(57)【要約】【課題】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）の異常診断において、その劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＳＲ触媒が異常であると診断することが可能な技術を提供する。【解決手段】ＮＳＲ触媒と、排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、を有する排気浄化装置に適用される異常診断装置において、所定の燃料添加処理を実行する燃料添加処理実行部と、ＮＳＲ触媒を診断する診断部と、を備え、燃料添加処理実行部は、ＮＳＲ触媒の状態が、ＮＯｘ吸蔵量が所定範囲に属していて且つその温度が熱脱離温度よりも低い所定温度以下で活性化温度以上である所定の開始状態となっているときに、所定の燃料添加処理を開始し、診断部は、所定の燃料添加処理が開始されてからＮＳＲ触媒の温度が熱脱離温度に達するまでの期間のうちの所定期間における、ＮＳＲ触媒からのＮＯｘ流出量に基づいて、ＮＳＲ触媒を診断する。【選択図】図７
2018162734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に設けられ、排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、を有する排気浄化装置に適用される異常診断装置において、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ流出量を取得する第一取得部と、
前記ＮＯｘ流出量に基づいて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を取得する第二取得部と、
前記燃料添加弁から所定の周期で燃料を繰り返し添加することで前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を上昇させる所定の燃料添加処理を実行する燃料添加処理実行部であって、前記所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量と前記所定の周期が、前記所定の燃料添加処理の実行中において、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＮＯｘが脱離するとともに、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の平均空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比に維持されるように設定された燃料添加処理実行部と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が正常であるか異常であるかを診断する診断部と、
を備え、
前記燃料添加処理実行部は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の状態が、前記第二取得部によって取得された前記ＮＯｘ吸蔵量が所定範囲に属していて、且つ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が正常であっても前記所定の燃料添加処理に伴って前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘが流出し得る温度である熱脱離温度よりも低い所定温度以下で前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の活性化温度以上である所定の開始状態となっているときに、前記所定の燃料添加処理を開始し、
前記診断部は、前記所定の燃料添加処理が開始されてから前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記熱脱離温度に達するまでの期間のうちの所定期間における、前記ＮＯｘ流出量に基づいて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を診断する、
排気浄化装置の異常診断装置。
【請求項２】
基準の正常状態にある前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量である正常時吸蔵量を推定する推定部を更に備え、
前記診断部は、前記正常時吸蔵量が前記所定範囲の下限量以上であるときに、前記第二取得部によって取得された前記ＮＯｘ吸蔵量が、前記所定範囲の下限量よりも少ない所定の異常時吸蔵量以下である場合には、前記所定の燃料添加処理によらず、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断する、
請求項１に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
【請求項３】
前記燃料添加処理実行部は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の状態が前記所定の開始状態であり、さらに、前記正常時吸蔵量が前記所定範囲の下限量以上であって、且つ、前記第二取得部によって取得された前記ＮＯｘ吸蔵量が前記正常時吸蔵量よりも少ない状態のときに、前記所定の燃料添加処理を開始し、
前記診断部は、前記正常時吸蔵量が前記所定範囲の下限量以上であるときに、前記第二取得部によって取得された前記ＮＯｘ吸蔵量が前記正常時吸蔵量以上である場合には、前記所定の燃料添加処理によらず、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が正常であると診断する、
請求項２に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
【請求項４】
基準の正常状態にある前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量である正常時吸蔵量を推定する推定部を更に備え、
前記燃料添加処理実行部は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の状態が前記所定の開始状態であり、さらに、前記正常時吸蔵量が前記所定範囲の下限量以上であって、且つ、前記第二取得部によって取得された前記ＮＯｘ吸蔵量が前記正常時吸蔵量よりも少ない状態のとき
に、前記所定の燃料添加処理を開始し、
前記診断部は、前記正常時吸蔵量が前記所定範囲の下限量以上であるときに、前記第二取得部によって取得された前記ＮＯｘ吸蔵量が前記正常時吸蔵量以上である場合には、前記所定の燃料添加処理によらず、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が正常であると診断する、
請求項１に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
【請求項５】
前記燃料添加処理実行部は、前記所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量と前記所定の周期を、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に燃料が供給されることで還元性中間体が生成される範囲内の燃料添加量および周期であって、且つ、前記還元性中間体の生成量が前記所定の燃料添加処理の実行中において単位時間当たりに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯｘの量に応じた量となるように設定して前記所定の燃料添加処理を実行する、
請求項１から４の何れか１項に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
【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適用される異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
混合気の空燃比を理論空燃比よりも高いリーン空燃比とする希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気通路に、排気浄化触媒として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と称する場合もある。）を設ける技術が知られている。ＮＳＲ触媒は、その周囲雰囲気の空燃比がリーン空燃比のときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、その周囲雰囲気の空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって還元剤が存在するときは、吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。なお、本明細書においては、「吸蔵」との用語を「吸着」の態様をも含む用語として用いる。
【０００３】
特許文献１から４には、ＮＳＲ触媒の劣化判定方法に関する技術が開示されている。例えば、特許文献１に開示の技術では、ＮＳＲ触媒よりも下流側に感受性の異なる２つの酸素センサが配置される。そして、これらセンサの出力値が所定値以下になるまでの時間差が計測される。また、当該技術では、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が推定される。そして、前記時間差が所定の時間差未満であれば、ＮＳＲ触媒が硫黄被毒したと判定され、前記時間差が所定の時間差以上で且つＮＯｘの推定吸蔵量が所定の基準量未満であれば、ＮＳＲ触媒が熱劣化したと判定される。
【０００４】
また、特許文献２に開示の技術では、経年劣化に応じたＮＳＲ触媒での吸蔵マップを基に理想ＮＯｘ吸蔵量が算出され、排気通路に設けられたＮＯｘセンサの検出値に基づいて実ＮＯｘ吸蔵量が算出される。そして、脱硫制御の実行後の理想ＮＯｘ吸蔵量と実ＮＯｘ吸蔵量との差が、閾値より小さければ、脱硫制御によりＮＳＲ触媒の硫黄被毒が回復したと判断され、閾値より大きければ、ＮＳＲ触媒が熱劣化したと判定される。
【０００５】
また、特許文献３に開示の技術では、所謂リッチスパイク処理の実行中のＮＳＲ触媒よりも下流側のセンサ出力に基づいて、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵容量が算出される。そして、該ＮＯｘ吸蔵容量が判定値未満であれば、ＮＳＲ触媒が劣化したと判定される。
【０００６】
また、特許文献４に開示の技術では、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が推定される。そして、ＮＳＲ触媒においてＮＯｘ還元制御の実行後にＮＯｘの吸蔵が再開されてから、ＮＯｘの推定吸蔵量が、ＮＳＲ触媒が正常な状態のときに吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値に達した時点で、ＮＳＲ触媒よりも下流側のＮＯｘセンサによって検出されるＮＯｘ濃度が所定濃度以上であれば、ＮＳＲ触媒が劣化したと判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２５５９６５号公報
【特許文献２】特開２０１４−２０２１２６号公報
【特許文献３】特開２００８−０６４０７５号公報
【特許文献４】特開２００７−１６２４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＮＳＲ触媒へのＮＯｘ流入量と該ＮＳＲ触媒からのＮＯｘ流出量とに基づいて、該ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を取得することができる。そのため、このように取得したＮ
Ｏｘ吸蔵量を用いてＮＳＲ触媒の異常診断を行う場合がある。この場合、例えば、基準の正常状態にあるＮＳＲ触媒が吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値をＮＯｘ吸蔵量の基準量として、取得されたＮＯｘ吸蔵量と該基準量とに基づいて、ＮＳＲ触媒の異常診断が行われる。ここで、基準量は、ＮＳＲ触媒の温度やＮＳＲ触媒を通過する排気の流量等によって変化するため、該基準量に基づいてＮＳＲ触媒の異常診断を行うためには、該基準量を推定する必要があるものの、推定された該基準量には推定誤差が含まれ得る。詳しくは、基準量には、該基準量の推定に用いるパラメータ（ＮＳＲ触媒の温度やＮＳＲ触媒を通過する排気の流量等）を取得する際の誤差（例えば、センサばらつき）や該基準量の推定自体に伴う誤差が含まれ得る。
【０００９】
また、ＮＳＲ触媒の劣化が進行するほど、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されるＮＯｘ量が減少する。したがって、ＮＳＲ触媒の劣化が進行するほど、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されるＮＯｘ量と基準量との差分が大きくなる。そのため、例えば、上記のように取得されたＮＯｘ吸蔵量と基準量との差分（以下、「判定差分」と称する場合もある。）に基づくＮＳＲ触媒の異常診断が可能となる。しかしながら、ＮＳＲ触媒の劣化度合いが比較的小さい場合には、判定差分が小さくなる。そして、この場合、判定差分に対する基準量の推定誤差の影響が相対的に大きくなる。したがって、ＮＳＲ触媒の劣化度合いが比較的小さい場合に、判定差分に基づくＮＳＲ触媒の異常診断を行うと、誤診断をしてしまう虞がある。このような異常診断手法では、その劣化度合いが比較的小さい段階でＮＳＲ触媒が異常であると診断することが困難な場合がある。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気通路に設けられたＮＳＲ触媒の異常診断において、その劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＳＲ触媒が異常であると診断することが可能な技術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】
【００１１】
本発明では、ＮＳＲ触媒の異常診断を行う際に、該ＮＳＲ触媒の状態が所定の開始状態となっているときに、燃料添加弁から所定の周期で燃料を繰り返し添加する所定の燃料添加処理を開始する。そして、所定の燃料添加処理が開始されてからＮＳＲ触媒の温度が熱脱離温度に達するまでの期間のうちの所定期間における、ＮＳＲ触媒からのＮＯｘ流出量に基づいて、ＮＳＲ触媒の異常診断を行う。
【００１２】
より詳しくは、本発明に係る排気浄化装置の異常診断装置は、希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置であって、前記内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に設けられ、排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、を有する排気浄化装置に適用される異常診断装置において、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ流出量を取得する第一取得部と、前記ＮＯｘ流出量に基づいて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を取得する第二取得部と、前記燃料添加弁から所定の周期で燃料を繰り返し添加することで前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を上昇させる所定の燃料添加処理を実行する燃料添加処理実行部であって、前記所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量と前記所定の周期が、前記所定の燃料添加処理の実行中において、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＮＯｘが脱離するとともに、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の平均空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比に維持されるように設定された燃料添加処理実行部と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が正常であるか異常であるかを診断する診断部と、を備え、前記燃料添加処理実行部は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の状態が、前記第二取得部によって取得された前記ＮＯｘ吸蔵量が所定範囲に属していて、且つ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が正常であっても前記所定の燃料添加処理に伴って前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘが流出し得る温度である熱脱離温度よりも低い所定温度以下で前記吸
蔵還元型ＮＯｘ触媒の活性化温度以上である所定の開始状態となっているときに、前記所定の燃料添加処理を開始し、前記診断部は、前記所定の燃料添加処理が開始されてから前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記熱脱離温度に達するまでの期間のうちの所定期間における、前記ＮＯｘ流出量に基づいて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を診断する。
【００１３】
本発明に係る排気浄化装置は、ＮＳＲ触媒よりも上流側の排気通路に設けられた燃料添加弁を有している。燃料添加弁から燃料が添加されると、該燃料が排気とともにＮＳＲ触媒に供給される。そして、本発明に係る異常診断装置においては、燃料添加処理実行部によって、燃料添加弁から所定の周期で繰り返し燃料を添加する所定の燃料添加処理が行われる。所定の燃料添加処理が行われると、ＮＳＲ触媒における燃料の酸化反応により該ＮＳＲ触媒の温度が徐々に上昇する。
【００１４】
ここで、ＮＳＲ触媒には、飽和ＮＯｘ吸蔵量が存在する。そして、この飽和ＮＯｘ吸蔵量は、ＮＳＲ触媒の温度と相関を有し、ＮＳＲ触媒の温度がある温度を超えると急激に減少する。例えば、所定の燃料添加処理が行われＮＳＲ触媒の温度が徐々に上昇しＮＳＲ触媒の温度がある温度を超えると、飽和ＮＯｘ吸蔵量が急激に減少し、該飽和ＮＯｘ吸蔵量がそれまでのＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を下回る事態が生じ得る。そうすると、それまでＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯｘの一部が該ＮＳＲ触媒から脱離し得る。このように、ＮＳＲ触媒の温度がある温度を超えることで飽和ＮＯｘ吸蔵量が急激に減少し、その結果、ＮＯｘの脱離が生じる事態を、以下、熱脱離と称する。
【００１５】
また、所定の燃料添加処理では、一回の燃料添加の燃料添加量と所定の周期が、該所定の燃料添加処理の実行中において、ＮＳＲ触媒に流入する排気の平均空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比に維持されるように設定されている。そのため、所定の燃料添加処理に伴って熱脱離が生じる状態では、脱離するＮＯｘの量に対して、供給される還元剤（燃料）の量が不十分な状態となり易い。したがって、所定の燃料添加処理に伴って熱脱離が生じると、脱離したＮＯｘの一部が還元されずにＮＳＲ触媒から流出する。また、ＮＳＲ触媒の温度がある温度以上となると、ＮＳＲ触媒が正常であっても（所定の燃料添加処理にかかわらず）熱脱離が生じ得る。以上に鑑みると、所定の燃料添加処理に伴ってＮＳＲ触媒の温度がある温度以上となると、ＮＳＲ触媒が正常であっても、熱脱離したＮＯｘの一部がＮＳＲ触媒から流出し得ることになる。このような、ＮＳＲ触媒が正常であっても所定の燃料添加処理に伴ってＮＳＲ触媒からＮＯｘが流出し得る温度を、以下、熱脱離温度と称する。
【００１６】
一方、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が飽和ＮＯｘ吸蔵量以下であっても、該ＮＳＲ触媒に還元剤たる燃料が供給され、該ＮＳＲ触媒に流入する排気の空燃比が一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にされると、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯｘの一部が該ＮＳＲ触媒から脱離する。このように、ＮＳＲ触媒に流入する排気の空燃比が一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にされ、その結果、ＮＯｘの脱離が生じる事態を、以下、通常脱離と称する。所定の燃料添加処理では、この通常脱離が生じるように、一回の燃料添加の燃料添加量が設定されている。そして、通常脱離したＮＯｘは、還元剤（燃料）によって還元される傾向にある。しかしながら、所定の燃料添加処理により通常脱離したＮＯｘが、還元剤（燃料）によって還元され難くなり、ＮＳＲ触媒から流出してしまうことがある。これについて、以下に説明する。
【００１７】
ＮＳＲ触媒においては、触媒担体上に貴金属触媒が担持されている。そして、ＮＳＲ触媒に供給される還元剤（燃料）と、この貴金属触媒の触媒作用と、によって、通常脱離したＮＯｘが還元され得る。なお、貴金属触媒は、正常であれば、その温度が活性化温度以上であるときに触媒作用を発揮する。ここで、貴金属触媒が劣化してしまうと、その温度が活性化温度以上であっても、その触媒作用を発揮し難くなる。この場合、通常脱離した
ＮＯｘが還元され難くなり、その結果、該ＮＯｘがＮＳＲ触媒から流出し易くなる。つまり、ＮＳＲ触媒が異常である場合には、所定の燃料添加処理により通常脱離したＮＯｘが、還元剤（燃料）によって還元され難くなり、ＮＳＲ触媒から流出し易くなる。
【００１８】
これに対して、ＮＳＲ触媒が正常である場合には、所定の燃料添加処理により通常脱離したＮＯｘは、還元剤（燃料）によって還元される傾向にある。したがって、通常脱離したＮＯｘがＮＳＲ触媒から流出してしまう事態は生じ難い。このように、所定の燃料添加処理により通常脱離したＮＯｘは、ＮＳＲ触媒が正常である場合にはＮＳＲ触媒から流出し難く、ＮＳＲ触媒が異常である場合にはＮＳＲ触媒から流出し易いため、所定の燃料添加処理に伴ってＮＳＲ触媒から流出し得る通常脱離ＮＯｘの量に基づいて、ＮＳＲ触媒の異常診断を実行し得ることが見出された。
【００１９】
さらに、本発明者は、第二取得部によって取得されるＮＯｘ吸蔵量が所定範囲に属しているときには、ＮＳＲ触媒が正常である場合に所定の燃料添加処理に伴ってＮＳＲ触媒から流出する通常脱離ＮＯｘの量が、極めて少なくなることを見出した。そして、このとき、ＮＳＲ触媒が異常である場合には、その劣化度合いが比較的小さい段階であっても、第一取得部により取得可能な量の通常脱離ＮＯｘが、ＮＳＲ触媒から流出することを見出した。なお、第一取得部は、ある期間においてＮＳＲ触媒から流出するＮＯｘの量を取得する。したがって、このようなＮＳＲ触媒からのＮＯｘ流出量に基づいてＮＳＲ触媒の異常診断を行うと、先行文献等に記載の技術では診断することが困難だった劣化度合いが比較的小さいＮＳＲ触媒であっても、該ＮＳＲ触媒の異常を診断し得ることになる。なお、第二取得部によって取得されるＮＯｘ吸蔵量が所定範囲の下限量よりも少ないときは、ＮＳＲ触媒が異常であっても、ＮＳＲ触媒から流出する通常脱離ＮＯｘの量が比較的少なくなり易い。また、第二取得部によって取得されるＮＯｘ吸蔵量が所定範囲の上限量よりも多いときは、ＮＳＲ触媒が正常であっても、ＮＳＲ触媒から流出する通常脱離ＮＯｘの量が比較的多くなり易い。
【００２０】
そこで、燃料添加処理実行部は、ＮＳＲ触媒の状態が、第二取得部によって取得されたＮＯｘ吸蔵量が所定範囲に属していて、且つ、ＮＳＲ触媒の温度が熱脱離温度よりも低い所定温度以下でＮＳＲ触媒の活性化温度以上である所定の開始状態となっているときに、所定の燃料添加処理を開始する。
【００２１】
上記のように所定の燃料添加処理が開始されると、ＮＳＲ触媒の温度が、熱脱離温度に向かって徐々に上昇する。そして、このとき、ＮＳＲ触媒が異常である場合には、その劣化度合いが比較的小さい段階であっても、還元剤（燃料）によって還元されていない、すなわち未還元のＮＯｘがＮＳＲ触媒から流出する。なお、ＮＳＲ触媒の温度が前記所定温度よりも高い場合に、所定の燃料添加処理が開始されると、該所定の燃料添加処理の開始時のＮＳＲ触媒の温度と熱脱離温度との差分が小さくなる。そのため、所定の燃料添加処理が開始されてからＮＳＲ触媒の温度が熱脱離温度に達するまでにＮＳＲ触媒から流出する未還元のＮＯｘを正確に取得し難くなる。そのため、ＮＳＲ触媒の温度が、所定温度以下でＮＳＲ触媒の活性化温度以上のときに、所定の燃料添加処理が開始される。
【００２２】
一方、ＮＳＲ触媒が正常である場合、ＮＳＲ触媒の温度が熱脱離温度に達するまでに未還元のＮＯｘはＮＳＲ触媒からほとんど流出せず、ＮＳＲ触媒の温度が熱脱離温度に達すると、熱脱離したＮＯｘの一部が還元されずにＮＳＲ触媒から流出する。したがって、診断部は、所定の燃料添加処理が開始されてからＮＳＲ触媒の温度が熱脱離温度に達するまでの期間のうちの所定期間における、ＮＳＲ触媒からのＮＯｘ流出量に基づいて、ＮＳＲ触媒を診断することができる。ここで、所定期間とは、上記の期間の中で、劣化度合いが比較的小さいＮＳＲ触媒から流出する未還元のＮＯｘの量を、比較的正確に取得することが可能な長さを有する任意の期間である。そして、診断部は、例えば、所定期間における
ＮＳＲ触媒からのＮＯｘ流出量が所定の閾値以上である場合に、ＮＳＲ触媒が異常であると診断することができる。
【００２３】
本発明によれば、ＮＳＲ触媒が異常である場合には、その劣化度合いが比較的小さい段階であっても、所定期間において未還元のＮＯｘがＮＳＲ触媒から流出する。したがって、ＮＳＲ触媒の劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＳＲ触媒が異常であると診断することが可能となる。
【００２４】
また、本発明に係る排気浄化装置の異常診断装置は、基準の正常状態にある前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量である正常時吸蔵量を推定する推定部を更に備えてもよい。
【００２５】
ここで、基準の正常状態にあるＮＳＲ触媒とは、ＮＳＲ触媒が正常な状態に含まれる所定の劣化状態にあるＮＳＲ触媒であって、例えば、エミッションの規制値を満足できる程度の劣化状態にあるＮＳＲ触媒である。また、推定部は、例えば、単位時間当たりにＮＳＲ触媒へ流入するＮＯｘの量、ＮＳＲ触媒の温度、内燃機関から排出される排気の流量等に基づいて、内燃機関の運転状態に応じて正常時吸蔵量を推定する。そして、診断部は、所定の燃料添加処理によらず、ＮＳＲ触媒を診断することもできる。
【００２６】
具体的には、前記診断部は、前記正常時吸蔵量が前記所定範囲の下限量以上であるときに、前記第二取得部によって取得された前記ＮＯｘ吸蔵量が、前記所定範囲の下限量よりも少ない所定の異常時吸蔵量以下である場合には、前記所定の燃料添加処理によらず、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断してもよい。
【００２７】
この場合、正常時吸蔵量が所定範囲の下限量以上であるものの、第二取得部によって取得されたＮＯｘ吸蔵量が所定の異常時吸蔵量以下であるため、所定の燃料添加処理は開始されない。ここで、所定の異常時吸蔵量は、所定範囲の下限量よりも少ない量である。そして、正常時吸蔵量が所定範囲の下限量以上になっているにもかかわらず、上記のＮＯｘ吸蔵量が所定の異常時吸蔵量以下となる場合には、ＮＳＲ触媒の劣化度合いが比較的大きいと判断される。したがって、このような場合、診断部は、所定の燃料添加処理の開始前であっても、ＮＳＲ触媒が異常であると診断することができる。これにより、劣化度合いが比較的大きいＮＳＲ触媒に対して、所定の燃料添加処理を行うことなく、可及的速やかにその異常を診断することができる。また、劣化度合いが比較的大きいために、ＮＳＲ触媒に吸蔵されるＮＯｘ量が所定範囲の下限量に達しないような場合であっても、所定の燃料添加処理によらず、ＮＳＲ触媒を診断することが可能となる。なお、所定の異常時吸蔵量は、内燃機関の運転状態に応じて定められてもよい。例えば、所定の異常時吸蔵量は、内燃機関の運転状態に応じて推定される正常時吸蔵量に基づき、その推定誤差等を考慮した正常時吸蔵量を表すある範囲の下限値よりも少ない量に定められる。
【００２８】
また、前記燃料添加処理実行部は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の状態が前記所定の開始状態であり、さらに、前記正常時吸蔵量が前記所定範囲の下限量以上であって、且つ、前記第二取得部によって取得された前記ＮＯｘ吸蔵量が前記正常時吸蔵量よりも少ない状態のときに、前記所定の燃料添加処理を開始し、前記診断部は、前記正常時吸蔵量が前記所定範囲の下限量以上であるときに、前記第二取得部によって取得された前記ＮＯｘ吸蔵量が前記正常時吸蔵量以上である場合には、前記所定の燃料添加処理によらず、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が正常であると診断してもよい。これにより、所定の燃料添加処理を行うことなく、可及的速やかにＮＳＲ触媒が正常であると診断することができる。
【００２９】
また、所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量と所定の周期とを適切な範囲内に設定することで、ＮＳＲ触媒において還元性中間体を生成させることができる
。そこで、本発明では、前記燃料添加処理実行部は、前記所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量と前記所定の周期を、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に燃料が供給されることで還元性中間体が生成される範囲内の燃料添加量および周期であって、且つ、前記還元性中間体の生成量が前記所定の燃料添加処理の実行中において単位時間当たりに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯｘの量に応じた量となるように設定して前記所定の燃料添加処理を実行してもよい。
【００３０】
これによれば、所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒に排気とともに新たに流入するＮＯｘを還元性中間体によって還元することができる。その結果、所定の燃料添加処理の実行中において第一取得部によって取得されるＮＯｘ流出量に、該所定の燃料添加処理が実行されることでＮＳＲ触媒から脱離するＮＯｘ以外のＮＯｘ（すなわち、該所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒に排気とともに新たに流入するＮＯｘ）が含まれることを可及的に抑制することができる。そのため、診断部が行うＮＳＲ触媒からのＮＯｘ流出量に基づく該ＮＳＲ触媒の異常診断の精度をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気通路に設けられたＮＳＲ触媒の異常診断において、その劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＳＲ触媒が異常であると診断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る所定の燃料添加処理が実行されるときの、燃料添加タイミング、流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎ、および触媒温度Ｔｃの時間推移を示すタイムチャートである。
【図３】ＮＳＲ触媒の温度と該ＮＳＲ触媒の飽和ＮＯｘ吸蔵量との相関を示す図である。
【図４】ＮＳＲ触媒の状態が所定の開始状態となっているときに所定の燃料添加処理を実行した場合の、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの時間推移を説明するための第一のタイムチャートである。
【図５】ＮＳＲ触媒の状態が所定の開始状態となっているときに所定の燃料添加処理を実行した場合の、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの時間推移を説明するための第二のタイムチャートである。
【図６】ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量とＮＳＲ触媒からのＮＯｘ流出量との相関を示す図である。
【図７】第一の実施形態に係る排気浄化装置の異常診断装置において実行される制御フローを示すフローチャートである。
【図８】図７の制御フローを説明するための図であって、流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎ、触媒温度Ｔｃ、吸蔵量Ｑｎｏｘ、診断フラグｆｌａｇｄ、および開始フラグｆｌａｇａの時間推移を示すタイムチャートである。
【図９】第一の実施形態の変形例１に係る排気浄化装置の異常診断装置において実行される制御フローを示すフローチャートである。
【図１０】第一の実施形態の変形例２に係る所定の燃料添加処理を行ったときにＮＳＲ触媒で生ずると推測される酸化還元反応を示す第一の図である。
【図１１】第一の実施形態の変形例２に係る所定の燃料添加処理を行ったときにＮＳＲ触媒で生ずると推測される酸化還元反応を示す第二の図である。
【図１２】第二の実施形態に係る排気浄化装置の異常診断装置において実行される制御フローを示すフローチャートである。
【図１３Ａ】図１２の制御フローを説明するための図であって、ＮＳＲ触媒が異常であって且つその劣化度合いが比較的小さい場合の、流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎ、触媒温度Ｔｃ、吸蔵量Ｑｎｏｘ、診断フラグｆｌａｇｄ、および開始フラグｆｌａｇａの時間推移を示すタイムチャートである。
【図１３Ｂ】図１２の制御フローを説明するための図であって、ＮＳＲ触媒６が正常である場合の、流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎ、触媒温度Ｔｃ、吸蔵量Ｑｎｏｘ、診断フラグｆｌａｇｄ、および開始フラグｆｌａｇａの時間推移を示すタイムチャートである。
【図１３Ｃ】図１２の制御フローを説明するための図であって、ＮＳＲ触媒６が異常であって且つその劣化度合いが比較的大きい場合の、流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎ、触媒温度Ｔｃ、吸蔵量Ｑｎｏｘ、診断フラグｆｌａｇｄ、および開始フラグｆｌａｇａの時間推移を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３４】
（第一の実施形態）
＜内燃機関の吸排気系の構成＞
図１は、本実施形態に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式のリーンバーン内燃機関にも適用することができる。
【００３５】
内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。吸気通路２にはエアフローメータ４が設けられている。エアフローメータ４は内燃機関１の吸入空気量を検出する。また、エアフローメータ４より下流側の吸気通路２にはスロットル弁５が設けられている。スロットル弁５は、吸気通路２の流路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を制御する。
【００３６】
排気通路３には、排気浄化触媒としてＮＳＲ触媒６が設けられている。なお、排気通路３には、ＮＳＲ触媒６の他に、選択還元型ＮＯｘ触媒やパティキュレートフィルタが設けられてもよい。ＮＳＲ触媒６よりも上流側の排気通路３には燃料添加弁７が設けられている。燃料添加弁７は排気中に燃料を添加する。燃料添加弁７から添加された燃料は排気と共にＮＳＲ触媒６に供給される。
【００３７】
また、燃料添加弁７より下流側且つＮＳＲ触媒６より上流側の排気通路３には、上流側ＮＯｘセンサ１３および空燃比センサ１４が設けられている。上流側ＮＯｘセンサ１３は、ＮＳＲ触媒６に流入する排気（以下、「流入排気」と称する場合もある。）のＮＯｘ濃度を検出する。空燃比センサ１４は流入排気の空燃比を検出する。また、ＮＳＲ触媒６より下流側の排気通路３には、下流側ＮＯｘセンサ１５および温度センサ１６が設けられている。下流側ＮＯｘセンサ１５は、ＮＳＲ触媒６から流出する排気（以下、「流出排気」と称する場合もある。）のＮＯｘ濃度を検出する。温度センサ１６は、流出排気の温度を検出する。
【００３８】
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（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ４、上流側ＮＯｘセンサ１３、空燃比センサ１４、下流側ＮＯｘセンサ１５、および温度センサ１６が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ１０には、クランク角センサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。クランク角センサ１１は、内燃機関１のクランク角に相関のある信号を出力する。アクセル開度センサ１２は、内燃機関１が搭載された車両のアクセル開度に
相関のある信号を出力する。
【００３９】
そして、上記各センサの検出値がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、クランク角センサ１１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４および上流側ＮＯｘセンサ１３の検出値に基づいて、ある期間においてＮＳＲ触媒６に流入するＮＯｘの量であるＮＯｘ流入量を算出する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４および下流側ＮＯｘセンサ１５の検出値に基づいて、ある期間においてＮＳＲ触媒６から流出するＮＯｘの量であるＮＯｘ流出量を算出する。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ１６の検出値に基づいてＮＳＲ触媒６の温度である触媒温度を算出する。
【００４０】
さらに、ＥＣＵ１０には、内燃機関１の燃料噴射弁（図示略）、スロットル弁５、および燃料添加弁７が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これらの装置が制御される。
【００４１】
＜ＮＳＲ触媒の異常診断＞
本実施形態に係る排気浄化装置においては、ＮＳＲ触媒６の異常診断が行われる。以下、本実施形態に係るＮＳＲ触媒６の異常診断の手法について説明する。ここで、本実施形態では、上述したように、ＥＣＵ１０によって、ＮＳＲ触媒６へのＮＯｘ流入量およびＮＳＲ触媒６からのＮＯｘ流出量が算出される。さらに、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ流入量およびＮＯｘ流出量の算出値に基づいて、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量を算出することができる。つまり、ＮＯｘ流入量をＮＯｘ吸蔵量の増加量とし、ＮＯｘ流出量をＮＯｘ吸蔵量の減少量として、それらを合算することでＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量を算出することができる。そして、ＮＳＲ触媒６の劣化が進行すると、ＮＯｘ流入量が同量であっても、該ＮＳＲ触媒６に吸蔵されるＮＯｘ量が減少する。つまり、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量の算出値が減少する。
【００４２】
そして、ＮＳＲ触媒６の劣化が進行するほど、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量の算出値と、基準の正常状態にあるＮＳＲ触媒６が吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値（基準量）と、の差分が大きくなる。そのため、例えば、ＮＯｘ吸蔵量の算出値と基準量との差分（判定差分）に基づくＮＳＲ触媒６の異常診断が可能であるようにも思われる。しかしながら、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的小さい場合には、判定差分が小さくなる。また、基準量は、ＮＳＲ触媒６の温度（触媒温度）やＮＳＲ触媒６に流入する排気（流入排気）の流量等の影響を受けて変化するため、内燃機関１の運転中に推定されるものの、推定された該基準量には推定誤差が含まれ得る。したがって、判定差分が小さくなると、該判定差分に対する基準量の推定誤差の影響が相対的に大きくなる。そのため、ＮＯｘ吸蔵量の算出値のみでは、その劣化度合いが比較的小さい段階でＮＳＲ触媒６が異常であると診断することが困難な場合がある。そこで、本実施形態に係るＮＳＲ触媒６の異常診断では、ＮＳＲ触媒６の状態が後述する所定の開始状態となっているときに、該ＮＳＲ触媒６に所定の周期で繰り返し燃料が供給された場合、ＮＳＲ触媒６が正常のときと異常のときとでは、該ＮＳＲ触媒６からのＮＯｘ流出量の態様が異なることに着目した。
【００４３】
本実施形態では、ＮＳＲ触媒６の異常診断に際して、ＮＳＲ触媒６の状態が後述する所定の開始状態となっているときに、ＥＣＵ１０によって、燃料添加弁７から所定の周期で燃料を繰り返し添加する所定の燃料添加処理が実行される。図２は、本実施形態に係る所定の燃料添加処理が実行されるときの、燃料添加タイミング、流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎ、および触媒温度Ｔｃの時間推移を示すタイムチャートである。
【００４４】
図２に示すように、所定の燃料添加処理が実行されると、燃料添加弁７からの燃料添加
の周期に応じて流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎが低下する。このときに、低下したときの流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎが理論空燃比よりもリッチ空燃比となる一方で、所定の燃料添加処理の実行中の流入排気の平均空燃比Ａ／Ｆｉｎは理論空燃比よりもリーン空燃比に維持されるように、一回の燃料添加の燃料添加量と所定の周期とが設定されている。また、所定の燃料添加処理が実行されると、ＮＳＲ触媒６における燃料の酸化反応により触媒温度Ｔｃが徐々に上昇する。その結果、触媒温度Ｔｃが温度Ｔｃｘよりも高くなる。
【００４５】
ここで、ＮＳＲ触媒６の温度（触媒温度）と該ＮＳＲ触媒６の飽和ＮＯｘ吸蔵量との相関について、図３に基づいて説明する。図３において、横軸はＮＳＲ触媒６の温度を表しており、縦軸は飽和ＮＯｘ吸蔵量を表している。また、図３において、線Ｌ１は、ＮＳＲ触媒６が正常であるときの両者の相関を示しており、線Ｌ２はＮＳＲ触媒６が異常であるときの両者の相関を示している。図３に示すとおり、飽和ＮＯｘ吸蔵量は、ＮＳＲ触媒６の温度が温度Ｔｃｘを超えると急激に減少する。そうすると、ＮＳＲ触媒６の温度に応じた飽和ＮＯｘ吸蔵量の減少に起因して生じるＮＳＲ触媒６からのＮＯｘの脱離である熱脱離が生じ易くなる。
【００４６】
そして、図２の説明に戻ると、上述したように、所定の燃料添加処理の実行中の流入排気の平均空燃比Ａ／Ｆｉｎは、理論空燃比よりもリーン空燃比に維持されている。そのため、このときに熱脱離が生じると、脱離するＮＯｘの量に対して、供給される還元剤（燃料）の量が不十分な状態となり、脱離したＮＯｘの一部が還元されずにＮＳＲ触媒６から流出する。また、図３の説明で述べたとおり、触媒温度Ｔｃが温度Ｔｃｘ以上となると熱脱離が生じ易くなるため、所定の燃料添加処理に伴って触媒温度Ｔｃが温度Ｔｃｘ以上となると、熱脱離したＮＯｘの一部がＮＳＲ触媒６から流出し易くなる。そして、この事象は、ＮＳＲ触媒６が正常であっても生じ得る。ここで、ＮＳＲ触媒６が正常であっても所定の燃料添加処理に伴って該ＮＳＲ触媒６からＮＯｘが流出し得る温度を熱脱離温度Ｔｃｘとすると、図２の触媒温度Ｔｃの時間推移に示されるように、所定の燃料添加処理が行われると、触媒温度Ｔｃが熱脱離温度Ｔｃｘ以上となる。
【００４７】
また、上述したように、所定の燃料添加処理の実行中には、流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎが理論空燃比よりもリッチ空燃比となるタイミングが存在する。そして、該タイミングにおいては、ＮＳＲ触媒６に吸蔵されていたＮＯｘの一部が該ＮＳＲ触媒６から脱離する。ここで、このように脱離するＮＯｘについて、ＮＳＲ触媒６が正常のときと異常のときとでは、該ＮＳＲ触媒６からの流出の態様が異なることに着目した。これについて、以下に説明する。
【００４８】
図４、５は、ＮＳＲ触媒６の状態が所定の開始状態となっているときに所定の燃料添加処理を実行した場合の、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの時間推移を説明するためのタイムチャートである。図４は、ＮＳＲ触媒６が正常である場合の推移を示しており、図５は、ＮＳＲ触媒６が異常である場合の推移を示している。なお、図４、５に示す流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの推移は、あくまでそれぞれの場合の推移の一例である。また、図４、５において、時刻ｔ１までの期間は、燃料添加弁７からの燃料添加が行われておらず、ＮＳＲ触媒６にＮＯｘが吸蔵する期間となっている。そして、時刻ｔ１において所定の燃料添加処理が開始される。
【００４９】
ここで、所定の開始状態とは、ＥＣＵ１０によって算出されるＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が所定範囲に属していて（これについての詳細は、後述する。）、且つ、ＮＳＲ触媒６の温度（触媒温度）が、熱脱離温度よりも低い所定温度以下で該ＮＳＲ触媒６の活性化温度以上となっている状態である。図４、５において、所定の燃料添加処理が開始される時刻ｔ１において、触媒温度Ｔｃは温度Ｔｃ０となっている。この温度Ｔｃ０は、熱脱離温度Ｔｃｘよりも低い所定温度Ｔｃｔｈ以下でＮＳＲ触媒６の活性化温度Ｔｃａ以
上の温度である。
【００５０】
図４に示すように、時刻ｔ１までのＮＯｘ吸蔵期間では、排気中のＮＯｘの略全てがＮＳＲ触媒６に吸蔵されるため、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔは略ゼロとなっている。そして、時刻ｔ１において所定の燃料添加処理が開始されると、触媒温度Ｔｃが徐々に上昇し、時刻ｔ２において、触媒温度Ｔｃが熱脱離温度Ｔｃｘに達する。ここで、ＮＳＲ触媒６が正常である場合には、図４に示すように、所定の燃料添加処理が開始される時刻ｔ１から触媒温度Ｔｃが熱脱離温度Ｔｃｘに達する時刻ｔ２までの期間Δｔにおいて、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔが略ゼロとなっている。つまり、期間Δｔにおいて、ＮＳＲ触媒６からＮＯｘがほとんど流出していない。なお、本実施形態では、期間Δｔが本発明の所定期間に相当し、以下、期間Δｔを所定期間Δｔと称する場合もある。ただし、本発明の所定期間は、期間Δｔに限定されず、期間Δｔの中でＮＳＲ触媒６からのＮＯｘ流出量を取得することが可能な長さを有する任意の期間である。そして、時刻ｔ２以降に、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔは、触媒温度Ｔｃが熱脱離温度Ｔｃｘ以上に上昇していくのに応じて増加していき、あるピーク値となった後減少に転ずる。このように、触媒温度Ｔｃが熱脱離温度Ｔｃｘ以上となるとＮＳＲ触媒６からＮＯｘが流出するのは、上述したように、熱脱離したＮＯｘの一部が還元されずにＮＳＲ触媒６から流出するためである。
【００５１】
一方、ＮＳＲ触媒６が異常である場合には、図５に示す推移では、流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔは、時刻ｔ１において所定の燃料添加処理が開始されると、ある遅れ期間経過後に増加していき、あるピーク値となった後減少に転じ、触媒温度Ｔｃが熱脱離温度Ｔｃｘに達する時刻ｔ２よりも前には略ゼロに戻っている。つまり、所定期間Δｔにおいて、ＮＳＲ触媒６からＮＯｘが流出している。これは、流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎが理論空燃比よりもリッチ空燃比となるタイミングでＮＳＲ触媒６から脱離したＮＯｘの一部が、還元剤（燃料）により還元されることなくＮＳＲ触媒６から流出しているためである。そして、このように、脱離したＮＯｘの一部が還元剤（燃料）により還元されることなくＮＳＲ触媒６から流出してしまうのは、ＮＳＲ触媒６における触媒担体上に担持された貴金属触媒の劣化が影響している。貴金属触媒は、劣化してしまうとその触媒作用を発揮し難くなる。そのため、貴金属触媒が劣化した異常状態にあるＮＳＲ触媒６においては、脱離したＮＯｘの一部が還元剤（燃料）により還元され難くなり、ＮＳＲ触媒６から流出し易くなる。
【００５２】
以上に説明したように、ＮＳＲ触媒６の状態が所定の開始状態となっているときに所定の燃料添加処理を実行すると、所定期間Δｔにおいて、ＮＳＲ触媒６が正常である場合にはＮＳＲ触媒６からＮＯｘがほとんど流出せず、ＮＳＲ触媒６が異常である場合にはＮＳＲ触媒６からＮＯｘが流出する。そのため、このときのＮＯｘ流出量、すなわち所定の燃料処理に伴う所定期間ΔｔにおけるＮＯｘ流出量（以下、「診断流出量」と称する場合もある。）に基づいて、ＮＳＲ触媒６の異常診断を実行することができる。
【００５３】
ここで、仮に、触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｔｈよりも高い場合に、所定の燃料添加処理が開始されると、該所定の燃料添加処理の開始時の触媒温度Ｔｃと熱脱離温度Ｔｃｘとの差分が小さくなるため、上記の図４、５に示した期間Δｔが短くなる傾向にある。そして、期間Δｔが短くなると、所定期間においてＮＳＲ触媒６から流出したＮＯｘ（その総量が診断流出量である。）と、期間Δｔ経過後にＮＳＲ触媒６から流出するＮＯｘ（つまり、熱脱離するＮＯｘ）と、を区別することが困難となる。したがって、診断流出量を正確に算出し難くなる。そのため、本実施形態では、触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｔｈ以下でＮＳＲ触媒６の活性化温度Ｔｃａ以上のときに、所定の燃料添加処理が開始される。
【００５４】
また、燃料添加弁７から周期的に燃料を添加する際に、仮に、燃料が添加された時の流
入排気のリッチ度合いが大きすぎたり、該流入排気がリッチ空燃比となる期間が長すぎたりすると、ＮＳＲ触媒６の温度上昇速度が過剰に大きくなる。この場合にも、上記の図４、５に示した期間Δｔが短くなる傾向にあり、診断流出量を正確に算出し難くなる。さらに、脱離するＮＯｘの量に対して十分な量の還元剤（燃料）が存在すると、そのほとんどが還元されてしまい、脱離したＮＯｘを下流側ＮＯｘセンサ１５によって検出することができなくなる場合もある。そのため、ＮＳＲ触媒６の異常診断に際しては、上述したような所定の燃料添加処理を行う必要がある。
【００５５】
さらに、本発明者は、ＥＣＵ１０によって算出されるＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が所定範囲に属している場合に、所定の燃料添加処理が開始されると、所定期間Δｔにおける流出排気のＮＯｘ濃度Ｒｎｏｘｏｕｔの推移が、ＮＳＲ触媒６が正常である場合には上記の図４に示した推移となり、ＮＳＲ触媒６が異常である場合には上記の図５に示した推移となることを見出した。これについて、図６に基づいて説明する。
【００５６】
図６は、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量とＮＳＲ触媒６からのＮＯｘ流出量との相関を示す図である。図６において、横軸は、所定の燃料添加処理の開始時点でのＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量（以下、この時点でのＮＯｘ吸蔵量を「開始吸蔵量」と称する場合もある。）を表しており、縦軸は、所定の燃料処理に伴う所定期間におけるＮＯｘ流出量（診断流出量）を表している。また、図６において、線Ｌ３は、ＮＳＲ触媒６が正常であるときの両者の相関を示しており、線Ｌ４は、ＮＳＲ触媒６が異常であって且つその劣化度合いが比較的小さいときの両者の相関を示している。また、図６において、Ｑｎｏｘｍｉｎは所定範囲の下限量を示しており、Ｑｎｏｘｍａｘは所定範囲の上限量を示している。
【００５７】
図６の線Ｌ３に示されるように、ＮＳＲ触媒６が正常である場合、開始吸蔵量が所定範囲に属しているとき、すなわち開始吸蔵量が所定範囲の下限量Ｑｎｏｘｍｉｎ以上で所定範囲の上限量Ｑｎｏｘｍａｘ以下であるときには、診断流出量が極めて少なくなる。一方、図６の線Ｌ４に示されるように、ＮＳＲ触媒６が異常である場合、その劣化度合いが比較的小さい段階であっても、所定範囲において診断流出量が比較的多くなる。本発明者は、開始吸蔵量が所定範囲にある場合（これは、上述した所定の開始状態の成立要件の一つである。）、ＮＳＲ触媒６が正常のときと異常のときとでは、このように診断流出量が異なることを見出した。したがって、このような診断流出量に基づいてＮＳＲ触媒６の異常診断を行うと、先行文献等に記載の技術では診断することが困難だった劣化度合いが比較的小さいＮＳＲ触媒６であっても、該ＮＳＲ触媒６の異常を診断し得ることになる。
【００５８】
本発明に係る排気浄化装置の異常診断装置であるＥＣＵ１０は、上述したように、ＮＳＲ触媒６の状態が所定の開始状態（触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｔｈ以下で活性化温度Ｔｃａ以上となっていて、且つＮＯｘ吸蔵量が所定範囲に属している状態）となっているときに所定の燃料添加処理を開始する。そして、所定期間ΔｔにおけるＮＯｘ流出量（診断流出量）に基づいて、ＮＳＲ触媒６を診断する。これにより、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＳＲ触媒６が異常であると診断することが可能となる。
【００５９】
＜異常診断フロー＞
次に、本発明に係る排気浄化装置の異常診断装置であるＥＣＵ１０が実行する制御フローについて図７に基づいて説明する。図７は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。また、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量である吸蔵量Ｑｎｏｘの算出が、本フローとは異なる周知のフローにしたがって、ＥＣＵ１０によって内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し行われている。吸蔵量Ｑｎｏｘ
は、例えば、ＮＯｘ流入量とＮＯｘ流出量とを合算することによって、算出される。
【００６０】
本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、ＮＳＲ触媒６の異常診断を行う実行条件が成立しているか否かが判別される。Ｓ１０１では、例えば、下流側ＮＯｘセンサ１５が正常に機能すると判断できる場合に、ＮＳＲ触媒６の異常診断の実行条件が成立しているとして、肯定判定される。また、上記に加えて、例えば、ＮＳＲ触媒６に吸蔵されているＮＯｘがパージされるＮＯｘパージ処理が完了している場合に、ＮＳＲ触媒６の異常診断の実行条件が成立しているとして、肯定判定される。または、例えば、本フローとは異なる周知のフローにしたがって算出される吸蔵量Ｑｎｏｘが十分に少なくなっているときには、ＮＯｘパージ処理によらず、ＮＳＲ触媒６の異常診断の実行条件が成立しているとして、肯定判定される。そして、Ｓ１０１において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ進み、Ｓ１０１において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。
【００６１】
Ｓ１０１において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０２において、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量（吸蔵量Ｑｎｏｘ）およびＮＳＲ触媒６の温度（触媒温度Ｔｃ）が取得される。Ｓ１０２では、本フローとは異なる周知のフローにしたがって算出されＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている吸蔵量Ｑｎｏｘが読込まれる。また、温度センサ１６の出力値に基づいて触媒温度Ｔｃが算出される。
【００６２】
次に、Ｓ１０３において、Ｓ１０２で取得した吸蔵量Ｑｎｏｘが所定範囲の下限量Ｑｎｏｘｍｉｎ以上であるか否かが判別される。所定範囲の下限量Ｑｎｏｘｍｉｎは、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。そして、Ｓ１０３において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０４の処理へ進み、Ｓ１０３において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ戻る。
【００６３】
Ｓ１０３において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０４において、Ｓ１０２で取得した吸蔵量Ｑｎｏｘが所定範囲の上限量Ｑｎｏｘｍａｘ以下であるか否かが判別される。所定範囲の上限量Ｑｎｏｘｍａｘは、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。そして、Ｓ１０４において肯定判定された場合、この場合は吸蔵量Ｑｎｏｘが所定範囲に属している場合（これは、所定の開始状態の成立要件の一つである。）であって、ＥＣＵ１０はＳ１０５の処理へ進む。一方、Ｓ１０４において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。
【００６４】
Ｓ１０４において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０５において、Ｓ１０２で取得した触媒温度Ｔｃが、ＮＳＲ触媒６の活性化温度Ｔｃａ以上で所定温度Ｔｃｔｈ以下であるか否かが判別される。ここで、所定温度Ｔｃｔｈは、上述したように、熱脱離温度Ｔｃｘよりも低い温度であって、且つ診断流出量を正確に算出できる程度に該熱脱離温度Ｔｃｘとの差分を確保できる温度である。なお、活性化温度Ｔｃａおよび所定温度Ｔｃｔｈは、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。そして、Ｓ１０５において肯定判定された場合、この場合はＮＳＲ触媒６の状態が所定の開始状態となっている場合であって、ＥＣＵ１０はＳ１０６の処理へ進む。一方、Ｓ１０５において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ戻る。なお、Ｓ１０５において否定判定されてＳ１０２からＳ１０５の処理を繰り返している途中で、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量が増加して吸蔵量Ｑｎｏｘが所定範囲の上限量Ｑｎｏｘｍａｘを超えてしまう場合には、上述したように、Ｓ１０４において否定判定されて本フローの実行が終了される。この場合には、本フローの今回の実行タイミングにおいては、ＮＳＲ触媒６の異常診断が実行されないことになる。
【００６５】
Ｓ１０５において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０６において、所定の燃料添加処理が開始される。そして、所定の燃料添加処理が開始されると、Ｓ１０７において、エアフローメータ４および下流側ＮＯｘセンサ１５の検出値に基づいて、ＮＳＲ触媒６から流出
するＮＯｘの量の現在値（現在流出量Ｑｏｕｔｎｏｗ）が取得される。そして、取得した現在流出量Ｑｏｕｔｎｏｗを積算していくことによって、ＮＳＲ触媒６から流出するＮＯｘの量であるＮＯｘ流出量Ｑｎｏｘｏｕｔが算出される。次に、Ｓ１０８において、触媒温度Ｔｃが取得される。Ｓ１０８の処理は、上述したＳ１０２における触媒温度Ｔｃを取得する処理と実質的に同一である。そして、Ｓ１０９において、Ｓ１０８で取得した触媒温度Ｔｃが熱脱離温度Ｔｃｘ以上であるか否かが判別される。ここで、熱脱離温度Ｔｃｘは上述したとおりであって、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。そして、Ｓ１０９において肯定判定された場合、この場合は上記の図４、５に示した所定期間Δｔ経過した場合であって、ＥＣＵ１０はＳ１１０の処理へ進む。一方、Ｓ１０９において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０７の処理へ戻る。このように、Ｓ１０６からＳ１０９の処理が実行されることによって、所定の燃料添加処理が開始されてから触媒温度Ｔｃが熱脱離温度Ｔｃｘに達するまでの期間においてＮＳＲ触媒６から流出したＮＯｘの量が、ＮＯｘ流出量Ｑｎｏｘｏｕｔとして算出される。
【００６６】
Ｓ１０９において肯定判定された場合、次に、Ｓ１１０において、所定の燃料添加処理が終了される。そして、Ｓ１１１において、Ｓ１０７で算出したＮＯｘ流出量Ｑｎｏｘｏｕｔが所定の閾値Ｑｔｈよりも小さいか否かが判別される。ここで、所定の閾値Ｑｔｈは、ＮＳＲ触媒６に異常が生じているか否かを判別するための閾値であって、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。そして、Ｓ１１１で肯定判定された場合、Ｓ１１２においてＮＳＲ触媒６は正常であると診断される。そして、Ｓ１１２の処理の後、本フローの実行が終了される。一方で、Ｓ１１１で否定判定された場合、Ｓ１１３においてＮＳＲ触媒６は異常であると診断される。そして、Ｓ１１３の処理の後、本フローの実行が終了される。
【００６７】
本発明に係る排気浄化装置の異常診断装置であるＥＣＵ１０が、上述した制御フローを実行することによって、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＳＲ触媒６が異常であると診断することが可能となる。
【００６８】
なお、本実施形態においては、ＥＣＵ１０がＮＯｘ流出量を算出することで本発明に係る第一取得部が実現される。また、ＥＣＵ１０がＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量を算出することで、本発明に係る第二取得部が実現される。また、ＥＣＵ１０が、燃料添加弁７を用いて所定の燃料添加処理を行うことで本発明に係る燃料添加処理実行部が実現される。また、図７に示すフローのＳ１１１からＳ１１３の処理をＥＣＵ１０が実行することで本発明に係る診断部が実現される。
【００６９】
次に、上述した制御フローを、タイムチャートを用いて簡単に説明する。図８は、流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎ、触媒温度Ｔｃ、吸蔵量Ｑｎｏｘ、ＮＳＲ触媒６の異常診断の実行条件の成立を表すフラグである診断フラグｆｌａｇｄ、およびＮＳＲ触媒６の状態が所定の開始状態となっているか否かを表すフラグである開始フラグｆｌａｇａの時間推移を示すタイムチャートである。図８において、時間ｔ１１までの期間は、ＮＳＲ触媒６に吸蔵されているＮＯｘがパージされる処理（ＮＯｘパージ処理）が実行されるＮＯｘパージ期間となっている。このＮＯｘパージ処理で触媒温度Ｔｃが比較的高温にされることによって、時刻ｔ１１において吸蔵量Ｑｎｏｘが略ゼロとなる。
【００７０】
そして、図８に示すように、ＮＯｘパージ処理が完了する時刻ｔ１１において診断フラグｆｌａｇｄが立てられ、ＮＳＲ触媒６の異常診断の実行条件が成立する。これは、上記の図７に示したＳ１０１の処理において、肯定判定される場合に相当する。そして、時刻ｔ１１以降において、上記の図７に示したＳ１０２からＳ１０５の処理が実行される。図８に示すタイムチャートでは、触媒温度Ｔｃが熱脱離温度Ｔｃｘ以上となっている時刻ｔ１２までは、吸蔵量Ｑｎｏｘはほとんど増加しない。そして、時刻ｔ１２よりも後に吸蔵量Ｑｎｏｘが徐々に増加していく。
【００７１】
そして、吸蔵量Ｑｎｏｘが所定範囲の下限量Ｑｎｏｘｍｉｎとなる時刻ｔ１において、開始フラグｆｌａｇａが立てられる。時刻ｔ１においては、吸蔵量Ｑｎｏｘが、所定範囲の下限量Ｑｎｏｘｍｉｎ以上で所定範囲の上限量Ｑｎｏｘｍａｘ以下となっている（吸蔵量Ｑｎｏｘが所定範囲に属している）。つまり、上記の図７に示したＳ１０３、Ｓ１０４の処理で肯定判定される。さらに、時刻ｔ１においては、触媒温度Ｔｃが、活性化温度Ｔｃａ以上で所定温度Ｔｃｔｈ以下となっている。つまり、上記の図７に示したＳ１０５の処理で肯定判定される。この場合、ＮＳＲ触媒６の状態が所定の開始状態となっているため、上述したように開始フラグｆｌａｇａが立てられる。そして、開始フラグｆｌａｇａが立てられると、所定の燃料添加処理が開始される（上記の図７に示したＳ１０６の処理に相当する）。なお、所定の燃料添加処理の実行中には、現在流出量Ｑｏｕｔｎｏｗを積算することによって、ＮＯｘ流出量Ｑｎｏｘｏｕｔが算出される（上記の図７に示したＳ１０７の処理に相当する）。
【００７２】
そして、所定の燃料添加処理に伴って触媒温度Ｔｃが上昇し、時刻ｔ２において触媒温度Ｔｃが熱脱離温度Ｔｃｘとなると（上記の図７に示したＳ１０９の処理で肯定判定される場合に相当する）、所定の燃料添加処理が終了される（上記の図７に示したＳ１１０の処理に相当する）。そして、ＮＯｘ流出量Ｑｎｏｘｏｕｔの算出値に基づいて、ＮＳＲ触媒６の異常診断が実行され（上記の図７に示したＳ１１１からＳ１１３の処理に相当する）、ＮＳＲ触媒６の異常診断が終了すると診断フラグｆｌａｇｄが下ろされる。
【００７３】
（第一の実施形態の変形例１）
次に、上述した第一の実施形態の変形例１について、図９に基づいて説明する。なお、本変形例において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。
【００７４】
図９は、本変形例に係る制御フローを示すフローチャートである。本変形例では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。
【００７５】
図９に示すフローでは、Ｓ１０５の処理の後、Ｓ２０５において、所定期間ｔｃｒが算出される。所定期間ｔｃｒは、上述した第一の実施形態で説明した所定期間と実質的に同一の概念のものである。ここで、本変形例では、所定期間ｔｃｒが上記の図４、５、８に示した期間Δｔに限定されないのは当然のことである。Ｓ２０５では、例えば、そのときの触媒温度Ｔｃ、吸蔵量Ｑｎｏｘ、内燃機関１から排出される排気の流量等と、これらと所定期間ｔｃｒとの相関を表すマップと、に基づいて、所定期間ｔｃｒが算出される。ただし、上記は例示であって、周知の手法に基づいて、所定期間ｔｃｒが算出されてもよい。そして、Ｓ２０５の処理の後、ＥＣＵ１０はＳ１０６の処理へ進む。
【００７６】
また、図９に示すフローでは、Ｓ１０７の処理の後、Ｓ２０９において、Ｓ１０６で所定の燃料添加処理が開始されてから、Ｓ２０５で算出した所定期間ｔｃｒが経過したか否かが判別される。そして、Ｓ２０９において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１０の処理へ進み、Ｓ２０９において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０７の処理へ戻る。
【００７７】
本発明に係る排気浄化装置の異常診断装置であるＥＣＵ１０が、上述した制御フローを実行することによっても、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＳＲ触媒６が異常であると診断することが可能となる。
【００７８】
（第一の実施形態の変形例２）
また、所定の燃料添加処理における一回の燃料添加の燃料添加量（以下、「一回添加量」と称する場合もある。）と所定の周期とを適切な範囲内に設定することで、ＮＳＲ触媒６において還元性中間体を生成させることができる。そして、生成された還元性中間体によってＮＯｘを還元することができる。以下、そのメカニズムについて図１０および１１に基づいて説明する。
【００７９】
図１０および１１はＮＳＲ触媒６の触媒担体５０の表面部分を示している。また、図１０および１１には、一回添加量と所定の周期とを本変形例に係る範囲内に設定して所定の燃料添加処理を行ったときに生ずると推測される反応が示されている。図１０は、燃料添加弁７から添加された燃料がＮＳＲ触媒６に供給されていないとき、すなわち、流入排気の空燃比がリーン空燃比であるときを示している。一方、図１１は、燃料添加弁７から添加された燃料がＮＳＲ触媒６に供給されたとき、すなわち、流入排気の空燃比がリッチ空燃比であるときを示している。
【００８０】
ＮＳＲ触媒６においては、例えばアルミナからなる触媒担体５０上に白金Ｐｔからなる貴金属触媒５１が担持されている。さらに、触媒担体５０上にはカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、ランタノイドのような希土類および銀Ａｇ、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、イリジウムＩｒのようなＮＯｘに電子を供与しうる金属から選ばれた少なくとも一つを含む塩基性層５３が形成されている。なお、触媒担体５０上には白金Ｐｔに加えてロジウムＲｈまたはパラジウムＰｄを担持させてもよい。
【００８１】
流入排気の空燃比がリーン空燃比のときは、図１０に示すように、排気中のＮＯの一部が触媒担体５０に担持された白金Ｐｔ５１上において酸化されてＮＯ２となり、このＮＯ２はさらに酸化されてＮＯ３となる。また、ＮＯ２の一部はＮＯ２−となる。したがって、白金Ｐｔ上にはＮＯ２−とＮＯ３とが生成されることになる。ＮＳＲ触媒６上に付着しているＮＯおよび白金Ｐｔ５１上において生成されたＮＯ２−およびＮＯ３は活性が強い。以下、これらＮＯ、ＮＯ２− およびＮＯ３を活性ＮＯｘ＊と称する。
【００８２】
一方、燃料添加弁７から添加された燃料がＮＳＲ触媒６に供給されることで流入排気の空燃比がリッチ空燃比となると、燃料に含まれる炭化水素ＨＣの大部分は酸化反応により燃焼せしめられるが、該炭化水素ＨＣの一部は改質されてラジカルとなる。したがって、図１１に示すように活性ＮＯｘ＊周りの炭化水素濃度が高くなる。そして、活性ＮＯｘ＊が生成された後で、該活性ＮＯｘ＊周りの酸素濃度が高い状態が一定時間以上継続すると活性ＮＯｘ＊は酸化され、硝酸イオンＮＯ３−の形で塩基性層５３内に吸収される。しかしながら、この一定時間が経過する前に活性ＮＯｘ＊周りの炭化水素濃度が再度高くされると、図１１に示されるように活性ＮＯｘ＊は白金Ｐｔ５１上においてラジカル状の炭化水素ＨＣと反応し、それにより還元性中間体が生成される。この還元性中間体は塩基性層５３の表面上に付着又は吸着される。
【００８３】
なお、このとき最初に生成される還元性中間体はニトロ化合物Ｒ−ＮＯ２であると考えられる。このニトロ化合物Ｒ−ＮＯ２は生成されるとニトリル化合物Ｒ−ＣＮとなるがこのニトリル化合物Ｒ−ＣＮはその状態では瞬時しか存続し得ないため、ただちにイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯとなる。このイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯは加水分解するとアミン化合物Ｒ−ＮＨ２となる。ただし、この場合、加水分解されるのはイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯの一部であると考えられる。したがって、図１１に示されるように塩基性層５３の表面上に付着又は吸着されている還元性中間体の大部分はイソシアネート化合物Ｒ−ＮＣＯおよびアミン化合物Ｒ−ＮＨ２であると考えられる。
【００８４】
一方、図１１に示されるように生成された還元性中間体の周りに炭化水素ＨＣが付着し
ているときには還元性中間体は炭化水素ＨＣに阻まれてそれ以上反応が進まない。この場合、流入排気における炭化水素ＨＣの濃度が低下し、次いで還元性中間体の周りに付着している炭化水素ＨＣが酸化せしめられて消滅する。それにより還元性中間体周りの酸素濃度が高くなると、還元性中間体は排気中のＮＯｘや活性ＮＯｘ＊と反応するか、周囲の酸素と反応するか、または自己分解する。それによって、還元性中間体Ｒ−ＮＣＯやＲ−ＮＨ２は、Ｎ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏに変換せしめられる。これにより、還元性中間体によってＮＯｘが還元されることになる。
【００８５】
以上説明したようにＮＳＲ触媒６においては、流入排気の炭化水素濃度が高くなることにより還元性中間体が生成され、さらに、その後で、流入排気の炭化水素濃度が低下し、その酸素濃度が高くなったときに還元性中間体によってＮＯｘが還元される。したがって、ＮＳＲ触媒６において、還元性中間体を生成させ、該還元性中間体によってＮＯｘを還元するためには、流入排気の炭化水素濃度を周期的に変化させる必要がある。
【００８６】
さらに、この場合、還元性中間体を生成するのに十分高い濃度まで流入排気の炭化水素濃度を高める必要があり、且つ、生成された還元性中間体を排気中のＮＯｘや活性ＮＯｘ＊や酸素と反応させ、または自己分解させるのに十分低い濃度まで流入排気の炭化水素濃度を低下させる必要がある。また、炭化水素ＨＣの供給周期を長くすると該炭化水素ＨＣが供給された後、次に炭化水素ＨＣが供給されるまでの間において酸素濃度が高くなる期間が長くなり、その結果、活性ＮＯｘ＊が還元性中間体を生成することなく硝酸塩の形で塩基性層５３内に吸収されてしまうことになる。したがって、還元性中間体によってＮＯｘを還元するためには、流入排気の空燃比を適切な振幅かつ適切な周期で変化させる必要がある。そこで、本変形例では、流入排気の空燃比が適切な振幅かつ適切な周期で変化するように、所定の燃料添加処理における一回添加量および所定の周期を設定する。
【００８７】
さらに、本変形例では、ＮＯｘを還元するため還元性中間体の生成量が所定の燃料添加処理の実行中において単位時間当たりにＮＳＲ触媒６へ流入するＮＯｘの量に応じた量となるように、所定の燃料添加処理における一回添加量と所定の周期とを設定する。ここで、所定の燃料添加処理によってＮＳＲ触媒６において還元性中間体を生成させる場合、該所定の燃料添加処理における一回添加量が多いほど、還元性中間体の生成量が多くなる。また、所定の燃料添加処理における燃料添加の周期が短いほど、還元性中間体の生成量が多くなる。そこで、所定の燃料添加処理における一回添加量および所定の周期と還元性中間体の生成量との相関を実験等に基づいて予め求め、その相関をマップまたは関数としてＥＣＵ１０に予め記憶させる。そして、ＥＣＵ１０が、このマップまたは関数を用いて所定の燃料添加処理における一回添加量および所定の周期を設定する。
【００８８】
還元性中間体の生成量が所定の燃料添加処理の実行中において単位時間当たりにＮＳＲ触媒６へ流入するＮＯｘの量に応じた量となるように所定の燃料添加処理を実行することで、該所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒６に排気とともに新たに流入するＮＯｘを還元性中間体によって還元することができる。その結果、ＮＳＲ触媒６に新たに流入するＮＯｘが、該ＮＳＲ触媒６を通過して該ＮＳＲ触媒６から流出して下流側ＮＯｘセンサ１５によって検出されることを抑制することができる。これにより、所定の燃料添加処理の実行中において算出されるＮＯｘ流出量に、該所定の燃料添加処理が実行されることでＮＳＲ触媒６から脱離するＮＯｘ以外のＮＯｘ（すなわち、該所定の燃料添加処理の実行中にＮＳＲ触媒６に排気とともに新たに流入するＮＯｘ）が含まれることを可及的に抑制することが可能となる。そのため、所定の燃料処理に伴う所定期間におけるＮＯｘ流出量（診断流出量）に基づくＮＳＲ触媒６の異常診断の精度をより向上させることができる。
【００８９】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について、図１２および図１３Ａから図１３Ｃに基づい
て説明する。なお、本実施形態において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。
【００９０】
図１２は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。
【００９１】
図１２に示すフローでは、Ｓ１０１において肯定判定された場合、次に、Ｓ３０１において、基準の正常状態にあるＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量である正常時吸蔵量Ｑｎｏｘｎｒｍが推定される。ここで、基準の正常状態にあるＮＳＲ触媒６とは、ＮＳＲ触媒６が正常な状態に含まれる所定の劣化状態にあるＮＳＲ触媒６であって、例えば、エミッションの規制値を満足できる程度の劣化状態にあるＮＳＲ触媒６である。Ｓ３０１では、例えば、単位時間当たりにＮＳＲ触媒６へ流入するＮＯｘの量、触媒温度Ｔｃ、内燃機関１から排出される排気の流量等に基づいて、内燃機関１の運転状態に応じて正常時吸蔵量Ｑｎｏｘｎｒｍが推定される。ただし、上記は例示であって、周知の手法に基づいて、正常時吸蔵量Ｑｎｏｘｎｒｍが推定されてもよい。
【００９２】
次に、Ｓ３０２において、Ｓ３０１で推定した正常時吸蔵量Ｑｎｏｘｎｒｍが所定範囲の下限量Ｑｎｏｘｍｉｎ以上であるか否かが判別される。そして、Ｓ３０２において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０３の処理へ進み、Ｓ３０２において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０１の処理へ戻る。
【００９３】
Ｓ３０２において肯定判定された場合、次に、Ｓ３０３において、吸蔵量Ｑｎｏｘが取得される。Ｓ３０３の処理は、上記の図７に示したＳ１０２における吸蔵量Ｑｎｏｘを取得する処理と実質的に同一である。そして、Ｓ３０４において、Ｓ３０３で取得した吸蔵量Ｑｎｏｘが、Ｓ３０１で推定した正常時吸蔵量Ｑｎｏｘｎｒｍよりも少ないか否かが判別される。そして、Ｓ３０４において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０５の処理へ進む。一方、Ｓ３０４において否定判定された場合、Ｓ３０６においてＮＳＲ触媒６は正常であると診断される。そして、Ｓ３０６の処理の後、本フローの実行が終了される。これにより、所定の燃料添加処理を行うことなく、可及的速やかにＮＳＲ触媒６が正常であると診断することができる。
【００９４】
Ｓ３０４において肯定判定された場合、次に、Ｓ３０５において、Ｓ３０３で取得した吸蔵量Ｑｎｏｘが、異常時吸蔵量Ｑｎｏｘａｂｎよりも多いか否かが判別される。ここで、異常時吸蔵量Ｑｎｏｘａｂｎは、所定範囲の下限量Ｑｎｏｘｍｉｎよりも少ない量である。また、吸蔵量Ｑｎｏｘが異常時吸蔵量Ｑｎｏｘａｂｎ以下となる場合、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的大きいと判断される。そして、異常時吸蔵量Ｑｎｏｘａｂｎは、予め定められてＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されてもよいし、内燃機関１の運転状態に応じて定められてもよい。例えば、異常時吸蔵量Ｑｎｏｘａｂｎは、内燃機関１の運転状態に応じて推定される正常時吸蔵量Ｑｎｏｘｎｒｍに基づき、その推定誤差等を考慮した正常時吸蔵量Ｑｎｏｘｎｒｍを表すある範囲の下限値よりも少ない量に定められる。そして、Ｓ３０５において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ進む。一方、Ｓ３０５において否定判定された場合、Ｓ３０７においてＮＳＲ触媒６は異常であると診断される。そして、Ｓ３０７の処理の後、本フローの実行が終了される。
【００９５】
これにより、所定の燃料添加処理の開始前であっても、ＮＳＲ触媒６が異常であると診断することができる。つまり、劣化度合いが比較的大きいＮＳＲ触媒６に対して、所定の燃料添加処理を行うことなく、可及的速やかにその異常を診断することができる。また、劣化度合いが比較的大きいために、ＮＳＲ触媒６に吸蔵されるＮＯｘ量が所定範囲の下限量Ｑｎｏｘｍｉｎに達しないような場合であっても、所定の燃料添加処理によらず、ＮＳ
Ｒ触媒６を診断することが可能となる。
【００９６】
なお、本実施形態においては、図１２に示すフローのＳ３０１の処理をＥＣＵ１０が実行することで本発明に係る推定部が実現される。また、図７に示すフローのＳ１１１からＳ１１３の処理、および図１２に示すフローのＳ３０４からＳ３０７の処理をＥＣＵ１０が実行することで本発明に係る診断部が実現される。ここで、図１２に示すフローにおけるＳ３０４からＳ３０７の処理に代えて、Ｓ３０４およびＳ３０６の処理をＥＣＵ１０が実行し、図７に示すフローのＳ１１１からＳ１１３の処理、および図１２に示すフローのＳ３０４とＳ３０６の処理をＥＣＵ１０が実行することで本発明に係る診断部が実現されてもよい。この場合、Ｓ３０４において肯定判定されるとＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ進む。また、図１２に示すフローにおけるＳ３０４からＳ３０７の処理に代えて、Ｓ３０５およびＳ３０７の処理をＥＣＵ１０が実行し、図７に示すフローのＳ１１１からＳ１１３の処理、および図１２に示すフローのＳ３０５とＳ３０７の処理をＥＣＵ１０が実行することで本発明に係る診断部が実現されてもよい。この場合、Ｓ３０３の処理の後にＳ３０５の処理が実行される。
【００９７】
次に、上述した制御フローを、タイムチャートを用いて簡単に説明する。図１３Ａは、ＮＳＲ触媒６が異常であって且つその劣化度合いが比較的小さい場合の、流入排気の空燃比Ａ／Ｆｉｎ、触媒温度Ｔｃ、吸蔵量Ｑｎｏｘ、診断フラグｆｌａｇｄ、および開始フラグｆｌａｇａの時間推移を示すタイムチャートである。また、図１３Ｂは、ＮＳＲ触媒６が正常である場合のこれらの時間推移を示すタイムチャートであって、図１３Ｃは、ＮＳＲ触媒６が異常であって且つその劣化度合いが比較的大きい場合のこれらの時間推移を示すタイムチャートである。ここで、図１３Ａから図１３Ｃにおける吸蔵量Ｑｎｏｘの推移において、線Ｌ５は、ＥＣＵ１０によって算出されるＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘ吸蔵量である吸蔵量Ｑｎｏｘを表している。また、線Ｌ６は正常時吸蔵量Ｑｎｏｘｎｒｍを表していて、線Ｌ７は異常時吸蔵量Ｑｎｏｘａｂｎを表している。なお、図１３Ａから図１３Ｃにおける時刻ｔ１２までのタイムチャートは、上記の図８と同様である。
【００９８】
図１３Ａから図１３Ｃに示すように、上記の図１２に示したＳ３０１の処理によって推定される正常時吸蔵量Ｑｎｏｘｎｒｍは、時刻ｔ１２よりも後に徐々に増加していき、時刻ｔ１３において所定範囲の下限量Ｑｎｏｘｍｉｎに達する。このとき、上記の図１２に示したＳ３０２の処理において、肯定判定されることになる。そして、上記の図１２に示したＳ３０３の処理に示されるように、このときの吸蔵量Ｑｎｏｘが取得される。
【００９９】
ここで、図１３Ａでは、時刻ｔ１３において取得される吸蔵量Ｑｎｏｘは、正常時吸蔵量Ｑｎｏｘｎｒｍよりも少なくて（上記の図１２に示したＳ３０４の処理で肯定判定される。）、異常時吸蔵量Ｑｎｏｘａｂｎよりも多い（上記の図１２に示したＳ３０５の処理で肯定判定される。）。したがって、上記の図７に示したＳ１０２以降の処理へ進み、吸蔵量Ｑｎｏｘが所定範囲の下限量Ｑｎｏｘｍｉｎとなる時刻ｔ１において、開始フラグｆｌａｇａが立てられ所定の燃料添加処理が実行される。そして、所定の燃料添加処理が終了される時刻ｔ２において、ＮＯｘ流出量Ｑｎｏｘｏｕｔの算出値に基づいて、ＮＳＲ触媒６の異常診断が実行され、ＮＳＲ触媒６の異常診断が終了すると診断フラグｆｌａｇｄが下ろされる。これにより、上述したように、ＮＳＲ触媒６の劣化度合いが比較的小さい段階であっても該ＮＳＲ触媒６が異常であると診断することができる。
【０１００】
一方、図１３Ｂでは、時刻ｔ１３において取得される吸蔵量Ｑｎｏｘは、正常時吸蔵量Ｑｎｏｘｎｒｍよりも多い（上記の図１２に示したＳ３０４の処理で否定判定される。）。したがって、時刻ｔ１３において、ＮＳＲ触媒６が正常であると診断され（上記の図１２に示したＳ３０６の処理に相当する）、診断フラグｆｌａｇｄが下ろされる。なお、このときには、図１３Ｂに示すように開始フラグｆｌａｇａは立てられず、所定の燃料添加
処理は実行されない。これにより、所定の燃料添加処理を行うことなく、可及的速やかにＮＳＲ触媒６が正常であると診断することができる。
【０１０１】
一方、図１３Ｃでは、時刻ｔ１３において取得される吸蔵量Ｑｎｏｘは、正常時吸蔵量Ｑｎｏｘｎｒｍよりも少なくて（上記の図１２に示したＳ３０４の処理で肯定判定される。）、異常時吸蔵量Ｑｎｏｘａｂｎよりも少ない（上記の図１２に示したＳ３０５の処理で否定判定される。）。したがって、時刻ｔ１３において、ＮＳＲ触媒６が異常であると診断され（上記の図１２に示したＳ３０７の処理に相当する）、診断フラグｆｌａｇｄが下ろされる。なお、このときには、図１３Ｃに示すように開始フラグｆｌａｇａは立てられず、所定の燃料添加処理は実行されない。これにより、劣化度合いが比較的大きいＮＳＲ触媒６に対して、所定の燃料添加処理を行うことなく、可及的速やかにその異常を診断することができる。また、劣化度合いが比較的大きいために、ＮＳＲ触媒６に吸蔵されるＮＯｘ量が所定範囲の下限量Ｑｎｏｘｍｉｎに達しないような場合であっても、所定の燃料添加処理によらず、ＮＳＲ触媒６を診断することが可能となる。
【符号の説明】
【０１０２】
１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・エアフローメータ
５・・・スロットル弁
６・・・ＮＳＲ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
７・・・燃料添加弁
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランク角センサ
１２・・アクセル開度センサ
１３・・上流側ＮＯｘセンサ
１４・・空燃比センサ
１５・・下流側ＮＯｘセンサ
１６・・温度センサ
【図１】
2018162734.tif 000003
【図２】
2018162734.tif 000004
【図３】
2018162734.tif 000005
【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】
2018162734.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2018162734.tif 000013
【図１２】
2018162734.tif 000014
【図１３Ａ】
2018162734.tif 000015
【図１３Ｂ】
2018162734.tif 000016
【図１３Ｃ】
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