(57)【要約】【課題】還元剤の供給異常を診断するときの診断精度を向上すること。【解決手段】添加弁から還元剤が供給されている期間において圧力検出装置により検出される還元剤の圧力の最小値が圧力閾値よりも大きい場合に、異常診断を実施する条件が成立していると判定する判定部と、判定部によって異常診断を実施する条件が成立していると判定された場合に、添加弁から還元を供給したときの圧力検出装置によって検出される還元剤の圧力低下量に基づいて、異常診断を実施する診断部と、を備える。【選択図】図５
2019070350.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還元剤を用いて排気を浄化する触媒と、
還元剤を前記触媒へ供給する添加弁と、
還元剤を吐出するポンプと、
前記ポンプと前記添加弁とを接続して還元剤が流通する還元剤通路と、
前記還元剤通路において還元剤の圧力を検出する圧力検出装置と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置の異常診断を実施する装置である内燃機関の排気浄化装置の異常診断装置において、
前記添加弁から還元剤が供給されている期間において前記圧力検出装置により検出される還元剤の圧力の最小値が圧力閾値よりも大きい場合に、前記異常診断を実施する条件が成立していると判定する判定部と、
前記判定部によって前記異常診断を実施する条件が成立していると判定された場合に、前記添加弁から還元剤を供給したときの前記圧力検出装置によって検出される還元剤の圧力低下量に基づいて、前記異常診断を実施する診断部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置の異常診断装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に設けられ還元剤を用いて排気を浄化する触媒と、
還元剤を前記触媒へ供給する添加弁と、
還元剤を吐出するポンプと、
前記ポンプと前記添加弁とを接続して還元剤が流通する還元剤通路と、
前記還元剤通路において還元剤の圧力を検出する圧力検出装置と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置の異常を診断する装置である内燃機関の排気浄化装置の異常診断装置において、
前記添加弁へ与えられる還元剤供給量の指令値を算出する指令値算出部と、
前記内燃機関の始動開始時点からの前記指令値算出部により算出される還元剤供給量の指令値の積算値が所定積算値以上である場合に、前記異常診断を実施する条件が成立していると判定する判定部と、
前記判定部によって前記異常診断を実施する条件が成立していると判定された場合に、前記添加弁から還元剤を供給したときの前記圧力検出装置によって検出される還元剤の圧力低下量に基づいて、前記異常診断を実施する診断部と、
を備える内燃機関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の異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンモニアを還元剤として使用することで、内燃機関からの排気中に含まれるＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）が知られている。このＮＯｘ触媒よりも上流側には、排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を添加する添加弁等が設置される。アンモニアの前駆体としては、尿素を例示できる。以下、アンモニアの前駆体またはアンモニアをまとめて「還元剤」ともいう。
【０００３】
添加弁から還元剤を供給する際には、還元剤を吐出するポンプの回転速度に基づいたフィードバック制御が行われる。ここで、上記ポンプの回転速度を一定に維持しつつ上記フィードバック制御を停止させ、その状態で還元剤を供給したときの還元剤通路内の圧力低下量に基づいて、還元剤供給装置の異常診断を実施する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／１０４３６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の停止後には、排気および周辺部品から添加弁が熱を受けることで、内燃機関の作動中よりも添加弁の温度が一時的に上昇する。このときに、還元剤が添加弁内に存在すると、添加弁内で還元剤から析出物が発生することがあり、この析出物が添加弁内の摺動部の摩耗や添加弁の詰まりの原因となる。さらに、内燃機関の停止後の添加弁の温度上昇により、添加弁内部で還元剤が加水分解されてアンモニアが発生することがある。このアンモニアにより、添加弁が腐食する虞がある。このため、内燃機関の停止後に添加弁及び還元剤通路内の還元剤をタンクまで吸い戻すことが行われている。
【０００６】
還元剤をタンクまで吸い戻すときに、添加弁及び還元剤通路内には排気通路内のガスが吸い込まれるため、内燃機関の再始動時には添加弁及び還元剤通路内にガスが残存している。このガスは、内燃機関の始動後から徐々に添加弁及び還元剤通路から排出されるが、全てのガスが排出されるまでにはある程度の時間がかかる。ここで、添加弁及び還元剤通路内にガスが存在していると、還元剤供給時の還元剤通路内の圧力低下量に影響するため、この圧力低下量に基づいて還元剤供給装置の異常診断を実施すると、誤診断の虞がある。
【０００７】
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、還元剤の供給異常を診断するときの診断精度を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様の一つは、内燃機関の排気通路に設けられ還元剤を用いて排気を浄化する触媒と、還元剤を前記触媒へ供給する添加弁と、還元剤を吐出するポンプと、前記ポンプと前記添加弁とを接続して還元剤が流通する還元剤通路と、前記還元剤通路において還元剤の圧力を検出する圧力検出装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置の異常診断を実施する装置である内燃機関の排気浄化装置の異常診断装置において、前記添加弁から還元剤
が供給されている期間において前記圧力検出装置により検出される還元剤の圧力の最小値が圧力閾値よりも大きい場合に、前記異常診断を実施する条件が成立していると判定する判定部と、前記判定部によって前記異常診断を実施する条件が成立していると判定された場合に、前記添加弁から還元剤を供給したときの前記圧力検出装置によって検出される還元剤の圧力低下量に基づいて、前記異常診断を実施する診断部と、を備える内燃機関の排気浄化装置の異常診断装置である。
【０００９】
また、本発明の態様の一つは、内燃機関の排気通路に設けられ還元剤を用いて排気を浄化する触媒と、還元剤を前記触媒へ供給する添加弁と、還元剤を吐出するポンプと、前記ポンプと前記添加弁とを接続して還元剤が流通する還元剤通路と、前記還元剤通路において還元剤の圧力を検出する圧力検出装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置の異常を診断する装置である内燃機関の排気浄化装置の異常診断装置において、前記添加弁へ与えられる還元剤供給量の指令値を算出する指令値算出部と、前記内燃機関の始動開始時点からの前記指令値算出部により算出される還元剤供給量の指令値の積算値が所定積算値以上である場合に、前記異常診断を実施する条件が成立していると判定する判定部と、前記判定部によって前記異常診断を実施する条件が成立していると判定された場合に、前記添加弁から還元剤を供給したときの前記圧力検出装置によって検出される還元剤の圧力低下量に基づいて、前記異常診断を実施する診断部と、を備える内燃機関の排気浄化装置の異常診断装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、還元剤の供給異常を診断するときの診断精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系と、の概略構成を示す図である。
【図２】指令供給量を求めるためのブロック図である。
【図３】還元剤供給制御のフローを示したフローチャートである。
【図４】還元剤通路内にガスが存在している場合と存在していない場合との還元剤供給時の還元剤圧力を比較するための図である。
【図５】実施例１に係る還元剤供給装置の異常診断を実施するか否かを判定するフローを示したフローチャートである。
【図６】還元剤供給装置の異常診断のフローを示したフローチャートである。
【図７】実施例２に係る還元剤供給装置の異常診断を実施するか否かを判定する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】
【００１２】
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、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例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。
【００１３】
（実施例１）
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系と、の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、内燃機関１はガソリンエンジンであってもよい。内燃機関１には排気通路２が接続されている。排気通路２には、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒３（以下、「ＮＯｘ触媒３」という。）が設けられている。
【００１４】
ＮＯｘ触媒３よりも上流の排気通路２には、ＮＯｘ触媒３へ還元剤を供給する還元剤供給装置４が設けられている。還元剤供給装置４は、タンク４１、添加弁４２、還元剤通路４３、ポンプ４４、圧力センサ４５、リターン通路４７、チェック弁４８を備えている。
【００１５】
タンク４１は、尿素水を貯留している。添加弁４２はＮＯｘ触媒３よりも上流の排気通路２に取り付けられて尿素水を噴射する。還元剤通路４３は、タンク４１と添加弁４２とを接続して尿素水を流通させる。添加弁４２から供給された尿素水は、排気の熱またはＮＯｘ触媒３からの熱により加水分解されてアンモニアとなり、ＮＯｘ触媒３に吸着する。このアンモニアは、ＮＯｘ触媒３において還元剤として利用される。なお、以下では、アンモニア及び尿素水をまとめて還元剤と称する。
【００１６】
ポンプ４４は、還元剤通路４３がタンク４１に接続される箇所に設けられており還元剤を吐出する。なお、ポンプ４４は、タンク４１内に設置してもよい。ポンプ４４は、電動ポンプであり、電力を供給することで回転する。このポンプ４４は、回転速度を変化させることにより還元剤の吐出量を変化させることができる。これにより還元剤の圧力を調整することができる。また、ポンプ４４は逆転が可能であり、ポンプ４４を逆転させることにより還元剤通路４３から還元剤を吸い戻すことができる。
【００１７】
また、還元剤通路４３には、還元剤の圧力を検出する圧力センサ４５が設けられている。本実施例においては圧力センサ４５が、本発明における圧力検出装置に相当する。ポンプ４４には、該ポンプ４４の回転速度（１分間あたりの回転回数としてもよい。）を検出するポンプ回転速度センサ４６が設けられている。また、リターン通路４７は、還元剤通路４３とタンク４１とを接続している。リターン通路４７は、ポンプ４４から吐出された還元剤のうち一定の圧力を超える分の還元剤をチェック弁４８を介してタンク４１へ戻すための通路である。チェック弁４８は、リターン通路４７に設けられ、一定の圧力になると開弁して還元剤通路４３側からタンク４１側へ還元剤を流通させる。
【００１８】
さらに、添加弁４２よりも上流には、ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度を検出する上流側ＮＯｘセンサ１１が設けられている。また、ＮＯｘ触媒３よりも下流には、ＮＯｘ触媒３から流れ出る排気中のＮＯｘ濃度を検出する下流側ＮＯｘセンサ１２と、排気温度を検出する温度センサ１３と、が設けられている。
【００１９】
また、内燃機関１には、吸気通路６が接続されている。吸気通路６の途中には、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル７が設けられている。また、スロットル７よりも上流の吸気通路６には、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１６が取り付けられている。
【００２０】
そして、内燃機関１には電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態や排気浄化装置等を制御する。ＥＣＵ１０には、上述した上流側ＮＯｘセンサ１１、下流側ＮＯｘセンサ１２、温度センサ１３、エアフローメータ１６、圧力センサ４５、ポンプ回転速度センサ４６の他、クランクポジションセンサ１４及びアクセル開度センサ１５が電気的に接続され、各センサの出力値がＥＣＵ１０に渡される。
【００２１】
ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１４の検出に基づく機関回転速度や、アクセル開度センサ１５の検出に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。なお、本実施例では、ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘは上流側ＮＯｘセンサ１１によって検出可能であるが、内燃機関１から排出される排気（ＮＯｘ触媒３に浄化される前の排気であり、すなわちＮＯｘ触媒３に流れ込む排気）に含まれるＮＯｘは、内燃機関１の運転状態と関連性を有することから、上記内燃機関１の運転状態に基づいて、推定す
ることも可能である。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ１３によって検出される排気温度に基づいて、ＮＯｘ触媒３の温度を推定することが可能である。また、内燃機関１の運転状態に基づいて、ＮＯｘ触媒３の温度を推定することも可能である。一方、ＥＣＵ１０には、スロットル７、添加弁４２、ポンプ４４が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。
【００２２】
そして、内燃機関１の作動中にＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３を通過する排気中のＮＯｘを還元するためにＮＯｘ触媒３へ還元剤を供給する制御である還元剤供給制御を実施する。還元剤供給制御では、ポンプ４４を作動させると共に添加弁４２を開弁することにより、添加弁４２から排気中に還元剤を供給する。このときにＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３のアンモニア吸着量が、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の目標値（以下、目標吸着量ともいう。）となるように、添加弁４２から還元剤を供給する。この際、ＥＣＵ１０は、前回の還元剤の供給開始時点から今回の還元剤の供給開始時点までの期間（以下、供給間隔ともいう。）に、ＮＯｘ触媒３においてＮＯｘを浄化するために消費されたアンモニア量（以下、アンモニア消費量ともいう。）と、ＮＯｘ触媒３から脱離してＮＯｘを浄化することなく減少したアンモニア量（以下、アンモニア脱離量ともいう。）と、を補うことでＮＯｘ触媒３のアンモニア吸着量が目標吸着量となるように、添加弁４２から供給する還元剤量（以下、還元剤供給量ともいう。）を算出する。
【００２３】
このため、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３に流入するＮＯｘ量（以下、流入ＮＯｘ量ともいう。）、ＮＯｘ触媒３の温度（以下、触媒温度ともいう。）、ＮＯｘ触媒３における目標吸着量に基づいて、供給間隔中に含まれる複数の演算周期毎に繰り返し還元剤供給量を算出し、供給間隔中に算出された還元剤供給量を積算していく。そして、還元剤の供給開始時点における還元剤供給量の積算値が、ＥＣＵ１０から添加弁４２へ与えられる指令値となる。この還元剤供給量の指令値は、実際に添加弁４２から供給するべき還元剤量である。還元剤供給量と添加弁４２の開弁時間と還元剤の圧力とには相関関係があるため、この関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、算出された還元剤供給量及び検出された還元剤圧力から添加弁４２の開弁時間を決定することができる。ＥＣＵ１０は、還元剤供給量に応じた時間だけ添加弁４２を開弁させることにより、還元剤を供給する。なお、還元剤供給量の指令値を以下では、指令供給量ともいう。
【００２４】
還元剤の供給は所定期間毎に実施される。すなわち、還元剤の供給間隔が所定期間に設定されている。したがって、前回の還元剤供給開始時から所定期間に積算された還元剤供給量が、還元剤供給量の指令値となる。
【００２５】
図２は指令供給量を求めるためのブロック図である。この図２は、ＥＣＵ１０での処理で実現される機能をイメージ化したものである。アンモニア消費量は、流入ＮＯｘ量、触媒温度、目標吸着量に基づいて得ることができる。また、アンモニア脱離量は、触媒温度及び目標吸着量に基づいて得ることができる。ＥＣＵ１０の演算周期毎にＮＯｘ触媒３に流入するＮＯｘ量は、排気のＮＯｘ濃度と排気の流量とに関連しており、排気の流量はエアフローメータ１６により検出される吸入空気量と関連している。したがって、上流側ＮＯｘセンサ１１の検出値及びエアフローメータ１６の検出値に基づいて、演算周期毎にＮＯｘ触媒３に流入するＮＯｘ量を算出することができる。なお、上流側ＮＯｘセンサ１１の検出値及びエアフローメータ１６の検出値は、今回の演算時の値が前回の演算時から今回の演算時まで継続しているものとして扱うか、または、前回の演算時の値が前回の演算時から今回の演算時まで継続しているものとして扱う。また、前回の演算時から今回の演算時までの上流側ＮＯｘセンサ１１の検出値及びエアフローメータ１６の検出値の平均値を夫々求めて、この値が前回の演算時から今回の演算時まで継続しているものとして扱ってもよい。
【００２６】
また、触媒温度は、温度センサ１３により検出することができる。指令供給量を算出するときに用いる触媒温度には、前回の演算時のＮＯｘ触媒３の温度、今回の演算時のＮＯｘ触媒３の温度、または、前回の演算時から今回の演算時までのＮＯｘ触媒３の温度の平均値を用いることができる。さらに、目標吸着量は、今回の演算時での内燃機関１の運転状態に基づいて決定されるアンモニア吸着量の目標値、または、前回の演算時での内燃機関１の運転状態に基づいて決定されるアンモニア吸着量の目標値を用いることができる。目標吸着量は、ＮＯｘ触媒３において所望のＮＯｘ浄化率を確保でき、且つ、ＮＯｘ触媒３からのアンモニアの流出量を許容範囲内に抑制することができる値として、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。アンモニア消費量は、触媒温度が高いほど多くなり、流入ＮＯｘ量が多いほど多くなり、目標吸着量が多いほど多くなる。アンモニア脱離量は、触媒温度が高いほど多くなり、目標吸着量が多いほど多くなる。そしてＥＣＵ１０は、演算周期毎に、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア消費量と、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア脱離量と、の総量を供給すべきアンモニア量として還元剤供給量（以下、演算周期供給量ともいう。）を算出し、この値を供給間隔の期間において積算していく。そして、還元剤の供給時期に至った時点での演算周期供給量の積算値が、指令供給量となる。
【００２７】
図３は、還元剤供給制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により、予め定められた演算周期で実行される。
【００２８】
ステップＳ１０１では、流入ＮＯｘ量、触媒温度、目標吸着量が取得される。図２で説明したように、還元剤供給量を算出するためには、流入ＮＯｘ量、触媒温度、目標吸着量が必要となるため、上記のようにして求められたこれらの値が取得される。
【００２９】
ステップＳ１０２では、アンモニア消費量が算出される。すなわち、流入ＮＯｘ量、触媒温度、目標吸着量に基づいてアンモニア消費量が算出される。
【００３０】
ステップＳ１０３では、アンモニア脱離量が算出される。すなわち、触媒温度及び目標吸着量に基づいてアンモニア脱離量が算出される。
【００３１】
ステップＳ１０４では、前回の演算周期のフローチャートの実行時から、今回のフローチャートの実行時までの期間において、目標吸着量から減少したＮＯｘ触媒３のアンモニア吸着量に対応した演算周期供給量が算出される。アンモニア消費量及びアンモニア脱離量を用いて演算周期供給量が算出される。ＮＯｘ触媒３から減少したアンモニア吸着量と還元剤（尿素水）の供給量との関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。
【００３２】
ステップＳ１０５では、前回の演算周期のフローチャート実行時のステップＳ１０５で算出された演算周期供給量に今回のフローチャート実行時のステップＳ１０４で算出された演算周期供給量が加算される。すなわち、演算周期供給量が積算される。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０がステップＳ１０５を処理することで、本発明における指令値算出部として機能する。
【００３３】
ステップＳ１０６では、前回の還元剤の供給開始時点からの経過期間が所定期間以上であるか否か判定される。所定期間は、還元剤の供給間隔として予め設定されている値である。前回の還元剤の供給開始時点からの経過期間はＥＣＵ１０によりカウントされる。本ステップＳ１０６では、還元剤の供給時期であるか否か判定されていることになる。ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。
【００３４】
ステップＳ１０７では、添加弁４２から還元剤が供給される。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０５で算出された演算周期供給量の積算値を指令供給量とし、この指令供給量に応じた時間だけ添加弁４２を開弁させる。指令供給量と添加弁４２の開弁時間との関係は予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。また、次の還元剤の供給のために、還元剤の供給開始時点から、新たな経過期間のカウントが始まる。ステップＳ１０７の処理が終了するとステップＳ１０８へ進んで、演算周期供給量の積算値がリセットされる。ただし、指令供給量はＥＣＵ１０に記憶される。
【００３５】
このようにして、所定期間が経過するまで演算周期供給量を算出し、この演算周期供給量を積算していくことにより、還元剤供給時点での指令供給量を算出することができる。そして、この指令供給量にしたがって、所定期間毎に還元剤が供給される。
【００３６】
また、ＥＣＵ１０は、還元剤供給装置４の異常診断を、還元剤供給時の還元剤の圧力低下量と、所定低下量と、を比較することにより実施する。還元剤供給時の還元剤の圧力低下量は、還元剤供給開始時点の圧力センサ４５の検出値から、還元剤が供給されている期間における圧力センサ４５の検出値の最小値を減算することにより算出される。また、所定低下量は、還元剤供給装置４が正常である場合の圧力低下量として予め実験またはシミュレーション等により求めておく。
【００３７】
ここで、添加弁４２及び還元剤通路４３に詰まりがなく、添加弁４２から還元剤が正常に供給された場合には、添加弁４２から還元剤が供給されることにより還元剤通路４３内の圧力が低下する。還元剤の圧力低下量は、添加弁４２からの還元剤の供給量と相関関係にあるため、添加弁４２または還元剤通路４３に詰まりがある場合には、添加弁４２から噴射される還元剤の量が少なくなる分、還元剤の圧力低下量も小さくなる。したがって、還元剤供給装置４が正常であるときの圧力低下量を所定低下量として設定しておけば、実際の圧力低下量と所定低下量とを比較することにより、還元剤供給装置４の異常診断が可能となる。ＥＣＵ１０は、圧力センサ４５により検出される圧力低下量が所定低下量以上であれば、還元剤供給装置４が正常であると判定し、圧力センサ４５により検出される圧力低下量が所定低下量未満であれば、還元剤供給装置４が異常であると判定する。
【００３８】
また、ＥＣＵ１０は、還元剤通路４３内の圧力が所定圧力に近づくように、ポンプ４４の回転速度をフィードバック制御している。所定圧力は、添加弁４２から還元剤を供給するのに適した還元剤の圧力である。添加弁４２から還元剤を供給すると還元剤通路４３内の圧力が低下する。還元剤通路４３内の圧力低下が圧力センサ４５により検出された場合には、ポンプ４４の回転速度を増加させることにより、還元剤通路４３内の圧力を速やかに上昇させる。
【００３９】
また、内燃機関１が停止するとＥＣＵ１０は、添加弁４２内および還元剤通路４３内の還元剤をタンク４１に戻す制御である吸い戻し制御を実施する。ここで、内燃機関１の作動中に添加弁４２を介して排気中に還元剤を供給しているため、内燃機関１の停止時点には、添加弁４２内及び還元剤通路４３内に還元剤が残留している。内燃機関１の停止後には、排気通路２から添加弁４２に熱が移動するため、添加弁４２の温度が一時的に上昇する。このため、添加弁４２内に還元剤が存在すると、該添加弁４２内で尿素が加水分解されアンモニアが発生し、添加弁４２を腐食させる虞がある。さらに、尿素に起因する析出物が発生する虞がある。また、外気温度が低い場合には、添加弁４２及び還元剤通路４３に還元剤が残留したままでいると、内燃機関１が停止してある程度の時間が経過したときに、添加弁４２内及び還元剤通路４３内の還元剤の温度が低下して凍結する虞もある。
【００４０】
このため、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の停止後に吸い戻し制御を実施している。吸い戻し制御では、添加弁４２内及び還元剤通路４３内の還元剤をタンク４１まで逆流させるこ
とにより、添加弁４２内及び還元剤通路４３内から還元剤を除去している。この際、ＥＣＵ１０は、ポンプ４４を逆転させ、さらに、添加弁４２を開弁させることにより還元剤を逆流させることで、タンク４１内に還元剤を吸い込ませつつ添加弁４２内に排気通路２内のガスを吸い込ませている。
【００４１】
内燃機関１の始動後にポンプ４４を作動させと、内燃機関１の停止時に還元剤通路４３及び添加弁４２に存在していたガスは、リターン通路４７を介してタンク４１内に排出されたり、添加弁４２から還元剤と共に排気通路２内に排出されたりするため、徐々に減少していく。しかし、還元剤通路４３及び添加弁４２から全てのガスが排出されるまでには、ある程度の時間がかかる。ここで、添加弁４２からの還元剤供給時の還元剤の圧力低下量は、還元剤通路４３または添加弁４２内にガスが存在しているときと存在していないときとで異なる。
【００４２】
図４は、還元剤通路４３内にガスが存在している場合と存在していない場合との還元剤供給時の還元剤圧力を比較するための図である。横軸は時間であり、縦軸は還元剤通路４３内の還元剤圧力である。図４に示される最初の圧力低下が、還元剤通路４３内にガスが存在している場合の圧力低下を示しており、後の圧力低下が、還元剤通路４３内にガスが存在していない場合の圧力低下を示している。このように、還元剤通路４３内にガスが存在している場合には、存在していない場合よりも、還元剤供給時の圧力低下量が大きくなる。したがって、添加弁４２や還元剤通路４３にガスが存在しているときに還元剤供給時の圧力低下量に基づいて還元剤供給装置４の異常診断を実施すると誤診断の虞がある。
【００４３】
そこで本実施例では、還元剤が供給されている期間（添加弁４２が開いている期間としてもよい。）における還元剤圧力の最小値が圧力閾値以下の場合には、添加弁４２または還元剤通路４３内にガスが存在しているために誤診断の虞があるとして、還元剤供給装置４の異常診断を停止させる。圧力閾値は、添加弁４２及び還元剤通路４３内にガスが存在していないときに低下し得る還元剤圧力よりも小さな値であって、添加弁４２または還元剤通路４３内にガスが存在しているときには低下し得る還元剤圧力の値として予め実験またはシミュレーション等により求めておく。
【００４４】
図５は、本実施例に係る還元剤供給装置４の異常診断を実施するか否かを判定するフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定のタイミングに実施される。この所定のタイミングは、還元剤供給装置４の異常診断を実施するタイミングとしてもよい。
【００４５】
ステップＳ２０１では、還元剤供給装置４の異常診断用の還元剤供給が実施される。異常診断用の還元剤供給は、還元剤供給装置４の異常診断に適した量の還元剤を供給するように実施される。ただし、ＮＯｘ触媒３を通過する排気中のＮＯｘを還元するためにＮＯｘ触媒３へ還元剤を供給するための還元剤供給制御により、成り行きで還元剤供給を実施してもよい。なお、本ステップＳ２０１に係る還元剤供給時には、還元剤通路４３内の圧力を所定圧力に近づけるポンプ４４の回転速度のフィードバック制御を停止させてもよい。そうすると、還元剤供給時の圧力低下がより顕著に表れるため、異常診断の精度を向上させることができる。
【００４６】
ステップＳ２０２では、還元剤供給装置４の異常診断に必要なパラメータが算出される。ＥＣＵ１０は、還元剤が供給される期間（添加弁４２が開いている期間としてもよい。）の圧力センサ４５の検出値に基づいて、還元剤が供給される期間における還元剤圧力の最小値、還元剤供給開始時点における還元剤圧力、還元剤が供給される期間における還元剤の圧力低下量等を算出する。
【００４７】
ステップＳ２０３では、還元剤が供給される期間における還元剤圧力の最小値が圧力閾値以下であるか否か判定される。すなわち、本ステップＳ２０３では、添加弁４２または還元剤通路４３内にガスが存在しているか否か判定している。ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０４へ進んで還元剤供給装置４の異常診断を停止させる。一方、ステップＳ２０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０５へ進んで還元剤供給装置４の異常診断が実施される。還元剤供給装置４の異常診断については、後述の図６に基づいて説明する。なお、本実施例ではステップＳ２０３をＥＣＵ１０が処理することにより、本発明における判定部として機能する。
【００４８】
図６は、還元剤供給装置４の異常診断のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により実行される。なお、本実施例では図６に示すフローチャートをＥＣＵ１０が処理することにより、本発明における診断部として機能する。
【００４９】
ステップＳ３０１では、ステップＳ２０２で算出された還元剤が供給される期間における還元剤の圧力低下量が、所定低下量以上であるか否か判定される。すなわち、本ステップＳ３０１では、還元剤が正常に供給されているか否か判定している。ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ３０２へ進んで還元剤供給装置４は正常であると判定される。一方、ステップＳ３０１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ３０３へ進んで還元剤供給装置４が異常であると判定される。
【００５０】
このようにして、添加弁４２または還元剤通路４３にガスが存在している場合には、還元剤供給装置４の異常診断が停止されるため、このガスの影響を受けて誤診断が生じることを抑制できる。すなわち、本実施例によれば還元剤供給装置４の異常診断の精度を向上させることができる。
【００５１】
なお、本実施例では選択還元型ＮＯｘ触媒を例に挙げて説明したが、還元剤を用いて排気を浄化する他の触媒（例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）において還元剤供給装置４の異常診断を実施する場合においても同様に考えることができる。還元剤については、液体であれば尿素水及びアンモニア以外のものを用いることもできる。
【００５２】
（実施例２）
本実施例では、内燃機関１の始動開始時点から供給される還元剤の量の積算値が、還元剤通路４３及び添加弁４２からガスを排出させるのに十分な量に達した後に、還元剤供給装置４の異常診断を実施する。それまでは、還元剤供給装置４の異常診断を停止させる。
【００５３】
内燃機関１の始動開始時点からの還元剤供給量の積算値は、内燃機関１の始動開始時点からの指令供給量を積算することにより算出する。すなわち、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の始動開始時点からの指令供給量を積算し、この積算値が所定積算値以上となった場合に、還元剤供給装置４の異常診断を実施する。この所定積算値は、添加弁４２及び還元剤通路４３からガスを排出させるのに要する指令供給量の積算値として予め実験またはシミュレーション等により求めておく。
【００５４】
図７は、本実施例に係る還元剤供給装置４の異常診断を実施するか否かを判定するフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定のタイミングに実施される。この所定のタイミングは、還元剤供給装置４の異常診断を実施するタイミングとしてもよい。なお、内燃機関１の始動時から、ＥＣＵ１０により還元剤供給制御が別途実施されているものとする。
【００５５】
ステップＳ４０１では、指令供給量の積算値が読み込まれる。指令供給量の積算値は、ＥＣＵ１０により算出されている。
【００５６】
ステップＳ４０２では、指令供給量の積算値が所定積算値以上であるか否か判定される。すなわち、本ステップＳ４０２では、添加弁４２または還元剤通路４３内にガスが存在しているか否か判定している。ステップＳ４０２で肯定判定がなされた場合には、還元剤供給装置４の異常診断を実施するためにステップＳ４０３へ進む。なお、本実施例ではステップＳ４０２をＥＣＵ１０が処理することにより、本発明における判定部として機能する。
【００５７】
ステップＳ４０３では、還元剤供給装置４の異常診断用の還元剤供給が実施される。本ステップＳ４０３では、ステップＳ２０１と同様の処理が行われる。
【００５８】
ステップＳ４０４では、還元剤供給装置４の異常診断に必要なパラメータが算出される。本ステップＳ４０４では、ステップＳ２０２と同様の処理が行われる。
【００５９】
ステップＳ４０５では、図６に示した還元剤供給装置４の異常診断が実施される。一方、ステップＳ４０２で否定判定がなされた場合には、ステップＳ４０６へ進んで還元剤供給装置４の異常診断が停止される。
【００６０】
このようにして、添加弁４２または還元剤通路４３にガスが存在している場合には、還元剤供給装置４の異常診断が停止されるため、このガスの影響を受けて誤診断が生じることを抑制できる。すなわち、本実施例によれば還元剤供給装置４の異常診断の精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  内燃機関
２  排気通路
３  選択還元型ＮＯｘ触媒
４  還元剤供給装置
６  吸気通路
７  スロットル
１０  ＥＣＵ
１１  上流側ＮＯｘセンサ
１２  下流側ＮＯｘセンサ
１３  温度センサ
１４  クランクポジションセンサ
１５  アクセル開度センサ
１６  エアフローメータ
４１  タンク
４２  添加弁
４３  還元剤通路
４４  ポンプ
４５  圧力センサ
４６  ポンプ回転速度センサ
４７  リターン通路
４８  チェック弁
【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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