JP2013181465A - 排気浄化装置の異常検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ流入する排気中に還元剤を添加する還元剤添加弁と、選択還元型触媒より上流の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、を備えた排気浄化装置において、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率に基づいてパティキュレートフィルタの異常を検出することを課題とする。
【解決手段】本発明は、内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ流入する排気中にアンモニアの前駆体である還元剤を添加する還元剤添加弁と、選択還元型触媒より上流の排気通路に配置されるパティキュレートフィルタと、を備えた排気浄化装置の異常検出システムにおいて、還元剤添加弁による還元剤の添加開始後に選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が減少傾向を示すことを条件として、パティキュレートフィルタの異常を検出するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置の異常を検出する技術に関する。

従来、選択還元型触媒（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）と、アンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤（尿素やカルバミン酸アンモニウムなどの水溶液）を排気中に添加する還元剤添加弁と、を内燃機関の排気通路に配置した排気浄化装置が知られている。

上記したような排気浄化装置において、選択還元型触媒より下流に配置されたＮＯ_Ｘセンサの測定値からＮＯ_Ｘ浄化率を演算し、算出されたＮＯ_Ｘ浄化率に基づいて選択還元型触媒の劣化状態を特定する技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２００９−１５０２９０号公報 特開２００２−１３６８４２号公報 特開２００６−１２５２４７号公報 特開２０１０−２４８９２５号公報

ところで、選択還元型触媒より上流の排気通路にパティキュレートフィルタが配置される場合は、パティキュレートフィルタの捕集能力の低下によって選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が変化する可能性がある。よって、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率に基づいて該選択還元型触媒の劣化や異常を正確に検出する場合は、パティキュレートフィルタの捕集能力が劣化しているか否かを判定する必要がある。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ流入する排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を添加する還元剤添加弁と、選択還元型触媒より上流の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、を備えた排気浄化装置において、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率に基づいてパティキュレートフィルタの異常を検出することができる技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒へ流入する排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を添加する還元剤添加弁と、前記選択還元型触媒より上流の排気通路に配置されるパティキュレートフィルタと、を備えた排気浄化装置の異常検出システムにおいて、還元剤添加弁から還元剤が添加されているときの選択還元型触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率の増減傾向に基づいて、パティキュレートフィルタの捕集能力の低下を検出するようにした。なお、ここでいう「捕集能力の低下」は、パティキュレートフィルタの一部に割れや欠損等が生じたことにより、該パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量が規制量を超える状態をいう。

詳細には、本発明に係わる排気浄化装置の異常検出システムは、
内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒へ流入する排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を添加する還元剤添加弁と、
前記選択還元型触媒より上流の排気通路に配置されるパティキュレートフィルタと、
前記選択還元型触媒へ流入する窒素酸化物の量に対して前記選択還元型触媒で浄化される窒素酸化物の量の割合であるＮＯ_Ｘ浄化率を演算する演算手段と、
前記還元剤添加弁による還元剤の添加開始後において、前記演算手段により演算されるＮＯ_Ｘ浄化率が経時的に減少する場合は、前記パティキュレートフィルタの捕集能力が低下していると判定する判定手段と、
を備えるようにした。

還元剤添加弁から添加される還元剤として、アンモニアの前駆体となる水溶液が用いられる場合は、該還元剤が排気中又は選択還元型触媒において熱分解又は加水分解される。還元剤が熱分解又は加水分解されると、アンモニア（ＮＨ_３）が生成される。このようにして生成されたアンモニア（ＮＨ_３）は、選択還元型触媒に吸着又は吸蔵される。選択還元型触媒に吸着又は吸蔵されたアンモニア（ＮＨ_３）は、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応して窒素（Ｎ_２）や水（Ｈ_２Ｏ）を生成する。つまり、アンモニア（ＮＨ_３）は、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の還元剤として機能する。その際、選択還元型触媒の広い範囲においてアンモニア（ＮＨ_３）が吸着されていると、選択還元型触媒における窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の浄化率を高めることができる。

ところで、排気中の粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）が選択還元型触媒に付着すると、還元剤の加水分解やアンモニア（ＮＨ_３）の選択還元型触媒への吸着が阻害されるため、選択還元型触媒に吸着されるアンモニア（ＮＨ_３）の量が減少する。その結果、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が減少する。特に、パティキュレートフィルタの異常により該パティキュレートフィルタの捕集能力が低下した場合は、パティキュレートフィルタをすり抜けたＰＭが選択還元型触媒に付着するため、ＮＯ_Ｘ浄化率が大幅に減少する可能性がある。そのような場合に、ＮＯ_Ｘ浄化率に基づく選択還元型触媒の劣化判定が実施されると、選択還元型触媒が劣化していないにもかかわらず、該選択還元型触媒が劣化していると誤判定される可能性がある。

ここで、本願発明者が鋭意の実験及び検証を行った結果、パティキュレートフィルタの捕集能力が正常である場合は還元剤の添加開始後における選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が増加傾向を示すのに対し、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下した場合は還元剤の添加開始後における選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が減少傾向を示すことが解った。

そこで、本発明に係わる排気浄化装置の異常検出システムは、還元剤添加弁による還元剤の添加開始後において、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が経時的に減少する場合は、パティキュレートフィルタが異常であると判定するようにした。

このような排気浄化装置の異常検出システムによれば、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率をパラメータとしてパティキュレートフィルタの捕集能力の低下を検出することができる。言い換えると、差圧センサやＰＭセンサを用いることなく、パティキュレートフィルタの捕集能力の低下を検出することができる。

本発明の排気浄化装置の異常検出システムにおいて、演算手段は、還元剤添加弁による還元剤の添加が開始されてから第１所定期間経過後のＮＯ_Ｘ浄化率である第１ＮＯ_Ｘ浄化率を演算するとともに、第１ＮＯ_Ｘ浄化率が演算されてから第２所定期間経過後のＮＯ_Ｘ浄化率である第２ＮＯ_Ｘ浄化率を演算し、
前記判定手段は、前記第２ＮＯ_Ｘ浄化率から前記第１ＮＯ_Ｘ浄化率を減算した値が閾値
より小さい場合に、前記パティキュレートフィルタの捕集能力が劣化していると判定してもよい。

ここでいう「第１所定期間」は、たとえば、パティキュレートフィルタ及び選択還元型触媒が正常である場合に、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化能が発揮され得る程度のアンモニア（ＮＨ_３）が選択還元型触媒に吸着されるまでに要する期間である。また、「第２所定期間」は、たとえば、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下している場合であって、且つ、該パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量が最少である場合に、選択還元型触媒に付着するＰＭ量が還元剤の加水分解を阻害し得る程度の量となるまでに要する期間である。さらに、「閾値」は、たとえば、パティキュレートフィルタ及び選択還元型触媒が正常である場合に、前記第２ＮＯ_Ｘ浄化率から前記第１ＮＯ_Ｘ浄化率を減算した値が取り得る最小値からマージンを差し引いた値である。

このように構成された排気浄化装置の異常検出システムによれば、パティキュレートフィルタの捕集能力の低下をより正確に検出することが可能になる。また、パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量（言い換えると、選択還元型触媒に付着するＰＭの量）に対するＮＯ_Ｘ浄化率の変化量をパラメータとすることにより、選択還元型触媒の劣化状態にかかわらず、パティキュレートフィルタの捕集能力の低下を検出することができる。

本発明の排気浄化装置の異常検出システムにおいて、前記判定手段によりパティキュレートフィルタの捕集能力が低下していると判定された場合に、ＮＯ_Ｘ浄化率をパラメータとする選択還元型触媒の劣化判定処理を禁止する禁止手段を更に備えるようにしてもよい。

このように構成された排気浄化装置の異常検出システムによれば、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下している場合に、選択還元型触媒が正常であるにもかかわらず、該選択還元型触媒が劣化していると誤判定されることを回避することができる。

なお、本発明の排気浄化装置の異常検出システムにおいて、判定手段は、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下していると判定した場合に、選択還元型触媒に付着しているＰＭの量が所定量未満であることを条件として、ＮＯ_Ｘ浄化率に基づく選択還元型触媒の劣化判定処理を実行してもよい。ここでいう「所定量」は、還元剤の加水分解を阻害し得る最小のＰＭ付着量である。

具体的には、判定手段は、パティキュレートフィルタの再生処理完了時から第３所定期間が経過する前に限り、ＮＯ_Ｘ浄化率に基づく選択還元型触媒の劣化判定処理を行うようにしてもよい。ここでいう「第３所定期間」は、たとえば、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下している場合であって、且つ、該パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量が最大である場合に、選択還元型触媒に付着するＰＭ量が所定量となるまでに要する期間からマージンを差し引いた期間である。

このような構成によれば、パティキュレートフィルタの捕集能力が劣化している場合であっても、選択還元型触媒の劣化を検出することが可能となる。

本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ流入する排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を添加する還元剤添加弁と、選択還元型触媒より上流の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、を備えた排気浄化装置において、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率に基づいてパティキュレートフィルタの異常を特定することができる。

本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。 還元剤の添加開始後におけるＮＯ_Ｘ浄化率の経時変化を示す図である。 パティキュレートフィルタの異常検出処理ルーチンを示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図１乃至図３に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り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、本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であるが、希薄燃焼運転（リーンバーン運転）可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。

図１において、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は、内燃機関１の気筒内から排出される既燃ガス（排気）を流通させるための通路である。排気通路２の途中には、第１触媒ケーシング３と第２触媒ケーシング４が上流側から直列に配置されている。

第１触媒ケーシング３は、筒状のケーシング内に酸化触媒とパティキュレートフィルタを内装している。その際、酸化触媒は、パティキュレートフィルタの上流に配置される触媒担体に担持されてもよく、あるいはパティキュレートフィルタに担持されてもよい。

第２触媒ケーシング４は、筒状のケーシング内に、選択還元型触媒が担持された触媒担体を収容したものである。触媒担体は、たとえば、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの基材に、アルミナ系又はゼオライト系の活性成分（担体）をコーティングしたものである。さらに、触媒担体には、酸化能を有する貴金属触媒（たとえば、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等）が担持されている。なお、第２触媒ケーシング４の内部において、選択還元型触媒より下流には酸化触媒を担持した触媒担体が配置されるようにしてもよい。その場合の酸化触媒は、後述する還元剤添加弁５から選択還元型触媒へ供給される還元剤のうち、選択還元型触媒をすり抜けた還元剤を酸化するための触媒である。

第１触媒ケーシング３と第２触媒ケーシング４との間の排気通路２には、アンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を排気中へ添加（噴射）するための還元剤添加弁５が取り付けられている。還元剤添加弁５は、ニードルの移動により開閉される噴孔を有する弁装置である。還元剤添加弁５は、ポンプ５０を介して還元剤タンク５１に接続されている。ポンプ５０は、還元剤タンク５１に貯留されている還元剤を吸引するとともに、吸引された還元剤を還元剤添加弁５へ圧送する。還元剤添加弁５は、ポンプ５０から圧送されてくる還元剤を排気通路２内へ噴射する。なお、還元剤添加弁５の開閉タイミングやポンプ５０の吐出圧力は、後述するＥＣＵ９によって電気的に制御されるようになっている。

ここで、還元剤タンク５１に貯留される還元剤は、アンモニアの前駆体となる還元剤である。このような還元剤としては、尿素やカルバミン酸アンモニウムなどの水溶液を用いることができる。本実施例では、還元剤として、尿素水溶液を用いるものとする。

還元剤添加弁５から尿素水溶液が噴射されると、該尿素水溶液が排気とともに第２触媒ケーシング４へ流入する。その際、尿素水溶液が排気の熱を受けて熱分解又は加水分解される。尿素水溶液が熱分解又は加水分解されると、アンモニア（ＮＨ_３）が生成される。
このようにして生成されたアンモニア（ＮＨ_３）は、選択還元型触媒に吸着又は吸蔵される。選択還元型触媒に吸着又は吸蔵されたアンモニア（ＮＨ_３）は、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応して窒素（Ｎ_２）や水（Ｈ_２Ｏ）を生成する。つまり、アンモニア（ＮＨ_３）は、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の還元剤として機能する。その際、選択還元型触媒の広い範囲においてアンモニア（ＮＨ_３）が吸着されていると、選択還元型触媒における窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の浄化率を高めることができる。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ９が併設されている。ＥＣＵ９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどを備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ９には、上流側ＮＯ_Ｘセンサ６、下流側ＮＯ_Ｘセンサ７、排気温度センサ８、クランクポジションセンサ１０、及びアクセルポジションセンサ１１などの各種センサが電気的に接続されている。

上流側ＮＯ_Ｘセンサ６は、第１触媒ケーシング３より下流、且つ第２触媒ケーシング４より上流の排気通路２に配置され、第２触媒ケーシング４へ流入する排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の量（以下、「ＮＯ_Ｘ流入量」と称する）に相関する電気信号を出力する。下流側ＮＯ_Ｘセンサ７は、第２触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第２触媒ケーシング４から流出するＮＯ_Ｘの量（以下、「ＮＯ_Ｘ流出量」と称する）に相関する電気信号を出力する。排気温度センサ８は、第２触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第２触媒ケーシング４から流出する排気の温度と相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１０は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１１は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。

ＥＣＵ９には、内燃機関１に取り付けられた各種の機器（燃料噴射弁など）や、還元剤添加弁５及びポンプ５０が電気的に接続されている。ＥＣＵ９は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１に取り付けられた機器、還元剤添加弁５、ポンプ５０などを電気的に制御する。たとえば、ＥＣＵ９は、内燃機関１の燃料噴射制御や、還元剤添加弁５から間欠的に還元剤を噴射させる添加制御などの既知の制御に加え、第１触媒ケーシング３に収容されたパティキュレートフィルタの異常検出処理を実行する。以下、パティキュレートフィルタの異常検出処理の実行方法について説明する。

異常検出処理では、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５が還元剤の添加を開始した後における選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率の変化傾向に基づいて、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下しているか否かを判別する。ここでいう「ＮＯ_Ｘ浄化率」は、第２触媒ケーシング４へ流入するＮＯ_Ｘ量（ＮＯ_Ｘ流入量）に対し、選択還元型触媒で浄化されるＮＯ_Ｘ量の割合である。

ＮＯ_Ｘ流入量は内燃機関１から排出されるＮＯ_Ｘ量に相当するため、内燃機関１の運転条件（機関回転数、アクセル開度、吸入空気量、燃料噴射量など）をパラメータとして演算することができる。なお、図１に示すように、第１触媒ケーシング３と第２触媒ケーシング４との間の排気通路２に上流側ＮＯ_Ｘセンサ６が取り付けられる場合は、該上流側ＮＯ_Ｘセンサ６の出力信号をＮＯ_Ｘ流入量として用いることができる。

ＥＣＵ９は、上流側ＮＯ_Ｘセンサ６の出力信号（ＮＯ_Ｘ流入量）と下流側ＮＯ_Ｘセンサ７の出力信号（ＮＯ_Ｘ流出量）と下記の式とを用いてＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘを演算する。なお、下記の式におけるＡＮＯ_ＸｉｎはＮＯ_Ｘ流入量であり、ＡＮＯ_ＸｏｕｔはＮＯ_Ｘ流出量である。

Ｅｎｏｘ＝（ＡＮＯ_Ｘｉｎ−ＡＮＯ_Ｘｏｕｔ）／ＡＮＯ_Ｘｉｎ

ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘは、還元剤の添加開始後においてリアルタイムに連続して演算されてもよいが、還元剤の添加開始から第１所定期間が経過した時点と、該第１所定期間が経過した時点から第２所定期間が経過した時点との２回のみ演算されてもよい。ここでいう「第１所定期間」は、パティキュレートフィルタ及び選択還元型触媒が正常である場合に、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化能が発揮され得る程度のアンモニア（ＮＨ_３）が選択還元型触媒に吸着されるまでに要する期間である。また、「第２所定期間」は、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下している場合であって、且つ、該パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量が最少である場合に、選択還元型触媒に付着するＰＭ量が還元剤の加水分解やアンモニア（ＮＨ_３）の吸着を阻害し得る程度の量となるまでに要する期間である。

なお、以下では、第１所定期間経過時におけるＮＯ_Ｘ浄化率を第１ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ１と称し、第２所定期間経過時におけるＮＯ_Ｘ浄化率を第２ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ２と称するものとする。

ＥＣＵ９は、第２ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ２から第１ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ１を減算することにより、第１ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ１と第２ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ２の差ΔＥｎｏｘ（＝Ｅｎｏｘ２−Ｅｎｏｘ１）を算出する。ＥＣＵ９は、前記差ΔＥｎｏｘが閾値より小さい場合は、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下していると判定する。なお、こここでいう「閾値」は、パティキュレートフィルタが正常である場合に前記差ΔＥｎｏｘが取り得る最小の値から、上流側ＮＯ_Ｘセンサ６や下流側ＮＯ_Ｘセンサ７の検出誤差を考慮したマージンを差し引いた値であり、たとえば零以下の値である。

ここで、還元剤の添加開始後におけるＮＯ_Ｘ浄化率の経時変化を図２に示す。図２中の実線はパティキュレートフィルタの捕集能力が低下していないときのＮＯ_Ｘ浄化率を示し、図２中の破線はパティキュレートフィルタの捕集能力が低下しているときのＮＯ_Ｘ浄化率を示す。

図２において、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下していないときは、ＮＯ_Ｘ浄化率が経時的に増加する。一方、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下しているときは、還元剤の添加開始直後にＮＯ_Ｘ浄化率が増加傾向を示すものの、その後はＮＯ_Ｘ浄化率が経時的に減少する。これは、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下しているときは、パティキュレートフィルタをすり抜けたＰＭが選択還元型触媒に付着し、還元剤の加水分解やアンモニア（ＮＨ_３）の吸着を阻害することに因ると考えられる。

そこで、ＥＣＵ９は、第１ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘと第２ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘとの差ΔＥｎｏｘが閾値より小さいとき（還元剤の添加開始後においてＮＯ_Ｘ浄化率が経時的に減少するとき）は、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下していると判定するようにした。

このような方法によりパティキュレートフィルタの異常検出処理が実行されると、パティキュレートフィルタの前後差圧を検出するための差圧センサやパティキュレートフィルタから排出されるＰＭ量を検出するためのＰＭセンサなどを用いることなく、パティキュレートフィルタの捕集能力の低下を検出することができる。また、パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭ量に対するＮＯ_Ｘ浄化率の変化量をパラメータとすることにより、選択還元型触媒の劣化状態にかかわらず、パティキュレートフィルタの捕集能力の低下を検出することができる。

以下、本実施例におけるパティキュレートフィルタの異常検出処理の実行手順について
図３に沿って説明する。図３は、本実施例における異常検出処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ９のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ９によって周期的に実行される。

異常検出処理ルーチンでは、ＥＣＵ９は、先ずＳ１０１において還元剤添加弁５から還元剤の添加が開始されたか否かを判別する。Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、本ルーチンの実行を一旦終了する。Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０２の処理を実行する。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ９は、還元剤の添加開始から第１所定期間が経過したか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５から添加される還元剤の量をパラメータとして、選択還元型触媒に吸着されるアンモニア（ＮＨ_３）の量（ＮＨ_３吸着量）を演算する。ここでいう「ＮＨ_３吸着量」は、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下していないと仮定した場合に、選択還元型触媒に吸着されるアンモニア（ＮＨ_３）の量である。ＥＣＵ９は、ＮＨ_３吸着量が第１基準値（選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化能が発揮され得る最小のＮＨ_３吸着量）以上であれば、前記第１所定期間が経過したと判定する。

Ｓ１０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０２の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ１０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０３の処理を実行する。Ｓ１０３では、ＥＣＵ９は、上流側ＮＯ_Ｘセンサ６及び下流側ＮＯ_Ｘセンサ７の出力信号から第１ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ１を演算する。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ９は、前記第１所定期間が経過した時点から第２所定期間が経過したか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ９は、先ず、機関回転数や燃料噴射量をパラメータとして、単位時間あたりにパティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量、言い換えれば、単位時間あたりに選択還元型触媒に付着するＰＭの量（ＰＭ付着量）を演算する。ここでいう「ＰＭ付着量」は、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下している場合であって、該パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量が最小であると仮定した場合に、単位時間あたりに選択還元型触媒に付着するＰＭの量である。ＥＣＵ９は、還元剤の添加開始から現時点までのＰＭ付着量を積算し、その積算値が第２基準値（選択還元型触媒における還元剤の加水分解、又はアンモニア（ＮＨ_３）の吸着を阻害し得るＰＭの付着量）以上であれば、前記第２所定期間が経過したと判定する。

前記Ｓ１０４において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０４の処理を繰り返し実行する。一方、前記Ｓ１０４において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０５の処理を実行する。Ｓ１０５では、ＥＣＵ９は、上流側ＮＯ_Ｘセンサ６及び下流側ＮＯ_Ｘセンサ７の出力信号から第２ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ２を演算する。

Ｓ１０６では、ＥＣＵ９は、前記第２ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ２から前記第１ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ１を減算することにより、差ΔＥｎｏｘを算出する。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ９は、前記差ΔＥｎｏｘが閾値より小さいか否かを判別する。Ｓ１０７において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０８へ進み、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下していると判定（異常判定）する。その際、ＥＣＵ９は、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下している旨を示す情報をバックアップＲＡＭに記憶させるとともに、運転者に対して異常の発生を報知（たとえば、警告灯の点灯、警告音の出力、あるいは警告メッセージの表示など）する。

一方、前記Ｓ１０７において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０９へ進み、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下していないと判定（正常判定）する。

なお、ＥＣＵ９がＳ１０３及びＳ１０５を実行することにより、本発明に係わる演算手段が実現される。また、ＥＣＵ９がＳ１０７乃至Ｓ１０９の処理を実行することにより、本発明に係わる判定手段が実現される。

以上述べた実施例によれば、差圧センサやＰＭセンサに依存することなく、パティキュレートフィルタの捕集能力の低下を正確に検出することが可能になる。また、パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量に対するＮＯ_Ｘ浄化率の変化量をパラメータとすることにより、選択還元型触媒の劣化状態にかかわらず、パティキュレートフィルタの捕集能力の低下を検出することができる。

＜変形例＞
前述の実施例で述べた排気浄化装置の異常検出システムは、ＮＯ_Ｘ浄化率をパラメータとして選択還元型触媒の劣化判定処理を実行するシステムに活用することができる。たとえば、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を正常値と比較することにより、選択還元型触媒の劣化判定を行うシステムにおいて、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下している場合は、選択還元型触媒の劣化判定処理の実行を禁止するようにしてもよい。

パティキュレートフィルタの捕集能力が低下している場合は、選択還元型触媒が劣化していなくても、ＮＯ_Ｘ浄化率が正常値より低くなる。そのため、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下している場合に、ＮＯ_Ｘ浄化率をパラメータとする選択還元型触媒の劣化判定処理が実行されると、選択還元型触媒が劣化していないにもかかわらず、該選択還元型触媒が劣化していると誤判定される可能性がある。

これに対し、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下していると判定された場合に、選択還元型触媒の劣化判定処理の実行が禁止されると、上記したような誤判定を回避することができる。

なお、ＥＣＵ９は、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下していると判定した場合に、選択還元型触媒に付着しているＰＭの量が第２基準値（選択還元型触媒における還元剤の加水分解、又はアンモニア（ＮＨ_３）の吸着を阻害し得るＰＭの付着量）未満であることを条件として、ＮＯ_Ｘ浄化率に基づく選択還元型触媒の劣化判定処理を実行するようにしてもよい。
具体的には、ＥＣＵ９は、パティキュレートフィルタの再生処理完了時から第３所定期間が経過する前に限り、ＮＯ_Ｘ浄化率に基づく選択還元型触媒の劣化判定処理を行うようにしてもよい。ここでいう「第３所定期間」は、たとえば、パティキュレートフィルタの捕集能力が低下している場合であって、且つ、該パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量が最大であると仮定した場合に、選択還元型触媒に付着するＰＭ量が第２基準値となるまでに要する期間からマージンを差し引いた期間である。

このような構成によれば、パティキュレートフィルタの捕集能力が劣化している場合であっても、選択還元型触媒の劣化を判定することが可能になる。

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 第１触媒ケーシング
４ 第２触媒ケーシング
５ 還元剤添加弁
６ 上流側ＮＯ_Ｘセンサ
７ 下流側ＮＯ_Ｘセンサ
８ 排気温度センサ
９ ＥＣＵ
５０ ポンプ
５１ 還元剤タンク

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、
   前記選択還元型触媒へ流入する排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を添加する還元剤添加弁と、
   前記選択還元型触媒より上流の排気通路に配置されるパティキュレートフィルタと、
   前記選択還元型触媒へ流入する窒素酸化物の量に対して前記選択還元型触媒で浄化される窒素酸化物の量の割合であるＮＯ_Ｘ浄化率を演算する演算手段と、
   前記還元剤添加弁による還元剤の添加開始後において、前記演算手段により演算されるＮＯ_Ｘ浄化率が経時的に減少する場合は、前記パティキュレートフィルタの捕集能力が低下していると判定する判定手段と、
   を備える排気浄化装置の異常検出システム。
2. 請求項１において、前記演算手段は、前記還元剤添加弁による還元剤の添加が開始されてから第１所定期間経過後のＮＯ_Ｘ浄化率である第１ＮＯ_Ｘ浄化率を演算するとともに、第１ＮＯ_Ｘ浄化率が演算されてから第２所定期間経過後のＮＯ_Ｘ浄化率である第２ＮＯ_Ｘ浄化率を演算し、
   前記判定手段は、前記第２ＮＯ_Ｘ浄化率から前記第１ＮＯ_Ｘ浄化率を減算した値が閾値より小さい場合に、前記パティキュレートフィルタの捕集能力が劣化していると判定する排気浄化装置の異常検出システム。
3. 請求項１又は２において、前記判定手段により前記パティキュレートフィルタの捕集能力が低下していると判定された場合に、ＮＯ_Ｘ浄化率をパラメータとする選択還元型触媒の劣化判定処理を禁止する禁止手段を更に備える排気浄化装置の異常検出システム。
4. 請求項１又は２において、前記判定手段は、前記パティキュレートフィルタの捕集能力が低下していると判定した場合に、前記選択還元型触媒に付着している粒子状物質の量が所定量未満であることを条件として、ＮＯ_Ｘ浄化率に基づく選択還元型触媒の劣化判定処理を実行する排気浄化装置の異常検出システム。

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