(57)【要約】【課題】リッチスパイク実施中に燃焼空燃比が変化する場合であっても、還元剤添加弁の異常検出を精度良く行うことが可能な還元剤添加弁の異常検出装置を提供する。【解決手段】添加弁に対して還元剤の添加を指示し（ステップ１２２）、その添加指示量を積算する（ステップ１２４）。内燃機関の運転状態に基づいて空燃比A/Fcalを推定する（ステップ１２６）。推定空燃比A/Fcalと空燃比センサ出力A/Fsとを用いてその瞬間の計測添加量（Δt）を求め（ステップ１２８）、計測添加量を積算する（ステップ１３０）。計測添加量と指示添加量の誤差を基準値と比較することで（ステップ１３４）、添加弁の異常を検出する。【選択図】図９
2008045413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒の浄化能力を回復させるために該触媒の上流に還元剤を添加する還元剤添加弁の異常を検出する異常検出装置であって、
前記還元剤添加弁に対して還元剤の添加量を指示する添加量指示手段と、
前記還元剤添加弁の下流の排気空燃比である第１空燃比を検出する第１空燃比検出手段と、
前記還元剤添加弁による還元剤の添加中に、内燃機関の排気空燃比である第２空燃比を取得する第２空燃比取得手段と、
前記第２空燃比取得手段により取得された第２空燃比と、前記第１空燃比検出手段により検出された第１空燃比とに基づいて、前記還元剤添加弁から添加された還元剤の添加量を計測する添加量計測手段と、
前記添加量指示手段により指示された添加量と、前記添加量計測手段により計測された添加量とを比較することにより、前記還元剤添加弁の異常を検出する異常検出手段とを備えたことを特徴とする還元剤添加弁の異常検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の還元剤添加弁の異常検出装置において、
前記還元剤添加弁から還元剤を添加する前に、前記第１空燃比検出手段により検出された第１空燃比と前記第２空燃比取得手段により取得された第２空燃比との差分を算出する差分算出手段と、
前記差分算出手段により算出された差分に基づいて、前記第１空燃比又は第２空燃比を補正する補正手段とを更に備えたことを特徴とする還元剤添加弁の異常検出装置。
【請求項３】
請求項２又は３に記載の還元剤添加弁の異常検出装置において、
前記第２空燃比取得手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第２空燃比を推定する第２空燃比推定手段と、前記還元剤添加弁の上流の前記第２空燃比を検出する第２空燃比検出手段との少なくとも何れかを有することを特徴とする還元剤添加弁の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に還元剤を添加する還元剤添加弁の異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
還元剤添加弁（以下「添加弁」と略することもある。）から添加される還元剤添加量を空燃比センサ出力に基づいて推定し、この推定された還元剤添加量を添加指示量と比較することにより、添加弁の異常判定を行う装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５４７２３号公報
【特許文献２】特開２００２−３８９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
還元剤添加量の推定は、リッチスパイク実施前に検出された空燃比を基準値とし、この基準値とリッチスパイク実施中に検出された空燃比との差分に基づいて行われる。しかしながら、リッチスパイク中に燃焼空燃比が変化すると、上記基準値と実際の空燃比との間にズレが生じてしまう。そうすると、還元剤添加量の推定を精度良く行うことができず、添加弁の異常検出を精度良く行うことができなくなる可能性がある。従って、従来の方法によれば、定常状態でしか添加弁の異常検出が行うことができない。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、リッチスパイク実施中に燃焼空燃比が変化する場合であっても、還元剤添加弁の異常検出を精度良く行うことが可能な還元剤添加弁の異常検出装置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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、触媒の浄化能力を回復させるために該触媒の上流に還元剤を添加する還元剤添加弁の異常を検出する異常検出装置であって、
前記還元剤添加弁に対して還元剤の添加量を指示する添加量指示手段と、
前記還元剤添加弁の下流の排気空燃比である第１空燃比を検出する第１空燃比検出手段と、
前記還元剤添加弁による還元剤の添加中に、内燃機関の排気空燃比である第２空燃比を取得する第２空燃比取得手段と、
前記第２空燃比取得手段により取得された第２空燃比と、前記第１空燃比検出手段により検出された第１空燃比とに基づいて、前記還元剤添加弁から添加された還元剤の添加量を計測する添加量計測手段と、
前記添加量指示手段により指示された添加量と、前記添加量計測手段により計測された添加量とを比較することにより、前記還元剤添加弁の異常を検出する異常検出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記還元剤添加弁から還元剤を添加する前に、前記第１空燃比検出手段により検出された第１空燃比と前記第２空燃比取得手段により取得された第２空燃比との差分を算出する差分算出手段と、
前記差分算出手段により算出された差分に基づいて、前記第１空燃比又は第２空燃比を補正する補正手段とを更に備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記第２空燃比取得手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第２空燃比を推定する第２空燃比推定手段と、前記還元剤添加弁の上流の前記第２空燃比を検出する第２空燃比検出手段との少なくとも何れかを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、内燃機関の排気空燃比である第２空燃比と、還元剤添加弁下流の排気空燃比である第１空燃比とに基づいて、還元剤の添加量が計測される。この第２空燃比は、内燃機関の燃焼空燃比の変化に追従することができる。よって、還元剤の添加中に燃焼空燃比が変化した場合であっても、還元剤の添加量を精度良く計測することができる。従って、還元剤の添加中に燃焼空燃比が変化した場合であっても、還元剤添加弁の異常検出を精度良く行うことができる。
【００１０】
第２の発明によれば、第１空燃比又は第２空燃比を補正することで、還元剤非添加時に存在する差分を無くすことができる。よって、還元剤の添加量を更に精度良く検出することができる。
【００１１】
第３の発明によれば、第２空燃比推定手段と第２空燃比検出手段との少なくとも何れかを有することで、還元剤添加中であっても内燃機関の燃焼空燃比の変化に追従する第２空燃比を取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１３】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１として、４サイクルのディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）を備えている。ディーゼルエンジン１は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。図１に示すディーゼルエンジン１は直列４気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１４】
ディーゼルエンジン１の各気筒２のピストンは、クランク機構を介してクランク軸４に連結されている。クランク軸４の近傍には、クランク軸４の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ５が設けられている。
【００１５】
ディーゼルエンジン１の各気筒２には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ６が設置されている。各気筒のインジェクタ６は、共通のコモンレール７に接続されている。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ８によって所定の燃圧まで加圧される。この加圧された燃料は、コモンレール７内に蓄えられ、コモンレール７から各インジェクタ６に供給される。インジェクタ６は、１サイクル中に複数回、任意のタイミングで燃料を筒内に噴射することができる。
【００１６】
ディーゼルエンジン１の吸気ポート１０には、吸気バルブ１２が設けられている。この吸気バルブ１２の開弁特性（開弁時期、リフト量、作用角）は、図示しない公知の可変動弁機構により変更可能である。
【００１７】
吸気ポート１０は、吸気マニホールド１６を介して吸気通路１８に接続されている。吸気通路１８の途中には、吸気絞り弁２０が設けられている。吸気絞り弁２０は、アクセル開度センサ２１により検出されるアクセル開度AAに基づき、その開度が決定される電子制御弁である。吸気絞り弁２０の上流には、インタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の上流にはターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａが設けられている。コンプレッサ２４ａは、排気通路３８のタービン２４ｂと連結軸により連結されている。
【００１８】
コンプレッサ２４ａの上流には、吸入空気量Gaを検出するエアフロメータ２６が設けられている。エアフロメータ２６の上流にはエアクリーナ２８が設けられている。
【００１９】
このような構成によれば、ターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａにより圧縮された吸入空気は、インタークーラ２２で冷却される。インタークーラ２２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド１６によって各気筒の吸気ポート１０に分配される。
【００２０】
また、ディーゼルエンジン１の排気ポート３０には、排気バルブ３２が設けられている。この排気バルブ３２の開弁特性（開弁時期、リフト量、作用角）は、図示しない公知の可変動弁機構により変更可能である。
【００２１】
排気ポート３０は、排気マニホールド３６を介して排気通路３８に接続されている。排気通路３８には、ターボ過給機２４のタービン２４ｂが設けられている。タービン２４ｂの下流には、前処理触媒である酸化触媒４０が設けられている。酸化触媒４０は、ＨＣやＣＯを酸化する機能を有する触媒である。
【００２２】
酸化触媒４０の下流には、ＮＯｘ触媒４２が設けられている。ＮＯｘ触媒４２は、空燃比が理論空燃比より大きい雰囲気中、つまり理論空燃比よりリーンな雰囲気中では排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比以下の雰囲気中、つまり理論空燃比以下のリッチの雰囲気中では吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して放出する機能を有している。
【００２３】
このＮＯｘ触媒４２は、ＮＯｘを吸蔵還元する機能のみを有するものでもよく、あるいは、排気ガス中のすすを捕集する機能を併せ持つＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)のようなものでもよい。また、ＮＯｘ触媒４２は、すすを捕集すること以外の機能を併せ持つものでもよい。なお、酸化触媒４０とＮＯｘ触媒４２とは、１つの容器内に収納されていてもよい。
【００２４】
タービン２４ｂと酸化触媒４０との間には、排気ガス中に還元剤である燃料を添加する排気燃料添加弁（以下「添加弁」と略する。）４４が設けられている。添加弁４４は、図示しない燃料供給管を介して上記サプライポンプ８と連通している。
【００２５】
酸化触媒４０とＮＯｘ触媒４２との間には、第１空燃比センサ４６が設けられている。また、ＮＯｘ触媒４２の下流には、第２空燃比センサ４８が設けられている。これらの空燃比センサ４６，４８は、設置位置での排気空燃比をそれぞれ検出するように構成されている。
【００２６】
吸気通路１８の吸気マニホールド１６の近傍には、外部ＥＧＲ通路５２の一端が接続されている。外部ＥＧＲ通路５２の他端は、排気通路３８の排気マニホールド３６近傍に接続されている。本システムでは、この外部ＥＧＲ通路５２を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路１８に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。
【００２７】
外部ＥＧＲ通路５２の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５４が設けられている。外部ＥＧＲ通路５２におけるＥＧＲクーラ５４の下流には、ＥＧＲ弁５６が設けられている。このＥＧＲ弁５６の開度を大きくするほど、外部ＥＧＲ通路５２を通る排気ガス量（すなわち、外部ＥＧＲ量もしくは外部ＥＧＲ率）を増大させることができる。
【００２８】
また、本実施の形態１のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ６、サプライポンプ８、吸気絞り弁２０、添加弁４４、ＥＧＲ弁５６等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ５、アクセル開度センサ２１、エアフロメータ２６、第１空燃比センサ４６、第２空燃比センサ４８等が接続されている。
【００２９】
また、ＥＣＵ６０は、クランク角センサ５の出力に基づいて、機関回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ６０は、アクセル開度AA等に基づいて、機関負荷KLを算出する。また、ＥＣＵ６０は、この機関負荷KLに基づいて、インジェクタ６からの燃料噴射量（筒内燃料噴射量）Qを算出する。ＥＣＵ６０は、各センサからの信号に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼルエンジン１の運転状態を制御する。
【００３０】
［本実施の形態１の特徴］
上記システムのＮＯｘ触媒４２に吸蔵されたＮＯｘ量が所定値以上になると、ＮＯｘを還元・放出させるため、いわゆるリッチスパイクが実施される。すなわち、添加弁４４から還元剤である燃料の添加が行われ、この還元剤によりＮＯｘ触媒４２の浄化能力回復処理（再生処理）が行われる。
【００３１】
ところで、添加弁４４の添加量（噴射量）制御の異常検出を精度良く行うことが要求される場合がある。
図２は、添加弁４４の異常を判定する方法の一例を説明するための図である。図２における横軸は、ＥＣＵ６０から添加弁４４に対して指示される添加量（指示添加量）であり、縦軸は後述する方法により計測（推定）される添加量（計測添加量）である。
図２に示すように、指示添加量と計測添加量とを比較することで、添加弁４４の異常検出を行うことができる。指示添加量に対する計測添加量の比率Rが１である場合、すなわち、添加弁４４から還元剤が指示量通りに添加される場合には、当然添加弁４４は正常であると判定される。しかし、添加弁４４のばらつき・経時変化を考慮することも必要である。そこで、比率Rが図２に示す基準範囲内である場合には添加弁４４は正常であると判定し、比率Rがこの基準範囲外である場合には添加弁４４は異常（故障）であると判定することができる。換言すれば、指示添加量が所定量Aである場合において、指示添加量Aと計測添加量との誤差（絶対値）が基準値Dth以下である場合には添加弁４４は正常であると判定し、基準値Dthよりも大きい場合には添加弁４４は異常（故障）であると判定することができる。なお、これらの基準範囲又は基準値Dthは、車種に応じて予め設定しておくことができる。
【００３２】
図３は、リッチスパイク実施時の第１空燃比センサ４６の出力（以下「空燃比センサ出力」という。）A/Fsの変化を示す図である。
リッチスパイクが実施されていない時、つまり、添加弁４４から燃料添加が行われていない時には、空燃比センサ出力A/Fsは、図３において一点鎖線で示すような出力A/F_Aとなる。一方、リッチスパイク時間ｔには、添加弁４４から燃料添加が行われる。このため、空燃比センサ出力A/Fsは、図３において実線で示すような出力A/F_Bに変化する。
【００３３】
詳細は後述するが、このリッチスパイク非実施時の空燃比センサ出力A/F_Aを基準値A/Fbaseとし、該基準値A/Fbaseとリッチスパイク実施時の空燃比センサ出力A/F_Bとの差分に基づいて、添加弁４４から添加された燃料量を計測（推定）することができる。すなわち、空燃比センサ出力A/Fs(A/F_A,A/F_B)に基づいて、上記の計測添加量を求めることができる。
【００３４】
図４は、添加弁４４から添加された燃料量を計測する方法を説明するための図である。図４において、符号「A/Fs」は空燃比センサ出力を表している。また、符号「A/Fs(t0)」はリッチスパイク非実施時、具体的には、リッチスパイク実施直前である時刻t0における空燃比センサ出力を表している。
【００３５】
時刻ｔ０における空燃比センサ出力A/Fs(t0)は、次式(1)のように表すことができる。次式(1)において、「Ga」は吸入空気量であり、「Q」は筒内燃料噴射量である。
A/Fs(t0)=Ga/Q・・・(1)
上式(1)を変形すると、次式(2)が得られる。
Q=Ga/(A/F(t0))・・・(2)
【００３６】
また、リッチスパイク実施時の空燃比センサ出力A/Fsは、次式(3)のように表すことができる。次式(3)において、「Qex」は添加弁４４から添加された燃料量である。
A/Fs=Ga/(Q+Qex)・・・(3)
上式(3)を変形すると、次式(4)が得られる。
Q+Qex=Ga/(A/Fs)・・・(4)
【００３７】
上式(4)から上式(2)を減算することにより次式(5)が得られ、さらに次式(5)を変形することにより次式(6)が得られる。
Qex=Ga×{1/(A/Fs)-1/(A/Fs(t0))}・・・(5)
=Ga×{(A/Fs(t0))-(A/Fs)}/(A/Fs(t0))/(A/Fs)・・・(6)
【００３８】
上式(6)中の空燃比センサ出力A/Fs(t0)は、リッチスパイク実施直前の時刻ｔ０において取得することができる。よって、吸入空気量Gaと空燃比センサ出力A/Fsが分かれば、上式(6)に従って、リッチスパイク実施中における瞬時（ある時刻）の添加燃料量を算出することができる。この添加燃料量を、図４に示すリッチスパイク時間tの間だけ積算することで、リッチスパイク実施時に添加弁４４から添加された燃料量を計測することができる。すなわち、計測添加量が求められる。
【００３９】
上記の方法によれば、リッチスパイク実施直前の空燃比センサ出力A/Fs(t0)が基準値A/Fbaseとされ、この基準値A/Fbaseと空燃比センサ出力A/Fsとの差分に基づいて計測添加量が求められている（図３及び図４参照）。
【００４０】
しかしながら、図５に示すように、リッチスパイク実施中に燃焼空燃比が変動する場合（例えば、過渡状態）がある。かかる場合に、上記方法のようにリッチスパイク実施直前の空燃比センサ出力A/Fs(t0)を基準値A/Fbaseとすると、基準値A/Fbaseと実際の排気空燃比A/Fact（添加弁４４上流の空燃比）との間にずれが生じてしまう。図５は、リッチスパイク実施中に燃焼空燃比が変動した場合において、基準値A/Fbaseと実際の排気空燃比A/Factとのずれを示す図である。この場合、不正確な基準値A/Fbaseを用いて計測添加量が求められるため、計測添加量の算出精度が低下してしまう。
【００４１】
そこで、本実施の形態１では、リッチスパイク実施中の内燃機関１の運転状態（Ga,Ne,Q）に基づいて、排気空燃比A/Fcalを推定する。例えば、図１に示す直列４気筒ディーゼルエンジンの場合には１回転毎に２回燃料が噴射されるため、軽油の密度[g/cm3]を0.833とすると、次式(7)に従って、上記排気空燃比A/Fcalを推定することができる。
A/Fcal=Ga/{(Ne/60)×2×Q×0.833}・・・(7)
【００４２】
図６は、本実施の形態１において、計測添加量を求めるための基準値A/Fbaseを示す図である。
本実施の形態１では、図６に示すように、上式(7)により推定された排気空燃比A/Fcalを、基準値A/Fbaseとする。すなわち、上式(6)における空燃比センサ出力A/Fs(t0)に代えて、上記推定された排気空燃比A/Fcalを用いて、添加燃料量Qexを算出する。この排気空燃比A/Fcalは、燃焼空燃比の変動に追従する。よって、計測添加量を求めるための基準値A/Fbaseを、リッチスパイク実施中の燃焼空燃比の変動に追従させることができる。よって、リッチスパイク実施中に過渡状態のように燃焼空燃比が変動する場合であっても、計測添加量を精度良く求めることができる。
【００４３】
また、エアフロメータ２６、インジェクタ６及び第１空燃比センサ４６は、それぞればらつきを有している。このため、これらの全てが正常に動作する場合であっても、図７に示すように、上記推定された排気空燃比A/Fcalと、空燃比センサ出力A/Fsとが一致しない可能性がある。かかる場合にも、計測添加量を精度良く求めることができなくなってしまう。
【００４４】
そこで、本実施の形態１では、図７に示すように、リッチスパイク実施前に排気空燃比A/Fcalと排気空燃比A/Fsの差分ΔA/Fを求める。そして、リッチスパイク実施中に排気空燃比A/Fcalをこの差分ΔA/Fだけオフセット補正する。図７は、本実施の形態１において、空燃比A/Fcalのオフセット補正を示す図である。図７に示すオフセット補正により、エアフロメータ２６、インジェクタ６及び第１空燃比センサ４６のばらつきの影響を吸収することができる。よって、還元剤非添加時において存在する空燃比A/Fcalと空燃比センサ出力A/Fsのずれを無くすことができるため、精度良く計測添加量を求めることができる。
【００４５】
［実施の形態１における具体的処理］
図８は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図８に示すルーチンは、所定間隔毎に起動される。
【００４６】
図８に示すルーチンによれば、先ず、添加弁異常検出要求フラグがＯＮであるか否かを判別する（ステップ１００）。この「添加弁異常検出要求フラグ」とは、前回異常検出を実行してから所定距離又は所定時間だけ走行した場合や、前回異常検出を実行してから添加弁４４への指示添加量が所定値を超えた場合に、“ＯＮ”にセットされるフラグである。
【００４７】
上記ステップ１００で添加弁異常検出要求フラグがＯＮであると判別された場合には、オフセット算出完了フラグがＯＮであるか否かを判別する（ステップ１０２）。この「オフセット算出完了フラグ」とは、添加弁の異常検出に先立って、空燃比センサ出力A/Fsと推定空燃比A/Fcalとのずれ量（オフセット）の算出が完了したときに“ＯＮ”にセットされるフラグである。
【００４８】
このステップ１０２でオフセット算出完了フラグがＯＦＦであると判別された場合には、ステップ１０４の処理に移行する。このステップ１０４では、吸入空気量Gaと筒内燃料噴射量Qと機関回転数Neとを用いて、上式(7)に従って空燃比A/Fcalが算出される。すなわち、このステップ１０４では、内燃機関１の運転状態（Ga,Q,Ne）に基づいて、内燃機関１の排気空燃比A/Fcalが推定される。
【００４９】
その後、上記ステップ１０４で推定された空燃比A/Fcalから空燃比センサ出力（空燃比センサ４６で検出された空燃比）A/Fsを減算することで得られた数値を、空燃比の差分（オフセット）ΔA/Fとしてセットする（ステップ１０６）。すなわち、推定空燃比A/Fcalと空燃比センサ出力A/Fsの差分ΔA/Fが求められる。この差分ΔA/Fは、後述する図９のステップ１２６において、推定空燃比A/Fcalをオフセット補正するために用いられる。
【００５０】
そして、オフセット算出完了フラグを“ＯＮ”にセットする（ステップ１０８）。続いて、指示添加量を“０（ゼロ）”にセットし（ステップ１１０）、計測添加量を“０（ゼロ）”にセットする（ステップ１１２）。すなわち、これらのステップ１１０，１１２では、指示添加量と計測添加量とがリセットされる。
【００５１】
ステップ１１２の処理を実行した後、本ルーチンを一旦終了する。その後、本ルーチンが再度起動されると、上記ステップ１００の処理が実行される。このステップ１００で添加弁異常検出要求フラグがＯＦＦであると判別された場合、すなわち、添加弁４４の異常検出が行われない場合には、オフセット算出完了フラグが“ＯＦＦ”にセットされる（ステップ１１４）。
【００５２】
一方、上記ステップ１００で添加弁異常検出要求フラグがＯＮであると判別された場合には、上記ステップ１０２の処理が実行される。ここで、前回実行されたルーチンの上記ステップ１０８において、オフセット算出完了フラグがＯＮにセットされている。このため、ステップ１０２の処理では、“ＹＥＳ”と判別される。そうすると、図９に示す添加弁異常検出フローが起動される。図９は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行する添加弁異常検出のためのルーチンを示すフローチャートである。
【００５３】
図９に示すルーチンによれば、先ず、指示添加量が所定値以上であるか否かを判別する（ステップ１２０）。この所定値は、添加弁の異常検出が可能な燃料量、すなわち、指示添加量と計測添加量の比較を精度良く行うことが可能な指示添加量であり、車種毎に予め定めておくことができる。このステップ１２０で指示添加量が所定値よりも少ないと判別された場合には、添加弁４４に対して還元剤である燃料の添加を指示する（ステップ１２２）。その後、前回までの指示添加量に上記ステップ１２２で指示された今回の指示添加量を加算することで得られた数値を、指示添加量としてセットする（ステップ１２４）。このステップ１２４では、上記ステップ１１０でリセットされてからの指示添加量の積算が行われる。
【００５４】
次に、内燃機関１の運転状態（Ga,Q,Ne）に基づき、基準値A/Fbase（図６，７参照）となる空燃比A/Fcalを推定する（ステップ１２６）。このステップ１２６では、吸入空気量Gaと筒内燃料噴射量Qと機関回転数Neとを用いて、上式(7)に従って空燃比A/Fcalが算出される。さらに、このステップ１２６では、上式(7)に従い算出された内燃機関１の排気空燃比A/Fcalから上記ステップ１０６（図８）で算出されたオフセットΔA/Fを減算することで得られた数値が、空燃比A/Fcalとしてセットされる。すなわち、推定された空燃比A/Fcalがオフセット補正される。
【００５５】
その後、計測添加量（Δt）を算出する（ステップ１２８）。この計測添加量（Δt）は、その瞬間Δtにおける計測添加量である。このステップ１２８では、吸入空気量Gaを空燃比センサ出力A/Fsで除算することにより得られた数値（Ga/A/Fs）から、吸入空気量Gaを上記ステップ１２６でオフセット補正された空燃比A/Fcalで除算することにより得られた数値（Ga/A/Fcal）を減算することにより得られた数値が、計測添加量（Δt）としてセットされる。
【００５６】
次に、前回までの計測添加量に、上記ステップ１２８で算出された計測添加量（Δt）を加算することにより得られた数値を、計測添加量としてセットする（ステップ１３０）。このステップ１３０では、上記ステップ１１２でリセットされてからの計測添加量の積算が行われる。その後、本ルーチンを一旦終了する。
【００５７】
次回以降本ルーチンが起動されると、指示添加量が所定値に達するまでは、上記ステップ１２２〜１３０の処理が順次実行される。これにより、指示添加量及び計測添加量の積算が行われる。
【００５８】
一方、供給燃料量が所定値以上になると、上記ステップ１２０の処理において“ＹＥＳ”と判別される。その後、計測添加量から指示添加量を減算することにより、推定誤差を求める（ステップ１３２）。その後、上記ステップ１３２で求められた推定誤差が基準値よりも大きいか否かを判別する（ステップ１３４）。この基準値は、添加弁４４が正常であると判定される場合の推定誤差の許容値であり、この添加弁４４の異常判定を行うための判別値である。この基準値の例として、図２において基準値Dthが示されている。
【００５９】
このステップ１３４で推定誤差が基準値よりも大きいと判別された場合には、添加弁４４が異常（故障）であると判定する。この場合、添加弁異常フラグが“ＯＮ”にセットされる（ステップ１３６）。一方、上記ステップ１３４で推定誤差が基準値以下であると判別された場合には、添加弁４４が正常であると判定する。この場合、添加弁異常フラグが“ＯＦＦ”にセットされる（ステップ１３８）。ステップ１３６又は１３８の処理の後、添加弁異常検出要求フラグを“ＯＦＦ”にする（ステップ１４０）。
【００６０】
以上説明したように、図８及び図９に示すルーチンによれば、リッチスパイク実施直前（時刻ｔ０）の空燃比センサ出力A/Fs(t0)ではなく、リッチスパイク実施中に内燃機関１の運転状態（Ga,Q,Ne）に基づいて推定された空燃比A/Fcalと、空燃比センサ出力A/Fsとに基づき、計測添加量が求められる。この空燃比A/Fcalは、リッチスパイク実施中の内燃機関１の燃焼空燃比の変化に追従することができる。このため、過渡状態のようにリッチスパイク実施中に燃焼空燃比が変動する場合であっても、計測添加量を精度良く求めることができる。よって、燃焼空燃比が変動する場合であっても、添加弁４４の異常検出を精度良く行うことができる。
また、燃焼空燃比が変動する場合であっても異常検出を行うことができるため、異常検出を実行する頻度を増やすことができる。よって、添加弁４４の噴射量制御を頻繁にモニタすることができる。
【００６１】
また、本ルーチンによれば、リッチスパイクに先立ち、推定空燃比A/Fcalと空燃比センサ出力A/Fsとの差分ΔA/Fが算出される。そして、リッチスパイク実施中に空燃比A/Fcalが、この算出された差分ΔA/Fの分だけオフセット補正される。よって、リッチスパイク非実施時に存在する空燃比ずれΔA/Fを無くすことができるため、計測添加量の算出精度を更に向上させることができる。
【００６２】
ところで、上記実施の形態１では、推定された空燃比A/Fcalをオフセット補正しているが、空燃比センサ出力A/Fsを差分ΔA/Fだけオフセット補正してもよい。図１０は、本実施の形態１の変形例において、ＥＣＵ６０が実行する添加弁異常検出のためのルーチンを示すフローチャートである。図１０に示すルーチンは、図９に示すルーチンのステップ１２６の代わりにステップ１２７の処理を有するものである。このステップ１２７では、図８のステップ１０６で算出された空燃比ずれΔA/Fの分だけ、空燃比センサ出力A/Fsがオフセット補正されている。本変形例によっても、リッチスパイク非実施時に存在する空燃比ずれΔA/Fを無くすことができるため、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
また、上記実施の形態１では、第１空燃比センサ４６の出力A/Fsを用いて計測添加量を求めているが、第２空燃比センサ４８の出力を用いて求めることもできる。但し、第１空燃比センサ４６の出力を用いる方が、第２空燃比センサ４８の出力を用いる場合に比して精度良く計測添加量を求めることができる。
【００６４】
また、上記実施の形態１では、酸化触媒４０の前後で空燃比変化は無いものとして、空燃比センサ出力A/Fsを補正せずにそのまま用いているが、公知の触媒モデルを用いてこの空燃比センサ出力A/Fsに補正を加えたものを用いることもできる。
【００６５】
また、上記実施の形態１では、添加弁４４がタービン２４ｂと酸化触媒４０との間に設けられているが、タービン２４ｂの上流（例えば、排気ポート３０や排気マニホールド３６）に設けられてもよい。この場合も、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
また、上記実施の形態１では、推定誤差を基準値と比較することで添加弁４４の異常判定を行っているが、指示添加量に対する計測添加量の比率Rを基準値と比較することによって異常判定を行ってもよい。
【００６７】
尚、本実施の形態１においては、ＮＯｘ触媒４２が第１の発明における「触媒」に、添加弁４４が第１の発明における「還元剤添加弁」に、第１空燃比センサ４６が第１の発明における「第１空燃比検出手段」に、それぞれ相当している。また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１２２の処理を実行することにより第１の発明における「添加量指示手段」が、ステップ１２６の処理を実行することにより第１の発明における「第２空燃比取得手段」及び第３の発明における「第２空燃比推定手段」が、ステップ１２８の処理を実行することにより第１の発明における「添加量計測手段」が、ステップ１３２，１３４，１３６，１３８の処理を実行することにより第１の発明における「異常検出手段」が、それぞれ実現されている。また、本実施の形態１又はその変形例においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１０６の処理を実行することにより第２の発明における「差分算出手段」が、ステップ１２６又はステップ１２７の処理を実行することにより第２の発明における「補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００６８】
実施の形態２．
次に、図１１を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図１１は、本実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。図１１に示すシステムは、添加弁４４の上流に空燃比センサ４５を更に備える点で、図１に示すシステムと異なっている。この空燃比センサ４５は、添加弁４４により燃料添加中であっても、内燃機関１の排気空燃比を検出することができる。なお、本システムのその他の構成は、図１に示すシステムと同様であるので、説明を省略する。
【００６９】
［実施の形態２の特徴］
図４に示すように、リッチスパイク実施中の空燃比センサ４６の出力A/Fsは、内燃機関１の排気空燃比と異なってしまう。これは、空燃比センサ４６が添加弁４４の下流に設けられているためである。そこで、図４に示す方法によれば、リッチスパイク実施中は、リッチスパイク実施直前の空燃比センサ出力A/Fs(t0)が、計測添加量を求めるための基準値A/Fbaseとして用いられている。
【００７０】
しかし、上記実施の形態１において説明したように、この基準値A/Fbaseは、リッチスパイク実施中における燃焼空燃比の変動に追従することができない。そこで、上記実施の形態１では、内燃機関１の運転状態（Ga,Q,Ne）に基づいて推定した空燃比A/Fcalを、計測添加量を求めるための基準値A/Fbaseとした。すなわち、この空燃比A/Fcalと空燃比センサ出力A/Fsとの差分に基づいて、計測添加量を求めるようにした。
【００７１】
ところで、図１１に示す本実施の形態２のシステムは、添加弁４４の上流に空燃比センサ４５を備えている。このため、添加弁４４から燃料を添加しているときであっても、空燃比センサ４５を用いて内燃機関１の排気空燃比を検出することができる。すなわち、この空燃比センサ４５の出力A/Fsuは、リッチスパイク実施中の燃料空燃比の変動に追従することができる。
【００７２】
そこで、本実施の形態２では、空燃比センサ出力A/Fsuを、計測添加量を求めるための基準値A/Fbaseとして用いる。すなわち、空燃比センサ出力A/Fsuと空燃比センサ出力A/Fsとの差分に基づいて、計測添加量が求められる。従って、リッチスパイク実施中に過渡状態のように燃焼空燃比が変動する場合であっても、計測添加量を精度良く求めることができる。
【００７３】
また、空燃比センサ４５と空燃比センサ４６は、それぞればらつきを有している。このため、これら２つの空燃比センサ４５，４６が共に正常に動作する場合であっても、リッチスパイク非実施時において空燃比センサ出力A/Fsuと空燃比センサ出力A/Fsとが一致しない可能性がある。
【００７４】
そこで、本実施の形態２では、リッチスパイク実施前にこれら２つの空燃比センサ出力A/Fsu,A/Fsの差分量ΔA/Fsを求める。そして、何れかの空燃比センサ出力をこの差分ΔA/Fsだけオフセット補正する。このオフセット補正により、空燃比センサ４５，４６のばらつきの影響を吸収することができる。よって、還元剤非添加時において存在する２つの空燃比センサ出力A/Fsu,A/FsのずれΔA/Fsを無くすことができるため、精度良く計測添加量を求めることができる。
【００７５】
［実施の形態２における具体的処理］
図１２は、本実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図１２に示すルーチンは、所定間隔毎に起動される。図１２に示すルーチンは、図８に示すルーチンのステップ１０４，１０６の代わりに、ステップ１４２の処理を有している。以下、この相違するステップ１４２の処理を中心に説明する。
【００７６】
図１２に示すルーチンによれば、ステップ１０２でオフセット算出完了フラグがＯＮではないと判別された場合には、ステップ１４２の処理に移行する。このステップ１４２では、空燃比センサ４５の出力A/Fsuから空燃比センサ４６の出力A/Fsを減算することで得られた数値が、空燃比の差分（オフセット）ΔA/Fsとしてセットされる。この差分ΔA/Fsは、後述する図１３のステップ１４４において、空燃比センサ出力A/Fsuをオフセット補正するために用いられる。このステップ１４２の処理の後、図８に示すルーチンと同様に、オフセット算出完了フラグを“ＯＮ”にセットする（ステップ１０８）。
【００７７】
また、上記ステップ１０２でオフセット算出完了フラグがＯＮであると判別された場合には、図１３に示す添加弁異常検出フローが起動される。図１３は、本実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行する添加弁異常検出のためのルーチンを示すフローチャートである。図１３に示すルーチンは、図９に示すルーチンのステップ１２６，１２８，１３０の代わりに、ステップ１４４，１４６，１４８の処理を有している。以下、これらの相違するステップの処理を中心に説明する。
【００７８】
図１３に示すルーチンによれば、ステップ１２４で指示添加量の積算が行われた後、ステップ１４４の処理に移行する。このステップ１４４では、空燃比センサ出力A/Fsuから上記ステップ１４２（図１２）で算出されたオフセットΔA/Fsを減算することで得られた数値が、空燃比センサ出力A/Fsuとしてセットされる。すなわち、空燃比センサ出力A/Fsuがオフセット補正される。
【００７９】
その後、計測添加量（Δt）を算出する（ステップ１４６）。この計測添加量（Δt）は、その瞬間Δtにおける計測添加量である。このステップ１４６では、吸入空気量Gaを空燃比センサ出力A/Fsuで除算することにより得られた数値（Ga/A/Fsu）から、吸入空気量Gaを空燃比センサ出力A/Fsで除算することにより得られた数値（Ga/A/Fs）を減算することにより得られた数値が、計測添加量（Δt）としてセットされる。
【００８０】
次に、前回までの計測添加量に、上記ステップ１４６で算出された計測添加量（Δt）を加算することにより得られた数値を、計測添加量としてセットする（ステップ１４８）。このステップ１４８では、図１２のステップ１１２でリセットされてからの計測添加量の積算が行われる。その後、本ルーチンを一旦終了する。
【００８１】
次回以降本ルーチンが起動されると、指示添加量が所定値に達するまでは、上記ステップ１２２，１２４，１４４〜１４８の処理が順次実行される。これにより、指示添加量及び計測添加量の積算が行われる。
【００８２】
一方、指示添加量が所定値以上になると、図９に示すルーチンと同様に、上記ステップ１２０の処理において“ＹＥＳ”と判別される。その後、図９に示すルーチンと同様に、ステップ１３２〜１４０の処理が実行される。
【００８３】
以上説明したように、図１２及び図１３に示すルーチンによれば、リッチスパイク実施直前（時刻ｔ０）の空燃比センサ出力A/Fs(t0)ではなく、リッチスパイク実施中の空燃比センサ出力A/Fsuと空燃比センサ出力A/Fsとに基づき、計測添加量が求められる。この空燃比センサ出力A/Fsuは、リッチスパイク実施中の内燃機関１の燃焼空燃比の変化に追従することができる。このため、過渡状態のようにリッチスパイク実施中に燃焼空燃比が変動する場合であっても、計測添加量を精度良く求めることができる。よって、燃焼空燃比が変動する場合であっても、添加弁４４の異常検出を精度良く行うことができる。
【００８４】
また、本ルーチンによれば、リッチスパイクに先立ち、空燃比センサ出力A/Fsuと空燃比センサ出力A/Fsとの差分ΔA/Fsが算出される。そして、リッチスパイク実施中に空燃比センサ出力A/Fsuが、この算出された差分ΔA/Fsの分だけオフセット補正される。よって、リッチスパイク非実施時に存在する空燃比センサ出力ずれΔA/Fsを無くすことができるため、計測添加量の算出精度を更に向上させることができる。
【００８５】
ところで、上記実施の形態２では、空燃比センサ出力A/Fsuを差分ΔA/Fsだけオフセット補正しているが、空燃比センサ出力A/Fsを差分ΔA/Fsだけオフセット補正してもよい。この場合も、リッチスパイク非実施時に存在する空燃比センサ出力ずれΔA/Fsを無くすことができる。
【００８６】
また、上記実施の形態２では、空燃比センサ出力A/Fsuの方が空燃比センサ出力A/FsよりもΔA/Fsだけ大きい場合について説明したが、ΔA/Fsだけ小さい場合にも本発明を適用できることは明らかである。この場合、上記ステップ１４４において、空燃比センサ出力A/Fsuに差分ΔA/Fsだけ加算することにより得られた数値を、空燃比センサ出力A/Fsuとしてセットすればよい。
【００８７】
尚、本実施の形態２においては、空燃比センサ４５が第１の発明における「第２空燃比取得手段」及び第３の発明における「第２空燃比検出手段」に相当している。また、本実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１４２の処理を実行することにより第２の発明における「差分算出手段」が、ステップ１４４の処理を実行することにより第２の発明における「補正手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施の形態１によるシステム構成を説明するための図である。
【図２】排気燃料添加弁４４の異常を判定する方法の一例を説明するための図である。
【図３】リッチスパイク実施時の第１空燃比センサ４６の出力A/Fsの変化を示す図である。
【図４】排気燃料添加弁４４から添加された燃料量を計測する方法を説明するための図である。
【図５】リッチスパイク実施中に燃焼空燃比が変動した場合において、基準値A/Fbaseと実際の排気空燃比A/Factとのずれを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１において、計測添加量を求めるための基準値A/Fbaseを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１において、空燃比A/Fcalのオフセット補正を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行する添加弁異常検出のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態１の変形例において、ＥＣＵ６０が実行する添加弁異常検出のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行する添加弁異常検出のためのルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８９】
１    内燃機関
５    クランク角センサ
４０  酸化触媒
４２  ＮＯｘ触媒
４４  排気燃料添加弁
４５  空燃比センサ
４６  第１空燃比センサ
６０  ＥＣＵ
【図１】
2008045413.tif 000003
【図２】
2008045413.tif 000004
【図３】
2008045413.tif 000005
【図４】
2008045413.tif 000006
【図５】
2008045413.tif 000007
【図６】
2008045413.tif 000008
【図７】
2008045413.tif 000009
【図８】
2008045413.tif 000010
【図９】
2008045413.tif 000011
【図１０】
2008045413.tif 000012
【図１１】
2008045413.tif 000013
【図１２】
2008045413.tif 000014
【図１３】
2008045413.tif 000015