(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供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から該選択還元型ＮＯｘ触媒へ尿素を供給する供給装置と、
前記供給装置よりも上流側の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側で排気中の粒子状物質の量を検出するＰＭセンサと、
を備え、前記ＰＭセンサの検出値を用いて前記フィルタの故障判定を行う内燃機関の排気浄化装置において、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に付着している粒子状物質の推定量が閾値以上の場合に、前記ＰＭセンサの検出値を用いた前記フィルタの故障判定を禁止する禁止部を備えるとともに、前記供給装置からの尿素の供給を制限する制限部を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に設けられ供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から該選択還元型ＮＯｘ触媒へ尿素を供給する供給装置と、
前記供給装置よりも上流側の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側で排気中の粒子状物質の量を検出するＰＭセンサと、
を備え、前記ＰＭセンサの検出値を用いて前記フィルタの故障判定を行う内燃機関の排気浄化装置において、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に付着している粒子状物質の推定量が閾値以上の場合に、前記ＰＭセンサの検出値を用いた前記フィルタの故障判定を禁止する禁止部を備えるとともに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に付着しているＰＭを除去する除去部を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記フィルタを通り抜ける粒子状物質の推定量の積算値が所定値以上となる場合が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に付着している粒子状物質の推定量が前記閾値以上の場合である請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記フィルタを通り抜ける粒子状物質の推定量は、前記フィルタの故障の度合いが所定値になっているものと仮定したときに推定される量である請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、排気中の粒子状物質（以下、「ＰＭ」ともいう。）を捕集するフィルタの下流側に、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」ともいう。）、及び、ＰＭセンサを備えることが記載されている。【０００３】
また、特許文献２には、排気中に含まれるＰＭが触媒に堆積することにより、触媒作用が劣化することが記載されている。【０００４】
特許文献３には、触媒が被毒した状態であると判定した場合には、触媒の劣化度合いの判定を禁止するか、又は触媒の劣化度合いの判定結果の出力を禁止することが記載されている。【０００５】
特許文献４には、排気浄化用触媒にＨＣ，ＳＯＦ，ＰＭ等が付着して浄化機能が低下（被毒）することが記載されている。【０００６】
特許文献５には、凝縮水などの液体は、一般的に、炭素を主成分とするＰＭに比べて導電率が高いため、凝縮水がＰＭセンサの電極部に付着した際における静電容量の変化量は、ＰＭがＰＭセンサの電極部に付着した際における静電容量の変化量よりも十分に大きいことが記載されている。【０００７】
ところで、ＮＯｘ触媒よりも上流側にフィルタを備えていたとしても、フィルタを通り抜けるＰＭが存在するため、ＮＯｘ触媒にＰＭが付着することがある。例えば、フィルタに亀裂が生じた場合には、ＮＯｘ触媒に多くのＰＭが付着する。そして、ＮＯｘ触媒に付着したＰＭが該ＮＯｘ触媒の表面を覆うと、尿素の加水分解が妨げられるため、ＮＯｘ触媒においてＮＯｘの浄化に利用されないまま、尿素がＮＯｘ触媒をすり抜けてしまう。この尿素が、ＰＭセンサに付着すると、該ＰＭセンサの出力値に影響を与えて、ＰＭの検出精度が低下する虞がある。また、ＰＭセンサの素子を保護するカバーが備えられている場合には、該カバーに還元剤が付着すると、素子にＰＭが到達し難くなるため、ＰＭの検出精度が低下する虞がある。ここで、ＰＭセンサを用いればフィルタの故障を判定することができるが、ＰＭセンサに尿素が付着すると、フィルタの故障を判定することが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２２９９５７号公報
【特許文献２】特開２００２−１３６８４２号公報
【特許文献３】特開２０１０−２４８９５２号公報
【特許文献４】特開２０００−００８８４０号公報
【特許文献５】特開２０１０−２７５９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、フィルタの故障判定の精度の低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するために本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から該選択還元型ＮＯｘ触媒へ尿素を供給する供給装置と、
前記供給装置よりも上流側の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側で排気中の粒子状物質の量を検出するＰＭセンサと、
を備え、前記ＰＭセンサの検出値を用いて前記フィルタの故障判定を行う内燃機関の排気浄化装置において、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に付着している粒子状物質の推定量が閾値以上の場合に、前記ＰＭセンサの検出値を用いた前記フィルタの故障判定を禁止する禁止部を備える。
【００１１】
供給装置からＮＯｘ触媒へ供給される尿素は、該ＮＯｘ触媒において加水分解されてアンモニアとなる。そして、このアンモニアがＮＯｘ触媒において還元剤として利用される。すなわち、アンモニアが存在することでＮＯｘが還元される。また、選択還元型ＮＯｘ触媒に付着している粒子状物質（ＰＭ）の量は、例えば内燃機関から排出されるＰＭ量、または、ＮＯｘ触媒よりも上流側でセンサにより検出されるＰＭ量に基づいて推定することができる。
【００１２】
ここで、供給装置から尿素を供給したときに、ＮＯｘ触媒に多くのＰＭが付着していると、該ＰＭにより尿素の加水分解が妨げられる。そして、加水分解が行われなかった尿素
は、ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを還元させることなくＮＯｘ触媒の下流へと流出する。このようにして尿素がＮＯｘ触媒を通り抜けて、ＰＭセンサに付着することがある。ＰＭセンサに尿素が付着すると、該ＰＭセンサの出力値が変化してしまい、ＰＭを正確に検出することが困難となる。
【００１３】
ここで、ＰＭセンサの検出値を用いることにより、フィルタの故障判定を行うことができる。すなわち、ＰＭセンサで検出されるＰＭは、フィルタを通り抜けたＰＭであるので、ＰＭセンサの検出値が大きいほど、フィルタの故障の度合いが高いといえる。例えば、フィルタに亀裂が生じた場合には、該亀裂の開口部の面積が大きいほど、該フィルタを通り抜けるＰＭの量が多くなる。なお、フィルタの故障判定には、フィルタが故障しているか否か判定すること、又は、フィルタの故障の度合いを判定することを含むことができる。
【００１４】
しかし、ＰＭセンサに尿素が付着している場合には、該尿素によりＰＭセンサの検出値が変化する。このような場合に、ＰＭセンサの検出値を利用してフィルタの故障判定を行うと、判定を誤る虞がある。これに対して、禁止部がＰＭセンサの検出値を用いたフィルタの故障判定を禁止するので、フィルタの故障判定において誤りが生じることを抑制できる。
【００１６】
また、本発明においては、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に付着している粒子状物質の推定量が閾値以上の場合に、前記供給装置からの尿素の供給を制限する制限部を備えることができる。
【００１７】
制限部は、尿素がＮＯｘ触媒を通り抜ける状態のときに、尿素の供給を制限する。すなわち、ＮＯｘ触媒に付着している粒子状物質の量が閾値以上の場合に、尿素の供給を制限する。なお、尿素の供給を制限することには、尿素の供給を禁止（停止）すること、および、尿素の供給量を減少することを含むことができる。このように、尿素の供給を制限することで、ＮＯｘ触媒を通り抜ける尿素の量を減少させることができるので、ＰＭセンサに尿素が付着することを抑制できる。これにより、ＰＭセンサの検出精度の低下を抑制することができる。
【００１８】
また、本発明においては、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に付着している粒子状物質の推定量が閾値以上の場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に付着しているＰＭを除去する除去部を備えることができる。
【００１９】
ここで、ＮＯｘ触媒に付着しているＰＭは、例えば該ＮＯｘ触媒へ流入する排気の温度を高くしたり、または、該ＮＯｘ触媒を加熱したりすることで、除去することができる。そして、ＮＯｘ触媒からＰＭを除去することで、尿素の加水分解が促進されるので、ＰＭセンサに尿素が付着することを抑制できる。
【００２０】
また、本発明においては、前記フィルタを通り抜ける粒子状物質の推定量の積算値が所定値以上となる場合が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に付着している粒子状物質の推定量が前記閾値以上の場合であってもよい。
【００２１】
ＮＯｘ触媒よりも上流にフィルタが設けられている場合には、該フィルタにおいてＰＭが捕集されるので、該フィルタが正常であれば、ＮＯｘ触媒にＰＭはほとんど付着しない。一方、フィルタに亀裂が生じるなどの故障が発生すると、ＰＭがフィルタを通り抜けるようになるので、ＮＯｘ触媒にＰＭが付着する。そして、フィルタを通り抜けるＰＭ量の積算値と、ＮＯｘ触媒に付着しているＰＭ量と、には相関関係があるので、フィルタを通り抜けるＰＭ量の積算値に基づいて、ＮＯｘ触媒に付着しているＰＭ量を推定することができる。したがって、フィルタを通り抜けるＰＭ量の積算値が所定値以上となったときに、ＮＯｘ触媒に付着しているＰＭ量が閾値以上になると考えることができる。なお、ここでいう所定値は、ＮＯｘ触媒において尿素の加水分解が妨げられる値である。この所定値は、ＮＯｘ触媒を通り抜ける尿素の量が許容範囲を超えるときの値としてもよい。また、フィルタを通り抜けるＰＭ量は、仮定したフィルタの故障の度合いに基づいて求めてもよい。【００２４】
また、本発明においては、前記フィルタを通り抜ける粒子状物質の量は、前記フィルタ
の故障の度合いが所定値になっているものと仮定したときに推定される量であってもよい。
【００２５】
ここで、フィルタの故障の度合いによって、フィルタを通り抜けるＰＭ量が変わるため、ＮＯｘ触媒に付着するＰＭ量も変わる。すなわち、フィルタの故障の度合いと、ＮＯｘ触媒に付着するＰＭ量と、は相関関係にある。このため、フィルタの故障の度合いが所定値となっているものと仮定すれば、ＮＯｘ触媒に付着している粒子状物質の量を推定することができる。なお、フィルタの故障の度合いは、ＰＭの捕集率の低下の度合い、又は、フィルタの割れ率としてもよい。また、フィルタの故障の度合いは、所定の運転状態における、フィルタに流入するＰＭ量に対する、フィルタから流出するＰＭ量の比としてもよい。フィルタの故障の度合いにおける所定値は、任意の値とすることができる。
【００２７】
ここで、フィルタの故障の度合いの所定値を小さくし過ぎると、例えばフィルタを取り外した場合等、フィルタの故障の度合いが想定よりも大きな場合において、ＮＯｘ触媒に付着していると推定されるＰＭ量よりも、ＮＯｘ触媒に実際に付着しているＰＭ量のほうが多くなる。このため、尿素の供給を禁止する前に、ＰＭセンサに異常が生じてしまう。一方、フィルタの故障の度合いの所定値を大きくし過ぎると、尿素の供給が頻繁に禁止されるので、ＮＯｘの浄化率が低下する虞がある。また、フィルタの故障判定を行う回数が減少する虞もある。【００２８】
ところで、フィルタに亀裂が生じていたとしても小さい場合等のように、フィルタの故障の度合いが小さい場合には、差圧センサの検出値はフィルタが正常な場合とほとんど同じになる。このため、差圧センサによりフィルタの故障を判定することができるのは、フィルタの故障の度合いが比較的大きな場合に限られる。一方、フィルタの故障の度合いが比較的大きな場合には、ＰＭセンサに付着する尿素の量が多いために、ＰＭセンサの検出精度が低下する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、フィルタの故障判定の精度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例１，２に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図２】ＰＭセンサの概略構成図である。
【図３】フィルタが正常な場合と故障している場合とのＰＭセンサの検出値の推移を示したタイムチャートである。
【図４】ＰＭセンサの検出値が正常な場合と、異常な場合との推移を示したタイムチャートである。
【図５】内燃機関が搭載される車両の走行時間と、フィルタを通り抜けるＰＭ量（通り抜けＰＭ量）の積算値と、の関係を示した図である。
【図６】実施例１に係るフィルタの故障判定のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００３５】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ガソリン機関であっても、また、ディーゼル機関であってもよい。
【００３６】
内燃機関１には、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。吸気通路２には、該吸気通路２を流通する吸気の量を検出するエアフローメータ１１が設けられている。一方、排気通路３には、排気の流れ方向の上流側から順に、酸化触媒４、フィルタ５、噴射弁６、選択還元型ＮＯｘ触媒７（以下、ＮＯｘ触媒７という。）が設けられている。
【００３７】
酸化触媒４は、酸化能を有する触媒であればよく、たとえば三元触媒であってもよい。酸化触媒４は、フィルタ５に担持されていてもよい。
【００３８】
フィルタ５は、排気中のＰＭを捕集する。なお、フィルタ５には、触媒が担持されていてもよい。フィルタ５によってＰＭが捕集されることで、該フィルタ５にＰＭが徐々に堆積する。そして、フィルタ５の温度を強制的に上昇させる、所謂フィルタの再生処理を実行することで、該フィルタ５に堆積したＰＭを酸化させて除去することができる。たとえば、酸化触媒４にＨＣを供給することでフィルタ５の温度を上昇させることができる。また、酸化触媒４を備えずに、フィルタ５の温度を上昇させる他の装置を備えていてもよい。さらに、内燃機関１から高温のガスを排出させることでフィルタ５の温度を上昇させてもよい。
【００３９】
噴射弁６は、尿素水を噴射する。噴射弁６から噴射された尿素水は、ＮＯｘ触媒７において加水分解されアンモニア（ＮＨ３）となり、その一部又は全部がＮＯｘ触媒７に吸着する。このアンモニアは、ＮＯｘ触媒７において還元剤として利用される。なお、本実施例においては噴射弁６が、本発明における供給装置に相当する。なお、尿素水を噴射する代わりに、固体の尿素を供給する装置を用いることもできる。
【００４０】
ＮＯｘ触媒７は、還元剤が存在するときに、排気中のＮＯｘを還元する。したがって、ＮＯｘ触媒７にアンモニアを予め吸着させておけば、ＮＯｘ触媒７において、ＮＯｘをアンモニアにより還元させることができる。
【００４１】
酸化触媒４よりも上流の排気通路３には、排気の温度を検出する第一排気温度センサ１２が設けられている。酸化触媒４よりも下流で且つフィルタ５よりも上流の排気通路３には、排気の温度を検出する第二排気温度センサ１３が設けられている。フィルタ５よりも下流で且つ噴射弁６よりも上流の排気通路３には、排気の温度を検出する第三排気温度センサ１４及び排気中のＮＯｘ濃度を検出する第一ＮＯｘセンサ１５が設けられている。ＮＯｘ触媒７よりも下流の排気通路３には、排気中のＮＯｘ濃度を検出する第二ＮＯｘセンサ１６及び排気中のＰＭ量を検出するＰＭセンサ１７が設けられている。また、排気通路３には、酸化触媒４よりも下流で且つフィルタ５よりも上流の排気通路３内の圧力と、フィルタ５よりも下流で且つＮＯｘ触媒７よりも上流の排気通路３内の圧力と、の差を検出する差圧センサ２０が設けられている。この差圧センサ２０によれば、フィルタ５よりも上流側と下流側との圧力差（以下、フィルタ差圧ともいう。）を検出することができる。なお、これらセンサの全てが必須というわけではなく、必要に応じて設けることができる。
【００４２】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
【００４３】
ＥＣＵ１０には、上記センサの他、アクセルペダルの踏込量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１８、及び、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１９が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁６が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により噴射弁６が制御される。
【００４４】
そして、ＥＣＵ１０は、フィルタ５に堆積しているＰＭ量が所定量以上になると、前記フィルタの再生処理を実施する。なお、フィルタの再生処理は、内燃機関１が搭載されている車両の走行距離が所定距離以上となったときに行ってもよい。また、規定期間ごとにフィルタの再生処理を実施してもよい。
【００４５】
また、ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ１７により検出されるＰＭ量に基づいて、フィルタ５の故障判定を行う。ここで、フィルタ５が割れる等の故障が発生すると、該フィルタ５を通り抜けるＰＭ量が増加する。このＰＭ量の増加をＰＭセンサ１７により検出すれば、フィルタ５の故障を判定することができる。
【００４６】
たとえば、フィルタ５の故障判定は、ＰＭセンサ１７の検出値に基づいて算出される所定期間中のＰＭ量の積算値と、フィルタ５が所定の状態であると仮定した場合における所定期間中のＰＭ量の積算値とを比較することで行われる。
【００４７】
ここで図２は、ＰＭセンサ１７の概略構成図である。ＰＭセンサ１７は、自身に堆積したＰＭ量に対応する電気信号を出力するセンサである。ＰＭセンサ１７は、一対の電極１７１と、該一対の電極１７１の間に設けられる絶縁体１７２と、を備えて構成されている。一対の電極１７１の間にＰＭが付着すると、該一対の電極１７１の間の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化は、排気中のＰＭ量と相関関係にあるため、該電気抵抗の変化に基づいて、排気中のＰＭ量を検出することができる。このＰＭ量は、単位時間当たりのＰＭの質量としてもよく、所定時間におけるＰＭの質量としてもよい。なお、ＰＭセンサ１７の構成は、図２に示したものに限らない。すなわち、ＰＭを検出し、且つ、尿素の影響により検出値に変化が生じるＰＭセンサであればよい。
【００４８】
ここで、ＰＭセンサ１７は、フィルタ５よりも下流側に設けられている。そのため、ＰＭセンサ１７には、フィルタ５に捕集されずに、該フィルタ５を通過したＰＭが付着する。従って、ＰＭセンサ１７におけるＰＭ堆積量は、フィルタ５を通過したＰＭ量の積算値に対応した量となる。
【００４９】
ここで、図３は、フィルタ５が正常な場合と故障している場合とのＰＭセンサ１７の検出値の推移を示したタイムチャートである。フィルタ５が故障している場合には、ＰＭセンサ１７にＰＭが早く堆積するため、検出値の増加が始まる時点Ｅが、正常なフィルタ５と比較して早くなる。このため、たとえば、内燃機関１の始動後から所定時間Ｆが経過したときの検出値が閾値以上であれば、フィルタ５が故障していると判定できる。この所定時間Ｆは、正常なフィルタ５であればＰＭセンサ１７の検出値が増加しておらず、且つ、故障しているフィルタ５であればＰＭセンサ１７の検出値が増加している時間である。この所定時間Ｆは、実験等により求められる。また、閾値は、フィルタ５が故障しているときのＰＭセンサ１７の検出値の下限値として予め実験等により求められる。
【００５０】
ところで、ＰＭセンサ１７をフィルタ５よりも下流で且つＮＯｘ触媒７よりも上流に設けることも考えられる。しかし、このような位置にＰＭセンサ１７を設けると、フィルタ５からＰＭセンサ１７までの距離が短くなる。このため、フィルタ５の割れている箇所を通過したＰＭが排気中に分散しないままＰＭセンサ１７の周辺に到達する虞がある。そうすると、フィルタ５が割れている位置によっては、ＰＭセンサ１７にＰＭがほとんど付着しないために、ＰＭが検出されないこともあり、故障判定の精度が低下する虞がある。
【００５１】
これに対して本実施例では、ＮＯｘ触媒７よりも下流にＰＭセンサ１７を設けているため、フィルタ５からＰＭセンサ１７までの距離が長い。このため、ＰＭセンサ１７の周辺では、フィルタ５を通過したＰＭが排気中に分散している。したがって、フィルタ５の割れている位置によらずにＰＭを検出することができる。
【００５２】
しかし、噴射弁６よりも下流側にＰＭセンサ１７を設けているため、該噴射弁６から噴射される還元剤（尿素）がＰＭセンサ１７に付着する虞がある。そして、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着すると、ＰＭセンサ１７の検出値が変化する虞がある。ここで、ＮＯｘ触媒７にＰＭが付着していると、該ＰＭにより尿素の加水分解が妨げられる。そして、加水分解されない尿素は、ＮＯｘ触媒７で反応せずに、該ＮＯｘ触媒７から流出する。すなわち、ＮＯｘ触媒７をＰＭが覆っていると、該ＮＯｘ触媒７を尿素が通り抜けてしまう。この尿素がＰＭセンサ１７に付着すると、該ＰＭセンサ１７の検出値が変化する。
【００５３】
ここで図４は、ＰＭセンサ１７の検出値が正常な場合と、異常な場合との推移を示したタイムチャートである。検出値が異常な場合とは、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着して検出値が変化している場合である。
【００５４】
正常な検出値は、時間の経過とともに検出値が増加する。すなわち、ＰＭセンサ１７に付着したＰＭ量に応じて検出値が増加していく。一方、異常な検出値は、検出値が増加するだけでなく減少する場合がある。また、異常な検出値は、増加するまでに時間がかかる場合もある。ここで、ＰＭセンサ１７に尿素が付着して所定量以上堆積すると、ＰＭが堆積したときと同じように、ＰＭセンサ１７の検出値が増加する。しかし、尿素は、ＰＭと比較すると、低温で気化する。このため、ＰＭセンサ１７に付着していた尿素は、内燃機関１の排気の温度が高いときに気化する。そうすると、尿素の堆積量が減少するため、ＰＭセンサ１７の検出値が減少する。これは、ＰＭセンサ１７にＰＭのみが堆積しているときには起こらない現象である。
【００５５】
また、ＰＭセンサ１７のカバーに尿素が付着して堆積すると、該カバーに設けられている孔を閉塞させることがある。このようにして孔が閉塞されると、ＰＭが一対の電極１７１に到達できなくなるので、ＰＭが検出されなくなる。このため、ＰＭセンサ１７の検出値が増加するまでに時間がかかる。
【００５６】
このように、ＮＯｘ触媒７にＰＭが付着しているために該ＮＯｘ触媒７を尿素が通り抜けると、ＰＭセンサ１７の検出値が変化するため、フィルタ５の故障判定が困難となる。そこで、本実施例では、ＮＯｘ触媒７に付着しているＰＭ量（以下、ＰＭ堆積量ともいう。）を推定し、このＰＭ堆積量が閾値以上となった場合には、ＮＯｘ触媒７に付着したＰＭが原因となって尿素がＮＯｘ触媒７を通り抜けると考える。なお、ＰＭ堆積量は、フィルタ５を通り抜けるＰＭ量（通り抜けＰＭ量ともいう。）の積算値と相関関係にある。このため、通り抜けＰＭ量を推定し、この通り抜けＰＭ量の積算値が所定値以上となった場合には、ＰＭ堆積量が閾値以上になったと考える。
【００５８】
そして、ＰＭ堆積量が閾値以上の場合には、ＰＭセンサ１７の検出値を用いたフィルタ５の故障判定を禁止する。このときに併せて、噴射弁６からの尿素水の噴射を制限してもよい。また、ＰＭセンサ１７の検出値の使用を禁止してもよい。なお、噴射弁６からの尿素水の噴射を制限することには、尿素水の噴射を禁止すること、または、尿素水の噴射量を減少させることを含むことができる。また、ＰＭ堆積量が閾値以上の場合にＮＯｘ触媒７が吸着している還元剤量が、ＮＯｘを浄化可能な量であれば、噴射弁６からの尿素水の噴射を禁止し、一方、ＮＯｘを浄化可能な量よりも少なければ、噴射弁６からの尿素水の噴射を許可しつつフィルタ５の故障判定を禁止してもよい。
【００５９】
ここで、ＰＭ堆積量は、通り抜けＰＭ量の積算値に応じて増加する。このため、通り抜けＰＭ量の積算値が所定値に達したときに、ＰＭ堆積量が許容範囲を超えるものとする。このＰＭ堆積量の許容範囲は、ＮＯｘ触媒７を通り抜ける尿素の量が許容範囲となるように決定される。そして、通り抜けＰＭ量の積算値は、以下のようにして推定する。
【００６０】
まず、フィルタ５に割れ等の故障が生じていると仮定したときの、通り抜けＰＭ量を推定する。この通り抜けＰＭ量は、内燃機関１の運転状態から求まる該内燃機関１から排出されるＰＭ量に、所定値を乗算して求められる。ここでいう所定値は、フィルタ５に故障が生じている場合における、該フィルタ５に流入するＰＭ量に対する、該フィルタ５から流出するＰＭ量の比であり、以下、「通り抜け率」とする。
【００６１】
ここで、通り抜け率は、フィルタ５の割れの大きさ、又は、割れの度合い（以下、割れ率ともいう。）に応じて変わる。なお、割れ率は、フィルタ５の故障の程度を表す値であり、例えば、ＰＭの捕集効率に基づいて定めることができる。例えば、新品状態のときには割れ率が０％となり、ＰＭを全く捕集することができない場合には割れ率が１００％となる。また、フィルタ５を取り外した場合に、割れ率が１００％としてもよい。
【００６２】
そして、本実施例では、フィルタ５が所定の割れ率となっていると仮定して、通り抜けＰＭ量を設定する。通り抜けＰＭ量は、内燃機関１から排出されるＰＭ量に、通り抜け率を乗算して得る。内燃機関１から排出されるＰＭ量は、機関回転数及び燃料噴射量と相関関係にあるため、これらの関係を実験等により求めて予めマップ化しておく。そして、このマップと、機関回転数及び燃料噴射量と、を用いて、内燃機関１から排出されるＰＭ量を算出する。
【００６３】
また、通り抜け率は、フィルタ差圧またはフィルタ５に流入する排気の量に応じて変化するので、通り抜け率とフィルタ差圧との関係、又は、通り抜け率とフィルタ５に流入する排気の量との関係を予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶させておく。例えば、フィルタ５の割れ率がある程度大きな場合には、フィルタ差圧が大きいほど、通り抜け率は大きくなる。なお、排気の量は、内燃機関１の吸入空気量と、内燃機関１への燃料供給量と、に基づいて求めることができる。そして、通り抜けＰＭ量を所定時間毎に算出して加算していくことで、通り抜けＰＭ量の積算値を得ることができる。
【００６４】
図５は、内燃機関１が搭載される車両の走行時間と、フィルタ５を通り抜けるＰＭ量（通り抜けＰＭ量）の積算値と、の関係を示した図である。車両の走行時間は、車両の走行距離としてもよい。なお、通り抜けＰＭ量の積算値は、ＮＯｘ触媒７に付着しているＰＭ量と相関関係にある。この関係は、予め実験等により求めることができる。そして、通り抜けＰＭ量の積算値が所定値以上になると、ＮＯｘ触媒７に付着しているＰＭ量が閾値以上となるため、ＮＯｘ触媒７に付着しているＰＭを除去する処理を実施する。例えば、ＮＯｘ触媒７にヒータを取り付けて該ＮＯｘ触媒７の温度を上昇させることで、ＰＭを除去してもよい。また、フィルタ５の再生処理と同様に、ＮＯｘ触媒７に流入する排気の温度を上昇させてもよい。また、フィルタ５の再生処理を実施することにより、ＮＯｘ触媒７に流入する排気の温度を上昇させてもよい。このように、ＮＯｘ触媒７に付着しているＰＭが除去されると、通り抜けＰＭ量の積算値は、減少して０となる。なお、本実施例ではＮＯｘ触媒７からＰＭを除去する処理を実施するＥＣＵ１０が、本発明における除去部に相当する。
【００６５】
そして、通り抜けＰＭ量の積算値が所定値よりも大きいとき、及び、ＮＯｘ触媒７からＰＭを除去する処理が実施されているときには、ＰＭセンサ１７の検出値を用いたフィルタ５の故障判定を禁止する。また、尿素の供給量を制限したり、または、ＰＭセンサ１７の検出値の使用を禁止したりする。
【００６６】
図６は、本実施例に係るフィルタ５の故障判定のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。
【００６７】
ステップＳ１０１では、フィルタ５の再生処理が実施された後であるか否か判定される。フィルタ５の再生処理を実施することで、ＮＯｘ触媒７に付着したＰＭや、ＰＭセンサ１７に付着した尿素が除去される。すなわち、通り抜けＰＭ量の積算値が０となる。このような状態を前提条件としている。
【００６８】
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前提条件が成立していないために本ルーチンを終了させる。
【００６９】
ステップＳ１０２では、通り抜けＰＭ量が積算される。通り抜けＰＭ量は、ＮＯｘ触媒７に付着しているＰＭ量（ＰＭ堆積量）と相関関係にある値として求められる。通り抜けＰＭ量は、内燃機関１から排出されるＰＭ量に、通り抜け率を乗算して得る。そして、通り抜けＰＭ量を所定時間毎に算出して加算することで、通り抜けＰＭ量の積算値を得る。ステップＳ１０２の処理が完了すると、ステップＳ１０３へ進む。
【００７０】
ステップＳ１０３では、通り抜けＰＭ量の積算値が、所定値未満であるか否か判定される。この所定値は、ＮＯｘ触媒７において、尿素の加水分解が妨げられる通り抜けＰＭ量の積算値の下限値として予め実験等により求めておく。すなわち、本ステップでは、ＮＯｘ触媒７において、尿素の加水分解が正常に行われるか否か判定している。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。
【００７１】
ステップＳ１０４では、ＰＭセンサ１７を用いてフィルタ５の故障判定を実施する。また、このときには、尿素の供給は許可される。ステップＳ１０４の処理が完了すると、本ルーチンを終了させる。
【００７２】
ステップＳ１０５では、ＮＯｘ触媒７に付着したＰＭを除去する処理が実施される。例えば、酸化触媒４にＨＣを供給することでＮＯｘ触媒７に流入する排気の温度を上昇させて、ＰＭを酸化させる。このときには、フィルタ５の故障検出が禁止され、且つ、噴射弁６からの尿素の供給が制限される。ステップＳ１０５の処理が完了すると、ステップＳ１０２へ戻る。なお、本実施例においてはステップＳ１０５を処理するＥＣＵ１０が、本発明における制限部または禁止部に相当する。
【００７３】
以上説明したように、本実施例によれば、ＮＯｘ触媒７を通り抜ける尿素によりＰＭセ
ンサ１７の検出値の精度が低くなる虞がある場合に、尿素の供給を制限したり、ＰＭセンサ１７の検出値を用いたフィルタ５の故障判定を禁止したり、ＰＭセンサ１７の検出値の使用を禁止したりすることができる。これにより、ＰＭセンサ１７の検出精度が低下することを抑制したり、または、フィルタ５の故障判定において誤判定がなされることを抑制したりできる。すなわち、フィルタ５の故障判定の精度が低下することを抑制できる。
【符号の説明】
【００９１】
１     内燃機関
２     吸気通路
３     排気通路
４     酸化触媒
５     フィルタ
６     噴射弁
７     選択還元型ＮＯｘ触媒
１０   ＥＣＵ
１１   エアフローメータ
１２   第一排気温度センサ
１３   第二排気温度センサ
１４   第三排気温度センサ
１５   第一ＮＯｘセンサ
１６   第二ＮＯｘセンサ
１７   ＰＭセンサ
１８   アクセル開度センサ
１９   クランクポジションセンサ
２０   差圧センサ
【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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