(57)【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た選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒に尿素水を添加するための尿素添加装置と、
前記ＮＯｘ触媒の下流側における排気ガスのアンモニア濃度を検出するセンサと、
前記内燃機関に対しフューエルカットを実行するフューエルカット手段と、
前記フューエルカット手段によるフューエルカットの実行中に前記尿素添加装置により所定量の尿素水添加を実行したときの前記センサの出力に基づき、前記尿素添加装置及び尿素水の少なくとも一方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排気浄化システムの異常診断装置。
【請求項２】
前記センサが、排気ガスのＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度のいずれをも検出可能なＮＯｘセンサからなる
ことを特徴とする請求項１記載の排気浄化システムの異常診断装置。
【請求項３】
前記異常検出手段が、前記センサの出力のピーク値及び積算値の少なくとも一方に基づいて、前記尿素添加装置及び尿素水の少なくとも一方の異常を検出する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化システムの異常診断装置。
【請求項４】
前記尿素添加装置の単独での異常を検出する別の異常検出手段を備え、
前記異常検出手段は、前記別の異常検出手段により前記尿素添加装置の異常が検出されておらず、且つ、前記センサの出力状態が所定の異常範囲内にあるとき、前記尿素水の異常と判断する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排気浄化システムの異常診断装置。
【請求項５】
前記尿素添加装置が、前記排気通路に尿素水を噴射する尿素添加弁を備え、
前記別の異常検出手段が、前記尿素添加弁に供給される尿素水の圧力を検出する圧力センサを備え、前記尿素添加弁による尿素水の噴射時に前記圧力センサにより検出された尿素水圧力の低下状態が所定の異常範囲内にあるとき、前記尿素添加装置の異常と判断する
ことを特徴とする請求項４記載の排気浄化システムの異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気浄化システムの異常診断装置に係り、特に、還元剤としての尿素水を選択
還元型ＮＯｘ触媒に添加して排気中のＮＯｘを還元除去する排気浄化システム（所謂尿素ＳＣＲシステム）の異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気系に配置される排気浄化装置として、排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するためのＮＯｘ触媒が知られている。このＮＯｘ触媒としては様々なタイプのものが知られているが、その中で、還元剤の添加によりＮＯｘを連続的に還元除去する選択還元型ＮＯｘ触媒が公知である。還元剤については尿素が水溶液の形で用いられるのが一般的であり、この尿素水が触媒上流側の排気ガス中に噴射供給される。すると尿素水が排気や触媒からの受熱により加水分解してアンモニアを生成し、このアンモニアがＮＯｘ触媒上でＮＯｘと反応し、結果的にＮＯｘがＮ２とＨ２Ｏに分解される。
【０００３】
この選択還元型ＮＯｘ触媒を用いた排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ触媒に尿素水を適切に添加しないと排気エミッションの悪化を招いてしまう。そこで尿素添加系に異常があるか否かを適宜診断し、異常が検出された場合には速やかにユーザに知らせて必要な修理等の措置を取らせるのが望ましい。特に自動車の分野では、このような排ガスの悪化を招く異常を車載状態（オンボード）で検出し、ドライバに警告することが各国法規等から要請されている。
【０００４】
従来の尿素添加系の異常診断に関し、例えば特許文献１では、尿素水を貯留するタンクに尿素水の濃度を検出する濃度検出装置を設け、尿素水濃度を管理するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−８３２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、排気エミッションの悪化につながる尿素添加系の異常としては、尿素添加量が予め定められた量とならない添加量異常と、尿素水自体の性状（特に濃度）が予め定められた性状と異なる品質異常がある。前者は、尿素噴射弁の故障等、尿素添加装置自体に異常が起きた場合に発生する。また後者は、例えば指定品以外の尿素水や単なる水が尿素水タンクに補充されてしまった場合等に発生する。いずれにしても、排気エミッション悪化防止の観点からすれば、これら両方の異常を検出できるのが望ましく、且つ、これら異常のうち少なくとも一方を検出したときにはユーザに警告を与えるのが望ましい。なおこの点に関し、前述の特許文献１記載の技術だと、尿素水の濃度異常は検出できるものの添加量の異常までは検出できない。
【０００７】
また、尿素水の品質異常について、特許文献１に記載されるような尿素水濃度検出装置は一般的に高価であり、車載には不向きである。また尿素水濃度検出装置を装備するとなると新たな装置を追加することになり、装置構成が複雑化しコスト高となる。
【０００８】
そこで、本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、尿素ＳＣＲシステムにおける尿素添加系の異常を好適且つ簡便に検出することができる排気浄化システムの異常診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒に尿素水を添加するための尿素添加装置と、
前記ＮＯｘ触媒の下流側における排気ガスのアンモニア濃度を検出するセンサと、
前記内燃機関に対しフューエルカットを実行するフューエルカット手段と、
前記フューエルカット手段によるフューエルカットの実行中に前記尿素添加装置により所定量の尿素水添加を実行したときの前記センサの出力に基づき、前記尿素添加装置及び尿素水の少なくとも一方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排気浄化システムの異常診断装置が提供される。
【００１０】
かかるフューエルカットの実行中にはＮＯｘを含まない排気ガス（実質的には空気）がＮＯｘ触媒を通過する。この状態で所定量の尿素水添加を実行すると、尿素水はその全量がＮＯｘ触媒中で加水分解されてアンモニアに変化し、このアンモニアがＮＯｘ触媒から流出してセンサにより検知される。つまり排気ガス中のＮＯｘを除去した状態で、所定量の尿素水添加を実行することで、尿素のＮＯｘとの反応消費を防止しつつ、その尿素水量に対応したセンサの出力が得られる。この出力状態を、予め実験的に得ておいた正常な出力状態と比較することで、適正な量と品質の尿素水が添加されたか否かを検出し、尿素添加装置及び尿素水の少なくとも一方の異常を好適に検出することができる。
【００１１】
好ましくは、前記センサが、排気ガスのＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度のいずれをも検出可能なＮＯｘセンサからなる。
【００１２】
選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化システムでは、多くの場合、ＮＯｘ触媒に添加する尿素量を制御するためにＮＯｘ触媒の下流側にＮＯｘセンサが設けられる。この好ましい形態においては、かかるＮＯｘセンサを利用して異常診断することができ、新たな装置を追加することなく簡便な構成で異常診断を実行することができる。
【００１３】
好ましくは、前記異常検出手段が、前記センサの出力のピーク値及び積算値の少なくとも一方に基づいて、前記尿素添加装置及び尿素水の少なくとも一方の異常を検出する。
【００１４】
例えば実際の尿素添加量が予定されている量よりも過剰であったり、尿素水の尿素濃度が予定されている濃度よりも濃すぎたりすると、センサ出力のピーク値又は積算値が所定値よりも大きくなる。よって、センサ出力のピーク値及び積算値の少なくとも一方を評価することにより、尿素添加装置及び尿素水の少なくとも一方の異常を検出することができる。
【００１５】
好ましくは、前記尿素添加装置の単独での異常を検出する別の異常検出手段を備え、前記異常検出手段は、前記別の異常検出手段により前記尿素添加装置の異常が検出されておらず、且つ、前記センサの出力状態が所定の異常範囲内にあるとき、前記尿素水の異常と判断する。
【００１６】
前記異常診断装置によれば、尿素添加系の全体としての異常は検出できるものの、尿素添加装置と尿素水の異常、即ち尿素水の添加量異常と品質異常とを区別して特定することが困難である。そこでこの好ましい形態のように、尿素添加装置の単独での異常を検出する別の異常検出手段を備えれば、尿素添加装置の異常が検出されておらず且つセンサの出力状態が所定の異常範囲内にあるとき、尿素水異常と特定して判断することができる。こうして両者の異常を区別し、診断精度のさらなる向上を図れる。
【００１７】
好ましくは、前記尿素添加装置が、前記排気通路に尿素水を噴射する尿素添加弁を備え、前記別の異常検出手段が、前記尿素添加弁に供給される尿素水の圧力を検出する圧力センサを備え、前記尿素添加弁による尿素水の噴射時に前記圧力センサにより検出された尿素水圧力の低下状態が所定の異常範囲内にあるとき、前記尿素添加装置の異常と判断する。
【００１８】
尿素添加弁から尿素水が噴射されると、これに応答して尿素水の供給圧力が低下する。よってこの尿素水の供給圧力の低下状態を圧力センサにより検出し、正常時の低下状態と比較することで、尿素添加装置の単独異常を検出することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、尿素ＳＣＲシステムにおける尿素添加系の異常を好適且つ簡便に検出することができるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の概略的なシステム図である。図中、１０は、自動車用の圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンであり、１１は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、１２は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、１３は燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ１７に供給された燃料が、高圧ポンプ１７によりコモンレール１８に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール１８内の高圧燃料がインジェクタ１４から燃焼室１３内に直接噴射供給される。エンジン１０からの排気ガスは、排気マニフォルド１２からターボチャージャ１９を経た後にその下流の排気通路１５に流され、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。またＥＧＲ装置などの他の排気浄化デバイスを含むことも任意である。
【００２２】
他方、エアクリーナ２０から吸気通路２１内に導入された吸入空気は、エアフローメータ２２、ターボチャージャ１９、インタークーラ２３、スロットルバルブ２４を順に通過して吸気マニフォルド１１に至る。エアフローメータ２２は吸入空気量を検出するためのセンサであり、具体的には吸入空気の流量に応じた信号を出力する。スロットルバルブ２４には電子制御式のものが採用されている。
【００２３】
排気通路１５には、上流側から順に、排気ガス中の未燃成分（特にＨＣ）を酸化して浄化する酸化触媒３０と、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集して燃焼除去するＤＰＲ（Diesel Particulate Reduction）触媒３２と、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ触媒、特に選択還元型ＮＯｘ触媒３４とが直列に設けられている。
【００２４】
そして、ＮＯｘ触媒３４に還元剤としての尿素水を添加するための尿素添加装置４８が設けられている。具体的には、ＤＰＲ触媒３２の下流側且つＮＯｘ触媒３４の上流側の排気通路１５に、尿素水を噴射するための尿素添加弁４０が設けられている。尿素添加弁４０には供給ライン４１を通じて尿素供給ポンプ４２から尿素水が供給され、尿素供給ポンプ４２は尿素タンク４４に貯留された尿素水を吸引して吐出する。
【００２５】
また、エンジン全体の制御を司る制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）１００が設けられる。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ１００は、各種センサ類の検出値等に基づいて、所望のエンジン制御が実行されるように、インジェクタ１４、高圧ポンプ１７、スロットルバルブ２４等を制御する。またＥＣＵ１００は、尿素添加量を制御すべく、尿素添加弁４０及び尿素供給ポンプ４２を制御する。ＥＣＵ１００に接続されるセンサ類としては、前述のエアフローメータ２２の他、ＮＯｘ触媒３４の下流側に設けられたＮＯｘセンサ即ち触媒後ＮＯｘセンサ５０、ＮＯｘ触媒３４の上流側と下流側にそれぞれ設けられた触媒前排気温センサ５２及び触媒後排気温センサ５４が含まれる。なお触媒前排気温センサ５２はＤＰＲ触媒３２の下流側且つＮＯｘ触媒３４の上流側の排気通路１５に設置される。
【００２６】
触媒後ＮＯｘセンサ５０は、排気ガスのＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度に比例した大きさの出力信号を発する。特に触媒後ＮＯｘセンサ５０は、排気ガス中のＮＯｘだけでなく、排気ガス中のアンモニア（ＮＨ３）をも検出可能なものであり、所謂限界電流式ＮＯｘセンサである。触媒後ＮＯｘセンサ５０は、その内部で排気ガス中のＮＯｘ（特にＮＯ）をＮ２とＯ２に分解し、そのＯ２に基づく酸素イオンの電極間移動により酸素イオン量に比例した電流出力を発生する。その一方で、触媒後ＮＯｘセンサ５０は、その内部で排気ガス中のＮＨ３をＮＯとＨ２Ｏに分解し、さらにそのＮＯをＮ２とＯ２に分解し、あとはＮＯｘの場合と同様の原理で電流出力を発生する。触媒後ＮＯｘセンサ５０は、ＮＯｘ濃度とアンモニア濃度の合計濃度に比例した出力を発するものであり、ＮＯｘ濃度とアンモニア濃度とを区別して出力を発することはできない。
【００２７】
また他のセンサ類として、クランク角センサ２６、アクセル開度センサ２７及びエンジンスイッチ２８がＥＣＵ１００に接続されている。クランク角センサ２６はクランク角の回転時にクランクパルス信号をＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はそのクランクパルス信号に基づきエンジン１０のクランク角を検出すると共に、エンジン１０の回転速度を計算する。アクセル開度センサ２７は、ユーザによって操作されるアクセルペダルの開度（アクセル開度）に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。エンジンスイッチ２８はユーザによってエンジン始動時にオン、エンジン停止時にオフされる。
【００２８】
選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）３４は、ゼオライト又はアルミナなどの基材表面にＰｔなどの貴金属を担持したものや、その基材表面にＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持させたもの、その基材表面にチタニヤ／バナジウム触媒（Ｖ２Ｏ５／ＷＯ３／ＴｉＯ２）を担持させたもの等が例示できる。選択還元型ＮＯｘ触媒３４は、その触媒温度が活性温度域にあり、且つ、還元剤としての尿素が添加されているときにＮＯｘを還元浄化する。尿素が触媒に添加されると、触媒上でアンモニアが生成され、このアンモニアがＮＯｘと反応してＮＯｘが還元される。
【００２９】
ＮＯｘ触媒３４の温度は、触媒に埋設した温度センサにより直接検出することもできるが、本実施形態ではそれを推定することとしている。具体的には、ＥＣＵ１００が、触媒前排気温センサ５２及び触媒後排気温センサ５４によりそれぞれ検出された触媒前排気温及び触媒後排気温に基づき、触媒温度を推定する。なお推定方法はこのような例に限られない。
【００３０】
ＮＯｘ触媒３４に対する尿素添加量は、触媒後ＮＯｘセンサ５０により検出される触媒後ＮＯｘ濃度に基づき制御される。具体的には、触媒後ＮＯｘ濃度の検出値が常にゼロになるように尿素添加弁４０からの尿素噴射量が制御される。この場合、触媒後ＮＯｘ濃度の検出値のみに基づいて尿素噴射量を設定してもよく、或いは、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度とアクセル開度）に基づいて触媒後ＮＯｘ濃度をゼロとするような基本尿素噴射量を設定し、且つ、この基本尿素噴射量を触媒後ＮＯｘセンサ５０の検出値に基づいてフィードバック補正してもよい。ＮＯｘ触媒３４が尿素添加時のみＮＯｘを還元可能なので、通常、尿素は常時添加される。また、ＮＯｘ還元に必要な最小限の量しか尿素が添加されないよう、制御が行われる。過剰に尿素を添加するとアンモニアが触媒下流に排出されてしまい（所謂ＮＨ３スリップ）、異臭等の原因となるからである。
【００３１】
ここで、エンジンから排出されるＮＯｘの全量を還元するのに必要な最小の尿素量をＡ、実際に添加された尿素量をＢとすると、これらの比Ｂ／Ａは当量比と称される。当量比ができるだけ１に近づくように尿素添加制御が実行されてはいるものの、実際にはエンジンの運転状態が時々刻々と変化することから、実際の当量比は必ずしも１とならない。当量比が１より小さい場合、尿素供給量が不足しており、触媒下流側にＮＯｘが排出されるので、これを触媒後ＮＯｘセンサ５０により検知して尿素供給量を増量するようにしている。なお当量比が１より大きいときには尿素供給量が過剰となる。添加された尿素がＮＯｘ触媒３４に付着することもあり、この場合、尿素の添加を停止しても、付着した尿素により暫くの間はＮＯｘを還元できる。
【００３２】
また、ＮＯｘ触媒３４の触媒温度（本実施形態では推定値）に応じて尿素添加の実行・停止が制御される。具体的には、触媒温度が所定の最小活性温度（例えば２００℃）以上のときに尿素添加が実行され、触媒温度がその最小活性温度未満のときには尿素添加が停止される。触媒温度が最小活性温度に達する前は尿素添加を行ってもＮＯｘを効率良く還元できないからである。また、触媒温度が最小活性温度より高い所定の上限温度（例えば４００℃）以上になったときにも尿素添加が停止される。この場合も、尿素添加を行ったとしてもＮＯｘを効率良く還元できないからである。もっとも、一般にディーゼルエンジンの場合にはガソリンエンジンよりも排気温が低く、触媒温度がそのような上限温度に達する頻度は比較的少ない。結局、触媒温度が、最小活性温度以上且つ上限温度未満のときに尿素添加が実行され、この温度域にないとき尿素添加が停止される。
【００３３】
さらにＥＣＵ１００は、触媒後ＮＯｘセンサ５０の素子インピーダンスに基づきその素子温を間接的に検出し、検出した素子温が所定の活性域内にあるか否かを判断する。素子温が活性域内にあれば触媒後ＮＯｘセンサ５０によるＮＯｘ濃度（及び後述するアンモニア濃度）の検出を行い、素子温が活性域外となっていればそのような検出を行わない。
【００３４】
本実施形態では上流側から順に酸化触媒３０、ＤＰＲ触媒３２及びＮＯｘ触媒３４が配列されているが、配列順序はこれに限られない。ＤＰＲ触媒３２はディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter；DPF）の一種であり、フィルタ構造であると共に表面に貴金属を有し、フィルタで捕集した粒子状物質を貴金属を利用して連続的に酸化（燃焼）する連続再生式である。ＤＰＦとして、このようなＤＰＲ触媒３２に限らず、あらゆるタイプのＤＰＦが使用可能である。なお、酸化触媒３０及びＤＰＲ触媒３２の少なくとも一方を省略した実施形態も可能である。
【００３５】
次に、尿素添加系の異常診断について説明する。
【００３６】
本実施形態においては、尿素添加系の異常、即ち尿素添加装置４８及び尿素水の少なくとも一方の異常を検出する異常検出手段が設けられている。即ち、尿素添加装置４８の異常が発生すると、尿素添加量が予め予定されていた最適量に対して過不足を起こし、所望の尿素添加制御が行えなくなる。このような尿素添加量異常は、例えば尿素添加弁４０や供給ライン４１に詰まりが生じて尿素添加量が減少したり、尿素供給ポンプ４２が故障して尿素水の供給圧力が過剰若しくは過小となり、尿素添加量が増大若しくは減少した場合に起こる。一方、尿素水の異常、即ち尿素水の品質（特に濃度）の異常が発生すると、例えば尿素添加弁４０の同一の開弁時間に対してＮＯｘ触媒３４に供給される尿素自体の量に過不足が生じ、所望の尿素添加制御が行えなくなる。例えば尿素水濃度が予め定められた値（例えば３２．５％）より少なければ、尿素添加弁４０の同一の開弁時間に対して尿素添加量が少なくなり、逆に尿素水濃度が当該所定値より多くなれば、尿素添加弁４０の同一の開弁時間に対して尿素添加量が多くなる。このような尿素水の品質異常は、例えば指定品以外の尿素水が補充されたり、尿素水の代わりに単なる水が補充されてしまった場合等に発生する。これらの異常はいずれも排気エミッションを悪化し得るものなので、本実施形態ではこれらの異常を発生後直ちに検出することとしている。
【００３７】
本実施形態の異常診断は、エンジン１０に対し燃料の噴射を停止するフューエルカットが実行されているときに行われる。そして、このフューエルカット実行中に尿素添加装置４８により所定量の尿素水添加を実行し、この添加に対応した触媒後ＮＯｘセンサ５０の出力に基づき、尿素添加装置４８及び尿素水の少なくとも一方の異常を検出するようにしている。
【００３８】
フューエルカット実行中だとＮＯｘ触媒３４にはＮＯｘを含まない排気ガス（実質的には空気）が通過し、この状態で所定量の尿素水添加を実行すると、尿素水はその全量がＮＯｘ触媒３４中で加水分解されてアンモニアに変化し、このアンモニアがＮＯｘ触媒３４から流出して触媒後ＮＯｘセンサ５０で検知される。つまり排気ガス中のＮＯｘを除去した状態で、所定量の尿素水添加を実行することで、尿素のＮＯｘとの反応消費を防止しつつ、その尿素水量に対応した触媒後ＮＯｘセンサ５０の出力が得られる。この出力状態を、予め実験的に得ておいた正常な出力状態と比較することで、適正な量と品質の尿素水が添加されたか否かを検出し、尿素添加装置４８及び尿素水の少なくとも一方の異常を好適に検出することができる。
【００３９】
また、ＮＯｘ触媒３４の下流側に排出されたガス中のアンモニア濃度を触媒後ＮＯｘセンサ５０で検出するので、元々尿素添加量制御のために用いられる触媒後ＮＯｘセンサ５０を利用して異常診断することができ、新たな装置を追加することなく簡便な構成で異常診断を実行することができる。そして、実際の車両走行中に比較的頻繁に行われるフューエルカットの実行タイミングを利用して診断を行うので、診断頻度も容易に確保することができる。
【００４０】
図２には、フューエルカット中に尿素添加弁４０がオンされたときの触媒後ＮＯｘセンサ５０の対応出力を示す。（Ａ）に示すように尿素添加弁４０を一定時間オン（開弁）すると、尿素添加弁４０から尿素水が噴射され、暫くして触媒後ＮＯｘセンサ５０の出力が立ち上がる。この一定時間のオンに対し適正且つ正常なＮＯｘセンサの出力状態は（Ｂ）に示す通りである。これに対し、（Ｃ）に示すような出力状態だと過剰であり、逆に（Ｄ）に示すような出力状態だと過少である。（Ｃ）に示すような過剰出力の場合、その原因として、尿素水濃度が高すぎること、また尿素水量が過剰であることが考えられる。他方、（Ｄ）に示すような過少出力の場合、その原因として、尿素水濃度が低すぎること、また尿素水量が過少であることが考えられる。こうして、（Ｃ）及び（Ｄ）に示したような過剰出力及び過少出力が実際に得られた場合には尿素添加装置４８及び尿素水の少なくとも一方を異常と判断する。
【００４１】
（Ｂ）に示したような正常な出力状態と実際に得られた出力状態との比較は例えば次のように行うことができる。一つには、正常出力のピーク値（図２にＩｐで示す）を予め実験的に把握すると共にそのピーク値の正常範囲を定め、実際の出力のピーク値がその正常範囲内にあれば異常なし、逆に正常範囲外（異常範囲内）にあれば異常あり、とする方法である。代替的には、正常出力の微小時間毎の積算値（図２にＳＩで示す面積に相当）を予め実験的に把握すると共にその出力積算値の正常範囲を定め、実際の出力積算値がその正常範囲内にあれば異常なし、逆に正常範囲外（異常範囲内）にあれば異常あり、とする方法である。なお、比較方法についてはこれら以外の方法も可能である。
【００４２】
ところで、図示されるように、尿素添加に対応する触媒後ＮＯｘセンサ５０の出力は、尿素添加弁４０をオンした時から所定時間Δｔを経過した後に現れる。その理由は、尿素添加弁４０から噴射された尿素水がＮＯｘ触媒３４に到達し、ＮＯｘ触媒３４中で加水分解してアンモニアに変化し、そのアンモニアの一部がＮＯｘ触媒３４に吸着し、変化或いは吸着したアンモニアが触媒後ＮＯｘセンサ５０に到達し、触媒後ＮＯｘセンサ５０がアンモニアに応答するという一連のプロセスに時間を要するからである。よって、尿素添加に無関係なノイズ等の影響を極力排除するため、尿素添加弁４０をオンした時から所定時間Δｔを経過した後のセンサ出力をモニタするのが好適である。
【００４３】
次に、具体的な異常診断処理を図３に基づいて説明する。図示されるルーチンはＥＣＵ１００により所定の微小時間周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００４４】
最初のステップＳ１０１では、異常診断を行うのに適した所定条件が成立しているか否かが判断される。例えば、（ａ）フューエルカット実行中である、（ｂ）触媒後ＮＯｘセンサ５０の素子温が所定の活性域内にある（即ち、触媒後ＮＯｘセンサ５０が活性化している）、（ｃ）推定触媒温度Ｔｃが所定の最小活性温度Ｔｃｍｉｎ以上且つ上限温度Ｔｃｍａｘ未満である（即ち、ＮＯｘ触媒３４が所定の作動温度域にある）、の全ての条件が満たされたとき、所定条件成立となる。なお（ａ）に関しては、アクセル開度センサ２７によって検出されたアクセル開度が略全閉であり、且つクランク角センサ２６により検出されたエンジン回転速度がアイドルより若干高い所定速度以上であるとき、ＥＣＵ１００によってフューエルカットが実行される。これら（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のほか、（ｄ）現トリップ中の異常診断が未だ実行されていない、などの条件を含めることもできる。
【００４５】
所定条件が成立していないと判断された場合、本ルーチンが終了される。他方、所定条件が成立していると判断された場合、ステップＳ１０２において、尿素添加弁４０が予め定められたオン時間ｔｏｎだけオンされ（図２参照）、尿素水の添加が実行される。
【００４６】
次のステップＳ１０３においては、尿素添加弁４０がオンされた時（尿素添加開始時）から所定時間Δｔが経過したか否かが判断される。所定時間Δｔが経過していないと判断された場合、本ルーチンが終了される。他方、所定時間Δｔが経過したと判断された場合、ステップＳ１０４において、触媒後ＮＯｘセンサ５０の出力値Ｉが所定時間ｔｍの間だけ取得（モニタリング）される（図２参照）。
【００４７】
前述したように、所定時間Δｔの経過を待ってからセンサ出力値Ｉのモニタリングを開始する理由は、尿素添加弁４０から噴射供給された尿素が主にＮＯｘ触媒３４内でアンモニアに変化したり、アンモニアがＮＯｘ触媒３４内で吸着脱離するといった、ＮＯｘ触媒３４内での反応を待つためであるが、このときの反応速度は触媒温度に依存する。よって、本実施形態では、例えば図４に示すようなマップに基づき、所定時間Δｔを触媒温度Ｔｃに応じて設定することとし、触媒温度Ｔｃが高いほど所定時間Δｔを短くするようにしている。これによりＮＯｘ触媒３４内での反応速度に応じた適切な待ち時間Δｔを設定することが可能である。
【００４８】
次に、ステップＳ１０５において、取得された複数のＮＯｘセンサ出力値Ｉのデータからピーク値ないし最大値Ｉｐが求められ、このピーク値Ｉｐが、センサ出力を過少と判断するための所定の下限ピーク値Ｉｐｍｉｎと比較される。ピーク値Ｉｐが下限ピーク値Ｉｐｍｉｎより小さい場合、ステップＳ１０８に進んで、尿素添加系が異常、即ち、尿素添加装置４８及び尿素水の少なくとも一方が異常と判定される。なお、この異常判定と同時にチェックランプ等の警告装置が作動され、ユーザに異常があることが警告される。これにより車両が整備工場等に搬送され、必要な整備や修理が行われるであろう。
【００４９】
他方、ピーク値Ｉｐが下限ピーク値Ｉｐｍｉｎ以上の場合、ステップＳ１０６に進んで、ピーク値Ｉｐが、センサ出力を過剰と判断するための所定の上限ピーク値Ｉｐｍａｘと比較される。ピーク値Ｉｐが上限ピーク値Ｉｐｍａｘより大きい場合、ステップＳ１０８に進んで前記同様に異常判定がなされる。他方、ピーク値Ｉｐが上限ピーク値Ｉｐｍａｘ以下の場合、ステップＳ１０７に進んで尿素添加系は正常、即ち、尿素添加装置４８及び尿素水の両方が正常と判定される。
【００５０】
なお、ここではピーク値Ｉｐが所定の正常範囲内（Ｉｐｍｉｎ以上Ｉｐｍａｘ以下）にあるときに尿素添加系を正常とし、ピーク値Ｉｐがその正常範囲外（即ち異常範囲内）にあるときに尿素添加系を異常とした。しかしながら、ピーク値Ｉｐに代わって、所定時間ｔｍの間のＮＯｘセンサ出力積算値ＳＩを用いてもよく、このときも同様に、積算値ＳＩが所定の正常範囲内（ＳＩｍｉｎ以上ＳＩｍａｘ以下）にあれば尿素添加系を正常とし、積算値ＳＩがその正常範囲外（即ち異常範囲内）にあれば尿素添加系を異常とする。ピーク値又は積算値と比較される上限値及び下限値（即ち正常範囲）は、尿素添加量（具体的には尿素添加弁４０のオン時間ｔｏｎ）に基づき、予め定められたマップ等に従って変更されてもよい。
【００５１】
次に、異常診断の別の態様について説明する。上で述べた異常診断の一態様は、尿素添加系の全体としての異常を検出するもので、尿素添加装置４８と尿素水の異常、即ち尿素水の添加量異常と品質異常を区別することが困難である。そこでこれを区別するため、当該別の態様では、尿素添加装置４８の単独での異常を別途検出する別の異常検出手段が備えられている。そして尿素添加装置４８の異常が検出されておらず、且つ、ＮＯｘセンサ５０の出力状態が所定の異常範囲内にあるとき、尿素水の異常と判断することとしている。これにより両者の異常を区別して検出することが可能となり、診断精度の向上を図れる。
【００５２】
尿素添加装置４８の単独での異常を検出する別の異常検出手段としては、例えば次のようなものを例示することができる。即ち、図１に仮想線で示すように、尿素添加弁４０に供給される尿素水の圧力を検出する圧力センサ４５が設けられ、この圧力センサ４５の出力がＥＣＵ１００に送られる。圧力センサ４５は、尿素供給ポンプ４２と尿素添加弁４０とを結ぶ供給ライン４１に設けられ、好ましくは尿素添加弁４０にできるだけ近い位置に設置される。そしてＥＣＵ１００は、尿素水噴射時に圧力センサ４５で検出された尿素水圧力の低下状態に基づいて尿素添加装置４８の異常を検出する。なお、尿素供給ポンプ４２がその出口部に圧力センサを有する場合、前記圧力センサ４５に代わってこの圧力センサを代用してもよい。
【００５３】
図５には、フューエルカット中に尿素添加弁４０がオンされたときの圧力センサ４５及びＮＯｘセンサ５０の対応出力を示す。（Ａ）に示すように、尿素添加弁４０を一定時間オン（開弁）すると、これに対応して尿素添加弁４０から尿素水が噴射され、尿素水の供給圧力即ち供給ライン４１のライン圧が低下する。このときの圧力低下状態が圧力センサ４５により検出され、予め実験的に求められた尿素添加装置４８が正常なときの圧力低下状態と比較され、尿素添加装置４８が正常か異常かが判断される。
【００５４】
尿素添加装置４８が正常でありながら触媒後ＮＯｘセンサ５０が異常（過剰又は過少）な出力を発している場合、これは尿素水の品質異常のみに起因するものと特定できる。なお、尿素添加装置４８が異常で且つ触媒後ＮＯｘセンサ５０の出力も異常な場合、ＮＯｘセンサ５０の出力異常が尿素水の添加量異常によるものなのか、尿素水の品質異常によるものなのかを区別して特定することができない。よってこの場合には単に、尿素添加系の異常、即ち、尿素添加装置４８及び尿素水の少なくとも一方の異常と判断される。
【００５５】
この別の態様の異常診断処理を図６に基づいて説明する。当該処理は図３に示した処理とほぼ同様であり、以下同一のステップについては符号を２００番台に置き換えて図中に示すのみで説明を省略し、相違点を中心に説明を行う。
【００５６】
ステップＳ２０１で所定条件が成立していると判断された場合、ステップＳ２０２Ａにおいて、前記ステップＳ１０２と同様、尿素添加弁４０が所定のオン時間ｔｏｎだけオンされる。そしてこれと同時に、そのオン時間ｔｏｎの間、圧力センサ４５の出力値Ｐが取得（モニタリング）される（図２参照）。
【００５７】
以降、ステップＳ２０３、Ｓ２０４において前記ステップＳ１０３、Ｓ１０４と同様の処理が行われる。そしてステップＳ２０５においてＮＯｘセンサ出力値Ｉのピーク値Ｉｐが下限ピーク値Ｉｐｍｉｎより小さいと判断された場合、又はステップＳ２０６においてピーク値Ｉｐが上限ピーク値Ｉｐｍａｘより大きいと判断された場合、ステップＳ２０９に進む。
【００５８】
ステップＳ２０９では、ステップＳ２０２Ａで取得された複数の圧力センサ出力値Ｐを積算して積算値ＳＰ（図２のハッチング領域の面積に相当）が算出され、この積算値ＳＰが所定の正常範囲内にあるか否か、即ち積算値ＳＰが所定の下限値ＳＰｍｉｎ以上で且つ所定の上限値ＳＰｍａｘ以下か否かが判断される。
【００５９】
積算値ＳＰが所定の正常範囲内にある場合、尿素添加装置４８が正常と判断されると共に、ＮＯｘセンサ５０が過剰又は過少出力を発しているのは尿素水の品質異常によるものとみなされ、ステップＳ２１０に進んで最終的に尿素水の異常と判定される。
【００６０】
他方、積算値ＳＰが正常範囲外にある場合（即ち所定の異常範囲内にある場合）、尿素添加装置４８が異常と判断されると共に、ＮＯｘセンサ５０が過剰又は過少出力を発しているのは少なくとも尿素水の添加量異常に起因し、且つこれに加えて尿素水の品質異常にも起因している可能性があるとみなされ、ステップＳ２１１に進んで最終的に尿素添加系の異常、即ち尿素添加装置４８及び尿素水の少なくとも一方の異常と判定される。これら異常判定の後、警告装置が作動される点は前記同様である。
【００６１】
なお、本実施形態ではフューエルカット中に尿素添加を実行したときのＮＯｘ触媒下流のＮＯｘセンサ出力に基づき尿素添加系の異常を検出するので、厳密に解せば、ＮＯｘセンサの正常が担保されていなければ、尿素添加系異常を正確に特定できない。そこでＮＯｘセンサの異常を検出する手段を別途設けるのも好ましい。これについては、例えば、尿素水の添加停止中にＮＯｘ触媒後のＮＯｘ濃度をＮＯｘセンサで検出し、これをＮＯｘ触媒前のＮＯｘ濃度と比較して、ＮＯｘセンサが異常かどうかを判定する。ＮＯｘ触媒前のＮＯｘ濃度は、別途ＮＯｘセンサで検出してもよいし、エンジン運転状態から推定してもよい。尿素水の添加停止中はＮＯｘ触媒が作動せず、ＮＯｘ触媒前後のＮＯｘ濃度は等しいはずなので、両者を比較することでＮＯｘ触媒後のＮＯｘセンサの正常・異常を好適に検出することができる。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば、本発明は圧縮着火式内燃機関以外の内燃機関にも適用可能であり、例えば火花点火式内燃機関、特に直噴リーンバーンガソリンエンジンにも適用可能である。前記実施形態ではアンモニア濃度を検出するセンサとしてＮＯｘセンサを用いたが、当然ながら、アンモニア濃度のみを検出可能な他のセンサを用いてもよい。
【００６３】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の概略的なシステム図である。
【図２】フューエルカット中に尿素添加弁がオンされたときの触媒後ＮＯｘセンサの対応出力を示すタイムチャートである。
【図３】異常診断処理の一態様を示すフローチャートである。
【図４】所定時間を設定するためのマップである。
【図５】フューエルカット中に尿素添加弁がオンされたときの圧力センサ及び触媒後ＮＯｘセンサの対応出力を示すタイムチャートである。
【図６】異常診断処理の別の態様を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１０  エンジン
１５  排気通路
２６  クランク角センサ
２７  アクセル開度センサ
３４  ＮＯｘ触媒
４０  尿素添加弁
４１  供給ライン
４２  尿素供給ポンプ
４４  尿素タンク
４５  圧力センサ
４８  尿素供給装置
５０  触媒後ＮＯｘセンサ
１００  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｉ  ＮＯｘセンサの出力値
Ｉｐ  ＮＯｘセンサの出力ピーク値
ＳＩ  ＮＯｘセンサの出力積算値
Ｐ  圧力センサの出力値
ＳＰ  圧力センサの出力積算値
【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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