(57)【要約】  ＰＭセンサの検出精度の低下により、フィルタの故障判定の精度が低下することを抑制する。このため、内燃機関の排気通路に設けられ供給される還元剤によりＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側から還元剤として尿素水を供給する供給装置と、選択還元型ＮＯx触媒よりも下流側で排気中の粒子状物質の量を検出するＰＭセンサと、ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、検出しないときよりも、記供給装置から供給される尿素水からアンモニアに至るまでの中間生成物の生成量を少なくする制御部と、を備える。
2013042190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ供給される還元剤によりＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側から還元剤として尿素水を供給する供給装置と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも下流側で排気中の粒子状物質の量を検出するＰＭセンサと、
前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出しないときよりも、前記供給装置から供給される尿素水からアンモニアに至るまでの中間生成物の生成量を少なくする制御部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出しないときよりも、尿素水の供給量を少なくする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御部は、尿素水の供給量を少なくする時間を、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量の検出を開始する前の規定時間以下とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＰＭセンサよりも上流の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、前記制御部は、前記フィルタの故障判定時に、前記中間生成物の生成量を少なくする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ＰＭセンサによる粒子状物質の検出は、前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているアンモニアの量が所定量以下のときに開始し、該所定量は、前記内燃機関の前回の運転時において得た前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いに基づいて算出される該選択還元型ＮＯx触媒が吸着可能なアンモニア量の上限値と、前記ＰＭセンサによる粒子状物質の検出中に前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着するアンモニア量と、に基づいて算出される請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
選択還元型ＮＯx触媒（以下、単に「ＮＯx触媒」ともいう。）に対して尿素を供給する排気浄化装置において、尿素からアンモニアへの反応途中に生成される中間生成物の排気通路内における蓄積量が上限量に達すると、尿素水の供給を禁止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、中間生成物の排気通路内における蓄積量が上限量に達するまでは、還元剤をＮＯx触媒に供給することができる。【０００３】
ところで、排気通路には、粒子状物質（以下、単に「ＰＭ」ともいう。）を捕集するためのフィルタを備えることがある。さらに、このフィルタの故障を判定するために、排気中のＰＭ量を検出するＰＭセンサを備えることがある。このＰＭセンサの電極またはカバーに前記中間生成物が付着すると、ＰＭ量を正確に検出することが困難となる虞がある。そうすると、フィルタの故障判定の精度が低くなる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０８５１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＰＭセンサの検出精度の低下により、フィルタの故障判定の精度が低下することを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ供給される還元剤によりＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側から還元剤として尿素水を供給する供給装置と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも下流側で排気中の粒子状物質の量を検出するＰＭセンサと、
前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出しないときよりも、前記供給装置から供給される尿素水からアンモニアに至るまでの中間生成物の生成量を少なくする制御部と、
を備える。【０００７】
ここで、供給装置から排気中に供給される尿素水は、アンモニア（ＮＨ３）に変化する。しかし、排気や選択還元型ＮＯx触媒の状態によっては、供給装置から供給される尿素水から最終的に生成されるアンモニアに至るまでの中間生成物が選択還元型ＮＯx触媒を通り抜けてＰＭセンサに付着することがある。ＰＭセンサに中間生成物が付着すると、該ＰＭセンサの出力値が変化してしまい、ＰＭを正確に検出することが困難となる。これに対し制御部は、ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、中間生成物の生成量を少なくする。【０００８】
例えば中間生成物の生成量が少なくなるように、内燃機関を制御する。これにより、ＰＭセンサの検出値が中間生成物により変化することを抑制できるため、フィルタの故障判定の精度が低下することを抑制できる。【０００９】
また、本発明においては、前記制御部は、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出しないときよりも、尿素水の供給量を少なくすることができる。【００１０】
尿素水の供給量を少なくすることにより、中間生成物の生成量が少なくなるので、ＰＭセンサに中間生成物が付着することを抑制できる。なお、尿素水の供給量を少なくすることには、尿素水の供給を停止することも含む。【００１１】
また、本発明においては、前記制御部は、尿素水の供給量を少なくする時間を、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量の検出を開始する前の規定時間以下とすることができる。【００１２】
ここで、尿素水の供給量を少なくすることにより、選択還元型ＮＯx触媒において還元剤が不足して、ＮＯx浄化率が低下する虞がある。これに対し、供給する尿素水の量を少なくする時間を規定時間以下とすることで、ＮＯx浄化率が低下する期間が長くなることを抑制できる。規定時間は、ＮＯx排出量の平均値が許容範囲内となる時間としてもよい。【００１３】
また、本発明においては、前記ＰＭセンサよりも上流の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、前記制御部は、前記フィルタの故障判定時に、前記中間生成物の生成量を少なくすることができる。【００１４】
そうすると、ＰＭセンサの検出精度が高い状態でフィルタの故障判定を行うことができるため、故障判定の精度を高くすることができる。【００１５】
また、本発明においては、前記ＰＭセンサによる粒子状物質の検出は、前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているアンモニアの量が所定量以下のときに開始し、該所定量は、前記内燃機関の前回の運転時において得た前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いに基づいて算出される該選択還元型ＮＯx触媒が吸着可能なアンモニア量の上限値と、前記ＰＭセンサによる粒子状物質の検出中に前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着するアンモニア量と、に基づいて算出してもよい。【００１６】
ここで、ＰＭセンサにある程度のＰＭが付着するまではＰＭ量を正確に検出することが困難である。このため、ＰＭセンサよりＰＭ量を検出するには時間がかかる。この間に、中間生成物がＰＭセンサに付着すると、該ＰＭセンサの検出値が中間生成物からの影響を受けて変化してしまう。したがって、ＰＭ量を検出しているときに、中間生成物が選択還元型ＮＯx触媒から流出しないようにすれば、ＰＭセンサの検出精度を高くすることができる。【００１７】
ところで、選択還元型ＮＯx触媒が吸着可能なＮＨ３量には限度ある。この限度を超えると、選択還元型ＮＯx触媒がＮＨ３を吸着することができなくなり、下流へ中間生成物が流出する。したがって、ＰＭ量を検出するときに選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量が限度を超えないようにすれば、ＰＭセンサの検出精度を高くすることができる。すなわち、選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量が比較的少ないときに、ＰＭ量を検出すればよい。このため、ＰＭセンサによるＰＭの検出を、選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量が所定量以下のときに開始する。この所定量は、その後に選択還元型ＮＯx触媒がＮＨ３を吸着しても、吸着しているＮＨ３量が上限値に達することのない吸着量として設定される。【００１８】
なお、選択還元型ＮＯx触媒が吸着可能なＮＨ３量の上限値は、該選択還元型ＮＯx触媒の劣化の進行と共に小さくなる。したがって、所定量は、選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いに応じて決定してもよい。【００１９】
また、ＰＭセンサにある程度のＰＭが付着するまでの間に、選択還元型ＮＯx触媒が吸着するＮＨ３量は、内燃機関の運転状態によって変わる。すなわち、内燃機関からの排出されるＮＯxの量により、選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量が変化する。このため、所定量は、ＰＭを検出中に選択還元型ＮＯx触媒が吸着するＮＨ３量に応じて決定するとよい。このＮＨ３量は、例えば、ＰＭセンサにある程度のＰＭが付着するまでの間に内燃機関から排出されるＮＯx量と、ＮＯx浄化率と、に基づいて算出することができる。【００２０】
なお、選択還元型ＮＯx触媒の温度または排気の温度を高くしたり、排気の流量を少なくしたり、選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量を少なくしたりして、中間生成物の生成量を少なくしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＰＭセンサの検出精度の低下により、フィルタの故障判定の精度が低下することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図２】ＰＭセンサの概略構成図である。
【図３】ＰＭセンサの検出値の推移を示したタイムチャートである。
【図４】フィルタが正常な場合と故障している場合とのＰＭセンサの検出値の推移を示したタイムチャートである。
【図５】ＰＭセンサの検出値が正常な場合と、異常な場合との推移を示したタイムチャートである。
【図６】尿素水の供給量とＰＭセンサへの中間生成物の付着量との関係を示した図である。
【図７】尿素水の供給量と、大気中へのＮＯxの排出量と、の推移を示したタイムチャートである。
【図８】実施例１に係るフィルタの故障判定のフローを示したフローチャートである。
【図９】ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量の推移を示したタイムチャートである。
【図１０】実施例２に係るフィルタの故障判定のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関であるが、ガソリン機関であってもよい。【００２５】
内燃機関１には、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。吸気通路２には、該吸気通路２を流通する吸気の量を検出するエアフローメータ１１が設けられている。一方、排気通路３には、排気の流れ方向の上流側から順に、酸化触媒４、フィルタ５、噴射弁６、選択還元型ＮＯx触媒７（以下、ＮＯx触媒７という。）が設けられている。【００２６】
酸化触媒４は、酸化能を有する触媒であればよく、たとえば三元触媒であってもよい。酸化触媒４は、フィルタ５に担持されていてもよい。【００２７】
フィルタ５は、排気中のＰＭを捕集する。なお、フィルタ５には、触媒が担持されていてもよい。フィルタ５によってＰＭが捕集されることで、該フィルタ５にＰＭが徐々に堆積する。そして、フィルタ５の温度を強制的に上昇させる、所謂フィルタ５の再生処理を実行することで、該フィルタ５に堆積したＰＭを酸化させて除去することができる。たとえば、酸化触媒４にＨＣを供給することでフィルタ５の温度を上昇させることができる。また、酸化触媒４を備えずに、フィルタ５の温度を上昇させる他の装置を備えていてもよい。さらに、内燃機関１から高温のガスを排出させることでフィルタ５の温度を上昇させてもよい。【００２８】
噴射弁６は、還元剤を噴射する。還元剤には、例えば、尿素水等のアンモニア由来のものが用いられる。例えば、噴射弁６から噴射された尿素水は、排気の熱で加水分解されアンモニア（ＮＨ３）となり、その一部又は全部がＮＯx触媒７に吸着する。以下では、噴射弁６から還元剤として尿素水を噴射するものとする。なお、本実施例においては噴射弁６が、本発明における供給装置に相当する。【００２９】
ＮＯx触媒７は、還元剤が存在するときに、排気中のＮＯxを還元する。例えば、ＮＯx触媒７にアンモニア（ＮＨ３）を予め吸着させておけば、ＮＯx触媒７をＮＯxが通過するときにＮＯxをアンモニアにより還元させることができる。【００３０】
酸化触媒４よりも上流の排気通路３には、排気の温度を検出する第一排気温度センサ１２が設けられている。酸化触媒４よりも下流で且つフィルタ５よりも上流の排気通路３には、排気の温度を検出する第二排気温度センサ１３が設けられている。フィルタ５よりも下流で且つ噴射弁６よりも上流の排気通路３には、排気の温度を検出する第三排気温度センサ１４及び排気中のＮＯx濃度を検出する第一ＮＯxセンサ１５が設けられている。ＮＯx触媒７よりも下流の排気通路３には、排気中のＮＯx濃度を検出する第二ＮＯxセンサ１６及び排気中のＰＭ量を検出するＰＭセンサ１７が設けられている。これらセンサの全てが必須というわけではなく、必要に応じて設けることができる。【００３１】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。【００３２】
ＥＣＵ１０には、上記センサの他、アクセルペダルの踏込量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１８、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１９が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁６が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により噴射弁６が制御される。【００３３】
ＥＣＵ１０は、フィルタ５に堆積しているＰＭ量が所定量以上になると、前記フィルタ５の再生処理を実施する。なお、フィルタ５の再生処理は、内燃機関１が搭載されている車両の走行距離が所定距離以上となったときに行ってもよい。また、規定期間ごとにフィルタ５の再生処理を実施してもよい。【００３４】
また、ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ１７により検出されるＰＭ量に基づいて、フィルタ５の故障判定を行う。ここで、フィルタ５が割れる等の故障が発生すると、該フィルタ５を通り抜けるＰＭ量が増加する。このＰＭ量の増加をＰＭセンサ１７により検出すれば、フィルタ５の故障を判定することができる。【００３５】
例えば、フィルタ５の故障判定は、ＰＭセンサ１７の検出値に基づいて算出される所定期間中のＰＭ量の積算値と、フィルタ５が所定の状態であると仮定した場合における所定期間中のＰＭ量の積算値とを比較することで行われる。なお、所定期間におけるＰＭセンサ１７の検出値の増加量に基づいて、フィルタ５の故障判定を行ってもよい。例えば、所定期間におけるＰＭセンサ１７の検出値の増加量が閾値以上のときに、フィルタ５が故障していると判定してもよい。【００３６】
ここで図２は、ＰＭセンサ１７の概略構成図である。ＰＭセンサ１７は、自身に堆積したＰＭ量に対応する電気信号を出力するセンサである。ＰＭセンサ１７は、一対の電極１７１と、該一対の電極１７１の間に設けられる絶縁体１７２と、を備えて構成されている。一対の電極１７１の間にＰＭが付着すると、該一対の電極１７１の間の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化は、排気中のＰＭ量と相関関係にあるため、該電気抵抗の変化に基づいて、排気中のＰＭ量を検出することができる。このＰＭ量は、単位時間当たりのＰＭの質量としてもよく、所定時間におけるＰＭの質量としてもよい。なお、ＰＭセンサ１７の構成は、図２に示したものに限らない。すなわち、ＰＭを検出し、且つ、還元剤の影響により検出値に変化が生じるＰＭセンサであればよい。【００３７】
次に、図３は、ＰＭセンサ１７の検出値の推移を示したタイムチャートである。内燃機関１の始動直後のＡで示される期間は、排気通路３内で凝縮する水がＰＭセンサ１７に付着する虞がある期間である。ＰＭセンサ１７に水か付着すると、該ＰＭセンサ１７の検出値が変化したり、ＰＭセンサ１７が故障したりするため、この期間ではＰＭセンサ１７によるＰＭ量の検出は行われない。【００３８】
Ａで示される期間の後のＢで示される期間では、前回の内燃機関１の運転時にＰＭセンサ１７に付着したＰＭを除去する処理（以下、ＰＭ除去処理という。）を行う。このＰＭ除去処理は、ＰＭセンサ１７の温度を、ＰＭが酸化する温度まで上昇させることにより行われる。このＢで示される期間においても、ＰＭセンサ１７によるＰＭ量の検出は行われない。【００３９】
Ｂで示される期間の後のＣで示される期間は、ＰＭの検出に適した温度となるまでに要する期間である。すなわち、Ｂで示される期間においてＰＭセンサ１７の温度がＰＭの検出に適した温度よりも高くなるため、温度が低下してＰＭの検出に適した温度となるまで待っている。このＣで示される期間においても、ＰＭセンサ１７によるＰＭ量の検出は行われない。【００４０】
そして、Ｃで示される期間の後のＤで示される期間でＰＭの検出が行われる。なお、Ｄで示される期間であっても、ＰＭセンサ１７にある程度のＰＭが堆積するまでは、検出値が増加しない。すなわち、ある程度のＰＭが堆積して、一対の電極１７１の間に電流が流れるようになってから検出値が増加を始める。その後は、排気中のＰＭ量に応じて検出値が増加していく。【００４１】
ここで、ＰＭセンサ１７は、フィルタ５よりも下流側に設けられている。そのため、ＰＭセンサ１７には、フィルタ５に捕集されずに、該フィルタ５を通過したＰＭが付着する。従って、ＰＭセンサ１７におけるＰＭ堆積量は、フィルタ５を通過したＰＭ量の積算値に対応した量となる。【００４２】
ここで、図４は、フィルタ５が正常な場合と故障している場合とのＰＭセンサ１７の検出値の推移を示したタイムチャートである。フィルタ５が故障している場合には、ＰＭセンサ１７にＰＭが早く堆積するため、検出値の増加が始まる時点Ｅが、正常なフィルタ５と比較して早くなる。このため、例えば、内燃機関１の始動後から所定時間Ｆが経過したときの検出値が閾値以上であれば、フィルタ５が故障していると判定できる。この所定時間Ｆは、正常なフィルタ５であればＰＭセンサ１７の検出値が増加しておらず、且つ、故障しているフィルタ５であればＰＭセンサ１７の検出値が増加している時間である。この所定時間Ｆは、実験等により求められる。また、閾値は、フィルタ５が故障しているときのＰＭセンサ１７の検出値の下限値として予め実験等により求められる。【００４３】
ところで、ＰＭセンサ１７をフィルタ５よりも下流で且つＮＯx触媒７よりも上流に設けることも考えられる。しかし、このような位置にＰＭセンサ１７を設けると、フィルタ５からＰＭセンサ１７までの距離が短くなる。このため、フィルタ５の割れている箇所を通過したＰＭが排気中に分散しないままＰＭセンサ１７の周辺に到達する虞がある。そうすると、フィルタ５が割れている位置によっては、ＰＭセンサ１７にＰＭがほとんど付着しないために、ＰＭが検出されないこともあり、故障判定の精度が低下する虞がある。【００４４】
これに対して本実施例では、ＮＯx触媒７よりも下流にＰＭセンサ１７を設けているため、フィルタ５からＰＭセンサ１７までの距離が長い。このため、ＰＭセンサ１７の周辺では、フィルタ５を通過したＰＭが排気中に分散している。したがって、フィルタ５の割れている位置によらずにＰＭを検出することができる。しかし、噴射弁６よりも下流側にＰＭセンサ１７を設けているため、該噴射弁６から噴射される還元剤がＰＭセンサ１７に付着する虞がある。このＰＭセンサ１７に付着する還元剤は、たとえば、尿素、及び、尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物（ビウレット、シアヌル酸）である。このようにＰＭセンサ１７に還元剤が付着すると、ＰＭセンサ１７の検出値が変化する虞がある。【００４５】
ここで図５は、ＰＭセンサ１７の検出値が正常な場合と、異常な場合との推移を示したタイムチャートである。異常な検出値は、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着したときの検出値とすることができる。【００４６】
正常な検出値は、時間の経過とともに検出値が増加するか、または検出値が変化しない。すなわち、ＰＭセンサ１７に付着したＰＭ量に応じて検出値が増加していく。一方、異常な検出値は、検出値が増加するだけでなく減少する場合がある。ここで、ＰＭセンサ１７に前記中間生成物が付着して所定量以上堆積すると、ＰＭが堆積したときと同じように、ＰＭセンサ１７の検出値が増加する。ここで、中間生成物であるビウレットは、１３２−１９０℃のときに生成され、それよりも温度が高くなると気化する。また、中間生成物であるシアヌル酸は、１９０−３６０℃で生成され、それよりも温度が高くなると気化する。このように、ＰＭと比較すると中間生成物は低温で気化する。このため、ＰＭセンサ１７に付着していた中間生成物は、内燃機関１の排気の温度が高いときに気化する。そうすると、中間生成物の堆積量が減少するため、ＰＭセンサ１７の検出値が減少する。これは、ＰＭセンサ１７にＰＭのみが堆積しているときには起こらない現象である。【００４７】
また、ＰＭセンサ１７のカバーに中間生成物が付着して堆積すると、該カバーを閉塞させる虞がある。このカバーが中間生成物により閉塞されると、ＰＭが一対の電極１７１に到達できなくなるので、ＰＭが検出されにくくなる。したがって、ＰＭセンサ１７の検出値の増加が始まる時期が、正常な場合よりも遅くなる。このため、フィルタ５の故障判定の精度が低下する虞がある。【００４８】
このように、ＮＯx触媒７を還元剤が通り抜けると、フィルタ５の故障判定が困難となる虞がある。そこで、本実施例では、ＰＭセンサ１７によりＰＭ量を検出するときには、検出しないときよりも、尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物（ビウレット、シアヌル酸）がＰＭセンサ１７に付着し難くなるように内燃機関１を制御する。具体的には、尿素水の供給量を減少させる。【００４９】
ここで、図６は、尿素水の供給量とＰＭセンサ１７への中間生成物の付着量との関係を示した図である。図６に示されるように、尿素水の供給量が多いほど、ＰＭセンサ１７への中間生成物の付着量が多くなる。したがって、尿素水の供給量を減少させることにより、ＰＭセンサ１７への中間生成物の付着量を減少させることができる。【００５０】
しかし、尿素水の供給量を減少させることにより、ＮＯx触媒７において還元剤が不足して、ＮＯx浄化率が低下する虞がある。そこで、ＰＭセンサ１７によりＰＭ量を検出するとき、または、フィルタ５の故障判定を行うときには、大気中へのＮＯxの排出量が許容範囲内となるように尿素水の供給量を調整するとよい。例えば、内燃機関１が搭載された車両が所定距離を走行したときのＮＯx排出量の平均値が許容範囲内となるように尿素水の供給量を調整してもよい。また、単位時間当たりのＮＯx排出量が許容範囲内となるように尿素水の供給量を調整してもよい。さらに、尿素水の供給量を調整する時間を制限することで、ＮＯx浄化率が低下する時間を短くしてもよい。【００５１】
図７は、尿素水の供給量と、大気中へのＮＯxの排出量と、の推移を示したタイムチャートである。Ｇで示される時点において、フィルタ５の故障判定の要求がなされている。フィルタ５の故障判定の要求は、例えば、所定の走行距離毎またはフィルタ５の再生処理の後になされる。そして、Ｇで示される時点の後に、尿素水の供給量が減少される。【００５２】
図７に示されるように、尿素水の供給量が減少するにしたがって、ＮＯxの排出量は増加する。そして、本実施例では、ＮＯxの排出量が、許容範囲の上限値（以下、許容上限値という。）以下となるように尿素水の供給量が制御される。この許容上限値は、単位時間当たりのＮＯx排出量の許容範囲の上限値としてもよい。また、許容上限値は、ＮＯx排出量の平均値が許容範囲内となるような単位時間当たりのＮＯx排出量の上限値としてもよい。なお、尿素水の供給量は、機関回転数及び機関負荷に基づいて設定してもよい。尿素水の供給量と、機関回転数及び機関負荷との関係は、予め実験等により求めておいてもよい。また、第二ＮＯxセンサ１６により検出される排気中のＮＯx濃度に基づいて、尿素水の供給量をフィードバック制御してもよい。【００５３】
また、フィルタ５の故障判定を行うときには、内燃機関１でのＮＯxの発生量が少なくなるように、内燃機関１を制御してもよい。さらに、ＰＭセンサ１７によりＰＭ量を検出するときには、中間生成物（ビウレット、シアヌル酸）がＰＭセンサ１７に付着し難くなるような他の制御を組み合わせてもよい。【００５４】
例えば、ＮＯx触媒７の温度または排気の温度が高くなるように内燃機関１を制御してもよい。また、排気の流量が少なくなるように、または排気の流速が低くなるように内燃機関１を制御してもよい。さらに、ＮＯx触媒７におけるＮＨ３の吸着率が低くなるように、またはＮＨ３の吸着量が少なくなるように内燃機関１を制御してもよい。【００５５】
ここで、ＮＯx触媒７または排気の温度が低いと、尿素の熱分解などの反応に時間がかかるので、尿素の反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過してしまう。したがって、ＮＯx触媒７または排気の温度を高くすることにより、中間生成物がＮＯx触媒７から流出することを抑制できる。【００５６】
また、排気の流量が多いと、尿素がＮＯx触媒７と接する時間が短くなるため、尿素の反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過してしまう。したがって、排気の流量を少なくすることにより、中間生成物がＮＯx触媒７から流出することを抑制できる。なお、排気の流速を低くするか、または、内燃機関１の吸入空気量を減少させてもよい。【００５７】
さらに、ＮＯx触媒７に吸着しているＮＨ３量が多いほど、加水分解が進み難くなるので、尿素の反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過しやすくなる。したがって、ＮＯx触媒７に吸着しているＮＨ３量を減少させることにより、中間生成物がＮＯx触媒７から流出することを抑制できる。なお、ＮＨ３吸着率を低くしてもよい。ＮＨ３吸着率は、ＮＯx触媒７に最大限吸着可能なＮＨ３量に対する、ＮＯx触媒７に吸着しているＮＨ３量の比である。【００５８】
図８は、本実施例に係るフィルタ５の故障判定のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、フィルタ５の故障判定の要求がなされたときに、ＥＣＵ１０により実行される。【００５９】
ステップＳ１０１では、尿素水の供給量が減少されてから規定時間（例えば５分間）が経過したか否か判定される。すなわち、ＮＯx排出量が増加してから規定時間が経過したか否か判定される。本ステップでは、尿素水の供給量が、中間生成物の生成を抑制することのできる量となっているか否か判定している。なお、尿素水の供給量は０としてもよい。すなわち、還元剤の供給を停止してもよい。【００６０】
規定時間は、ＮＯx排出量が増加したとしても、ＮＯx排出量の平均値が許容範囲内となる時間として設定される。すなわち、フィルタ５の故障判定時にはＮＯx排出量が多くなっても、他の時間においてＮＯx排出量が少なければ、ＮＯx排出量の平均値は許容範囲内となる。このように、尿素水の供給量を減少させてもＮＯx排出量の平均値が許容範囲内となる時間として規定時間が設定される。この規定時間は、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。【００６１】
ステップＳ１０１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２では、尿素水の供給量が調整される。【００６２】
そして、ステップＳ１０３では、ＮＯx触媒７からのＮＯx排出量の平均値が許容範囲内であるか否か判定される。本ステップでは、単位時間当たりのＮＯx排出量が、図７で示した許容上限値以下となっているか否か判定してもよい。単位時間当たりのＮＯx排出量は、第二ＮＯxセンサ１６の検出値に基づいて得る。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０１へ戻る。一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。このように、ＮＯx触媒７からのＮＯx排出量の平均値が許容範囲内となるまで、ステップＳ１０２において尿素水の供給量が調整される。なお、本実施例ではステップＳ１０１からステップＳ１０３を処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御部に相当する。【００６３】
また、ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４では、フィルタ５の再生処理が実施されてから所定時間（例えば、６０秒）以内であるか否か判定される。ここで、フィルタ５の再生処理は、フィルタ５の温度をＰＭが酸化される温度まで上昇させることにより実施される。このようにフィルタ５の温度を上昇させることにより、ＰＭセンサ１７の温度も上昇し、該ＰＭセンサ１７に付着していた中間生成物が除去される。したがって、このときにフィルタ５の故障判定を実施すれば、ＰＭセンサ１７の検出値は中間生成物による影響を受けないため、故障判定の精度が高くなる。したがって、ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進んで、フィルタ５の故障判定を実施する。【００６４】
一方、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６では、ＮＯx触媒７の温度、または、ＮＯx触媒７よりも下流の排気の温度が、中間生成物の気化する温度（例えば、３６０℃）となるように、内燃機関１が制御される。たとえば、内燃機関１から排出されるガスの温度を上昇させるか、内燃機関１からＨＣを排出させて酸化触媒４で反応させることにより、ＮＯx触媒７の温度、または、ＮＯx触媒７よりも下流の排気の温度を上昇させる。なお、ＰＭセンサ１７のカバーをヒータで加熱して例えば３６０℃としてもよい。【００６５】
そうすると、ＰＭセンサ１７の温度が、中間生成物の気化する温度まで上昇するため、該ＰＭセンサ１７から中間生成物を除去することができる。ここで、中間生成物であるビウレットは、１９０℃以上で気化し、シアヌル酸は、３６０℃以上で気化する。このため、本実施例では、ＰＭセンサ１７の温度を３６０℃以上として中間生成物を気化させる。そして、この後にフィルタ５の故障判定を実施すれば、ＰＭセンサ１７の検出値は中間生成物による影響を受けないため、故障判定の精度が高くなる。【００６６】
すなわち、ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０５へ進んでフィルタ５の故障判定を実施する。一方、ステップＳ１０６で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進んで排気の温度がさらに上昇されて、ステップＳ１０６へ戻る。【００６７】
以上説明したように、本実施例によれば、フィルタ５の故障判定を行うときには、行わないときよりも、還元剤の供給量を減少させるので、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着することを抑制できる。このため、ＰＭセンサ１７に付着した還元剤によりＰＭセンサ１７の検出値の精度が低くなることを抑制できる。したがって、フィルタ５の故障判定の精度を高めることができる。
【実施例２】
【００６８】
本実施例では、実施例１で説明した還元剤の供給量を減少させることに加えて、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が所定量以下のときにＰＭセンサ１７によるＰＭ量の検出を開始する。なお、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が所定量以下のときに、フィルタ５の故障判定を開始するとしてもよい。【００６９】
ここで、ＮＯx触媒７を通り抜けた中間生成物が、ＰＭセンサ１７の一対の電極１７１の間に付着すると、ＰＭのみが付着した場合と比較して、検出値が速く増加する。また、ＰＭセンサ１７に付着していた中間生成物が気化することにより、ＰＭセンサ１７の検出値が減少する場合もある。一方、ＮＯx触媒７を通り抜けた中間生成物が、ＰＭセンサ１７のカバーに付着すると、検出値の増加が始まる時期が遅くなる。【００７０】
ＮＯx触媒７が多くのＮＨ３を吸着していると、尿素の加水分解の進行が緩慢となるため、ＮＯx触媒７を中間生成物が通り抜ける。したがって、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３の量が少ないときには、ＰＭセンサ１７の検出値が中間生成物からの影響を受け難い。例えば、ＮＯx触媒７からＮＨ３が脱着した後、該ＮＨ３の吸着量が再び多くなるまでの間に、フィルタ５の故障判定を実施すれば、判定精度が高くなる。なお、ＮＯx触媒７が吸着可能なＮＨ３量には限りがある。ここで、ＮＯx触媒７が吸着可能なＮＨ３量の上限値を以下、「上限吸着量」という。【００７１】
そして、例えば、内燃機関１が高負荷で運転されれば、ＮＯx触媒７の温度は約４００℃となり、ＮＯx触媒７が吸着していたＮＨ３が脱着する。しかし、このような運転状態を長期間継続することは困難である。また、ＰＭセンサ１７は、図３で説明したように、ある程度のＰＭが付着しなければＰＭ量を検出することができない。しかし、ＰＭセンサ１７にある程度のＰＭが付着するまでの間に、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が上限吸着量に達すると、中間生成物がＮＯx触媒７を通り抜けるようになるため、ＰＭセンサ１７の検出値の精度が低くなる。【００７２】
そこで、本実施例では、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が所定量よりも少ないときに、ＰＭ量の検出を開始する。【００７３】
ここで、図９は、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量（ＮＨ３吸着量）の推移を示したタイムチャートである。図９は、図３のＤで示される期間におけるＮＨ３吸着量の推移を示している。なお、図９は、ＰＭセンサ１７でＰＭ量を検出可能な状態となった時点Ｈからの、ＮＨ３吸着量の推移を示したタイムチャートとしてもよい。すなわち、Ｈで示される時点は、ＰＭセンサ１７でＰＭ量を検出可能な状態となった時点としてもよい。また、Ｊで示される時点は、フィルタ５の故障判定を行う時点を示している。例えば、Ｊで示される時点におけるＰＭセンサ１７の検出値と、Ｈで示される時点におけるＰＭセンサ１７の検出値と、の差が、ＨからＪまでの期間におけるＰＭ量の積算値として算出される。この積算値を所定値と比較して、フィルタ５の故障判定を行うことができる。また、図９のＪと図４のＦとが同じ時点として、図４で説明したようにして、フィルタ５の故障判定を行うこともできる。【００７４】
図９において、実線は、フィルタ５の故障判定を行う時点ＪにおいてＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が上限吸着量に達していない場合を示している。一方、一点鎖線は、フィルタ５の故障判定を行う時点ＪにおいてＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が上限吸着量を超えている場合を示している。【００７５】
本実施例では、フィルタ５の故障判定を行う時点ＪにおいてＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が上限吸着量に達しないように、Ｈで示される時点においてＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量を所定量以下としている。【００７６】
すなわち、ＰＭセンサ１７でＰＭ量を検出可能な状態となった時点Ｈにおいて、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が所定量以下となるように、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量を調整する。この所定量は、フィルタ５の故障判定を行う時点ＪとなったときにＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が上限吸着量に達しないＮＨ３量の上限値とすることができる。【００７７】
ここで、内燃機関１が高負荷運転されれば、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量を減少させることができるが、高負荷運転を長時間継続させることは困難である。そこで、ＮＯx触媒７からＮＨ３が脱着する条件が成立した後に、フィルタ５の故障判定を行うようにしてもよい。ここで、ＮＯx触媒７の温度が高くなると、ＮＯx触媒７からＮＨ３が脱着するため、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が減少する。【００７８】
例えば、フィルタ５の再生時には、ＮＯx触媒７の温度がＮＨ３の脱着する温度まで上昇する。そして、フィルタ５の再生後には、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が所定量以下となっているので、このときにフィルタ５の故障判定を行えばよい。【００７９】
また、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量を把握しやすくするために、ＮＯx触媒７からＮＨ３を除去する処理が定期的に実施される。このときには、ＮＯx触媒７の温度を高くすることで、ＮＯx触媒７からＮＨ３を脱着させている。この後でも、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が所定量以下となっているので、このときにフィルタ５の故障判定を行えばよい。【００８０】
なお、フィルタ５又はＮＯx触媒７の温度を上昇させるためには、例えば、ポスト噴射又はＥＧＲガス量の増量などを行うことで、内燃機関１から排出されるガスの温度を上昇させたり、酸化触媒４にＨＣを供給したりする。また、酸化触媒４よりも上流から排気中にＨＣを供給することで、フィルタ５又はＮＯx触媒７の温度を上昇させることもできる。これらの制御を行った後であれば、フィルタ５の故障判定を行うことができる。【００８１】
また、噴射弁６から供給する尿素水の量を排気中のＮＯxの還元に必要となる量よりも少なくすると、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３が排気中のＮＯxにより消費されて減少する。したがって、噴射弁６から供給する尿素水の量を減少させることにより、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量を所定量以下まで減少させてもよい。【００８２】
また、所定量は、規定値であってもよいが、ＮＯx触媒７の劣化の度合いに応じて変えてもよい。ここで、ＮＯx触媒７の劣化の度合いが高くなるにしたがって、上限吸着量が少なくなる。すなわち、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が、上限吸着量を超えやすくなる。したがって、ＮＯx触媒７の劣化の度合いが高くなるにしたがって、所定量を小さくしてもよい。すなわち、図９のＨで示される時点においてＮＨ３吸着量を少なくすることで、図９のＪで示される時点におけるＮＨ３吸着量を少なくする。所定量は、以下のようにして設定してもよい。【００８３】
例えば、内燃機関１の前回の運転時にＮＯx触媒７におけるＮＯx浄化率を算出し、該ＮＯx浄化率からＮＯx触媒７の劣化の度合いを求めておく。なお、ＮＯx浄化率は、ＮＯx触媒７に流入するＮＯx量に対して、ＮＯx触媒７で浄化されるＮＯx量の割合として算出することができる。このＮＯx量は、ＮＯx濃度としてもよい。例えば、第一ＮＯxセンサ１５の検出値から第二ＮＯxセンサ１６の検出値を減算した値から、ＮＯx触媒７で浄化されるＮＯx量を算出することができる。また、第一ＮＯxセンサ１５の検出値から第二ＮＯxセンサ１６の検出値を減算した値を、第一ＮＯxセンサ１５の検出値で除算することにより、ＮＯx浄化率を算出することができる。ＮＯx浄化率とＮＯx触媒７の劣化の度合いとは、相関関係があるため、この関係を予め求めておけば、ＮＯx浄化率から、劣化の度合いを求めることができる。【００８４】
そして、ＮＯx触媒７の劣化の度合いから、ＮＯx触媒７が吸着可能なＮＨ３量の上限値（上限吸着量）を求めることができる。ＮＯx触媒７の劣化の度合いと上限吸着量とは、相関関係があるため、この関係を予め求めておけば、劣化の度合いから、上限吸着量を求めることができる。【００８５】
また、フィルタ５の故障判定を行うには、ＰＭセンサ１７にある程度のＰＭが付着する必要がある。なお、フィルタ５の故障判定を行うために必要となるＰＭの付着量を以下、「必要付着量」という。この必要付着量は、例えば、ＰＭセンサ１７の仕様などにより決まる。そして、ＰＭセンサ１７に付着するＰＭ量が必要付着量に達するまでは、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が上限吸着量を超えないように所定量を決定する。ここで、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量は、排気中のＮＯx量に応じて変化する。すなわち、フィルタ５の故障判定を行う時点ＪにおいてＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量は、図９のＨからＪまでの期間に内燃機関１から排出される総ＮＯx量に応じて変化する。【００８６】
この総ＮＯx量を算出するために、ＰＭセンサ１７に付着するＰＭ量が必要付着量となるまでに必要となる内燃機関１の負荷を求める。ここで、内燃機関１の負荷に応じてＰＭ量が増加する。そこで、ＰＭセンサ１７に付着するＰＭ量が必要付着量となるまでの間に内燃機関１から排出されるＰＭ量を算出する。内燃機関１から排出されるＰＭ量は、予め実験等により求めておく。そして、この内燃機関１から排出されるＰＭ量に応じた内燃機関１の負荷を算出する。この負荷は、例えば、吸入空気量の総量として求めてもよい。内燃機関１から排出されるＰＭ量と、内燃機関１の負荷と、の関係は、予め実験等により求めておく。また、吸入空気量の総量は、規定値であってもよい。【００８７】
そして、この負荷で内燃機関１が運転されたときに該内燃機関１から排出される総ＮＯx量を算出する。内燃機関１から排出されるＮＯx量は、内燃機関１の運転状態と相関関係にあるため、内燃機関１の運転状態から総ＮＯx量を算出することができる。この総ＮＯx量に応じて噴射弁６から尿素水を供給するため、総ＮＯx量と尿素水の供給量とには相関関係がある。そして、ＮＯx触媒７におけるＮＯx浄化率を考慮すれば、ＮＯx触媒７において消費されるＮＨ３量を算出することができる。さらに、尿素水の供給量と、消費されるＮＨ３量とから、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量（以下、総吸着量という。）を算出することができる。【００８８】
そして、（所定量＜上限吸着量−総吸着量）となるように、所定量を決定する。すなわち、所定量に総吸着量を加算しても、上限吸着量に達しないように、所定量を決定する。そうすると、ＰＭセンサ１７に付着しているＰＭ量が必要付着量となるまでは、ＮＯx触媒７に吸着されているＮＨ３量が上限吸着量を超えない。【００８９】
図１０は、本実施例に係るフィルタ５の故障判定のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に、ＥＣＵ１０により実行される。【００９０】
ステップＳ２０１では、フィルタ５の再生処理が実施された後であるか否か判定される。本ステップでは、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が十分に少ないか否か判定している。ＮＯx触媒７にＮＨ３が吸着する前であれば、フィルタ５の再生処理が実施された後とする。【００９１】
ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはＰＭセンサ１７に中間生成物が付着する虞があるため、本ルーチンを終了させる。【００９２】
ステップＳ２０２では、上限吸着量が算出される。すなわち、前回の運転時において算出されたＮＯx浄化率に基づいて、ＮＯx触媒７が吸着可能なＮＨ３量の上限値が算出される。なお、ＮＯx浄化率は、内燃機関１が運転される毎に、ＥＣＵ１０に記憶させておく。ＮＯx浄化率と上限吸着量との関係を予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。【００９３】
ステップＳ２０３では、総吸着量が算出される。すなわち、ＮＯx浄化率及び尿素水の供給量に基づいて、フィルタ５の故障判定を行う時点ＪにおいてＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が推定される。これらの関係は、予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。【００９４】
ステップＳ２０４では、所定量が算出される。上限吸着量から総吸着量を減算した値からある程度の余裕分を減算した値を所定量とする。【００９５】
ステップＳ２０５では、フィルタ５に堆積しているＰＭ量が規定値以上であるか否か判定される。この規定値は、フィルタ５の故障判定の精度が高くなる値として設定される。すなわち、フィルタ５の再生処理を実施した直後では、フィルタ５にＰＭがほとんど堆積していないために、ＰＭがフィルタ５を通り抜けやすい。このため、フィルタ５の故障判定の精度が低くなる虞があるので、フィルタ５に堆積しているＰＭ量が規定値以上となるまで待っている。【００９６】
ステップＳ２０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ戻る。【００９７】
ステップＳ２０６では、ＮＯx触媒７が実際に吸着しているＮＨ３量（実吸着量）が、所定量以下であるか否か判定される。すなわち、フィルタ５の故障判定が完了するまでの間に、ＮＯx触媒７が吸着するＮＨ３量が、上限吸着量を超えないか否か判定している。【００９８】
ステップＳ２０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはフィルタ５の故障判定の精度が低くなる虞があるため本ルーチンを終了させる。【００９９】
ステップＳ２０７では、ＯＢＤ実施フラグがＯＮとされる。このＯＢＤ実施フラグは、フィルタ５の故障判定を実施可能なときにＯＮとされ、実施することができないときにＯＦＦとされるフラグである。【０１００】
ステップＳ２０８では、フィルタ５の故障判定が実施される。すなわち、ＰＭセンサ１７の検出値に基づいてフィルタ５が故障しているか否かが判定される。【０１０１】
以上説明したように本実施例によれば、ＰＭセンサ１７に付着するＰＭ量が十分に多くなるまでの間に、ＮＯx触媒７から中間生成物が流出することを抑制できる。したがって、ＰＭセンサ１７に中間生成物が付着することを抑制できるため、ＰＭセンサ１７の検出値が中間生成物の影響を受けて変化することを抑制できる。これにより、フィルタ５の故障判定の精度をより高めることができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１     内燃機関
２     吸気通路
３     排気通路
４     酸化触媒
５     フィルタ
６     噴射弁
７     選択還元型ＮＯx触媒
１０   ＥＣＵ
１１   エアフローメータ
１２   第一排気温度センサ
１３   第二排気温度センサ
１４   第三排気温度センサ
１５   第一ＮＯxセンサ
１６   第二ＮＯxセンサ
１７   ＰＭセンサ
１８   アクセル開度センサ
１９   クランクポジションセンサ
【図１】
2013042190.tif 000003
【図２】
2013042190.tif 000004
【図３】
2013042190.tif 000005
【図４】
2013042190.tif 000006
【図５】
2013042190.tif 000007
【図６】
2013042190.tif 000008
【図７】
2013042190.tif 000009
【図８】
2013042190.tif 000010
【図９】
2013042190.tif 000011
【図１０】
2013042190.tif 000012
【国際調査報告】
2013042190.tif 000013
2013042190.tif 000014