(57)【要約】【課題】ＮＯｘ触媒からアンモニアが流れ出ることを抑制しつつ異常診断を実施する。【解決手段】ＮＯｘ触媒と、アンモニア供給装置と、を備える内燃機関の排気浄化装置の異常を診断する異常診断装置において、ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実際の吸着量である実吸着量を検出する吸着量検出部と、アンモニア供給装置が正常であると仮定したときのＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量である推定吸着量を推定する吸着量推定部と、推定吸着量が所定吸着量以下の場合において、推定吸着量と実吸着量との差が閾値よりも大きなときには、アンモニア供給装置に異常があると診断する診断部と、を備える。【選択図】図９
2019138278.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、アンモニアによりＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、
を備える内燃機関の排気浄化装置の異常を診断する異常診断装置において、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実際の吸着量である実吸着量を検出する吸着量検出部と、
前記アンモニア供給装置が正常であると仮定したときの前記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量である推定吸着量を推定する吸着量推定部と、
前記推定吸着量が所定吸着量以下の場合において、前記推定吸着量と前記実吸着量との差が閾値よりも大きなときには、前記アンモニア供給装置に異常があると診断する診断部と、
を備える異常診断装置。
【請求項２】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得部を更に備え、
前記診断部は、前記推定吸着量が前記所定吸着量以下の場合、且つ、前記温度取得部により取得される前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以下の場合に、前記異常診断を実施する請求項１に記載の異常診断装置。
【請求項３】
前記吸着量推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度がアンモニア脱離温度以上に上昇した場合に、前記推定吸着量が０であると推定する請求項２に記載の異常診断装置。
【請求項４】
前記診断部によって前記アンモニア供給装置に異常があると診断された場合には、前記診断部によって前記アンモニア供給装置が正常であると診断された場合よりも、前記アンモニア供給装置からのアンモニアの供給量を増加させる制御部を更に備える請求項１から３の何れか１項に記載の異常診断装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記推定吸着量と前記実吸着量との比に基づいて前記アンモニアの供給量を増加させる請求項４に記載の異常診断装置。
【請求項６】
前記制御部が前記アンモニア供給装置からのアンモニアの供給量を増加させた後に、前記推定吸着量が前記所定吸着量よりも多くなった場合において、前記推定吸着量と前記実吸着量との差が第二閾値よりも大きなときには、前記診断部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があると診断する請求項４または５に記載の異常診断装置。
【請求項７】
前記推定吸着量が前記所定吸着量よりも多い場合において、前記推定吸着量と前記実吸着量との差が第二閾値よりも大きなときには、前記診断部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があると診断する請求項１に記載の異常診断装置。
【請求項８】
前記診断部によって前記アンモニア供給装置に異常があると診断された後に、前記推定吸着量が前記所定吸着量よりも多くなった場合において、前記推定吸着量と前記実吸着量との差が第二閾値よりも大きなときには、前記診断部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があると診断する請求項１から３の何れか１項に記載の異常診断装置。
【請求項９】
前記所定吸着量は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があり、且つ、前記アンモニア供給装置が正常であるときに、前記推定吸着量と前記実吸着量とに差が生じない、または、前記推定吸着量と前記実吸着量とに差が生じたとしても誤差の範囲内となる前記推定吸着量若しくは前記実吸着量の上限値である請求項１から８の何れか１項に記載の異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関からの排気中に含まれるＮＯｘを、アンモニアを還元剤として使用することで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。
【０００３】
ここで、ＮＯｘ触媒は劣化の進行と共にＮＯｘ浄化率が低下するため、車載状態（オンボード）でＮＯｘ触媒の劣化を診断することが行われている。このＮＯｘ触媒の劣化の診断を以下では異常診断ともいう。例えば、ＮＯｘ触媒の劣化の進行と共にＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着性能が低下することに着目して、ＮＯｘ触媒の異常診断を実施することができる。特許文献１には、ＮＯｘ触媒からアンモニアがスリップするほどのアンモニアを供給し、ＮＯｘ触媒からアンモニアがスリップした時点でＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量が上限に達したと判断して、このときのアンモニア吸着量に基づいてＮＯｘ触媒の異常診断を実施することが記載されている。この技術では、供給したアンモニアの量からアンモニア吸着量を算出し、このアンモニア吸着量が閾値以下であればＮＯｘ触媒が劣化していると診断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２７４９６号公報
【特許文献２】特開２０１５−０１４２１３号公報
【特許文献３】特開２０１０−２４８９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に係る技術では、ＮＯｘ触媒からアンモニアがスリップするまでアンモニアを供給する必要があるため、ＮＯｘ触媒からスリップしたアンモニアが大気中へ放出される虞がある。また、アンモニア供給装置に異常がある場合にも、その異常の程度に応じてＮＯｘ触媒からアンモニアがスリップするタイミングが変わるため、同様にして異常診断を実施することが可能であるが、この場合も、ＮＯｘ触媒からスリップしたアンモニアが大気中へ放出される虞がある。
【０００６】
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、ＮＯｘ触媒からアンモニアが流れ出ることを抑制しつつ異常診断を実施することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の態様の一つは、内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアによりＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、を備える内燃機関の排気浄化装置の異常を診断する異常診断装置において、前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの実際の吸着量である実吸着量を検出する吸着量検出部と、前記アンモニア供給装置が正常であると仮定したときの前記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量である推定吸着量を推定する吸着量推定部と、前記推定吸着量が所定吸着量以下の場合において、前記推定吸着量と前記実吸着量との差が閾値よりも大きなときには、前記アンモニア供給装置に異常
があると診断する診断部と、を備える異常診断装置である。
【０００８】
ＮＯｘ触媒に異常があると、吸着可能なアンモニアの量が減少する。また、アンモニア供給装置に異常がある場合には、単位時間当たりに供給されるアンモニア量が減少する。何れの場合であっても、ＮＯｘ触媒に吸着されるアンモニア量が減少する。吸着量検出部は、例えばマイクロ波を発生させマイクロ波の共振周波数を検出し、共振周波数とアンモニア吸着量との相関にしたがってアンモニア吸着量を検出する。したがって、従来のようにＮＯｘ触媒からアンモニアが流出するまでアンモニアを供給しなくても、ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量を検出することができる。一方、ＮＯｘ触媒及びアンモニア供給装置が正常であると仮定すれば、アンモニア吸着量は、例えば、アンモニアの供給量、排気の温度（ＮＯｘ触媒の温度としてもよい。）、及び排気の流量と相関関係があるため、これらの値に基づいて、アンモニア吸着量を推定することができる。ここで、ＮＯｘ触媒及びアンモニア供給装置が正常であれば、推定されるアンモニア吸着量（推定吸着量）と、吸着量検出部により検出されたアンモニア吸着量（実吸着量）とに差がほとんど生じない。一方、アンモニア供給装置に異常があると、推定吸着量と実吸着量とに差が生じる。ここで、ＮＯｘ触媒に異常がある場合であっても、推定吸着量と実吸着量とに差が生じるが、アンモニア供給装置に異常がある場合には、ＮＯｘ触媒に異常がある場合と比較すると、推定吸着量と実吸着量とに差が生じる時期が早くなることが見出された。
【０００９】
ＮＯｘ触媒に異常がある場合であっても、実吸着量が比較的少ない場合には、アンモニア供給装置から供給されるほとんどのアンモニアがＮＯｘ触媒に吸着されるため、推定吸着量と実吸着量とに差がほとんどない。このように、ＮＯｘ触媒に異常がある場合において推定吸着量と実吸着量とに差が生じないような実吸着量であっても、アンモニア供給装置に異常がある場合には、アンモニア供給量が減少した分だけ推定吸着量と実吸着量とに差が生じる。したがって、ＮＯｘ触媒に仮に異常があったとしても推定吸着量と実吸着量とに差が生じないような推定吸着量のときに推定吸着量と実吸着量とを比較して、差が閾値よりも大きければ、少なくともアンモニア供給装置に異常があると診断することができる。閾値は、アンモニア供給装置が正常のときの値として設定される。閾値は、推定吸着量やＮＯｘ触媒の温度に応じて変化させてもよい。前記所定吸着量は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があり、且つ、前記アンモニア供給装置が正常であるときに、前記推定吸着量と前記実吸着量とに差が生じない、または、前記推定吸着量と前記実吸着量とに差が生じたとしても誤差の範囲内となる前記推定吸着量若しくは前記実吸着量の上限値としてもよい。上記のように推定吸着量が所定吸着量以下の場合には、推定吸着量と実吸着量との差は、アンモニア供給装置の異常に起因して生じる。したがって、推定吸着量が所定吸着量以下の場合には、推定吸着量と実吸着量とを比較することにより、アンモニア供給装置の異常を診断することができる。このときには、ＮＯｘ触媒からアンモニアがスリップするまでＮＯｘ触媒にアンモニアを供給する必要がないため、ＮＯｘ触媒からアンモニアが流れ出ることが抑制される。なお、アンモニア供給装置に異常があると診断された場合には、アンモニア供給装置のみに異常がある場合もあれば、アンモニア供給装置及びＮＯｘ触媒の両方に異常がある場合もある。推定吸着量と実吸着量との差が閾値よりも大きくなった時点で、アンモニア供給装置に異常があると診断してもよく、所定のタイミングにおいて推定吸着量と実吸着量との差が閾値よりも大きければ、アンモニア供給装置に異常があると診断してもよい。
【００１０】
また、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得部を更に備え、前記診断部は、前記推定吸着量が前記所定吸着量以下の場合、且つ、前記温度取得部により取得される前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以下の場合に、前記異常診断を実施することができる。
【００１１】
所定温度は、温度の影響によりＮＯｘ触媒からアンモニアが脱離しても異常診断の精度
が許容範囲内になる温度、若しくは、ＮＯｘ触媒からアンモニアが脱離しない温度である。ＮＯｘ触媒の温度が仮に所定温度よりも高い場合には、ＮＯｘ触媒からアンモニアが脱離することにより、推定吸着量及び実吸着量が比較的小さくなる。このため、アンモニア供給装置に異常があったとしても、推定吸着量と実吸着量との差が小さくなり、異常診断の精度が低下し得る。一方、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以下の場合であれば、アンモニアの脱離が抑制されるため、このときにアンモニア供給装置に異常があれば、推定吸着量と実吸着量との差が大きくなる。このときに異常診断を実施することにより、異常診断の精度が向上する。
【００１２】
また、前記吸着量推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度がアンモニア脱離温度以上に上昇した場合に、前記推定吸着量が０であると推定することができる。
【００１３】
ＮＯｘ触媒の温度がアンモニア脱離温度に達すると、ＮＯｘ触媒にはアンモニアを吸着させておくことができなくなる。したがって、ＮＯｘ触媒の温度がアンモニア脱離温度以上に上昇した場合には、推定吸着量が０であると推定することができる。この状態から推定吸着量を算出することにより、推定吸着量の精度を高めることができる。例えば、排気通路にフィルタを備えている場合にフィルタの再生を行ったり、排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えている場合に硫黄被毒を回復させたり、内燃機関が高負荷で運転されたりした場合に、ＮＯｘ触媒の温度がアンモニア脱離温度に達し得る。
【００１４】
また、前記診断部によって前記アンモニア供給装置に異常があると診断された場合には、前記診断部によって前記アンモニア供給装置が正常であると診断された場合よりも、前記アンモニア供給装置からのアンモニアの供給量を増加させる制御部を更に備えることができる。
【００１５】
制御部は、要求されるアンモニア量がアンモニア供給装置から供給されるように、アンモニア供給装置に指令を送る。しかし、アンモニア供給装置に異常がある場合には、要求されるアンモニア量を供給させようとして制御装置がアンモニア供給装置に指令を送ったとしても、アンモニア供給装置から実際に供給されるアンモニア量は要求されるアンモニア量よりも少なくなる。この場合、アンモニア供給装置から供給させるアンモニア量を更に多くするようにアンモニア供給装置に制御部が指令を送ることにより、実際に供給されるアンモニア量を要求されるアンモニア量に近付けることができる。そうすると、ＮＯｘ触媒においてアンモニアが不足することを抑制できる。そして、その後に推定吸着量と実吸着量との差が生じ難くなる。
【００１６】
また、前記制御部は、前記推定吸着量と前記実吸着量との比に基づいて前記アンモニアの供給量を増加させることができる。
【００１７】
要求されるアンモニア量に対して実際に供給されるアンモニア量が減少した場合には、その分、推定吸着量に対して実吸着量が減少する。そのため、要求されるアンモニア量と実際に供給されるアンモニア量との比は、推定吸着量と実吸着量との比に略等しい。したがって、推定吸着量と実吸着量との比（推定吸着量／実吸着量）に基づいてアンモニア供給量を補正すれば、実際に供給されるアンモニア量を要求されるアンモニア量に近付けることができる。
【００１８】
また、前記制御部が前記アンモニア供給装置からのアンモニアの供給量を増加させた後に、前記推定吸着量が前記所定吸着量よりも多くなった場合において、前記推定吸着量と前記実吸着量との差が第二閾値よりも大きなときには、前記診断部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があると診断することができる。
【００１９】
ＮＯｘ触媒に異常がある場合には、推定吸着量が所定吸着量よりも多くなると、実吸着量が増加するにしたがってＮＯｘ触媒にアンモニアが吸着され難くなるため、推定吸着量と実吸着量との差が拡大していく。このときには、例えアンモニア供給装置に異常があったとしても、アンモニアの供給量を補正していることにより、アンモニア供給装置の異常が推定吸着量と実吸着量との差に与える影響は小さい。したがって、このときに、推定吸着量と実吸着量との差が第二閾値よりも拡大した場合には、ＮＯｘ触媒に異常があると診断できる。第二閾値は、ＮＯｘ触媒が正常のときの値として設定される。推定吸着量と実吸着量との差が第二閾値よりも大きくなった時点で、ＮＯｘ触媒に異常があると診断してもよく、所定のタイミングにおいて推定吸着量と実吸着量との差が第二閾値よりも大きければ、ＮＯｘ触媒に異常があると診断してもよい。
【００２０】
また、前記推定吸着量が前記所定吸着量よりも多い場合において、前記推定吸着量と前記実吸着量との差が第二閾値よりも大きなときには、前記診断部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があると診断することができる。
【００２１】
アンモニア供給装置が正常である場合には、推定吸着量が所定吸着量になるまでは、例えＮＯｘ触媒が異常であったとしても、推定吸着量と実吸着量との差はほとんどない。一方、推定吸着量が所定吸着量よりも多くなって初めて推定吸着量と実吸着量との差が第二閾値よりも大きくなるときには、アンモニア供給装置は正常であり且つＮＯｘ触媒に異常があると診断することができる。この場合の第二閾値も、ＮＯｘ触媒が正常のときの値として設定される。
【００２２】
また、前記診断部によって前記アンモニア供給装置に異常があると診断された後に、前記推定吸着量が前記所定吸着量よりも多くなった場合において、前記推定吸着量と前記実吸着量との差が第二閾値よりも大きなときには、前記診断部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があると診断することができる。
【００２３】
アンモニア供給装置が異常であるときに、アンモニア供給装置からのアンモニアの供給量を増加させない場合であっても、十分な時間の経過後には、ＮＯｘ触媒の正常時と異常時とで実吸着量に差が生じる。すなわち、アンモニア供給装置に異常があると診断された後に、さらに、推定吸着量と実吸着量との差が第二閾値よりも大きくなるときには、アンモニア供給装置に異常があり且つＮＯｘ触媒に異常があると診断することができる。この場合の第二閾値も、ＮＯｘ触媒が正常のときの値として設定される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ＮＯｘ触媒からアンモニアが流れ出ることを抑制しつつ異常診断を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係る内燃機関と、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】吸着量検出装置が発信するマイクロ波の周波数と、マイクロ波の透過率との関係を示した図である。
【図３】実吸着量と共振周波数の変化量との関係を示した図である。
【図４】ＮＯｘ触媒における推定吸着量を求めるためのブロック図である。
【図５】ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量の推移を示したタイムチャートである。
【図６】ＮＯｘ触媒及び添加弁の正常時若しくは異常時に対応する線Ｌ１，線Ｌ２，線Ｌ３の関係をまとめた図である。
【図７】添加弁からのアンモニアの供給量をＴ１の時点から増加させた場合の推定吸着量及び実吸着量の推移を示したタイムチャートである。
【図８】ＮＯｘ触媒及び添加弁の正常時若しくは異常時に対応する線Ｌ１，線Ｌ３，線Ｌ４，線Ｌ５の関係をまとめた図である。
【図９】実施形態に係る異常診断制御のフローを示したフローチャートである。
【図１０】実施形態に係る異常診断制御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】
【００２６】
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、実施形態に基づいて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。
【００２７】
（実施形態）
図１は、本実施形態に係る内燃機関１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。
【００２８】
また、ＮＯｘ触媒３よりも上流の排気通路２には、排気中に尿素水を噴射する添加弁４が設けられている。尿素水はアンモニア（ＮＨ３）の前駆体である。添加弁４から噴射された尿素水は、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、添加弁４は、尿素水に代えてアンモニアを噴射する添加弁であってもよい。本実施形態では添加弁４が、本発明におけるアンモニア供給装置に相当する。
【００２９】
さらに、添加弁４よりも上流には、ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘを検知する上流側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を検知する下流側ＮＯｘセンサ１２と、排気温度を検知する温度センサ１３と、が設けられている。なお、温度センサ１３は、ＮＯｘ触媒３の温度を検出するように、ＮＯｘ触媒３に取り付けてもよい。本実施形態では温度センサ１３が、本発明における温度取得部に相当する。
【００３０】
また、排気通路２には、ＮＯｘ触媒３に吸着されているアンモニアの量を検出する吸着量検出装置３０が設けられている。吸着量検出装置３０は、ＮＯｘ触媒３よりも上流の排気通路２に配置される第一プローブ３１と、ＮＯｘ触媒３よりも下流の排気通路２に配置される第二プローブ３２と、周波数制御装置３３とを含んでいる。第一プローブ３１及び第二プローブ３２はロッドアンテナであり、周波数制御装置３３に夫々接続されている。周波数制御装置３３は、第一プローブ３１と第二プローブ３２との間にマイクロ波を発生させることができ、さらに、このマイクロ波の周波数を変化させ、共振周波数を得ることができる。なお、本実施形態では、吸着量検出装置３０が、ロッドアンテナを２本備えているが、これに代えて、送信アンテナと受信アンテナとを兼ねる１本のロッドアンテナを備えていてもよい。本実施形態では吸着量検出装置３０が、本発明における吸着量検出部に相当する。
【００３１】
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の吸入空気量を検知するエアフローメータ１６が取り付けられている。
【００３２】
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、上述した温度センサ１３、エアフローメータ１６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。
【００３３】
ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１４の検知に基づく機関回転速度や、アクセル開度センサ１５の検知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、本実施形態では、ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘは上流側ＮＯｘセンサ１１によって検知可能であるが、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によって検知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。なお、温度センサ１３がＮＯｘ触媒３の温度を検出するセンサとしてもよい。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、添加弁４、スロットル７、周波数制御装置３３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。
【００３４】
吸着量検出装置３０は、ＮＯｘ触媒３に実際に吸着されているアンモニアの量（実吸着量）を検出する。ここで、周波数制御装置３３によりマイクロ波を発生させ、さらに周波数を変化させたときに検出される共振周波数は、実吸着量と相関関係にある。図２は、吸着量検出装置３０が発信するマイクロ波の周波数と、マイクロ波の透過率との関係を示した図である。図２に示される複数の線は、夫々実吸着量が異なる場合を示している。夫々の線において透過率が最も高くなる周波数が、共振周波数である。「実吸着量＝０」で示される線は、ＮＯｘ触媒３における実吸着量が０の場合の関係を示しており、この実吸着量が０の場合に共振周波数が最も高くなる。そして、実吸着量が多くなるほど、共振周波数が低くなる。ここで、アンモニアは永久双極子を含んでおり、この永久双極子は電界にしたがって向きを変える。ＮＯｘ触媒３に吸着したアンモニアの永久双極子は、マイクロ波の電界の変化に対して、時間遅れで追従するため、実吸着量の増加が電磁場に与える影響により、共振周波数が周波数の低い側にシフトする。
【００３５】
図３は、実吸着量と共振周波数の変化量との関係を示した図である。共振周波数の変化量は、実吸着量が０の場合の共振周波数を基準値とした場合の、この基準値からの変化量である。実吸着量が０付近では、共振周波数の変化量が０になっているが、実吸着量がある程度多くなれば、実吸着量が多くなるほど、共振周波数の変化量が多くなることが分かる。したがって、実吸着量が多くなるほど、共振周波数の変化量が多くなる範囲であれば、実吸着量と、共振周波数とに相関があるといえる。なお、共振周波数の変化量が０になる実吸着量の範囲は、ＮＯｘ触媒３の位置や形状を調整することにより、縮小させることができる。したがって、共振周波数の変化量が０になる範囲が小さくなるように、ＮＯｘ触媒３を形成してもよい。そして、実吸着量と共振周波数と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、共振周波数から実吸着量を求めることができる。このようにして、吸着量検出装置３０は、共振周波数に基づいて実吸着量を検出する。なお、図３に示すように、共振周波数の変化量に基づいて実吸着量を求めることにより、ＮＯｘ触媒３の個体差による共振周波数の変化の影響をなくすことができるが、共振周波数と実吸着量との関係を予め求めておけば、共振周波数に基づいて実吸着量を求めることができる。したがって、本実施形態では、共振周波数に基づいて実吸着量を求めることにする。
【００３６】
ＥＣＵ１０は、吸着量検出装置３０により検出される実吸着量と、ＥＣＵ１０により推定される推定吸着量と、を比較することにより、ＮＯｘ触媒３及び添加弁４の異常を診断
する。そのため、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３の推定吸着量を算出する。なお、本実施形態ではＥＣＵ１０が推定吸着量を算出することにより、本発明における吸着量推定部として機能する。例えば、ＮＯｘ触媒３の実吸着量が比較的少ない場合には、添加弁４から供給されるアンモニアの略全量がＮＯｘ触媒３に吸着される。したがって、添加弁４から供給するアンモニア量を推定吸着量としてもよい。なお、添加弁４から噴射する尿素水量とＮＯｘ触媒３に供給されるアンモニア量とには相関関係があるため、この関係を予め求めておけば、添加弁４から噴射する尿素水量から、ＮＯｘ触媒３に供給されるアンモニア量を算出することができる。また、添加弁４から噴射する尿素水量は、添加弁４の開弁時間と相関関係にあり、添加弁４の開弁時間は、ＥＣＵ１０により制御されている。したがって、ＥＣＵ１０は、添加弁４の開弁時間に基づいて、添加弁４から噴射する尿素水量、及び、ＮＯｘ触媒３に供給されるアンモニア量を算出することができる。
【００３７】
なお、実吸着量が比較的多くなると、ＮＯｘ触媒３に吸着されているアンモニアによってＮＯｘが浄化されるようになり、ＮＯｘ触媒３に吸着されているアンモニアが消費されるので、添加弁４から供給されるアンモニアの量と、実吸着量との相関関係が変化する。そこで、後述する異常診断は、添加弁４から供給されるアンモニアの量と、実吸着量とに相関関係がある範囲で実施している。なお、添加弁４から供給されるアンモニアの量と、実吸着量との相関関係が変化する場合であっても、以下のようにして、推定吸着量を算出することができる。
【００３８】
図４は、ＮＯｘ触媒３における推定吸着量を求めるためのブロック図である。本実施形態では、演算周期毎にＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の変化量を積算することにより、推定吸着量を求める。ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の変化量は、アンモニア吸着量の増加量から減少量を減算することにより求めることができる。ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の増加量は、添加弁４からＮＯｘ触媒３に供給されるアンモニア量（図４の「供給ＮＨ３量」）である。また、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の減少量は、ＮＯｘ触媒３で消費されるアンモニア量（図４の「消費ＮＨ３量」）、及び、ＮＯｘ触媒３から脱離するアンモニア量（図４の「脱離ＮＨ３量」）である。そして、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の変化量を積算することにより、現時点におけるアンモニア吸着量（図４の「吸着量」）を算出する。
【００３９】
添加弁４からＮＯｘ触媒３に供給されるアンモニア量（図４の「供給ＮＨ３量」）は、上記のように添加弁４の開弁時間に基づいて算出する。ＮＯｘ触媒３で消費されるアンモニア量（図４の「消費ＮＨ３量」）は、ＮＯｘ触媒３におけるＮＯｘ浄化率（図４の「ＮＯｘ浄化率」）と、内燃機関１の排気の流量（図４の「排気流量」）と、ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度（図４の「入ＮＯｘ濃度」）と、に関連しているため、これらの値に基づいて算出することができる。なお、排気流量は、吸入空気量及び燃料噴射量に基づいて算出してもよいし、センサにより検出してもよい。
【００４０】
ＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒３に流入する排気中のＮＯｘの量に対する、ＮＯｘ触媒３において浄化されるＮＯｘの量である。ＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒３の温度（図４の「温度」）と、排気流量と、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量（図４の「吸着量前回値」）と、に関連しているため、こられの値に基づいて算出することができる。ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量は、前回の演算周期において算出された値を用いる。ＮＯｘ触媒３におけるＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒３の温度と、排気流量と、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量と、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くことで、ＮＯｘ浄化率を算出することができる。これらの関係を予めマップ化しておいてもよい。
【００４１】
また、ＮＯｘ触媒３から脱離するアンモニア量（図４の「脱離ＮＨ３量」）は、ＮＯｘ
触媒３の温度（図４の「温度」）と、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量（図４の「吸着量前回値」）と、関連しているため、これらの値に基づいて算出することができる。この場合、ＮＯｘ触媒３の温度が高いほどＮＯｘ触媒３が吸着可能なアンモニア量が減少するため、ＮＯｘ触媒３から脱離するアンモニア量（図４の「脱離ＮＨ３量」）が大きくなる。また、吸着量前回値が大きいほど、脱離ＮＨ３量が大きくなる。この関係にしたがって、ＮＯｘ触媒３の温度とＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量とから、ＮＯｘ触媒３から脱離するアンモニア量を算出することができる。ＮＯｘ触媒３の温度と、アンモニア吸着量と、脱離ＮＨ３量と、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、ＮＯｘ触媒３の温度及びアンモニア吸着量に基づいて、脱離ＮＨ３量を求めることができる。これらの関係を予めマップ化しておいてもよい。以上のようにして、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の変化量を算出することができる。この値を積算することにより現時点におけるアンモニア吸着量（推定吸着量）を算出することができる。
【００４２】
ＥＣＵ１０は、推定吸着量と実吸着量との比較に基づいて、ＮＯｘ触媒３及び添加弁４の異常を診断する。ここでいうＮＯｘ触媒３の異常とは、ＮＯｘ触媒３に吸着可能なアンモニアの最大量が許容値を下回ることをいい、添加弁４の異常とは、添加弁４から供給される単位時間当たりのアンモニア量が許容値を下回ることをいう。ＮＯｘ触媒３の異常は、ＮＯｘ触媒３の劣化によって発生し、添加弁４の異常は、添加弁４の詰まり等によって発生する。
【００４３】
図５は、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量の推移を示したタイムチャートである。線Ｌ１は、推定吸着量を示している。なお、本実施形態では、線Ｌ１は、ＮＯｘ触媒３が正常の場合の実吸着量を示しているともいえる。線Ｌ２は、少なくとも添加弁４に異常がある場合を示している。ただし、線Ｌ２だけを見ても、ＮＯｘ触媒３が正常であるか否かは判断できない。線Ｌ３は、ＮＯｘ触媒３が異常であり且つ添加弁４が正常である場合を示している。なお、以下では、ＮＯｘ触媒３が異常であり且つ添加弁４が正常である場合を、ＮＯｘ触媒３のみに異常がある場合ともいい、ＮＯｘ触媒３が正常であり且つ添加弁４に異常がある場合を添加弁４のみに異常がある場合ともいう。図５は、推定吸着量及び実吸着量が０の状態からＮＯｘ触媒３にアンモニアを供給した場合を示している。したがって、図５の縦軸は、実吸着量及び推定吸着量が０の状態からの実吸着量の増加量及び推定吸着量の増加量を示しているともいえる。図５において「正常時」は、推定吸着量の収束値を示しており、この収束値は正常なＮＯｘ触媒３が吸着可能なアンモニアの最大量である。また、図５において「ＮＯｘ触媒異常時」は、ＮＯｘ触媒３に異常がある場合の実吸着量の収束値である。また、図６は、ＮＯｘ触媒３及び添加弁４の正常時若しくは異常時に対応する線Ｌ１，線Ｌ２，線Ｌ３の関係をまとめた図である。ここで、ＮＯｘ触媒３に異常がある場合には、吸着可能なアンモニアの最大量が減少するために、ＮＯｘ触媒３にアンモニアが吸着され難くなる。しかし、実吸着量が少量の場合（図５における所定吸着量以下の場合）には、ＮＯｘ触媒３に異常があったとしても、ＮＯｘ触媒３に供給されたアンモニアの略全量がＮＯｘ触媒３に吸着されるため、ＮＯｘ触媒３が正常の場合と異常の場合とで実吸着量に差がほとんど生じない。すなわち、ＮＯｘ触媒３のみに異常がある場合には、ＴＡで示した時点まで、推定吸着量（線Ｌ１）と実吸着量（線Ｌ３）とに差がほとんどない。ここで、所定吸着量は、ＮＯｘ触媒３のみに異常があるときに、推定吸着量と実吸着量とに差が生じない、または差が生じたとしても誤差の範囲内となる推定吸着量若しくは実吸着量の上限値である。
【００４４】
一方、少なくとも添加弁４に異常がある場合には、推定吸着量が図５における所定吸着量以下の場合であっても、推定吸着量（線Ｌ１）と実吸着量（線Ｌ２）とに差が生じる。すなわち、添加弁４に異常がある場合には、添加弁４からのアンモニアの供給量が減少した分、ＮＯｘ触媒３に吸着されるアンモニアの量も減少するため、推定吸着量よりも実吸着量が少なくなる。このように、ＴＡよりも前の期間では、ＮＯｘ触媒３のみに異常があ
る場合と、少なくとも添加弁４に異常がある場合とでは、実吸着量が異なる。
【００４５】
そこで、ＥＣＵ１０は、推定吸着量が所定吸着量以下の場合に、推定吸着量と実吸着量とを比較し、この差が第一閾値以上であれば、少なくとも添加弁４に異常があると診断する。この第一閾値は、本発明における閾値に相当する。ＥＣＵ１０は、図５で示されるＴＡよりも前の時点であるＴ１で示した時点における推定吸着量及び実吸着量を比較して添加弁４の異常診断を実施する。Ｔ１は、推定吸着量及び実吸着量を求める時期として予め設定しておく。なお、本実施形態においてはＴＡの時点における推定吸着量が、本発明における所定吸着量に相当する。また、図３に示したように、実吸着量が少なすぎる場合には、共振周波数と実吸着量との相関にしたがって実吸着量を求めることが困難になる場合もある。このような場合には、実吸着量の増加に応じて共振周波数が変化するような時期として、Ｔ１を設定してもよい。なお、時間と推定吸着量とにはある程度の相関があるため、異常診断を実施する時期を、時間に基づいて判断してもよいし、推定吸着量に基づいて判断してもよい。異常診断を実施する時期を推定吸着量に基づいて判断する場合には、推定吸着量が、Ｔ１に対応するアンモニア吸着量のときに添加弁４の異常診断を実施する。
【００４６】
次に、Ｔ１において少なくとも添加弁４に異常があると診断された場合について考える。この場合、添加弁４のみに異常がある場合、または、添加弁４及びＮＯｘ触媒３の両方に異常がある場合の何れかが考えられる。そこで、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３に異常があるか否かを更に診断する。ＥＣＵ１０は、Ｔ１において少なくとも添加弁４に異常があると診断した場合に、添加弁４の異常に起因したアンモニアの供給量の減少を補うように、添加弁４からのアンモニアの供給量の指令値を増加させる。これにより、添加弁４からの開弁時間が長くなるため、実際のアンモニアの供給量が、要求されるアンモニアの供給量に近付く。
【００４７】
図７は、添加弁４からのアンモニアの供給量をＴ１の時点から増加させた場合の推定吸着量及び実吸着量の推移を示したタイムチャートである。図７における線Ｌ１，線Ｌ２，線Ｌ３は、図５と同じ線である。線Ｌ４は、添加弁４からのアンモニアの供給量を増加させた後の推定吸着量であり、ＮＯｘ触媒３が正常である場合の実吸着量、すなわち、添加弁４のみに異常がある場合の実吸着量である。また、線Ｌ５は、ＮＯｘ触媒３及び添加弁４に異常がある場合の実吸着量である。また、図８は、ＮＯｘ触媒３及び添加弁４の正常時若しくは異常時に対応する線Ｌ１，線Ｌ３，線Ｌ４，線Ｌ５の関係をまとめた図である。添加弁４のみに異常がある場合には、アンモニアの供給量を増加させることにより添加弁４の異常が実吸着量に与える影響が小さくなるため、線Ｌ４の傾きは線Ｌ１の傾きに近付く。Ｔ１以降の推定吸着量は、Ｔ１の時点における実吸着量を起点として算出する。すなわち、Ｔ１の時点における実吸着量を、Ｔ１の時点における新たな推定吸着量として設定し、その後の推定吸着量を算出する。
【００４８】
ＮＯｘ触媒３及び添加弁４に異常がある場合には、実吸着量が所定吸着量よりも多くなると、推定吸着量と実吸着量とに差が生じる。図７では、ＴＢで示した時点において推定吸着量及び実吸着量が所定吸着量に達し、推定吸着量と実吸着量との差が拡大し始める。ＮＯｘ触媒３及び添加弁４に異常がある場合に推定吸着量と実吸着量との差が十分に大きくなる時点において、推定吸着量と実吸着量とを比較することにより、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施することができる。このように、ＮＯｘ触媒３及び添加弁４に異常がある場合に推定吸着量と実吸着量との差が十分に大きくなる時点を図７においてＴ２で示している。すなわち、Ｔ１の時点において推定吸着量と実吸着量との差が第一閾値以上で且つＴ２の時点において推定吸着量と実吸着量との差が第二閾値以上であれば、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３及び添加弁４に異常があると診断する。また、Ｔ１の時点において推定吸着量と実吸着量との差が第一閾値以上で且つＴ２の時点において推定吸着量と実吸着量との
差が第二閾値未満であれば、ＥＣＵ１０は、添加弁４のみに異常があると診断する。
【００４９】
次に、ＮＯｘ触媒３のみに異常がある場合について考える。この場合、ＴＡで示した時点において推定吸着量と実吸着量との差が拡大し始める。ＮＯｘ触媒３のみに異常がある場合に推定吸着量と実吸着量との差が十分に大きくなる時点において、推定吸着量と実吸着量とを比較することにより、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施することができる。なお、本実施形態では、前述のＴ２の時点において推定吸着量と実吸着量とを比較し、この差が上記第二閾値以上であれば、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３のみに異常があると診断する。すなわち、ＥＣＵ１０は、Ｔ１の時点において推定吸着量と実吸着量との差が第一閾値未満で且つＴ２の時点において推定吸着量と実吸着量との差が第二閾値以上であれば、ＮＯｘ触媒３のみに異常があると診断し、Ｔ１の時点において推定吸着量と実吸着量との差が第一閾値未満で且つＴ２の時点において推定吸着量と実吸着量との差が第二閾値未満であれば、ＮＯｘ触媒３及び添加弁４が正常であると診断する。なお、ＴＡ以降であればＴ２以外の時期においてＮＯｘ触媒３の異常診断をすることもできる。
【００５０】
次に、本実施形態に係る異常診断のフローについて説明する。図９は、本実施形態に係る異常診断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、所定の間隔でＥＣＵ１０により実行される。ステップＳ１０１では、推定吸着量ＱＮＨ３、実吸着量ＱＮＨ３Ｍ、及びＮＯｘ触媒３の温度ＴＳＣＲが取得される。推定吸着量ＱＮＨ３は、ＥＣＵ１０により所定の演算周期で算出されているため、この値が取得される。実吸着量ＱＮＨ３Ｍには、吸着量検出装置３０の検出値が用いられる。ＮＯｘ触媒３の温度ＴＳＣＲには、温度センサ１３の検出値が用いられる。
【００５１】
ステップＳ１０２では、推定吸着量ＱＮＨ３が所定吸着量Ｑ１以下で且つＮＯｘ触媒３の温度ＴＳＣＲが診断可能温度ＴＳＣＲ１以下であるか否か判定される。本ステップＳ１０２では、添加弁４の異常診断を行う条件が成立しているか否か判定している。所定吸着量Ｑ１は、図５におけるＴＡの時点に対応する推定吸着量である。ここで、実吸着量が所定吸着量Ｑ１よりも多くなると、ＮＯｘ触媒３が異常である場合に推定吸着量と実吸着量との差が大きくなるため、添加弁４の異常とＮＯｘ触媒３の異常とを区別することが困難になり得る。そのため、推定吸着量ＱＮＨ３が所定吸着量Ｑ１以下の場合に限り、添加弁４の異常診断を行うことにしている。また、診断可能温度ＴＳＣＲ１は、ＮＯｘ触媒３からのアンモニアの脱離が抑制される温度、又は、ＮＯｘ触媒３からのアンモニアの脱離が許容範囲内となる温度である。なお、本実施形態における診断可能温度ＴＳＣＲ１が、本発明における所定温度に相当する。ここで、ＮＯｘ触媒３の温度が高くなると、ＮＯｘ触媒３からアンモニアが脱離してしまうため、推定吸着量及び実吸着量が小さい状態で異常判定を行わなければならず、誤差の影響が大きくなるため、異常診断の精度が低下する虞がある。そのため、要求される診断精度を確保できる温度として診断可能温度ＴＳＣＲ１が設定されている。ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３の温度ＴＳＣＲが診断可能温度ＴＳＣＲ１以下の場合に限り、異常診断を行う。ステップＳ１０２で肯定判定された場合にはステップＳ１０３へ進み、否定判定された場合には本異常診断制御を終了させる。
【００５２】
ステップＳ１０３では、推定吸着量ＱＮＨ３及び実吸着量ＱＮＨ３Ｍが取得され、ステップＳ１０４では、推定吸着量ＱＮＨ３が第一所定吸着量Ｒ１以上であるか否か判定される。第一所定吸着量Ｒ１は、図５及び図７におけるＴ１の時点に対応する推定吸着量である。本ステップＳ１０４では、添加弁４に異常がある場合に、推定吸着量と実吸着量とに十分な差が生じる時期であるか否か判定している。なお、図５及び図７におけるＴ１の時点を予め実験またはシミュレーション等により求めておき、ステップＳ１０４において、Ｔ１の時点を経過したか否か判定してもよい。ステップＳ１０４で肯定判定された場合にはステップＳ１０５へ進み、否定判定された場合にはステップＳ１０３を再度実行する。
【００５３】
ステップＳ１０５では、推定吸着量ＱＮＨ３と実吸着量ＱＮＨ３Ｍとの差（ＱＮＨ３−ＱＮＨ３Ｍ）が算出される。ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で算出された差が、第一閾値ＱＣ１よりも大きいか否か判定される。本ステップＳ１０６では、添加弁４に異常があるか否か判定している。第一閾値ＱＣ１は、添加弁４が正常のときの推定吸着量ＱＮＨ３と実吸着量ＱＮＨ３Ｍとの差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。この第一閾値ＱＣ１は、ＮＯｘ触媒３の温度に応じて変化させる。ステップＳ１０６で肯定判定された場合にはステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７では、少なくとも添加弁４に異常があると診断され、添加弁異常フラグが１とされる。添加弁異常フラグは、添加弁４に異常がある場合には１とされ、添加弁４が正常である場合には０とされるフラグである。添加弁異常フラグの初期値は０である。
【００５４】
ステップＳ１０８では、添加弁４からのアンモニアの供給量が補正される。このときには、添加弁４からのアンモニアの供給量が、要求されるアンモニアの供給量よりも少なくなっているため、この少なくなっている供給量を補うように推定吸着量と実吸着量との比に基づいて供給量が増加される。このときのアンモニアの供給量の補正係数は、推定吸着量ＱＮＨ３を実吸着量ＱＮＨ３Ｍで除算して求められる。この補正係数に基づいて添加弁４から噴射する尿素の量を補正する。このように、推定吸着量と実吸着量との比を増加率としてアンモニアの供給量を増加させている。なお、ステップＳ１０８を処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御部として機能する。
【００５５】
ステップＳ１０６で否定判定された場合、または、ステップＳ１０８の処理が終了した場合にはステップＳ１０９へ進む。ステップＳ１０９では、推定吸着量ＱＮＨ３が再設定される。推定吸着量ＱＮＨ３はＥＣＵ１０により別途算出されているが、実吸着量ＱＮＨ３Ｍとずれがある場合には、このずれを解消させる。すなわち、ステップＳ１０３において取得された実吸着量ＱＮＨ３Ｍを現時点での推定吸着量ＱＮＨ３として、その後の推定吸着量を算出する。
【００５６】
ステップＳ１１０では、推定吸着量ＱＮＨ３及び実吸着量ＱＮＨ３Ｍが取得され、ステップＳ１１１では、推定吸着量ＱＮＨ３が第二所定吸着量Ｒ２以上であるか否か判定される。第二所定吸着量Ｒ２は、図７におけるＴ２の時点に対応する推定吸着量である。本ステップＳ１１１では、ＮＯｘ触媒３に異常がある場合に、推定吸着量と実吸着量とに十分な差が生じる時期であるか否か判定している。なお、図７におけるＴ２の時点を予め実験またはシミュレーション等により求めておき、ステップＳ１１１において、Ｔ２の時点を経過したか否か判定してもよい。ステップＳ１１１で肯定判定された場合にはステップＳ１１２へ進み、否定判定された場合にはステップＳ１１０を再度実行する。
【００５７】
ステップＳ１１２では、推定吸着量ＱＮＨ３と実吸着量ＱＮＨ３Ｍとの差（ＱＮＨ３−ＱＮＨ３Ｍ）が算出される。ステップＳ１１３では、ステップＳ１１２で算出された差が、第二閾値ＱＣ２よりも大きいか否か判定される。本ステップＳ１１３では、ＮＯｘ触媒３に異常があるか否か判定している。第二閾値ＱＣ２は、ＮＯｘ触媒３が正常のときの推定吸着量ＱＮＨ３と実吸着量ＱＮＨ３Ｍとの差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。この第二閾値ＱＣ２は、ＮＯｘ触媒３の温度に応じて変化させる。ステップＳ１１３で肯定判定された場合にはステップＳ１１４へ進み、否定判定された場合には本異常診断制御を終了させる。ステップＳ１１４では、ＮＯｘ触媒３に異常があると診断され、触媒異常フラグが１とされる。触媒異常フラグは、ＮＯｘ触媒３に異常がある場合には１とされ、ＮＯｘ触媒３が正常である場合には０とされるフラグである。触媒異常フラグの初期値は０である。なお、本実施形態ではステップＳ１０７またはステップＳ１１４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。
【００５８】
以上説明したように本実施形態によれば、まず添加弁４の異常診断を行うことにより、
ＮＯｘ触媒３に異常があるか否かに関わらず、添加弁４の異常診断を実施することができ、次にＮＯｘ触媒３の異常診断を行うことにより、添加弁４の異常とＮＯｘ触媒３の異常とを区別して診断することができる。また、ＮＯｘ触媒３からアンモニアが流出するまでアンモニアを供給する必要がないため、異常診断を実施する際にＮＯｘ触媒３からアンモニアが流出することを抑制できる。
【００５９】
なお、上記ステップＳ１１１における第二所定吸着量Ｒ２は、添加弁異常フラグに応じて設定してもよい。ここで、図７に示すように、ＮＯｘ触媒３及び添加弁４に異常がある場合には、ＴＢで示した時点から推定吸着量と実吸着量とに差が生じるが、ＮＯｘ触媒３のみに異常がある場合には、ＴＡで示した時点から推定吸着量と実吸着量とに差が生じる。したがって、ＮＯｘ触媒３のみに異常がある場合には、ＴＢ以前であっても推定吸着量と実吸着量とに十分な差が生じるため、ＮＯｘ触媒３の異常診断が可能となる。そのため、第二所定吸着量Ｒ２は、添加弁４が異常であるか否かによって異なる値に設定してもよい。この場合、添加弁４が異常であるか否かによって第二閾値ＱＣ２を異なる値に設定してもよい。
【００６０】
また、ＮＯｘ触媒３にアンモニアが吸着できなくなるような温度（アンモニア脱離温度）まで、ＮＯｘ触媒３の温度ＴＳＣＲが一旦上昇した後に、診断可能温度ＴＳＣＲ１以下まで低下した場合に限り、異常診断を実施してもよい。ここで、ＮＯｘ触媒３の温度ＴＳＣＲがアンモニアの脱離温度まで上昇すると、ＮＯｘ触媒３にはほとんどアンモニアが吸着されていない状態となる。その後、ＮＯｘ触媒３の温度ＴＳＣＲが診断可能温度ＴＳＣＲ１以下まで低下すれば、ＮＯｘ触媒３にほとんどアンモニアが吸着されていない状態からアンモニアの吸着が始まる。この場合、推定吸着量が一旦０になる。ここで、推定吸着量には誤差が含まれる可能性があり、この誤差は時間の経過と共に大きくなり得る。このような誤差が含まれていても、ＮＯｘ触媒３が高温状態になってアンモニアが脱離すれば、推定吸着量を０にリセットすることができる。したがって、この後の推定吸着量の推定精度は高くなるので、この推定吸着量を用いて異常診断を実施することにより、異常診断の精度も高くなる。
【００６１】
図１０は、本実施形態に係る異常診断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、所定の間隔でＥＣＵ１０により実行される。図９に示したフローチャートと同じ処理が実行されるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００６２】
図１０に示すフローチャートでは、先ず、ステップＳ２０１において、ＮＯｘ触媒３の温度がアンモニア脱離温度まで上昇した高温履歴があるか否か判定される。例えば、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタからＰＭを除去するときにＮＯｘ触媒３が高温状態になる。このときには、フィルタよりも上流側の排気通路に酸化触媒を備え、該酸化触媒に燃料を供給することにより発熱させ、この熱によりフィルタの温度を上昇させる。このようにしてフィルタの温度が上昇することにより、フィルタに堆積しているＰＭが酸化されて除去される。このようにフィルタからＰＭを除去する処理をフィルタの再生処理という。フィルタよりも下流にＮＯｘ触媒３が配置されていると、フィルタの再生処理を実施したときに、高温の排気がＮＯｘ触媒３にも流入するため、ＮＯｘ触媒３の温度も上昇する。フィルタの再生処理時には、ＮＯｘ触媒３の温度がアンモニア脱離温度に達するため、ＮＯｘ触媒３からアンモニアが除去される。
【００６３】
また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒を解消させる処理である硫黄被毒解消処理を実施する場合にも、高温の排気がＮＯｘ触媒３に流入する。また、内燃機関１の高負荷運転時にも、高温の排気がＮＯｘ触媒３に流入する。これらの場合であっても、ＮＯｘ触媒３の温度がアンモニア離脱温度に達するため、ＮＯｘ触媒３からアンモニアが除去される。このような、フィルタの再生処理、硫黄被毒解消処理、高負荷運転などが行われた場合に
は、高温履歴があると判定される。そして、高温履歴があった場合には、推定吸着量及び実吸着量が０になる。
【００６４】
ステップＳ２０１で肯定判定されるとステップＳ１０１へ進み、否定判定されると本異常診断制御を終了させる。また、異常診断が終了すると、ステップＳ２０２において高温履歴がリセットされる。これにより、次にフィルタの再生処理等が行われるまで、ステップＳ２０１では否定判定される。このようにして、異常診断の精度を高めることができる。
【００６５】
なお、高温履歴があることを異常診断を実施する条件に設定すると、条件が成立するまで長い期間待つ虞がある。そのため、異常診断を実施する前に積極的にフィルタ再生処理または移動被毒解消処理等を行って、ＮＯｘ触媒３の温度を上昇させてもよい。また、単に異常診断を実施するためにＮＯｘ触媒３の温度をアンモニア脱離温度まで上昇させてもよい。ＮＯｘ触媒３の温度をアンモニア脱離温度まで上昇させる方法として、ＮＯｘ触媒３よりも上流に酸化触媒を設け該酸化触媒に燃料を供給する方法、通電による発熱する発熱体をＮＯｘ触媒３よりも上流に設けるかＮＯｘ触媒３の担体にする方法等を採用してもよい。
【００６６】
また、図９及び図１０に示した異常診断制御では、推定吸着量が第一所定吸着量Ｒ１以上になると、添加弁４の異常診断を実施している。一方、推定吸着量が第一所定吸着量Ｒ１以上になる前であっても、推定吸着量と実吸着量との差が第一閾値ＱＣ１より大きくなれば、添加弁４が異常であると診断してもよい。同様に、推定吸着量が第二所定吸着量Ｒ２以上になる前であっても、推定吸着量と実吸着量との差が第二閾値ＱＣ２よりも大きくなれば、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断してもよい。
【００６７】
なお、上記説明では、推定吸着量と実吸着量との差を閾値と比較して異常診断を実施しているが、推定吸着量と実吸着量との比較に基づいた異常診断を実施すればよいため、例えば、推定吸着量と実吸着量との比に基づいた異常診断も可能である。また、例えば、所定期間における推定吸着量の増加量と実吸着量の増加量との差や、図５に示した線Ｌ１または線Ｌ２の傾きに基づいた異常診断も可能である。これらの比較に基づいた異常診断も、結局は推定吸着量と実吸着量との差に基づいた異常診断と変わりはない。また、添加弁４に異常があった場合において、添加弁４からのアンモニアの供給量を補正しないとしても、十分な時間の経過後には、ＮＯｘ触媒３の正常時と異常時とで実吸着量の収束値が異なる。したがって、十分な時間が経過したときの推定吸着量ＱＮＨ３と実吸着量ＱＮＨ３Ｍとの差が、第二閾値ＱＣ２よりも大きい場合にＮＯｘ触媒３が異常であると診断することができる。この場合、上記ステップＳ１０８において、添加弁４からのアンモニアの供給量を補正する必要がない。
【符号の説明】
【００６８】
１  内燃機関
２  排気通路
３  選択還元型ＮＯｘ触媒
４  添加弁
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
３０  吸着量検出装置
３１  第一プローブ
３２  第二プローブ
３３  周波数制御装置
【図１】
2019138278.tif 000003
【図２】
2019138278.tif 000004
【図３】
2019138278.tif 000005
【図４】
2019138278.tif 000006
【図５】
2019138278.tif 000007
【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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