(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該排気通路内に還元剤を供給する第一添加弁と、
前記第一添加弁よりも下流の排気通路に設けられ吸着している還元剤によりＮＯｘを選択還元する第一選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記第一選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の排気通路に設けられ該排気通路内に還元剤を供給する第二添加弁と、
前記第二添加弁よりも下流の排気通路に設けられ吸着している還元剤によりＮＯｘを選択還元する第二選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記第二選択還元型ＮＯｘ触媒から流れ出る排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、
前記第一選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘの量に基づいて還元剤の供給量を決定し、前記第一添加弁及び前記第二添加弁を同じ指示により操作する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記第一添加弁が異常であるのか、または、前記第二添加弁が異常であるのかの判定を行う場合には、前記第一選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘの量に基づいて決定した還元剤の供給量よりも、前前記第一添加弁及び前記第二添加弁からの還元剤の供給量が多くなるように前記第一添加弁及び前記第二添加弁に指示すると共に、この指示をした時点である指示時点から、第一所定時間の経過時に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて、前記第一添加弁が異常であるのか、または、前記第二添加弁が異常であるのか判定する内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記指示時点から前記第一所定時間の経過時に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、添加弁閾値以上であれば第二添加弁が異常であり、前記添加弁閾値未満であれば第一添加弁が異常であると判定する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記指示時点から前記第一所定時間よりも短い時間である第二所定時間の経過時に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、添加弁閾値以上の場合には還元剤の濃度が低い異常である軽度濃度異常であると判定し、前記添加弁閾値未満の場合には前記第一添加弁または前記第二添加弁の何れか一方の添加弁が異常であると判定する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記指示時点よりも前に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、前記添加弁閾値よりも小さな閾値である重度還元剤異常閾値以上の場合には前記軽度濃度異常、前記第一添加弁の異常、または、前記第二添加弁の異常の何れか１つであると判定し、前記重度還元剤異常閾値未満の場合には前記還元剤の濃度が前記軽度濃度異常よりも低い異常である重度還元剤異常であると判定する請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。
【請求項５】
前記還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサを備え、
前記制御装置は、前記還元剤濃度センサにより検出される還元剤の濃度が正常であって、前記指示時点よりも前に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、重度還元剤異常閾値未満の場合には、前記第一添加弁及び前記第二添加弁の両方の劣化である重度添加弁劣化であると判定する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記還元剤濃度センサにより検出される還元剤の濃度が正常であって、前記指示時点よりも前に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出
されるＮＯｘ浄化率が前記重度還元剤異常閾値以上の場合において、前記指示時点から前記第一所定時間よりも短い時間である第三所定時間の経過時に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、添加弁閾値未満の場合には前記第一添加弁または前記第二添加弁の何れか一方の添加弁が異常であると判定し、前記添加弁閾値以上の場合には前記第一添加弁及び第二添加弁の両方の劣化であって前記重度添加弁劣化よりも劣化の度合いが低い軽度劣化であると判定する請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記指示時点から第四所定時間の経過時に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、添加弁閾値よりも小さい閾値であるセンサ閾値未満の場合に前記ＮＯｘセンサが異常であると判定し、前記センサ閾値以上で且つ前記添加弁閾値未満の場合に前記第一添加弁が異常であると判定する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記指示時点よりも前の前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が０よりも大きく且つ重度還元剤異常閾値未満の場合において、前記指示時点から前記第一所定時間よりも短い時間である第五所定時間の経過時に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、前記指示時点よりも前の前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率と比較して、下降した場合にはＮＯｘセンサが異常であると判定し、上昇した場合には前記還元剤の濃度が前記軽度濃度異常よりも低い異常である重度還元剤異常であると判定する請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。
【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故障判定装置に関する。
【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供給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】
ここで、還元剤の供給制御中あるいは供給制御後に還元剤通路内の圧力変化のモデルを計算し、記憶されているモデルと比較することによって還元剤供給装置に異常があるか否か判定することが知られている（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】特開２０１０−１７４７８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７０６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、ＮＯｘの浄化率を高めるために、排気通路にＮＯｘ触媒を直列に２つ設けることが考えられる。さらに、夫々のＮＯｘ触媒の上流に還元剤を供給する添加弁を設けることが考えらえる。この場合、夫々の添加弁を個別に制御しようとすると制御が複雑になる虞がある。一方、同じ制御で夫々の添加弁を操作することにより制御を簡素化することができる。しかし、添加弁を個別に制御することができない場合には、一方の添加弁に異常があっても、どちらの添加弁に異常があるのか判定することが困難となる。すなわち、どちらの添加弁に異常があったとしても、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が同じように低下するため、ＮＯｘ浄化率に基づいてどちらの添加弁に異常があるのか判定することは困難である。また、夫々のＮＯｘ触媒の下流側にＮＯｘセンサを設けることにより、夫々のＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を算出することができるため、どちらの添加弁が異常であるか判定することができるが、この場合にはＮＯｘセンサを複数取り付ける必要があるため、コストアップとなる。
【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、複数の添加弁を個別に制御できない場合において、コストアップを抑制しつつどの添加弁に異常があるのかを精度よく判定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ該排気通路内に還元剤を供給する第一添加弁と、前記第一添加弁よりも下流の排気通路に設けられ吸着している還元剤によりＮＯｘを選択還元する第一選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記第一選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の排気通路に設けられ該排気通路内に還元剤を供給する第二添加弁と、前記第二添加弁よりも下流の排気通路に設けられ吸着している還元剤によりＮＯｘを選択還元する第二選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記第二選択還元型ＮＯｘ触媒から流れ出る排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、前記第一選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘの量に基づいて還元剤の供給量を決定し、前記第一添加弁及び前記第二添加弁
を同じ指示により操作する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第一添加弁が異常であるのか、または、前記第二添加弁が異常であるのかの判定を行う場合には、前記第一選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘの量に基づいて決定した還元剤の供給量よりも、前前記第一添加弁及び前記第二添加弁からの還元剤の供給量が多くなるように前記第一添加弁及び前記第二添加弁に指示すると共に、この指示をした時点である指示時点から、第一所定時間の経過時に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて、前記第一添加弁が異常であるのか、または、前記第二添加弁が異常であるのか判定する。
【０００８】
本発明に係る第一添加弁または第二添加弁の異常とは、該第一添加弁または第二添加弁の一方から全く還元剤が供給されない場合、または、該第一添加弁または第二添加弁の一方から還元剤が供給されるがＮＯｘの浄化にはほとんど寄与しない場合をいう。第一添加弁及び第二添加弁は、排気中に例えば尿素水またはアンモニアを還元剤として供給する。
【０００９】
内燃機関から排出されるＮＯｘ量に応じた還元剤を第一添加弁及び第二添加弁から供給するような通常の制御（以下、通常制御という。）を行うように第一添加弁及び第二添加弁を操作した場合には、どちらの添加弁が異常であっても、システム全体のＮＯｘ浄化率が低下する。なお、通常制御を行うときの還元剤供給量は、第一添加弁及び第二添加弁が正常である場合において、第一選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、第一ＮＯｘ触媒ともいう。）及び第二選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、第二ＮＯｘ触媒ともいう。）が吸着している還元剤量に基づいて、ＮＯｘ浄化率が目標範囲内となるように決定される。ＮＯｘ浄化率は、第一ＮＯｘ触媒に流入する排気中のＮＯｘ濃度と、ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度と、に基づいて算出される。
【００１０】
本発明では、第一添加弁または第二添加弁のどちらの添加弁が異常であるのかを判定するために、通常制御時よりも多い量の還元剤を供給するように制御装置が第一添加弁及び第二添加弁に対して指示をする。この通常制御よりも増加させた還元剤供給量を以下では、判定供給量という。
【００１１】
ここで、第二添加弁が異常であっても、第一添加弁からは第一ＮＯｘ触媒に還元剤を供給することができるため、第一ＮＯｘ触媒においてはＮＯｘを浄化することができる。さらに、第一添加弁からは、通常制御時よりも多い量の還元剤が供給されるため、第一添加弁から供給された還元剤の一部が該第一ＮＯｘ触媒から流れ出る。この還元剤により、第二ＮＯｘ触媒においてＮＯｘの浄化が可能となる。
【００１２】
一方、第一添加弁が異常であっても、第二添加弁から第二ＮＯｘ触媒に過剰な量の還元剤が供給されているため、第二ＮＯｘ触媒から還元剤が流れ出る。ここで、ＮＯｘセンサは、ＮＯｘのほかにアンモニアも検出するため、排気中にアンモニアが存在していると、ＮＯｘセンサの検出値が大きくなる。このＮＯｘセンサの検出値に基づいてＮＯｘ浄化率を算出すると、ＮＯｘ浄化率が低くなってしまう。したがって、第一添加弁が異常である場合には、ある程度の時間が経過したとしても、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が比較的低くなる。
【００１３】
このように、指示時点から第一所定時間の経過時には、第一添加弁が異常の場合と、第二添加弁が異常の場合とで、ＮＯｘ浄化率に差が生じる。したがって、このときのＮＯｘ浄化率に基づいて、第一添加弁または第二添加弁のどちらの添加弁が異常であるのか判定することができる。
【００１４】
なお、第一所定時間は、指示時点から、第一添加弁が異常である場合と、第二添加弁が異常である場合と、でＮＯｘ浄化率に差が生じるまでの時間とすることができる。例えば、第一所定時間は、指示時点から、第二添加弁が異常である場合に第二ＮＯｘ触媒におい
て還元剤に関する平衡状態になるまでの時間としてもよい。ここで、還元剤に関する平衡状態とは、触媒において還元剤の吸着量と脱離量とが等しくなった状態をいい、触媒に還元剤を供給しても還元剤吸着量が増加しない状態をいう。すなわち、第一所定時間は、第二添加弁が異常であっても、第二ＮＯｘ触媒に十分な量の還元剤が吸着されるまでの時間としてもよい。
【００１５】
また、前記制御装置は、前記指示時点から前記第一所定時間の経過時に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、添加弁閾値以上であれば第二添加弁が異常であり、前記添加弁閾値未満であれば第一添加弁が異常であると判定することができる。
【００１６】
添加弁閾値は、システム全体が正常である場合のＮＯｘ浄化率の下限値である。ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率とは、システム全体としてのＮＯｘ浄化率をいう。ここで、第二添加弁に異常がある場合であっても、還元剤供給量が判定供給量となるように指示をすれば、第一添加弁から第二ＮＯｘ触媒へ還元剤が供給される。このため、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が添加弁閾値以上となり得る。一方、第一添加弁が異常の場合には、第一ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを浄化することができないため、ＮＯｘ浄化率が添加弁閾値未満となる。この場合の第一所定時間は、上記のように、指示時点から、第二添加弁が異常である場合に第二ＮＯｘ触媒において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間としてもよい。
【００１７】
また、前記制御装置は、前記指示時点から前記第一所定時間よりも短い時間である第二所定時間の経過時に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、添加弁閾値以上の場合には還元剤の濃度が低い異常である軽度濃度異常であると判定し、前記添加弁閾値未満の場合には前記第一添加弁または前記第二添加弁の何れか一方の添加弁が異常であると判定することができる。
【００１８】
ここでいう軽度濃度異常とは、還元剤の濃度が異常の場合であり、還元剤の濃度が正常時よりも低くなっていることをいう。ただし、通常制御が行われているときに、還元剤の濃度が異常の場合のＮＯｘ浄化率が、第一添加弁または第二添加弁の何れか一方の添加弁が異常の場合のＮＯｘ浄化率と、同等以上になるような還元剤の濃度の場合について扱う。すなわち、還元剤の濃度が異常であるといっても、異常の程度が比較的低い場合を扱う。この場合、軽度濃度異常であったとしても、第一添加弁または第二添加弁の何れか一方の添加弁が異常の場合と比較すれば、同等以上の量の還元剤が供給されていることになる。したがって、還元剤の濃度が０の場合、及び、還元剤の濃度が０ではないが実質的には０の場合などは、軽度濃度異常には含まない。
【００１９】
ここで、軽度濃度異常の場合には、第一添加弁及び第二添加弁から濃度の低い還元剤が供給される。還元剤の濃度が低くても、還元剤供給量を判定供給量まで増加させることにより、第一ＮＯｘ触媒及び第二ＮＯｘ触媒には、最終的にはある程度の量の還元剤が供給される。すなわち、軽度濃度異常であったとしても、最終的には、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が、添加弁閾値以上となり得る。
【００２０】
なお、第二所定時間は、指示時点から、第二添加弁が異常である場合と、軽度濃度異常である場合と、でＮＯｘ浄化率に差が生じるまでの時間であり、例えば、第二所定時間は、第一添加弁が正常である場合に指示時点から第一ＮＯｘ触媒において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間とすることができる。この場合、第二所定時間の経過時のＮＯｘ浄化率を添加弁閾値と比較することにより、還元剤の濃度に異常があるか否か判定することができる。この時間は、第二添加弁が正常である場合に第二ＮＯｘ触媒において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間と略等しいと考えることもできる。ここで、第二所定
時間の経過時において、第二添加弁に異常がある場合には、第二ＮＯｘ触媒に供給されている還元剤量は少ないため、ＮＯｘ浄化率がまだ低い。一方、軽度濃度異常の場合には、第二所定時間の経過の時点であっても多くの還元剤が第一ＮＯｘ触媒及び第二ＮＯｘ触媒に供給されているため、ＮＯｘ浄化率が高い。
【００２１】
また、前記制御装置は、前記指示時点よりも前に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、前記添加弁閾値よりも小さな閾値である重度還元剤異常閾値以上の場合には前記軽度濃度異常、前記第一添加弁の異常、または、前記第二添加弁の異常の何れか１つであると判定し、前記重度還元剤異常閾値未満の場合には前記還元剤の濃度が前記軽度濃度異常よりも低い異常である重度還元剤異常であると判定することができる。
【００２２】
指示時点よりも前とは、通常制御が行われているときを示している。重度還元剤異常閾値は、添加弁閾値よりも小さな値であり、通常制御が行われているときにおいて、第一添加弁または第二添加弁の何れか一方の添加弁が異常であるときのＮＯｘ浄化率とすることができる。このため、通常制御が行われているときのＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値以上であれば、第一添加弁または第二添加弁の一方の添加弁は正常であると考えられる。また、軽度濃度異常であったとしても、ＮＯｘ浄化率は重度還元剤異常閾値以上になる。
【００２３】
一方、ＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値未満の低い場合には、還元剤の濃度が軽度濃度異常時よりもさらに低い異常であると判定することができる。なお、ＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値未満の場合には、還元剤の濃度が０ではなないが低い場合及び還元剤が存在しない場合が含まれる。この場合の還元剤の濃度は、指示時点から例えば第二所定時間の経過時のＮＯｘ浄化率が添加弁閾値未満となるような還元剤の濃度である。また、還元剤が存在しないとは、例えば、還元剤を使い切ってしまった場合、または、還元剤の濃度が０％の場合（水または他の液体の場合）を含む。
【００２４】
また、前記還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサを備え、前記制御装置は、前記還元剤濃度センサにより検出される還元剤の濃度が正常であって、前記指示時点よりも前に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、重度還元剤異常閾値未満の場合には、前記第一添加弁及び前記第二添加弁の両方の劣化である重度添加弁劣化であると判定することができる。
【００２５】
ここで、第一添加弁及び第二添加弁の経年劣化が同程度に進むことも考えられる。この劣化には、指示時点よりも前にＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、重度還元剤異常閾値以上且つ添加弁閾値未満の場合、または、重度還元剤異常閾値未満の場合が含まれる。なお、ＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値未満となる劣化を、重度添加弁劣化といい、ＮＯｘ浄化率が、重度還元剤異常閾値以上且つ添加弁閾値未満となる劣化を、軽度劣化という。
【００２６】
ここで、指示時点よりも前において、検出される還元剤濃度が正常であるのにもかかわらず、ＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値未満であれば、重度添加弁劣化が生じていると判定することができる。したがって、ＮＯｘ浄化率が、重度還元剤異常閾値未満の場合には、第一添加弁及び第二添加弁の両方の劣化である重度添加弁劣化であると判定することができる。
【００２７】
また、前記制御装置は、前記還元剤濃度センサにより検出される還元剤の濃度が正常であって、前記指示時点よりも前に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が前記重度還元剤異常閾値以上の場合において、前記指示時点から前記第一所定時間よりも短い時間である第三所定時間の経過時に前記ＮＯｘセンサに
より検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、添加弁閾値未満の場合には前記第一添加弁または前記第二添加弁の何れか一方の添加弁が異常であると判定し、前記添加弁閾値以上の場合には前記第一添加弁及び第二添加弁の両方の劣化であって前記重度添加弁劣化よりも劣化の度合いが低い軽度劣化であると判定することができる。
【００２８】
ここで、軽度劣化の場合には、第一添加弁及び第二添加弁から還元剤が供給される。このため、還元剤の供給量が判定供給量となるように指示することにより、最終的には、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が、添加弁閾値以上となり得る。
【００２９】
なお、第一所定時間の経過時には、第二添加弁が異常であってもＮＯｘ浄化率が添加弁閾値以上となる場合があり、第二添加弁の異常と軽度劣化とを区別することができなくなる虞があるため、第一所定時間よりも短い第三所定時間が経過したときのＮＯｘ浄化率に基づいて判定を行う。第三所定時間は、指示時点から、第二添加弁が異常である場合と、軽度劣化である場合と、でＮＯｘ浄化率に差が生じるまでの時間であり、例えば、第三所定時間は、第一添加弁が正常である場合に指示時点から第一ＮＯｘ触媒において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間とすることができる。第三所定時間は、上記第二所定時間と同じであってもよい。ここで、第三所定時間の経過時において、第二添加弁に異常がある場合には、第二ＮＯｘ触媒に供給されている還元剤量は少ないため、ＮＯｘ浄化率がまだ低い。一方、軽度劣化の場合には、第三所定時間の経過の時点において多くの還元剤が第一ＮＯｘ触媒及び第二ＮＯｘ触媒に供給されているため、ＮＯｘ浄化率が高い。
【００３０】
また、検出される還元剤濃度が正常であるのにもかかわらず、指示時点よりも前のＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値以上の場合において、指示時点から第三所定時間の経過時のＮＯｘ浄化率が添加弁閾値以上の場合には軽度劣化であると判定することができる。
【００３１】
また、前記制御装置は、前記指示時点から第四所定時間の経過時に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、添加弁閾値よりも小さい閾値であるセンサ閾値未満の場合に前記ＮＯｘセンサが異常であると判定し、前記センサ閾値以上で且つ前記添加弁閾値未満の場合に前記第一添加弁が異常であると判定することができる。
【００３２】
ここで、ＮＯｘセンサのゲインが実際よりも高くなる異常が生じる場合もある。なお、以下では、ＮＯｘセンサのゲインが実際よりも高いことを、ゲインずれという。ＮＯｘセンサのゲインずれが生じている場合には、還元剤の供給量に異常はないため、還元剤供給量が判定供給量となるように指示すると還元剤が過剰となり、第一ＮＯｘ触媒及び第二ＮＯｘ触媒から還元剤（アンモニア）が流出する。このため、算出されるＮＯｘ浄化率が低くなる。一方、第一添加弁が異常の場合には、第一添加弁から還元剤が供給されない。このため、算出されるＮＯｘ浄化率は高くなる。したがって、第四所定時間経過時のＮＯｘセンサの検出に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率は、第一添加弁が異常の場合よりも、ＮＯｘセンサのゲインずれが生じている場合のほうが低くなる。なお、第四所定時間は、指示時点から、第一添加弁が異常である場合と、ＮＯｘセンサが異常である場合と、でＮＯｘ浄化率に差が生じるまでの時間であり、例えば、第四所定時間は、第二添加弁が異常である場合に指示時点から第二ＮＯｘ触媒において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間としてもよい。この場合、第四所定時間は、上記第一所定時間と同じであってもよい。
【００３３】
そこで、ＮＯｘセンサのゲインずれが生じていない場合のＮＯｘ浄化率の下限値をセンサ閾値として設定し、ＮＯｘ浄化率がセンサ閾値以上であれば、第一添加弁が異常であると判定することができ、センサ閾値未満であればＮＯｘセンサのゲインずれが生じていると判定することができる。センサ閾値は、重度還元剤異常閾値及び添加弁閾値よりも小さな値である。
【００３４】
また、前記制御装置は、前記指示時点よりも前の前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が０よりも大きく且つ重度還元剤異常閾値未満の場合において、前記指示時点から前記第一所定時間よりも短い時間である第五所定時間の経過時に前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、前記指示時点よりも前の前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率と比較して、下降した場合にはＮＯｘセンサが異常であると判定し、上昇した場合には前記還元剤の濃度が前記軽度濃度異常よりも低い異常である重度還元剤異常であると判定することができる。
【００３５】
指示時点よりも前のＮＯｘ浄化率が０よりも大きく且つ重度還元剤異常閾値未満の場合には、第一添加弁または第二添加弁の異常ではなく、重度還元剤異常またはＮＯｘセンサの異常と考えられる。なお、ここでいう重度還元剤異常は、還元剤の濃度が０％よりも大きい場合をいい、還元剤が存在しない場合は含まない。また、重度還元剤異常閾値は、上記したように、添加弁閾値よりも小さな値であり、通常制御が行われているときにおいて、第一添加弁または第二添加弁の何れか一方の添加弁が異常であるときのＮＯｘ浄化率とすることができる。ここで、指示時点よりも前のＮＯｘ浄化率が０よりも大きく且つ重度還元剤異常閾値未満の場合には、重度還元剤異常の場合と、ＮＯｘセンサのゲインずれの場合と、が考えられる。
【００３６】
ここで、ＮＯｘセンサのゲインずれが生じている場合には、指示時点から第五所定時間の経過時に、第二ＮＯｘ触媒から多くの還元剤が流出する。したがって、ＮＯｘセンサのゲインずれが生じている場合には、指示時点から第五所定時間の経過時に、算出されるＮＯｘ浄化率が低下する。なお、第五所定時間は、指示時点から、重度還元剤異常である場合と、ＮＯｘセンサが異常である場合と、でＮＯｘ浄化率に差が生じるまでの時間であり、例えば、第五所定時間は、第一添加弁が正常である場合に指示時点から第一ＮＯｘ触媒において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間とすることができる。この場合、第五所定時間は、上記第二所定時間と同じであってもよい。
【００３７】
一方、指示時点よりも前のＮＯｘ浄化率が０よりも大きく且つ重度還元剤異常の場合には、指示時点から第五所定時間の経過時における還元剤の吸着量が増加する。さらに、両触媒におけるＮＯｘ浄化率が回復し、算出されるＮＯｘ浄化率が高くなる。したがって、指示時点よりも前と、指示時点から第五所定時間の経過時と、のＮＯｘ浄化率の変化に基づいて、ＮＯｘセンサの異常と、重度還元剤異常とを区別することができる。なお、第二所定時間、第三所定時間、及び第五所定時間は、第一所定時間及び第四所定時間よりも短い時間である。第二所定時間と、第三所定時間と、第五所定時間と、は同じ時間であってもよいが、異なる時間であってもよい。第一所定時間と、第四所定時間と、は同じ時間であってもよいが、異なる時間であってもよい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、複数の添加弁を個別に制御できない場合において、コストアップを抑制しつつどの添加弁に異常があるのかを精度よく判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【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】通常制御時における、システムが正常の場合、第一添加弁が異常の場合、及び、第二添加弁が異常の場合のＮＯｘ浄化率を示した図である。
【図３】増量制御時において、指示時点から、第二添加弁が異常の場合に第二ＮＯｘ触媒において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間が経過したときの、第一添加弁の異常、及び、第二添加弁の異常の夫々の場合におけるＮＯｘ浄化率を示した図である。
【図４】増量制御時における第二添加弁が異常である場合の各触媒の還元剤吸着量、及び、ＮＯｘ浄化率の推移の一例を示したタイムチャートである。
【図５】増量制御時における第一添加弁が異常である場合の各触媒の還元剤吸着量、及び、ＮＯｘ浄化率の推移の一例を示したタイムチャートである。
【図６】実施例１に係る異常判定のフローを示したフローチャートである。
【図７】添加弁判定処理のフローチャートである。
【図８】実施例が判定する異常について説明するための図である。
【図９】通常制御時における、システムが正常の場合、軽度異常の場合、重度還元剤異常の場合のＮＯｘ浄化率と重度還元剤異常閾値との関係を示した図である。
【図１０】常制御時における、第一添加弁の異常、第二添加弁の異常、軽度濃度異常の夫々の場合におけるＮＯｘ浄化率を示した図である。
【図１１】増量制御時において、指示時点から、第一添加弁が正常であれば第一ＮＯｘ触媒において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間が経過したときの、第一添加弁の異常、第二添加弁の異常、軽度濃度異常の夫々の場合におけるＮＯｘ浄化率を示した図である。
【図１２】増量制御時における軽度濃度異常がある場合の各触媒の還元剤吸着量、及び、ＮＯｘ浄化率の推移の一例を示したタイムチャートである。
【図１３】実施例２に係る異常判定のフローを示したフローチャートである。
【図１４】軽度異常判定処理のフローチャートである。
【図１５】重度還元剤異常判定処理のフローチャートである。
【図１６】実施例３に係る異常判定のフローを示したフローチャートである。
【図１７】ステップＳ６０４で行われる軽度異常判定処理のフローチャートである。
【図１８】ステップＳ６０２で行われる濃度異常判定処理のフローチャートである。
【図１９】通常制御時の、第一添加弁が異常の場合及び第二ＮＯｘセンサのゲインずれが生じている場合のＮＯｘ浄化率と、重度還元剤異常閾値との関係を示した図である。
【図２０】通常制御時の、重度濃度異常の場合及び第二ＮＯｘセンサのゲインずれが生じている場合のＮＯｘ浄化率と、重度還元剤異常閾値との関係を示した図である。
【図２１】増量制御における指示時点から、添加弁異常判定時間が経過した時点における、第一添加弁が異常の場合及び第二ＮＯｘセンサのゲインずれが生じている場合のＮＯｘ浄化率と、重度還元剤異常閾値との関係を示した図である。
【図２２】増量制御における指示時点から、軽度濃度異常判定時間が経過した時点における、重度濃度異常の場合及び第二ＮＯｘセンサのゲインずれが生じている場合のＮＯｘ浄化率と、重度還元剤異常閾値との関係を示した図である。
【図２３】実施例４に係る異常判定のフローを示したフローチャートである。
【図２４】ステップＳ９０１で行われる軽度異常判定処理のフローチャートである。
【図２５】ステップＳ９０２で行われる重度還元剤異常判定処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
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。
【００４１】
（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。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、排気の流れ方向で上流側から順に、第一添加弁４１、第一ＮＯｘ触媒３１、第二添加弁４２、第二ＮＯｘ触媒３２が設けられている。第一Ｎ
Ｏｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２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触媒である。なお、本実施例においては第一ＮＯｘ触媒３１が、本発明における第一選択還元型ＮＯｘ触媒に相当する。また、本実施例においては第二ＮＯｘ触媒３２が、本発明における第二選択還元型ＮＯｘ触媒に相当する。
【００４２】
第一添加弁４１及び第二添加弁４２は、還元剤供給装置４の一部である。還元剤供給装置４は、第一添加弁４１及び第二添加弁４２の他にも、尿素タンク４３、還元剤供給通路４４、ポンプ４５、還元剤量センサ４６、還元剤濃度センサ４７を備えている。
【００４３】
尿素タンク４３は、尿素水を貯留している。尿素水は、排気の熱または第一ＮＯｘ触媒３１、第二ＮＯｘ触媒３２からの熱により加水分解されてアンモニアとなり、第一ＮＯｘ触媒３１または第二ＮＯｘ触媒３２に吸着する。このアンモニアは、第一ＮＯｘ触媒３１または第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤として利用される。還元剤供給通路４４は、一端が尿素タンク４３に接続され、他端が二つに分かれて第一添加弁４１と第二添加弁４２とに接続されている。還元剤供給通路４４は、第一添加弁４１及び第二添加弁４２に尿素水を供給している。還元剤供給通路４４が２つに分かれる箇所よりも尿素タンク４３側の該還元剤供給通路４４の途中に、尿素水を第一添加弁４１及び第二添加弁４２に向けて吐出するポンプ４５が設けられる。還元剤量センサ４６は、尿素タンク４３に貯留されている尿素水の量を検出する。還元剤濃度センサ４７は、尿素タンク４３に貯留されている尿素水の濃度を検出する。なお、本実施例では、還元剤濃度センサ４７は、必ずしも必要ではない。また、本実施例では、アンモニア及び尿素水を還元剤という。
【００４４】
さらに、第一添加弁４１よりも上流には、第一ＮＯｘ触媒３１に流れ込む排気中のＮＯｘを検知する第一ＮＯｘセンサ１１が設けられている。また、第二ＮＯｘ触媒３２よりも下流には、第二ＮＯｘ触媒３２から流れ出る排気中のＮＯｘを検知する第二ＮＯｘセンサ１２が設けられている。なお、第一ＮＯｘセンサ１１及び第二ＮＯｘセンサ１２は、ＮＯｘと同じようにアンモニアも検知してしまう。
【００４５】
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の吸入空気量を検知するエアフローメータ１６が取り付けられている。
【００４６】
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、上述した第一ＮＯｘセンサ１１、第二ＮＯｘセンサ１２、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。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。
【００４７】
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、本実施例では、第一ＮＯｘ触媒３１に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度は第一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中（第一ＮＯｘ触媒３１に浄化される前の排気中であり、すなわち第一ＮＯｘ触媒３１に流れ込む排気中）のＮＯｘ濃度は、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。
【００４８】
また、ＥＣＵ１０は、第一添加弁４１及び第二添加弁４２に対して、同じ信号を送って、第一添加弁４１及び第二添加弁４２を制御する。すなわち、ＥＣＵ１０は、第一添加弁４１及び第二添加弁４２に対して、弁の開閉に関する同じ指示をする。したがって、第一添加弁４１と第二添加弁４２とは同時期に還元剤を供給する。ＥＣＵ１０は、第一ＮＯｘ
触媒３１に流入するＮＯｘの量に対し、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が目標範囲内となるように、第一添加弁４１及び第二添加弁４２から還元剤を供給する通常制御を実施する。すなわち、第一添加弁４１及び第二添加弁４２からは、内燃機関１から排出されるＮＯｘの量に応じて還元剤が供給される。なお、通常制御では、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の夫々の触媒において、還元剤吸着量を推定している。通常制御時には、各触媒の還元剤吸着量が一定となるように、第一添加弁４１及び第二添加弁４２から還元剤を供給してもよい。第一ＮＯｘ触媒３１の還元剤吸着量は、第一添加弁４１からの還元剤供給量、第一ＮＯｘ触媒３１のＮＯｘ浄化率、第一ＮＯｘ触媒３１から流出する還元剤量に基づいて、モデルを用いて算出される。また、第二ＮＯｘ触媒３１の還元剤吸着量は、第二添加弁４２からの還元剤供給量、第二ＮＯｘ触媒３２のＮＯｘ浄化率、第二ＮＯｘ触媒３２から流出する還元剤量、第一ＮＯｘ触媒３２から流出する還元剤量に基づいて、モデルを用いて算出される。第一ＮＯｘ触媒３１のＮＯｘ浄化率、第二ＮＯｘ触媒３２のＮＯｘ浄化率、第一ＮＯｘ触媒３１から流出する還元剤量、第二ＮＯｘ触媒３２から流出する還元剤量は、温度等に基づいて推定される。このときには、第一添加弁４１及び第二添加弁４２が正常であると仮定した推定が行われる。
【００４９】
ＥＣＵ１０は、第一添加弁４１の異常、または、第二添加弁４２の異常、のどちらか生じているのか判定する。本実施例では、その他の装置等には異常がないことを周知の手段により確認しておいてもよい。例えば、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２に異常がないことを確認しておいてもよい。
【００５０】
ＥＣＵ１０は、第一ＮＯｘセンサ１１により検出されるＮＯｘ濃度（または、内燃機関１の運転状態から推定されるＮＯｘ濃度）と、第二ＮＯｘセンサ１２により検出されるＮＯｘ濃度と、に基づいて、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２を合わせたシステム全体としてのＮＯｘ浄化率を算出する。第一ＮＯｘセンサ１１により検出されるＮＯｘ濃度は、第一ＮＯｘ触媒３１に流入する排気中のＮＯｘ濃度（上流側ＮＯｘ濃度）であり、第二ＮＯｘセンサ１２により検出されるＮＯｘ濃度は、第二ＮＯｘ触媒３２から流出する排気中のＮＯｘ濃度（下流側ＮＯｘ濃度）である。なお、以下で特に断らない限りは、ＮＯｘ浄化率といった場合には、システム全体としてのＮＯｘ浄化率を示す。ＮＯｘ浄化率は、第一ＮＯｘ触媒３１に流入する排気中のＮＯｘ濃度に対する、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２でＮＯｘが浄化されることにより減少するＮＯｘ濃度の比であり、以下の式により算出することができる。
ＮＯｘ浄化率＝（上流側ＮＯｘ濃度−下流側ＮＯｘ濃度）／上流側ＮＯｘ濃度
ただし、上流側ＮＯｘ濃度は、第一ＮＯｘ触媒３１に流入する排気中のＮＯｘ濃度であり、下流側ＮＯｘ濃度は、第二ＮＯｘ触媒３１から流出する排気中のＮＯｘ濃度である。
【００５１】
ここで、ＮＯｘ浄化率が正常範囲の下限値（正常閾値ともいう。）よりも低下した場合には、第一添加弁４１または第二添加弁４２の何れか一方の添加弁に異常があると考えらえる。しかし、どちらの添加弁が異常であるのか判定することは困難である。内燃機関１から排出されるＮＯｘ量に応じた還元剤を第一添加弁４１及び第二添加弁４２から供給するような通常制御を行っている場合のＮＯｘ浄化率は、第一添加弁４１が異常の場合と、第二添加弁４２が異常の場合と、で同程度になり得る。このため、本実施例では、どちらの添加弁が異常であるのか区別する。なお、本実施例では、第一添加弁４１及び第二添加弁４２が同時に異常となることがないものとする。第一添加弁４１または第二添加弁４２の異常には、還元剤が供給されない場合、還元剤が供給されたとしても供給されていないに等しい場合が含まれる。なお、本実施例においては正常閾値が、本発明における添加弁閾値に相当する。
【００５２】
ここで、図２は、通常制御時における、システムが正常の場合、第一添加弁４１が異常の場合、及び、第二添加弁４２が異常の場合のＮＯｘ浄化率を示した図である。図２にお
ける正常閾値は、システムが正常である場合のＮＯｘ浄化率の下限値である。図２は、還元剤の供給から十分な時間が経過しているが、システムが正常であればＮＯｘ浄化率が正常閾値以上となっているときのＮＯｘ浄化率である。このように、第一添加弁４１の異常、及び、第二添加弁４２の異常の夫々のＮＯｘ浄化率は、同程度となる場合もあり、このときのＮＯｘ浄化率を用いても、どちらの添加弁が異常であるのか判定することは困難である。
【００５３】
これに対して本実施例では、還元剤供給量を判定供給量まで増加させた後のＮＯｘ浄化率の推移に着目した。なお、このときには、ＥＣＵ１０において還元剤供給量の指示値を増加させているが、第一添加弁４１または第二添加弁４２が異常の場合には、異常が生じている添加弁からの実際の還元剤供給量は増加できない。また、判定供給量は、通常制御時よりも多い還元剤供給量である。すなわち、判定供給量は、ＮＯｘの浄化に必要となる還元剤量よりも多い還元剤供給量であるため、第一添加弁４１及び第二添加弁４２が正常である場合に、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２から還元剤が流出する還元剤供給量である。なお、還元剤供給量が判定供給量となるように第一添加弁４１及び第二添加弁４２に指示した時点を、以下では「指示時点」と称する。また、還元剤供給量が判定供給量となるようにＥＣＵ１０が第一添加弁４１及び第二添加弁４２に指示する制御を、以下では「増量制御」と称する。
【００５４】
＜第一添加弁４１及び第二添加弁４２の異常の判定＞
ここで図３は、増量制御時において、指示時点から、第二添加弁４２が異常の場合に第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間が経過したときの、第一添加弁４１の異常、及び、第二添加弁４２の異常の夫々の場合におけるＮＯｘ浄化率を示した図である。
【００５５】
第一添加弁４１が異常の場合には、第一ＮＯｘ触媒３１に還元剤を供給することができないため第一ＮＯｘ触媒３１においてＮＯｘを浄化することができない。しかし、第二添加弁４２は正常であるため、第二ＮＯｘ触媒３２においてＮＯｘを浄化することはできる。このときには、第二ＮＯｘ触媒３２に過剰な還元剤が供給されているため、第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤に関する平衡状態になる前であっても、第二ＮＯｘ触媒３２から還元剤が流れ出る。ここで、ＮＯｘセンサ１２は、ＮＯｘのほかにアンモニアも検出するため、排気中にアンモニアが存在していると、ＮＯｘセンサ１２の検出値が大きくなる。このＮＯｘセンサ１２の検出値に基づいてＮＯｘ浄化率を算出すると、ＮＯｘ浄化率が低くなってしまう。したがって、第一添加弁４１が異常である場合には、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が比較的低くなる。
【００５６】
一方、第二添加弁４２が異常の場合には、第二添加弁４２から第二ＮＯｘ触媒３２に還元剤を供給することができない。しかし、第一添加弁４１からは第一ＮＯｘ触媒３１に還元剤を供給することができるため、第一ＮＯｘ触媒３１においてはＮＯｘを浄化することができる。さらに、第一添加弁４１からは、通常制御時よりも多い量の還元剤が供給されるため、ＮＯｘを浄化するために必要となる還元剤量よりも多い量の還元剤が供給されているので、第一添加弁４１から供給された還元剤の一部が該第一ＮＯｘ触媒３１から流れ出る。この還元剤が、第二ＮＯｘ触媒３２に供給されるため、ある程度の時間が経過すると、第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤に関する平衡状態になる。図３は、このようにして第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間が経過した時点でのＮＯｘ浄化率を示している。
【００５７】
ここで、第二添加弁４２が異常の場合には、第二添加弁４２から第二ＮＯｘ触媒３２に還元剤を供給することができないが、第一添加弁４１から供給された還元剤が第二ＮＯｘ触媒３２に吸着されているため、第二ＮＯｘ触媒３２においてもＮＯｘを浄化することが
できる。すなわち、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２においてＮＯｘを浄化することができるため、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が正常閾値以上となり得る。
【００５８】
したがって、増量制御時において、指示時点から、第一添加弁４１が異常の場合のＮＯｘ浄化率と、第二添加弁４２が異常の場合のＮＯｘ浄化率と、で区別できるほどの差が生じるまでの時間が経過すれば、このときのＮＯｘ浄化率に基づいて、第一添加弁４１が異常なのか、または、第二添加弁４２が異常なのか、の何れかを区別することができる。この、第一添加弁４１が異常の場合のＮＯｘ浄化率と、第二添加弁４２が異常の場合のＮＯｘ浄化率と、で区別できるほどの差が生じるまでの時間は、第二添加弁４２が異常の場合に第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間（以下、添加弁異常判定時間という。）とすることができる。この場合、第二添加弁４２が異常であればＮＯｘ浄化率が正常閾値以上となり、第一添加弁４１が異常であればＮＯｘ浄化率が正常閾値未満となる。すなわち、本実施例においては、増量制御における指示時点から、添加弁異常判定時間が経過した時点でのＮＯｘ浄化率が、正常閾値以上であれば、第二添加弁４２が異常であり、第一添加弁４１は正常であると判定する。一方、増量制御における指示時点から、添加弁異常判定時間が経過した時点でのＮＯｘ浄化率が、正常閾値未満であれば、第二添加弁４２は正常であり、第一添加弁４１が異常であると判定する。添加弁異常判定時間は、通常制御時のＮＯｘ浄化率、判定供給量、第一ＮＯｘ触媒３１が吸着可能な還元剤量、及び、第二ＮＯｘ触媒３１が吸着可能な還元剤量と関連するため、これら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いてもよい。なお、本実施例においては添加弁異常判定時間が、本発明における第一所定時間に相当する。
【００５９】
＜異常の判定時のタイムチャート＞
図４は、増量制御時における第二添加弁４２が異常である場合の各触媒の還元剤吸着量、及び、ＮＯｘ浄化率の推移の一例を示したタイムチャートである。Ｔ１は増量制御における指示時点を示し、Ｔ２はＴ１から第一添加弁４１が正常であれば第一ＮＯｘ触媒３１において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間が経過した時点を示し、Ｔ３はＴ１から添加弁異常判定時間が経過した時点を示している。Ｔ２はＴ１から第二添加弁４２が正常であれば第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間が経過した時点ともいえる。Ｔ１からＴ２までの期間は、Ｔ１からＴ３までの期間よりも短い。吸着量における実線は第一ＮＯｘ触媒３１の還元剤吸着量を示し、一点鎖線は第二ＮＯｘ触媒３２の還元剤吸着量を示している。また、正常吸着量は、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２が正常である場合の夫々の触媒における還元剤吸着量の下限値である。
【００６０】
第二添加弁４２が異常の場合、Ｔ１以前であっても、第一ＮＯｘ触媒３１には第一添加弁４１から適正量の還元剤が供給されているため、第一ＮＯｘ触媒３１の還元剤吸着量は正常吸着量に近い値になる。一方、Ｔ１以前には、第二ＮＯｘ触媒３２に還元剤がほとんど供給されないため、Ｔ１以前の第二ＮＯｘ触媒３２の還元剤吸着量は略０である。ここで第二添加弁４２が異常である場合には、Ｔ１の時点から還元剤供給量を増加しても第二ＮＯｘ触媒３２に吸着されている還元剤量はすぐには増加しない。すなわち、第一ＮＯｘ触媒３１に吸着されている還元剤量がある程度増加した後に、該第一ＮＯｘ触媒３１から還元剤が流出するようになってから、第二ＮＯｘ触媒３２に吸着される還元剤量が増加を始める。なお、第一ＮＯｘ触媒３１に吸着されている還元剤量が増加するにしたがって、ＮＯｘ浄化率も上昇する。しかし、Ｔ２の時点においては、第二ＮＯｘ触媒３２に吸着されている還元剤量が十分ではないため、この時点Ｔ２におけるＮＯｘ浄化率は、正常閾値よりも低い。そして、添加弁異常判定時間が経過した時点Ｔ３において、第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤に関する平衡状態になるが、このときには、第二ＮＯｘ触媒３２に吸着されている還元剤量は正常吸着量よりも少ない。ただし、Ｔ３の時点では、第一ＮＯｘ触媒３１に過剰の還元剤が吸着されているため、第一ＮＯｘ触媒３１の浄化率が高くなっている。このため、第二ＮＯｘ触媒３２のＮＯｘ浄化率が多少低くても、Ｔ３の時点にお
けるＮＯｘ浄化率は、正常閾値以上となる。
【００６１】
図５は、増量制御時における第一添加弁４１が異常である場合の各触媒の還元剤吸着量、及び、ＮＯｘ浄化率の推移の一例を示したタイムチャートである。Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、図４に示したＴ１，Ｔ２，Ｔ３と同じ時点を示している。
【００６２】
第一添加弁４１が異常である場合には、増量制御を行っても第一ＮＯｘ触媒３１に吸着されている還元剤量は増加しない。したがって、第一ＮＯｘ触媒３１の還元剤吸着量は、常に略０となる。一方、Ｔ１以前であっても、第二ＮＯｘ触媒３２には適正量の還元剤が供給されているため、第二ＮＯｘ触媒３２の還元剤吸着量は正常吸着量に近い値になる。そして、第二ＮＯｘ触媒３２に吸着されている還元剤量は、増量制御における指示時点Ｔ１から増加を始める。なお、第二ＮＯｘ触媒３２に吸着されている還元剤量が増加するにしたがって、ＮＯｘ浄化率も一旦は上昇するが、Ｔ２の時点以前に第二ＮＯｘ触媒３２から還元剤が流出するようになり、第二ＮＯｘセンサ１２によりアンモニア検出される。このため、第二ＮＯｘセンサ１２により検出されるＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が下降してしまう。そして、Ｔ２の時点において、第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤に関する平衡状態になり、その後も、第二ＮＯｘ触媒３２からアンモニアが流出し続けるため、ＮＯｘ浄化率が低下したまま維持される。したがって、第一添加弁４１が異常である場合には、全期間を通してＮＯｘ浄化率が正常閾値未満となる。
【００６３】
したがって、増量制御を実施して、Ｔ３の時点におけるＮＯｘ浄化率が、正常閾値以上であれば、第二添加弁４２が異常であると判定でき、正常閾値未満であれば、第一添加弁４１が異常であると判定できる。なお、ＮＯｘ浄化率が正常閾値以上となった時点で、第二添加弁４２が異常であると判定してもよい。
【００６４】
＜異常の判定のフローチャート＞
図６は、本実施例に係る異常判定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により所定時間毎に実行される。
【００６５】
ステップＳ１０１では、還元剤の供給異常があるか否か判定される。本実施例では、ステップＳ１０１において、第一添加弁４１または第二添加弁４２が異常であるか否か判定される。還元剤の供給異常がある場合には、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が低下するため、ＮＯｘ浄化率が正常閾値未満である場合に、還元剤の供給異常があると判定される。正常閾値は、システムが正常である場合のＮＯｘ浄化率の下限値として、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。このときの還元剤供給量は、増量制御における指示時点よりも前の通常制御における還元剤供給量である。
【００６６】
なお、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２を含む他の装置等には異常がないことを予め確認しておいてもよい。この確認は、本ステップにおいて行ってもよく、本フローチャートの実行前に行っておいてもよい。例えば、第一ＮＯｘ触媒３１または第二ＮＯｘ触媒３２が正常であれば、水を吸着したときに発熱する。このため、例えば内燃機関１の始動時など第一ＮＯｘ触媒３１または第二ＮＯｘ触媒３２に水が流入し得るときに、該第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の温度が上昇すれば、該第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２は正常であると判定することができる。また、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２が異常の場合には、該第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２における還元剤の吸着能力が低下する。このため、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２が正常であれば還元剤を吸着可能な場合にもかかわらず還元剤を吸着することができなくなった場合に、第一ＮＯｘ触媒３１または第二ＮＯｘ触媒３２が異常であると判定することができる。なお、還元剤供給装置４及び還元剤以外に異常がないことは、他の周知の技術により確認しておいてもよい。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合
にはステップＳ１０２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。
【００６７】
ステップＳ１０２では、増量制御を開始する。すなわち、還元剤供給量が判定供給量となるように指示がされる。本ステップでは、第一添加弁４１及び第二添加弁４２が正常である場合に、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤に関する平衡状態になり、さらに該第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２から還元剤が流出するように、還元剤供給量を増加させる。還元剤供給量の増加は、還元剤の供給時間を長くすることにより行うことができる。なお、増量制御は、ＥＣＵ１０からの還元剤供給量の指示値を増加させることにより行なう。また、第一添加弁４１及び第二添加弁４２に対して同時に同じ指示がされる。このときには第一添加弁４１または第二添加弁４２の何れか一方は異常であるため、異常が生じている添加弁では還元剤供給量の指示値を増加させたとしても実際の還元剤供給量は増加できずに０のままとなる。ステップＳ１０２の処理が終了するとステップＳ１０３へ進む。
【００６８】
ステップＳ１０３では、添加弁判定処理が行われる。本ステップでは、第一添加弁４１の異常または第二添加弁４２の異常の何れが発生しているのか判定される。この添加弁判定処理については後述する。ステップＳ１０３の処理が終了するとステップＳ１０４へ進む。
【００６９】
ステップＳ１０４では、増量制御を終了させる。すなわち、還元剤供給量が、判定供給量から通常制御時における還元剤供給量に戻る。したがって、内燃機関１から排出されるＮＯｘの量に応じた還元剤の供給が開始される。ステップＳ１０４の処理が終了すると本フローチャートを終了させる。
【００７０】
次に、ステップＳ１０３で行われる添加弁判定処理について説明する。図７は、添加弁判定処理のフローチャートである。
【００７１】
ステップＳ２０１では、ステップＳ１０２で増量制御が開始された時点（指示時点）から、添加弁異常判定時間が経過したか否か判定される。本ステップでは、第一添加弁４１または第二添加弁４２の何れが異常であるか判定することが可能となる時間が経過したか否か判定している。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０１が再度処理される。
【００７２】
ステップＳ２０２では、現時点のＮＯｘ浄化率が、正常閾値未満であるか否か判定される。すなわち、増量制御における指示時点から添加弁異常判定時間が経過した時点（図４または図５におけるＴ３）でのＮＯｘ浄化率が、正常閾値未満であるか否か判定される。添加弁異常判定時間が経過した時点では、第二添加弁４２が異常であればＮＯｘ浄化率が正常閾値以上となり、第一添加弁４１が異常であれば正常閾値未満となる。したがって、本ステップを処理することにより、第一添加弁４１または第二添加弁４２の何れが異常であるのかを判定することができる。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０３へ進み、第一添加弁４１が異常であると判定される。一方、ステップＳ２０２で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０４へ進み、第二添加弁４２が異常であると判定される。その後、本フローチャートを終了すると共に、ステップＳ１０３の処理が終了する。
【００７３】
以上説明したように本実施例によれば、還元剤の供給に関する異常がある場合に、第一添加弁４１の異常、または、第二添加弁４２の異常、の何れが発生しているのかを判定することができる。
【００７４】
（実施例２）
本実施例では、システムに異常がある場合に、第一添加弁４１、第二添加弁４２、または、還元剤の何れが異常であるのかを判定する。ここで、実施例１では、第一添加弁４１及び第二添加弁４２以外には異常がないものとして異常判定を行っている。一方、本実施例では、還元剤の異常についても判定する。本実施例では、その他の装置等には異常がないことを周知の手段により確認しておいてもよい。例えば、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２に異常がないことを確認しておいてもよい。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。
【００７５】
ここで、還元剤が異常であっても、第一添加弁４１または第二添加弁４２が異常の場合と同様に、通常制御時のＮＯｘ浄化率が低下し得る。すなわち、本実施例においては、ＮＯｘ浄化率が正常閾値よりも低下した場合には、還元剤、第一添加弁４１、第二添加弁４２の何れか１つに異常があると考えらえる。しかし、何れが異常であるのか判定することは困難である。なお、還元剤の異常は、通常制御を行っている場合のＮＯｘ浄化率が、重度還元剤異常閾値以上となる軽度濃度異常と、重度還元剤異常閾値未満となる重度還元剤異常と、に分けて考える。
【００７６】
ここで、図８は、本実施例が判定する異常について説明するための図である。図８におけるＮＯｘ浄化率は、通常制御時の値を示している。重度還元剤異常には、還元剤が存在しない場合、及び、通常制御を行っているときのＮＯｘ浄化率が０％よりも大きく且つ重度還元剤異常閾値未満となるような還元剤濃度の場合（以下、重度濃度異常という。）が含まれる。還元剤が存在しない場合とは、尿素タンク４３に還元剤（尿素水）が貯留されていない場合（すなわち、還元剤を使い切った場合であり、還元剤の残量が０の場合）、還元剤（尿素水）の濃度が０％の場合（すなわち、水または他の液体の場合）をいう。
【００７７】
また、軽度濃度異常は、重度濃度異常の場合よりも還元剤の濃度が高いが、還元剤の濃度が規定濃度に達していない場合である。なお、軽度濃度異常、第一添加弁４１の異常、及び、第二添加弁４２の異常、を以下では軽度異常ともいう。なお、軽度濃度異常の場合の還元剤の濃度は、通常制御時にはＮＯｘ浄化率が正常閾値よりも低くなるような濃度であるが、増量制御時にはＮＯｘ浄化率が正常閾値以上となり得る濃度である。すなわち、重度還元剤異常閾値は、増量制御時においてＮＯｘ浄化率が正常閾値まで上昇し得るような還元剤の濃度の下限値となっている場合における、通常制御時のＮＯｘ浄化率である。この重度還元剤異常閾値は、還元剤の異常がなく、且つ、第一添加弁４１または第二添加弁４２の一方の添加弁に異常があるときの、通常制御時のＮＯｘ浄化率ともいえる。
【００７８】
これらの異常があると、通常制御を行っているときには何れの場合もＮＯｘ浄化率が低下する。本実施例では、通常制御を行っているときにＮＯｘ浄化率が正常閾値よりも低下した場合に、何れの異常があるのか判定する。なお、本実施例では、還元剤、第一添加弁４１、第二添加弁４２の何れか２つ以上が同時に異常となることはないものとして説明する。
【００７９】
＜重度還元剤異常の判定＞
重度還元剤異常の場合（還元剤が存在しない場合、及び、重度濃度異常の場合）には、通常制御を行っているときのＮＯｘ浄化率が、重度還元剤異常閾値未満となる。一方、軽度濃度異常の場合には、還元剤供給量が少なくはなるが、ある程度の還元剤は供給されており、通常制御を行っているときのＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値以上となる。また、第一添加弁４１または第二添加弁４２が異常の場合には、通常制御を行っているときのＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値以上となる。
【００８０】
したがって、通常制御を行っているときのＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値未満の場
合には、重度還元剤異常があると判定することができる。重度還元剤異常閾値は、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。
【００８１】
ここで、図９は、通常制御時における、システムが正常の場合、軽度異常の場合、重度還元剤異常の場合のＮＯｘ浄化率と重度還元剤異常閾値との関係を示した図である。すなわち、システムが正常の場合には、ＮＯｘ浄化率が正常閾値以上となる。また、軽度異常の場合には、ＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値以上で且つ正常閾値未満となる。さらに、重度還元剤異常の場合には、ＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値未満となる。このように、ＮＯｘ浄化率と、重度還元剤異常閾値と、を比較することにより、重度還元剤異常と、軽度異常とを区別することができる。
【００８２】
また、重度還元剤異常の場合であって、ＮＯｘ浄化率が０％よりも大きな場合には、少なくとも還元剤が供給されていることになるため、還元剤の濃度が０％ではないがＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値未満となるほど還元剤の濃度が低い異常（すなわち、重度濃度異常）であると判定できる。さらに、重度還元剤異常の場合であって、ＮＯｘ浄化率が０％である場合には、還元剤が存在しないと考えられる。そして、ＮＯｘ浄化率が０％であって、還元剤量センサ４６により検出される還元剤量が０の場合には、尿素タンク４３の還元剤を使い切ったと判定することができる。また、ＮＯｘ浄化率が０％であって、還元剤量センサ４６により検出される還元剤量が０でない場合には、還元剤の濃度が０％である、すなわち、尿素タンク４３に還元剤以外の液体（例えば、水）が貯留されていると判定することができる。
【００８３】
＜軽度濃度異常の判定＞
次に、システムに異常があるが、重度還元剤異常ではない場合、すなわち軽度異常の場合について説明する。この場合、軽度濃度異常、第一添加弁４１の異常、または、第二添加弁４２の異常が考えられる。図１０は、通常制御時における、第一添加弁４１の異常、第二添加弁４２の異常、軽度濃度異常の夫々の場合におけるＮＯｘ浄化率を示した図である。図１０は、還元剤の供給から十分な時間が経過しているが、システムが正常であればＮＯｘ浄化率が正常閾値以上となっているときのＮＯｘ浄化率である。このように、軽度濃度異常、第一添加弁４１の異常、第二添加弁４２の異常の夫々のＮＯｘ浄化率は、同程度となる場合もあり、このときのＮＯｘ浄化率を用いても、何れが異常であるのか判定することは困難である。
【００８４】
これに対して本実施例では、増量制御時のＮＯｘ浄化率の推移に着目した。ここで図１１は、増量制御時において、指示時点から、第一添加弁４１が正常であれば第一ＮＯｘ触媒３１において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間が経過したときの、第一添加弁４１の異常、第二添加弁４２の異常、軽度濃度異常の夫々の場合におけるＮＯｘ浄化率を示した図である。
【００８５】
第一添加弁４１が異常の場合には、第一ＮＯｘ触媒３１に還元剤を供給することができないため第一ＮＯｘ触媒３１においてＮＯｘを浄化することができない。しかし、第二添加弁４２は正常であるため、第二ＮＯｘ触媒３２においてＮＯｘを浄化することはできる。このときには、第二ＮＯｘ触媒３２に過剰な還元剤が供給されているため、第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤に関する平衡状態になる前であっても、第二ＮＯｘ触媒３２から還元剤が流れ出る。ここで、ＮＯｘセンサ１２は、ＮＯｘのほかにアンモニアも検出するため、排気中にアンモニアが存在していると、ＮＯｘセンサ１２の検出値が大きくなる。このＮＯｘセンサ１２の検出値に基づいてＮＯｘ浄化率を算出すると、ＮＯｘ浄化率が低くなってしまう。したがって、第一添加弁４１が異常である場合には、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が比較的低くなる。
【００８６】
また、第二添加弁４２が異常の場合には、第二添加弁４２から第二ＮＯｘ触媒３２に還元剤を供給することができない。しかし、第一添加弁４１から第一ＮＯｘ触媒３１に還元剤を供給することができるため、第一ＮＯｘ触媒３１においてはＮＯｘを浄化することができる。さらに、第一添加弁４１からは、比較的多い量の還元剤が供給されるため、第一ＮＯｘ触媒３１において還元剤に関する平衡状態になる前であっても、第一添加弁４１から供給された還元剤の一部が該第一ＮＯｘ触媒３１から流れ出る。この還元剤が、第二ＮＯｘ触媒３２に供給されるため、第二ＮＯｘ触媒３２においても少量ではあるがＮＯｘが浄化される。このため、第二添加弁４２が異常の場合には、第一添加弁４１が異常の場合よりも、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が高くなる。しかし、第二添加弁４２が異常の場合には、第二ＮＯｘ触媒３２におけるＮＯｘ浄化率が低いために、システム全体としてのＮＯｘ浄化率は正常閾値未満となる。
【００８７】
さらに、軽度濃度異常の場合には、第一添加弁４１及び第二添加弁４２から濃度の低い還元剤が供給される。これにより、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２に還元剤は供給される。さらに、還元剤の濃度が低くても、還元剤の供給量を判定供給量まで増加させるため、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２には、最終的には十分な量の還元剤が供給される。すなわち、軽度濃度異常の場合には、還元剤の濃度が低いためにＮＯｘ浄化率が低いが、還元剤の供給量を増加させることにより、ＮＯｘ浄化率を高くすることができる。このため、還元剤供給量が判定供給量となるように指示して、ある程度の時間が経過すれば、システム全体としてのＮＯｘ浄化率は、第一添加弁４１または第二添加弁４２が異常の場合よりも高くなり、さらに、ＮＯｘ浄化率が正常閾値以上となり得る。
【００８８】
したがって、増量制御における指示時点から、軽度濃度異常の場合のＮＯｘ浄化率と、第一添加弁４１または第二添加弁４２が異常の場合のＮＯｘ浄化率と、で区別できるほどの差が生じるまでの時間が経過すれば、このときのＮＯｘ浄化率に基づいて、軽度濃度異常なのか、または、第一添加弁４１若しくは第二添加弁４２が異常なのか、を判定することができる。この、軽度濃度異常の場合のＮＯｘ浄化率と、第一添加弁４１または第二添加弁４２が異常の場合のＮＯｘ浄化率と、で区別できるほどの差が生じるまでの時間は、第一添加弁４１が正常であれば第一ＮＯｘ触媒３１において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間（以下、軽度濃度異常判定時間という。）としてもよい。この場合、軽度濃度異常であればＮＯｘ浄化率が正常閾値以上となり、第一添加弁４１または第二添加弁４２の異常であればＮＯｘ浄化率が正常閾値未満となる。すなわち、本実施例においては、増量制御における指示時点から、軽度濃度異常判定時間が経過した時点でのＮＯｘ浄化率が、正常閾値以上であれば軽度濃度異常であり、第一添加弁４１及び第二添加弁４２は正常であると判定する。一方、軽度濃度異常判定時間が経過した時点でのＮＯｘ浄化率が、正常閾値未満であれば第一添加弁４１または第二添加弁４２が異常であり、軽度濃度異常はないと判定する。軽度濃度異常判定時間は、通常制御時のＮＯｘ浄化率、判定供給量、及び、第一ＮＯｘ触媒３１が吸着可能な還元剤量と関連するため、これら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いてもよい。なお、本実施例においては軽度濃度異常判定時間が、本発明における第二所定時間に相当する。軽度濃度異常判定時間は、添加弁異常判定時間よりも短い時間である。
【００８９】
＜第一添加弁４１及び第二添加弁４２の異常の判定＞
システムに異常があるが、重度還元剤異常ではなく、且つ、軽度濃度異常でもない場合は、第一添加弁４１の異常、または、第二添加弁４２が異常である。この場合、実施例１と同様にして、何れの添加弁に異常があるのか判定することができる。
【００９０】
＜異常の判定時のタイムチャート＞
ここで、図１２は、増量制御時における軽度濃度異常がある場合の各触媒の還元剤吸着量、及び、ＮＯｘ浄化率の推移の一例を示したタイムチャートである。Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３
は、図４に示したＴ１，Ｔ２，Ｔ３と同じ時点を示している。
【００９１】
軽度濃度異常の場合、Ｔ１以前には、還元剤の不足により、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の吸着量が正常吸着量よりも低く、且つ、ＮＯｘ浄化率が正常閾値よりも低い。軽度濃度異常がある場合には、還元剤供給量が判定供給量となるように指示することにより、還元剤供給量が適正量に近づくため、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２に吸着される還元剤量が増加する。このため、Ｔ１の時点以降に、ＮＯｘ浄化率が徐々に増加する。そして、軽度濃度異常判定時間が経過した時点Ｔ２において、第一ＮＯｘ触媒３１において還元剤に関する平衡状態になるが、略同時期に第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤に関する平衡状態になる。そして、Ｔ２以降は、還元剤の吸着量が正常吸着量以上であるため、ＮＯｘ浄化率が正常閾値以上の状態が維持される。
【００９２】
したがって、システムに重度還元剤異常以外の異常がある場合において、Ｔ２の時点におけるＮＯｘ浄化率が正常閾値以上であれば、軽度濃度異常であると判定できる。また、システムに重度還元剤異常以外の異常がある場合において、Ｔ２の時点におけるＮＯｘ浄化率が正常閾値未満であって、Ｔ３の時点におけるＮＯｘ浄化率が正常閾値以上であれば、第二添加弁４２が異常であると判定できる。さらに、システムに重度還元剤異常以外の異常がある場合において、Ｔ２の時点におけるＮＯｘ浄化率が正常閾値未満であって、Ｔ３の時点におけるＮＯｘ浄化率が正常閾値未満であれば、第一添加弁４１が異常であると判定できる。
【００９３】
＜異常の判定のフローチャート＞
図１３は、本実施例に係る異常判定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により所定時間毎に実行される。なお、上記フローチャートと同じ処理がな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。
【００９４】
図１３に示したフローチャートでは、ステップＳ１０１で肯定判定がなされると、ステップＳ３０１へ進む。ステップＳ３０１では、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が、重度還元剤異常閾値以上であるか否か判定される。重度還元剤異常閾値は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。本ステップでは、重度還元剤異常がないか否か判定している。ここで、重度還元剤異常の場合には、軽度異常の場合と比較して、ＮＯｘ浄化率が低くなる。このため、ＮＯｘ浄化率を重度還元剤異常閾値と比較することにより重度還元剤異常の有無を判定することができる。このように本フローチャートでは、通常制御時に、まずは重度還元剤異常の有無を判定しておく。ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合には、重度還元剤異常がない場合であり、ステップＳ１０２へ進む。一方、ステップＳ３０１で否定判定がなされた場合には、重度還元剤異常がある場合であり、ステップＳ３０３へ進む。
【００９５】
そして、ステップＳ１０２で増量制御が開始されると、ステップＳ３０２へ進む。ステップＳ３０２では、軽度異常判定処理が行われる。本ステップでは、軽度濃度異常、第一添加弁４１の異常、第二添加弁４２の異常の何れが発生しているのか判定される。この軽度異常判定処理については後述する。ステップＳ３０２の処理が終了するとステップＳ１０４へ進む。
【００９６】
一方、ステップＳ３０３では、重度還元剤異常判定処理が行われる。本ステップでは、尿素タンク４３に還元剤が貯留されていない異常、重度濃度異常、還元剤の濃度が０％の異常の何れが発生しているのか判定される。この重度還元剤異常判定処理については後述する。ステップＳ３０３の処理が終了すると本フローチャートを終了させる。
【００９７】
次に、ステップＳ３０２で行われる軽度異常判定処理について説明する。図１４は、軽
度異常判定処理のフローチャートである。なお、上記フローチャートと同じ処理がな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。
【００９８】
ステップＳ４０１では、ステップＳ１０２における増量制御の指示時点から、軽度濃度異常判定時間が経過したか否か判定される。本ステップでは、軽度濃度異常があるか否か判定することが可能となる時間が経過したか否か判定している。ステップＳ４０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ４０１が再度処理される。
【００９９】
ステップＳ４０２では、現時点のＮＯｘ浄化率が、正常閾値未満であるか否か判定される。すなわち、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過した時点でのＮＯｘ浄化率が、正常閾値未満であるか否か判定される。正常閾値は、システムが正常である場合のＮＯｘ浄化率の下限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。軽度濃度異常判定時間が経過した時点では、軽度濃度異常であればＮＯｘ浄化率が正常閾値以上となり、第一添加弁４１または第二添加弁４２の異常であれば正常閾値未満となる。したがって、本ステップを処理することにより、軽度濃度異常であるのか、または、第一添加弁４１若しくは第二添加弁４２の何れが異常であるのかを判定することができる。ステップＳ４０２で肯定判定がなされた場合には、第一添加弁４１または第二添加弁４２の何れかが異常であり、ステップＳ２０１へ進む。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Ｓ４０３へ進み、軽度濃度異常であると判定される。その後、本フローチャートを終了すると共に、ステップＳ３０２の処理が終了する。
【０１００】
次に、ステップＳ３０３で行われる重度還元剤異常判定処理について説明する。図１５は、重度還元剤異常判定処理のフローチャートである。なお、上記フローチャートと同じ処理がな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。
【０１０１】
ステップＳ５０１では、ＮＯｘ浄化率が０％であるか否か判定される。すなわち、本ステップでは、ＮＯｘが全く浄化されていない状態であるか否か判定している。ステップＳ５０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ５０２へ進む。一方、ステップＳ５０１で否定判定がなされた場合には、ＮＯｘ浄化率が低いものの０％ではないため、還元剤自体は存在するものと考えられる。したがって、ステップＳ５０３へ進み、重度濃度異常であると判定される。
【０１０２】
ステップＳ５０２では、尿素タンク４３に貯留されている還元剤の残量が、所定量未満であるか否か判定される。所定量は、第一添加弁４１及び第二添加弁４２から還元剤を供給できる還元剤の残量の下限値である。還元剤の残量は還元剤量センサ４６により検出する。本ステップでは、還元剤を使い切ったか否か判定しているともいえる。なお、本ステップでは、還元剤の残量が０であるか否か判定してもよい。
【０１０３】
ステップＳ５０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ５０４へ進み、尿素タンク４３に尿素水が貯留されていない、すなわち、還元剤の残量が０であると判定される。一方、ステップＳ５０２で否定判定がなされた場合には、ステップＳ５０５へ進み、還元剤濃度が０％であると判定される。ここで、ＮＯｘ浄化率が０％の場合には、還元剤が供給されていないと考えられる。そして、還元剤が供給されていない原因として、還元剤の残量が０の場合、または、還元剤の濃度が０％の場合が考えられる。何れの異常であるのかを、ステップＳ５０２において判定している。
【０１０４】
このように、先ず初めに重度還元剤異常であるのか又は軽度異常であるのかを判定し、さらに、軽度異常の場合には、軽度濃度異常であるのか、又は、第一添加弁４１若しくは第二添加弁４２が異常であるのかを判定している。さらに、第一添加弁４１または第二添
加弁４２の一方が異常であると判定された後に、第一添加弁４１または第二添加弁４２の何れが異常であるのかを判定している。すなわち、上記フローチャートでは、所定の時期にＮＯｘ浄化率を求めて、異常の判定を行っている。一方、所定の時期におけるＮＯｘ浄化率を記憶しておけば、これら記憶されたＮＯｘ浄化率に基づいて、異常判定をいつでも行うことができる。
【０１０５】
以上説明したように本実施例によれば、還元剤の供給に関する異常がある場合に、重度還元剤異常（尿素タンク４３に還元剤が貯留されていない異常、重度濃度異常、還元剤の濃度が０％の異常）、軽度濃度異常、第一添加弁４１の異常、第二添加弁４２の異常、の何れが発生しているのかを判定することができる。
【０１０６】
（実施例３）
本実施例では、第一添加弁４１及び第二添加弁４２が同時に劣化した場合について説明する。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。なお、本実施例では、還元剤濃度センサ４７を用いている。
【０１０７】
ここで、第一添加弁４１及び第二添加弁４２が同時に劣化することはあまりないが、経年劣化などが同時に進行することも考えられる。本実施例では、第一添加弁４１及び第二添加弁４２が同時に劣化した場合について説明する。この劣化には、通常制御時に算出されるＮＯｘ浄化率が、重度還元剤異常閾値以上且つ正常閾値未満の場合、及び、重度還元剤異常閾値未満の場合が含まれる。なお、ＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値未満となる劣化を、重度添加弁劣化といい、ＮＯｘ浄化率が、重度還元剤異常閾値以上且つ正常閾値未満となる劣化を、軽度劣化という。なお、本実施例では、第一添加弁４１及び第二添加弁４２の劣化の程度が同程度であるものとして説明する。軽度劣化または重度添加弁劣化は、第一添加弁４１及び第二添加弁４２において単位時間当たりの還元剤供給量が正常時よりも少なくなることをいい、劣化の度合いが最も大きくなると、第一添加弁４１及び第二添加弁４２の両方から還元剤を供給することができなくなる。
【０１０８】
重度還元剤異常閾値は、上記したように、増量制御時においてＮＯｘ浄化率が正常閾値まで上昇し得るような還元剤の濃度の下限値となっている場合における、通常制御時のＮＯｘ浄化率である。したがって、軽度劣化と重度添加弁劣化とを上記のように定義した場合、軽度劣化であれば、通常制御時にはＮＯｘ浄化率が正常閾値よりも低くなり、増量制御時にはＮＯｘ浄化率が正常閾値以上となる。一方、重度添加弁劣化であれば、増量制御を行ってもＮＯｘ浄化率が正常閾値にならない。軽度劣化と重度添加弁劣化との関係は、軽度濃度異常と重度濃度異常との関係と同じように考えることができる。
【０１０９】
ここで、第一添加弁４１及び第二添加弁４２に軽度劣化が生じている場合には、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量に応じた還元剤を第一添加弁４１及び第二添加弁４２から供給するような通常制御を行っても、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が正常閾値未満になる。すなわち、第一添加弁４１及び第二添加弁４２に同時に軽度劣化が生じた場合には、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２の両方で、ＮＯｘ浄化率が低下する。しかし、還元剤の供給自体は可能であるため、還元剤供給量が判定供給量となるように指示することにより、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２においてＮＯｘ浄化率を高めることが可能となる。したがって、増量制御における指示時点から、軽度劣化の場合のＮＯｘ浄化率と、第一添加弁４１または第二添加弁４２が異常の場合のＮＯｘ浄化率と、で区別できるほどの差が生じるまでの時間が経過すれば、このときのＮＯｘ浄化率に基づいて、軽度劣化なのか、または、第一添加弁４１若しくは第二添加弁４２が異常なのか、を判定することができる。この、軽度劣化の場合のＮＯｘ浄化率と、第一添加弁４１または第二添加弁４２が異常の場合のＮＯｘ浄化率と、で区別できるほどの差が生じるまでの時間は、例えば、上記軽度濃度異常判定時間とすることができる。この場合、第一添加弁４
１及び第二添加弁４２に軽度劣化が生じている場合には、通常制御時のシステム全体のＮＯｘ浄化率が正常閾値未満となり、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過した時点のシステム全体のＮＯｘ浄化率が正常閾値以上となる。しかし、軽度濃度異常の場合においても、ＮＯｘ浄化率が同様に推移する。したがって、本実施例では、第一添加弁４１及び第二添加弁４２の軽度劣化と、軽度濃度異常と、の何れが発生しているのか判定する。なお、本実施例においては軽度濃度異常判定時間が、本発明における第三所定時間に相当する。
【０１１０】
ここで、本実施例では、軽度濃度異常であるか否かを、還元剤濃度センサ４７を用いて判定する。すなわち、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過した時点のシステム全体のＮＯｘ浄化率が正常閾値以上の場合には、軽度濃度異常、または、第一添加弁４１及び第二添加弁４２の軽度劣化が考えられるが、還元剤濃度センサ４７により検出される還元剤濃度が、軽度濃度異常といえる範囲内であれば、軽度濃度異常であり、第一添加弁４１及び第二添加弁４２の軽度劣化ではないと判定できる。すなわち、還元剤濃度センサ４７により検出される還元剤濃度が正常の範囲内であり、且つ、通常制御時のシステム全体のＮＯｘ浄化率が正常閾値未満であり、さらに、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過した時点のシステム全体のＮＯｘ浄化率が正常閾値以上である場合には、第一添加弁４１及び第二添加弁４２に軽度劣化が生じていると判定することができる。
【０１１１】
一方、第一添加弁４１及び第二添加弁４２に重度添加弁劣化が生じている場合には、通常制御時のＮＯｘ浄化率が、重度還元剤異常閾値未満となる。ここで、重度還元剤異常が生じている場合にも同様なＮＯｘ浄化率となり得るが、重度還元剤異常は還元剤濃度センサ４７を用いて判定することができる。このため、還元剤濃度センサ４７の検出値により重度還元剤異常ではないと判定され、且つ、通常制御時のＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値未満の場合には、第一添加弁４１及び第二添加弁４２に重度添加弁劣化が生じていると判定することができる。
【０１１２】
図１６は、本実施例に係る異常判定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により所定時間毎に実行される。なお、上記フローチャートと同じ処理がな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。
【０１１３】
図１６に示したフローチャートでは、ステップＳ１０１で肯定判定がなされると、ステップＳ６０１へ進む。ステップＳ６０１では、還元剤濃度が、軽度濃度異常閾値以上であるか否か判定される。軽度濃度異常閾値は、還元剤に軽度濃度異常が生じていない場合の還元剤濃度の下限値である。還元剤濃度は、還元剤濃度センサ４７により検出される。なお、還元剤の残量が不足している場合には、検出される還元剤濃度は０％となる。本ステップでは、還元剤に異常がないか否か判定している。すなわち、還元剤濃度が、軽度濃度異常閾値以上であれば、軽度濃度異常及び重度還元剤異常が生じていないと判定することができる。ステップＳ６０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０１へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ６０２へ進んで、濃度異常判定処理が行われる。濃度異常判定処理については後述する。
【０１１４】
図１６に示したフローチャートでは、ステップＳ３０１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ６０３へ進み、重度添加弁劣化が生じていると判定される。すなわち、還元剤に異常がないにもかかわらず、ＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値よりも低いのは、第一添加弁４１及び第二添加弁４２から還元剤が供給されていないと考えられるため、ステップＳ６０３では、第一添加弁４１及び第二添加弁４２に重度添加弁劣化が生じていると判定することができる。
【０１１５】
また、図１６に示したフローチャートでは、ステップＳ１０２において増量制御が開始された後、ステップＳ６０４へ進み、軽度異常判定処理が行われる。本ステップでは、第一添加弁４１の異常、第二添加弁４２の異常、第一添加弁４１及び第二添加弁４２の両方の軽度劣化、の何れが生じているのか判定される。この軽度異常判定処理については後述する。ステップＳ６０４の処理が終了するとステップＳ１０４へ進む。
【０１１６】
次に、図１７は、ステップＳ６０４で行われる軽度異常判定処理のフローチャートである。上記フローチャートと同じ処理がな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。
【０１１７】
図１７に示したフローチャートでは、ステップＳ４０２で否定判定がなされた場合に、ステップＳ７０１へ進み、軽度劣化が生じていると判定される。図１４に示したフローチャートでは、ステップＳ４０２で否定判定がなされた場合に軽度濃度異常であると判定しているが、本フローチャートでは、軽度濃度異常がないことはステップＳ６０１で判定されている。第一添加弁４１及び第二添加弁４２に軽度劣化が生じている場合であっても、第一添加弁４１及び第二添加弁４２から還元剤の供給が可能であるため、軽度濃度異常判定時間が経過すれば、ＮＯｘ浄化率は正常閾値以上となる。したがって、軽度濃度異常判定時間の経過した時点におけるＮＯｘ浄化率が正常閾値以上であれば、第一添加弁４１及び第二添加弁４２に軽度劣化が生じていると判定できる。
【０１１８】
次に、図１８は、ステップＳ６０２で行われる濃度異常判定処理のフローチャートである。上記フローチャートと同じ処理がな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。
【０１１９】
ステップＳ８０１では、還元剤濃度センサ４７により検出される還元剤濃度が、重度濃度異常閾値未満であるか否か判定される。重度濃度異常閾値は、還元剤に重度濃度異常が生じていない場合の還元剤の濃度の下限値であり、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。すなわち、本ステップでは、重度還元剤異常が生じているか否か判定している。ステップＳ８０１で肯定判定がなされた場合には、重度還元剤異常が生じており、ステップＳ８０２へ進む。一方、ステップＳ８０１で否定判定がなされた場合には、重度還元剤異常が生じていないが、ステップＳ６０１において少なくとも還元剤の濃度異常が生じていると判定されている。このため、ステップＳ８０１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ４０３へ進んで、軽度濃度異常が生じていると判定される。
【０１２０】
ステップＳ８０２では、還元剤濃度が０％であるか否か判定される。なお、本ステップでは、上記判定に代えて、ステップＳ５０１と同様に、ＮＯｘ浄化率が０％であるか否か判定してもよい。本ステップでは、ＮＯｘが全く浄化されない状態であるか否か判定している。ステップＳ８０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ５０２へ進む。一方、ステップＳ８０２で否定判定がなされた場合には、ステップＳ５０３に進み、重度濃度異常であると判定される。
【０１２１】
以上説明したように本実施例によれば、第一添加弁４１及び第二添加弁４２が同時に劣化した場合についても、精度よく検出することができる。
【０１２２】
（実施例４）
本実施例では、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインが実際よりも高くなる異常が生じている場合について説明する。以下では、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインが実際よりも高いことを、ゲインずれという。なお、本実施例では、第一添加弁４１、第二添加弁４２、及び、還元剤において同時に複数の異常が発生しないものとして説明する。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。
【０１２３】
ここで、図１９は、通常制御時の、第一添加弁４１が異常の場合及び第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合のＮＯｘ浄化率と、重度還元剤異常閾値との関係を示した図である。第二ＮＯｘセンサ１２にゲインずれが生じている場合には、検出されるＮＯｘ濃度が実際のＮＯｘ濃度よりも高くなるため、算出されるＮＯｘ浄化率が実際のＮＯｘ浄化率よりも低くなる。このため、通常制御時に算出されるＮＯｘ浄化率は低い。ここで、通常制御時において、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合と、第一添加弁４１が異常の場合と、でＮＯｘ浄化率が同程度になる場合もある。この場合、何れの異常であっても、ＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値以上で且つ正常閾値未満となり得る。さらに、増量制御における指示時点よりも後も、第一添加弁４１が異常の場合及び第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合の何れであっても、ＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値以上で且つ正常閾値未満となり得る。したがって、重度還元剤異常閾値とＮＯｘ浄化率とを比較しても、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合と、第一添加弁４１が異常の場合と、を区別することは困難である。このため、本実施例では、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれであるのか、または、第一添加弁４１の異常であるのかを判定する。
【０１２４】
また、図２０は、通常制御時の、重度濃度異常の場合及び第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合のＮＯｘ浄化率と、重度還元剤異常閾値との関係を示した図である。この場合の第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれは、図１９に示した場合よりも大きい場合を前提としている。ここで、第二ＮＯｘセンサ１２にゲインずれが生じている場合には、通常制御時において検出されるＮＯｘ濃度が実際のＮＯｘ濃度よりも高くなるため、第二ＮＯｘセンサ１２の検出値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が実際のＮＯｘ浄化率よりも低くなる。このため、通常制御時において算出されるＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値よりも低くなり得る。一方、重度濃度異常の場合であっても、通常制御時において、ＮＯｘ浄化率が重度還元剤異常閾値よりも低くなる。したがって、通常制御時のＮＯｘ浄化率が０よりも大きく且つ重度還元剤異常閾値未満の場合には、還元剤が異常の場合と、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれの場合と、が考えられる。しかし、通常制御時のＮＯｘ浄化率を見ても、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれであるのか、または、還元剤が異常であるのかを区別することは困難である。このため、本実施例では、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれであるのか、または、重度濃度異常であるのかを判定する。
【０１２５】
ここで、増量制御における指示時点よりも後に、第二ＮＯｘセンサ１２にゲインずれが生じている場合と、第一添加弁４１が異常である場合とで、算出されるＮＯｘ浄化率に差が生じる。したがって、増量制御における指示時点よりも後に、第二ＮＯｘセンサ１２にゲインずれが生じている場合のＮＯｘ浄化率と、第一添加弁４１が異常である場合のＮＯｘ浄化率と、で区別できるほどの差が生じるまでの時間が経過すれば、このときのＮＯｘ浄化率に基づいて、第二ＮＯｘセンサ１２にゲインずれが生じているのか、または、第一添加弁４１が異常であるのか、を判定することができる。例えば、第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤に関する平衡状態となれば、該第二ＮＯｘ触媒３２から還元剤が流出して、第二ＮＯｘセンサ１２の検出値が大きくなる。このため、例えば、増量制御における指示時点から添加弁異常判定時間が経過していれば、第二ＮＯｘセンサ１２にゲインずれが生じている場合のＮＯｘ浄化率と、第一添加弁４１が異常である場合のＮＯｘ浄化率と、で区別できるほどの差が生じる。すなわち、本実施例においては添加弁異常判定時間が、本発明における第四所定時間に相当する。
【０１２６】
同様に、増量制御における指示時点よりも後に、第二ＮＯｘセンサ１２にゲインずれが生じている場合と、重度濃度異常である場合とで、算出されるＮＯｘ浄化率に差が生じる。したがって、増量制御における指示時点よりも後に、第二ＮＯｘセンサ１２にゲインずれが生じている場合のＮＯｘ浄化率と、重度濃度異常である場合のＮＯｘ浄化率と、で区
別できるほどの差が生じるまでの時間が経過すれば、このときのＮＯｘ浄化率に基づいて、第二ＮＯｘセンサ１２にゲインずれが生じているのか、重度濃度異常であるのか、を判定することができる。例えば、センサゲインずれの場合には、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過していれば、該第二ＮＯｘ触媒３２から還元剤が流出して、第二ＮＯｘセンサ１２の検出値が大きくなる。このため、例えば、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過していれば、第二ＮＯｘセンサ１２にゲインずれが生じている場合のＮＯｘ浄化率と、重度濃度異常である場合のＮＯｘ浄化率と、で区別できるほどの差が生じる。すなわち、本実施例においては軽度濃度異常判定時間が、本発明における第五所定時間に相当する。
【０１２７】
図２１は、増量制御における指示時点から、添加弁異常判定時間が経過した時点における、第一添加弁４１が異常の場合及び第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合のＮＯｘ浄化率と、重度還元剤異常閾値との関係を示した図である。図２１は、図１９に示した関係となっていた場合について、その後に還元剤供給量が判定供給量となるように指示した場合を示している。
【０１２８】
ここで、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合には、還元剤供給装置４及び還元剤には異常がないので、還元剤供給量が判定供給量となるように指示すると、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２において還元剤が過剰となる。このため、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２から還元剤（アンモニア）が流出する。このため、第二ＮＯｘセンサ１２においてアンモニアが検出されることにより、該第二ＮＯｘセンサ１２の検出値が大きくなる。その分、算出されるＮＯｘ浄化率が低くなる。一方、第一添加弁４１が異常の場合には、第一添加弁４１から還元剤が供給されない。このため、還元剤供給量が判定供給量となるように指示したとしても、第一ＮＯｘ触媒３１からは還元剤が流出しない。したがって、第一添加弁４１が異常の場合に第二ＮＯｘ触媒３２に供給される還元剤の量は、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合に第二ＮＯｘ触媒３２に供給される還元剤の量よりも少なくなる。そうすると、第一添加弁４１が異常の場合に第二ＮＯｘ触媒３２から流出する還元剤の量は、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合に第二ＮＯｘ触媒３２から流出する還元剤の量よりも少なくなる。したがって、第二ＮＯｘセンサ１２の検出に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率は、第一添加弁４１が異常の場合よりも、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合のほうが低くなる。さらに、第二添加弁４２が異常の場合には、還元剤供給量が判定供給量となるように指示したとしても、第一ＮＯｘ触媒３１から流出する還元剤が第二ＮＯｘ触媒３２に吸着されるため、該第二ＮＯｘ触媒３２においてもＮＯｘが浄化可能となる。このため、システム全体としてのＮＯｘ浄化率は正常閾値以上となる。したがって、第二添加弁４２が異常の場合には、第一添加弁４１が異常の場合または第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合よりも、添加弁異常判定時間が経過した時点のＮＯｘ浄化率が高くなる。
【０１２９】
そこで、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じていない場合の添加弁異常判定時間が経過した時点のＮＯｘ浄化率の下限値をセンサ閾値として設定する。これにより、添加弁異常判定時間が経過した時点のＮＯｘ浄化率がセンサ閾値以上であれば、第一添加弁４１が異常であると判定することができ、センサ閾値未満であれば第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じていると判定することができる。なお、第二ＮＯｘセンサ１２が正常の場合には、ＮＯｘの浄化に使用された量の還元剤以外の還元剤が全て第二ＮＯｘ触媒３２から流通する場合に、ＮＯｘ浄化率が最も低くなる。このときのＮＯｘ浄化率をセンサ閾値としてもよい。また、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれは、第一ＮＯｘ触媒３１に流入する排気中のＮＯｘ濃度及び還元剤供給量の指示値の影響を受けるため、センサ閾値は、第一ＮＯｘ触媒３１に流入する排気中のＮＯｘ濃度及び還元剤供給量の指示値に基づいて設定してもよい。センサ閾値と、第一ＮＯｘ触媒３１に流入する排気中のＮＯｘ濃度及
び還元剤供給量の指示値と、の関係は、予め実験等により求めることができる。
【０１３０】
図２２は、増量制御における指示時点から、軽度濃度異常判定時間が経過した時点における、重度濃度異常の場合及び第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合のＮＯｘ浄化率と、重度還元剤異常閾値との関係を示した図である。図２２は、図２０に示した関係となっていた場合について、その後に還元剤供給量が判定供給量となるように指示した場合を示している。
【０１３１】
ここで、上記のように、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合には、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過した時点に、第二ＮＯｘ触媒３２から多くの還元剤が流出する。すなわち、第一添加弁４１及び第二添加弁４２は正常であるため、還元剤供給量が判定供給量となるように指示することにより、両添加弁から過剰な量の還元剤が供給される。ここで、第二ＮＯｘセンサ１２は、ＮＯｘのほかにアンモニアも検出するため、排気中にアンモニアが存在していると、第二ＮＯｘセンサ１２の検出値が大きくなる。この第二ＮＯｘセンサ１２の検出値に基づいてＮＯｘ浄化率を算出すると、ＮＯｘ浄化率が低くなってしまう。したがって、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過した時点において、第二ＮＯｘ触媒３２から多くの還元剤（アンモニア）が流出するため、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合には、算出されるＮＯｘ浄化率が低下する。図２２では、ＮＯｘ浄化率が負の値になるまで低下している。
【０１３２】
一方、重度濃度異常の場合であっても、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過した時点における還元剤の吸着量が増加する。しかし、重度濃度異常の場合には、もともとの還元剤吸着量が少なかったため、還元剤の吸着量が増加しても、還元剤が第二ＮＯｘ触媒３２から流出することが抑制される。さらに、両触媒の還元剤吸着量が増加するため、両触媒におけるＮＯｘ浄化率が回復し、算出されるＮＯｘ浄化率が高くなる。したがって、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過した時点に算出されるＮＯｘ浄化率は、重度濃度異常でれば上昇し、ＮＯｘセンサのゲインずれが生じている場合には下降する。このため、通常制御時と、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過した時点と、のＮＯｘ浄化率の変化に基づいて、ＮＯｘセンサの異常と、重度濃度異常とを区別することができる。また、算出されるＮＯｘ浄化率は、重度濃度異常の場合よりも、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合のほうが低くなる。この場合であっても、ＮＯｘ浄化率がセンサ閾値以上であれば、重度濃度異常と判定することができ、センサ閾値未満であれば第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じていると判定することができる。
【０１３３】
すなわち、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過した時点におけるＮＯｘ浄化率が、センサ閾値未満であれば、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じており、センサ閾値以上であれば、重度濃度異常であると判定することができる。なお、重度濃度異常と、第一添加弁４１の異常と、は上記実施例により区別することができる。
【０１３４】
また、上記のように、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合には、還元剤供給量の増加により、第二ＮＯｘ触媒３２から流出する還元剤の量が増加するため、算出されるＮＯｘ浄化率が下降する。一方、重度濃度異常の場合には、還元剤供給量の増加により、第一ＮＯｘ触媒３１及び第二ＮＯｘ触媒３２におけるＮＯｘ浄化率が回復し、ＮＯｘ浄化率が上昇する。したがって、増量制御における指示時点よりも後に、ＮＯｘ浄化率が下降した場合に、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じていると判定し、ＮＯｘ浄化率が上昇した場合に、重度濃度異常であると判定することもできる。
【０１３５】
図２３は、本実施例に係る異常判定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により所定時間毎に実行される。なお、上記フローチャートと同じ処理がな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。
【０１３６】
図２３に示したフローチャートでは、ステップＳ１０２の処理が終了すると、ステップＳ９０１へ進む。ステップＳ９０１では、軽度異常判定処理が行われる。本ステップでは、軽度濃度異常、第一添加弁４１の異常、第二添加弁４２の異常、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれ、の何れが発生しているのか判定される。この軽度異常判定処理については後述する。ステップＳ９０１の処理が終了するとステップＳ１０４へ進む。
【０１３７】
また、図２３に示したフローチャートでは、ステップＳ３０１で否定判定がなされると、ステップＳ９０２へ進む。ステップＳ９０２では、重度還元剤異常判定処理が行われる。本ステップでは、尿素タンク４３に還元剤が貯留されていない異常、重度濃度異常、還元剤の濃度が０％の異常、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれ、の何れが発生しているのか判定される。この重度還元剤異常判定処理については後述する。ステップＳ９０２の処理が終了すると本フローチャートを終了させる。
【０１３８】
次に、図２４は、ステップＳ９０１で行われる軽度異常判定処理のフローチャートである。上記フローチャートと同じ処理がな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。
【０１３９】
ステップＳ１００１では、現時点のＮＯｘ浄化率が、センサ閾値未満であるか否か判定される。すなわち、増量制御における指示時点から添加弁異常判定時間が経過した時点でのＮＯｘ浄化率が、センサ閾値未満であるか否か判定される。センサ閾値は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。添加弁異常判定時間が経過した時点では、第二添加弁４２が異常であればＮＯｘ浄化率が正常閾値以上となり、第一添加弁４１が異常であれば正常閾値未満となる。また、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合にも、添加弁異常判定時間が経過した時点では、ＮＯｘ浄化率が正常閾値未満となる。したがって、ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合には、第一添加弁４１が異常であるか、または、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じていると考えられる。そして、本ステップＳ１００１を処理することにより、第一添加弁４１が異常であるのか、または、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じているのか判定することができる。
【０１４０】
ステップＳ１００１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１００２へ進み、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じていると判定される。一方、ステップＳ１００１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０３へ進み、第一添加弁４１が異常であると判定される。その後、本フローチャートを終了すると共に、ステップＳ９０１の処理が終了する。
【０１４１】
次に、図２５は、ステップＳ９０２で行われる重度還元剤異常判定処理のフローチャートである。上記フローチャートと同じ処理がな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。
【０１４２】
図２５に示したフローチャートでは、ステップＳ５０１で否定判定がなされるとステップＳ１０２へ進む。ここで、通常制御時のＮＯｘ浄化率が０％ではないが、重度還元剤異常閾値よりも低い場合には、重度濃度異常であるか、または、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じていると考えられる。このため、ステップＳ１０２以降の処理により、重度濃度異常であるか、または、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じているかを判定する。ステップＳ１０２では、還元剤供給量の増加を開始する。すなわち、還元剤供給量が判定供給量となるように指示する。図２２に示されるように、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過した時点では、重度濃度異常の場合と、第二ＮＯｘセ
ンサ１２のゲインずれが生じている場合と、でＮＯｘ浄化率に差が生じる。したがって、まずは還元剤供給量が判定供給量となるように指示する。ステップＳ１０２の処理が終了するとステップＳ４０１へ進む。
【０１４３】
ステップＳ４０１では、ステップＳ１０２で増量制御が開始されてから、軽度濃度異常判定時間が経過したか否か判定される。すなわち、重度濃度異常の場合と、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合と、でＮＯｘ浄化率に明らかな差が生じる時間が経過しているか否か判定している。ステップＳ４０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１０１へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ４０１が再度処理される。
【０１４４】
ステップＳ１１０１では、現時点のＮＯｘ浄化率が、通常制御時のＮＯｘ浄化率よりも下降したか否か判定される。ここで、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合には、還元剤供給量の増加により、ＮＯｘ浄化率が下降する。一方、重度濃度異常の場合には、還元剤供給量の増加により、ＮＯｘ浄化率が上昇する。したがって、通常制御時のＮＯｘ浄化率と、増量制御における軽度異常判定時間経過時のＮＯｘ浄化率と、を比較することにより、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じているのか、または、重度濃度異常であるのか判定することもできる。
【０１４５】
なお、ステップＳ１１０１では、上記判定に変えて、現時点のＮＯｘ浄化率が、センサ閾値未満であるか否か判定してもよい。軽度濃度異常判定時間が経過した時点では、重度濃度異常であればＮＯｘ浄化率がセンサ閾値以上となり、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じている場合にはＮＯｘ浄化率がセンサ閾値未満となる。したがって、このような処理によっても、重度濃度異常であるのか、または、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じているのか判定することができる。
【０１４６】
ステップＳ１１０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１００２へ進み、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じていると判定される。一方、ステップＳ１１０１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ５０３へ進み、重度濃度異常であると判定される。その後、ステップＳ１０４へ進み、増量制御が終了される。
【０１４７】
以上説明したように本実施例によれば、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインずれが生じた場合についても、精度よく検出することができる。なお、第二ＮＯｘセンサ１２のゲインが実際よりも低くなることも考えられるが、この場合には、算出されるＮＯｘ浄化率が高くなるため、本願に係る異常を判定することが困難となるので、本願では扱わない。
【符号の説明】
【０１４８】
１     内燃機関
２     排気通路
４     還元剤供給装置
６     吸気通路
１０   ＥＣＵ
１１   第一ＮＯｘセンサ
１２   第二ＮＯｘ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
３１   第一選択還元型ＮＯｘ触媒（第一ＮＯｘ触媒）
３２   第二選択還元型ＮＯｘ触媒（第二ＮＯｘ触媒）
４１   第一添加弁
４２   第二添加弁
４３   尿素タンク
４４   還元剤供給通路
４５   ポンプ
４６   還元剤量センサ
４７   還元剤濃度センサ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0006330614.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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