(57)【要約】【課題】本発明は、還元剤供給装置とＮＯｘ触媒（触媒システム）とを備えた排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率に基づいて該排気浄化システムに異常が生じているか否かを診断する異常診断装置が、該排気浄化システムの異常を早期に検出することを目的とする。【解決手段】本発明では、還元剤供給装置と選択還元型ＮＯｘ触媒システムとを有する排気浄化システムの異常診断装置において、第一ＮＯｘ浄化率が所定の第一判定浄化率以下のときは、前記選択還元型ＮＯｘ触媒システムに異常が生じていると診断され、第二ＮＯｘ浄化率が所定の第二判定浄化率以下のときは、前記還元剤供給装置に異常が生じていると診断される。【選択図】図９
2017110574.tif 000002
【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、該排気通路内にアンモニアの前駆体またはアンモニアを還元剤として供給する還元剤供給装置と、
前記還元剤供給装置よりも下流側の排気通路に設けられた第一選択還元型ＮＯｘ触媒と、該第一選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路に設けられた第二選択還元型ＮＯｘ触媒と、を有する前記還元剤によって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒システムと、
を有する排気浄化システムに異常が生じているか否かを診断する排気浄化システムの異常診断装置において、
前記第一選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側の排気通路に設けられ、該第一選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ濃度を取得するＮＯｘ濃度取得部と、
前記第一選択還元型ＮＯｘ触媒と前記第二選択還元型ＮＯｘ触媒との間の排気通路に設けられた第一ＮＯｘセンサと、
前記第二選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路に設けられた第二ＮＯｘセンサと、
前記ＮＯｘ濃度取得部によって取得された前記ＮＯｘ濃度と、前記第一ＮＯｘセンサの検出値と、を用いて算出されるＮＯｘ浄化率を第一ＮＯｘ浄化率とし、前記第一ＮＯｘセンサの検出値と、前記第二ＮＯｘセンサの検出値と、を用いて算出されるＮＯｘ浄化率を第二ＮＯｘ浄化率としたとき、該第一ＮＯｘ浄化率と該第二ＮＯｘ浄化率とを算出するＮＯｘ浄化率算出部と、
前記ＮＯｘ浄化率算出部が算出した前記第一ＮＯｘ浄化率または前記第二ＮＯｘ浄化率に基づき前記排気浄化システムの異常を診断する診断部と、を備え、
前記診断部は、前記ＮＯｘ浄化率算出部によって算出される前記第一ＮＯｘ浄化率が所定の第一判定浄化率以下のときは、前記選択還元型ＮＯｘ触媒システムに異常が生じていると診断し、前記ＮＯｘ浄化率算出部によって算出される前記第二ＮＯｘ浄化率が所定の第二判定浄化率以下のときは、前記還元剤供給装置に異常が生じていると診断する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、内燃機関の排気を浄化する排気浄化システムの異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンモニアを還元剤として内燃機関からの排気中に含まれるＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」と称する場合もある。）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添加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】
また、特許文献１には、排気通路に設けられたＮＯｘ触媒を備えた排気浄化システムの故障診断装置に関する技術が開示されている。この特許文献１に記載の技術では、排気浄化システムが正常であるときの浄化特性と排気浄化システムが故障しているときの浄化特性との中間特性に基づいて、故障診断のための所定の閾値および補正係数が設定される。そして、設定された補正係数により、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ流出量をパラメータとして算出されたＮＯｘ浄化率が補正される。この補正後のＮＯｘ浄化率と所定の閾値とを比較することで、排気浄化システムが故障しているか否かを診断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０１０５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
還元剤供給装置とＮＯｘ触媒（触媒システム）とを備えた排気浄化システムに異常が生じているか否かを、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率（ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量に対するＮＯｘ触媒において還元されるＮＯｘ量の割合）に基づいて診断する従来技術が知られている。このとき、排気浄化システムとして許容範囲内のＮＯｘ浄化率が確保されていない場合には、該排気浄化システムに異常が生じていると診断される。ここで、排気浄化システムの異常とは、例えば、ＮＯｘ触媒における排気中のＮＯｘを還元する能力の低下や、還元剤供給装置における還元剤の供給不良である。そして、この従来技術では、排気浄化システムとして許容範囲内のＮＯｘ浄化率が確保されているか否かによって異常診断を行うため、上記した例示のような排気浄化システムを構成する各構成の異常を検出することは困難である。つまり、従来技術における排気浄化システムの異常診断装置は、該排気浄化システムを構成する各構成に異常が生じている可能性があるにもかかわらず、排気浄化システムとして許容範囲内のＮＯｘ浄化率が確保されている限りは、異常を検出しないことになる。したがって、このような異常診断装置では、排気浄化システムを構成する各構成の異常を検出することが困難であるので、排気浄化システムの実質的な異常を早期に検出することができないことになる。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、還元剤供給装置とＮＯｘ触媒（触媒システム）とを備えた排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率に基づいて該排気浄化システムに異常が生じているか否かを診断する異常診断装置が、該排気浄化システムを構成する各構成の異常を的確に検出することによって、該排気浄化システムの実質的な異常を早期に検出することを目的とする。
【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に係る排気浄化システムの異常診断装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、該排気通路内にアンモニアの前駆体またはアンモニアを還元剤として供給する還元剤供給装置と、前記還元剤供給装置よりも下流側の排気通路に設けられた第一選択還元型ＮＯｘ触媒と、該第一選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路に設けられた第二選択還元型ＮＯｘ触媒と、を有する前記還元剤によって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒システムと、を有する排気浄化システムに異常が生じているか否かを診断する排気浄化システムの異常診断装置において、前記第一選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側の排気通路に設けられ、該第一選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ濃度を取得するＮＯｘ濃度取得部と、前記第一選択還元型ＮＯｘ触媒と前記第二選択還元型ＮＯｘ触媒との間の排気通路に設けられた第一ＮＯｘセンサと、前記第二選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路に設けられた第二ＮＯｘセンサと、を備え、さらに、前記ＮＯｘ濃度取得部によって取得された前記ＮＯｘ濃度と、前記第一ＮＯｘセンサの検出値と、を用いて算出されるＮＯｘ浄化率を第一ＮＯｘ浄化率とし、前記第一ＮＯｘセンサの検出値と、前記第二ＮＯｘセンサの検出値と、を用いて算出されるＮＯｘ浄化率を第二ＮＯｘ浄化率としたとき、該第一ＮＯｘ浄化率と該第二ＮＯｘ浄化率とを算出するＮＯｘ浄化率算出部と、前記ＮＯｘ浄化率算出部が算出した前記第一ＮＯｘ浄化率または前記第二ＮＯｘ浄化率に基づき前記排気浄化システムの異常を診断する診断部と、を備え、前記診断部は、前記ＮＯｘ浄化率算出部によって算出される前記第一ＮＯｘ浄化率が所定の第一判定浄化率以下のときは、前記選択還元型ＮＯｘ触媒システムに異常が生じていると診断し、前記ＮＯｘ浄化率算出部によって算出される前記第二ＮＯｘ浄化率が所定の第二判定浄化率以下のときは、前記還元剤供給装置に異常が生じていると診断する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、還元剤供給装置とＮＯｘ触媒（触媒システム）とを備えた排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率に基づいて該排気浄化システムに異常が生じているか否かを診断する異常診断装置が、該排気浄化システムを構成する各構成の異常を的確に検出でき、該排気浄化システムの実質的な異常を早期に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ＮＯｘ触媒システムに異常が生じている状態における、ＮＯｘ触媒システムでのＮＯｘ浄化性能の特性を説明するための概念図である。
【図３】尿素水添加弁に異常が生じている状態における、ＮＯｘ触媒システムでのＮＯｘ浄化性能の特性を説明するための概念図である。
【図４】ＮＯｘ触媒に吸着するアンモニア量の推定値（推定アンモニア吸着量）とＮＯｘ浄化率との相関を示す概念図である。
【図５】ＮＯｘ触媒の温度である触媒温度とＮＯｘ浄化率との相関を示す概念図である。
【図６】排気流量とＮＯｘ浄化率との相関を示す概念図である。
【図７】本発明の実施例に係るＥＣＵにおける診断判定値算出部の機能を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施例に係るＥＣＵにおける吸着量算出部の機能を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施例に係る排気浄化システムの異常診断フローを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施例に係る、ＮＯｘ触媒システムに対する異常診断を実施することができるか否かを判別するフローを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例に係る、尿素水添加弁に対する異常診断を実施することができるか否かを判別するフロー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】
【００１０】
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、その相対配置等は、特に記載がない限りは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。
【００１１】
（概略構成）
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸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、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式の内燃機関にも適用することができる。
【００１２】
内燃機関１は、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。なお、内燃機関１が火花点火式の内燃機関である場合は、燃料噴射弁３は、吸気ポートへ燃料を噴射するように構成されてもよい。
【００１３】
内燃機関１は吸気通路４と接続されている。吸気通路４には、エアフローメータ４０およびスロットル弁４１が設けられている。エアフローメータ４０は、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。スロットル弁４１は、吸気通路４におけるエアフローメータ４０よりも下流側に配置されている。スロットル弁４１は、吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。
【００１４】
内燃機関１は排気通路５と接続されている。排気通路５には、第一選択還元型ＮＯｘ触媒５１（以下、「第一ＮＯｘ触媒５１」と称する。）、第二選択還元型ＮＯｘ触媒５２（以下、「第二ＮＯｘ触媒５２」と称する。）、および尿素水添加弁５３が設けられている。第二ＮＯｘ触媒５２は、第一ＮＯｘ触媒５１よりも下流側の排気通路５に設けられている。ここで、第一ＮＯｘ触媒５１と第二ＮＯｘ触媒５２とを有するシステムをＮＯｘ触媒システムと称する場合もある。また、尿素水添加弁５３は、第一ＮＯｘ触媒５１よりも上流側の排気通路５に設けられている。尿素水添加弁５３は、排気通路５内を流れる排気中に尿素水を添加する。尿素水添加弁５３から排気中に尿素水が添加されると、該尿素水がＮＯｘ触媒システムに供給される。供給された尿素水は、排気の熱またはＮＯｘ触媒システムからの熱等により加水分解されてアンモニアとなり、ＮＯｘ触媒システムに吸着する。そして、この吸着したアンモニアを還元剤として、排気中のＮＯｘが還元される。なお、尿素水添加弁５３に代えて、アンモニアガスを排気中に添加するアンモニア添加弁を設けてもよい。なお、尿素水添加弁５３よりも上流側の排気通路５には排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタが設けられてもよいし、該フィルタよりも上流側の排気通路５には酸化触媒が設けられても良いし、該酸化触媒よりも上流側の排気通路５には燃料添加弁が設けられても良い。なお、本実施例においては尿素水添加弁５３が、本発明における還元剤供給装置に相当する。
【００１５】
尿素水添加弁５３よりも上流側の排気通路５には、上流側温度センサ５５が設けられている。なお、上述したフィルタが排気通路５に設けられる場合には、上流側温度センサ５５は該フィルタよりも下流側の排気通路５に設けられる。第一ＮＯｘ触媒５１と第二ＮＯｘ触媒５２との間の排気通路５には、第一ＮＯｘセンサ５６が設けられている。第二ＮＯｘ触媒５２よりも下流側の排気通路５には、第二ＮＯｘセンサ５７が設けられている。上流側温度センサ５５は排気の温度に応じた電気信号を出力する。第一ＮＯｘセンサ５６および第二ＮＯｘセンサ５７は排気のＮＯｘ濃度に応じた電気信号を出力する。なお、本実施例においては、第一ＮＯｘセンサ５６が本発明における第一ＮＯｘセンサに、第二ＮＯｘセンサ５７が本発明における第二ＮＯｘセンサに相当する。
【００１６】
そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上記のエアフローメータ４０、上流側温度センサ５５、第一ＮＯｘセンサ５６、および第二ＮＯｘセンサ５７に加え、アクセルポジションセンサ７およびクランクポジションセンサ８等の各種センサが電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ７は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ８は、内燃機関１の機関出力軸（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センサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、上流側温度センサ５５の出力値に基づいて、第一ＮＯｘ触媒５１の温度（以下、「第一触媒温度」と称する場合もある。）および第二ＮＯｘ触媒５２の温度（以下、「第二触媒温度」と称する場合もある。）を推定する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４０の出力値に基づいて、第一ＮＯｘ触媒５１および第二ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の流量（以下、単に「排気流量」と称する場合もある。）を推定する。
【００１７】
また、ＥＣＵ１０には、上記の燃料噴射弁３、スロットル弁４１、および尿素水添加弁５３等の各種機器が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０は、上記のような各センサの出力信号に基づいて、上記の各種機器を制御する。例えば、ＥＣＵ１０は、第一ＮＯｘ触媒５１および第二ＮＯｘ触媒５２でのアンモニア吸着量をそれぞれの所定の目標吸着量に維持または調整すべく、尿素水添加弁５３からの尿素水添加量を制御する。なお、前記所定の目標吸着量は、ＮＯｘ触媒システムにおいて所望のＮＯｘ浄化率を確保でき、且つ、ＮＯｘ触媒システムからのアンモニアの流出量を許容範囲内に抑制することができる値として実験等に基づき予め定められた値である。
【００１８】
（異常診断）
本実施例では、第一ＮＯｘ触媒５１、第二ＮＯｘ触媒５２、および尿素水添加弁５３を一つの排気浄化システム６０とみなして、該排気浄化システム６０に異常が生じているか否かを診断する異常診断が行われる。
【００１９】
本実施例に係る排気浄化システム６０の異常診断装置では、第一ＮＯｘ触媒５１に流入する排気（以下、「第一流入排気」と称する場合もある。）のＮＯｘ濃度が内燃機関１の運転状態に基づいて推定される。または、前記ＮＯｘ濃度はＮＯｘセンサによって検出されてもよい。また、第一ＮＯｘ触媒５１から流出する排気（以下、「第一流出排気」と称する場合もある。）のＮＯｘ濃度が第一ＮＯｘセンサ５６によって検出される。そして、第一流入排気のＮＯｘ濃度の推定値と、第一流出排気のＮＯｘ濃度の検出値と、に基づいてＮＯｘ浄化率が算出される。なお、このように算出されるＮＯｘ浄化率を、「第一ＮＯｘ浄化率」と称するものとする。また、第二ＮＯｘ触媒５２に流入する排気（以下、「第二流入排気」と称する場合もある。）のＮＯｘ濃度が第一ＮＯｘセンサ５６によって検出され、第二ＮＯｘ触媒５２から流出する排気（以下、「第二流出排気」と称する場合もある。）のＮＯｘ濃度が第二ＮＯｘセンサ５７によって検出される。そして、第二流入排気のＮＯｘ濃度の検出値と、第二流出排気のＮＯｘ濃度の検出値と、に基づいてＮＯｘ浄化率が算出される。なお、このように算出されるＮＯｘ浄化率を、「第二ＮＯｘ浄化率」と称するものとする。ここで、本実施例においては、第一流入排気のＮＯｘ濃度を内燃機関１の運転状態に基づいて推定するＥＣＵ１０が、本発明におけるＮＯｘ濃度取得部に相当する。また、ＥＣＵ１０にはＮＯｘ浄化率算出部が予め組み込まれており、該ＮＯｘ浄化率算出部によって第一ＮＯｘ浄化率および第二ＮＯｘ浄化率がそれぞれ算出される。
【００２０】
なお、第一ＮＯｘセンサ５６および第二ＮＯｘセンサ５７は、排気中のＮＯｘ濃度だけでなく排気中のアンモニア濃度も同時に検出することがある。そして、上述した第一ＮＯｘ浄化率および第二ＮＯｘ浄化率の算出においては、排気中のＮＯｘ濃度とアンモニア濃
度とが加算されてそれぞれのＮＯｘ浄化率が算出される可能性もある。一方、本実施例においては、後述するアンモニア吸着量推定モデルによって、第一ＮＯｘ触媒５１に吸着しているアンモニア量の推定値および第二ＮＯｘ触媒５２に吸着しているアンモニア量の推定値がそれぞれ算出される。そして、前記アンモニア量の推定値がそれぞれ算出される過程で、第一ＮＯｘ触媒５１から脱離するアンモニア量および第二ＮＯｘ触媒５２から脱離するアンモニア量がそれぞれ算出される。したがって、第一ＮＯｘ触媒５１から脱離するアンモニア量と排気流量とによって、第一ＮＯｘセンサ５６が検出する可能性がある排気中のアンモニア濃度を推定し、それに基づいて第一ＮＯｘ浄化率を修正してもよい。また、第一ＮＯｘ触媒５１から脱離するアンモニア量と排気流量とによって、第一ＮＯｘセンサ５６が検出する可能性がある排気中のアンモニア濃度を推定し、さらに第二ＮＯｘ触媒５２から脱離するアンモニア量と排気流量とによって、第二ＮＯｘセンサ５７が検出する可能性がある排気中のアンモニア濃度を推定して、それらに基づいて第二ＮＯｘ浄化率を修正してもよい。
【００２１】
そして、第一ＮＯｘ浄化率に基づいてＮＯｘ触媒システムの異常を診断し、また、第二ＮＯｘ浄化率に基づいて尿素水添加弁５３の異常を診断する。つまり、本実施例では、排気浄化システム６０を構成するＮＯｘ触媒システムおよび尿素水添加弁５３の異常をそれぞれ検出することによって、排気浄化システム６０の実質的な異常を検出するものである。このように、第一ＮＯｘ浄化率に基づいてＮＯｘ触媒システムの異常を診断することができ、また、第二ＮＯｘ浄化率に基づいて尿素水添加弁５３の異常を診断することができるのは、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」と称する場合もある。）におけるＮＯｘ浄化性能の特性に基づいている。
【００２２】
第一ＮＯｘ触媒５１と第二ＮＯｘ触媒５２とを有するＮＯｘ触媒システムにおけるＮＯｘ浄化性能の特性について、図２および図３を用いて説明する。図２は、ＮＯｘ触媒システムに異常が生じている状態における、該ＮＯｘ触媒システムでのＮＯｘ浄化性能の特性を説明するための概念図である。図２に示すように、ＮＯｘ触媒システムに異常が生じている状態では、該ＮＯｘ触媒システムの上流側、すなわち第一ＮＯｘ触媒５１において、該ＮＯｘ触媒システムでのＮＯｘ浄化性能が顕著に低下する。これは、例えば熱負荷によりＮＯｘ触媒に異常が生じるような場合では、該ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ浄化性能の異常が上流側の該ＮＯｘ触媒から進行するためである。また、図３は、尿素水添加弁５３に異常が生じている状態における、ＮＯｘ触媒システムでのＮＯｘ浄化性能の特性を説明するための概念図である。図３に示すように、尿素水添加弁５３に異常が生じている状態では、ＮＯｘ触媒システムの下流側、すなわち第二ＮＯｘ触媒５２において、該ＮＯｘ触媒システムでのＮＯｘ浄化性能が顕著に低下する。これは、例えば還元剤供給不良により還元剤の供給量が必要供給量より不足しているような場合では、ＮＯｘ触媒の上流側から還元剤が消費され、該ＮＯｘ触媒の下流側では還元剤が不足するためである。
【００２３】
本発明の発明者は、上述したＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化性能の特性に基づいて鋭意検討を行い、本発明を完成した。すなわち、本発明に係る排気浄化システム６０においては、第一ＮＯｘ触媒５１と、該第一ＮＯｘ触媒５１よりも下流側の排気通路５に設けられた第二ＮＯｘ触媒５２と、を有するＮＯｘ触媒システムが構成され、さらに、排気浄化システム６０の異常診断装置が、第一ＮＯｘ浄化率が所定の第一判定浄化率以下のときには、ＮＯｘ触媒システムに異常が生じていると診断し、第二ＮＯｘ浄化率が所定の第二判定浄化率以下のときには、尿素水添加弁５３に異常が生じていると診断することによって、排気浄化システム６０を構成する各構成の異常を的確に検出できる。その結果、排気浄化システム６０の異常診断装置が排気浄化システム６０の異常を早期に検出することができることを、本発明の発明者は知見し、本発明を完成した。
【００２４】
つまり、本実施例に係る排気浄化システム６０の異常診断装置では、第一ＮＯｘ浄化率
が所定の第一判定浄化率以下のとき、または、第二ＮＯｘ浄化率が所定の第二判定浄化率以下のときは排気浄化システム６０に異常が生じていると診断される。ここで、所定の第一判定浄化率は、第一ＮＯｘ浄化率が該第一判定浄化率以下にまで低下した場合に、ＮＯｘ触媒システムの異常によって排気浄化システム６０に異常が生じていると診断すべき閾値として設定される値である。また、所定の第二判定浄化率は、第二ＮＯｘ浄化率が該第二判定浄化率以下にまで低下した場合に、尿素水添加弁５３の異常によって排気浄化システム６０に異常が生じていると診断すべき閾値として設定される値である。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０が、本発明における診断部に相当する。
【００２５】
ここで、所定の第一判定浄化率および所定の第二判定浄化率は、所定の設定パラメータに基づいて、それぞれ設定される。これら判定浄化率は、実験またはシミュレーション等に基づいて予め設定されたマップまたは関数に基づいて算出されてもよい。また、本実施例においては、後述するアンモニア吸着量推定モデルによって、第一ＮＯｘ触媒５１に吸着しているアンモニア量の推定値および第二ＮＯｘ触媒５２に吸着しているアンモニア量の推定値がそれぞれ算出される。そして、前記アンモニア量の推定値がそれぞれ算出される過程で、第一ＮＯｘ触媒５１において発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率の推定値および第二ＮＯｘ触媒５２において発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率の推定値がそれぞれ算出される。したがって、前記第一判定浄化率が、第一ＮＯｘ触媒５１における前記ＮＯｘ浄化率の推定値に基づいて算出されてもよいし、前記第二判定浄化率が、第二ＮＯｘ触媒５２における前記ＮＯｘ浄化率の推定値に基づいて算出されてもよい。なお、これら判定浄化率の算出方法はこれらに限らず、周知の技術を用いることもできる。
【００２６】
さらに、本実施例においては、後述する異常診断フローにおいて説明するように、排気浄化システム６０の異常診断装置が、排気浄化システム６０の異常を正確に診断することができないと判断される場合には、該異常診断装置による排気浄化システム６０の異常診断は実施されない。ここで、排気浄化システム６０の異常を正確に診断することができない場合とは、仮にＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化機能が異常な状態になったとしても、該ＮＯｘ浄化機能が正常な状態と、ＮＯｘ浄化性能において差異が小さい場合である。このような場合には、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化機能が異常な状態であっても、排気中のＮＯｘを浄化するのに必要なＮＯｘ浄化性能が確保され得るからである。
【００２７】
ここで、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ浄化機能が正常な場合の該ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ浄化機能が異常な場合の該ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率と、の比較について概念図を用いて説明する。図４は、ＮＯｘ触媒に吸着するアンモニア量の推定値（推定アンモニア吸着量）とＮＯｘ浄化率との相関を示す概念図である。図４に示すように、推定アンモニア吸着量が十分に多い状態では、ＮＯｘ触媒における正常時のＮＯｘ浄化率と異常時のＮＯｘ浄化率との差異が小さくなる。これは、排気中のＮＯｘを浄化するための反応場が十分に多い状態となっており、ＮＯｘ浄化機能が異常な状態であっても排気中のＮＯｘを浄化するのに必要なＮＯｘ浄化性能が確保され得るからである。一方で、推定アンモニア吸着量がある程度少ない状態では、ＮＯｘ触媒における正常時のＮＯｘ浄化率と異常時のＮＯｘ浄化率との差異が大きくなる。そして、推定アンモニア吸着量が十分に多い状態において、排気浄化システム６０の異常診断が実施され難くなる。また、図５は、ＮＯｘ触媒の温度である触媒温度とＮＯｘ浄化率との相関を示す概念図である。図５に示すように、触媒温度が所定の温度範囲外の場合には、ＮＯｘ触媒における正常時のＮＯｘ浄化率と異常時のＮＯｘ浄化率との差異が小さくなる。これは、触媒温度が触媒活性温度より低い場合には、ＮＯｘ浄化機能が正常な状態であっても排気中のＮＯｘを浄化するのに必要なＮＯｘ浄化性能が確保され難く、また、触媒温度が所定の温度範囲より高く、且つＮＯｘ触媒に過度な熱負荷を与える温度より低い場合には、ＮＯｘ触媒が十分に活性化し排気中のＮＯｘの浄化が促進される状態となっており、ＮＯｘ浄化機能が異常な状態であっても排気中のＮＯｘを浄化するのに必要なＮＯｘ浄化性能が確保
され得るからである。一方で、触媒温度が所定の温度範囲内の場合には、ＮＯｘ触媒における正常時のＮＯｘ浄化率と異常時のＮＯｘ浄化率との差異が大きくなる。そして、触媒温度が所定の温度範囲外の場合において、排気浄化システム６０の異常診断が実施され難くなる。また、図６は、排気流量とＮＯｘ浄化率との相関を示す概念図である。図６に示すように、排気流量が少ない状態では、ＮＯｘ触媒における正常時のＮＯｘ浄化率と異常時のＮＯｘ浄化率との差異が小さくなる。これは、排気中のＮＯｘを浄化するための時間が十分に長く確保されている状態となっており、ＮＯｘ浄化機能が異常な状態であっても排気中のＮＯｘを浄化するのに必要なＮＯｘ浄化性能が確保され得るからである。一方で、排気流量が多い状態では、ＮＯｘ触媒における正常時のＮＯｘ浄化率と異常時のＮＯｘ浄化率との差異が大きくなる。そして、排気流量が少ない状態において、排気浄化システム６０の異常診断が実施され難くなる。なお、後述する異常診断フローでの、排気浄化システム６０の異常診断を実施するか否かの判別においては、上述したような概念が複合的に反映されるものとする。
【００２８】
そして、排気浄化システム６０の異常を正確に診断することができるか否かについては、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると仮定した場合の、該ＮＯｘ触媒において発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率の推定値から、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化機能が異常な状態であると仮定した場合の、該ＮＯｘ触媒において発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率の推定値を減算することによって得られる差分値に基づいて判断される。より詳しくは、後述する異常診断フローにおいて説明するように、この差分値と、排気浄化システム６０の異常診断を実施するか否かを判別する判定閾値と、を比較し、該差分値が該判定閾値より小さいときは、排気浄化システム６０の異常診断は実施されない。このように排気浄化システム６０の異常を正確に診断することができるか否かについて判断することによって、排気浄化システム６０の異常診断を精度良く実施することができる。
【００２９】
また、前記差分値は、第一ＮＯｘ触媒５１および第二ＮＯｘ触媒５２のそれぞれにおいて、ＥＣＵ１０に予め組み込まれている診断判定値算出部によって算出される。ここで、これら差分値は、第一ＮＯｘ触媒５１におけるＮＯｘ触媒システムに対する異常診断を実施することができるか否かの判定値（以下、「第一診断判定値」と称する場合もある。）、および、第二ＮＯｘ触媒５２における尿素水添加弁５３に対する異常診断を実施することができるか否かの判定値（以下、「第二診断判定値」と称する場合もある。）としてそれぞれが定義されるものとする。図７は、ＥＣＵ１０における診断判定値算出部の機能を示すブロック図である。診断判定値算出部１２０は、第一診断判定値および第二診断判定値を算出するための機能部であり、ＥＣＵ１０において所定のプログラムが実行されることによって実現される。
【００３０】
診断判定値算出部１２０の機能について、第一診断判定値の算出手法を例にして、以下に説明する。ここで、以下の説明において、第一ＮＯｘ触媒５１におけるＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると仮定した場合と、異常な状態であると仮定した場合と、について該第一ＮＯｘ触媒５１において発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率に基づいて、第一診断判定値を設定するのは、上述したようにＮＯｘ触媒システムでのＮＯｘ浄化性能の異常が上流側の該ＮＯｘ触媒システムから進行するためである。
【００３１】
診断判定値算出部１２０においては、第一ＮＯｘ触媒５１におけるＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると仮定した場合の、該第一ＮＯｘ触媒５１において発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率の推定値（以下、「正常時第一推定ＮＯｘ浄化率」と称する場合もある。）と、所定の修正値と、に基づいて、修正された正常時第一推定ＮＯｘ浄化率（以下、「正常時第一推定修正ＮＯｘ浄化率」と称する場合もある。）が算出される。また、第一ＮＯｘ触媒５１におけるＮＯｘ浄化機能が異常な状態であると仮定した場合の、該第一ＮＯ
ｘ触媒５１において発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率の推定値（以下、「異常時第一推定ＮＯｘ浄化率」と称する場合もある。）と、所定の修正値と、に基づいて、修正された異常時第一推定ＮＯｘ浄化率（以下、「異常時第一推定修正ＮＯｘ浄化率」と称する場合もある。）が算出される。そして、正常時第一推定修正ＮＯｘ浄化率から異常時第一推定修正ＮＯｘ浄化率を減算することによって得られる差分値が、第一診断判定値として算出される。なお、算出された前記診断判定値は、所定の定数によって修正されてもよい。また、正常時第一推定ＮＯｘ浄化率および異常時第一推定ＮＯｘ浄化率は、後述するアンモニア吸着量推定モデルによって、それぞれ算出される。このアンモニア吸着量推定モデルでは、第一ＮＯｘ触媒５１において発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率の推定値が、該ＮＯｘ浄化率の推定値と、該ＮＯｘ浄化率の推定値と相関がある所定のパラメータと、の相関関係に基づいて算出される。このとき、正常時第一推定ＮＯｘ浄化率は、第一ＮＯｘ触媒５１におけるＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると仮定した場合の前記相関関係に基づいて算出されるものとし、異常時第一推定ＮＯｘ浄化率は、第一ＮＯｘ触媒５１におけるＮＯｘ浄化機能が異常な状態であると仮定した場合の前記相関関係に基づいて算出されるものとする。なお、本実施例に係る、アンモニア吸着量推定モデルでの正常時第一推定ＮＯｘ浄化率および異常時第一推定ＮＯｘ浄化率の算出手法の詳細については後述する。
【００３２】
診断判定値算出部１２０の機能について、より詳しくは、正常時修正浄化率算出部１２１において、入力された正常時第一推定ＮＯｘ浄化率に対して、該推定ＮＯｘ浄化率に影響を及ぼす所定のパラメータの値のばらつき（例えば各種センサにおける検出誤差等）の影響を反映するために、該推定ＮＯｘ浄化率が所定の修正値によって修正される。ここで、正常時修正浄化率算出部１２１においては、算出される正常時第一推定修正ＮＯｘ浄化率が正常時第一推定ＮＯｘ浄化率よりも小さくなるように修正される。また、異常時修正浄化率算出部１２２においても同様に、入力された異常時第一推定ＮＯｘ浄化率が所定の修正値によって修正される。ただし、異常時修正浄化率算出部１２２においては、算出される異常時第一推定修正ＮＯｘ浄化率が異常時第一推定ＮＯｘ浄化率よりも大きくなるように修正される。その結果、第一診断判定値が、これら推定ＮＯｘ浄化率を修正しないときよりも、小さな値に算出されることになるので、後述する異常診断を実施するか否かの判別をより精度良く行うことができる。また、所定の修正値は、正常時修正浄化率算出部１２１および異常時修正浄化率算出部１２２に対して、同じ値が入力されてもよいし、それぞれに対して所定の値が入力されても良い。さらに、所定の修正値は、実験等に基づき予め設定されてもよいし、前記所定のパラメータの値のばらつき度合い等が予めマップ化され該マップに応じて設定されてもよいし、内燃機関１の運転状態に応じて算出されてもよい。
【００３３】
また、第二診断判定値については、診断判定値算出部１２０において、以下のとおりに算出される。ここで、以下の説明において、第二ＮＯｘ触媒５２におけるＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると仮定した場合と、異常な状態であると仮定した場合と、について該第二ＮＯｘ触媒５２において発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率に基づいて、第二診断判定値を設定するのは、上述したように尿素水添加弁５３に異常が生じている状態ではＮＯｘ触媒システムの下流側でＮＯｘ浄化性能が顕著に低下するためである。
【００３４】
第二ＮＯｘ触媒５２におけるＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると仮定した場合の、該第二ＮＯｘ触媒５２において発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率の推定値（以下、「正常時第二推定ＮＯｘ浄化率」と称する場合もある。）と、所定の修正値と、に基づいて、修正された正常時第二推定ＮＯｘ浄化率（以下、「正常時第二推定修正ＮＯｘ浄化率」と称する場合もある。）が算出され、第二ＮＯｘ触媒５２におけるＮＯｘ浄化機能が異常な状態であると仮定した場合の、該第二ＮＯｘ触媒５２において発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率の推定値（以下、「異常時第二推定ＮＯｘ浄化率」と称する場合もある。）と
、所定の修正値と、に基づいて、修正された異常時第二推定ＮＯｘ浄化率（以下、「異常時第二推定修正ＮＯｘ浄化率」と称する場合もある。）が算出される。そして、正常時第二推定修正ＮＯｘ浄化率から異常時第二推定修正ＮＯｘ浄化率を減算することによって得られる差分値が、第二診断判定値として算出される。なお、算出された前記診断判定値は、所定の定数によって修正されてもよい。そして、正常時第二推定ＮＯｘ浄化率は、後述するアンモニア吸着量推定モデルによって、正常時第一推定ＮＯｘ浄化率と同様にして算出される。また、異常時第二推定ＮＯｘ浄化率は、後述するアンモニア吸着量推定モデルによって算出される。そして、異常時第二推定ＮＯｘ浄化率が算出される際には、尿素水添加弁５３に異常が生じている状態を模擬するために、該アンモニア吸着量推定モデルに入力される第二ＮＯｘ触媒５２に供給されるアンモニア量に対して所定の補正係数が乗算される。そして、このように処理されるアンモニア吸着量推定モデルによって、異常時第二推定ＮＯｘ浄化率が算出される。なお、本実施例に係る、アンモニア吸着量推定モデルでの異常時第二推定ＮＯｘ浄化率の算出手法の詳細については後述する。
【００３５】
（推定ＮＯｘ浄化率の算出）
本実施例においては、ＥＣＵ１０によって、第一ＮＯｘ触媒５１に吸着しているアンモニア量の推定値（以下、「第一アンモニア吸着量」と称する場合もある。）、および第二ＮＯｘ触媒５２に吸着しているアンモニア量の推定値（以下、「第二アンモニア吸着量」と称する場合もある。）が、アンモニア吸着量推定モデルにしたがって、それぞれのＮＯｘ触媒についてそれぞれの所定の演算周期で繰り返し算出される。そして、このアンモニア吸着量推定モデルの中で、現時点において第一ＮＯｘ触媒５１において発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率（以下、「第一推定ＮＯｘ浄化率」と称する場合もある。）、および現時点において第二ＮＯｘ触媒５２において発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率（以下、「第二推定ＮＯｘ浄化率」と称する場合もある。）が、それぞれのＮＯｘ触媒に対してそれぞれの所定の演算時刻毎に算出される。ここで、ＥＣＵ１０には、アンモニア吸着量推定モデルが吸着量算出部として予め組み込まれている。
【００３６】
図８は、ＥＣＵ１０における吸着量算出部の機能を示すブロック図である。吸着量算出部１３０は、第一ＮＯｘ触媒５１での第一アンモニア吸着量および第二ＮＯｘ触媒５２での第二アンモニア吸着量をそれぞれ算出するための機能部であり、ＥＣＵ１０においてそれぞれのＮＯｘ触媒に対して所定のプログラムが実行されることによって実現される。
【００３７】
吸着量算出部１３０の機能について、第一ＮＯｘ触媒５１での第一アンモニア吸着量の算出手法を例にして、以下に説明する。
【００３８】
吸着量算出部１３０においては、第一ＮＯｘ触媒５１に供給されるアンモニア量であるアンモニア供給量（以下、「第一アンモニア供給量」と称する場合もある。）と、第一ＮＯｘ触媒５１におけるＮＯｘの還元に消費されるアンモニア量であるアンモニア消費量（以下、「第一アンモニア消費量」と称する場合もある。）と、第一ＮＯｘ触媒５１から脱離するアンモニア量であるアンモニア脱離量（以下、「第一アンモニア脱離量」と称する場合もある。）とを積算することで現在の第一アンモニア吸着量が算出される。詳細には、吸着量算出部１３０は、消費量算出部１３１と脱離量算出部１３２とを有する。消費量算出部１３１は、第一アンモニア吸着量の演算周期に応じた第一所定期間中に第一ＮＯｘ触媒５１におけるＮＯｘの還元に消費されるアンモニア量を第一アンモニア消費量として算出する。脱離量算出部１３２は、第一所定期間中に第一ＮＯｘ触媒５１から脱離するアンモニア量を第一アンモニア脱離量として算出する。また、吸着量算出部１３０では、第一所定期間中に第一ＮＯｘ触媒５１に供給されるアンモニア量が第一アンモニア供給量として推定される。上述したように、第一ＮＯｘ触媒５１に供給されるアンモニアは、尿素水添加弁５３から添加された尿素水に含まれる尿素が加水分解することで生成されたものである。そのため、第一アンモニア供給量は、第一所定期間中に尿素水添加弁５３から添
加された尿素水量に基づいて推定することができる。
【００３９】
消費量算出部１３１には、第一ＮＯｘ触媒５１に流入する排気のＮＯｘ濃度（以下、「第一流入ＮＯｘ濃度」と称する場合もある。）、排気流量、第一触媒温度、および、前回の演算で算出された第一ＮＯｘ触媒５１での第一アンモニア吸着量（以下、「第一吸着量前回値」と称する場合もある。）が入力される。第一流入ＮＯｘ濃度は、内燃機関１の運転状態に基づいて推定される。さらに、消費量算出部１３１では、第一流入ＮＯｘ濃度と排気流量とに基づいて、第一所定期間中に第一ＮＯｘ触媒５１に流入するＮＯｘ量（以下、「第一流入ＮＯｘ量」と称する場合もある。）が算出される。また、第一ＮＯｘ触媒５１でのＮＯｘ浄化率は、排気流量、第一触媒温度、第一流入ＮＯｘ量、および、該第一ＮＯｘ触媒５１での第一アンモニア吸着量と相関がある。したがって、これらの相関関係（以下、「推定ＮＯｘ浄化率の相関関係」と称する場合もある。）を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とで、第一推定ＮＯｘ浄化率を算出することができる。これらの関係は予めマップ化されていてもよい。そこで、消費量算出部１３１では、これらの相関関係を踏まえて、排気流量、第一触媒温度、第一流入ＮＯｘ量、および第一吸着量前回値に基づいて、第一推定ＮＯｘ浄化率が算出される。そして、算出された第一推定ＮＯｘ浄化率および第一流入ＮＯｘ量に基づいて、第一アンモニア消費量が算出される。
【００４０】
一方、脱離量算出部１３２には、第一触媒温度、および、第一吸着量前回値が入力される。第一ＮＯｘ触媒５１での第一アンモニア吸着量が同一であれば、第一触媒温度が高いほど第一アンモニア脱離量が多くなる。また、第一触媒温度が同一であれば、第一ＮＯｘ触媒５１での第一アンモニア吸着量が多いほど第一アンモニア脱離量が多くなる。これらの相関関係（以下、「アンモニア脱離量の相関関係」と称する場合もある。）を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とで、第一アンモニア脱離量を算出することができる。これらの関係は予めマップ化されていてもよい。そこで、脱離量算出部１３２では、これらの相関関係を踏まえて、第一触媒温度と第一吸着量前回値とに基づいて、第一アンモニア脱離量が算出される。
【００４１】
そして、吸着量算出部１３０においては、第一吸着量前回値に対し、増加分である第一アンモニア供給量を加算するとともに、減少分である第一アンモニア消費量および第一アンモニア脱離量を減算することで、今回の第一ＮＯｘ触媒５１での第一アンモニア吸着量が算出される。また、吸着量算出部１３０において第一アンモニア吸着量が算出される過程で、消費量算出部１３１において第一ＮＯｘ触媒５１での第一推定ＮＯｘ浄化率が算出される。
【００４２】
なお、第二ＮＯｘ触媒５２での第二アンモニア吸着量については、吸着量算出部１３０によって、第二アンモニア吸着量の演算周期に応じた第二所定期間において、前回の演算で算出された第二ＮＯｘ触媒５２での第二アンモニア吸着量（以下、「第二吸着量前回値」と称する場合もある。）に対し、増加分である第二ＮＯｘ触媒５２に供給されるアンモニア量を加算するとともに、減少分である第二ＮＯｘ触媒５２におけるＮＯｘの還元に消費されるアンモニア量であるアンモニア消費量（以下、「第二アンモニア消費量」と称する場合もある。）および第二ＮＯｘ触媒５２から脱離するアンモニア量であるアンモニア脱離量（以下、「第二アンモニア脱離量」と称する場合もある。）を減算することで、今回の第二ＮＯｘ触媒５２での第二アンモニア吸着量が算出される。ここで、第二所定期間において第二ＮＯｘ触媒５２に供給されるアンモニア量には、第一所定期間における第一アンモニア脱離量が入力される。そして、この第二ＮＯｘ触媒５２に供給されるアンモニア量を第二アンモニア供給量と称することもある。また、吸着量算出部１３０において第二アンモニア吸着量が算出される過程で、消費量算出部１３１において第二ＮＯｘ触媒５２での第二推定ＮＯｘ浄化率が算出される。
【００４３】
ここで、吸着量算出部１３０において第二ＮＯｘ触媒５２での第二アンモニア吸着量が算出される場合における、吸着量算出部１３０、消費量算出部１３１、および脱離量算出部１３２の働きは、第一ＮＯｘ触媒５１での第一アンモニア吸着量を算出する場合における、これら機能部の働きと同様である。ただし、第二ＮＯｘ触媒５２での第二アンモニア吸着量が算出される場合には、第二アンモニア吸着量算出のための所定のパラメータ（ＮＯｘ濃度、排気流量、第二触媒温度等）が入力される。また、第二所定期間中に第二ＮＯｘ触媒５２に流入するＮＯｘ量は、第一所定期間における第一流入ＮＯｘ量と第一推定ＮＯｘ浄化率とに基づいて算出され、第二ＮＯｘ触媒５２に流入するＮＯｘ濃度は、このようにして算出された第二ＮＯｘ触媒５２に流入するＮＯｘ量と排気流量とに基づいて算出される。
【００４４】
なお、上述したように、アンモニア吸着量推定モデル、すなわち吸着量算出部１３０において正常時第一推定ＮＯｘ浄化率、異常時第一推定ＮＯｘ浄化率、正常時第二推定ＮＯｘ浄化率、および異常時第二推定ＮＯｘ浄化率が算出される。ここで、正常時第一推定ＮＯｘ浄化率は、第一ＮＯｘ触媒５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態における、アンモニア脱離量の相関関係および推定ＮＯｘ浄化率の相関関係のそれぞれに基づいて算出された第一推定ＮＯｘ浄化率である。一方、異常時第一推定ＮＯｘ浄化率は、第一ＮＯｘ触媒５１のＮＯｘ浄化機能が異常な状態における、アンモニア脱離量の相関関係および推定ＮＯｘ浄化率の相関関係のそれぞれに基づいて算出された第一推定ＮＯｘ浄化率である。また、正常時第二推定ＮＯｘ浄化率は、第二ＮＯｘ触媒５２のＮＯｘ浄化機能が正常な状態における、アンモニア脱離量の相関関係および推定ＮＯｘ浄化率の相関関係のそれぞれに基づいて算出された第二推定ＮＯｘ浄化率である。一方、異常時第二推定ＮＯｘ浄化率は、吸着量算出部１３０で第二アンモニア吸着量が算出される過程において、尿素水添加弁５３に異常が生じている状態を模擬するために、第二アンモニア供給量に対して所定の補正係数が乗算されて、該第二アンモニア吸着量が算出される中で推定される第二推定ＮＯｘ浄化率である。なお、アンモニア脱離量の相関関係および推定ＮＯｘ浄化率の相関関係は、第二ＮＯｘ触媒５２のＮＯｘ浄化機能が正常な状態におけるこれら相関関係が用いられるものとする。また、本実施例においては、尿素水添加弁５３の異常として、例えば尿素水添加弁５３から添加される尿素水の供給不良によりＮＯｘの還元に用いられるアンモニアの供給量がＮＯｘ浄化のために必要な供給量より不足しているような場合を想定するので、前記補正係数は０より大きくて１より小さい所定の値に設定される。なお、第一ＮＯｘ触媒５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態における、アンモニア脱離量の相関関係および推定ＮＯｘ浄化率の相関関係、および第一ＮＯｘ触媒５１のＮＯｘ浄化機能が異常な状態における、アンモニア脱離量の相関関係および推定ＮＯｘ浄化率の相関関係は予め実験またはシミュレーション等により取得され、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。また、第二ＮＯｘ触媒５２のＮＯｘ浄化機能が正常な状態における、アンモニア脱離量の相関関係および推定ＮＯｘ浄化率の相関関係、および第二ＮＯｘ触媒５２のＮＯｘ浄化機能が異常な状態における、アンモニア脱離量の相関関係および推定ＮＯｘ浄化率の相関関係は予め実験またはシミュレーション等により取得され、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。
【００４５】
（異常診断フロー）
本実施例に係る排気浄化システム６０の異常診断フローについて図９に基づいて説明する。図９は、本実施例に係る排気浄化システム６０の異常診断フローを示すフローチャートである。本実施例では、本フローにしたがって、ＥＣＵ１０によって、排気浄化システム６０の異常診断が、内燃機関１の運転中に実行される。ここで、第一ＮＯｘセンサ５６および第二ＮＯｘセンサ５７が正常であるか否かの診断は、本フローとは異なるフローにしたがってＥＣＵ１０によって行われており、その診断結果がＥＣＵ１０に記憶されている。また、例えば尿素水添加弁５３の故障や、尿素水添加弁５３とＥＣＵ１０との電気的な接続の遮断等によって、尿素水添加弁５３からＮＯｘ触媒への尿素水の供給が完全に停止してしまうような状態の検出が、本フローとは異なるフローにしたがってＥＣＵ１０に
よって行われており、該状態が検出された場合には本フローによる異常診断は実行されない。
【００４６】
本フローでは、先ずＳ１０１において、ＮＯｘ触媒システムの仮正常フラグＮｆ１および尿素水添加弁５３の仮正常フラグＮｆ２が０に設定される。ＮＯｘ触媒システムの仮正常フラグＮｆ１および尿素水添加弁５３の仮正常フラグＮｆ２は、本実施例に係る排気浄化システム６０を構成するＮＯｘ触媒システムおよび尿素水添加弁５３について、これら構成が仮正常判定される際に１に設定される仮正常判定フラグである。
【００４７】
次に、Ｓ１０２において、ＮＯｘ触媒システムの仮正常フラグＮｆ１が０であるか否かが判別される。ＮＯｘ触媒システムの仮正常フラグＮｆ１が０であると判定された場合には、以下のフローが実行される。
【００４８】
Ｓ１０３において、第一ＮＯｘ触媒５１におけるＮＯｘ触媒システムに対する異常診断を実施することができるか否かの判別が行われる。Ｓ１０３で実行される処理のフローについて図１０に基づいて説明する。図１０は、Ｓ１０３で実行される処理のフローを示すフローチャートである。図１０に示すフローでは、Ｓ１３１において、上述したアンモニア吸着量推定モデルに基づいて、正常時第一推定ＮＯｘ浄化率Ｒｆｅｎ１および異常時第一推定ＮＯｘ浄化率Ｒｆｅａ１がそれぞれ算出される。なお、第一ＮＯｘ触媒５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態および異常な状態における、アンモニア脱離量の相関関係および推定ＮＯｘ浄化率の相関関係が、マップまたは関数として予めＥＣＵ１０のＲＯＭにそれぞれ記憶されている。そして、上述した吸着量算出部１３０における消費量算出部１３１によって、正常時第一推定ＮＯｘ浄化率Ｒｆｅｎ１および異常時第一推定ＮＯｘ浄化率Ｒｆｅａ１がそれぞれ算出される。次に、Ｓ１３２において、正常時第一推定ＮＯｘ浄化率Ｒｆｅｎ１と所定の修正値とに基づいて正常時第一推定修正ＮＯｘ浄化率Ｒｆｍｅｎ１が算出され、異常時第一推定ＮＯｘ浄化率Ｒｆｅａ１と所定の修正値とに基づいて異常時第一推定修正ＮＯｘ浄化率Ｒｆｍｅａ１が算出される。なお、Ｓ１３２の処理は、正常時修正浄化率算出部１２１および異常時修正浄化率算出部１２２によって実行される。また、これら算出部に入力される所定の修正値は、上述したように、正常時第一推定ＮＯｘ浄化率Ｒｆｅｎ１および異常時第一推定ＮＯｘ浄化率Ｒｆｅａ１のそれぞれの算出に影響を及ぼす所定のパラメータの値のばらつきの影響を、該推定ＮＯｘ浄化率に対してそれぞれ反映するための修正値であり、予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。または、これら修正値を算出するためのマップまたは関数が、予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。そして、Ｓ１３３において、正常時第一推定修正ＮＯｘ浄化率Ｒｆｍｅｎ１から異常時第一推定修正ＮＯｘ浄化率Ｒｆｍｅａ１を減算することによって、第一診断判定値Ｖｄ１が算出される。なお、算出された第一診断判定値Ｖｄ１は、所定の定数によって修正されてもよい。ここで、Ｓ１３３の処理は、診断判定値算出部１２０によって実行される。次に、Ｓ１３４において、Ｓ１３３で算出された第一診断判定値Ｖｄ１が第一診断判定閾値Ｖｄｆ１以上であるか否かが判別される。なお、第一診断判定閾値Ｖｄｆ１は、第一診断判定値Ｖｄ１が該第一診断判定閾値Ｖｄｆ１より小さくなる場合には、ＮＯｘ触媒システムに異常が生じているか否かを正確に診断することができない閾値として設定される値である。そして、この第一診断判定閾値Ｖｄｆ１は、予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。なお、Ｓ１３４において肯定判定された場合には、ＥＣＵ１０はＳ１０４の処理へ進み、否定判定された場合には、ＥＣＵ１０はＳ１０８の処理へ進む。
【００４９】
Ｓ１０３において、第一ＮＯｘ触媒５１におけるＮＯｘ触媒システムに対する異常診断を実施することができるか否かの判別が行われ、ＮＯｘ触媒システムに対する異常診断を実施することができると判定された場合には、次にＳ１０４において、第一ＮＯｘ触媒５１での第一ＮＯｘ浄化率Ｒｆ１が算出される。ここでは、上述したように、第一流入排気のＮＯｘ濃度の推定値と、第一流出排気のＮＯｘ濃度の検出値と、に基づいて第一ＮＯｘ
浄化率Ｒｆ１が算出される。そして、Ｓ１０５において、Ｓ１０４で算出された第一ＮＯｘ浄化率Ｒｆ１が第一判定浄化率Ｒｆｔｈ１より大きいか否かが判別される。なお、この第一判定浄化率Ｒｆｔｈ１は、上述した様々な手法によって算出することができ、その値がＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶される。ここで、第一判定浄化率Ｒｆｔｈ１は、例えば、本異常診断フローが実行される時期と同一時期において算出される。または、第一判定浄化率Ｒｆｔｈ１は、本フローが実行される時期と異なる時期において算出されてもよい。
【００５０】
そして、Ｓ１０５において肯定判定された場合には、次にＳ１０６において、ＮＯｘ触媒システムの仮正常フラグＮｆ１が１に設定される。つまり、ＮＯｘ触媒システムが仮正常判定される。一方、Ｓ１０５において否定判定された場合、すなわち、第一ＮＯｘ浄化率Ｒｆ１が第一判定浄化率Ｒｆｔｈ１以下の場合、次にＳ１０７において、ＮＯｘ触媒システムに異常が生じていると診断される。ここで、Ｓ１０７においてＮＯｘ触媒システムに異常が生じていると診断された場合、排気浄化システム６０の異常診断フローの実行が終了される。
【００５１】
また、Ｓ１０２において否定判定された場合、すなわち、ＮＯｘ触媒システムの仮正常フラグＮｆ１が０ではない場合、上述したＳ１０３からＳ１０７の処理は行われない。
【００５２】
次に、Ｓ１０８において、尿素水添加弁５３の仮正常フラグＮｆ２が０であるか否かが判別される。尿素水添加弁５３の仮正常フラグＮｆ２が０であると判定された場合には、Ｓ１０３からＳ１０７の処理と同様にして、Ｓ１０９からＳ１１３の処理が実行される。
【００５３】
Ｓ１０９において、第二ＮＯｘ触媒５２における尿素水添加弁５３に対する異常診断を実施することができるか否かの判別が行われる。Ｓ１０９で実行される処理のフローについて図１１に基づいて説明する。図１１は、Ｓ１０９で実行される処理のフローを示すフローチャートである。図１１に示すフローでは、Ｓ１９１において、正常時第二推定ＮＯｘ浄化率Ｒｆｅｎ２および異常時第二推定ＮＯｘ浄化率Ｒｆｅａ２が算出される。なお、第二ＮＯｘ触媒５２のＮＯｘ浄化機能が正常な状態および異常な状態における、アンモニア脱離量の相関関係および推定ＮＯｘ浄化率の相関関係が、マップまたは関数として予めＥＣＵ１０のＲＯＭにそれぞれ記憶されている。次に、Ｓ１９２において、正常時第二推定修正ＮＯｘ浄化率Ｒｆｍｅｎ２および異常時第二推定修正ＮＯｘ浄化率Ｒｆｍｅａ２がそれぞれ算出される。そして、Ｓ１９３において、第二診断判定値Ｖｄ２が算出される。なお、算出された第二診断判定値Ｖｄ２は、所定の定数によって修正されてもよい。次に、Ｓ１９４において、Ｓ１９３で算出された第二診断判定値Ｖｄ２が第二診断判定閾値Ｖｄｆ２以上であるか否かが判別される。なお、第二診断判定閾値Ｖｄｆ２は、第二診断判定値Ｖｄ２が該第二診断判定閾値Ｖｄｆ２より小さくなる場合には、尿素水添加弁５３に異常が生じているか否かを正確に診断することができない閾値として設定される値である。そして、この第二診断判定閾値Ｖｄｆ２は、予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。なお、Ｓ１９４において肯定判定された場合には、ＥＣＵ１０はＳ１１０の処理へ進み、否定判定された場合には、ＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ進む。
【００５４】
Ｓ１０９において、第二ＮＯｘ触媒５２における尿素水添加弁５３に対する異常診断を実施することができるか否かの判別が行われ、尿素水添加弁５３に対する異常診断を実施することができると判定された場合には、次にＳ１１０において、第二ＮＯｘ触媒５２での第二ＮＯｘ浄化率Ｒｆ２が算出される。ここでは、上述したように、第二流入排気のＮＯｘ濃度の検出値と、第二流出排気のＮＯｘ濃度の検出値と、に基づいて第二ＮＯｘ浄化率Ｒｆ２が算出される。そして、Ｓ１１１において、Ｓ１１０で算出された第二ＮＯｘ浄化率Ｒｆ２が第二判定浄化率Ｒｆｔｈ２より大きいか否かが判別される。なお、この第二判定浄化率Ｒｆｔｈ２は、上述した様々な手法によって算出することができ、その値がＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶される。ここで、第二判定浄化率Ｒｆｔｈ２は、例えば、本異常
診断フローが実行される時期と同一時期において算出される。または、第二判定浄化率Ｒｆｔｈ２は、本フローが実行される時期と異なる時期において算出されてもよい。
【００５５】
そして、Ｓ１１１において肯定判定された場合には、次にＳ１１２において、尿素水添加弁５３の仮正常フラグＮｆ２が１に設定される。つまり、尿素水添加弁５３が仮正常判定される。一方、Ｓ１１１において否定判定された場合、すなわち、第二ＮＯｘ浄化率Ｒｆ２が第二判定浄化率Ｒｆｔｈ２以下の場合、次にＳ１１３において、尿素水添加弁５３に異常が生じていると診断される。ここで、Ｓ１１３において尿素水添加弁５３に異常が生じていると診断された場合、排気浄化システム６０の異常診断フローの実行が終了される。
【００５６】
また、Ｓ１０８において否定判定された場合、すなわち、尿素水添加弁５３の仮正常フラグＮｆ２が０ではない場合、上述したＳ１０９からＳ１１３の処理は行われない。
【００５７】
次に、Ｓ１１４において、ＮＯｘ触媒システムの仮正常フラグＮｆ１および尿素水添加弁５３の仮正常フラグＮｆ２が共に１であるか否かが判別される。Ｓ１１４において肯定判定された場合、次にＳ１１５において、排気浄化システム６０は正常であると診断される。一方、Ｓ１１４において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ戻る。Ｓ１１５において排気浄化システム６０は正常であると診断された後、排気浄化システム６０の異常診断フローの実行が終了される。
【００５８】
本実施例によれば、第一ＮＯｘ触媒５１での第一ＮＯｘ浄化率に基づいてＮＯｘ触媒システムの異常を診断し、また、第二ＮＯｘ触媒５２での第二ＮＯｘ浄化率に基づいて尿素水添加弁５３の異常を診断することによって、排気浄化システム６０を構成する各構成の異常を的確に検出でき、その結果、排気浄化システム６０の異常を早期に検出することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・内燃機関
４・・・吸気通路
５・・・排気通路
５１・・第一選択還元型ＮＯｘ触媒
５２・・第二選択還元型ＮＯｘ触媒
５３・・尿素水添加弁
５５・・上流側温度センサ
５６・・第一ＮＯｘセンサ
５７・・第二ＮＯｘセンサ
１０・・ＥＣＵ
【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】
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【図１１】
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