(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に配置されたＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が予め定められた規制値を越えたのか、或いは該ＮＯx選択還元触媒に供給される尿素水の量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が予め定められた規制値を越えたのかを判断するようにした内燃機関の異常検出装置において、ＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が上記規制値を越えたときおよび尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が上記規制値を越えたときのいずれであってもとり得るＮＯx浄化率の領域が判定領域として予め定められたＮＯx選択還元触媒の第１の温度範囲内に設定されており、尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が上記規制値を越えたときにはとり得ずＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が上記規制値を越えたときにとり得るＮＯx浄化率の領域が第１の異常領域として上記第１の温度範囲よりも全体的に高い予め定められたＮＯx選択還元触媒の第２の温度範囲内に設定されており、ＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が上記規制値を越えたときにはとり得ず尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が上記規制値を越えたときにとり得るＮＯx浄化率が第２の異常領域として上記第２の温度範囲内に設定されており、ＮＯx選択還元触媒の温度が上記第１の温度範囲内にあるときにＮＯx浄化率が上記判定領域内にあると判定された場合においてＮＯx選択還元触媒の温度が上記第２の温度範囲内にあるときにＮＯx浄化率が上記第１の異常領域内にあると判定された場合にはＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が上記規制値を越えたと判断され、ＮＯx選択還元触媒の温度が上記第１の温度範囲内にあるときにＮＯx浄化率が上記判定領域内にあると判定された場合においてＮＯx選択還元触媒の温度が上記第２の温度範囲内にあるときにＮＯx浄化率が上記第２の異常領域内にあると判定された場合には尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が上記規制値を越えたと判断される内燃機関の異常検出装置。
【請求項２】
ＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が上記規制値を越えたときにはとり得ず尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が上記規制値を越えたときにとり得るＮＯx浄化率の領域が異常確定領域として上記第１の温度範囲内に設定されており、ＮＯx選択還元触媒の温度が上記第１の温度範囲内にあるときにＮＯx浄化率が該異常確定領域内にあると判定されたときには尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が上記規制値を越えたと判断される請求項１に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項３】
上記異常確定領域は上記判定領域よりもＮＯx浄化率の高い側において該判定領域に隣接した領域である請求項２に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項４】
上記第１の異常領域は上記第２の異常領域に比べてＮＯx浄化率の高い側にある請求項１に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項５】
ＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が上記規制値に達したときのＮＯx浄化率はＮＯx選択還元触媒の活性後、ＮＯx選択還元触媒の温度が上昇するにつれて上昇し、尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が上記規制値に達したときのＮＯx浄化率はＮＯx選択還元触媒の活性後、ＮＯx選択還元触媒の温度にかかわらずに一定の割合で一律に低下し、ＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が上記規制値に達したときのＮＯx浄化率と尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が上記規制値に達したときのＮＯx浄化率とはＮＯx選択還元触媒の活性後、固有のＮＯx選択還元触媒温度において等しくなり、上記第１の温度範囲はＮＯx選択還元触媒の活性温度と上記固有のＮＯx選択還元触媒温度との間に設定されている請求項１に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項６】
上記第１の温度範囲内では、ＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が上記規制値に達したときのＮＯx浄化率は、尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が上記規制値に達したときのＮＯx浄化率よりも低く、ＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が上記規制値に達したときのＮＯx浄化率よりもＮＯx浄化率の低い領域が上記判定領域として設定されている請求項５に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項７】
ＮＯx選択還元触媒の触媒作用が完全に失なわれたときであってもＮＯx浄化率はＮＯx選択還元触媒の温度が上昇したときに高くなると共にこのときのＮＯx浄化率と尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が上記規制値に達したときのＮＯx浄化率とは上記固有のＮＯx選択還元触媒温度よりも高い特定のＮＯx選択還元触媒温度において等しくなり、上記第２の温度範囲は該特定のＮＯx選択還元触媒温度よりも高い温度領域内に設定されている請求項６に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項８】
上記第２の温度範囲内において、ＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が上記規制値に達したときのＮＯx浄化率とＮＯx選択還元触媒の触媒作用が完全に失なわれたときのＮＯx浄化率との間の領域が上記第１の異常領域として設定されており、上記第２の温度範囲内において、尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が上記規制値に達したときのＮＯx浄化率よりもＮＯx浄化率の低い領域が上記第２の異常領域として設定されている請求項７に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項９】
ＮＯx選択還元触媒の温度が上記第１の温度範囲のときにＮＯx浄化率が上記判定領域にあると判定され、その後予め定められた期間中に上記第２の温度範囲にならなかったときにはＮＯx選択還元触媒の温度が上記第２の温度範囲になるまでＮＯx選択還元触媒が昇温せしめられる請求項１に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項１０】
ＮＯx浄化率を求めるためにＮＯx選択還元触媒下流の機関排気通路内にＮＯxセンサを配置した請求項１に記載の内燃機関の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関排気通路内にＮＯx選択還元触媒を配置し、ＮＯx選択還元触媒に尿素水を供給して尿素水から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯxを選択的に還元するようにした内燃機関において、ＮＯx選択還元触媒下流の機関排気通路内に尿素水から生成されるアンモニア等を検出可能なセンサを配置し、尿素水の供給量を変化させたときにセンサの出力信号の変化が予測される変化と異なるときには欠陥が存在すると判断するようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００４−１７６７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら尿素水の供給量又は質が正規の値からずれた場合でもセンサの出力信号の変化は予測された変化とは異なり、ＮＯx選択還元触媒が劣化した場合でもセンサの出力信号は予測された変化とは異なるのでこのような方法では尿素水の供給量又は質が正規の値からずれたのか、或いはＮＯx選択還元触媒が劣化したのかを判断できないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するために本発明によれば、機関排気通路内に配置されたＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が予め定められた規制値を越えたのか、或いはＮＯx選択還元触媒に供給される尿素水の量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が予め定められた規制値を越えたのかを判断するようにした内燃機関の異常検出装置において、ＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が規制値を越えたときおよび尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値を越えたときのいずれであってもとり得るＮＯx浄化率の領域が判定領域として予め定められたＮＯx選択還元触媒の第１の温度範囲内に設定されており、尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値を越えたときにはとり得ずＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が規制値を越えたときにとり得るＮＯx浄化率の領域が第１の異常領域として第１の温度範囲よりも全体的に高い予め定められたＮＯx選択還元触媒の第２の温度範囲内に設定されており、ＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が規制値を越えたときにはとり得ず尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値を越えたときにとり得るＮＯx浄化率が第２の異常領域として第２の温度範囲内に設定されており、ＮＯx選択還元触媒の温度が第１の温度範囲内にあるときにＮＯx浄化率が判定領域内にあると判定された場合においてＮＯx選択還元触媒の温度が第２の温度範囲内にあるときにＮＯx浄化率が第１の異常領域内にあると判定された場合にはＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が規制値を越えたと判断され、ＮＯx選択還元触媒の温度が第１の温度範囲内にあるときにＮＯx浄化率が判定領域内にあると判定された場合においてＮＯx選択還元触媒の温度が第２の温度範囲内にあるときにＮＯx浄化率が第２の異常領域内にあると判定された場合には尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値を越えたと判断される。
【発明の効果】
【０００５】
ＮＯx選択還元触媒が劣化することによってＮＯx排出量が予め定められた規制値を越えたのか、或いは尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が予め定められた規制値を越えたのかを確実に判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【０００７】
一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は酸化触媒１２の入口に連結される。酸化触媒１２の下流には酸化触媒１２に隣接して排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ１３が配置され、このパティキュレートフィルタ１３の出口は排気管１４を介してＮＯx選択還元触媒１５の入口に連結される。このＮＯx選択還元触媒１５の出口には酸化触媒１６が連結される。
【０００８】
ＮＯx選択還元触媒１５上流の排気管１４内には尿素水供給弁１７が配置され、この尿素水供給弁１７は供給管１８、供給ポンプ１９を介して尿素水タンク２０に連結される。尿素水タンク２０内に貯蔵されている尿素水は供給ポンプ１９によって尿素水供給弁１７から排気管１４内に配置された分散板１４ａに向けて噴射され、尿素から発生したアンモニア（（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2）によって排気ガス中に含まれるＮＯxがＮＯx選択還元触媒１５において還元される。
【０００９】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２１を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２１内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２２が配置される。また、ＥＧＲ通路２１周りにはＥＧＲ通路２１内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２３が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２３内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２４を介してコモンレール２５に連結され、このコモンレール２５は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２６を介して燃料タンク２７に連結される。燃料タンク２７内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２６によってコモンレール２５内に供給され、コモンレール２５内に供給された燃料は各燃料供給管２４を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００１０】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。ＮＯx選択還元触媒１５の下流側にはＮＯx選択還元触媒１５の温度を検出するための温度センサ２８が配置され、酸化触媒１６の下流には排気ガス中のＮＯx濃度を検出するためのＮＯxセンサ２９が配置される。これらの温度センサ２８、ＮＯxセンサ２９および吸入空気量検出器８の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１１】
一方、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、尿素水供給弁１７、供給ポンプ１９、ＥＧＲ制御弁２２および燃料ポンプ２６に接続される。
【００１２】
酸化触媒１２は例えば白金のような貴金属触媒を担持しており、この酸化触媒１２は排気ガス中に含まれるＮＯをＮＯ2に転換する作用と排気ガス中に含まれるＨＣを酸化させる作用をなす。即ち、ＮＯ2はＮＯよりも酸化性が強く、従ってＮＯがＮＯ2に転換されるとパティキュレートフィルタ１３上に捕獲された粒子状物質の酸化反応が促進され、またＮＯx選択還元触媒１５でのアンモニアによる還元作用が促進される。一方、ＮＯx選択還元触媒１５にＨＣが吸着するとアンモニアの吸着量が減少するためにＮＯx浄化率が低下する。従って酸化触媒１２によりＨＣを酸化することによってＮＯx浄化率が低下するのが阻止される。
【００１３】
パティキュレートフィルタ１３としては触媒を担持していないパティキュレートフィルタを用いることもできるし、例えば白金のような貴金属触媒を担持したパティキュレートフィルタを用いることもできる。また、ＮＯx選択還元触媒１５は低温で高いＮＯx浄化率を有するアンモニア吸着タイプのＦｅゼオライトから構成されている。酸化触媒１６は例えば白金からなる貴金属触媒を担持しており、この酸化触媒１６はＮＯx選択還元触媒１５から漏出したアンモニアを酸化する作用をなす。
【００１４】
さて、図１に示される実施例ではＮＯx選択還元触媒１５は２００℃程度で活性化し、ＮＯx選択還元触媒１５が活性化した後は排気ガス中に含まれるＮＯxを還元するのに必要な量の尿素水が尿素水供給弁１７から供給される。図２（Ａ）はＮＯx選択還元触媒１５が劣化しておらずしかも尿素水の供給量が排気ガス中のＮＯxを還元するのに必要な正規の値に維持されていると共に尿素水の質が予め定められている正規の質に維持されているときのＮＯx浄化率ＮＲとＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣとの関係を示している。
【００１５】
図２（Ａ）からわかるようにＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが活性温度まで上昇するとＮＯx浄化率ＮＲは急速にピーク値まで上昇し、ＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが更に上昇するとＮＯx浄化率ＮＲはピーク値に維持される。ところで触媒温度ＴＣが比較的低いときには尿素水供給弁１７から供給された尿素水はアンモニアの形で一旦ＮＯx選択還元触媒１５に吸着され、排気ガス中のＮＯxはＮＯx選択還元触媒１５に吸着されたアンモニアと反応して還元せしめられる。
【００１６】
一方、触媒温度ＴＣが高くなるとアンモニアはＮＯx選択還元触媒１５に吸着されなくなり、このとき排気ガス中のＮＯxは尿素水から生成されたアンモニアと気相で反応して還元せしめられるようになる。図２（Ｂ）はこのことを模式的に表わしている。即ち、図２（Ｂ）に示されるように触媒温度ＴＣが高くなるにつれて吸着アンモニアによるＮＯxの還元反応の割合が減少し、ＮＯxとアンモニアの気相反応の割合が増大する。
【００１７】
ところで大気中に排出されるＮＯx排出量に対しては国又は地域毎に異なる排出基準が設定されている。この場合、予め定められたモードで車両が運転されたときのＮＯxの総排出量が通常ＮＯx排出量の判断基準として用いられ、車両が予め定められた期間使用された後のＮＯx排出量が予め定められた基準量以下となるように排出基準が定められている。
【００１８】
更に、この排出基準に加えてＮＯx排出量が予め定められた規制値を越えてはならないという排出規制が設定されている。この規制値は国或いは地域によって異なるがＮＯx排出基準量の２倍或いは３倍等であり、ＮＯx排出量がこの規制値を越えた場合には異常箇所を示す警告灯を点灯させることを義務付けている国もある。
【００１９】
本発明ではＮＯx排出量が異常に増大する原因としてＮＯx選択還元触媒１５の劣化および尿素水の供給量又は質の変化を取り上げ、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が予め定められた規制値を越えたのか、或いはＮＯx選択還元触媒１５に供給される尿素水の量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が予め定められた規制値を越えたのかを判断するようにしている。
【００２０】
次にこのことについて図２（Ｃ）、図３（Ａ），（Ｂ）を参照しつつ説明する。図２（Ｃ）、図３（Ａ），（Ｂ）は規制値がＮＯx排出基準量の２倍である場合を例にとって示しており、これら図２（Ｃ）、図３（Ａ），（Ｂ）において破線ＡはＮＯx排出量がＮＯx排出基準量となるときのＮＯx浄化率ＮＲを示している。即ち、別の言い方をするとＮＯx浄化率ＮＲが図２（Ｃ）、図３（Ａ），（Ｂ）において破線Ａで示すように触媒温度ＴＣに対して変化する状態のときに車両が予め定められたモードで運転されたとするとこのときのＮＯx排出量はＮＯx排出基準量となる。なお、以下破線Ａで示すＮＯx浄化率ＮＲを基準ＮＯx浄化率Ａと称する。
【００２１】
さて、図２（Ｃ）には、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量がＮＯx排出基準量の２倍である規制値に達したときのＮＯx浄化率ＮＲが実線Ｂ１で示されており、ＮＯx選択還元触媒１５の触媒作用が完全に失なわれたときのＮＯx浄化率ＮＲが実線Ｂ２で示されている。ここでＮＯx排出量がＮＯx排出基準量の２倍になったということは基準ＮＯx浄化率Ａの場合に比べてＮＯx浄化率が５０パーセントに低下したことを意味しており、従って実線Ｂ１は基準ＮＯx浄化率Ａに対してＮＯx浄化率ＮＲが５０パーセントの場合を示していると言える。
【００２２】
ところでＮＯx選択還元触媒１５へのアンモニアの吸着作用および吸着アンモニアによるＮＯxの還元作用は触媒の活性に支配される。従って図２（Ｂ）に示されるように吸着アンモニアによるＮＯxの還元作用が支配的となるとき、即ち触媒温度ＴＣが比較的低いときにはＮＯx選択還元触媒１５が劣化すると図２（Ｃ）において実線Ｂ１，Ｂ２で示されるようにＮＯx浄化率ＮＲが大巾に低下する。
【００２３】
これに対し、ＮＯxの還元作用が気相で行われるときにはＮＯxの還元作用は触媒の活性にほとんど支配されない。従って図２（Ｂ）に示されるように気相におけるＮＯxの還元作用が支配的となるとき、即ち触媒温度ＴＣが比較的高いときにはＮＯx選択還元触媒１５が劣化しても図２（Ｃ）において実線Ｂ１，Ｂ２で示されるようにＮＯx浄化率ＮＲはさほど低下しない。
【００２４】
即ち、実線Ｂ１に示されるようにＮＯx選択還元触媒１５が劣化してＮＯx浄化率が５０パーセント低下したときにはＮＯx浄化率ＮＲは触媒温度ＴＣが上昇するにつれて高くなり、４５０°以上ではＮＯx浄化率ＮＲは基準ＮＯx浄化率Ａに近接する。一方、実線Ｂ２に示されるようにＮＯx選択還元触媒１５の触媒作用が完全に失なわれたときでもＮＯx浄化率ＮＲは触媒温度ＴＣが上昇するにつれて高くなり、５００℃以上ではＮＯx浄化率ＮＲが５０パーセント以上となる。
【００２５】
次に尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx浄化率ＮＲが低下する場合について説明する。尿素水の供給量は機関の運転状態に応じて予め定められているが例えば尿素水供給弁１７のノズル口の目詰りにより供給量が予め定められている正規の値に対して減少するとＮＯx浄化率が低下する。また、正規の尿素水ではなく品質の粗悪なアンモニア濃度の低い尿素水が使用されたり、或いは尿素水タンク２０内に他の液体、例えば水が加えられたりするとＮＯx浄化率が低下する。
【００２６】
図３（Ａ）には、尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量がＮＯx排出基準量の２倍である規制値に達したときのＮＯx浄化率ＮＲが実線Ｃで示されている。前述したようにＮＯx排出量がＮＯx排出基準量の２倍になったということは基準ＮＯx浄化率Ａの場合に比べてＮＯx浄化率が５０パーセントに低下したことを意味しており、従って実線Ｃは基準ＮＯx浄化率Ａに対してＮＯx浄化率ＮＲが５０パーセントの場合を示していると言える。
【００２７】
尿素水供給弁１７のノズル口の目詰りや尿素水の濃度低下が生ずると尿素水の供給量にかかわらずにＮＯxの還元に必要なアンモニア量が一定の割合で一律に低下し、従って図３において実線Ｃに示されるようにＮＯx浄化率ＮＲは基準ＮＯx浄化率Ａに対して触媒温度ＴＣにかかわらずに一定の割合で一律に低下することになる。
【００２８】
図２（Ｃ）と図３（Ａ）とを比較するとわかるようにＮＯx選択還元触媒１５が劣化したときと、尿素水の供給量又は質に異常が生じたときとでは触媒温度ＴＣに対するＮＯx浄化率ＮＲの変化パターンが異なる。従ってこのＮＯx浄化率ＮＲの変化パターンの差異を利用することによってＮＯx選択還元触媒１５が劣化したのか、或いは尿素水の供給量又は質に異常が生じたのかを判断できることになる。
【００２９】
そこで本発明ではこのＮＯx浄化率ＮＲの変化パターンの差異を利用して、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が予め定められた規制値を越えたのか、或いはＮＯx選択還元触媒１５に供給される尿素水の量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が予め定められた規制値を越えたのかを判断するようにしている。次にこのことについて図２（Ｃ）および図３（Ａ）を統合した図３（Ｂ）を参照しつつ説明する。
【００３０】
図３（Ｂ）は代表的な例として、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx浄化率ＮＲが基準ＮＯx浄化率Ａに対して５０パーセント以上低下したか否か、或いは尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx浄化率ＮＲが基準ＮＯx浄化率Ａに対して５０パーセント以上低下したか否かを判断するようにした場合を示している。
【００３１】
なお、図３（Ｂ）に基づいてこのような判断をする場合、ＮＯx選択還元触媒１５が少し劣化し、尿素水の供給量又は質が多少異常になることは別として、５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下をもたらすようなＮＯx選択還元触媒１５の劣化および５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下をもたらすような尿素水の供給量又は質の異常は同時に発生しないことを前提としている。
【００３２】
まず初めに図３（Ｂ）において触媒温度ＴＣが活性温度ＴＣ0以上でありかつ触媒温度ＴＣが曲線Ｂ１と曲線Ｃとの交点に当る触媒温度ＴＣａよりも低い場合について説明すると、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じる場合には各触媒温度ＴＣにおけるＮＯx浄化率ＮＲは曲線Ｂ１以下となり、尿素水の供給量又は質が異常になることによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じる場合には各触媒温度ＴＣにおけるＮＯx浄化率ＮＲは曲線Ｃ以下となる。
【００３３】
このようにＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じる場合には各触媒温度ＴＣにおけるＮＯx浄化率ＮＲは曲線Ｂ１以下となるので、ＮＯx浄化率ＮＲが曲線Ｂ１よりも上で曲線Ｃより下の領域、即ち図３（Ｂ）においてハッチングＸ1で示される領域にあるときには尿素水の供給量又は質が異常になることによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じていることになる。
【００３４】
このようにＮＯx浄化率ＮＲが領域Ｘ1であるときには尿素水の供給量又は質が異常になることによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じていることが確定するのでこの領域Ｘ1は異常確定領域と称される。
【００３５】
一方、ＮＯx浄化率ＮＲが曲線Ｂ１よりも下の領域、即ち図３（Ｂ）においてハッチングＸ2で示される領域にあるときにはＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じているのか、或いは尿素水の供給量又は質が異常になることによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じているのかはわからない。
【００３６】
従ってこの場合には、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じているのか、或いは尿素水の供給量又は質が異常になることによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じているのかを判定する必要がある。従ってハッチングＸ2で示される領域は判定領域と称される。
【００３７】
図３（Ｂ）に示す例ではこの判定は触媒温度ＴＣが曲線Ｂ２と曲線Ｃとの交点に当る触媒温度ＴＣ2よりも高くなったときに行われる。触媒温度ＴＣがＴＣ2よりも高い状態では、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じる場合には各触媒温度ＴＣにおけるＮＯx浄化率ＮＲは曲線Ｂ１と曲線Ｂ２との間のハッチングＹ1で示される領域となり、尿素水の供給量又は質が異常になることによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じる場合には各触媒温度ＴＣにおけるＮＯx浄化率ＮＲは曲線Ｃ以下のハッチングＹ2で示される領域となる。
【００３８】
即ち、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じる場合にはＮＯx浄化率ＮＲは領域Ｙ1となり、領域Ｙ2となることはあり得ない。従ってＮＯx浄化率ＮＲが領域Ｙ1にあるときにはＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じていることになる。この領域Ｙ1は第１の異常領域と称される。
【００３９】
一方、尿素水の供給量又は質が異常になることによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じる場合には各触媒温度ＴＣにおけるＮＯx浄化率ＮＲは領域Ｙ2となり、領域Ｙ1となることはあり得ない。従ってＮＯx浄化率ＮＲが領域Ｙ2にあるときには尿素水の供給量又は質が異常になることによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じていることになる。この領域Ｙ2は第２の異常領域と称される。
【００４０】
このように図３（Ｂ）に示す例では触媒温度ＴＣが低いときにＮＯx浄化率ＮＲが判定領域Ｘ2となった場合、触媒温度ＴＣが高くなったときにＮＯx浄化率ＮＲが第１の異常領域Ｙ1になったときにはＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じていると判断できることになり、触媒温度ＴＣが低いときにＮＯx浄化率ＮＲが判定領域Ｘ2となった場合、触媒温度ＴＣが高くなったときにＮＯx浄化率ＮＲが第２の異常領域Ｙ2になったときには尿素水の供給量又は質が異常になることによって５０パーセント以上のＮＯx浄化率の低下が生じていると判断できることになる。
【００４１】
なお、これまで図３（Ｂ）に示される一具体例に基づいて本発明を説明してきたが、以下本発明を一般的な表現を用いて再度説明することとする。
【００４２】
即ち、本発明は一般的な表現を用いるとＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が予め定められた規制値を越えたときおよび尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が予め定められた規制値を越えたときのいずれであってもとり得るＮＯx浄化率ＮＲの領域が判定領域Ｘ2として予め定められたＮＯx選択還元触媒１５の第１の温度範囲内に設定されており、尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値を越えたときにはとり得ずＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が規制値を越えたときにとり得るＮＯx浄化率ＮＲの領域が第１の異常領域Ｙ1として第１の温度範囲よりも全体的に高い予め定められたＮＯx選択還元触媒１５の第２の温度範囲内に設定されており、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が規制値を越えたときにはとり得ず尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値を越えたときにとり得るＮＯx浄化率ＮＲが第２の異常領域Ｙ2として第２の温度範囲内に設定されており、ＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが第１の温度範囲内にあるときにＮＯx浄化率ＮＲが判定領域Ｘ2内にあると判定された場合においてＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが第２の温度範囲内にあるときにＮＯx浄化率ＮＲが第１の異常領域Ｙ1内にあると判定された場合にはＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が規制値を越えたと判断され、ＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが第１の温度範囲内にあるときにＮＯx浄化率ＮＲが判定領域Ｘ2内にあると判定された場合においてＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが第２の温度範囲内にあるときにＮＯx浄化率ＮＲが第２の異常領域Ｙ2内にあると判定された場合には尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値を越えたと判断される。
【００４３】
また、本発明では、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が規制値を越えたときにはとり得ず尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値を越えたときにとり得るＮＯx浄化率ＮＲの領域が異常確定領域Ｘ1として上述の第１の温度範囲内に設定されており、ＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが第１の温度範囲内にあるときにＮＯx浄化率ＮＲが異常確定領域Ｘ1内にあると判定されたときには尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値を越えたと判断される。
【００４４】
なお、図３（Ｂ）からわかるように、この異常確定領域Ｘ1は判定領域Ｘ2よりもＮＯx浄化率ＮＲの高い側において判定領域Ｘ2に隣接した領域である。また、図３（Ｂ）からわかるように第１の異常領域Ｙ1は第２の異常領域Ｙ2に比べてＮＯx浄化率ＮＲの高い側にある。
【００４５】
次に一般的表現を用いて各曲線Ｂ１，Ｂ２，Ｃを規定し、一般的表現を用いて規定された各曲線Ｂ１，Ｂ２，Ｃにより各領域Ｘ1，Ｘ2，Ｙ1，Ｙ2を規定することとする。
【００４６】
即ち、図３（Ｂ）からわかるようにＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が規制値に達したときのＮＯx浄化率ＮＲは曲線Ｂ１で示されるようにＮＯx選択還元触媒１５の活性後、ＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが上昇するにつれて基準ＮＯx浄化率Ａに向け上昇し、尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値に達したときのＮＯx浄化率ＮＲは曲線Ｃで示されるようにＮＯx選択還元触媒１５の活性後、ＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣにかかわらずに基準ＮＯx浄化率Ａに対して一定の割合で一律に低下する。
【００４７】
この場合、図１３（Ｂ）に示されるようにＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が規制値に達したときのＮＯx浄化率ＮＲと尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値に達したときのＮＯx浄化率ＮＲとはＮＯx選択還元触媒１５の活性後、固有のＮＯx選択還元触媒温度ＴＣａにおいて等しくなる。
【００４８】
なお、前述した第１の温度範囲はＮＯx選択還元触媒１５の活性温度ＴＣ0とこの固有のＮＯx選択還元触媒温度ＴＣａとの間に設定されている。
【００４９】
また、図３（Ｂ）からわかるようにこの第１の温度範囲内では、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が規制値に達したときの曲線Ｂ１で示されるＮＯx浄化率ＮＲは、尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値に達したときの曲線Ｃで示されるＮＯx浄化率ＮＲよりも低く、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が規制値に達したときの曲線Ｂ１で示されるＮＯx浄化率ＮＲよりもＮＯx浄化率ＮＲの低い領域が判定領域Ｘ2として設定されている。
【００５０】
また、図３（Ｂ）において曲線Ｂ２で示されるようにＮＯx選択還元触媒１５の触媒作用が完全に失なわれたときであってもＮＯx浄化率ＮＲはＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが上昇したときに高くなり、このときのＮＯx浄化率ＮＲと尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値に達したときの曲線Ｃで示されるＮＯx浄化率ＮＲとは固有のＮＯx選択還元触媒温度ＴＣａよりも高い特定のＮＯx選択還元触媒温度ＴＣ2において等しくなる。
【００５１】
なお、前述した第２の温度範囲はこの特定のＮＯx選択還元触媒温度ＴＣ2よりも高い温度領域内に設定されており、図３（Ｂ）に示される具体例ではこの第２の温度範囲の下限がこの特定の触媒温度ＴＣ2とされている。
【００５２】
一方、図３（Ｂ）からわかるようにこの第２の温度範囲内において、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が規制値に達したときの曲線Ｂ１で示されるＮＯx浄化率ＮＲとＮＯx選択還元触媒１５の触媒作用が完全に失なわれたときの曲線Ｂ２で示されるＮＯx浄化率ＮＲとの間の領域が第１の異常領域Ｙ1として設定されており、この第２の温度範囲内において、尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値に達したときの曲線Ｃで示されるＮＯx浄化率ＮＲよりもＮＯx浄化率ＮＲの低い領域が第２の異常領域Ｙ2として設定されている。
【００５３】
第２の温度範囲における異常判定は触媒温度ＴＣが運転状態の変化により第２の温度範囲内になるのを待って行われる。しかしながら触媒温度ＴＣが第２の温度範囲内まで上昇しない場合もあり、この場合には第２の温度範囲における異常判定を行えないことになる。
【００５４】
そこで本発明による実施例ではＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが第１の温度範囲のときにＮＯx浄化率ＮＲが判定領域Ｘ2にあると判定され、その後予め定められた期間中に第２の温度範囲にならなかったときにはＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが第２の温度範囲になるまでＮＯx選択還元触媒１５が昇温せしめられる。
【００５５】
また、本発明による実施例ではＮＯx選択還元触媒１５によるＮＯx浄化率ＮＲを検出する必要がある。そのために機関から単位時間当り排出されるＮＯx量ＮＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図４に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。また、ＮＯxセンサ２９により検出されたＮＯx濃度と排気ガス量、即ち吸入空気量とからＮＯx選択還元触媒１５からの単位時間当りの排出ＮＯx量が求まる。従って図４に示されるＮＯx量ＮＯＸＡとＮＯxセンサ２９の検出値からＮＯx浄化率ＮＲが求まることになる。
【００５６】
次に図５を参照しつつ異常検出ルーチンについて説明する。なお、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図５を参照するとまず初めにステップ５０において例えば車両が運転される毎に一回行われる異常検出が完了したことを示している完了フラグがセットされているか否かが判別される。完了フラグがセットされているときには処理サイクルを完了し、完了フラグがセットされていないときにはステップ５１に進む。ステップ５１では触媒温度ＴＣが活性温度ＴＣ0を越えたか否かが判別され、触媒温度ＴＣが活性温度ＴＣ0を越えるとステップ５２に進んで異常検出が開始される。
【００５７】
即ち、ステップ５２ではΣＭに一定時間ΔＭが加算され、従ってΣＭはＴＣ＞ＴＣ0になったときからの経過時間を表わしている。なお、この場合、ΔＭとしては一定時間の代りに吸入空気量、燃料噴射量或いは車速を用いることもできる。次いでステップ５３では判定フラグがセットされているか否かが判別される。最初にステップ５３に進んだときには判定フラグはセットされていないのでステップ５４に進む。
【００５８】
ステップ５４では触媒温度ＴＣが第１の温度範囲内の図３（Ｂ）に示される予め定められた温度ＴＣ1になったか否かが判別される。触媒温度ＴＣがＴＣ1になるとステップ５５に進んで図４に示されるマップおよびＮＯxセンサ２９の出力信号からＮＯx浄化率ＮＲが算出される。次いでステップ５６ではＮＯx浄化率ＮＲが判定領域Ｘ2内にあるか否かが判別される。ＮＯx浄化率ＮＲが判定領域Ｘ2内にないときにはステップ５８に進んで今度はＮＯx浄化率ＮＲが異常確定領域Ｘ1内にあるか否かが判別される。ＮＯx浄化率ＮＲが異常確定領域Ｘ1内にないときには処理サイクルを完了する。
【００５９】
これに対し、ステップ５６においてＮＯx浄化率ＮＲが判定領域Ｘ2内にあると判定されたときにはステップ５７に進んで判定フラグがセットされる。判定フラグがセットされると次の処理サイクルではステップ５３からステップ５９に進んで経過時間ΣＭが予め定められた時間ＭＸを越えたか否かが判別される。ΣＭ≦ＭＸのときにはステップ６１にジャンプし、触媒温度ＴＣが図３（Ｂ）に示される予め定められた温度ＴＣ2を越えたか否かが判別される。触媒温度ＴＣがＴＣ2を越えたときにはステップ６２に進んで異常判定が行われる。
【００６０】
これに対し、触媒温度ＴＣがＴＣ2まで上昇せず、ステップ５９においてΣＭ＞ＭＸになったと判断されたときにはステップ６０に進んでＮＯx選択還元触媒１５の昇温作用が行われる。この昇温作用は例えば燃料噴射時期を遅らせて排気ガス温を上昇させることにより、或いは酸化触媒１２の上流に追加の燃料を添加してこの燃料による酸化反応熱を発生させることにより行われる。昇温作用が開始された後、ステップ６１においてＴＣ＞ＴＣ2になったと判断されたときにはステップ６２に進んで昇温作用が停止される。なお、当然のことながら昇温作用が行われることなくＴＣ＞ＴＣ2となったときにはステップ６２では何も行われない。
【００６１】
次いでステップ６３では図４に示されるマップおよびＮＯxセンサ２９の出力信号からＮＯx浄化率ＮＲが算出される。次いでステップ６４ではＮＯx浄化率ＮＲが第１の異常領域Ｙ1内にあるか否かが判別される。ＮＯx浄化率ＮＲが第１の異常領域Ｙ1内にないときにはステップ６７にジャンプし、今度はＮＯx浄化率ＮＲが第２の異常領域Ｙ2内にあるか否かが判別される。ＮＯx浄化率ＮＲが第２の異常領域Ｙ2内にないときには処理サイクルを完了する。
【００６２】
これに対し、ステップ６４においてＮＯx浄化率ＮＲが第１の異常領域Ｙ1内にあると判別されたときにはステップ６５に進み、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が規制値を越えたことを示す警報が発せられる。次いでステップ６６において完了フラグがセットされる。
【００６３】
一方、ステップ６７においてＮＯx浄化率ＮＲが第２の異常領域Ｙ2内にあると判別されたときにはステップ６８に進む。また、ステップ５８においてＮＯx浄化率ＮＲが異常確定領域Ｘ1内にあると判別されたときにもステップ６８に進む。ステップ６８では尿素水の供給量又は質が正規の値からずれることによってＮＯx排出量が規制値を越えたことを示す警報が発せられ、次いでステップ６９において完了フラグがセットされる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯx浄化率ＮＲと触媒温度ＴＣとの関係等を示す図である。
【図３】ＮＯx浄化率ＮＲと触媒温度ＴＣとの関係を示す図である。
【図４】機関からの排出ＮＯx量ＮＯＸＡのマップを示す図である。
【図５】異常を検出するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
４    吸気マニホルド
５    排気マニホルド
７    排気ターボチャージャ
１２    酸化触媒
１３    パティキュレートフィルタ
１５    ＮＯx選択還元触媒
１７    尿素水供給弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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