JP2012036838A - 内燃機関の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成を簡素化してコスト増を抑制し、ＮＯｘセンサを用いて内燃機関の異常を検出する。
【解決手段】選択還元型触媒２５の下流側に設けられ、排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ４１と、尿素水添加装置２７，２８から添加される尿素水の添加を制御する尿素水添加制御手段３３と、ＮＯｘセンサ４１で検出されるＮＯｘ値に基づいて内燃機関１０の異常を判定する内燃機関異常判定手段３５と、を備え、尿素水添加制御手段３３は、診断開始条件が成立したら前記尿素水の添加を停止するよう尿素水添加装置２７，２８を制御し、内燃機関異常判定手段３５は、尿素水添加制御手段３３により前記尿素水の添加が停止された後の第１ＮＯｘ値が、内燃機関１０の運転状態に応じた第２ＮＯｘ値よりも大きい場合に、内燃機関１０が異常であると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気中に含まれるＮＯｘの異常を診断する内燃機関の異常診断装置に関する。

内燃機関（以下、エンジンともいう）、中でもディーゼルエンジンの排気中には、大気汚染物質である窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）等が含まれている。そこで、エンジンの排気通路に、ＮＯｘを浄化するための選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）を設置し、還元剤としての尿素水をＳＣＲに流入する排気中に添加することにより、ＳＣＲにおいて排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化するようにした技術が知られている。

ＳＣＲは、軸方向に互いに平行な微小な穴が複数連通したハニカム構造の担体に、触媒金属が担持されて構成されている。このＳＣＲを用いた排気浄化装置では、排気中に尿素水を添加する尿素水添加装置としてのノズルがＳＣＲの上流側に設けられ、このノズルから尿素水が添加されると、排気熱によって尿素水から分解して生じたアンモニアがＳＣＲに供給される。ＳＣＲに供給されたアンモニアは、一旦ＳＣＲに吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲによって促進されることによりＮＯｘの還元が行われる。

ところで、ＳＣＲに添加される尿素水の品質、特に濃度は、排気中のＮＯｘの還元に影響を及ぼすため、適切にＮＯｘを浄化するためには尿素水の品質を管理する必要がある。そのため、例えば下記の特許文献１には、尿素水を貯留するタンクに尿素水の濃度を検出する濃度検出装置を設け、尿素水濃度を管理する技術が提案されている。
しかし、特許文献１に記載されるような尿素水濃度検出装置は一般的に高価であり、コストが増大するため好ましくない。

そこで、このような尿素水濃度検出装置を用いずに尿素水の品質を診断する排気浄化システムの異常診断装置が、下記の特許文献２に提案されている。特許文献２に記載の異常診断装置は、ＳＣＲの下流側にＮＯｘセンサを設け、フューエルカット実行中に、尿素添加装置により所定量の尿素水添加を実行したときのＮＯｘセンサの出力値に基づき、尿素添加装置及び尿素水の少なくとも一方の異常を検出するものである。また、圧力センサをさらに備えることにより、尿素添加装置が正常か異常かを判断することができ、尿素添加装置が正常でありながらＮＯｘセンサ値が異常な出力を発している場合は、尿素水の品質が異常であると判断することができる。

なお、内燃機関から排出された排気中に含まれるＮＯｘを検出する技術としては、下記の特許文献３に記載のように、後処理装置の出口側に加えて、入口側、すなわち、ＳＣＲで浄化される前のＮＯｘを検出できる位置にＮＯｘセンサを設けるものがある。

特開２００５−８３２２３号公報 特開２００９−１２１４１３号公報 特開２００９−２１５９２６号公報

ところで、上記の特許文献２に記載の異常診断装置では、ＳＣＲの下流側に設けられたＮＯｘセンサの出力値により尿素添加装置や尿素水の品質の異常を診断するため、内燃機関が異常であることに起因してＮＯｘセンサ値が異常な出力を発している場合であっても、尿素添加装置や尿素水の品質が異常であると誤判定してしまう。
そこで、上記の特許文献３に記載の監視システムのように、ＳＣＲ等を備えた後処理装置の入口側と出口側の両方にＮＯｘセンサを設けることにより、ＮＯｘ浄化率やＮＯｘの低減等、ディーゼルエンジンシステム全体を監視することができるため、上記のような誤判定を防ぐことができるが、この場合、コストが増大する。

本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、構成を簡素化してコスト増を抑制し、ＮＯｘセンサを用いて内燃機関の異常を検出することができるようにした、内燃機関の異常診断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の異常診断装置は、車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒に流入する排気中に還元剤としての尿素水を添加する尿素水添加装置と、前記選択還元型触媒の下流側に設けられ、排気中に含まれるＮＯｘを検出するＮＯｘセンサと、前記尿素水添加装置から添加される前記尿素水の添加を制御する尿素水添加制御手段と、前記ＮＯｘセンサで検出されるＮＯｘ値に基づいて前記内燃機関の異常を判定する内燃機関異常判定手段と、を備え、前記尿素水添加制御手段は、診断開始条件が成立したら前記尿素水の添加を停止するよう前記尿素水添加装置を制御し、前記内燃機関異常判定手段は、前記尿素水添加制御手段により前記尿素水の添加が停止された後の第１ＮＯｘ値が、前記内燃機関の運転状態に応じた第２ＮＯｘ値よりも大きい場合に、前記内燃機関が異常であると判定することを特徴としている。

また、前記ＮＯｘセンサで検出される前記ＮＯｘ値の異常を判定するＮＯｘ異常判定手段をさらに備え、前記診断開始条件は、前記ＮＯｘ異常判定手段により前記ＮＯｘの異常が判定されることであることが好ましい。
また、前記ＮＯｘセンサにより検出された前記ＮＯｘ値から前記選択還元型触媒に吸着している還元剤としてのアンモニアが離脱したか否かを、前記選択還元型触媒から離脱するまでの時間に基づいて判定する吸着アンモニア離脱判定手段をさらに備え、前記第１ＮＯｘ値は、前記吸着アンモニア離脱判定手段により前記アンモニアが離脱したと判断されたときのＮＯｘ値であることが好ましい。

このとき、前記内燃機関の前記排気通路に設けられたパティキュレートフィルタをさらに備え、前記内燃機関異常判定手段は、走行中に行われる前記パティキュレートフィルタの強制再生後、すなわち、排気温度が高温の状態にあるときに前記内燃機関の異常診断を行うことがより好ましい。
若しくは、前記ＮＯｘセンサにより検出された前記ＮＯｘ値から前記選択還元型触媒に吸着している還元剤としてのアンモニアが離脱したか否かを、前記ＮＯｘ値を積算した値に基づいて判定する吸着アンモニア離脱判定手段をさらに備え、前記第１ＮＯｘ値は、前記吸着アンモニア離脱判定手段により前記アンモニアが離脱したと判断されたときのＮＯｘ値であることが好ましい。

また、前記第２ＮＯｘ値は、予め定められた前記内燃機関の回転数と前記内燃機関の負荷との関係を示すマップにより推定されることが好ましい。
また、前記内燃機関異常判定手段により前記内燃機関から排出される前記ＮＯｘが異常であると判定された場合に、異常を表示する表示手段、及び、異常を警告する警告手段のいずれか一方又は両方をさらに備えることが好ましい。

本発明の内燃機関の異常診断装置によれば、ＮＯｘセンサによる検出結果に異常が見られた場合、選択還元型触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサを用いて内燃機関の異常を診断することができるため、コストを低減することができる。また、一般的にＮＯｘセンサは選択還元型触媒の下流側に設けられていることが多いため、新たな装置を追加する必要がなく、構成を簡素化することができる。また、尿素水添加制御手段により添加される尿素水を制御し、内燃機関異常判定手段により第１ＮＯｘ値と第２ＮＯｘ値の大きさを比較して内燃機関の異常を判定するため、判定を容易に実施することができる。

また、診断開始条件がＮＯｘ異常判定手段によりＮＯｘ値の異常が判定されることである場合は、ＮＯｘ値の異常の原因の１つとして考えられる内燃機関の異常を素早く診断することができる。
また、吸着アンモニア離脱判定手段を設け、選択還元型触媒からアンモニアが離脱するまでの時間に基づいてアンモニアが離脱したか否かを判断する場合は、複雑な演算を行う必要がなく、制御をシンプルにすることができる。

このとき、走行中に行われるパティキュレートフィルタの強制再生後に内燃機関の異常判定を実施する場合は、排気が高温になっているため、選択還元型触媒にはほとんどアンモニアが吸着しておらず、尿素水の添加を停止させてからすぐにＮＯｘ値が一定となるため、応答性が良く判定を短時間で完了させることができる。また、高温の排気状態において再び尿素水の添加を開始すれば、尿素水がすぐにＮＯｘと反応するため、ＮＯｘ浄化率の戻りも早く、大気中に放出させるＮＯｘの量を抑制することができる。

一方、吸着アンモニア離脱判定手段を設け、ＮＯｘ値を積算した値に基づいてアンモニアが離脱したか否かを判断する場合は、時間を計測する必要がないため、タイマーが不要で構成をシンプルにすることができる。
また、第２ＮＯｘ値が予め定められたマップにより推定される場合は、内燃機関の回転数及び負荷から、容易にＮＯｘ値を推定することが可能である。

また、表示手段及び警告手段のいずれか一方又は両方を備えている場合は、内燃機関の異常をドライバにいち早く知らせることができる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関の異常診断装置が適用された排気浄化装置を示す模式的な全体構成図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関の異常診断装置を実施したときの、尿素水添加量及びＮＯｘ値の時間変化をそれぞれ模式的に示すグラフである。 本発明の一実施形態にかかる内燃機関の異常診断装置の内燃機関の運転状態と排気中に含まれるＮＯｘとの関係を例示するグラフである。 本発明の一実施形態にかかる内燃機関の異常診断装置による制御を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態にかかる内燃機関の異常診断装置による制御を示すフローチャートである。

［１．構成］
以下、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態にかかる内燃機関の異常診断装置について説明する。図１は、本異常診断装置が適用された排気浄化装置を示す模式的な全体構成図であり、図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本異常診断装置を実施したときの、尿素水添加量及びＮＯｘ値の時間変化をそれぞれ模式的に示すグラフであり、図３は、内燃機関の運転状態と排気中に含まれるＮＯｘとの関係を例示するグラフである。また、図４は、本異常診断装置による制御を示すフローチャートである。本実施形態にかかる排気浄化装置２０は一般的な乗用車やトラック，バス等の大型車等、様々な車両に用いることができる。

［１−１．内燃機関の構成］
図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンともいう）１０は、ここでは直列６気筒機関のディーゼルエンジンとして構成されている。エンジン１０の各気筒には燃料噴射弁１１が設けられ、各燃料噴射弁１１はコモンレール１２から加圧燃料を供給され、開弁に伴って対応する気筒の筒内に燃料を噴射する。なお、エンジン１０の気筒数はこれに限定されない。

エンジン１０の吸気側には吸気マニホールド１３が装着され、吸気マニホールド１３に接続された吸気通路１４には、上流側よりエアクリーナ１５，ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａ及びインタークーラ１７が設けられている。また、エンジン１０の排気側には排気マニホールド１８が装着され、排気マニホールド１８には、コンプレッサ１６ａと同軸上に連結されたターボチャージャ１６のタービン１６ｂが接続されている。タービン１６ｂには排気通路１９が接続され、排気通路１９は車両の後方に向けて延設されている。この排気通路１９の途中に、排気浄化装置２０が設けられている。

［１−２．排気浄化装置の構成］
排気浄化装置２０は、排気上流側に設けられた上流側排気浄化装置２１と、上流側排気浄化装置２１の排気下流側に設けられた下流側排気浄化装置２２と、上流側排気浄化装置２１及び下流側排気浄化装置２２の間に設けられた尿素水添加ノズル（尿素水添加装置）２８とを有している。なお、上流側排気浄化装置２１及び下流側排気浄化装置２２はそれぞれ筒状のケーシング内に、その軸方向に触媒等が配設されて排気が流れるよう構成されており、上流側排気浄化装置２１及び下流側排気浄化装置２２は、排気が直線状に流れるように設置されている。

上流側排気浄化装置２１の内部の上流側には、前段酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst、以下、ＤＯＣと略称する）２３が配置され、下流側には排気中に含まれる煤等の粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）を捕集するためのパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）２４が配置されている。なお、以下、上流側排気浄化装置２１をＤＰＦ装置２１という。

下流側排気浄化装置２２の内部の上流側には、アンモニアの供給により排気中に含まれるＮＯｘを還元して排気を浄化する選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）２５が配置され、下流側には余剰アンモニアを除去する後段酸化触媒（Clean Up Catalyst、以下、ＣＵＣと略称する）２６が配置されている。なお、以下、下流側排気浄化装置２２をＳＣＲ装置２２という。

ＤＰＦ装置２１とＳＣＲ装置２２との間に設けられた尿素水添加ノズル２８は、添加装置（尿素水添加装置）２７により、尿素水タンク２９内に貯留されている還元剤としての尿素水をＳＣＲ２５に向かう排気中に噴射し添加する。なお、ＳＣＲ２５に添加される尿素水の量は、後述する尿素水添加制御手段３３により制御される。

［１−３．センサ及びＥＣＵの構成］
電子コントロールユニット（Engine (electronic) Control Unit、以下、ＥＣＵという）３０は、エンジン制御や排気浄化制御等にかかる各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート、制御時間をカウントするタイマー等を備えて構成されている。

エンジン１０のクランクシャフト（図示せず）の近傍には、エンジン回転数を検出する図示しないエンジン回転数センサが設けられ、車両の任意の位置には、運転者によるアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出する図示しないアクセル開度センサが設けられている。
また、ＳＣＲ装置２２には、ＳＣＲ２５の上流側に排気温度を検出する温度センサ４２が設けられている。また、ＳＣＲ装置２２の下流側の排気通路１９には、ＮＯｘセンサ４１が設けられており、ＤＰＦ装置２１及びＳＣＲ装置２２を通過した後の排気中のＮＯｘを常時検出する。

ＥＣＵ３０は、ＮＯｘセンサ４１，温度センサ４２，エンジン回転数センサ，アクセル開度センサ等のセンサ類や、エンジン１０の各気筒の燃料噴射弁１１や添加装置２７等のデバイス類に接続されている。そして、各種センサによる検出結果は、ＥＣＵ３０に送信され、これらの検出結果に基づいて、燃料噴射弁１１や添加装置２７等のデバイス類を駆動制御する。

ＥＣＵ３０は、ＤＰＦ２４に堆積したＰＭを燃焼し、ＤＰＦ２４を再生するための制御を行うＤＰＦ再生制御手段３１としての機能要素と、ＮＯｘセンサ４１で検出されるＮＯｘ値の異常を判定するＮＯｘ異常判定手段３２としての機能要素と、添加装置２７から添加される尿素水の添加を制御する尿素水添加制御手段３３としての機能要素と、ＮＯｘセンサ４１で検出されるＮＯｘ値から、ＳＣＲ２５に吸着しているアンモニアが離脱したか否かを判定する吸着アンモニア離脱判定手段３４としての機能要素と、ＮＯｘセンサ４１で検出されるＮＯｘ値に基づいてエンジン１０の異常を判定するエンジン異常判定手段（内燃機関異常判定手段）３５としての機能要素とを有している。

ＤＰＦ再生制御手段３１は、ＤＰＦ２４の連続再生及び強制再生について、ＤＰＦ２４に堆積しているＰＭの量を図示しない圧力センサ等の検出結果から判断し、最適な再生時期を判断する等の制御を行うものであり、種々の公知技術を適用することができる。本異常診断装置による異常診断は、通常の走行時であればいつでも実施可能であるが、走行中に行うＤＰＦ２４の強制再生後であれば、排気温度が高温の状態になっているため、診断を短時間で実施することが可能である。したがって、ここでは、ＤＰＦ再生制御手段３１は、特に、走行中にＤＰＦ２４を強制再生するいわゆる自動再生について制御する。

ＤＰＦ再生制御手段３１は、走行中にＤＰＦ２４に一定量のＰＭが堆積すると、ＤＰＦ２４の自動再生を実行する信号を燃料噴射弁１１に送信する。燃料噴射弁１１は、燃焼室内で燃焼しないタイミング（主に排気工程中）で燃料を噴射するポスト噴射等を実施し、ＤＰＦ２４の自動再生を実行する。
ＮＯｘ異常判定手段３２は、ＮＯｘセンサ４１によって検出されるＮＯｘ値と規定値とを比較して、検出されたＮＯｘ値が規定値よりも小さい場合は、ＳＣＲ２５においてＮＯｘが適切に浄化されていると判定し、検出されたＮＯｘ値が規定値以上である場合は、ＮＯｘ値が異常であると判定する。このときの規定値は、例えば、エンジン回転数センサにより検出されるエンジン回転数やアクセル開度センサにより検出されるアクセル開度等のエンジン運転状態や、ＳＣＲ２５に流入する排気中に添加される尿素水の量及び温度等の関係から設定されたマップ（以下、第１マップという）Ｍ１が予めＥＣＵ３０に記憶されており、この第１マップＭ１から推定される。

なお、ＮＯｘセンサ４１による検出は、例えば１秒間に１０回のように、一定周期で連続して行われており、これらを積算していき、ある期間（例えば２０〜３０秒）積算されたＮＯｘ値を比較対象とする。規定値も同様に、例えば１秒間に１０回のように、ＮＯｘセンサ４１による検出と同周期で連続して第１マップＭ１より推定され、これらを積算していき、ＮＯｘセンサ４１と同期間（例えば２０〜３０秒）積算された規定値を比較対象とする。そして、これらを比較することにより、上記のＮＯｘ異常の判定が行われる。

これは、ＮＯｘセンサ４１による検出結果のばらつきの影響を抑制し、判定精度を高めるためである。ただし、上記の検出方法は一例に過ぎず、周期や期間は適宜設定可能である。また、ＮＯｘセンサ４１による検出方法は上記以外であってもよい。また、規定値は予め定められたマップから推定する方法に限られず、例えば予め定められた数式等により演算してもよい。

ＮＯｘ異常判定手段３２により、ＮＯｘ値が異常であると判定された場合、その原因は、例えば、エンジン１０が異常であり、異常な濃度のＮＯｘが排出されている、尿素水の濃度が異常でありＳＣＲ２５において適切なＮＯｘ浄化が行われていない、ＳＣＲ２５が劣化しているために適切なＮＯｘ浄化が行われていない等、様々なものが挙げられる。本発明はこのうち、エンジン１０が異常ではないか、という診断を行うものである。

尿素水添加制御手段３３は、ＮＯｘ異常判定手段３２によりＮＯｘ値が異常であると判定されたら、図２（ａ）に示すように、添加装置２７及び尿素水添加ノズル２８からＳＣＲ２５へ向かう排気中に添加する尿素水の量を０に制御、すなわち、添加を停止するよう制御する。つまり、ＮＯｘ異常判定手段３２によりＮＯｘ値の異常が判定されることが診断開始の条件となる。

尿素水添加制御手段３３により、添加装置２７及び尿素水添加ノズル２８からＳＣＲ２５に流入する排気中に添加された尿素水は、高温の排気により加水分解されてアンモニアを生じる。このアンモニアは、一旦ＳＣＲ２５に吸着し、排気中に含まれるＮＯｘと反応することにより、ＮＯｘが浄化される。
吸着アンモニア離脱判定手段３４は、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値から、ＳＣＲ２５に吸着している還元剤としてのアンモニアが離脱したか否かを、ＳＣＲ２５から離脱するまでの時間に基づいて判定する。上述したように、ＮＯｘ異常判定手段３２によりＮＯｘ値が異常であると判定されたら尿素水添加制御手段３３により尿素水の添加が停止されるが、尿素水から分解して生じるアンモニアはＳＣＲ２５に一旦吸着するため、尿素水の添加を停止しても、ＳＣＲ２５に吸着していたアンモニアと排気中のＮＯｘが反応して排気中のＮＯｘが浄化される。そのため、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値は、尿素水の添加を停止（ｔ＝ｔ₀）してから所定時間ｔ_Aは安定しない。

尿素水の添加を停止してから所定時間ｔ_Aが経過すると、ＳＣＲ２５に吸着していたアンモニアは全て離脱してＮＯｘの浄化に使われてなくなり、排気がＳＣＲ２５を通過してもＮＯｘは浄化されなくなるため、ＮＯｘ値が安定する。アンモニアがＳＣＲ２５から離脱した時点をｔ₁とする。このときＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値は、内燃機関１０から排出された直後のＮＯｘ値と同じになり、このときのＮＯｘ値を、第１ＮＯｘ値（以下、ＮＯｘ１とも表記する）としてＥＣＵ３０のＲＡＭに記憶する。

なお、図２（ｂ）中に実線で示すように、ＳＣＲ温度Ｔが３００[℃]以上の高温であれば、アンモニアはＳＣＲ２５から離脱し、ほとんどＳＣＲ２５には吸着しないため、尿素水の添加を停止すると、すぐにＮＯｘ値が上昇して、一定値で安定する。したがって、ＤＰＦ２４の強制再生後に本異常診断装置による診断を実施すれば、排気温度が高温のため、短時間でアンモニアはＳＣＲ２５から離脱することができ、所定時間ｔ_Aは、例えば数秒等、短い時間に設定することができる。

なお、本異常診断装置による診断はＤＰＦ２４の強制再生後に限られない。例えば、ＳＣＲ温度Ｔが２００[℃]程度の場合、ＳＣＲ２５には多少のアンモニアが吸着しているため、図２（ｂ）中に一点鎖線で示すように、尿素水の添加を停止してもすぐにはＮＯｘ値が上昇せず、一定値で安定する間までに時間がかかる。したがって、この場合は、所定時間ｔ_Aを、例えば数分等、ＳＣＲ温度Ｔが高温の場合に比べて長い時間に設定すればよい。

エンジン異常判定手段３５は、上記の第１ＮＯｘ値（ＮＯｘ１）と、後述する第２ＮＯｘ値（以下、ＮＯｘ２とも表記する）の大きさを比較して、下記の式（１）を満たさない場合は、エンジン１０から排出された直後のＮＯｘ値、すなわち第１ＮＯｘ値は適正であり、エンジン１０は正常であると判定し、下記の式（１）を満たす場合は、エンジン１０が異常であると判定する。
ＮＯｘ１＞ＮＯｘ２ ・・・（１）

ここで、第２ＮＯｘ値（ＮＯｘ２）の推定方法について図３を用いて説明する。図３に示すように、第２ＮＯｘ値は、エンジン回転数センサにより検出されるエンジン回転数と、アクセル開度センサにより検出されるアクセル開度から求まるエンジン負荷との対応関係が記述されたマップ（以下、第２マップという）Ｍ２が予めＥＣＵ３０に記憶されており、エンジン１０の運転状態に応じて推定される。すなわち、エンジン回転数が高回転で、エンジン負荷（トルク）が大きい場合は、第２ＮＯｘ値は大きな値となり、多くのＮＯｘがエンジン１０から排出されていることとなる。

なお、ＮＯｘセンサ４１による検出は、例えば１秒間に１０回のように、一定周期で連続して行われ、これらをある期間（例えば２０〜３０秒）積算し、積算されたＮＯｘ値を第１ＮＯｘ値とする。同様に、第２ＮＯｘ値も、例えば１秒間に１０回のように、ＮＯｘセンサ４１による検出と同周期で第２マップＭ２より連続して推定され、これらをＮＯｘセンサ４１と同期間（例えば２０〜３０秒）積算し、積算されたＮＯｘ値を第２ＮＯｘ値とする。

これは、上記のＮＯｘセンサ４１による検出結果のばらつきの影響を抑制し、判定精度を高めるためである。ただし、上記の検出方法は一例に過ぎず、周期や期間は適宜設定可能である。また、ＮＯｘセンサ４１による検出方法は上記以外であってもよい。また、第２ＮＯｘ値は予め定められたマップ（第２マップＭ２）から推定する方法に限られず、例えば予め定められた数式等により演算してもよい。

また、車両には、図１に示すように、ドライバにエンジン１０が異常であることを知らせるための表示パネル（表示手段）４３やアラーム（警告手段）４４が備えられており、エンジン異常判定手段３５によりエンジン１０が異常であると判定されると、表示パネル４３やアラーム４４によりドライバにエンジン状態が異常であることを知らせる。

［２．作用］
本実施形態にかかる内燃機関の異常診断装置は上述のように構成されているので、エンジン１０の異常診断は、図４のフローチャートに従って実施することができる。なお、このフローチャートは一定の周期（周期をｔとする）で動作するものである。また、下記の各ステップは、コンピュータのハードウェアに割り当てられた各機能（手段）が、ソフトウェア（コンピュータプログラム）によって動作することによって実施される。

本内燃機関の異常診断は、通常走行中であればいつでも実施可能であるが、ここでは、ＤＰＦ２４の強制再生後に実施されるものとする。また、ＮＯｘセンサ４１による検出は常時行われている。
図４に示すように、まず、ステップＳ１０において、フラグＦ＝０であるか否かを判定する。スタート時ではフラグＦ＝０であるため、最初はＹＥＳルートとなりステップＳ２０へ進み、フラグＦが０でない場合は、ステップＳ３０へ進む。ステップＳ２０において、ＮＯｘ異常判定手段３２により、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値が異常であるか否かを判定し、特に異常がなければリターンする。他方、異常な値が検出された場合は、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０において、尿素水添加制御手段３３により、尿素水の添加を実施している場合は尿素水の添加を停止し、尿素水の添加を実施していない場合はそのままの状態を維持する。そして、ＥＣＵ３０内のタイマーを開始させ（ステップＳ５０）、フラグＦ＝１とする（ステップＳ６０）。
次に、タイマーにより時間をカウントし、下記の式（２）のように積算していく（ステップＳ７０）。
ｔ_n←ｔ_n-1＋ｔ ・・・（２）

ここで、添字ｎは現時点の制御周期を示し、ｎ−１は前回の制御周期を示す。ステップＳ８０において、積算された時間ｔ_nが所定時間ｔ₀を越えたか否かを判定する。この所定時間ｔ₀は、ＳＣＲ２５に吸着していたアンモニアが完全に離脱するまでの時間である。ステップＳ８０において、積算時間ｔ_nが所定時間ｔ₀よりも大きくなったら、フラグＦ＝２とする（ステップＳ９０）。一方、未だ所定時間ｔ₀に達していなければリターンする。

なお、ステップＳ１０において、フラグＦ＝０でない場合はステップＳ３０において、フラグＦ＝１であるか否かを判定し、ステップＳ６０においてフラグＦ＝１と設定された後であれば、ＹＥＳルートからステップＳ７０へ進む。一方、ステップＳ３０においてフラグＦ＝１でない場合は、ＮＯルートからステップＳ１００へ進む。
次に、ステップＳ１００において、エンジン１０が定常状態であるか否かを判定する。具体的には、エンジン回転数が一定であるか否かを判定する。エンジン１０が定常状態であれば、第１ＮＯｘ値（ＮＯｘ１）を安定した状態で計測することができるため、ＮＯｘ１の計測精度を高めることができる。

ステップＳ１００において、エンジン１０が定常状態である場合は、ステップＳ１１０へ進み、このときＮＯｘセンサ４１により検出されたＮＯｘ値を第１ＮＯｘ値として取得し（ステップＳ１１０）、エンジン１０が定常状態でない場合はリターンする。なお、リターンした後は、フラグＦが２に設定されているため、ステップＳ１０及びステップＳ３０共にＮＯルートとなり、ステップＳ１００へ進む。

第１ＮＯｘ値を取得後、ステップＳ１２０において、ＳＣＲ温度Ｔ，エンジン回転数，アクセル開度等のエンジン１０の運転状態を各種センサから取得する。このうち、エンジン回転数及びアクセル開度（エンジン負荷）に基づき、第２マップＭ２を用いて第２ＮＯｘ値を推定する（ステップＳ１３０）。その後、タイマーを０リセットするとともに停止させ（ステップＳ１４０）、フラグＦを０リセットする（ステップＳ１５０）。

ステップＳ１６０において、取得した第１ＮＯｘ値と推定した第２ＮＯｘ値の大きさ差を比較し、第１ＮＯｘ値が第２ＮＯｘ値以下であればエンジン１０は正常であると判定され（ステップＳ１７０）、第１ＮＯｘ値のほうが第２ＮＯｘ値よりも大きければエンジン１０は異常であると判定される（ステップＳ１８０）。
このステップＳ１０〜Ｓ１８０からなるフローは、エンジン１０の正常又は異常が判定されるまで所定周期ｔで繰り返される。また、エンジン１０が異常であると診断された場合は、表示パネル４３及びアラーム４４のいずれか一方、又は両方により、ドライバにエンジン１０が異常であることを知らせる。

［３．効果］
したがって、本実施形態にかかる内燃機関の異常診断装置によれば、ＮＯｘセンサ４１による検出結果に異常が見られた場合、ＳＣＲ２５の下流側に設けられた１つのＮＯｘセンサ４１を用いてエンジン１０の異常を診断することができるため、コストを低減することができる。一般的にＮＯｘセンサ４１はＳＣＲ２５の下流側に設けられていることが多いため、新たな装置を追加する必要がない点からもコスト低減を図ることができ、構成を簡素化することができる。

また、ＮＯｘセンサ４１による異常検出の原因を調べることができるため、尿素水の品質異常であるとの誤判定を防ぐことができる。また、尿素水添加制御手段３３により添加される尿素水を制御し、エンジン異常判定手段３５により第１ＮＯｘ値と第２ＮＯｘ値の大きさを比較することによりエンジン１０の異常を判定するため、判定を容易に実施することができる。

また、ＮＯｘ異常判定手段３２によりＮＯｘ値の異常が判定されたら本内燃機関の異常診断を開始するため、ＮＯｘ値の異常の原因の１つとして考えられるエンジン１０の異常を素早く診断することができる。
また、吸着アンモニア離脱判定手段３４を設け、ＳＣＲ２５に吸着しているアンモニアが離脱するまでの時間に基づいてアンモニアがＳＣＲ２５から離脱したか否かを判断するため、複雑な演算を行う必要がなく、制御をシンプルにすることができる。

このとき、特に、走行中に行われるＤＰＦ２４の強制再生（自動再生）後にエンジン１０の異常判定を実施すれば、排気が高温の状態で診断が実施されるため、ＳＣＲ２５にはほとんどアンモニアが吸着しておらず、尿素水の添加を停止させてからすぐにＮＯｘ値が一定となり、応答性が良く判定を短時間で完了させることができる。また、高温の排気状態において再び尿素水の添加を開始すれば、尿素水がすぐにＮＯｘと反応するため、ＮＯｘ浄化率の戻りも早く、大気中に放出させるＮＯｘの量を抑制することができる。

また、第２ＮＯｘ値（ＮＯｘ２）を予め定められた第２マップＭ２により推定されるため、内燃機関の回転数及び負荷から、容易にエンジン１０から排出された直後の排気中に含まれるＮＯｘ値を推定することが可能である。
また、表示パネル４３やアラーム４４により、エンジン１０の異常をドライバにいち早く知らせることができ、素早い対応をとることが可能である。

［４．変形例］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
上記実施形態では、ＳＣＲ２５に吸着しているアンモニアがＳＣＲ２５から離脱したか否かの判定を、タイマーを設けて時間に基づいて行ったが、離脱判定はこれに限られず、例えば、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値を積算して、その積算値に基づいて判定してもよい。つまり、図２（ｂ）に示すように、尿素水の添加を停止するとＮＯｘ値は増大するため、ＳＣＲ２５に吸着しているアンモニアが離脱したか否かを時間ではなくＮＯｘセンサ４１によって検出されるＮＯｘの積算値が所定値よりも大きくなったところで、離脱したと判定するようにしてもよい。

この場合の異常診断について、図５に示す制御フローを用いて説明する。なお、上述した図４に示すフローと同様の制御内容についての詳細な説明は省略する。
図５に示すように、まず、ステップＴ１０において、フラグＦ＝０であるか否かを判定する。スタート時ではフラグＦ＝０であるため、最初はＹＥＳルートとなりステップＴ２０へ進み、フラグＦが０でない場合はステップＴ３０へ進む。ステップＴ２０において、ＮＯｘ異常判定手段３２により、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値が異常であるか否かを判定し、特に異常がなければリターンする。他方、異常な値が検出された場合は、ステップＴ４０に進む。

ステップＴ４０において、尿素水添加制御手段３３により、尿素水の添加を実施している場合は尿素水の添加を停止し、尿素水の添加を実施していない場合はそのままの状態を維持する。そして、ＥＣＵ３０により、ＮＯｘセンサ４１によって検出されるＮＯｘの積算を開始し（ステップＴ５０）、フラグＦ＝１とする（ステップＴ６０）。
次に、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘを下記の式（３）のように積算していく（ステップＴ７０）。
ＮＯｘ_n←ＮＯｘ_n-1＋ＮＯｘ ・・・（３）

ここで、添字ｎは現時点の制御周期を示し、ｎ−１は前回の制御周期を示す。
ステップＴ８０において、ＮＯｘ_nが所定値ＮＯｘ₀を越えたか否かを判定する。この所定値ＮＯｘ₀は、ＳＣＲ２５に吸着していたアンモニアが完全に離脱した場合に検出されると想定されるＮＯｘ値である。ステップＴ８０において、積算ＮＯｘ値ＮＯｘ_nが所定値ＮＯｘ₀よりも大きくなったら、フラグＦ＝２とする（ステップＴ９０）。一方、未だ所定値ＮＯｘ₀に達していなければリターンする。

なお、ステップＴ１０において、フラグＦ＝０でない場合はステップＴ３０においてフラグＦ＝１であるか否かを判定し、ステップＴ６０においてフラグＦ＝１と設定された後であれば、ＹＥＳルートからステップＴ７０へ進む。一方、ステップＴ３０においてフラグＦ＝１でない場合は、ＮＯルートからステップＴ１００へ進む。
次に、ステップＴ１００において、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値が定常状態であるか否かを判定する。ＮＯｘ値が定常状態であれば、第１ＮＯｘ値（ＮＯｘ１）を安定した状態で計測することができるため、ＮＯｘ１の計測精度を高めることができる。

ステップＴ１００において、ＮＯｘ値が定常状態である場合は、ステップＴ１１０へ進み、このときのＮＯｘセンサ４１により検出されたＮＯｘ値を第１ＮＯｘ値として取得し（ステップＴ１１０）、ＮＯｘ値が定常状態でない場合はリターンする。なお、リターンした後は、フラグＦが２に設定されているため、ステップＴ１０及びステップＴ３０共にＮＯルートとなり、ステップＴ１００に進む。

第１ＮＯｘ値を取得後、ステップＴ１２０において、ＳＣＲ温度Ｔ，エンジン回転数，アクセル開度等のエンジン１０の運転状態を各種センサから取得する。このうち、エンジン回転数及びアクセル開度（エンジン負荷）に基づき、第２マップＭ２を用いて第２ＮＯｘ値を推定する（ステップＴ１３０）。その後、ＮＯｘの積算を停止するとともに０リセットし（ステップＴ１４０）、フラグＦを０リセットする（ステップＴ１５０）。

ステップＴ１６０において、取得した第１ＮＯｘ値と推定した第２ＮＯｘ値の大きさ差を比較し、第１ＮＯｘ値が第２ＮＯｘ値以下であればエンジン１０は正常であると判定され（ステップＴ１７０）、第１ＮＯｘ値のほうが第２ＮＯｘ値よりも大きければエンジン１０は異常であると判定される（ステップＴ１８０）。
このステップＴ１０〜Ｔ１８０からなるフローは、エンジン１０の正常又は異常が判定されるまで所定周期ｔで繰り返される。また、エンジン１０が異常であると診断された場合は、表示パネル４３及びアラーム４４のいずれか一方、又は両方により、ドライバにエンジン１０が異常であることを知らせる。

したがって、ＮＯｘ値の積算により吸着アンモニアの離脱判定をする場合は、タイマーにより時間を計測する必要がないため、構成をシンプルにすることができる。また、実際に計測されたＮＯｘ値を見て判断しているため、正確に判断することができ、さらに、排気温度に依存しない制御が可能である。
なお、上記の実施形態において、図４に示す制御ではステップＳ１００でエンジン１０の定常状態を判定し、図５に示す制御ではステップＴ１００でＮＯｘ値の定常状態を判定したが、これらは何れを用いてもよく、例えば、図４に示す制御においてＮＯｘ値の定常状態を判定してもよいし、図５に示す制御においてエンジン１０の定常状態を判定してもよい。

また、吸着アンモニア離脱判定手段３４を設けないことも可能である。例えば、排気温度がＤＰＦ２４の自動再生後に得られる程度の高温であれば、ＳＣＲ２５にはほとんどアンモニアが吸着していないため、離脱判定を実施しなくても尿素水の添加を停止させた後のＮＯｘ値を測定してもよい。
また、表示パネル４３やアラーム４４以外の報知手段を設けてもよく、また、表示パネル４３等の報知手段を設けずに、エンジン１０の使用制限をするようにしてもよい。

１０ 内燃機関（エンジン）
１９ 排気通路
２０ 排気浄化装置
２１ ＤＰＦ装置（上流側排気浄化装置）
２２ ＳＣＲ装置（下流側排気浄化装置）
２３ 前段酸化触媒（ＤＯＣ）
２４ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ，パティキュレートフィルタ）
２５ 選択還元型触媒（ＳＣＲ）
２６ 後段酸化触媒（ＣＵＣ）
２７ 添加装置（尿素水添加装置）
２８ 尿素水添加ノズル（尿素水添加装置）
２９ 尿素水タンク
３０ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
３１ ＤＰＦ再生制御手段
３２ ＮＯｘ異常判定手段
３３ 尿素水添加量制御手段
３４ 吸着アンモニア離脱判定手段
３５ エンジン異常判定手段（内燃機関異常判定手段）
４１ ＮＯｘセンサ
４２ 温度センサ
４３ 表示パネル（表示手段）
４４ アラーム（警告手段）

Claims (7)

1. 車両に搭載された内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、
   前記選択還元型触媒に流入する排気中に還元剤としての尿素水を添加する尿素水添加装置と、
   前記選択還元型触媒の下流側に設けられ、排気中に含まれるＮＯｘを検出するＮＯｘセンサと、
   前記尿素水添加装置からの前記尿素水の添加を制御する尿素水添加制御手段と、
   前記ＮＯｘセンサで検出されるＮＯｘ値に基づいて前記内燃機関の異常を判定する内燃機関異常判定手段と、を備え、
   前記尿素水添加制御手段は、診断開始条件が成立したら前記尿素水の添加を停止するよう前記尿素水添加装置を制御し、
   前記内燃機関異常判定手段は、前記尿素水添加制御手段により前記尿素水の添加が停止された後の第１ＮＯｘ値が、前記内燃機関の運転状態に応じた第２ＮＯｘ値よりも大きい場合に、前記内燃機関が異常であると判定する
   ことを特徴とする、内燃機関の異常診断装置。
2. 前記ＮＯｘセンサで検出される前記ＮＯｘ値の異常を判定するＮＯｘ異常判定手段をさらに備え、
   前記診断開始条件は、前記ＮＯｘ異常判定手段により前記ＮＯｘ値の異常が判定されることである
   ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の異常診断装置。
3. 前記ＮＯｘセンサにより検出された前記ＮＯｘ値から前記選択還元型触媒に吸着している還元剤としてのアンモニアが離脱したか否かを、前記選択還元型触媒から離脱するまでの時間に基づいて判定する吸着アンモニア離脱判定手段をさらに備え、
   前記第１ＮＯｘ値は、前記吸着アンモニア離脱判定により前記アンモニアが離脱したと判定されたときのＮＯｘ値である
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の内燃機関の異常診断装置。
4. 前記内燃機関の前記排気通路に設けられたパティキュレートフィルタをさらに備え、
   前記内燃機関異常判定手段は、走行中に行われる前記パティキュレートフィルタの強制再生後に前記内燃機関の異常診断を行う
   ことを特徴とする、請求項３記載の内燃機関の異常診断装置。
5. 前記ＮＯｘセンサにより検出された前記ＮＯｘ値から前記選択還元型触媒に吸着している還元剤としてのアンモニアが離脱したか否かを、前記ＮＯｘ値を積算した値に基づいて判定する吸着アンモニア離脱判定手段をさらに備え、
   前記第１ＮＯｘ値は、前記吸着アンモニア離脱判定手段により前記アンモニアが離脱したと判定されたときのＮＯｘ値である
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の内燃機関の異常診断装置。
6. 前記第２ＮＯｘ値は、予め定められた前記内燃機関の回転数と前記内燃機関の負荷との関係を示すマップにより推定される
   ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の異常診断装置。
7. 前記異常判定手段により前記内燃機関から排出された直後の前記ＮＯｘが異常であると判定された場合に、異常を表示する表示手段、及び、異常を警告する警告手段のいずれか一方又は両方をさらに備える
   ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の異常診断装置。

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