JP2009221939A - 排気浄化システムおよびその排気浄化制御装置 - Google Patents

排気浄化システムおよびその排気浄化制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】排気通路に燃料を添加する燃料添加弁の異常の有無を判定する排気浄化システムおよびその排気浄化制御装置を提供する。
【解決手段】排気浄化制御装置は、燃料添加弁の駆動中において（Ｓ３２０：Ｎｏ）、推定空燃比（Ｓ３２２）と、Ａ／Ｆセンサの出力信号に基づいて検出する実空燃比（Ｓ３２４）との差が適合定数Ｂよりも大きい場合（Ｓ３２６：Ｙｅｓ）、燃料添加弁が無噴射であるか、燃料添加量が指令添加量よりも少な過ぎると判断する（Ｓ３２８）。実空燃比と推定空燃比との差が適合定数Ｂ以下であり（Ｓ３２６：Ｎｏ）、推定空燃比と実空燃比との差が適合定数Ｃ以下の場合（Ｓ３３０：Ｎｏ）、排気浄化制御装置は、燃料添加弁は正常であると判断する（Ｓ３３２）。推定空燃比と実空燃比との差が適合定数Ｃよりも大きい場合（Ｓ３３０：Ｙｅｓ）、排気浄化制御装置は、燃料添加弁の燃料添加量が指令添加量よりも多過ぎると判断する（Ｓ３３４）。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気処理装置により排気中の有害成分を除去し、燃料添加弁から排気通路に添加する燃料により排気処理装置が除去した有害成分を浄化する排気浄化システムおよびその排気浄化制御装置に関する。
従来、内燃機関から排出される排気中の有害成分を排気通路に設置された排気処理装置で除去し、燃料添加弁から排気通路に添加する燃料により排気処理装置が除去した有害成分を浄化する排気浄化システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
排気処理装置としては、排気中からＮＯｘを除去するＮＯｘ触媒、あるいは排気中からパティキュレートを除去するＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)等が設置される。
特開２００３−１７２１８５号公報
このような排気浄化システムにおいて、燃料添加弁の摺動部に異物が付着または噛み込むことにより摺動部が固着または摺動不良を引き起こすか、あるいは燃料添加弁が電気的に故障することにより常開状態または常閉状態になると、燃料添加弁から排気通路に適正量の燃料を添加できなくなる。
例えば、燃料添加弁が燃料添加を指令されておらず、駆動されていないにも関わらず燃料添加弁から排気通路に燃料が添加されるおそれがある。
一方、排気処理装置で除去された有害成分を浄化するために所定のタイミングで燃料添加弁が燃料添加を指令されても、燃料添加弁から排気通路に燃料が添加されないか、あるいは指令添加量よりも添加される燃料量が少な過ぎるか、あるいは指令添加量よりも添加される燃料量が多過ぎるという問題が生じる。
このように、燃料添加弁から排気通路に適正量の燃料を添加できないと、排気処理装置で除去できなくなった有害成分が浄化されずに排出されるか、あるいは排気とともに未燃成分である燃料が排出されるおそれがある。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、排気通路に燃料を添加する燃料添加弁の異常の有無を判定する排気浄化システムおよびその排気浄化制御装置を提供することを目的とする。
請求項１から９に記載の発明によると、排気通路に燃料を添加して排気処理装置が除去した排気中の有害成分を浄化する燃料添加弁が異常であるかを、燃料添加弁の下流側に設置される空燃比センサの出力に基づいて検出した実空燃比と、燃料噴射弁から内燃機関に噴射される燃料量と燃料添加弁から排気通路に添加される燃料量と内燃機関に供給される吸気量とから算出される推定空燃比とに基づいて判定する。
燃料添加弁が正常に作動する場合、燃料添加弁は燃料添加を指令されなければ排気通路に燃料を添加せず、燃料添加を指令されれば指令添加量の燃料を排気通路に添加する。したがって、推定空燃比に対して実空燃比は所定範囲内になる。一方、燃料添加弁に異常が発生し正常に作動しない場合、推定空燃比に対して実空燃比は所定範囲からずれる。
これにより、実空燃比と推定空燃比とに基づいて、排気通路に燃料を添加する燃料添加弁が異常であるかを判定できる。
尚、燃料添加弁が燃料添加を指令されない場合は、推定空燃比を算出するときの燃料添加弁の燃料添加量は０である。
請求項２に記載の発明によると、燃料添加を指令されていない燃料添加弁の非駆動中において、燃料添加弁の下流側に設置される空燃比センサの出力に基づいて検出した実空燃比と、燃料噴射弁から内燃機関に噴射される燃料量と燃料添加弁から排気通路に添加される燃料量と内燃機関に供給される吸気量とから算出される推定空燃比とに基づいて、燃料添加弁が異常であるかを判定する。
燃料添加弁の非駆動中においては、燃料添加弁による燃料添加量を０として推定空燃比が算出される。したがって、燃料添加弁が正常に作動し、非駆動中において燃料添加弁が閉弁し排気通路に燃料を添加しない場合、燃料添加弁による燃料添加量を０として算出される推定空燃比に対し実空燃比は所定範囲内になる。
一方、燃料添加弁に異常が発生し、非駆動中にも関わらず燃料添加弁が開弁し排気通路に燃料を添加する場合、燃料添加弁による燃料添加量を０として算出される推定空燃比に対し実空燃比は所定範囲からずれる。
これにより、実空燃比と推定空燃比とに基づいて、非駆動中であるにも関わらず燃料を添加する燃料添加弁の異常を検出できる。
請求項３に記載の発明によると、燃料添加を指令された燃料添加弁の駆動中において、実空燃比と推定空燃比とに基づいて燃料添加弁が異常であるかを判定する。
燃料添加弁の駆動中においては、燃料添加弁が添加する燃料量は有害成分を浄化するために指令された指令添加量であるとして推定空燃比が算出される。したがって、燃料添加弁が正常に作動し、駆動中において燃料添加弁が開弁し指令添加量の燃料を排気通路に添加する場合、燃料添加弁が指令添加量の燃料を添加するとして算出される推定空燃比に対し実空燃比は所定範囲内になる。
一方、燃料添加弁に異常が発生し、駆動中にも関わらず燃料添加弁が閉弁し排気通路に燃料を添加しないか、あるいは燃料添加量が指令添加量に対して少な過ぎるか、あるいは燃料添加量が指令添加量に対して多過ぎると、燃料添加弁が指令添加量の燃料を添加するとして算出される推定空燃比に対して実空燃比は所定範囲からずれる。
これにより、燃料添加弁の駆動中において、実空燃比と推定空燃比とに基づいて燃料添加弁の異常を検出できる。
請求項４に記載の発明によると、空燃比センサの異常時、燃料添加弁に対する異常判定を停止する。
これにより、正確ではない空燃比センサの出力に基づいて検出された実空燃比と推定空燃比とに基づいて燃料添加弁の異常を誤判定することを防止できる。
ところで、フィルタが捕集することにより排気中から除去されたパティキュレートを燃料噴射弁のポスト噴射により燃焼する場合、推定空燃比に対して実空燃比が所定範囲からずれる異常が、ポスト噴射または燃料添加弁のいずれに起因するかを判別することは困難である。
そこで、請求項７に記載の発明によると、フィルタにより除去された排気中のパティキュレートが燃料噴射弁によるポスト噴射の燃料により燃焼される場合、ポスト噴射の実施中、燃料添加弁に対する異常判定を停止する。
これにより、燃料噴射弁によるポスト噴射の実施中に、実空燃比と推定空燃比とに基づいて燃料添加弁が異常であるかを誤判定することを防止できる。
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による排気浄化システムを図１に示す。
本実施形態の排気浄化システム１００は、ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」ともいう。）１０から排気通路２００に排出される排気を浄化するシステムである。排気浄化システム１００の詳細は後述する。
エンジン１０の燃焼室２０４に吸気を導入する吸気通路２０２には、吸気フィルタ１２、過給機１４、インタークーラ１８、スロットル弁２０、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation）弁２２等が設置されている。過給機１４のオン、オフはバイパス弁１６により制御される。
燃料供給ポンプである高圧ポンプ３０は、燃料タンク３２から加圧室に吸入した燃料をプランジャの往復移動により加圧する公知のポンプである。高圧ポンプ３０の燃料吐出量は、高圧ポンプ３０が吸入する燃料吸入量を制御する図示しない調量弁により調量される。
コモンレール３４は、高圧ポンプ３０が圧送する燃料を蓄圧しエンジン運転状態に応じた所定の高圧に燃料圧力を保持する。
燃料噴射弁３６は、制御室の圧力を調整することによりノズルニードルによる噴孔の開閉を制御する公知の電磁弁である。燃料噴射弁３６は、ディーゼルエンジン１０の各気筒に設置され、コモンレール３４が蓄圧している燃料を気筒内に噴射する。燃料噴射弁３６は、ディーゼルエンジン１０の１燃焼サイクルにおいて、主なトルクを発生するメイン噴射の前後にパイロット噴射、ポスト噴射等を含む多段噴射を実施する。
吸気量センサ４０、吸気温センサ４２、吸気圧センサ４４は、それぞれ吸気通路２０２から燃焼室２０４に吸入される吸気量、吸気温、吸気圧を検出する。圧力センサ４６は、コモンレール３４内の燃料圧力を検出する。
（排気浄化システム１００）
排気浄化システム１００は、酸化触媒１１０、ＮＯｘ触媒１１２、ＤＰＦ１１４、燃料添加弁１２０、排気温センサ１３０、１３２、１３４、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ１３６、差圧センサ１３８、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)１４０等から構成される。
酸化触媒１１０は、ハニカム構造体にプラチナ等の酸化触媒を担持した構造体であり、排気中の炭化水素、一酸化炭素等の有害成分を酸化して浄化する。
ＮＯｘ触媒１１２は、ハニカム構造体にＮＯｘ吸蔵剤を担持した構造体であり、排気中のＮＯｘを吸蔵して排気中からＮＯｘを除去する。ＮＯｘ触媒１１２に吸蔵されたＮＯｘは、燃料添加弁１２０から添加される燃料により還元され浄化される。
ＤＰＦ１１４は、多孔質のセラミックにより形成されたハニカム構造体を収容している。ＤＰＦ１１４のハニカム構造体を排気流れ方向に形成された排気通路の入口側および出口側は、互い違いに封止されている。排気中のパティキュレートは、入口側が封止されておらず出口側が封止されている排気通路から流入し、排気通路を形成するハニカム構造体の隔壁を通過する際に隔壁の細孔に捕集される。排気は、入口側が封止されており出口側が封止されていない排気通路から流出する。
燃料添加弁１２０は、電磁弁であり、酸化触媒１１０の上流側に設置されている。燃料添加弁１２０は、高圧ポンプ３０により加圧された燃料を酸化触媒１１０の上流側の排気通路２００に噴射して添加する。燃料添加弁１２０が添加する燃料は、ＮＯｘ触媒１１２が吸蔵しているＮＯｘを還元する。
排気温センサ１３０、１３２、１３４は、それぞれ過給機１４と酸化触媒１１０との間、酸化触媒１１０とＮＯｘ触媒１１２との間、ＤＰＦ１１４の下流側にそれぞれ設置されており、排気通路２００の排気温度を検出する。Ａ／Ｆセンサ１３６は、排気中の酸素濃度に応じたリニアな信号を出力するセンサであり、ＤＰＦ１１４の下流側に設置されている。差圧センサ１３８は、ＤＰＦ１１４の上流側と下流側との圧力差を検出する。
排気浄化制御装置としてのＥＣＵ１４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等から構成されている。ＥＣＵ１４０は、前述した各種センサの出力信号に基づいてエンジン運転状態を判定し、エンジン運転状態に基づいて過給機１４のバイパス弁１６、スロットル弁２０、ＥＧＲ弁２２、高圧ポンプ３０の図示しない調量弁、燃料噴射弁３６、燃料添加弁１２０等の作動を制御する。
例えばＥＣＵ１４０は、エンジン運転状態に基づいて、燃料噴射弁３６の噴射時期、噴射量および多段噴射の噴射パターンを制御する。また、ＥＣＵ１４０は、燃料添加弁１２０を駆動して燃料添加弁１２０から排気通路２００への燃料添加を制御する。
ＥＣＵ１４０は、ＥＣＵ１４０のＲＯＭ、フラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムにより以下の各手段として機能する。
（添加時期検出手段）
ＥＣＵ１４０は、エンジン１０の運転履歴または車両の走行距離に基づいて、ＮＯｘ触媒１１２に吸蔵されているＮＯｘ量を推定し、ＮＯｘ量が所定値、例えばＮＯｘ量が許容値に達したか許容値に近づいている場合、燃料添加弁１２０から燃料を添加してＮＯｘ触媒１１２に吸蔵されているＮＯｘを還元する時期であると判断する。
（添加弁制御手段）
ＥＣＵ１４０は、ＮＯｘ触媒１１２に吸蔵されているＮＯｘを還元する時期であると添加時期検出手段が判断すると、燃料添加弁１２０を駆動して排気通路２００への燃料添加を指令する。
ＥＣＵ１４０は、燃料添加弁１２０に指令する燃料の指令添加量を、一定の固定量にしてもよいし、あるいはＮＯｘ触媒１１２に吸蔵されているＮＯｘ量に応じて適宜変更してもよい。
（実空燃比検出手段）
ＥＣＵ１４０は、Ａ／Ｆセンサ１３６の出力信号に基づき、エンジン１０に吸入された吸気量と、燃料噴射弁３６から噴射された燃料噴射量と、燃料添加弁１２０から添加された燃料添加量とにより決定される実際の空燃比を検出する。
（推定空燃比算出手段）
ＥＣＵ１４０は、吸気量センサ４０の出力から検出する吸気量と、燃料噴射弁３６に指令する指令噴射量と、燃料添加弁１２０に指令する指令添加量とから、推定空燃比を算出する。燃料添加弁１２０が燃料添加を指令されていない場合、推定空燃比を算出するときの指令添加量は０である。
（Ａ／Ｆセンサ異常判定手段）
ＥＣＵ１４０は、例えばＡ／Ｆセンサ１３６の出力信号が変化せず、Ｈｉｇｈ側またはＬｏｗ側に固定されていると、Ａ／Ｆセンサ１３６の異常であると判断する。
（添加弁異常判定手段）
ＥＣＵ１４０は、実空燃比検出手段が検出した実空燃比と、推定空燃比算出手段が算出した推定空燃比との差に基づき、指令添加量の燃料が燃料添加弁１２０から排気通路２００に添加されているかを判定し、燃料添加弁１２０が異常であるかを判定する。
以下、ＥＣＵ１４０が燃料添加弁１２０に燃料添加を指令していない燃料添加弁１２０の非駆動中と、ＥＣＵ１４０が燃料添加弁１２０に燃料添加を指令する燃料添加弁１２０の駆動中とにおける、燃料添加弁１２０に対するＥＣＵ１４０の異常判定について説明する。
（１）非駆動中
燃料添加弁１２０が正常であれば、燃料添加が指令されていない燃料添加弁１２０の非駆動中において、燃料添加弁１２０から排気通路２００に燃料は添加されないので、前述したように、推定空燃比を算出するときの燃料添加弁１２０に対する指令添加量は０である。
これにより、燃料添加弁１２０が正常であり非駆動中に閉弁していれば、ＥＣＵ１４０がＡ／Ｆセンサ１３６の出力に基づいて検出した実空燃比は、燃料添加弁１２０による燃料添加量が０の場合に対応した値になる。その結果、吸気量センサ４０、Ａ／Ｆセンサ１３６等の誤差を考慮すると、推定空燃比に対して実空燃比は所定範囲内になるはずである。
しかし、燃料添加弁１２０に機械的な固着等の異常または電気的な異常が発生し、非駆動中にも関わらず燃料添加弁１２０が開弁して燃料を添加すると、ＥＣＵ１４０がＡ／Ｆセンサ１３６の出力に基づいて検出した実空燃比は、推定空燃比に対して所定範囲からずれた値になる。
そこで、ＥＣＵ１４０は、燃料添加弁１２０の非駆動中において、実空燃比と推定空燃比とに基づいて、非駆動中にも関わらず燃料添加弁１２０が開弁して燃料を添加している開異常が発生しているかを判定できる。
（２）駆動中
燃料添加弁１２０が正常であれば、燃料添加弁１２０の駆動中において、ＮＯｘ触媒１１２に吸蔵されたＮＯｘを還元するためにＥＣＵ１４０が指令する指令添加量の燃料が燃料添加弁１２０から排気通路２００に添加される。
これにより、燃料添加弁１２０が正常であり駆動中に指令添加量の燃料を添加していれば、ＥＣＵ１４０がＡ／Ｆセンサ１３６の出力に基づいて検出した実空燃比は、燃料添加弁１２０による燃料添加量が指令添加量の場合に対応した値になる。その結果、誤差等を考慮すると、推定空燃比に対して実空燃比は所定範囲内になるはずである。
しかし、燃料添加弁１２０に機械的な固着、摺動不良等の異常または電気的な異常が発生しており、駆動中にも関わらず燃料添加弁１２０が閉弁して燃料を添加しないか、開弁して燃料を添加するものの添加量が少な過ぎる閉異常が発生していると、ＥＣＵ１４０がＡ／Ｆセンサ１３６の出力に基づいて検出した実空燃比は、推定空燃比に対して所定範囲からずれた値になる。
また、燃料添加弁１２０に機械的な固着等の異常または電気的な異常が発生しており、添加指令時に開弁して燃料を添加するものの、開異常により燃料添加量が多過ぎると、ＥＣＵ１４０がＡ／Ｆセンサ１３６の出力に基づいて検出した実空燃比は、推定空燃比に対して所定範囲からずれた値になる。
そこで、ＥＣＵ１４０は、燃料添加弁１２０の駆動中において、実空燃比と推定空燃比とに基づいて、駆動中にも関わらず燃料添加弁１２０が閉弁して燃料を添加しないか燃料添加量が少な過ぎる閉異常であるか、燃料を添加するものの添加量が多過ぎる開異常であるかを検出できる。
ところで、ＤＰＦ１１４が捕集しているパティキュレートを燃料噴射弁３６のポスト噴射により燃焼しＤＰＦ１１４を再生する場合、推定空燃比に対して実空燃比が所定範囲からずれる異常が、ポスト噴射に起因するのか燃料添加弁１２０に起因するのかをポスト噴射の実施中に判別することは困難である。
そこで、ＥＣＵ１４０は、ＤＰＦ１１４の再生のために燃料噴射弁３６がポスト噴射を実施しているときには、燃料添加弁１２０に対する異常判定を停止する。
これにより、燃料噴射弁３６によるポスト噴射の実施中に、実空燃比と推定空燃比とに基づいて燃料添加弁１２０が異常であるかを誤判定することを防止できる。
また、ＥＣＵ１４０は、Ａ／Ｆセンサ１３６の異常時には、燃料添加弁１２０に対する異常判定を停止する。これにより、正確ではないＡ／Ｆセンサ１３６の出力に基づいて検出された実空燃比と推定空燃比とに基づいて燃料添加弁１２０が異常であるかを誤判定することを防止できる。
尚、Ａ／Ｆセンサ１３６の正常時には、ＥＣＵ１４０は、Ａ／Ｆセンサ１３６の出力から検出した実空燃比に基づいて、燃料添加弁１２０に対する指令添加量を制御する。
（燃料添加弁１２０の異常判定）
次に、排気浄化システム１００における燃料添加弁１２０に対する異常判定について、図２〜図９の異常判定ルーチンに基づいて説明する。図２〜図９において、「Ｓ」はステップを表している。
図２〜図９のルーチンにおいて、燃料添加弁１２０の非駆動中がルーチンの実行条件であるものは、例えば所定の走行距離毎に定期的に実行されるか、あるいは走行距離または運転履歴に基づいてＮＯｘ触媒１１２に吸蔵されたＮＯｘ量が所定値に達しているとＥＣＵ１４０が判断したときに燃料添加弁１２０に燃料添加を指令する前に実行される。
また、図２〜図９のルーチンにおいて、燃料添加弁１２０が燃料添加を指令され駆動中であることがルーチン実行条件であるものは、例えば走行距離または運転履歴に基づいてＮＯｘ触媒１１２に吸蔵されたＮＯｘ量が所定値に達しているとＥＣＵ１４０が判断したときに実行される。
（非駆動中の異常判定ルーチン１）
図２に、燃料添加弁１２０の非駆動中における異常判定ルーチン１を示す。
Ｓ３００において、ＥＣＵ１４０は、燃料添加弁１２０の駆動中であるかを判定する。燃料添加弁１２０の駆動中であれば（Ｓ３００：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１４０は本ルーチンを終了する。
燃料添加弁１２０の非駆動中であれば（Ｓ３００：Ｎｏ）、Ｓ３０２においてＥＣＵ１４０は、吸気量センサ４０の出力から検出する吸気量と、燃料噴射弁３６に指令する指令噴射量と、燃料添加弁１２０に指令する指令添加量とから、推定空燃比を算出する。
Ｓ３０４においてＥＣＵ１４０は、Ａ／Ｆセンサ１３６の出力信号に基づき、実空燃比を検出する。
Ｓ３０６においてＥＣＵ１４０は、推定空燃比と実空燃比との差が、各センサの検出誤差を考慮して予め設定した適合定数Ａより大きいかを判定する。
推定空燃比と実空燃比との差が適合定数Ａ以下の場合（Ｓ３０６：Ｎｏ）、ＥＣＵ１４０は、非駆動中において燃料添加弁１２０が燃料を添加しておらず正常であると判断する。
燃料添加弁１２０が正常であれば、ＥＣＵ１４０は、所定のタイミングで燃料添加弁１２０を駆動して排気通路２００に燃料を添加し、ＮＯｘ触媒１１２が吸蔵しているＮＯｘを還元し浄化する。
推定空燃比と実空燃比との差が適合定数Ａよりも大きい場合は（Ｓ３０６：Ｙｅｓ）、推定空燃比に対して実空燃比が小さ過ぎる、つまり推定空燃比が示す燃料量よりも実空燃比が示す燃料量が多過ぎることを表している。したがって、ＥＣＵ１４０は、非駆動中に関わらず燃料添加弁１２０が燃料を添加し続けている開異常であると判断する（Ｓ３１０）。
燃料添加弁１２０が異常であれば、ＥＣＵ１４０は、所定のタイミングであっても燃料添加弁１２０の駆動を停止し、警告灯、警告音または警告表示等により燃料添加弁１２０の異常を報知する。
（駆動中の異常判定ルーチン１）
図３に、燃料添加弁１２０の駆動中における異常判定ルーチン１を示す。
Ｓ３２０においてＥＣＵ１４０は、燃料添加弁１２０の非駆動中であるかを判定する。燃料添加弁１２０の非駆動中であれば（Ｓ３２０：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１４０は本ルーチンを終了する。
燃料添加弁１２０の駆動中であれば（Ｓ３２０：Ｎｏ）、Ｓ３２２においてＥＣＵ１４０は、吸気量センサ４０の出力から検出する吸気量と、燃料噴射弁３６に指令する指令噴射量と、燃料添加弁１２０に指令する指令添加量とから、推定空燃比を算出する。
Ｓ３２４においてＥＣＵ１４０は、Ａ／Ｆセンサ１３６の出力信号に基づき、実空燃比を検出する。
Ｓ３２６においてＥＣＵ１４０は、実空燃比と推定空燃比との差が、各センサの検出誤差を考慮して予め設定した適合定数Ｂより大きいかを判定する。
実空燃比と推定空燃比との差が適合定数Ｂよりも大きい場合（Ｓ３２６：Ｙｅｓ）、推定空燃比に対して実空燃比が大き過ぎる、つまり推定空燃比が示す燃料量よりも実空燃比が示す燃料量が少な過ぎることを表している。したがって、ＥＣＵ１４０は、駆動中に関わらず燃料添加弁１２０が閉弁し燃料を添加していない無噴射であるか、開弁していても添加量が指令添加量よりも少な過ぎる閉異常であると判断する（Ｓ３２８）。
実空燃比と推定空燃比との差が適合定数Ｂ以下の場合（Ｓ３２６：Ｎｏ）、Ｓ３３０においてＥＣＵ１４０は、推定空燃比と実空燃比との差が適合定数Ｃよりも大きいかを判定する。
推定空燃比と実空燃比との差が適合定数Ｃ以下の場合（Ｓ３３０：Ｎｏ）、ＥＣＵ１４０は、燃料添加弁１２０の駆動中において指令添加量の燃料を添加しており正常であると判断する（Ｓ３３２）。
推定空燃比と実空燃比との差が適合定数Ｃよりも大きい場合は（Ｓ３３０：Ｙｅｓ）、推定空燃比に対して実空燃比が小さ過ぎる、つまり推定空燃比が示す燃料量よりも実空燃比が示す燃料量が多過ぎることを表している。したがって、ＥＣＵ１４０は、駆動中において燃料添加弁１２０が添加している燃料添加量が指令添加量よりも多過ぎる開異常であると判断する（Ｓ３３４）。
燃料添加弁１２０が閉異常または開異常であれば、ＥＣＵ１４０は、所定のタイミングであっても燃料添加弁１２０の駆動を停止し、駆動警告灯、警告音または警告表示等により燃料添加弁１２０の異常を報知する。
（非駆動中の異常判定ルーチン２）
図４に燃料添加弁１２０の非駆動中における異常判定ルーチン２を示す。
Ｓ３４０においてＥＣＵ１４０は、Ａ／Ｆセンサ１３６が異常であるか、あるいは燃料添加弁１２０の駆動中であるかを判定する。
Ａ／Ｆセンサ１３６が異常であるか、あるいは燃料添加弁１２０の駆動中であれば（Ｓ３４０：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１４０は本ルーチンを終了する。
Ａ／Ｆセンサ１３６が正常であり、かつ燃料添加弁１２０の非駆動中であれば（Ｓ３４０：Ｎｏ）、ＥＣＵ１４０はＳ３４２〜Ｓ３５０の処理を実施する。Ｓ３４２〜Ｓ３５０は、図２のＳ３０２〜Ｓ３１０と実質的に同一処理であるから説明を省略する。
ただし、Ｓ３４６において推定空燃比と実空燃比との差を判定するときに使用する適合定数Ｄは、図２のＳ３０６の適合定数Ａよりも小さい値に設定されることが望ましい。これは、Ａ／Ｆセンサ１３６の異常を判定しない図２のルーチンと異常を判定する図４のルーチンとでは、実空燃比の値の信頼度が図４のルーチンの方が高いからである。
（駆動中の異常判定ルーチン２）
図５に、燃料添加弁１２０の駆動中における異常判定ルーチン２を示す。
Ｓ３６０においてＥＣＵ１４０は、Ａ／Ｆセンサ１３６が異常であるか、あるいは燃料添加弁１２０の非駆動中であるかを判定する。
Ａ／Ｆセンサ１３６が異常であるか、あるいは燃料添加弁１２０の非駆動中であれば（Ｓ３６０：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１４０は本ルーチンを終了する。
Ａ／Ｆセンサ１３６が正常であり、かつ燃料添加弁１２０の駆動中であれば（Ｓ３６０：Ｎｏ）、ＥＣＵ１４０はＳ３６２〜Ｓ３７４の処理を実施する。Ｓ３６２〜Ｓ３７４は、図３のＳ３２２〜Ｓ３３４と実質的に同一処理であるから説明を省略する。
ただし、Ｓ３６６において実空燃比と推定空燃比との差を判定するときに使用する適合定数Ｅは、図３のＳ３２６の適合定数Ｂよりも小さい値に設定され、Ｓ３７０において推定空燃比と実空燃比との差を判定するときに使用する適合定数Ｆは、図３のＳ３３０の適合定数Ｃよりも小さい値に設定されることが望ましい。これは、Ａ／Ｆセンサ１３６の異常を判定しない図３のルーチンと異常を判定する図５のルーチンとでは、実空燃比の値の信頼度が図５のルーチンの方が高いからである。
（非駆動中の異常判定ルーチン３）
図６に燃料添加弁１２０の非駆動中における異常判定ルーチン３を示す。
Ｓ３８０においてＥＣＵ１４０は、ポスト噴射によるＤＰＦ１１４の再生中であるか、あるいは燃料添加弁１２０の駆動中であるかを判定する。
ポスト噴射によるＤＰＦ１１４の再生中か、あるいは燃料添加弁１２０の駆動中であれば（Ｓ３８０：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１４０は本ルーチンを終了する。
ＤＰＦ１１４の再生中ではなく、かつ燃料添加弁１２０の非駆動中であれば（Ｓ３８０：Ｎｏ）、ＥＣＵ１４０はＳ３８２〜Ｓ３９０の処理を実施する。Ｓ３８２〜Ｓ３９０は、図２のＳ３０２〜Ｓ３１０と実質的に同一処理であるから説明を省略する。
ただし、Ｓ３８６において推定空燃比と実空燃比との差を判定するときに使用する適合定数Ｇは、図２のＳ３０６の適合定数Ａよりも小さい値に設定されることが望ましい。これは、ＤＰＦ１１４を再生するために実施するポスト噴射の噴射量がばらつくことがあるので、ＤＰＦ１１４の再生中であるかを判定しない図２のルーチンと再生中であるかを判定する図６のルーチンとでは、推定空燃比の値の信頼度が図６のルーチンの方が高いからである。
（駆動中の異常判定ルーチン３）
図７に、燃料添加弁１２０の駆動中における異常判定ルーチン３を示す。
Ｓ４００においてＥＣＵ１４０は、ポスト噴射によるＤＰＦ１１４の再生中であるか、あるいは燃料添加弁１２０の非駆動中であるかを判定する。
ポスト噴射によるＤＰＦ１１４の再生中か、あるいは燃料添加弁１２０の非駆動中であれば（Ｓ４００：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１４０は本ルーチンを終了する。
ＤＰＦ１１４の再生中ではなく、かつ燃料添加弁１２０の駆動中であれば（Ｓ４００：Ｎｏ）、ＥＣＵ１４０はＳ４０２〜Ｓ４１４の処理を実施する。Ｓ４０２〜Ｓ４１４は、図３のＳ３２２〜Ｓ３３４と実質的に同一処理であるから説明を省略する。
ただし、Ｓ４０６において実空燃比と推定空燃比との差を判定するときに使用する適合定数Ｈは、図３のＳ３２６の適合定数Ｂよりも小さい値に設定され、Ｓ４１０において推定空燃比と実空燃比との差を判定するときに使用する適合定数Ｉは、図３のＳ３３０の適合定数Ｃよりも小さい値に設定されることが望ましい。これは、ＤＰＦ１１４の再生中であるかを判定しない図３のルーチンと再生中であるかを判定する図７のルーチンとでは、推定空燃比の値の信頼度が図７のルーチンの方が高いからである。
（非駆動中の異常判定ルーチン４）
図８に燃料添加弁１２０の非駆動中における異常判定ルーチン４を示す。
Ｓ４２０においてＥＣＵ１４０は、Ａ／Ｆセンサ１３６が異常であるか、あるいは燃料添加弁１２０の駆動中であるかを判定する。
Ａ／Ｆセンサ１３６が異常であるか、あるいは燃料添加弁１２０の駆動中であれば（Ｓ４２０：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１４０は本ルーチンを終了する。
Ａ／Ｆセンサ１３６が正常であり、かつ燃料添加弁１２０の非駆動中であれば（Ｓ４２０：Ｎｏ）、Ｓ４０２においてＥＣＵ１４０は、ポスト噴射によるＤＰＦ１１４の再生中であるかを判定する。ポスト噴射によるＤＰＦ１１４の再生中であれば（Ｓ４２２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１４０は本ルーチンを終了する。
ＤＰＦ１１４の再生中でなければ（Ｓ４２２：Ｎｏ）、ＥＣＵ１４０はＳ４２４〜Ｓ４３２の処理を実施する。Ｓ４２４〜Ｓ４３２は、図２のＳ３０２〜Ｓ３１０と実質的に同一処理であるから説明を省略する。
ただし、Ｓ４２８において推定空燃比と実空燃比との差を判定するときに使用する適合定数Ｊは、図２のＳ３０６の適合定数Ａよりも小さい値に設定されることが望ましい。これは、Ａ／Ｆセンサ１３６の異常を判定せず、さらにＤＰＦ１１４の再生中であるかを判定しない図２のルーチンと、Ａ／Ｆセンサ１３６の異常を判定し、さらにＤＰＦ１１４の再生中であるかを判定する図８のルーチンとでは、実空燃比および推定空燃比の値の信頼度が図８のルーチンの方が高いからである。
（駆動中の異常判定ルーチン４）
図９に、燃料添加弁１２０の駆動中における異常判定ルーチン４を示す。
Ｓ４４０においてＥＣＵ１４０は、Ａ／Ｆセンサ１３６が異常であるか、あるいは燃料添加弁１２０の非駆動中であるかを判定する。
Ａ／Ｆセンサ１３６が異常であるか、あるいは燃料添加弁１２０の非駆動中であれば（Ｓ４４０：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１４０は本ルーチンを終了する。
Ａ／Ｆセンサ１３６が正常であり、かつ燃料添加弁１２０の駆動中であれば（Ｓ４４０：Ｎｏ）、Ｓ４４２においてＥＣＵ１４０は、ポスト噴射によるＤＰＦ１１４の再生中であるかを判定する。ポスト噴射によるＤＰＦ１１４の再生中であれば（Ｓ４４２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１４０は本ルーチンを終了する。
ＤＰＦ１１４の再生中でなければ（Ｓ４４２：Ｎｏ）、ＥＣＵ１４０はＳ４４４〜Ｓ４５６の処理を実施する。Ｓ４４４〜Ｓ４５６は、図３のＳ３２２〜Ｓ３３４と実質的に同一処理であるから説明を省略する。
ただし、Ｓ４４８において実空燃比と推定空燃比との差を判定するときに使用する適合定数Ｋは、図３のＳ３２６の適合定数Ｂよりも小さい値に設定され、Ｓ４５２において推定空燃比と実空燃比との差を判定するときに使用する適合定数Ｌは、図３のＳ３３０の適合定数Ｃよりも小さい値に設定されることが望ましい。これは、Ａ／Ｆセンサ１３６の異常を判定せず、さらにＤＰＦ１１４の再生中であるかを判定しない図３のルーチンと、Ａ／Ｆセンサ１３６の異常を判定し、さらにＤＰＦ１１４の再生中であるかを判定する図９のルーチンとでは、実空燃比および推定空燃比の値の信頼度が図９のルーチンの方が高いからである。
以上説明した上記実施形態では、ＥＣＵ１４０は、燃料添加弁１２０の非駆動中および駆動中において、Ａ／Ｆセンサ１３６の出力から実空燃比を検出し、吸気量センサ４０の出力から検出する吸気量と、燃料噴射弁３６に指令する指令噴射量と、燃料添加弁１２０に指令する指令添加量とから推定空燃比を算出し、実空燃比と推定空燃比とに基づいて、燃料添加弁１２０が異常であるかを判定している。
これにより、燃料添加弁１２０が異常の場合には、燃料添加弁１２０の駆動の停止、燃料添加弁１２０の異常の報知等の適切な処理を実施できる。
［他の実施形態］
上記実施形態では、エンジン１０から排出される排気中の有害成分を除去する排気処理装置として、酸化触媒１１０、ＮＯｘ触媒１１２およびＤＰＦ１１４を使用し、ＮＯｘ触媒１１２に吸蔵されたＮＯｘを還元するために、燃料添加弁１２０から燃料を添加した。
これに対し、ＮＯｘ触媒１１２に吸蔵されたＮＯｘの還元用に加え、ＤＰＦ１１４の再生用に燃料添加弁１２０から燃料を添加してもよい。
また、ＮＯｘ触媒１１２またはＤＰＦ１１４のいずれか一方を設置し、ＮＯｘ触媒１１２に吸蔵されたＮＯｘの還元用またはＤＰＦ１１４の再生用のいずれかの用途に燃料添加弁１２０から燃料を添加してもよい。
ＮＯｘ触媒１１２またはＤＰＦ１１４のいずれか一方を設置し、ＮＯｘ触媒１１２に吸蔵されたＮＯｘの還元用またはＤＰＦ１１４の再生用のいずれかの用途に燃料添加弁１２０から燃料を添加する場合、図２〜図５の異常判定ルーチンを適用できる。
また、排気中の有害成分を排気処理装置で除去し、排気処理装置で除去した有害成分を燃料添加弁１２０から添加する燃料により浄化するのであれば、排気処理装置がどのような構成であってもよい。
また、燃料添加弁１２０の下流側であれば、Ａ／Ｆセンサ１３６の設置位置は排気処理装置であるＮＯｘ触媒１１２およびＤＰＦ１１４の下流側に限るものではない。例えば、ＮＯｘ触媒１１２の上流側にＡ／Ｆセンサ１３６を設置してもよい。
上記実施形態では、添加時期検出手段、添加弁制御手段、実空燃比検出手段、推定空燃比算出手段、添加弁異常判定手段、空燃比センサ異常判定手段の機能を、制御プログラムにより機能が特定されるＥＣＵ１４０により実現している。これに対し、上記複数の手段の機能の少なくとも一部を、回路構成自体で機能が特定されるハードウェアで実現してもよい。
また、排気中の有害成分を排気処理装置で除去し、排気処理装置で除去した有害成分を燃料添加弁から添加する燃料により浄化する排気浄化システムであれば、ディーゼルエンジン以外の他の内燃機関、例えばガソリンエンジンまたは他の燃料を使用する内燃機関の排気浄化システムにも本発明の排気浄化制御装置を適用できる。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
本実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。 燃料添加弁の非駆動中における異常判定ルーチン１。 燃料添加弁の駆動中における異常判定ルーチン１。 燃料添加弁の非駆動中における異常判定ルーチン２。 燃料添加弁の駆動中における異常判定ルーチン２。 燃料添加弁の非駆動中における異常判定ルーチン３。 燃料添加弁の駆動中における異常判定ルーチン３。 燃料添加弁の非駆動中における異常判定ルーチン４。 燃料添加弁の駆動中における異常判定ルーチン４。
符号の説明
１０：ディーゼルエンジン（内燃機関）、３６：燃料噴射弁、１００：排気浄化システム、１１２：ＮＯｘ触媒（排気処理装置）、１１４：ＤＰＦ（排気処理装置）、１２０：燃料添加弁、１３６：Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）、１４０：ＥＣＵ（排気浄化制御装置、添加時期検出手段、添加弁制御手段、実空燃比取得手段、推定空燃比算出手段、添加弁異常判定手段、空燃比センサ異常判定手段）、２００：排気通路

Claims (9)

  1. 内燃機関の排気通路に設置された排気処理装置により排気中の有害成分を除去し、燃料添加弁から前記排気通路に燃料を添加することにより前記排気処理装置が除去した前記有害成分を浄化する排気浄化システムの排気浄化制御装置において、
    前記燃料添加弁の下流側に設置された空燃比センサの出力に基づいて実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、
    燃料噴射弁から前記内燃機関に噴射される燃料量と前記燃料添加弁から前記排気通路に添加される燃料量と前記内燃機関に供給される吸気量とから推定空燃比を算出する推定空燃比算出手段と、
    前記排気通路への燃料添加を前記燃料添加弁に指令する添加弁制御手段と、
    前記実空燃比と前記推定空燃比とに基づいて前記燃料添加弁が異常であるかを判定する添加弁異常判定手段と、
    を備えることを特徴とする排気浄化制御装置。
  2. 前記添加弁異常判定手段は、前記添加弁制御手段が燃料添加を指令していない前記燃料添加弁の非駆動中において、前記実空燃比と前記推定空燃比とに基づいて前記燃料添加弁が異常であるかを判定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化制御装置。
  3. 前記添加弁異常判定手段は、前記添加弁制御手段が燃料添加を指令した前記燃料添加弁の駆動中において、前記実空燃比と前記推定空燃比とに基づいて前記燃料添加弁が異常であるかを判定することを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化制御装置。
  4. 前記空燃比センサが異常であるかを判定する空燃比センサ異常判定手段をさらに備え、
    前記添加弁異常判定手段は、前記空燃比センサの異常時、前記燃料添加弁に対する異常判定を停止することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の排気浄化制御装置。
  5. 前記排気処理装置は、排気中から除去したＮＯｘを前記燃料添加弁から添加される燃料により還元するＮＯｘ触媒を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の排気浄化制御装置。
  6. 前記排気処理装置は、排気中からパティキュレートを除去するフィルタをさらに有することを特徴とする請求項５に記載の排気浄化制御装置。
  7. 前記フィルタに除去されたパティキュレートは前記燃料噴射弁によるポスト噴射の燃料により燃焼され、
    前記添加弁異常判定手段は、前記ポスト噴射の実施中、前記燃料添加弁に対する異常判定を停止することを特徴とする請求項６に記載の排気浄化制御装置。
  8. 前記排気処理装置は、排気中から除去したパティキュレートを前記燃料添加弁から添加される燃料により燃焼するフィルタを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の排気浄化制御装置。
  9. 内燃機関の排気通路に設置され、前記内燃機関から排出される排気中の有害成分を除去する排気処理装置と、
    前記排気通路に燃料を添加することにより前記排気処理装置が除去した前記有害成分を浄化する燃料添加弁と、
    前記燃料添加弁の下流側に設置される空燃比センサと、
    請求項１から８のいずれか一項に記載の排気浄化制御装置と、
    を備えることを特徴とする排気浄化システム。
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