JP2011202639A - 内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＣＲ触媒を備えた排気浄化システムの異常を検出した場合に、排気浄化システムのどの構成要素に異常が生じているかを判別することができる内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置を提供する。
【解決手段】排気通路に設けられたＳＣＲ触媒と、尿素水をＳＣＲ触媒よりも上流の排気に添加する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムの故障を検出する故障検出装置であって、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘ量を測定又は推定により取得する手段と、ＳＣＲ触媒から流出するＮＯｘ量を測定により取得する手段と、取得した流入ＮＯｘ量及び流出ＮＯｘ量に基づいてＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化率を取得する手段と、定常状態における浄化率と、過渡状態において浄化率の過渡変動が安定するのに要する時間と、に基づいて、ＳＣＲ触媒の故障、還元剤供給手段の故障又はＮＯｘセンサの故障を判別する故障箇所判別手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置に関する。

内燃機関から排出されるＮＯｘを浄化する排気浄化システムとして、ＮＨ_３存在下でＮＯｘを選択的に還元して浄化するＳＣＲ触媒を排気通路に配置し、排気の熱により分解してＮＨ_３を生成可能な尿素水をＳＣＲ触媒の上流から排気中に添加するものがある。

このようなＳＣＲ触媒システムにおいて、ＮＯｘセンサによる検出値に基づいてＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化率を算出し、それに基づいてＳＣＲ触媒システムの異常を検出する技術がある（特許文献１を参照）。

特開２００３−３１４２５８号公報 特開２００６−１２５２４７号公報

ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化率は、ＳＣＲ触媒を備えた排気浄化システムの種々の構成要素の異常や故障の影響により影響される。例えば、ＳＣＲ触媒の劣化、尿素水供給装置による尿素酔狂給料の過不足、尿素水供給装置により供給される尿素水の霧化の不良、ＮＯｘセンサの故障などによってＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化率は変化する。従って、ＮＯｘセンサによる検出値に基づいて算出される浄化率に基づくだけでは、排気浄化システムのどの構成要素に異常が生じているかを判別することは困難だった。

本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、ＳＣＲ触媒を備えた排気浄化システムの異常を検出した場合に、排気浄化システムのどの構成要素に異常が生じているかを判別することができる内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられアンモニアを吸着して排気中のＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒と、
排気中又は前記ＳＣＲ触媒で反応してアンモニアを生成する還元剤溶液を前記ＳＣＲ触媒よりも上流の排気に添加する還元剤供給手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化システムの故障を検出する故障検出装置であって、
前記ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘ量を測定又は推定により取得する流入ＮＯｘ量取得手段と、
前記ＳＣＲ触媒から流出するＮＯｘ量を測定により取得する流出ＮＯｘ量取得手段と、
前記流入ＮＯｘ量取得手段により取得されるＮＯｘ量及び前記流出ＮＯｘ量取得手段により取得されるＮＯｘ量に基づいて前記ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化率を取得する浄化率取得手段と、
前記還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量が変化しない定常状態において前記浄化率取得手段により取得される浄化率である定常時浄化率と、前記還元剤供給手段による還
元剤溶液供給量の増加を伴う過渡状態において前記浄化率取得手段により取得される浄化率の過渡変動が安定するのに要する時間である過渡時浄化率安定時間と、に基づいて、前記ＳＣＲ触媒の故障、前記還元剤供給手段の故障又は前記ＮＯｘセンサの故障を判別する故障箇所判別手段と、
を備えることを特徴とする。

還元剤溶液としては尿素水が代表的である。排気中に添加された尿素水は排気中やＳＣＲ触媒において分解してＮＨ_３を生成し、このＮＨ_３がＳＣＲ触媒においてＮＯｘを還元浄化する還元剤として機能する。

このように、ＳＣＲ触媒においてＮＯｘを還元浄化するための還元剤であるＮＨ_３は、排気中やＳＣＲ触媒において還元剤溶液がＮＨ_３を生成する反応を経てＳＣＲ触媒に供給されるので、加速時などのＮＯｘ排出量が増大する過渡時に還元剤溶液の供給量を増大させても、ＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ_３が増大するまでには遅れ時間がある。

この遅れ時間のために、ＳＣＲ触媒へのＮＨ_３の供給量を増大させるべき過渡時には、ＳＣＲ触媒において一時的にＮＨ_３が不足してＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率が低下する現象が起こる。過渡時に一時的に低下した浄化率は、時間経過と共に収束し、ある程度の時間が経過すると浄化率が安定する。

ところで、排気浄化システムに故障が生じた場合、還元剤溶液の供給量が変化しない定常状態におけるＳＣＲ触媒の浄化率（定常時浄化率）に影響が現われる。更に、上述した過渡時に浄化率が安定するまでの時間（過渡時浄化率安定時間）には、排気浄化システムにおける故障した部位（構成要素）毎に特徴的な影響が現われる。

従って、排気浄化システムに故障が生じた場合、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間の正常値に対する変化に基づいて、排気浄化システムにおける故障した部位が、ＳＣＲ触媒、還元剤供給手段又はＮＯｘセンサのいずれであるのかを判別することができる。

詳細には、ＳＣＲ触媒に劣化が生じた場合、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの還元能力が低下するため、定常時浄化率が低下する。また、還元剤溶液がＳＣＲ触媒において反応してＮＨ_３を生成する反応の反応速度も低下するため、過渡時に一時的に低下した浄化率が回復するのに長い時間を要するようになる。すなわち、過渡時浄化率安定時間が長くなる。

このことから、前記故障箇所判別手段は、前記取得される定常時浄化率が正常値より低く、前記取得される過渡時浄化率安定時間が正常値より長い場合、前記排気浄化システムの故障は前記ＳＣＲ触媒の劣化であると判別することができる。

また、還元剤供給手段から供給される還元剤溶液が霧化しにくくなった場合、過渡時におけるＮＨ_３の供給に遅れが大きくなるため、過渡時浄化率安定時間が長くなる。一方、遅れ時間は長くなるものの、結局は要求されるＮＨ_３がＳＣＲ触媒に供給されるので、定常時浄化率は変化しない。

このことから、前記故障箇所判別手段は、前記取得される定常時浄化率が正常値と略等しく、前記取得される過渡時浄化率安定時間が正常値より長い場合、前記排気浄化システムの故障は前記還元剤供給手段により供給される還元剤溶液の霧化の不良であると判別することができる。

また、還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量が正常値よりも過多になっている場合、ＳＣＲ触媒内に定常的に多量のＮＨ_３が存在することから、ＳＣＲ触媒からのＮＨ_３の
漏れが生じ、定常時浄化率は低下する。一方、過渡時はＮＨ_３の消費が促進されてＮＨ_３の漏れが低減するとともに、ＳＣＲ触媒内に多量のＮＨ_３が存在することから、一時的な浄化率の低下は比較的早期に回復する。すなわち、過渡時浄化率安定時間は短くなる。

このことから、前記故障箇所判別手段は、前記取得される定常時浄化率が正常値より低く、前記取得される過渡時浄化率安定時間が正常値より短い場合、前記排気浄化システムの故障は前記還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量の過多であると判別することができる。

浄化率の取得にＮＯｘセンサによる測定値を用いるシステムでは、ＳＣＲ触媒や還元剤供給手段に故障が生じていない場合であっても、ＮＯｘセンサの故障により浄化率の異常が検出される場合がある。このような場合に、ＳＣＲ触媒や還元剤供給手段の故障を誤検出することなく、ＮＯｘセンサの故障を確実に検出できることが望ましい。

例えば、ＮＯｘセンサが、実際にＳＣＲ触媒から流出しているＮＯｘ量よりも少ない測定値を出力している場合、ＮＯｘセンサによる測定値に基づいて算出される浄化率は実際よりも上昇する。従って、定常時浄化率は高くなるが、この場合、ＳＣＲ触媒や還元剤供給手段は正常であるから、過渡時浄化率安定時間は変化しない。

このことから、前記故障箇所判別手段は、前記取得される定常時浄化率が正常値より高く、前記取得される過渡時浄化率安定時間が正常値と略等しい場合、前記排気浄化システムの故障は前記ＮＯｘセンサによる出力が実際のＮＯｘ量より少ない側へずれていることであると判別することができる。

一方、ＮＯｘセンサが、実際にＳＣＲ触媒から流出しているＮＯｘ量よりも多い測定値を出力している場合、ＮＯｘセンサによる測定値に基づいて算出される浄化率は実際よりも低下する。従って、定常時浄化率は低くなるが、この場合も、ＳＣＲ触媒や還元剤供給手段は正常であるから、過渡時浄化率安定時間は変化しない。

ところが、還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量が正常時よりも過少になっている場合も、定常時浄化率が低くなると共に過渡時浄化率安定時間が変化しない、という同様の傾向を示す。

このことから、前記故障箇所判別手段は、前記取得される定常時浄化率が正常値より低く、前記取得される過渡時浄化率安定時間が正常値と略等しい場合、前記排気浄化システムの故障は前記ＮＯｘセンサによる出力が実際のＮＯｘ量より多い側へずれていること又は前記還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量の過少のいずれかであると判別することができる。

ここで、還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量とＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化率との関係は、ある最適量において浄化率がピークとなり、当該最適量よりも還元剤溶液の供給量が過多であっても過少であっても、最適量の場合と比較して浄化率は低下する傾向がある。そして、この傾向は、ＮＯｘセンサによる出力が実際にＳＣＲ触媒から流出するＮＯｘ量よりも多い側にずれている場合、全体的に定常時浄化率が低下する側にシフトする。

従って、還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量が正常（最適量）であるがＮＯｘセンサによる出力が実際のＮＯｘ量よりも多い側にずれているために定常時浄化率が低下した場合と、還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量が正常値よりも過少になったために定常時浄化率が低下した場合とでは、還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量を増加さ
せた場合の浄化率の変化の仕方が異なる。

すなわち、ＮＯｘセンサによる出力が実際のＮＯｘ量よりも多い側にずれているが還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量が正常の場合に供給量を増加させると、供給量は最適量からずれるため浄化率は低下する。一方、還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量が過少の場合に供給量を増加させると、供給量は最適量に近付くため浄化率は上昇する。

このことから、前記故障箇所判別手段は、前記取得される定常時浄化率と正常値との差に基づいて決定される所定量だけ前記還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量を増加させ、該還元剤溶液の供給量の増加に伴う浄化率の変化の仕方に基づいて、前記排気浄化システムの故障が、前記ＮＯｘセンサによる出力が実際のＮＯｘ量より多い側へずれていることと前記還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量の過少とのいずれであるかを判別することができる。

具体的には、前記故障箇所判別手段は、前記還元剤溶液の供給量の増加に伴って浄化率が低下した場合、前記排気浄化システムの故障は前記ＮＯｘセンサによる出力が実際のＮＯｘ量より多い側へずれていることであると判別することができる。

また、前記故障箇所判別手段は、前記還元剤溶液の供給量の増加に伴って浄化率が上昇した場合、前記排気浄化システムの故障は前記還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量の過少であると判別することができる。

ここで、還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量が過小の場合であっても、供給量の増加量が多過ぎると、供給量は最適量を超えてしまい、場合によっては浄化率が低下することになる。また、過剰な供給量の増加はＮＨ_３の漏れを招き、好ましくない。

そこで、前記故障箇所判別手段は、前記排気浄化システムの故障が前記還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量の過少であると仮定して、前記取得される定常時浄化率と正常値との差に基づいて該供給量の目標量に対する不足分を算出し、該算出した不足分以下の量に前記所定量を決定するようにしても良い。

こうすることで、実際に排気浄化システムの故障が還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量の過少であった場合には、所定量の供給量の増加により供給量はほぼ最適量になるため、確実に浄化率が上昇し、実際の排気浄化システムの故障がＮＯｘセンサの出力のずれであった場合には、所定量の供給量の増加により供給量が最適量より多くなるため、浄化率が低下する。従って、還元剤供給量の過少とＮＯｘセンサの出力のずれを確実に判別することができる。またＮＨ_３の漏れも最小限に抑えることができる。

本発明によれば、ＳＣＲ触媒を備えた排気浄化システムの異常を検出した場合に、排気浄化システムのどの構成要素に異常が生じているかを判別することができる内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置を提供することができる。

実施例に係る内燃機関の排気浄化システム及びその故障検出装置の概略構成を示す図である。 実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて、定常時浄化率及び加速過渡時に尿素水の添加量が増量された場合の過渡時浄化率安定時間における故障による影響の現れ方の、排気浄化システムにおける故障した部位による違いを、（Ａ）ＳＣＲ触媒が劣化した場合、（Ｂ）ＮＯｘセンサの出力値が実際のＳＣＲ触媒から流出するＮＯｘ量より多い側にずれた場合、又は、尿素水添加弁による尿素水の添加量が正常値より過少になった場合、（Ｃ）尿素水添加弁から添加される尿素水が霧化しにくくなった場合、（Ｄ）尿素水添加弁による尿素水の添加量が正常値より過多になった場合、及び、（Ｅ）ＮＯｘセンサの出力値が実際のＳＣＲ触媒から流出するＮＯｘ量より少ない側にずれた場合、のそれぞれについて示した図である。 実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて、故障が生じた部位による定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間への影響の現れ方の違いをまとめた表である。 実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化システムの故障部位と、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間への影響の現れ方と、の関係を、横軸を定常時浄化率、縦軸を過渡時浄化率安定時間、原点を正常時とする２次元平面上の領域として表した図である。 実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化システムの故障部位と、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間への影響の現れ方と、の関係を、横軸を定常時浄化率、縦軸を過渡時浄化率安定時間、原点を正常時とする２次元平面上の領域として表した他の図である。 実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて、尿素水添加弁による尿素水の供給量と定常時浄化率との関係を示した図である。 実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて、定常時浄化率が正常値より低く、且つ、過渡時浄化率安定時間が異常値を示していない場合に、尿素水添加弁による尿素水の供給量を増加させる場合の、尿素水供給量の増加量と、該供給量増加に伴う定常時浄化率の変化の仕方及びＮＨ_３漏れの程度と、の関係を、ＮＯｘセンサによる出力が浄化率低下側へずれた場合、及び、尿素水添加弁による尿素水の供給量が過少になっている場合、のそれぞれについて示した表である。 実施例に係る排気浄化システムの故障検出装置によって排気浄化システムの故障部位を判別する処理を表したフローチャートである。 実施例に係る排気浄化システムの故障検出装置によって排気浄化システムの故障部位を判別する処理を表したフローチャートである。 実施例に係る排気浄化システムの故障検出装置によって排気浄化システムの故障部位を判別する処理を表したフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。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。

図１は本実施例に係る内燃機関の排気浄化システム及びその故障検出装置の概略構成を示す図である。図１において、内燃機関１の図示しない気筒は図示しない排気ポートを介して排気マニホールド２に連通し、既燃ガスが排気マニホールド２に排出される。排気マニホールド２には排気通路３が接続されている。

排気通路３に上流側から順に酸化触媒４、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ５、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元し浄化するＳＣＲ触媒７が設けられている。フィルタ５とＳＣＲ触媒７の間の排気通路３には、排気中に尿素水（還元剤溶液）を添加する尿素水添加弁６（還元剤供給手段）が設けられている。

尿素水添加弁６には尿素水タンク１１から尿素水が供給される。尿素水添加弁６から排気中に添加された尿素水は、排気中やＳＣＲ触媒７において分解しＮＨ_３を生成する。このＮＨ_３がＳＣＲ触媒７においてＮＯｘを還元するための還元剤として機能する。ＳＣＲ触媒７の下流側にはＳＣＲ触媒７から流出するＮＯｘ量を測定するＮＯｘセンサ８が設けられている。

ＥＣＵ１０は内燃機関１を制御するコンピュータであり、ＮＯｘセンサ８を含む各種センサによる検出値が入力される。ＥＣＵ１０は各種センサから入力される検出値に基づいて内燃機関１の運転状態や運転者の要求を取得し、尿素水添加弁６を含む各種機器の動作を制御する。

本実施例の排気浄化システムでは、ＳＣＲ触媒７に流入するＮＯｘ量とＳＣＲ触媒７から流出するＮＯｘ量との比率に基づいてＳＣＲ触媒７におけるＮＯｘの浄化率を算出する。浄化率を算出するＥＣＵ１０が本発明の浄化率取得手段として機能する。

ＳＣＲ触媒７から流出するＮＯｘ量はＮＯｘセンサ８により取得した値を用い、ＳＣＲ触媒７に流入するＮＯｘ量はＥＣＵ１０に入力される種々の検出値や情報に基づく演算により推定した値を用いる。なお、ＳＣＲ触媒７の上流にＳＣＲ触媒７に流入するＮＯｘ量を測定するセンサを設けても良い。

推定により触媒入りＮＯｘ量を取得するＥＣＵ１０又は測定により触媒入りＮＯｘ量を取得するセンサが本発明のＮＯｘ量取得手段として機能する。

ＳＣＲ触媒７においてＮＯｘを還元浄化するための還元剤であるＮＨ_３は、排気中やＳＣＲ触媒７において尿素水がＮＨ_３を生成する反応を経てＳＣＲ触媒７に供給されるので、加速時のようにＮＯｘ排出量が増大する過渡時に尿素水添加弁６による添加量を増大させても、ＳＣＲ触媒７に供給されるＮＨ_３が増大するまでには遅れ時間がある。

この遅れ時間のために、ＳＣＲ触媒７へのＮＨ_３の供給量を増大させるべき加速時には、ＳＣＲ触媒において一時的にＮＨ_３が不足してＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率が低下する現象が起こる。過渡時に一時的に低下した浄化率は、時間経過と共に収束し、ある程度時間が経過すると浄化率は安定する。過渡時に浄化率の変動が収束して安定するまでに要する時間を以下「過渡時浄化率安定時間」と称する。

排気浄化システムに故障が生じた場合、尿素水の添加量が変化しない定常状態（尿素水の添加量が変化する過渡時から十分長い時間が経過した後の状態）におけるＳＣＲ触媒７の浄化率（以下「定常時浄化率」と称する）とともに、上記の過渡時浄化率安定時間にも影響が現われる。

そして、これら定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間における故障による影響の現れ方は、排気浄化システムにおける故障した部位（構成要素）に応じた特徴を有している。

図２は、定常時浄化率及び加速過渡時に尿素水の添加量が増量された場合の過渡時浄化率安定時間における故障による影響の現れ方の、排気浄化システムにおける故障した部位による違いを、いくつかの故障部位について示した図である。

図２（Ａ）はＳＣＲ触媒７が劣化した場合、図２（Ｂ）はＮＯｘセンサ８の出力値が実際のＳＣＲ触媒７から流出するＮＯｘ量より多い側にずれた場合、又は、尿素水添加弁６による尿素水の添加量が正常値より過少になった場合、図２（Ｃ）は尿素水添加弁６から添加される尿素水が霧化しにくくなった場合、図２（Ｄ）は尿素水添加弁６による尿素水の添加量が正常値より過多になった場合、図２（Ｅ）のＮＯｘセンサ８の出力値が実際のＳＣＲ触媒７から流出するＮＯｘ量より少ない側にずれた場合、の各場合における、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間への影響の現れ方を示した図である。

図２は、加速過渡時の浄化率の変化を示している。加速に伴って内燃機関１から排出さ
れるＮＯｘ量が増大し、これに伴ってＳＣＲ触媒７に流入するＮＯｘ量が図２（Ｆ）に示すように増大する。この触媒入りＮＯｘ量の増大に対応するため、ＥＣＵ１０は尿素水添加弁６による尿素水の添加量を増大させるように制御を行う。

ところが、上述したように、尿素水の添加量を増大させても、ＳＣＲ触媒７に供給されるＮＨ_３の量は即座には増大しないため、流入するＮＯｘ量の増大に対してＳＣＲ触媒７における還元剤（ＮＨ_３）の増大が間に合わず、図２（Ａ）から図２（Ｅ）に示すように、加速過渡の初期において、いずれの場合も浄化率が落ち込む現象が起こる。

ＳＣＲ触媒７が劣化した場合、ＳＣＲ触媒７によるＮＯｘの還元能力が低下するため、図２（Ａ）に示すように、ＳＣＲ触媒７が正常な場合と比較して、定常時浄化率は低下する。

また、尿素水がＳＣＲ触媒７において反応してＮＨ_３を生成する反応の反応速度も低下するため、過渡時に一時的に低下した浄化率が回復するのに長い時間を要するようになる。そのため、図２（Ａ）に示すように、ＳＣＲ触媒７が正常な場合と比較して、過渡時浄化率安定時間が長くなる。

ＮＯｘセンサ８が、実際にＳＣＲ触媒７から流出しているＮＯｘ量よりも多い測定値を出力している場合、ＮＯｘセンサ８による測定値に基づいて算出される浄化率は実際よりも低下する。従って、図２（Ｂ）に示すように、ＮＯｘセンサ８が正常な場合と比較して、定常時浄化率は低くなる。

この場合、ＳＣＲ触媒７や尿素水添加弁６は正常であるから、図２（Ｂ）に示すように、ＮＯｘセンサ８が正常な場合と過渡時浄化率安定時間は変わらない。定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間へのこのような影響の現れ方は、尿素水添加弁６による尿素水の添加量が正常時よりも過少になっている場合にも同じように見られる。

尿素水添加弁６から添加される尿素水が霧化しにくくなった場合、過渡時におけるＮＨ_３の供給に遅れが大きくなるため、図２（Ｃ）に示すように、霧化が正常に行われる場合と比較して、過渡時浄化率安定時間が長くなる。

一方、遅れ時間は長くなるものの、結局は要求されるＮＨ_３がＳＣＲ触媒７に供給されるので、図２（Ｃ）に示すように、霧化が正常に行われる場合と定常時浄化率は変わらない。

尿素水添加弁６による尿素水の添加量が正常値より過多になった場合、ＳＣＲ触媒７内に定常的に多量のＮＨ_３が存在することから、ＳＣＲ触媒７からのＮＨ_３の漏れが生じ、図２（Ｄ）に示すように、尿素水添加弁６による尿素水添加量が正常の場合と比較して、定常時浄化率は低下する。

一方、加速時はＮＨ_３の消費が促進されてＮＨ_３の漏れが低減するとともに、ＳＣＲ触媒７内に多量のＮＨ_３が存在することから、一時的な浄化率の低下は比較的早期に回復する。そのため、図２（Ｄ）に示すように、尿素水添加弁６による尿素水添加量が正常の場合と比較して、過渡時浄化率安定時間は短くなる。

ＮＯｘセンサ８が、実際にＳＣＲ触媒７から流出しているＮＯｘ量よりも少ない測定値を出力している場合、ＮＯｘセンサ８による測定値に基づいて算出される浄化率は実際よりも上昇する。従って、図２（Ｅ）に示すように、ＮＯｘセンサ８が正常な場合と比較して、定常時浄化率は高くなる。

この場合、ＳＣＲ触媒７や尿素水添加弁６は正常であるから、図２（Ｅ）に示すように、ＮＯｘセンサ８が正常な場合と過渡時浄化率安定時間は変わらない。

図３は、以上説明した、排気浄化システムにおいて故障が生じた部位（構成要素）による定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間への影響の現れ方の違いをまとめた表である。図３に示すように、排気浄化システムの故障が定常時浄化率及び加速過渡時の過渡時浄化率安定時間に及ぼす影響は、故障部位に応じて以下のような相違を示す。

（Ａ）ＳＣＲ触媒７が劣化した場合、定常時浄化率は低下し、過渡時浄化率安定時間は長くなる傾向がある。

（Ｂ１）ＮＯｘセンサ８が、浄化率が実際より低く算出される側にずれている場合（測定値がＳＣＲ触媒７から実際に流出するＮＯｘ量より多い場合）、定常時浄化率は低下し、過渡時浄化率安定時間は変化しない。

（Ｂ２）尿素水添加弁６による尿素水添加量が過少になっている場合、定常時浄化率は低下し、過渡時浄化率安定時間は変化しない。

（Ｃ）尿素水添加弁６から添加される尿素水が霧化しにくくなっている場合、定常時浄化率は変わらず、過渡時浄化率安定時間は長くなる。

（Ｄ）尿素水添加弁６による尿素水添加量が過多になっている場合、定常時浄化率は低下し、過渡時浄化率安定時間は短くなる。

（Ｅ）ＮＯｘセンサ８が、浄化率が実際より高く算出される側にずれている場合（測定値がＳＣＲ触媒７から実際に流出するＮＯｘ量より少ない場合）、定常時浄化率は上昇し、過渡時浄化率安定時間は変わらない。

図４は、排気浄化システムの故障部位と、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間への影響の現れ方と、の関係を、横軸を定常時浄化率、縦軸を過渡時浄化率安定時間、原点を正常時とする２次元平面上の領域として表した図である。

図４において、右側の領域は定常時浄化率が正常値より低い側の異常値となっていることを表し、左側の領域は定常時浄化率が正常値より高い側の異常値となっていることを表す。

また、上側の領域は過渡時浄化率安定時間が正常値より長い側の異常値となっていることを表し、下側の領域は過渡時浄化率安定時間が正常値より短い側の異常値となっていることを表す。

後述するように、本実施例の故障検出装置では、取得された定常時浄化率や過渡時浄化率安定時間が正常値を含む所定の範囲（所定の下限閾値より大きく、上限閾値より小さい領域）内に入っていれば、異常値ではない、と判断する。

すなわち、図４において、横軸を含む帯状の領域は、過渡時浄化率安定時間が異常値ではないと判断される領域を表す。また、縦軸を含む帯状の領域は、定常時浄化率が異常値ではないと判断される領域を表す。原点の周囲の矩形領域は、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間がともに異常値ではない、すなわち排気浄化システムに故障が生じていないと判断される領域である。

右上の領域（Ａ）は、定常時浄化率が正常値より低い側の異常値を示し、過渡時浄化率安定時間が正常値より長い側の異常値を示す領域であり、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間の取得値がこの領域に入っている場合、ＳＣＲ触媒７が劣化していると判断できる。

横軸を含む帯状領域の右側の部分（Ｂ）は、定常時浄化率が正常値より低い側の異常値を示し、過渡時浄化率安定時間が異常値ではないと判断される領域であり、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間の取得値がこの領域に入っている場合、ＮＯｘセンサ８が浄化率低下側にずれている（実際の触媒出ＮＯｘ量より多い値を出力している）か又は尿素水添加弁６による尿素水の供給量が過少になっていると判断できる。

縦軸を含む帯状領域の上側の部分（Ｃ）は、定常時浄化率が異常値ではないと判断され、過渡時浄化率安定時間が正常値より長い側の異常値を示す領域であり、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間の取得値がこの領域に入っている場合、尿素水添加弁６から添加される尿素水が霧化しにくくなっていると判断できる。

右下の領域（Ｄ）は、定常時浄化率が正常値より低い側の異常値を示し、過渡時浄化率安定時間が正常値より短い側の異常値を示す領域であり、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間の取得値がこの領域に入っている場合、尿素水添加弁６による尿素水の供給量が過多になっていると判断できる。

横軸を含む帯状領域の左側の部分（Ｅ）は、定常時浄化率が正常値より高い側の異常値を示し、過渡時浄化率安定時間が異常値ではないと判断される領域であり、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間の取得値がこの領域に入っている場合、ＮＯｘセンサ８が浄化率上昇側にずれている（実際の触媒出ＮＯｘ量より少ない値を出力している）と判断できる。

なお、図４では、定常時浄化率や過渡時浄化率安定時間が異常値ではないと判断される領域を規定する上限閾値及び下限閾値が一定値である場合を例示したが、この上限閾値及び下限閾値は一定値でなくても良い。

例えば、図５は、定常時浄化率が正常値より低くなるほど、過渡時浄化率安定時間が異常値ではないと判断される領域を規定する上限閾値が大きくなるように設定するとともに、過渡時浄化率安定時間が正常値より長くなるほど、定常時浄化率が異常値ではないと判断される領域を規定する下限閾値が小さくなるように設定した場合を示している。

排気浄化システムの故障部位を、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間の取得値に基づいて精度良く判断できるように、実験によりこの上限閾値や下限閾値、各領域の形状などを最適化しても良い。

次に、定常時浄化率が正常値より低く、且つ、過渡時浄化率安定時間が異常値を示していない場合に、排気浄化システムの故障部位が、ＮＯｘセンサ８の浄化率低下側へのずれと、尿素水添加弁６による尿素水の供給量の過少と、のいずれであるかを判別する方法を説明する。

図６は、尿素水添加弁６による尿素水の供給量と定常時浄化率との関係を示した図である。図６に示すように、尿素水添加弁６による尿素水の供給量がある最適量において定常時浄化率はピークとなり、この最適量より尿素水の供給量が過多であっても過少であっても、尿素水の供給量が最適量の場合と比較して定常時浄化率は低下する傾向がある。

そして、図６に示すように、この傾向は、ＮＯｘセンサ８の出力が実際にＳＣＲ触媒７から流出するＮＯｘ量より多い側にずれている場合、全体的に定常時浄化率が低下する側にシフトする。

従って、尿素水添加弁６による尿素水の供給量が正常（最適量）であるものの、ＮＯｘセンサ８による出力が実際にＳＣＲ触媒７から流出するＮＯｘ量より多い側にずれているために定常時浄化率の取得値（算出値）が低下している場合（図６の点Ｂ１）と、尿素水添加弁６による尿素水の供給量が正常値よりも過少になったために定常時浄化率の取得値（算出値）が低下している場合（図６の点Ｂ２）とでは、尿素水添加弁６による尿素水の供給量を増加させた場合の定常時浄化率の変化の仕方が異なる。

すなわち、ＮＯｘセンサ８による出力が実際の触媒出ＮＯｘ量よりも多い側にずれているが尿素水添加弁６による尿素水の供給量が正常な場合に尿素水供給量を増加させたとき（例えば図６の供給量Ｂから供給量Ｃへ供給量を増加させたとき）は、尿素水の供給量は最適量Ｂからずれるため定常時浄化率は低下する。

一方、尿素水添加弁６による尿素水の供給量が正常値（最適量）より過少になっている場合に尿素水供給量を増加させたとき（例えば図６の供給量Ａから供給量Ｂへ供給量を増加させたとき）は、尿素水の供給量は最適量Ｂに近付くため定常時浄化率は上昇する。

このことから、定常時浄化率が正常値より低く、且つ、過渡時浄化率安定時間が異常値を示していない場合には、尿素水添加弁６による尿素水の供給量を増加させたときの定常時浄化率の変化の仕方に基づいて、排気浄化システムの故障がＮＯｘセンサ８の出力の浄化率低下側へのずれなのか、尿素水添加弁６による尿素水の供給量が過少になっているのか、を判別することができる。

ここで、図６から分るように、尿素水添加弁６による尿素水の供給量を増加させる増加量が多過ぎると、尿素水添加弁６による尿素水の供給量が過少の場合にであっても、増量後の尿素水供給量が最適量を超え、場合によっては供給量を増加させる前よりも定常時浄化率が低下する可能性もある。また、そのように尿素水の供給量を過剰に増量した場合、ＮＨ_３漏れを招き、好ましくない。

図７は、定常時浄化率が正常値より低く、且つ、過渡時浄化率安定時間が異常値を示していない場合に、尿素水添加弁６による尿素水の供給量を増加させる場合の、尿素水供給量の増加量と、該供給量増加に伴う定常時浄化率の変化の仕方及びＮＨ_３漏れの程度と、の関係を、２つの故障パターン、すなわち、（Ｂ１）ＮＯｘセンサ８による出力が浄化率低下側へずれた場合、及び（Ｂ２）尿素水添加弁６による尿素水の供給量が過少になっている場合、のそれぞれについて示したものである。

図７では、尿素水供給量の増加量を、
（ａ）最適量Ｂと供給量Ａとの差（Ｂ−Ａ）以下の量にした場合と、
（ｂ）（Ｂ−Ａ）より多く且つ供給量Ｃと供給量Ａとの差（Ｃ−Ａ）より少ない量にした場合と、
（ｃ）（Ｃ−Ａ）以上の量にした場合と、
の３通りを示す。

ここで、「供給量Ａ」は、定常時浄化率と正常値との差δが、尿素水添加弁６による尿素水の供給量の不足に因るものと仮定した場合の尿素水供給量であり、「供給量Ｃ」は、定常時浄化率と正常値との差δが、尿素水添加弁６による尿素水の供給量の過剰に因るも
のと仮定した場合の尿素水供給量である。

故障パターン（Ｂ１）、すなわち、尿素水添加弁６による尿素水供給量は正常値（最適値）だが、ＮＯｘセンサ８による出力が浄化率低下側へずれている場合において、
（ａ）尿素水供給量の増加量を（Ｂ−Ａ）以下の量に設定した場合、図６の点Ｂ１から点Ｂ１ａへ移るため、定常時浄化率は低下する。また、尿素水供給量が最適量より若干多くなるため、少量のＮＨ_３漏れが生じる。
（ｂ）尿素水供給量の増加量を（Ｂ−Ａ）より多く（Ｃ−Ａ）より少ない量に設定した場合、図６の点Ｂ１から点Ｂ１ｂへ移るため、定常時浄化率は低下する。また、尿素水供給量が最適量より多くなるため、比較的多いＮＨ_３漏れが生じる。
（ｃ）尿素水供給量の増加量を（Ｃ−Ａ）以上の量に設定した場合、図６の点Ｂ１から点Ｂ１ｃへ移るため、定常時浄化率は低下する。また、尿素水供給量が最適量よりかなり多くなるため、ＮＨ_３漏れが多くなる。

故障パターン（Ｂ２）、すなわち、尿素水添加弁６による尿素水供給量が正常値より過少になっている場合において、
（ａ）尿素水供給量の増加量を（Ｂ−Ａ）以下の量に設定した場合、図６の点Ｂ２から点Ｂ２ａへ移るため、定常時浄化率は上昇する。また、尿素水供給量が最適量に近付くため、ＮＨ_３漏れはほとんど生じない。
（ｂ）尿素水供給量の増加量を（Ｂ−Ａ）より多く（Ｃ−Ａ）より少ない量に設定した場合、図６の点Ｂ２から点Ｂ２ｂへ移るため、定常時浄化率は上昇する。また、尿素水供給量が最適量より若干多くなるため、少量のＮＨ_３漏れが生じる。
（ｃ）尿素水供給量の増加量を（Ｃ−Ａ）以上の量に設定した場合、図６の点Ｂ２から点Ｂ２ｃへ移るため、定常時浄化率は低下する。また、尿素水供給量が最適量より多くなるため、比較的多いＮＨ_３漏れが生じる。

以上のことから、故障パターン（Ｂ）、すなわち定常時浄化率が正常値より低く、且つ、過渡時浄化率安定時間が異常値を示していない場合、図７の斜線で網掛けした設定で尿素水供給量の増量を行って定常時浄化率の変化を見ることによって、ＮＨ_３漏れを最小限に抑えつつ、排気浄化システムの故障がＮＯｘセンサ８の出力の浄化率低下側へのずれなのか尿素水添加弁６による尿素水供給量の過少なのかを判別することができる。

すなわち、定常時浄化率の低下が尿素水供給量の不足に因るものと仮定して、当該定常時浄化率と正常値との差δに基づいて尿素水供給量の不足分（すなわち（Ｂ−Ａ））を算出し、算出した不足分（Ｂ−Ａ）以下の量だけ尿素水添加量を増量させる。

そして、当該尿素水供給量の増量に伴って定常時浄化率が低下した場合、排気浄化システムの故障はＮＯｘセンサ８による出力が浄化率低下側へずれていると判別する。また、尿素水供給量の増加に伴って定常時浄化率が上昇した場合、排気浄化システムの故障は尿素水添加弁６による尿素水の供給量の過少であると判別する。

図８から図１０は、本実施例に係る排気浄化システムの故障検出装置によって排気浄化システムの故障部位を判別する処理を表したフローチャートである。このフローチャートの処理はＥＣＵ１０によって所定サイクルで繰り返し実行される。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１０は、システムが定常状態であるか否かを判定する。本実施例では、内燃機関１の運転状態に基づいて判定することができる。あるいは、尿素水添加弁６による尿素水供給量が一定である状態や、過渡状態と判定された後十分長い時間が経過した状態を定常状態と判定することもできる。ステップＳ１０１において定常状態であると判定した場合、ＥＣＵ１０はステップＳ１０２に進み、定常状態ではない
と判定した場合、ＥＣＵ１０はステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１０は、定常時浄化率を算出する。本実施例では、ＮＯｘセンサ８によるＳＣＲ触媒７から流出するＮＯｘ量の測定値と、別の処理においてＥＣＵ１０が演算により取得したＳＣＲ触媒７に流入するＮＯｘ量の推定値と、に基づいて、定常時浄化率を算出する。上述したように、ＳＣＲ触媒７の上流にもＮＯｘセンサを設けて、２つのＮＯｘセンサによる測定値に基づいて浄化率を算出しても良い。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１０は、システムが過渡状態であるか否かを判定する。本実施例では、内燃機関１の運転状態が加速過渡状態になったことを検出した場合に、過渡状態であると判定する。あるいは、尿素水添加弁６による尿素水供給量の増大が要求されたことを検出した場合に、過渡状態と判定することもできる。ステップＳ１０３において過渡状態であると判定した場合、ＥＣＵ１０はステップＳ１０４に進み、過渡状態ではないと判定した場合、ＥＣＵ１０はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１０は、過渡時浄化率を算出する。算出方法は定常時浄化率と同様である。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０３において過渡状態と判定されてからの経過時間を取得する。例えば、ステップＳ１０３において最初に定常状態から過渡状態への移行を検出した時にカウンタをスタートさせて、そのカウンタの値に基づいて過渡状態の経過時間を算出することができる。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１０は、浄化率が安定したか否かを判定する。直前に取得した浄化率からの変化が、浄化率の変動が収束したと判断できる程度まで小さくなった場合に、浄化率が安定したと判定することができる。あるいは、収束予測値をマップ又は演算により取得し、ステップＳ１０４で算出した過渡浄化率と収束予測値との差の大きさが基準以下になった場合に、浄化率が安定したと判定することができる。ステップＳ１０６において浄化率が安定したと判定した場合、ＥＣＵ１０はステップＳ１０７に進み、浄化率が安定していないと判定した場合、ＥＣＵ１０は図８のステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ１０は、過渡判定されてから浄化率が安定するまでに要した時間をステップＳ１０５において取得した経過時間から算出し、過渡時浄化率安定時間として記憶する。

図８に移り、ステップＳ１０８において、ＥＣＵ１０は、定常時浄化率が所定の下限閾値以下であるか否かを判定する。これは、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が、図４又は図５における直線Ｒｓｔｈｌより右側の領域に属しているか否かを判定することに相当する。

ステップＳ１０８において定常時浄化率が下限閾値以下であると判定した場合（定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が直線Ｒｓｔｈｌより右側の領域に属している場合）、ＥＣＵ１０はステップＳ１０９に進み、定常時浄化率が下限閾値より大きいと判定された場合（定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が直線Ｒｓｔｈｌより左側の領域に属している場合）、ＥＣＵ１０は図１０のステップＳ１１７に進む。

ステップＳ１０９において、ＥＣＵ１０は、過渡時浄化率安定時間が所定の上限閾値以上であるか否かを判定する。これは、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が、図４又は図５における直線ΔＴｔｈｕより上側の領域に属しているか否かを判定することに相当
する。

ステップＳ１０９において過渡時浄化率安定時間が上限閾値以上であると判定した場合（定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が直線ΔＴｔｈｕより上側の領域に属している場合）、ＥＣＵ１０はステップＳ１１０に進み、過渡時浄化率安定時間が上限閾値より短いと判定した場合（定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が直線ΔＴｔｈｕより下側の領域に属している場合）、ＥＣＵ１０はステップＳ１１１に進む。なお、ステップＳ１０９では、過渡時浄化率が所定の下限閾値以下であるか否かを判定しても良い。

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１０は、排気浄化システムの故障はＳＣＲ触媒７の劣化であると判定する。これは、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が、図４又は図５において、直線Ｒｓｔｈｌより右側且つ直線ΔＴｔｈｕより上側の領域（Ａ）に属しており、定常時浄化率が正常値より低く、過渡時浄化率安定時間が正常値より長くなっているからである。

ステップＳ１１１において、ＥＣＵ１０は、過渡時浄化率安定時間が所定の下限閾値以下であるか否かを判定する。これは、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が、図４又は図５における直線ΔＴｔｈｌより下側の領域に属しているか否かを判定することに相当する。

ステップＳ１１１において過渡時浄化率安定時間が下限閾値以下であると判定した場合（定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が直線ΔＴｔｈｌより下側の領域に属している場合）、ＥＣＵ１０はステップＳ１１２に進む。

一方、過渡時浄化率安定時間が下限閾値より長いと判定した場合（定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が直線ΔＴｔｈｌより上側の領域に属している場合）、ＥＣＵ１０はステップＳ１１３に進む。これは、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が、図４又は図５において、直線Ｒｓｔｈｌより右側且つ直線ΔＴｔｈｕと直線ΔＴｔｈｌとで挟まれた帯状領域（Ｂ）に属しており、定常時浄化率が正常値より低く、過渡時浄化率安定時間が異常値ではないと判断できるからである。なお、ステップＳ１１１では、過渡時浄化率が所定の上限閾値以上であるか否かを判定しても良い。

ステップＳ１１２において、ＥＣＵ１０は、排気浄化システムの故障は尿素水添加弁６による尿素水供給量の過多であると判定する。これは、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が、図４又は図５において、直線Ｒｓｔｈｌより右側且つ直線ΔＴｔｈｌより下側の領域（Ｄ）に属しており、定常時浄化率が正常値より低く、過渡時浄化率安定時間が正常値より短くなっているからである。

ステップＳ１１３において、ＥＣＵ１０は、定常時浄化率の低下量（正常値との差）δに基づいて、上述したように尿素水供給量の増加量を算出し、尿素水添加弁６による尿素水の供給量を当該算出した増加量だけ増量する。

ステップＳ１１４において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１１３で尿素水の供給量を増量した結果定常時浄化率が上昇したか否かを判定する。ステップＳ１１４において定常時浄化率が上昇したと判定した場合、ＥＣＵ１０はステップＳ１１５に進み、定常時浄化率が低下したと判定した場合、ＥＣＵ１０はステップＳ１１６に進む。

ステップＳ１１５において、ＥＣＵ１０は、排気浄化システムの故障はＮＯｘセンサ８の出力が実際にＳＣＲ触媒７から流出するＮＯｘ量より多い側にずれていること、すなわち浄化率の算出値を低下させる側へずれていることであると判定する。

ステップＳ１１６において、ＥＣＵ１０は、排気浄化システムの故障は尿素水添加弁６による尿素水供給量の過少であると判定する。

図１０に移り、ステップＳ１１７において、ＥＣＵ１０は、定常時浄化率が所定の上限閾値以上であるか否かを判定する。これは、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が、図４又は図５における直線Ｒｓｔｈｕより左側の領域に属しているか否かを判定することに相当する。

ステップＳ１１７において定常時浄化率が上限閾値以上であると判定した場合（定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が直線Ｒｓｔｈｕより左側の領域に属している場合）、ＥＣＵ１０はステップＳ１１８に進み、定常時浄化率が上限閾値より小さいと判定された場合（定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が直線Ｒｓｔｈｕより右側の領域に属している場合）、ＥＣＵ１０はステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１１８において、ＥＣＵ１０は、過渡時浄化率安定時間が所定の上限閾値以上であるか否かを判定する。これは、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が、図４又は図５における直線ΔＴｔｈｕより上側の領域に属しているか否かを判定することに相当する。

ステップＳ１１８において過渡時浄化率安定時間が上限閾値以上であると判定した場合（定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が直線ΔＴｔｈｕより上側の領域に属している場合）、ＥＣＵ１０は本ルーチンから一旦抜ける。

一方、過渡時浄化率安定時間が上限閾値より短いと判定した場合（定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が直線ΔＴｔｈｕより下側の領域に属している場合）、ＥＣＵ１０はステップＳ１１９に進む。なお、ステップＳ１１８では、過渡時浄化率が所定の下限閾値以下であるか否かを判定しても良い。

ステップＳ１１９において、ＥＣＵ１０は、過渡時浄化率安定時間が所定の下限閾値以下であるか否かを判定する。これは、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が、図４又は図５における直線ΔＴｔｈｌより下側の領域に属しているか否かを判定することに相当する。

ステップＳ１１９において過渡時浄化率安定時間が下限閾値以下であると判定した場合（定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が直線ΔＴｔｈｌより下側の領域に属している場合）、ＥＣＵ１０は本ルーチンから一旦抜ける。

一方、過渡時浄化率安定時間が下限閾値より長いと判定した場合（定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が直線ΔＴｔｈｌより上側の領域に属している場合）、ＥＣＵ１０はステップＳ１２２に進む。なお、ステップＳ１１９では、過渡時浄化率が所定の上限閾値以上であるか否かを判定しても良い。

ステップＳ１２０において、ＥＣＵ１０は、過渡時浄化率安定時間が所定の上限閾値以上であるか否かを判定する。これは、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が、図４又は図５における直線ΔＴｔｈｕより上側の領域に属しているか否かを判定することに相当する。

ステップＳ１２０において過渡時浄化率安定時間が上限閾値以上であると判定した場合（定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が直線ΔＴｔｈｕより上側の領域に属している
場合）、ＥＣＵ１０はステップＳ１２１に進む。

一方、過渡時浄化率安定時間が上限閾値より短いと判定した場合（定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が直線ΔＴｔｈｕより下側の領域に属している場合）、ＥＣＵ１０は本ルーチンから一旦抜ける。なお、ステップＳ１２０では、過渡時浄化率が所定の下限閾値以下であるか否かを判定しても良い。

ステップＳ１２１において、ＥＣＵ１０は、排気浄化システムの故障は尿素水添加弁６により供給される尿素水が霧化しにくくなっていることであると判定する。これは、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が、図４又は図５において、直線ΔＴｔｈｕより上側且つ直線Ｒｓｔｈｕと直線Ｒｓｔｈｌとで挟まれた帯状領域（Ｃ）に属しており、定常時浄化率が異常値ではないと判断でき、過渡時浄化率安定時間が正常値より長くなっているからである。

ステップＳ１２２において、ＥＣＵ１０は、排気浄化システムの故障はＮＯｘセンサ８の出力が実際にＳＣＲ触媒７から流出するＮＯｘ量より少ない側にずれていること、すなわち浄化率の算出値を上昇させる側へずれていることであると判定する。

これは、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が、図４又は図５において、直線Ｒｓｔｈｕより左側且つ直線ΔＴｔｈｕと直線ΔＴｔｈｌとで挟まれた帯状領域（Ｅ）に属しており、定常時浄化率が正常値より高く、過渡時浄化率安定時間が異常値ではないと判断できるからである。

以上説明したフローチャートの処理を実行し、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間の正常値からの変化に基づいて、排気浄化システムの故障部位を特定するＥＣＵ１０が、本発明の故障箇所判別手段として機能する。

なお、ステップＳ１１７で定常時浄化率が上限閾値以上であると判定した場合には、過渡時浄化率安定時間によらずＮＯｘセンサ８が浄化率上昇側にずれていると判定するようにしても良い。また、ステップＳ１２０で過渡時浄化率安定時間が上限閾値より短いと判定した場合に、ステップＳ１１９と同様に過渡時浄化率安定時間が下限閾値以下であるか否かの判定を行い、過渡時浄化率安定時間が下限閾値より長いと判定した場合には、排気浄化システムは正常と判定するようにしても良い。これは、定常時浄化率及び過渡時浄化率安定時間が、図４又は図５において、原点の周囲の矩形領域に属していると判定したことに相当する。

１ 内燃機関
２ 排気マニホールド
３ 排気通路
４ 酸化触媒
５ フィルタ
６ 尿素水添加弁
７ ＳＣＲ触媒
８ ＮＯｘセンサ
１０ ＥＣＵ
１１ 尿素水タンク

Claims (10)

1. 内燃機関の排気通路に設けられアンモニアを吸着して排気中のＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒と、
   排気中又はＳＣＲ触媒で反応してアンモニアを生成する還元剤溶液を前記ＳＣＲ触媒よりも上流の排気に添加する還元剤供給手段と、
   を備えた内燃機関の排気浄化システムの故障を検出する故障検出装置であって、
   前記ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘ量を測定又は推定により取得するＮＯｘ量取得手段と、
   前記ＳＣＲ触媒から流出するＮＯｘ量を測定により取得するＮＯｘセンサと、
   前記ＮＯｘ量取得手段により取得されるＮＯｘ量及び前記ＮＯｘセンサにより取得されるＮＯｘ量に基づいて前記ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化率を取得する浄化率取得手段と、
   前記還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量が変化しない定常状態において前記浄化率取得手段により取得される浄化率である定常時浄化率と、前記還元剤供給手段による還元剤溶液供給量の増加を伴う過渡状態において前記浄化率取得手段により取得される浄化率の過渡変動が安定するのに要する時間である過渡時浄化率安定時間と、に基づいて、前記ＳＣＲ触媒の故障、前記還元剤供給手段の故障又は前記ＮＯｘセンサの故障を判別する故障箇所判別手段と、
   を備える内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置。
2. 請求項１において、
   前記故障箇所判別手段は、前記取得される定常時浄化率が正常値より低く、前記取得される過渡時浄化率安定時間が正常値より長い場合、前記排気浄化システムの故障は前記ＳＣＲ触媒の劣化であると判別することを特徴とする内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置。
3. 請求項１において、
   前記故障箇所判別手段は、前記取得される定常時浄化率が正常値と略等しく、前記取得される過渡時浄化率安定時間が正常値より長い場合、前記排気浄化システムの故障は前記還元剤供給手段により供給される還元剤溶液の霧化の不良であると判別することを特徴とする内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置。
4. 請求項１において、
   前記故障箇所判別手段は、前記取得される定常時浄化率が正常値より低く、前記取得される過渡時浄化率安定時間が正常値より短い場合、前記排気浄化システムの故障は前記還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量の過多であると判別することを特徴とする内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置。
5. 請求項１において、
   前記故障箇所判別手段は、前記取得される定常時浄化率が正常値より高く、前記取得される過渡時浄化率安定時間が正常値と略等しい場合、前記排気浄化システムの故障は前記ＮＯｘセンサによる出力が実際のＮＯｘ量より少ない側へずれていることであると判別することを特徴とする内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置。
6. 請求項１において、
   前記故障箇所判別手段は、前記取得される定常時浄化率が正常値より低く、前記取得される過渡時浄化率安定時間が正常値と略等しい場合、前記排気浄化システムの故障は前記ＮＯｘセンサによる出力が実際のＮＯｘ量より多い側へずれていること又は前記還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量の過少のいずれかであると判別することを特徴とする内
   燃機関の排気浄化システムの故障検出装置。
7. 請求項６において、
   前記故障箇所判別手段は、前記取得される定常時浄化率と正常値との差に基づいて決定される所定量だけ前記還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量を増加させ、該還元剤溶液の供給量の増加に伴う浄化率の変化の仕方に基づいて、前記排気浄化システムの故障が、前記ＮＯｘセンサによる出力が実際のＮＯｘ量より多い側へずれていることと前記還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量の過少とのいずれであるかを判別することを特徴とする内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置。
8. 請求項７において、
   前記故障箇所判別手段は、前記還元剤溶液の供給量の増加に伴って浄化率が低下した場合、前記排気浄化システムの故障は前記ＮＯｘセンサによる出力が実際のＮＯｘ量より多い側へずれていることであると判別することを特徴とする内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置。
9. 請求項７において、
   前記故障箇所判別手段は、前記還元剤溶液の供給量の増加に伴って浄化率が上昇した場合、前記排気浄化システムの故障は前記還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量の過少であると判別することを特徴とする内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置。
10. 請求項７から９のいずれか１項において、
    前記故障箇所判別手段は、前記排気浄化システムの故障が前記還元剤供給手段による還元剤溶液の供給量の過少であると仮定して、前記取得される定常時浄化率と正常値との差に基づいて該供給量の目標量に対する不足分を算出し、該算出した不足分以下の量に前記所定量を決定することを特徴とする内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置。

Images