ１３〜ステップＳ１５の条件をすべて満たしている場合には、ステップＳ１６で第１診断条件が成立したと判定し、図７のステップＳ２へ進む。
【００７６】
ステップＳ２では、通路面積絞り装置２０の駆動制御が行われ、排気ガスの通過面積を絞る制御が実行される。その結果、選択還元触媒１３が配置された領域の排気圧力Pは上昇しはじめる。
【００７７】
次いで、ステップＳ３では、排気浄化システム１０がアンモニアの流出状態にあるのか、あるいはＮＯXの流出状態にあるのかの判定が行われる。図９は、異常状態の判定を行うためのフローの一例を示している。図９においては、まず、図８のステップＳ１１〜Ｓ１２と同様に、ステップＳ２１で検出ガス濃度Snoxや触媒温度Tcat、排気ガスの流量Fgas、上流側ＮＯX濃度Nup、アンモニアの推定吸着量Vest、触媒効率ηを読込ないし検出するとともに、ステップＳ２２で推定下流側ＮＯX濃度Nestを算出する。
【００７８】
次いで、ステップＳ２３では上流側ＮＯX濃度Nupがゼロでない状態が継続しているかを判別する。上流側ＮＯX濃度Nupがゼロになっている場合には、アンモニアの流出状態かＮＯXの流出状態かの判定を正確に行うことができないために診断を中止する。一方、上流側ＮＯX濃度Nupがゼロでない状態が継続している場合にはステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、第１診断条件の成立から所定時間が経過したか否かを判別し、所定時間経過前であればステップＳ２１に戻る一方、所定時間を経過したときにステップＳ２５に進む。
【００７９】
ステップＳ２５では、検出ガス濃度Snoxから推定下流側ＮＯX濃度Nestを減算した差分ΔNが第１判定用閾値ΔN1未満であるか否かを判別し、差分ΔNが第１判定用閾値ΔN1未満である場合にはステップＳ２６で排気浄化システム１０がアンモニアの流出状態にあると判定する一方、差分ΔNが第１判定用閾値ΔN1以上である場合にはステップＳ２７で排気浄化システム１０がＮＯXの流出状態にあると判定した後、ステップＳ２８に進む。異常状態の判定が終了して進んだステップＳ２８では、通路面積絞り装置２０によって排気ガスの通過面積がもとに戻される。
【００８０】
このように、排気浄化システム１０に生じている異常状態の判定を実施することによって、下流側アンモニア濃度又は下流側ＮＯX濃度を大幅に上昇させることなく、検出ガス濃度Snoxの過上昇がアンモニアの流出によるものであるか、あるいは、ＮＯXの流出によるものであるかを判定することができる。また、検出ガス濃度Snoxが下流側アンモニア濃度であるのか下流側ＮＯX濃度であるのかが判別できれば、検出ガス濃度Snoxを用いた目標噴射量Qudtgtのフィードバック制御が正確に行われ、選択還元触媒１３の下流側へのアンモニア又はＮＯXの多大な流出が低減される。
【００８１】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態にかかる排気浄化システムの異常診断装置及び異常診断方法並びに排気浄化システムは、ＮＯXセンサの異常又はアンモニアの流出状態のうちのいずれかの異常状態が生じているかを判定するものである。本実施形態の排気浄化システムの全体的な構成は第１の実施の形態の排気浄化システムと同様である一方、制御装置の構成及び制御装置によって実施される制御内容が第１の実施の形態の制御装置とは異なっている。以下、本実施形態の排気浄化システムの異常診断装置及び異常診断方法について、図１を参照しながら第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８２】
１．制御装置
図１０は、本実施形態の異常判定装置としての制御装置３０の構成を示している。この制御装置３０は、センサ値検出手段８１と、還元剤噴射制御手段８２と、上流側ＮＯX濃度演算手段８３と、診断条件検出手段８４と、絞り装置制御手段８５と、判定手段８６とを主要な構成要素として備えている。このうち、還元剤噴射制御手段８２、上流側ＮＯX濃度演算手段８３、絞り装置制御手段８５は第１の実施の形態の制御装置３０の各手段と同様の構成となっている。
【００８３】
（１）センサ値検出手段
センサ値検出手段８１は、ＮＯXセンサ１５のセンサ情報を読み込み、ガス濃度Snoxを検出するように構成されている（以下、このガス濃度を「検出ガス濃度」と称する。）。すでに述べたとおり、この検出ガス濃度Snoxは基本的には下流側ＮＯX濃度として認識されるが、実際にはアンモニア濃度を示している場合がある。
また、本実施形態のセンサ値検出手段８１は、判定手段８６による判定の結果、検出ガス濃度Snoxが実際の値よりも大きく出力されるようなＮＯXセンサ１５の異常状態にあると判定されたときに、検出ガス濃度Snoxをマイナス側に補正するように構成されている。
【００８４】
（２）診断条件検出手段
本実施形態の制御装置３０は、現在の排気浄化システム１０が選択還元触媒１３の下流側にアンモニアが流出しやすい状態にあるのか、あるいは、ＮＯXセンサ１５の異常状態にあるのかを判定できるように構成されている。そのため、診断条件検出手段８４は、少なくとも、ＮＯXセンサ１５を用いて得られる検出ガス濃度Snoxが所定の第２診断開始閾値Snox0以上になっていること、及び、上流側ＮＯX濃度Nupがゼロであること、を含む第２診断条件を検出して、絞り装置制御手段及び判定手段に対して診断開始信号を送るようになっている。
【００８５】
検出ガス濃度Snoxが第２診断開始閾値Snox0以上になっていることとは、すなわち、本来所定値以下となるように制御が行われる検出ガス濃度Snoxの値が過上昇している状態にあることを意味している。第２診断開始閾値Snox0は、許容される下流側ＮＯX濃度Nmax又は下流側アンモニア濃度Amaxの値を考慮して、適宜設定することができる。
【００８６】
また、上流側ＮＯX濃度Nupがゼロであることとは、すなわち、内燃機関５では燃料噴射が停止しており、排気ガス中にＮＯXが含まれていない状態にあることを意味している。ただし、そのような状態を検出できるのであれば、異なる条件となっていても構わない。例えば、内燃機関５の燃料噴射量や還元剤の噴射量がゼロであることを条件とすることもできる。
【００８７】
なお、本実施形態における異常診断は燃料噴射の停止時に実行されるものであり、基本的に触媒温度Tcatは低下することになるため、第１の実施の形態とは異なり、触媒温度Tcatが活性温度以上であることは第２診断条件には含まれていない。
【００８８】
（３）判定手段
判定手段８６は、診断条件検出手段８４から診断開始信号を受け取った後に検出される検出ガス濃度Snoxの推移に基づいて、排気システム１０の異常状態を判定する部分である。本実施形態において、判定手段８６は、診断開始信号を受け取った後に検出される検出ガス濃度Snoxを第２判定用閾値Snox1と比較するように構成されている。そして、検出ガス濃度Snoxが第２判定用閾値Snox1未満である場合には選択還元触媒１３の下流側にアンモニアが流出している状態にあると判定する一方、検出ガス濃度Snoxが第２判定用閾値Snox1以上である場合にはＮＯXセンサ１５が実際の濃度よりも大きい値を出力する異常状態にあると判定するようになっている。
【００８９】
図１１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれアンモニアが流出している状態又はＮＯXセンサ１５が異常な状態で通路面積を絞ったときの検出ガス濃度Snoxの推移を示している。
【００９０】
図１１（ａ）は、少なくともアンモニアが流出している状態での検出ガス濃度Snoxの推移を示している。すなわち、検出ガス濃度Snoxは主として下流側アンモニア濃度を示している。この場合には、通路面積が絞られて選択還元触媒１３の吸着可能量Vmaxが増大することと併せて、内燃機関５の無噴射状態では排気温度の低下により触媒温度Tcatが低下することによっても吸着可能量Vmaxが増大し続けるために、選択還元触媒１３の下流側に流出するアンモニアが減少し続けている。
【００９１】
図１１（ｂ）は、アンモニアの流出は生じていない状態、かつ、ＮＯXセンサ１５が異常な状態でのセンサ値の推移を示している。この場合には、通路面積が絞られて選択還元触媒１３の吸着可能量Vmaxが増大したとしても、検出ガス濃度Snoxはほとんど変化していない。
【００９２】
下流側アンモニア濃度は比較的緩やかに変化するために、本実施形態においても、判定手段８６は診断開始信号を受け取ってから所定時間経過後の検出ガス濃度Snoxを第２判定用閾値Snox1と比較して異常状態を判定するようになっている。あるいは、診断開始信号を受け取ってから所定時間が経過するまでに検出ガス濃度Snoxが第２判定用閾値Snox1未満となったときに、少なくともアンモニアが流出している状態にあると判定するようにしてもよい。
【００９３】
第２判定用閾値Snox1は、少なくとも第２診断条件としての第２診断開始閾値Snox0以下の値に設定される。アンモニアの流出がない状態であれば検出ガス濃度Snoxは同じ値で維持されるはずであるから、第２判定用閾値Snox1は第２診断開始閾値Snox0と同じ値であってもよい。ただし、周囲温度の変化等によって検出ガス濃度Snoxが変動するおそれもあることから、第２判定用閾値Snox1は第２診断開始閾値Snox0よりも小さい値とすることが好ましい。
【００９４】
このようにして異常状態の判定を終了すると、判定手段８６は、絞り装置制御手段８５に対して判定終了信号を送るとともに、異常状態の判定結果の情報を、センサ値検出手段８１及び還元剤噴射制御手段８２に送信する。
【００９５】
２．異常判定方法
次に、本実施形態の制御装置３０によって行われる異常診断方法の一例を、図７及び図１２、図１３のフローチャートに基づいて具体的に説明する。
【００９６】
まず、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１で診断開始条件の成立が検出される。図１２は、第２診断開始条件の成立を検出するためのフローの一例を示している。図１２において、ステップＳ３１では、ＮＯXセンサ１５を用いて求められる検出ガス濃度Snoxや内燃機関５の運転状態から推定される上流側ＮＯX濃度Nup等を読込ないし検出する。
【００９７】
次いで、ステップＳ３２では、検出ガス濃度Snoxが第２診断開始閾値Snox0以上になっているか否かの判別を行う。検出ガス濃度Snoxが第２診断開始閾値Snox0以上になっている場合には、ステップＳ３３に進み、上流側ＮＯX濃度Nupがゼロであるかの判別を行う。
【００９８】
ステップＳ３２において検出ガス濃度Snoxが第２診断開始閾値Snox0未満になっているか、又はステップＳ３３において上流側ＮＯX濃度Nupがゼロでない場合には、第２診断条件が成立していないためにステップＳ３１に戻る。一方、ステップＳ３２〜ステップＳ３３の条件をすべて満たしている場合には、ステップＳ３４で第２診断条件が成立したと判定し、図７のステップＳ２へ進む。
【００９９】
ステップＳ２では、通路面積絞り装置２０の駆動制御が行われ、排気ガスの通過面積を絞る制御が実行される。その結果、選択還元触媒１３が配置された領域の排気圧力Pは上昇しはじめる。
【０１００】
次いで、ステップＳ３では、排気浄化システム１０が少なくともアンモニアの流出状態にあるのか、あるいはＮＯXセンサ１５の異常状態にあるのかの判定が行われる。図１３は、異常状態の判定を行うためのフローの一例を示している。図１３においては、まず、図１２のステップＳ３１と同様に、ステップＳ４１で検出ガス濃度Snoxや上流側ＮＯX濃度Nupを読込ないし検出する。
【０１０１】
次いで、ステップＳ４２では上流側ＮＯX濃度Nupがゼロの状態が継続しているかを判別する。上流側ＮＯX濃度Nupがゼロになっていない場合には、アンモニアの流出状態かＮＯXセンサ１５の異常状態かの判定を正確に行うことができないために診断を中止する。一方、上流側ＮＯX濃度Nupがゼロの状態が継続している場合にはステップＳ４３に進む。ステップＳ４３では、第２診断条件の成立から所定時間が経過したか否かを判別し、所定時間経過前であればステップＳ４１に戻る一方、所定時間を経過したときにステップＳ４４に進む。
【０１０２】
ステップＳ４４では、検出ガス濃度Snoxが第２判定用閾値Snox1未満であるか否かを判別し、検出ガス濃度Snoxが第２判定用閾値Snox1未満である場合にはステップＳ４５で排気浄化システム１０がアンモニアの流出状態にあると判定する一方、検出ガス濃度Snoxが第２判定用閾値Snox1以上である場合にはステップＳ４６でＮＯXセンサ１５が異常状態にあると判定した後、ステップＳ４７に進む。
【０１０３】
異常状態の判定が終了して進んだステップＳ４７では、通路面積絞り装置２０によって排気ガスの通過面積をもとに戻される。ステップＳ３において、ＮＯXセンサ１５の異常状態と判定された場合には、検出ガス濃度Snoxの補正に用いる補正係数βの設定が行われる。
【０１０４】
このように、排気浄化システム１０に生じている異常状態の判定を実施することによって、下流側アンモニア濃度を大幅に上昇させることなく、検出ガス濃度Snoxの過上昇がアンモニアの流出によるものであるか、あるいは、ＮＯXセンサ１５の異常によるものであるかを判定することができる。また、検出ガス濃度Snoxが下流側アンモニア濃度であることが判別できれば、検出ガス濃度Snoxを用いた目標噴射量Qudtgtのフィードバック制御が正確に行われる。一方、ＮＯXセンサ１５の異常状態が判別できれば、検出ガス濃度Snoxの補正が行われ、検出ガス濃度Snoxを用いた目標噴射量Qudtgtのフィードバック制御が正確に行われる。その結果、選択還元触媒１３の下流側へのアンモニア又はＮＯXの多大な流出が低減される。
【０１０５】
なお、これまで説明した第１の実施の形態の異常診断と第２の実施の形態の異常診断とがともに実行されるように制御装置を構成することが好ましい。すなわち、上流側ＮＯX濃度Nupがゼロの状態又はゼロでない状態で診断内容を変えながら二つの異常診断を実施することによって、ＮＯXセンサ１５の異常の有無を考慮しながら、ＮＯXの流出状態又はアンモニアの流出状態の判定が正確に行えるようになる。
【符号の説明】
【０１０６】
５：内燃機関、１０：排気浄化システム、１１：排気通路、１３：選択還元触媒、１５：ＮＯXセンサ、２０：通路面積絞り装置、２６・２７：温度センサ、３０：制御装置、３１：センサ値検出手段、３２：還元剤噴射制御手段、３３：上流側ＮＯX濃度演算手段、３４：下流側ＮＯX濃度推定手段、３５：診断条件検出手段、３６：絞り装置制御手段、３７：判定手段、４１：貯蔵タンク、４２：圧送ポンプ、４３：還元剤噴射弁、８１：センサ値検出手段、８２：還元剤噴射制御手段、８３：上流側ＮＯX濃度演算手段、８４：診断条件検出手段、８５：絞り装置制御手段、８６：判定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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