(57)【要約】【課題】ＮＯx選択還元触媒の劣化によってＮＯx浄化率が低下したのか、尿素水の異常によってＮＯx浄化率が低下したのかを判別する。【解決手段】ＮＯx選択還元触媒１５が劣化したときにはＮＯx浄化率ＮＲは曲線Ｂ１の如く触媒温度ＴＣの上昇に伴ない増大し、尿素水の供給量や質に異常があるときにはＮＯx浄化率ＮＲは曲線Ｃの如く一律に低下する。ＮＯx浄化率ＮＲを各触媒温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3で検出し、触媒温度の上昇に伴ないＮＯx浄化率ＮＲが上昇すれば触媒劣化が生じており、変化しなければ尿素水の供給量や質に異常があると判断される。【選択図】図３
2009138624.tif 000002
【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にはＮＯx浄化率はＮＯx選択還元触媒の温度が上昇するにつれて上昇する変化パターンに沿って変化し、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を越えたときにはＮＯx浄化率はＮＯx選択還元触媒の温度が上昇しても上昇しない変化パターンに沿って変化し、ＮＯx選択還元触媒の異なる複数の温度におけるＮＯx浄化率を検出してＮＯx浄化率が上記いずれの変化パターンに沿って変化しているかを判断し、それにより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排出量が上記規制値を越えたのかを判定するようにした内燃機関の異常検出装置。
【請求項２】
ＮＯx排出量の排出基準としてＮＯx排出基準量が設定されており、ＮＯx排出量が該ＮＯx排出基準量であるときの基準ＮＯx浄化率がＮＯx選択還元触媒の温度の関数として予め記憶されており、上記異なる複数の温度において検出されたＮＯx浄化率から各温度における上記基準ＮＯx浄化率に対するＮＯx浄化率の低下割合を求め、該ＮＯx浄化率の低下割合の変化から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排出量が上記規制値を越えたのかを判定するようにした請求項１に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項３】
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ＮＯx選択還元触媒の温度にかかわらずにＮＯx浄化率は上記基準ＮＯx浄化率に対して一定の割合で一律に低下し、上記異なる複数の温度における上記ＮＯx浄化率の低下割合が温度が高くなるほど減少しかつ該ＮＯx浄化率の低下割合が予め定められた割合以上であるときには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、上記異なる複数の温度における上記ＮＯx浄化率の低下割合が温度にかかわらずにほぼ一定でありかつ該ＮＯx浄化率の低下割合が予め定められた割合以上である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２に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項４】
上記ＮＯx浄化率の低下割合が予め定められた割合以上であるか否かを判断する際には、上記異なる複数の温度におけるＮＯx浄化率の低下割合の平均値が予め定められた割合以上であるか否かが判断される請求項３に記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項５】
上記異なる複数の温度は、ＮＯx選択還元触媒の触媒作用が完全に失なわれたときにＮＯx選択還元触媒の温度上昇に伴ないＮＯx浄化率の上昇するＮＯx選択還元触媒の温度領域内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】
ＮＯx選択還元触媒の温度が予め定められた期間中に上記異なる複数の温度の全ての温度を越えなかったときには該異なる複数の温度のうちの最大の温度を越えるまで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７】
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にはＮＯx浄化率はＮＯx選択還元触媒の温度が上昇するにつれて上昇する変化パターンに沿って変化し、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排出量が規制値を越えたときにはＮＯx浄化率はＮＯx選択還元触媒の温度が上昇しても上昇しない変化パターンに沿って変化し、ＮＯx選択還元触媒の異なる複数の温度におけるＮＯx浄化率を検出してＮＯx浄化率がいずれの変化パターンに沿って変化しているかを判断し、それにより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排出量が規制値を越えたのかを判定するようにしている。
【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ついて説明すると、この場合には図３（Ｂ）に示されるように各触媒温度ＴＣにおけるＮＯx浄化率ＮＲは曲線Ｂ１と曲線Ｂ２との間となる。即ち、図３（Ｂ）から推測しうるように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ＮＯx浄化率が何パーセント低下しようともＮＯx浄化率ＮＲはＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが上昇するにつれて上昇する変化パターンに沿って変化する。
【００３３】
これに対し、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。この場合には図３（Ｂ）から推測しうるようにＮＯx浄化率が何パーセント低下しようともＮＯx浄化率はＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが上昇しても上昇しない変化パターンに沿って変化する。もう少し具体的に言うとＮＯx浄化率ＮＲはＮＯx選択還元触媒１５が活性化していればＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣにかかわらずにほぼ一定となる。
【００３４】
従ってＮＯx浄化率ＮＲが触媒温度ＴＣの上昇に伴ないどのような変化パターンに沿って変化しているかが把握できれば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たのか、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たのかを判別できることになる。
【００３５】
この場合、異なる複数の触媒温度ＴＣにおいてＮＯx浄化率ＮＲを検出すればＮＯx選択還元触媒１５が劣化したときの変化パターンに沿ってＮＯx浄化率ＮＲが変化しているのか、或いは尿素水の供給量又は質が正規の値からずれたときの変化パターンに沿ってＮＯx浄化率ＮＲが変化しているのかがわかる。そこで本発明ではＮＯx選択還元触媒１５の異なる複数の温度におけるＮＯx浄化率ＮＲを検出し、これらのＮＯx浄化率ＮＲから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別するようにしている。
【００３６】
以上の説明からわかるように一般的に表現すると、ＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が規制値を越えたときにはＮＯx浄化率ＮＲはＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが上昇するにつれて上昇する変化パターンに沿って変化し、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排出量が規制値を越えたときにはＮＯx浄化率ＮＲはＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣが上昇しても上昇しない変化パターンに沿って変化する。
【００３７】
従って本発明では、ＮＯx選択還元触媒１５の異なる複数の温度ＴＣにおけるＮＯx浄化率ＮＲを検出してＮＯx浄化率ＮＲがいずれの変化パターンに沿って変化しているかを判断し、それにより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排出量が規制値を越えたのかを判定するようにしている。
【００３８】
次にＮＯx浄化率ＮＲの変化パターンの把握のしかたについて図３（Ｂ）を参照しつつ説明する。
前述したようにＮＯx排出量の排出基準としてＮＯx排出基準量が設定されており、本発明による実施例ではＮＯx排出量がこのＮＯx排出基準量であるときの基準ＮＯx浄化率ＡがＮＯx選択還元触媒１５の温度ＴＣの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３９】
本発明ではＮＯx浄化率ＮＲの変化パターンを把握するために、異なる複数の温度において検出されたＮＯx浄化率ＮＲから各温度における基準ＮＯx浄化率Ａに対するＮＯx浄化率ＮＲの低下割合が求められ、これらＮＯx浄化率ＮＲの低下割合の変化から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排出量が規制値を越えたのかを判定するようにしている。
【００４０】
図３（Ｂ）にはＮＯx浄化率ＮＲが触媒温度ＴＣに対し曲線Ｂ１で示されるように変化する場合の異なる複数の触媒温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3におけるＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲ1，ΔＮＲ2，ΔＮＲ3が示されている。なお、図３（Ｂ）に示される例では異なる三つの触媒温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3においてＮＯx浄化率ＮＲを検出するようにしているが四つ以上の触媒温度ＴＣにおいてＮＯx浄化率ＮＲを検出するようにしてもよいし、場合によって二つの触媒温度ＴＣのみにおいてＮＯx浄化率ＮＲを検出するようにしてもよい。
【００４１】
このようなＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲを用いると図３（Ｂ）から、異なる複数の温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3におけるＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲが温度ＴＣが高くなるほど減少しかつＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲが予め定められた割合以上であるときにはＮＯx選択還元触媒１５が劣化することによってＮＯx排出量が規制値を越えたと判断でき、異なる複数の温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3におけるＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲが温度ＴＣにかかわらずにほぼ一定でありかつＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲが予め定められた割合以上である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できることがわかる。
【００４２】
なお、本発明による実施例では上述した如くＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲが予め定められた割合以上であるか否かを判断する際には、異なる複数の温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3におけるＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲの平均値が予め定められた割合以上であるか否かが判断される。
【００４３】
また、図３（Ｂ）において曲線Ｂ２で示されるＮＯx浄化率ＮＲの変化パターンをも確実に捕らえることができるように本発明による実施例では、異なる複数の温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3は、ＮＯx選択還元触媒１５の触媒作用が完全に失なわれたときにＮＯx選択還元触媒１５の温度上昇に伴ないＮＯx浄化率ＮＲの上昇するＮＯx選択還元触媒１５の温度領域内に設定されている。
【００４４】
なお、各触媒温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3におけるＮＯx浄化率ＮＲの検出は触媒温度ＴＣが運転状態の変化により各温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3になるのを待って行われる。しかしながら触媒温度ＴＣがこれら全ての温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3まで上昇しない場合もあり、この場合には全ての温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3におけるＮＯx浄化率を検出できないことになる。
【００４５】
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が予め定められた期間中に異なる複数の温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3の全ての温度を越えなかったときには異なる複数の温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3のうちの最大の温度ＴＣ3を越えるまでＮＯx選択還元触媒１５が昇温せしめられる。
【００４６】
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。
【００４７】
次に図５および図６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。
【００４８】
ステップ５１ではΣＭに一定時間ΔＭが加算され、従ってΣＭは機関の運転が開始されて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５２では経過時間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５６にジャンプする。
【００４９】
これに対し、触媒温度ＴＣがＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3の全ての温度まで上昇せず、ステップ５２においてΣＭ＞ＭＸになったと判断されたときにはステップ５３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５４においてＴＣ＞ＴＣ3になったと判断されたときにはステップ５５に進んで昇温作用が停止される。
【００５０】
ステップ５６では触媒温度ＴＣが図３（Ｂ）に示される温度ＴＣ1になったか否かが判別される。触媒温度ＴＣがＴＣ1でないときにはステップ５９に進む。これに対し、触媒温度ＴＣがＴＣ1になったときにはステップ５７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５８ではＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲ1（＝（基準ＮＯx浄化率Ａ−ＮＯx浄化率ＮＲ）／基準ＮＯx浄化率Ａ）が算出され、次いでステップ５９に進む。
【００５１】
ステップ５９では触媒温度ＴＣが図３（Ｂ）に示される温度ＴＣ2になったか否かが判別される。触媒温度ＴＣがＴＣ2でないときにはステップ６２に進む。これに対し、触媒温度ＴＣがＴＣ2になったときにはステップ６０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６１ではＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲ2が算出され、次いでステップ６２に進む。
【００５２】
ステップ６２では触媒温度ＴＣが図３（Ｂ）に示される温度ＴＣ3になったか否かが判別される。触媒温度ＴＣがＴＣ3でないときには処理サイクルを完了する。これに対し、触媒温度ＴＣがＴＣ3になったときにはステップ６３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６４ではＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲ3が算出され、次いでステップ６５に進む。
【００５３】
ステップ６５ではＮＯx選択還元触媒１５が劣化したときの変化パターンに沿ってＮＯx浄化率ＮＲが変化しているか否かが判別される。即ち、ステップ６５ではまず初めにＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲ2がＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲ1から一定値αを減算した値（ΔＮＲ1−α）よりも小さいか否か、即ち触媒温度ＴＣがＴＣ1からＴＣ2に上昇したときにＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲが減少したか否かが判別される。ΔＮＲ2≧ΔＮＲ1−αのときにはステップ７０に進む。これに対し、ΔＮＲ2＜ΔＮＲ1−αのときには、即ち触媒温度ＴＣがＴＣ1からＴＣ2に上昇したときにＮＯx浄化率ＮＲが上昇したときにはステップ６６に進む。
【００５４】
ステップ６６ではＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲ3がＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲ2から一定値βを減算した値（ΔＮＲ2−β）よりも小さいか否か、即ち触媒温度ＴＣがＴＣ2からＴＣ3に上昇したときにＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲが減少したか否かが判別される。ΔＮＲ2≧ΔＮＲ2−βのときにはステップ７０に進む。これに対し、ΔＮＲ2＜ΔＮＲ2−βのときには、即ち触媒温度ＴＣがＴＣ2からＴＣ3に上昇したときにＮＯx浄化率ＮＲが上昇したときにはステップ６７に進む。
【００５５】
ステップ６７では各触媒温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3におけるＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲ1，ΔＮＲ2，ΔＮＲ3の平均値が算出される。次いでステップ６８ではＮＯx浄化率ＮＲの低下割合の平均値が予め定められた割合Ｘ1よりも大きいか否かが判別される。低下割合の平均値がＸ1よりも小さいときにはステップ７０に進む。これに対し、低下割合の平均値がＸ1よりも大きいときにはステップ６９に進んで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７５に進んで完了フラグがセットされる。
【００５６】
一方、ステップ７０では尿素水が異常になったときの変化パターンに沿ってＮＯx浄化率ＮＲが変化しているか否かが判別される。即ち、ステップ７０ではまず初めにＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲ2がＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲ1とほぼ等しいか否か、例えばｄを極めて小さな値とするとΔＮＲ1−ｄ＜ΔＮＲ2＜ΔＮＲ1＋ｄが成立しているか否かが判別される。ΔＮＲ2がΔＮＲ1とほぼ等しくないときにはステップ７５にジャンプし、完了フラグがセットされる。これに対しΔＮＲ2がΔＮＲ1とほぼ等しいときには、即ち触媒温度ＴＣがＴＣ1からＴＣ2に上昇したときにＮＯx浄化率ＮＲがほとんど変化しなかったときにはステップ７１に進む。
【００５７】
ステップ７１ではＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲ3がＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲ2とほぼ等しいか否か、例えばｄを極めて小さな値とするとΔＮＲ2−ｄ＜ΔＮＲ3＜ΔＮＲ2＋ｄが成立しているか否かが判別される。ΔＮＲ3がΔＮＲ2とほぼ等しくないときにはステップ７５にジャンプし、完了フラグがセットされる。これに対しΔＮＲ3がΔＮＲ2とほぼ等しいときには、即ち触媒温度ＴＣがＴＣ2からＴＣ3に上昇したときにＮＯx浄化率ＮＲがほとんど変化しなかったときにはステップ７２に進む。
【００５８】
ステップ７２では各触媒温度ＴＣ1，ＴＣ2，ＴＣ3におけるＮＯx浄化率ＮＲの低下割合ΔＮＲ1，ΔＮＲ2，ΔＮＲ3の平均値が算出される。次いでステップ７３ではＮＯx浄化率ＮＲの低下割合の平均値が予め定められた割合Ｘ2よりも大きいか否かが判別される。低下割合の平均値がＸ2よりも小さいときにはステップ７５に進んで完了フラグがセットされる。これに対し、低下割合の平均値がＸ2よりも大きいときにはステップ７４に進んで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る。次いでステップ７５において完了フラグがセットされる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【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。
【図６】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】
【００６０】
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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【図６】
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