(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒より上流の排気通路に配置される還元剤添加弁と、選択還元型触媒より下流の排気通路に配置されるＮＯＸセンサと、を備えた排気浄化装置において、排気エミッションの悪化を抑制しつつ排気浄化装置の異常を検出する。【解決手段】内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、選択還元型触媒より上流の排気通路に配置される還元剤添加弁と、選択還元型触媒より下流の排気通路に配置されるＮＯＸセンサと、を備えた排気浄化装置の異常検出システムにおいて、還元剤添加弁が還元剤を添加するように制御されているときに一定期間あたりの添加量を固定しつつ還元剤の添加間隔を変更すべく還元剤添加弁を制御し、変更前後のＮＯＸ浄化率の差に基づいて還元剤添加弁の異常を判定するようにした。【選択図】図３
2013170570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒より上流の排気通路に配置され、アンモニア由来の還元剤を排気中に添加する還元剤添加弁と、
前記選択還元型触媒より下流の排気通路に配置され、排気中に含まれる窒素酸化物の量を測定するＮＯＸセンサと、
前記ＮＯＸセンサの測定値をパラメータとして、前記選択還元型触媒へ流入する窒素酸化物の量に対する前記選択還元型触媒で浄化される窒素酸化物の量の割合であるＮＯＸ浄化率を演算する演算手段と、
前記還元剤添加弁による還元剤の添加期間中に、一定期間あたりの添加量を固定しつつ添加間隔を変更すべく前記還元剤添加弁を制御するための変更処理を実行する変更手段と、
前記変更手段による変更処理の実行前後に前記演算手段が演算するＮＯＸ浄化率の差に基づいて、前記還元剤添加弁の異常を判定する判定手段と、
を備える排気浄化装置の異常検出システム。
【請求項２】
請求項１において、前記変更手段は、前記選択還元型触媒がアンモニアを吸着しない温度域にあることを条件として、変更処理を実行する排気浄化装置の異常検出システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記変更手段による変更処理の実行前後に前記演算手段が演算するＮＯＸ浄化率の履歴を記憶する記憶手段をさらに備え、
前記判定手段は、前記還元剤添加弁が正常であると判定した場合に、同一の添加間隔におけるＮＯＸ浄化率の履歴に基づいて、前記選択還元型触媒の劣化を判定する排気浄化装置の異常検出システム。
【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異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、選択還元型触媒（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）と、アンモニア由来の還元剤（尿素やカルバミン酸アンモニウムなどの水溶液）を排気中に添加する還元剤添加弁と、を内燃機関の排気通路に配置した排気浄化装置が知られている。
【０００３】
上記したような排気浄化装置において、還元剤の添加量が増減するように還元剤添加弁が制御されたときに、選択還元型触媒より下流に配置されたＮＯＸセンサの測定値が変化しなければ、排気浄化装置が異常であると判定する技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７６７１９号公報
【特許文献２】特開２０１０−０７１２５５号公報
【特許文献３】特開２００９−２９３５１３号公報
【特許文献４】特開２０１０−０５３８０７号公報
【特許文献５】特開２０１０−１５１１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、還元剤の添加量が増減されると、排気エミッションの悪化を招く可能性がある。たとえば、還元剤の添加量が増加された場合は、還元剤に由来する物質（たとえば、アンモニア（ＮＨ３）など）が選択還元型触媒をすり抜けて大気中へ排出される可能性がある。また、還元剤の添加量が減少された場合は、選択還元型触媒におけるＮＯＸの浄化率が低下して大気中へ排出されるＮＯＸの量が増加する可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒より上流の排気通路に配置される還元剤添加弁と、選択還元型触媒より下流の排気通路に配置されるＮＯＸセンサと、を備えた排気浄化装置において、排気エミッションの悪化を抑制しつつ排気浄化装置の異常を検出可能な技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒より上流の排気通路に配置される還元剤添加弁と、前記選択還元型触媒より下流の排気通路に配置されるＮＯＸセンサと、を備えた排気浄化装置の異常検出システムにおいて、還元剤添加弁が還元剤を添加するように制御されているときに一定期間あたりの添加量を固定しつつ還元剤の添加間隔を変更すべく還元剤添加弁を制御し、変更前後のＮＯＸ浄化率の差に基づいて還元剤添加弁の異常を判定するようにした。
【０００８】
詳細には、本発明の排気浄化装置の異常検出システムは、
内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒より上流の排気通路に配置され、アンモニア由来の還元剤を排気中に添加する還元剤添加弁と、
前記選択還元型触媒より下流の排気通路に配置され、排気中に含まれる窒素酸化物の量を測定するＮＯＸセンサと、
前記ＮＯＸセンサの測定値をパラメータとして、前記選択還元型触媒へ流入する窒素酸化物の量に対する前記選択還元型触媒で浄化される窒素酸化物の量の割合であるＮＯＸ浄化率を演算する演算手段と、
前記還元剤添加弁による還元剤の添加期間中に、一定期間あたりの添加量を固定しつつ添加間隔を変更すべく前記還元剤添加弁を制御するための変更処理を実行する変更手段と、
前記変更手段による変更処理の実行前後に前記演算手段が演算するＮＯＸ浄化率の差に基づいて、前記還元剤添加弁の異常を判定する判定手段と、
を備えるようにした。
【０００９】
本願発明者は、鋭意の実験及び検証を行った結果、還元剤添加弁が正常である場合は、一定期間あたりの添加量が同量であっても、添加間隔によって選択還元型触媒のＮＯＸ浄化率が変化するという知見を得た。具体的には、本願発明者は、添加間隔が短い場合は長い場合に比べ、選択還元型触媒のＮＯＸ浄化率が高くなるという知見を得た。このような知見によると、還元剤添加弁が正常に動作しないときは正常に動作するときに比べ、変更処理の実行前後におけるＮＯＸ浄化率の変化量（差）が小さくなる。
【００１０】
したがって、本発明の排気浄化装置の異常検出システムによれば、選択還元型触媒へ供給される還元剤の量を過剰に増加あるいは減少させることなく、還元剤添加弁の異常検出を行うことができる。言い換えると、排気エミッションの増加を少なく抑えつつ、還元剤添加弁の異常検出を実施することができる。
【００１１】
本発明の排気浄化装置の異常検出システムにおいて、変更手段は、選択還元型触媒がアンモニアを吸着しない温度域にあることを条件として、変更処理を実行するようにしてもよい。
【００１２】
変更処理の実行前後におけるＮＯＸ浄化率は、選択還元型触媒に吸着されているアンモニア（ＮＨ３）の量によって変化する可能性がある。そのため、変更処理の実行前後におけるＮＯＸ浄化率の差も選択還元型触媒に吸着されているアンモニア（ＮＨ３）の量によって変化する可能性がある。
【００１３】
これに対し、選択還元型触媒がアンモニア（ＮＨ３）を吸着しない温度域にあることを条件として変更処理が実行されると、変更処理の実行前後におけるＮＯＸ浄化率の差は、還元剤添加弁が正常に動作している場合と正常に動作していない場合とで明確に相異する。よって、より正確な異常検出を行うことが可能になる。
【００１４】
なお、選択還元型触媒より上流にパティキュレートフィルタが配置される場合は、パティキュレートフィルタの再生処理が実行されたときに、選択還元型触媒が凡そ５００℃以上の高温に曝され、アンモニア（ＮＨ３）が選択還元型触媒に吸着され難くなる。よって、変更手段は、パティキュレートフィルタの再生処理が実施されているとき、或いは再生処理の終了直後（選択還元型触媒がアンモニア（ＮＨ３）を吸着しない最低の温度以上のとき）に、変更処理を実施してもよい。
【００１５】
次に、本発明の排気浄化装置の異常検出システムは、変更手段による変更処理の実行前後に演算手段が演算するＮＯＸ浄化率の履歴を記憶する記憶手段をさらに備えるようにしてもよい。そのような構成において、判定手段は、還元剤添加弁が正常であると判定した
場合に、同一の添加間隔におけるＮＯＸ浄化率の履歴に基づいて、選択還元型触媒の劣化を判定してもよい。
【００１６】
還元剤添加弁が正常に動作している場合は、選択還元型触媒の劣化が進むほど、ＮＯＸ浄化率が低下する。ただし、選択還元型触媒のＮＯＸ浄化率は、還元剤の添加間隔によって変化する。これに対し、同一の添加間隔におけるＮＯＸ浄化率の履歴をパラメータにすれば、選択還元型触媒の劣化を正確に判定することができる。たとえば、変更処理実行前のＮＯＸ浄化率の最新の値と過去の値を比較し、およびまたは変更処理実行後のＮＯＸ浄化率の最新の値と過去の値を比較し、両者の差が許容値を超える場合に選択還元型触媒が劣化していると判定してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒より上流の排気通路に配置される還元剤添加弁と、選択還元型触媒より下流の排気通路に配置されるＮＯＸセンサと、を備えた排気浄化装置において、排気エミッションの悪化を抑制しつつ排気浄化装置の異常を検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
【図２】還元剤添加弁が正常である場合の添加周波数とＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘとの関係を示す図である。
【図３】還元剤添加弁の異常検出処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】選択還元型触媒の劣化判定処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２０】
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図３に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であるが、希薄燃焼運転（リーンバーン運転）可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。
【００２１】
図１において、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は、内燃機関１の気筒内から排出される既燃ガス（排気）を流通させるための通路である。排気通路２の途中には、第１触媒ケーシング３と第２触媒ケーシング４が上流側から直列に配置されている。
【００２２】
第１触媒ケーシング３は、筒状のケーシング内に酸化触媒とパティキュレートフィルタを内装している。その際、酸化触媒は、パティキュレートフィルタの上流に配置される触媒担体に担持されてもよく、あるいはパティキュレートフィルタに担持されてもよい。
【００２３】
第２触媒ケーシング４は、筒状のケーシング内に、選択還元型触媒が担持された触媒担体を収容したものである。触媒担体は、たとえば、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの基材に、アルミナ系又はゼオライト系の活性成分（担体）をコーティングしたものである。さらに、触媒担体には、酸化能を有する貴金属触媒（たとえば、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等）が担持されている。なお、第２触媒ケーシング４の内部において、選択還元型触媒より下流に
は酸化触媒を担持した触媒担体が配置されるようにしてもよい。その場合の酸化触媒は、後述する還元剤添加弁５から選択還元型触媒へ供給される還元剤のうち、選択還元型触媒をすり抜けた還元剤を酸化するための触媒である。
【００２４】
第１触媒ケーシング３と第２触媒ケーシング４との間の排気通路２には、アンモニア由来の還元剤を排気中へ添加（噴射）するための還元剤添加弁５が取り付けられている。還元剤添加弁５は、ニードルの移動により開閉される噴孔を有する弁装置である。還元剤添加弁５は、ポンプ５０を介して還元剤タンク５１に接続されている。ポンプ５０は、還元剤タンク５１に貯留されている還元剤を吸引するとともに、吸引された還元剤を還元剤添加弁５へ圧送する。還元剤添加弁５は、ポンプ５０から圧送されてくる還元剤を排気通路２内へ噴射する。なお、還元剤添加弁５の開閉タイミングやポンプ５０の吐出圧力は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）９によって電気的に制御されるようになっている。
【００２５】
ここで、還元剤タンク５１に貯留されるアンモニア由来の還元剤としては、尿素やカルバミン酸アンモニウムなどの水溶液を用いることができる。本実施例では、アンモニア由来の還元剤として尿素水溶液を用いる例について述べる。
【００２６】
還元剤添加弁５から尿素水溶液が噴射されると、該尿素水溶液が排気とともに第２触媒ケーシング４へ流入する。その際、尿素水溶液が排気や選択還元型触媒の熱を受けて熱分解又は加水分解される。尿素水溶液が熱分解又は加水分解されると、アンモニア（ＮＨ３）が生成される。このようにして生成されたアンモニア（ＮＨ３）は、選択還元型触媒に吸着又は吸蔵される。選択還元型触媒に吸着又は吸蔵されたアンモニア（ＮＨ３）は、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応して窒素（Ｎ２）や水（Ｈ２Ｏ）を生成する。つまり、アンモニア（ＮＨ３）は、窒素酸化物（ＮＯＸ）の還元剤として機能する。その際、選択還元型触媒の広い範囲においてアンモニア（ＮＨ３）が吸着されていると、選択還元型触媒における窒素酸化物（ＮＯＸ）の浄化率を高めることができる。
【００２７】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ９が併設されている。ＥＣＵ９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどを備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ９には、上流側ＮＯＸセンサ６、下流側ＮＯＸセンサ７、排気温度センサ８、クランクポジションセンサ１０、及びアクセルポジションセンサ１１などの各種センサが電気的に接続されている。
【００２８】
上流側ＮＯＸセンサ６は、第１触媒ケーシング３より下流、且つ第２触媒ケーシング４より上流の排気通路２に配置され、第２触媒ケーシング４へ流入する排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯＸ）の量（以下、「ＮＯＸ流入量」と称する）に相関する電気信号を出力する。下流側ＮＯＸセンサ７は、第２触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第２触媒ケーシング４から流出するＮＯＸの量（以下、「ＮＯＸ流出量」と称する）に相関する電気信号を出力する。排気温度センサ８は、第２触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第２触媒ケーシング４から流出する排気の温度と相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１０は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１１は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。
【００２９】
ＥＣＵ９には、内燃機関１に取り付けられた各種機器（たとえば、燃料噴射弁など）、還元剤添加弁５、及びポンプ５０などが電気的に接続されている。ＥＣＵ９は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の各種機器、還元剤添加弁５、及びポンプ５０などを電気的に制御する。たとえば、ＥＣＵ９は、内燃機関１の燃料噴射制御や、還元剤添加弁５から間欠的に還元剤を噴射させる添加制御などの既知の制御に加え、還元剤添加弁５の異常検出処理を実行する。以下、還元剤添加弁５の異常検出処理について説明
する。
【００３０】
還元剤添加弁５の異常検出処理では、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５が還元剤を間欠的に噴射するように制御されているとき（添加期間中）に、一定期間あたりの添加量を変更せずに添加周波数を変更すべく還元剤添加弁５を制御（変更処理）する。ＥＣＵ９は、変更処理の実行前後における選択還元型触媒のＮＯＸ浄化率の差をパラメータとして、還元剤添加弁５が異常であるか否かを判別する。
【００３１】
ここでいう「添加周波数」は、還元剤添加弁５が還元剤を噴射する間隔（添加間隔）の逆数に相当し、添加間隔が短くなるほど大きい値（高周波）を示す。また、「ＮＯＸ浄化率」は、第２触媒ケーシング４へ流入するＮＯＸ量（ＮＯＸ流入量）に対し、選択還元型触媒で浄化されるＮＯＸ量の割合である。
【００３２】
ＮＯＸ流入量は内燃機関１から排出されるＮＯＸ量に相当するため、内燃機関１の運転条件（機関回転数、アクセル開度、吸入空気量、燃料噴射量など）をパラメータとして演算することができる。なお、図１に示すように、第１触媒ケーシング３と第２触媒ケーシング４との間の排気通路２に上流側ＮＯＸセンサ６が取り付けられる場合は、該上流側ＮＯＸセンサ６の出力信号をＮＯＸ流入量として用いることができる。
【００３３】
ＥＣＵ９は、上流側ＮＯＸセンサ６の出力信号（ＮＯＸ流入量）と下流側ＮＯＸセンサ７の出力信号（ＮＯＸ流出量）と下記の式とを用いてＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘを演算する。なお、下記の式におけるＡＮＯＸｉｎはＮＯＸ流入量であり、ＡＮＯＸｏｕｔはＮＯＸ流出量である。
【００３４】
Ｅｎｏｘ＝（ＡＮＯＸｉｎ−ＡＮＯＸｏｕｔ）／ＡＮＯＸｉｎ
【００３５】
ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘは、変更処理の実行前と実行後のそれぞれにおいて演算される。以下では、変更処理の実行前におけるＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘを第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ１と称し、変更処理の実行後におけるＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘを第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ２と称する。
【００３６】
ＥＣＵ９は、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ１と第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ２の差ΔＥｎｏｘ（Ｅｎｏｘ２−Ｅｎｏｘ１）の絶対値を演算し、その値が閾値より小さいか否かを判別する。ＥＣＵ９は、前記差ΔＥｎｏｘの絶対値が閾値より小さい場合は、還元剤添加弁５が異常であると判定する。なお、変更処理の実行後における添加周波数は、変更処理の実行前における添加周波数より低くされてもよく、或いは高くされてもよい。
【００３７】
ここで、還元剤添加弁５が正常に動作するときの添加周波数とＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘとの関係を図２に示す。図２において、還元剤添加弁５が正常に動作するときのＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘは、添加周波数が低い場合より高い場合の方が高くなる。すなわち、ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘは、添加周波数が高くなるほど高くなる。
【００３８】
したがって、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘと第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘとの差ΔＥｎｏｘの絶対値が閾値より小さければ、還元剤添加弁５が正常に動作していないと判定することができる。前記閾値は、還元剤添加弁５が正常であるときに前記差ΔＥｎｏｘの絶対値が取り得る最小値からマージンを差し引いた値であり、予め実験などを利用した適合処理によって求められた値である。
【００３９】
なお、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘや第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘは、選択還元型触媒に吸着されているアンモニア（ＮＨ３）の量によって変化する可能性がある。言い換えると、
前記差ΔＥｎｏｘの絶対値は、選択還元型触媒に吸着されているアンモニア（ＮＨ３）の量によって変化する可能性がある。
【００４０】
よって、還元剤添加弁５の異常検出処理は、選択還元型触媒がアンモニア（ＮＨ３）を吸着し得ないとき（選択還元型触媒がアンモニア（ＮＨ３）を吸着していないとき）に実施されることが望ましい。選択還元型触媒がアンモニア（ＮＨ３）を吸着し得ない時期としては、該選択還元型触媒の温度が十分に高くなる時期（たとえば、凡そ５００℃以上にある時期）が考えられる。選択還元型触媒が高温になる時期としては、第１触媒ケーシング３に収容されたパティキュレートフィルタの再生処理が実行されているときや再生処理の実行終了直後などが考えられる。本実施例では、ＥＣＵ９は、パティキュレートフィルタの再生処理が実行されているときに異常検出処理を実行するようにした。
【００４１】
このような方法により還元剤添加弁５の異常検出処理が実行されると、還元剤添加弁５が正常であるか否かを精度良く判定することが可能になる。また、異常検出処理に伴う変更処理は、一定期間あたりの還元剤の添加量を固定しつつ実施されるため、選択還元型触媒へ供給される還元剤が過多になったり、あるいは過少になったりすることもない。その結果、選択還元型触媒をすり抜けるアンモニア（ＮＨ３）の量が過剰に多くなったり、選択還元型触媒で浄化されるＮＯＸの量が過剰に少なくなったりする事態を回避しつつ、還元剤添加弁５の異常検出処理を行うことができる。つまり、異常検出処理の実施に起因した排気エミッションの増加を少なく抑えることができる。
【００４２】
ところで、還元剤添加弁５が異常である場合に加え、上流側ＮＯＸセンサ６や下流側ＮＯＸセンサ７が故障している場合にも、前記差ΔＥｎｏｘの絶対値が前記閾値を下回る可能性がある。よって、還元剤添加弁５の異常検出処理は、上流側ＮＯＸセンサ６及び下流側ＮＯＸセンサ７が正常であるときに実施されることが望ましい。
【００４３】
そこで、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５の異常検出処理を実施する前に、上流側ＮＯＸセンサ６及び下流側ＮＯＸセンサ７の故障判定処理を実施するようにした。たとえば、ＥＣＵ９は、上流側ＮＯＸセンサ６及び下流側ＮＯＸセンサ７の通電チェックを実施することにより断線の有無を判定する。上流側ＮＯＸセンサ６及び下流側ＮＯＸセンサ７の断線が発生していない場合は、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５が還元剤を噴射していないときの上流側ＮＯＸセンサ６及び下流側ＮＯＸセンサ７の出力信号の差に基づいて、上流側ＮＯＸセンサ６及び下流側ＮＯＸセンサ７の劣化等を判定する。すなわち、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５が還元剤を噴射していないときの上流側ＮＯＸセンサ６及び下流側ＮＯＸセンサ７の出力信号の差が一定値以下であれば、上流側ＮＯＸセンサ６及び下流側ＮＯＸセンサ７の検出能力が劣化していないと判定する。なお、上記したような劣化判定は、選択還元型触媒がアンモニア（ＮＨ３）を吸着していないときに実施されることが望ましいため、還元剤添加弁５の異常検出処理と同様に、パティキュレートフィルタの再生処理実行中又は再生処理の実行終了直後に実施されるものとする。
【００４４】
このように上流側ＮＯＸセンサ６及び下流側ＮＯＸセンサ７の故障判定処理が実施された後に、還元剤添加弁５の異常検出処理が実施されると、還元剤添加弁５の異常とＮＯＸセンサ６，７の異常を区別することが可能になる。その結果、還元剤添加弁５の異常をより正確に検出することができる。
【００４５】
以下、本実施例における異常検出処理の実行手順について図３に沿って説明する。図３は、本実施例における異常検出処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ９のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ９によって周期的に実行される。
【００４６】
異常検出処理ルーチンでは、ＥＣＵ９は、先ずＳ１０１において選択還元型触媒の温度が基準値以上であるか否かを判別する。ここでいう「基準値」は、アンモニア（ＮＨ３）が選択還元型触媒に吸着されない最低温度、或いは最低温度にマージンを加算した温度に相当し、予め実験などを利用した適合処理によって求められた値である。選択還元型触媒の温度としては、排気温度センサ８の出力信号を用いることができる。なお、ＥＣＵ９は、パティキュレートフィルタの再生処理が実行されていることを条件として、選択還元型触媒の温度が基準値以上であると判定してもよい。
【００４７】
前記Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、本ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０２ヘ進み、上流側ＮＯＸセンサ６及び下流側ＮＯＸセンサ７が正常であるか否かを判別する。詳細には、ＥＣＵ９は、前述したように、上流側ＮＯＸセンサ６及び下流側ＮＯＸセンサ７の通電チェックと、還元剤添加弁５が還元剤を噴射していないときの上流側ＮＯＸセンサ６及び下流側ＮＯＸセンサ７の出力信号の差に基づく劣化判定と、を実施する。
【００４８】
前記Ｓ１０２において上流側ＮＯＸセンサ６又は下流側ＮＯＸセンサ７が故障していると判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１１３へ進み、上流側ＮＯＸセンサ６又は下流側ＮＯＸセンサ７の故障情報をバックアップＲＡＭに記憶させるとともに、運転者に対して故障の発生を報知（たとえば、警告灯の点灯、警告音の出力、あるいは警告メッセージの表示など）する。
【００４９】
前記Ｓ１０２において上流側ＮＯＸセンサ６及び下流側ＮＯＸセンサ７が正常である（故障していない）と判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０３乃至Ｓ１１２において、還元剤添加弁５の異常検出処理を実行する。
【００５０】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ９は、還元剤の添加期間中であるか否かを判別する。Ｓ１０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、本ルーチンの実行を終了する。なお、Ｓ１０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、還元剤の添加が開始されるまで該Ｓ１０３の処理を繰り返し実行してもよい。Ｓ１０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０４へ進む。
【００５１】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ９は、上流側ＮＯＸセンサ６の出力信号（ＮＯＸ流入量）ＡＮＯＸｉｎと下流側ＮＯＸセンサ７の出力信号（ＮＯＸ流出量）ＡＮＯＸｏｕｔを読み込み、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ１を演算する。
【００５２】
Ｓ１０５では、ＥＣＵ９は、添加周波数を変更すべく還元剤添加弁５を制御する。続いて、Ｓ１０６では、ＥＣＵ９は、上流側ＮＯＸセンサ６の出力信号（ＮＯＸ流入量）ＡＮＯＸｉｎと下流側ＮＯＸセンサ７の出力信号（ＮＯＸ流出量）ＡＮＯＸｏｕｔを再度読み込み、第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ２を演算する。
【００５３】
ＥＣＵ９がＳ１０４及びＳ１０６の処理を実行することにより、本発明に係わる演算手段が実現される。また、ＥＣＵ９がＳ１０５の処理を実行することにより、本発明に係わる変更手段が実現される。
【００５４】
Ｓ１０７では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０４で算出された第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ１と前記Ｓ１０６で算出された第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ２との差ΔＥｎｏｘ（＝Ｅｎｏｘ２−Ｅｎｏｘ１）を演算する。
【００５５】
Ｓ１０８では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０７で算出された差ΔＥｎｏｘの絶対値が閾値以上であるか否かを判別する。Ｓ１０８において肯定判定された場合（｜ΔＥｎｏｘ｜≧閾
値）は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０９へ進み、還元剤添加弁５が正常であると判定する。
【００５６】
Ｓ１０８において否定判定された場合（｜ΔＥｎｏｘ｜＜閾値）は、還元剤添加弁５が正常に動作していないことになる。その場合の要因としては、還元剤添加弁５やポンプ５０の断線による電気的な異常と、還元剤添加弁５の噴孔の詰まりや弁の固着などによる機械的な異常が考えられる。
【００５７】
そこで、Ｓ１０８において否定判定された場合に、ＥＣＵ９は、Ｓ１１０乃至Ｓ１１２において、還元剤添加弁５が正常に動作しない要因が電気的な異常にあるか、若しくは機械的な異常にあるかを区別するための処理を実行する。
【００５８】
先ず、Ｓ１１０において、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５やポンプ５０の通電チェックを実行し、還元剤添加弁５やポンプ５０が正常に通電されたか否かを判別する。Ｓ１１０において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１１１へ進み、還元剤添加弁５に機械的な異常が発生していると判定する。その際、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５に機械的な異常が発生している旨を示す情報をバックアップＲＡＭに記憶させるとともに、運転者に対して故障の発生を報知する。
【００５９】
前記Ｓ１１０において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１１２へ進み、還元剤添加弁５やポンプ５０を含む添加系に電気的な異常（断線）が発生していると判定する。その際、ＥＣＵ９は、添加系に電気的な異常が発生している旨を示す情報をバックアップＲＡＭに記憶させるとともに、運転者に故障の発生を報知する。
【００６０】
ＥＣＵ９がＳ１０８乃至Ｓ１１２の処理を実行することにより、本発明に係わる判定手段が実現される。
【００６１】
以上述べた実施例によれば、排気エミッションの増加を少なく抑えつつ、還元剤添加弁５の異常検出処理を実施することが可能となる。さらに、還元剤添加弁５が正常に動作していない場合に、その要因が電気的な異常にあるか、あるいは機械的な異常にあるかを区別することも可能になるため、修理工程の簡略化を図ることも可能になる。
【００６２】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図４に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００６３】
前述した第１の実施例では、還元剤添加弁５の異常を検出する例について述べたが、本実施例では、還元剤添加弁５の異常検出処理の結果を利用して選択還元型触媒の劣化を判定する例について述べる。
【００６４】
還元剤添加弁５やポンプ５０を含む添加系が正常に動作しているときは、選択還元型触媒のＮＯＸ浄化率は、該選択還元型触媒の劣化が進むほど低下する傾向がある。そこで、本実施例では、還元剤添加弁５の異常検出処理の実行時に算出される第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ１と第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ２の履歴をバックアップＲＡＭに記憶させ、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ１及び第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ２のそれぞれの経時変化に基づいて、選択還元型触媒の劣化を判定するようにした。
【００６５】
詳細には、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５の異常検出処理が実行されたたときに、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ１と第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ２をバックアップＲＡＭに記憶させる。なお、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ１と第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ２は、異常検出処理が実行される度に記憶されてもよく、異常検出処理が所定回数実行される度に記憶されても
よい。
【００６６】
続いて、ＥＣＵ９は、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ１の最新の計算値と過去の計算値との差（以下、「第１経時変化量」と称する）が第１許容値Ｐ１より大きいとき、若しくは第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ２の最新の計算値と過去の計算値との差（以下、「第２経時変化量」と称する）が第２許容値Ｐ２より大きいときは、選択還元型触媒が劣化していると判定する。
【００６７】
ここでいう「第１許容値Ｐ１」は、選択還元型触媒が排気エミッションの悪化を招くほど劣化していないときに第１経時変化量が取り得る最大値にマージンを加算した値であり、予め実験などを利用した適合処理によって求められた値である。また、「第２許容値Ｐ２」は、選択還元型触媒が排気エミッションの悪化を招くほど劣化していないときに第２経時変化量が取り得る最大値にマージンを加算した値であり、予め実験などを利用した適合処理によって求められた値である。
【００６８】
このような方法により選択還元型触媒の劣化判定処理が実行されると、排気エミッションの増加を抑制しつつ、選択還元型触媒の劣化を正確に判定することができる。
【００６９】
以下、選択還元型触媒の劣化判定処理の実行手順について図４に沿って説明する。図４は、選択還元型触媒の劣化判定処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ９のＲＯＭに記憶されており、前述した故障検出処理ルーチンが実行されたときにＥＣＵ９によって実行される。
【００７０】
劣化判定処理ルーチンでは、ＥＣＵ９は、先ずＳ２０１において、還元剤添加弁５やポンプ５０を含む添加系が正常であるか否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ９は、前述の異常検出処理ルーチンにおいて、還元剤添加弁５、上流側ＮＯＸセンサ６、下流側ＮＯＸセンサ７、ポンプ５０を含む添加系が正常であると判定されたか否かを判別する。Ｓ２０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、本ルーチンの実行を終了する。Ｓ２０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ２０２へ進む。
【００７１】
Ｓ２０２では、ＥＣＵ９は、バックアップＲＡＭから第１ＮＯＸ浄化率の最新の値Ｅｎｏｘ１と前回の値Ｅｎｏｘ１ｏｌｄを読み込むとともに、第２ＮＯＸ浄化率の最新の値Ｅｎｏｘ２と前回の値Ｅｎｏｘ２ｏｌｄを読み込む。
【００７２】
Ｓ２０３では、ＥＣＵ９は、第１ＮＯＸ浄化率の前回値Ｅｎｏｘ１ｏｌｄから最新値Ｅｎｏｘ１を減算した値（＝Ｅｎｏｘ１ｏｌｄ−Ｅｎｏｘ１）が第１許容値Ｐ１以下であるか否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ９は、第１ＮＯＸ浄化率の低下量が第１許容値Ｐ１以下であるか否かを判別する。Ｓ２０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ２０４へ進む。
【００７３】
Ｓ２０４では、ＥＣＵ９は、第２ＮＯＸ浄化率の前回値Ｅｎｏｘ２ｏｌｄから最新値Ｅｎｏｘ２を減算した値（＝Ｅｎｏｘ２ｏｌｄ−Ｅｎｏｘ２）が第２許容値Ｐ２以下であるか否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ９は、第２ＮＯＸ浄化率の低下量が第２許容値Ｐ２以下であるか否かを判別する。Ｓ２０４において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ２０５へ進む。
【００７４】
Ｓ２０５では、ＥＣＵ９は、選択還元型触媒が排気エミッションの悪化を招くほど劣化していないと判定する。
【００７５】
前記Ｓ２０３において否定判定された場合（（Ｅｎｏｘ１ｏｌｄ−Ｅｎｏｘ１）＞Ｐ１
）、又は前記Ｓ２０４において否定判定された場合（（Ｅｎｏｘ２ｏｌｄ−Ｅｎｏｘ２）＞Ｐ２）は、ＥＣＵ９は、Ｓ２０６へ進み、選択還元型触媒が排気エミッションの悪化を招く程度に劣化している判定する。その際、ＥＣＵ９は、選択還元型触媒が劣化した旨を示す情報をバックアップＲＡＭに記憶させるとともに、運転者に対して選択還元型触媒の劣化を報知してもよい。
【００７６】
以上述べた実施例によれば、選択還元型触媒へ供給される還元剤が過多になったり、あるいは過少になったりする事態を回避しつつ、選択還元型触媒の劣化判定処理を行うことができる。その結果、劣化判定処理の実行に起因した排気エミッションの増加を少なく抑えつつ、選択還元型触媒の劣化を正確に判定することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１     内燃機関
２     排気通路
３     第１触媒ケーシング
４     第２触媒ケーシング
５     還元剤添加弁
６     上流側ＮＯＸセンサ
７     下流側ＮＯＸセンサ
８     排気温度センサ
９     ＥＣＵ
５０   ポンプ
５１   還元剤タンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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