JP2013170565A - 内燃機関の排気浄化装置の異常判定システム - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤を供給する装置の異常をより高精度に判定する。
【解決手段】還元剤の供給によりＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒４を排気通路２に設けると共に、触媒４よりも上流の排気通路２へ気体の還元剤を供給する内燃機関１の排気浄化装置の異常判定システムにおいて、触媒４の温度が還元剤を吸着可能な温度の上限値である所定温度よりも高い温度となった後に該所定温度以下となった後で、気体の還元剤を触媒４に供給してから、触媒４よりも下流で還元剤が検出されるまでの間に、触媒４に供給された還元剤量に基づいて、触媒４が最大限吸着可能な還元剤量を算出すると共に、該算出された還元剤量が閾値以上となる場合に、還元剤供給装置３に異常があると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムに関する。

特許文献１には、液体のアンモニアを加熱してガス化した後に選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）に供給する装置において、ガス化したアンモニアを供給する供給弁を閉じたときに、供給弁よりも下流側に設けられた圧力センサにより検出される圧力が、排気の圧力と同等であれば該圧力センサは正常であると判断することが記載されている。

また、特許文献２には、アンモニアスリップを検出したときの尿素噴射量からＳＣＲ触媒の飽和吸着量を算出して、システムに異常があるか否か判断することが記載されている。

しかし、アンモニアガスを供給するシステムでは、供給システムが故障して、供給するアンモニアガスの濃度や単位時間当たりの供給量がばらつくことがある。そうすると、ＳＣＲ触媒に供給している実際のアンモニア量が分からなくなるので、飽和吸着量の算出精度が低下する。このため、異常を判断する精度が低下する虞がある。

特開２００４−００３４４５号公報 特開２０１０−２６１３８８号公報 特開２００１−１５７８２２号公報 特開２０１１−２２０１４２号公報 特開２００９−１８５７５４号公報 特開２０１０−１６９００８号公報

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、還元剤を供給する装置の異常をより高精度に判定することを目的とする。

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の異常判定システムは、
還元剤を貯蔵するタンクと、
前記タンクを加熱することで気体の還元剤を発生させる気化装置と、
前記タンクと内燃機関の排気通路とを接続し、前記気化装置により発生させた気体の還元剤が流通する供給通路と、
前記供給通路に設けられ、開いたときに還元剤を流通させ、閉じたときに還元剤の流通を遮断する噴射装置と、
を含んで構成される還元剤供給装置を備え、
還元剤の供給によりＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒を前記排気通路に設けると共に、前記供給通路を前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に接続し、前記供給通路から前記排気通路へ気体の還元剤を供給する内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムにおいて、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路に設けられ還元剤を検出する還元剤
センサと、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が還元剤を吸着可能な温度の上限値である所定温度よりも高い温度となった後に該所定温度以下となった後で、前記噴射装置を開いて気体の還元剤を前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給してから、前記還元剤センサにより還元剤が検出されるまでの間に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給された還元剤量に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が最大限吸着可能な還元剤量を算出すると共に、該算出された還元剤量が閾値以上となる場合に、前記還元剤供給装置に異常があると判定する判定装置と、
を備える。

タンクは、還元剤を、例えば固体または液体の状態で貯蔵する。固体または液体の状態でタンクに貯蔵されている還元剤は、気化させた後にタンクから供給通路へ排出され、排気通路へ供給される。また、タンクは、還元剤を、例えば他の物質に吸着または吸蔵させて貯蔵してもよい。この場合には、排気通路へ還元剤を供給する前に、該他の物質から還元剤を放出させる。また、噴射装置は、供給通路の端部に設けられていてもよい。

ここで、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）の温度が還元剤を吸着可能な温度の上限値である所定温度よりも高い温度となった後には、該ＳＣＲ触媒が還元剤を吸着していない状態となる。このときに還元剤を供給すると、ＳＣＲ触媒に還元剤が吸着する。そして、ＳＣＲ触媒が吸着した還元剤量が、該ＳＣＲ触媒が最大限吸着可能な還元剤量（飽和吸着還元剤量）となった後は、該ＳＣＲ触媒から還元剤が流出する。このようにＳＣＲ触媒から流出する還元剤は、還元剤センサにより検出される。そして、還元剤センサにより還元剤が検出されるまでＳＣＲ触媒に還元剤を供給したときの還元剤の供給量は、例えば、還元剤を供給した時間等に基づいて推定することができる。そして、還元剤の供給量が分かれば、ＳＣＲ触媒の飽和吸着還元剤量を算出することができる。例えば、還元剤の供給量と、飽和吸着還元剤量とが等しいとしてもよいし、還元剤の供給量に所定の係数を乗算して飽和吸着還元剤量を算出することもできる。

しかし、還元剤供給装置に異常があり、還元剤の供給量が不足すると、還元剤の供給開始から、還元剤センサにより還元剤が検出するまでの時間が長くなる。このため、算出される飽和吸着還元剤量が、見かけ上、増加する。一方、還元剤供給装置が正常である場合に算出される飽和吸着還元剤量の範囲は予め求めておくことができる。したがって、判定装置は、ＳＣＲ触媒の飽和吸着還元剤量が閾値以上となる場合に、還元剤供給装置に異常があると判定することができる。この閾値は、還元剤供給装置に異常があるときのＳＣＲ触媒の飽和吸着還元剤量の下限値である。

また、本発明においては、前記判定装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度よりも高い温度となっているときに前記内燃機関が停止された場合において、前記内燃機関の停止中に還元剤を供給して前記還元剤供給装置の異常判定を実施することができる。

ここで、内燃機関の運転中には、該内燃機関から排出されるＮＯｘによって、ＳＣＲ触媒に吸着している還元剤が消費されたり、還元剤センサの検出値が影響を受けたりする。これに対し、内燃機関の停止中に異常判定を実施することで、内燃機関の排気の影響を受けなくなるので、異常判定の精度を高めることができる。

また、本発明においては、前記還元剤供給装置に異常があるか否かを前記判定装置により判定した後、前記選択還元型ＮＯｘ触媒において還元剤が吸着されなくなるまで還元剤を供給したときの前記還元剤センサの検出値と、還元剤の供給量と、に基づいて前記還元剤センサの校正を行う校正装置を備えることができる。

ここで、還元剤を供給し続けることにより、ＳＣＲ触媒には還元剤が吸着されなくなる。このため、還元剤はＳＣＲ触媒を通り抜けて還元剤センサにより検出される。このときの還元剤センサの検出値は、例えば単位時間当たりの還元剤の供給量に応じた値に収束する。また、還元剤の供給量に応じた還元剤センサの検出値は、予め求めておくことができる。したがって、予め求めておいた検出値と、実際の検出値と、を比較することで還元剤センサの校正を実施することができる。なお、還元剤センサの検出値を補正してもよい。また、還元剤センサの検出値を学習してもよい。

また、本発明においては、前記排気通路の前記供給通路に接続される箇所を含み、この箇所よりも上流側及び下流側でガスの流通を遮断することで、閉じた空間を形成する空間形成装置と、
前記噴射装置よりも前記タンク側において圧力を検出する第一圧力センサと、
前記閉じた空間において圧力を検出する第二圧力センサと、
を備え、
前記判定装置は、前記空間形成装置により閉じた空間が形成されている場合であって、前記還元剤供給装置から還元剤を供給している場合において、前記第一圧力センサの検出値と前記第二圧力センサの検出値との差が所定範囲を超える場合には、前記第一圧力センサまたは前記第二圧力センサに異常があると判定することができる。

ここで、閉じた空間内に還元剤を供給すると、該閉じた空間内の圧力が上昇する。そして、第一圧力センサの周りの圧力と、第二圧力センサの周りの圧力とは、等しくなっているはずである。したがって、第一圧力センサの検出値及び第二圧力センサの検出値を比較して、これらの差が所定範囲を超える場合には、第一圧力センサまたは第二圧力センサの何れかに異常があると判定できる。なお、所定範囲とは、第一圧力センサ及び第二圧力センサの何れも正常である場合の、両センサの検出値の差の範囲をいう。また、例えば、第一圧力センサまたは第二圧力センサの何れか一方のセンサが正常であることを周知の技術により確認しておけば、第一圧力センサの検出値と第二圧力センサの検出値との差が所定範囲を超える場合には、他方のセンサに異常があると判定することができる。

本発明によれば、還元剤を供給する装置の異常をより高精度に判定することができる。

実施例１，２に係る内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムの概略構成を示す図である。 ＳＣＲ触媒の温度と、ＳＣＲ触媒の飽和吸着アンモニア量との関係を示した図である。 ＳＣＲ触媒の温度、ＮＯｘセンサの検出値、ＳＣＲ触媒が吸着したアンモニア量（吸着アンモニア量）の推移を示したタイムチャートである。 ＳＣＲ触媒の異常判定を行うときのフローチャートである。 ＳＣＲ触媒の温度と、ＳＣＲ触媒の飽和吸着アンモニア量の計算値との関係を示した図である。 還元剤供給装置の異常判定を行うときのフローチャートである。 図３のＴ４で示される時点よりも後の、アンモニア供給量、推定されるＮＯｘセンサの検出値、実際のＮＯｘセンサの検出値の推移を示したタイムチャートである。 ＮＯｘセンサの校正を行うときのフローチャートである。 実施例３に係る内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムの概略構成を示す図である。 還元剤圧力センサおよび排気圧力センサの検出値の推移を示したタイムチャートである。 還元剤圧力センサおよび排気圧力センサの異常判定を行うときのフローチャートである。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

＜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異常判定システムの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼルエンジンであっても、また、ガソリンエンジンであってもよい。

内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２には、ＳＣＲ触媒４が設けられている。

また、ＳＣＲ触媒４よりも上流の排気通路２には、還元剤を供給する還元剤供給装置３が設けられている。還元剤供給装置３は、還元剤を固体または液体の状態で貯蔵するタンク３１、タンク３１と排気通路２とを接続する供給通路３２、供給通路３２に設けられて開閉する噴射弁３３を備えて構成されている。

噴射弁３３は、還元剤を噴射するときに開き、還元剤の噴射を停止するときに閉じる。還元剤には、アンモニア（ＮＨ_３）が用いられる。噴射弁３３から噴射されたアンモニアは、ＳＣＲ触媒４が吸着する。このアンモニアがＮＯｘを選択的に還元させる。そして、ＳＣＲ触媒４にアンモニアを供給し、又は予め吸着させておき、ＳＣＲ触媒４をＮＯｘが通過するときに該ＮＯｘを還元させる。なお、本実施例においては噴射弁３３が、本発明における噴射装置に相当する。また、タンク３１内に、還元剤を吸着または吸蔵する物質（ＮＨ_３吸蔵合金、吸蔵剤、吸収剤等）を備えておき、還元剤を吸着または吸蔵した状態で貯蔵してもよい。

このタンク３１には、ヒータ３４が備わる。このヒータ３４によりタンク３１内の温度を上昇させることにより、固体または液体の還元剤が気体へ変化する。また、ヒータ３４により、還元剤を吸着または吸蔵している物質から還元剤を放出させることもできる。そして、気体の還元剤が供給通路３２に流出する。なお、ヒータ３４によりタンク３１内の温度を上昇させる代わりに、内燃機関１の冷却水によりタンク３１内の温度を上昇させてもよい。なお、本実施例においてはヒータ３４が、本発明における気化装置に相当する。

タンク３１と噴射弁３３との間の供給通路３２には、圧力を検出するための還元剤圧力センサ１１が設けられている。また、タンク３１には、温度を検出するための温度センサ１２が設けられている。

また、ＳＣＲ触媒４よりも下流の排気通路２には、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１３が設けられている。このＮＯｘセンサ１３は、アンモニア濃度を検出することもできる。なお、ＮＯｘセンサ１３は、アンモニア濃度を検出するアンモニアセンサとしてもよい。なお、本実施例においてはＮＯｘセンサ１３が、本発明における還元剤センサに相当する。

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。

また、ＥＣＵ１０には、上記センサ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に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁３３、ヒータ３４が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。

そして、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒４に異常がないか否か判定する。ここで、ＳＣＲ触媒４の劣化の度合いが大きくなるほど、ＳＣＲ触媒４に最大限吸着可能なアンモニア量（飽和吸着アンモニア量）が少なくなる。このため、ＳＣＲ触媒４の飽和吸着アンモニア量を検出することにより、ＳＣＲ触媒４の劣化の度合いを検出することができる。そして、ＳＣＲ触媒４の飽和吸着アンモニア量が許容範囲を下回れば、ＳＣＲ触媒４に異常があると判定できる。

また、ＳＣＲ触媒４は、温度が高くなりすぎると、アンモニアを吸着することができなくなり、吸着していたアンモニアがＳＣＲ触媒４から放出される。この後に、ＳＣＲ触媒４の温度が低下すると、ＳＣＲ触媒４がアンモニアを吸着していない状態で、且つ、アンモニアを吸着することができる状態となる。このときに、ＳＣＲ触媒４が吸着可能なアンモニア量は、飽和吸着アンモニア量となる。そして、ＮＯｘセンサ１３によりアンモニアが検出されれば、ＳＣＲ触媒４に吸着されているアンモニア量が飽和吸着アンモニア量に達したか、又はこれに近い状態であると判定できる。例えば、噴射弁３３の開弁時間や還元剤圧力センサ１１により得られる圧力に基づいて、ＳＣＲ触媒４に供給したアンモニア量を推定することができる。そして、例えば、ＳＣＲ触媒４に供給したアンモニアが、所定の割合でＳＣＲ触媒４に吸着されるとして、ＳＣＲ触媒４が吸着しているアンモニア量または飽和吸着アンモニア量を推定することができる。

ここで、図２は、ＳＣＲ触媒４の温度と、ＳＣＲ触媒４の飽和吸着アンモニア量との関係を示した図である。実線は、ＳＣＲ触媒４が正常な場合、一点鎖線は、ＳＣＲ触媒４の劣化の度合いが許容範囲を超えるときの場合（異常な場合）を示している。

Ａの温度以上では、ＳＣＲ触媒４がアンモニアを吸着することができない。そして、Ａの温度未満では、温度が低くなるほど、ＳＣＲ触媒４の飽和吸着アンモニア量が多くなる。このときに、正常な場合よりも異常な場合のほうが、飽和吸着アンモニア量が少なくなる。そこで、例えば、Ｂの温度のときにＳＣＲ触媒４の飽和吸着アンモニア量を検出して閾値と比較する。そして、検出される飽和吸着アンモニア量が閾値よりも少なければ、ＳＣＲ触媒４は異常であると判定できる。

図３は、ＳＣＲ触媒４の温度、ＮＯｘセンサ１３の検出値、ＳＣＲ触媒４が吸着したアンモニア量（吸着アンモニア量）の推移を示したタイムチャートである。実線は、ＳＣＲ触媒４が正常な場合を示し、一点鎖線はＳＣＲ触媒４が異常な場合を示している。また、ＮＯｘセンサ１３の検出値において、二点鎖線は、アンモニアの供給量に応じたアンモニア濃度を示している。二点鎖線は、ＳＣＲ触媒４上流のアンモニア濃度としてもよい。

Ｔ１で示される時点において、内燃機関１が停止される。このときのＳＣＲ触媒４の温度は、アンモニアを吸着することができない温度となっている。そして、その後は、内燃機関１が停止されているために、ＳＣＲ触媒４の温度が低下する。そして、ＳＣＲ触媒４の温度が十分に低下し、アンモニアを吸着可能となるＴ２の時点において噴射弁３３を開いてアンモニアの供給を開始する。アンモニアの供給により、ＳＣＲ触媒４上流のアンモニア濃度が上昇すると共に、吸着アンモニア量が増加する。

そして、ＳＣＲ触媒４が異常な場合には、アンモニアを吸着する能力が低下しているために、ＳＣＲ触媒４の飽和吸着アンモニア量が少なくなっている。このため、早い時期に
ＳＣＲ触媒４よりも下流にアンモニアが流出し、ＮＯｘセンサ１３の検出値が増加する。一方、ＳＣＲ触媒４が正常であれば、ＳＣＲ触媒４に、より多くのアンモニアを吸着することができるので、ＳＣＲ触媒４よりも下流にアンモニアが流出してＮＯｘセンサ１３の検出値が増加するまでの時間が長い。

そこで、ＮＯｘセンサ１３の検出値が増加するまでアンモニアを供給し、ＮＯｘセンサ１３の検出値が増加した時点（Ｔ３，Ｔ４）におけるアンモニアの供給量から、ＳＣＲ触媒４が吸着しているアンモニア量を算出する。このときに算出されるアンモニア量は、ＳＣＲ触媒４の飽和吸着アンモニア量である。なお、ＳＣＲ触媒４には、供給したアンモニアが所定の割合で吸着しているとして吸着アンモニア量を算出してもよいし、供給したアンモニアが全て吸着しているとして吸着アンモニア量を算出してもよい。また、供給したアンモニア量は、例えば、噴射弁３３の開弁時間と相関関係にあるため、該噴射弁３３の開弁時間と供給したアンモニア量との関係を予め実験等により求めておいてもよい。

なお、ＳＣＲ触媒４が異常であればＮＯｘセンサ１３の検出値が増加する時点であるＴ３と、ＳＣＲ触媒４が正常であればＮＯｘセンサ１３の検出値が増加する時点であるＴ４と、の間の時点においてＮＯｘセンサ１３の検出値が閾値以上であれば、ＳＣＲ触媒４に異常があると判定してもよい。

図４は、ＳＣＲ触媒４の異常判定を行うときのフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎にＥＣＵ１０により繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、内燃機関１が停止されたか否か判定される。例えば、内燃機関１の回転数が０となったときに、内燃機関１が停止されたと判定される。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本ルーチンを終了させる。なお、本実施例では、内燃機関１が停止されているときにアンモニアを供給して、ＳＣＲ触媒４に異常があるか否か判定するが、内燃機関１の運転中であってもアンモニアを供給することにより、ＳＣＲ触媒４に異常があるか否か判定することができる。

ステップＳ１０２では、内燃機関１が停止される時点におけるＳＣＲ触媒４の温度が所定温度以上であるか否か判定される。この所定温度は、ＳＣＲ触媒４がアンモニアを吸着しておくことのできない温度の下限値である。すなわち、本ステップでは、ＳＣＲ触媒４にアンモニアが吸着されていないか否かを判定している。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。なお、ＳＣＲ触媒４を加熱するヒータを備えている場合には、本ステップにおいて、ＳＣＲ触媒４の温度を所定温度以上まで上昇させてもよい。

ステップＳ１０３では、ＳＣＲ触媒４の温度が低下するのを所定時間待つ。

ステップＳ１０４では、ＳＣＲ触媒４の温度が閾値以下となったか否か判定される。この閾値は、ＳＣＲ触媒４が正常であるか否かにかかわらず、規定量のアンモニアを吸着可能な温度である。すなわち、本ステップでは、ＳＣＲ触媒４が規定量のアンモニアを吸着可能な状態であるか否か判定している。この規定量は、ＳＣＲ触媒４の異常判定に必要となる吸着アンモニア量として予め設定される。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ戻る。

ステップＳ１０５では、ＳＣＲ触媒４にアンモニアが供給される。すなわち、噴射弁３３が開かれ、ヒータ３４がタンク３１を加熱する。そして、ＳＣＲ触媒４に吸着されるア
ンモニア量の算出が開始される。ＳＣＲ触媒４に吸着されるアンモニア量は、アンモニアの供給開始からの経過時間に応じて増加するものとして算出される。なお、このときにアンモニアが吸気通路に逆流しないように、吸気弁、排気弁、又はＥＧＲ装置を備えている場合にはＥＧＲ弁を閉じてもよい。

ステップＳ１０６では、ＮＯｘセンサ１３の検出値が閾値以上となったか否か判定される。この閾値は、ＳＣＲ触媒４からアンモニアが流出したときの値である。すなわち、本ステップでは、ＳＣＲ触媒４からアンモニアが流出しているか否か判定される。また、本ステップでは、ＳＣＲ触媒４がアンモニアを最大限吸着した状態であるか否か判定してもよい。ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ戻る。

ステップＳ１０７では、ＳＣＲ触媒４の飽和吸着アンモニア量が算出される。例えば、アンモニアの供給開始からの経過時間に応じて飽和吸着アンモニア量を算出するマップをＥＣＵ１０が記憶しておいてもよい。

ステップＳ１０８では、ＳＣＲ触媒４の飽和吸着アンモニア量が閾値以上であるか否か判定される。この閾値は、ＳＣＲ触媒４が正常な場合における飽和吸着アンモニア量の下限値として設定される。なお、ＳＣＲ触媒４の温度に応じて飽和吸着アンモニア量が変化するため、ＳＣＲ触媒４の温度に応じて閾値を設定してもよい。また、ＳＣＲ触媒４の温度に応じて、飽和吸着アンモニア量を補正してもよい。さらに、常に同じ温度のときに異常判定を行うことで、閾値を固定値することもできる。

そして、ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進んで、ＳＣＲ触媒４は正常であると判定される。一方、ステップＳ１０８で否定判定がなされた場合にはステップＳ１１０へ進んで、ＳＣＲ触媒４は異常であると判定される。

このようにして、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒４が正常であるか否か判定することができる。

ところで、還元剤供給装置３に異常が発生することもある。ここで、実際のアンモニアの供給量が、算出されたアンモニアの供給量よりも少ない場合には、前記フローでは、飽和吸着アンモニア量が実際よりも多く算出されてしまう。すなわち、還元剤供給装置３から供給されるアンモニア量が少ないと、ＮＯｘセンサ１３によりアンモニアが検出するまでの時間が長くなるため、この時間に応じて飽和吸着アンモニア量を算出すると、実際の飽和吸着アンモニア量よりも大きな値となる。

ここで、図５は、ＳＣＲ触媒４の温度と、ＳＣＲ触媒４の飽和吸着アンモニア量の計算値との関係を示した図である。実線は、ＳＣＲ触媒４が正常な場合、一点鎖線は、還元剤供給装置３から供給されるアンモニア量が少ない場合（異常な場合）を示している。

例えば、Ｃで示される温度のときに、ＳＣＲ触媒４が正常であれば該ＳＣＲ触媒４の飽和吸着アンモニア量が取り得る範囲よりも、計算値が大きければ、還元剤供給装置３が異常であると判定できる。このＳＣＲ触媒４が正常であれば該ＳＣＲ触媒４の飽和吸着アンモニア量が取り得る範囲は、予め実験等により求めておく。

図６は、還元剤供給装置３の異常判定を行うときのフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎にＥＣＵ１０により繰り返し実行される。また、図４のフローと同じ処理が実施されるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。また、図４のフローのステップＳ１０７までは同じため、図６において記載を省略する。なお、本実施例にお
いては本ルーチンを処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定装置に相当する。

ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０１に進む。ステップＳ２０１では、ＳＣＲ触媒４の飽和吸着アンモニア量が閾値以上であるか否か判定される。ここでいう閾値は、ステップＳ１０８の閾値よりも大きな値である。そして、ここでいう閾値は、還元剤供給装置３に異常があるときの飽和吸着アンモニア量の下限値であり、予め実験等により求めることができる。

なお、ＳＣＲ触媒４の温度に応じて、ＳＣＲ触媒４の飽和吸着アンモニア量が変化するため、ＳＣＲ触媒４の温度に応じて上限値を設定してもよい。また、ＳＣＲ触媒４の温度に応じて、飽和吸着アンモニア量を補正してもよい。さらに、常に同じ温度のときに異常判定を行うことで、上限値を固定値することもできる。

そして、ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進んで、還元剤供給装置３は異常であると判定される。一方、ステップＳ２０１で否定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進んで、ＳＣＲ触媒４及び還元剤供給装置３は正常であると判定される。

このようにして、ＥＣＵ１０は、還元剤供給装置３が正常であるか否か判定することができる。

＜実施例２＞
本実施例では、ＮＯｘセンサ１３の校正を実施する。ここで、ＳＣＲ触媒４にアンモニアが最大限吸着された後は、ＳＣＲ触媒４からアンモニアが流出するために、ＮＯｘセンサ１３の検出値が増加する。このＮＯｘセンサ１３の検出値は、アンモニアの供給量に応じた値に収束する。したがって、ＮＯｘセンサ１３の検出値がアンモニアの供給量に応じた値に収束しなければ、ＮＯｘセンサ１３の検出値が実際の値からずれていると判定できる。そして、本来収束するべき値に近づくように、ＮＯｘセンサ１３の検出値を補正すれば、ＮＯｘセンサ１３の校正を行うことができる。

ここで、内燃機関１の運転中には、内燃機関１から排出されるＮＯｘや、ＳＣＲ触媒４でＮＯｘが浄化される影響を受けるため、還元剤供給装置３から供給されるアンモニアをそのままＮＯｘセンサ１３に到達させることは困難である。これに対し、内燃機関１が停止中であれば、排気の影響を受けることがないため、ＮＯｘセンサ１３の校正の精度を高めることができる。

図７は、図３のＴ４で示される時点よりも後の、ＳＣＲ触媒４上流のアンモニア濃度、推定されるＮＯｘセンサ１３の検出値、実際のＮＯｘセンサ１３の検出値の推移を示したタイムチャートである。実線は、ＳＣＲ触媒４上流のアンモニア濃度を示し、一点鎖線は、推定されるＮＯｘセンサの検出値を示し、二点鎖線は、実際のＮＯｘセンサ１３の検出値を示している。推定されるＮＯｘセンサ１３の検出値は、アンモニア供給量から算出される。これは、図３におけるＳＣＲ触媒４が正常である場合のＮＯｘセンサ１３の検出値としてもよい。そして、推定されるＮＯｘセンサ１３の検出値と、実際のＮＯｘセンサ１３の検出値と、の差が０となるように、ＮＯｘセンサ１３を校正する。

図８は、ＮＯｘセンサ１３の校正を行うときのフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎にＥＣＵ１０により繰り返し実行される。また、図８に示すフローは、図４に示した制御が完了した後に実施する。なお、本実施例においては本ルーチンを処理するＥＣＵ１０が、本発明における校正装置に相当する。

ステップＳ３０１では、アンモニアが継続して供給される。すなわち、図４に示される制御が完了した後も、ＳＣＲ触媒４に継続してアンモニアが供給される。

ステップＳ３０２では、図４に示した制御が完了してから所定の時間が経過したか否か判定される。ここでいう所定の時間とは、ＳＣＲ触媒４に十分な量のアンモニアが吸着されて、ＳＣＲ触媒４においてアンモニアが飽和している状態となるまでの時間である。例えば、ＮＯｘセンサ１３によりアンモニアが検出されても、まだＳＣＲ触媒４にアンモニアを吸着可能な場合もある。このため、ＳＣＲ触媒４に供給するアンモニアが吸着されなくなるまで、アンモニアの供給を継続する。この所定の時間は、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。なお、本ステップでは、ＮＯｘセンサ１３の検出値が収束したか否か判定してもよい。ステップＳ３０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０１へ戻る。

ステップＳ３０３では、供給されたアンモニア量から推定されるＮＯｘセンサ１３の検出値と、実際のＮＯｘセンサ１３の検出値と、の差を検出値のずれとして、ＮＯｘセンサ１３を校正する。なお、ＮＯｘセンサ１３の検出値の推定値は、予め実験等により求めておいてもよい。

なお、ステップＳ３０１によりアンモニアを供給しているときに、例えば吸気弁及び排気弁を開くか、または、ＥＧＲ弁を開くことにより、アンモニアを逆流させ、排気通路の上流側に備わるＮＯｘセンサを校正することもできる。

＜実施例３＞
図９は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムの概略構成を示す図である。主に、図１と異なる点について説明する。

本実施例では、供給通路３２が接続される箇所よりも上流の排気通路に、酸化触媒５を備えている。なお、酸化触媒５に代えて、三元触媒または吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、パティキュレートフィルタ等を備えていてもよい。また、酸化触媒５は、必ずしも必要ではない。また、酸化触媒５よりも上流の排気通路２には、排気の圧力を検出する排気圧力センサ１４が設けられている。なお、本実施例においては還元剤圧力センサ１１が、本発明における第一圧力センサに相当する。また、本実施例においては排気圧力センサ１４が、本発明における第二圧力センサに相当する。

また、ＮＯｘセンサ１３よりも下流の排気通路２には、該排気通路２を開閉する排気絞り弁６が設けられている。この排気絞り弁６は、全閉とすることにより、排気の流通を遮断する。

また、本実施例では、内燃機関１の排気弁を電磁駆動弁とする。この電磁駆動弁は、任意の時期に開閉することができる。

そして、本実施例では、還元剤圧力センサ１１および排気圧力センサ１４の異常を判定する。ここで、内燃機関１の停止時に、排気弁及び排気絞り弁６を閉じることで、排気弁よりも下流で且つ排気絞り弁６よりも上流に閉じた空間ができる。そして、排気弁及び排気絞り弁６を閉じた状態で噴射弁３３を開くと共にヒータ３４を作動させると、還元剤が気化することにより、供給通路３２内の圧力、及び、排気弁よりも下流で且つ排気絞り弁６よりも上流の排気通路２内の圧力が上昇する。そして、供給通路３２内の圧力、及び、排気弁よりも下流で且つ排気絞り弁６よりも上流の排気通路２内の圧力は、等しいので、このときに還元剤圧力センサ１１および排気圧力センサ１４の検出値は、等しくなるはずである。一方、これらセンサの検出値が異なれば、何れかのセンサに異常があると判定で
きる。

図１０は、還元剤圧力センサ１１および排気圧力センサ１４の検出値の推移を示したタイムチャートである。実線は、還元剤圧力センサ１１が正常な場合の該還元剤圧力センサ１１の検出値、一点鎖線は、排気圧力センサ１４が正常な場合の該排気圧力センサ１４の検出値、二点鎖線は、排気圧力センサ１４が異常な場合の該排気圧力センサ１４の検出値を示している。

このように、還元剤圧力センサ１１および排気圧力センサ１４が正常であれば、両センサの検出値は略同じになる。一方、排気圧力センサ１４に異常があれば、正常な場合よりも、例えば、検出値が小さくなる。なお、正常な場合よりも検出値が大きくなる異常も考えられる。したがって、還元剤圧力センサ１１および排気圧力センサ１４の検出値を比較することにより、何れかのセンサに異常があるか否か判定することができる。

また、何れかのセンサに異常があると判定された場合には、例えば、ヒータ３４の作動時間に基づいて、供給通路３２内の圧力、及び、排気弁よりも下流で且つ排気絞り弁６よりも上流の排気通路２内の圧力を推定し、該推定される圧力と所定値以上の差がある方のセンサに異常があると判定できる。なお、ヒータ３４の作動時間と圧力との関係は、例えば、還元剤圧力センサ１１および排気圧力センサ１４が正常であるときのデータを予め取得しておきＥＣＵ１０に記憶しておいてもよい。

図１１は、還元剤圧力センサ１１および排気圧力センサ１４の異常判定を行うときのフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎にＥＣＵ１０により繰り返し実行される。

ステップＳ４０１では、内燃機関１が停止されたか否か判定される。例えば、内燃機関１の回転数が０となったときに、内燃機関１が停止されたと判定される。ステップＳ４０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ４０２では、排気の流れが遮断される。すなわち、排気弁及び排気絞り弁６を閉じる。本ステップにより、閉じた空間が形成される。

ステップＳ４０３では、還元剤供給装置３から還元剤が供給される。これにより、閉じた空間内の圧力が上昇される。

ステップＳ４０４では、還元剤圧力センサ１１および排気圧力センサ１４の夫々において圧力が検出される。なお、ＳＣＲ触媒４によるアンモニア吸着の影響を低減するために、ＳＣＲ触媒４が吸着したアンモニア量が飽和吸着アンモニア量となった後に、夫々のセンサにおいて圧力を検出してもよい。

ステップＳ４０５では、還元剤圧力センサ１１により得られる圧力と、排気圧力センサ１４により得られる圧力と、の差が所定範囲内であるか否か判定される。この所定範囲は、何れのセンサも正常である時の範囲として設定される。

そして、ステップＳ４０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０６へ進んで、還元剤圧力センサ１１および排気圧力センサ１４は正常であると判定される。一方、ステップＳ４０５で否定判定がなされた場合にはステップＳ４０７へ進んで、還元剤圧力センサ１１または排気圧力センサ１４は異常であると判定される。なお、還元剤圧力センサ１１または排気圧力センサ１４以外の装置は正常であることを、周知の技術により確認して
から還元剤圧力センサ１１または排気圧力センサ１４の異常判定を実施してもよい。また、周知の技術により排気圧力センサ１４が正常であると確認されていれば、還元剤圧力センサ１１により得られる圧力と、排気圧力センサ１４により得られる圧力と、の差が所定範囲外の場合に、還元剤圧力センサ１１は異常であると判定することができる。

このようにして、ＥＣＵ１０は、還元剤圧力センサ１１および排気圧力センサ１４が正常であるか否か判定することができる。

なお、本実施例では、排気圧力センサ１４が酸化触媒５よりも上流の排気通路２に設けられているが、これに代えて、酸化触媒５よりも下流で且つＳＣＲ触媒４よりも上流の排気通路２に設けてもよい。また、ＳＣＲ触媒４よりも下流で且つ排気絞り弁６よりも上流の排気通路２に設けてもよい。さらに、３個以上の圧力センサを設けて、夫々のセンサの検出値を比較してもよい。

さらに、本実施例では、内燃機関１の排気弁を閉じることにより閉じた空間を形成しているが、これに代えて、内燃機関１の吸気弁を閉じることにより閉じた空間を形成してもよい。この場合、吸気弁を電磁駆動弁とし、排気弁は開いた状態であってもよい。そして、例えば、内燃機関１の気筒内に設けられ気筒内の圧力を検出するセンサを備えている場合には、閉じた空間内にこの気筒内の圧力を検出するセンサが備わるため、該センサの異常を検出することができる。

さらに、内燃機関１の吸気通路に備わるスロットルを閉じることにより、閉じた空間を形成してもよい。この場合、吸気弁及び排気弁は開いた状態であってもよい。これにより、吸気通路に備わるスロットルから排気通路２に備わる排気絞り弁６までの間に備わる圧力センサの異常を判定することができる。

また、内燃機関１の排気通路２と吸気通路とを接続して排気を吸気通路へ供給するＥＧＲ装置を備えている場合には、ＥＧＲ弁を閉じることで閉じた空間を形成する。

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 還元剤供給装置
４ 選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
５ 酸化触媒
６ 排気絞り弁
１０ ＥＣＵ
１１ 還元剤圧力センサ
１２ 温度センサ
１３ ＮＯｘセンサ
１４ 排気圧力センサ
３１ タンク
３２ 供給通路
３３ 噴射弁
３４ ヒータ

Claims (4)

1. 還元剤を貯蔵するタンクと、
   前記タンクを加熱することで気体の還元剤を発生させる気化装置と、
   前記タンクと内燃機関の排気通路とを接続し、前記気化装置により発生させた気体の還元剤が流通する供給通路と、
   前記供給通路に設けられ、開いたときに還元剤を流通させ、閉じたときに還元剤の流通を遮断する噴射装置と、
   を含んで構成される還元剤供給装置を備え、
   還元剤の供給によりＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒を前記排気通路に設けると共に、前記供給通路を前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に接続し、前記供給通路から前記排気通路へ気体の還元剤を供給する内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムにおいて、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路に設けられ還元剤を検出する還元剤センサと、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が還元剤を吸着可能な温度の上限値である所定温度よりも高い温度となった後に該所定温度以下となった後で、前記噴射装置を開いて気体の還元剤を前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給してから、前記還元剤センサにより還元剤が検出されるまでの間に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給された還元剤量に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が最大限吸着可能な還元剤量を算出すると共に、該算出された還元剤量が閾値以上となる場合に、前記還元剤供給装置に異常があると判定する判定装置と、
   を備える内燃機関の排気浄化装置の異常判定システム。
2. 前記判定装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度よりも高い温度となっているときに前記内燃機関が停止された場合において、前記内燃機関の停止中に還元剤を供給して前記還元剤供給装置の異常判定を実施する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置の異常判定システム。
3. 前記還元剤供給装置に異常があるか否かを前記判定装置により判定した後、前記選択還元型ＮＯｘ触媒において還元剤が吸着されなくなるまで還元剤を供給したときの前記還元剤センサの検出値と、還元剤の供給量と、に基づいて前記還元剤センサの校正を行う校正装置を備える請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置の異常判定システム。
4. 前記排気通路の前記供給通路に接続される箇所を含み、この箇所よりも上流側及び下流側でガスの流通を遮断することで、閉じた空間を形成する空間形成装置と、
   前記噴射装置よりも前記タンク側において圧力を検出する第一圧力センサと、
   前記閉じた空間において圧力を検出する第二圧力センサと、
   を備え、
   前記判定装置は、前記空間形成装置により閉じた空間が形成されている場合であって、前記還元剤供給装置から還元剤を供給している場合において、前記第一圧力センサの検出値と前記第二圧力センサの検出値との差が所定範囲を超える場合には、前記第一圧力センサまたは前記第二圧力センサに異常があると判定する請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置の異常判定システム。

Images