JP2014181669A - 排気浄化装置の故障判定システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ触媒の上流側に設けられたＮＯｘセンサの故障判定を行う故障判定システムにおいて、故障判定時の排気中のＮＯｘ浄化を好適に行い、外部に放出される排気中のＮＯｘ濃度の抑制を図る。
【解決手段】排気通路にＮＯｘ触媒を有する内燃機関の排気浄化装置において、故障判定を行う際のＮＯｘ触媒に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度を、該故障判定が行われない場合の該排気中のＮＯｘ濃度より増大させた状態で、推定ＮＯｘ濃度とＮＯｘセンサによって検出されるＮＯｘ濃度とに基づいて、該ＮＯｘセンサの故障判定を行う。そして、その故障判定が行われているときに還元剤供給部により供給されるアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を、ＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ濃度、又は故障判定時にＮＯｘ濃度推定部により推定される推定ＮＯｘ濃度の所定割合として設定された故障判定時想定ＮＯｘ濃度のうち、大きい方のＮＯｘ濃度に基づいて決定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置における故障判定システムに関する。

内燃機関から排出される排気に含まれるＮＯｘを、アンモニアを還元剤として使用して浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）を有する排気浄化装置が知られている。当該排気浄化装置には、ＮＯｘ触媒でのアンモニア吸着量がＮＯｘ浄化のために適切な状態となるように、ＮＯｘ触媒の上流側において、排気中に、アンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する供給弁等が設置される。このようにＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置においては、該ＮＯｘ触媒の上流側と下流側にそれぞれ設けられたＮＯｘセンサからの検出値が、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化制御のために利用される。例えば、上流側のＮＯｘセンサの検出値に基づいて排気中に含まれるＮＯｘを適切に還元浄化するためのアンモニア等の供給量が調整されたり、上流側および下流側のＮＯｘセンサの検出値を利用して、ＮＯｘ触媒による実際のＮＯｘ浄化率が算出されたりする。

ここで、ＮＯｘ触媒の上流側、下流側に設けられたＮＯｘセンサは、使用とともに高温の排気に晒され続けることで、そのＮＯｘ検出機能が低下していく場合があり、好適なＮＯｘ浄化のためにはそのようなＮＯｘセンサの機能低下は的確に検出されるのが好ましい。そこで、特許文献１に示すように、ＮＯｘ触媒の温度が所定の温度以上であって、そこに流れ込む排気量が一定となる条件のときに、ＮＯｘ濃度を増減させて、ＮＯｘセンサの機能低下を検出する技術が開示されている。

特開２００９−１８０１５０号公報 特開２０１２−１０７５３６号公報 特開２００８−２４４０号公報 特開２０１１−２４１７３７号公報

本願においては、排気通路に上記ＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒の上流側に設けられたＮＯｘセンサに着目した。上流側のＮＯｘセンサは、ＮＯｘ触媒に流れ込む排気に晒され続けるため、排気熱の影響等を受けてその検出性能が低下する場合がある。ＮＯｘセンサの性能低下の検出、すなわち該ＮＯｘセンサの故障判定に関しては、ＮＯｘセンサの検出精度が比較的高い状態で行われるのが、故障判定精度を高める上で好ましい。従来においては、ＮＯｘ触媒に流れ込む排気、すなわちＮＯｘセンサが晒される排気中のＮＯｘ濃度を増大させることでＮＯｘセンサの検出精度を高くした状態を作り出し、その上で故障判定が行われる。

しかし、この故障判定が行われている期間において、故障判定精度を上げるために排気中のＮＯｘ濃度が増大されているものの、その際のＮＯｘ還元浄化に関する制御については、従来技術では何ら言及されていない。ＮＯｘ還元浄化が適切に行われなければ、故障判定時において、外部に放出される排気中のＮＯｘ濃度が上昇することになり、排気浄化装置として好ましいとは言えない。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘ触媒の上流側に設けられたＮＯｘセンサの故障判定を行う故障判定システムにおいて、故障判定時の排気中のＮＯｘ浄化を好適に行い、外部に放出される排気中のＮＯｘ濃度の抑制を図ることを目的とする。

本発明において、上記課題を解決するために、ＮＯｘセンサの故障判定時においては、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元浄化に供されるアンモニア等の供給量を、ＮＯｘセンサの検出値か、故障判定の際に使用される排気中の推定ＮＯｘ濃度に関連して想定されるＮＯｘ濃度のうち大きな方のＮＯｘ濃度に基づいて決定する構成を採用することとした。このような構成を採用することで、ＮＯｘセンサの故障判定時におけるＮＯｘ触媒によるＮＯｘ還元浄化を効果的に実行することが可能となる。

具体的には、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側で、該選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側に設けられ、該選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、を有する内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘセンサの故障判定を行う故障判定システムである。そして、当該故障判定システムは、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気に含まれるＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定部と、前記ＮＯｘ濃度推定部による推定ＮＯｘ濃度と前記ＮＯｘセンサによって検出されるＮＯｘ濃度とに基づいて、該ＮＯｘセンサの故障判定を行う故障判定部であって、該故障判定を行う際の前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度を、該故障判定が行われない場合の該排気中のＮＯｘ濃度より増大させた状態で該故障判定を行う故障判定部と、前記故障判定部によって前記ＮＯｘセンサの故障判定が行われているときに前記還元剤供給部により供給されるアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を、前記ＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ濃度、又は前記故障判定時に前記ＮＯｘ濃度推定部により推定される前記推定ＮＯｘ濃度の所定割合として設定された故障判定時想定ＮＯｘ濃度のうち、大きい方のＮＯｘ濃度に基づいて決定する故障判定時供給量決定部と、を備える。

上記排気浄化装置においてはＮＯｘ触媒が含まれ、当該ＮＯｘ触媒は、排気中のアンモニアを吸着し、それを還元剤としてＮＯｘを選択的に還元する。なお、このＮＯｘ触媒で消費されるアンモニアは、還元剤供給部によって排気に供給されるアンモニア又はアンモニアの前駆体（例えば、尿素等）である。供給されるこれらのアンモニア等は、水溶液の状態で排気に供給されてもよく、また、気体の状態で排気に供給されてもよい。更に、排気浄化装置においては、ＮＯｘ触媒の上流側にＮＯｘセンサが設けられ、ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度が検出される。そこで検出されたＮＯｘ濃度は、還元剤供給部によって供給されるアンモニア等の量の決定や、ＮＯｘ触媒によってＮＯｘが還元浄化された割合（ＮＯｘ浄化率）の算出等、排気中のＮＯｘ浄化に関連する諸処理やそれ以外の目的の処理に利用することができる。

このようにアンモニアを還元剤として利用することで排気中のＮＯｘを還元浄化する排気浄化装置の故障判定システムでは、故障判定部によって、ＮＯｘ触媒の上流側に設けられたＮＯｘセンサの故障判定が行われる。すなわち、ＮＯｘ濃度推定部による推定ＮＯｘ濃度とＮＯｘセンサの検出値に基づいて、当該ＮＯｘセンサの故障判定が行われる。ＮＯｘ濃度推定部は、ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度を、ＮＯｘセンサからは独立した状態で推定するものであり、具体的には、内燃機関の運転状態（内燃機関での吸入空気量や燃料噴射量等）に基づいて、その燃料の燃焼の結果排気中に含まれるＮＯｘ濃度が推定される。したがって、ＮＯｘセンサの検出値と、ＮＯｘ濃度推定部による推定ＮＯｘ
濃度との相関、例えば、ＮＯｘセンサの検出値と推定ＮＯｘ濃度との乖離の程度等に基づいて、ＮＯｘセンサの故障判定を行うことができる。また、当該ＮＯｘセンサの故障判定は、ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度を、当該判定が行われていない場合と比べて増大させた状態で行われる。排気中のＮＯｘ濃度が比較的高い状態ではＮＯｘセンサの検出精度が高くなるため、結果として、ＮＯｘセンサの故障判定の精度を高めることができる。

本発明に係る排気浄化装置の故障判定システムにおいては、このように故障判定部によりＮＯｘセンサの故障判定が行われる際にはＮＯｘ触媒に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度が比較的高められることを踏まえて、その際のＮＯｘの還元浄化に還元剤供給部により供されるアンモニア等の量は、ＮＯｘセンサの検出値と、故障判定時想定ＮＯｘ濃度のうち大きい方のＮＯｘ濃度に基づいて故障判定時供給量決定部によって決定される。この故障判定時想定ＮＯｘ濃度は、ＮＯｘセンサの故障判定を行う際にＮＯｘ触媒に流れ込む排気中の想定され得るＮＯｘ濃度であり、ＮＯｘセンサとは独立して排気中のＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定部による推定ＮＯｘ濃度の所定割合の値である。なお、当該所定割合は、上述したように故障判定時にＮＯｘ濃度が増大されることを考慮し、故障判定時の内燃機関の運転状態等を踏まえて適宜設定することができる。

このように、ＮＯｘセンサの故障判定時においては、ＮＯｘセンサの検出値と、ＮＯｘセンサとは独立してＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定部による推定ＮＯｘ濃度に関連して設定される故障判定時想定ＮＯｘ濃度のうち大きい方のＮＯｘ濃度に基づいて、アンモニア等の供給量が決定される。この結果、いわばＮＯｘセンサが故障状態にあるか否かが確定しない期間、すなわち故障判定部による故障判定が行われている期間においては、互いに独立した経路を経て取得されるＮＯｘ濃度のうち大きな方に基づいてアンモニア等の供給量が決定されることになり、以て、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化還元をより効果的に行うことができ、外部に放出される排気中のＮＯｘ濃度の抑制を図ることができる。

ここで、上記の排気浄化装置の故障判定システムにおいて、前記故障判定部は、前記ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ濃度が、前記ＮＯｘ濃度推定部による推定ＮＯｘ濃度より低い故障判定閾値を下回ったときに、前記ＮＯｘセンサが故障状態にあると判定するものであって、そして、前記故障判定時想定ＮＯｘ濃度は、前記故障判定閾値に対応するＮＯｘ濃度と前記推定ＮＯｘ濃度との間に設定されてもよい。すなわち、ＮＯｘセンサの検出値が故障判定閾値を下回ることで、当該検出値とＮＯｘ濃度推定部による推定ＮＯｘ濃度との乖離の程度が大きくなったことをもって、故障判定部はＮＯｘセンサが故障状態にあることを判定するものである。このとき、故障判定時想定ＮＯｘ濃度が、故障判定閾値に対応するＮＯｘ濃度と推定ＮＯｘ濃度との間に設定されることで、ＮＯｘセンサの検出値とは独立したＮＯｘ濃度として、且つＮＯｘセンサが仮に故障状態にあったときに可及的に適切な量のアンモニア等が供給できるようにするためのＮＯｘ濃度としての意味を、当該故障判定時想定ＮＯｘ濃度が有することとなる。

また、上述までの排気浄化装置の故障判定システムにおいて、前記故障判定部による前記ＮＯｘセンサの故障判定は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が活性状態にあって、且つ該選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気量が所定量以下の状態にある場合に行われてもよい。ＮＯｘ触媒がこのように活性状態且つ低排気流量状態に置かれるときは、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの還元浄化が比較的効率的に行われ得る。したがって、ＮＯｘセンサの故障判定のための故障判定部によるＮＯｘ増大に起因したエミッションの悪化を可及的に抑制することが可能となる。

本発明によれば、ＮＯｘ触媒の上流側に設けられたＮＯｘセンサの故障判定を行う故障
判定システムにおいて、故障判定時の排気中のＮＯｘ浄化を好適に行い、外部に放出される排気中のＮＯｘ濃度を抑制する。

本発明に係る排気浄化装置の故障判定システムの概略構成を示す図である。 本発明に係る排気浄化装置の故障判定システムにおいて実行される、ＮＯｘセンサ故障判定制御に関するフローチャートである。 図２に示すＮＯｘセンサ故障判定制御に関し、尿素水の供給量を決定するためのＮＯｘ濃度に関する諸パラメータの関係を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。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。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の故障判定システムの実施例について、本願明細書に添付された図に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の排気系および一部の吸気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。

内燃機関１には吸気通路１５および排気通路２が接続されている。吸気通路１５には、エアフローメータ１６及びスロットル弁１７が設けられている。エアフローメータ１６は内燃機関１の吸入空気量を検知する。スロットル弁１７は内燃機関１の吸入空気量を調整する。

また、排気通路２には、排気中のＮＯｘをアンモニアを還元剤として選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という）４が設けられている。そして、ＮＯｘ触媒４において還元剤として作用するアンモニアを生成するために、尿素タンク８に貯留されている、アンモニアの前駆体である尿素水が、ＮＯｘ触媒４の上流側に位置する供給弁７によって排気中に供給される。供給弁７から供給された尿素水が排気の熱で加水分解されて、アンモニアが生成され、当該アンモニアがＮＯｘ触媒４に吸着することで、アンモニアと排気中のＮＯｘとの還元反応が生じ、ＮＯｘの浄化が行われる。本実施例では、上記の通り供給弁７から尿素水が供給されるが、それに代えて、アンモニア又はアンモニア水を直接排気に供給してもよい。

ＮＯｘ触媒４の下流側に、ＮＯｘ触媒４からスリップしてくるアンモニアを酸化するための酸化触媒（以下、「ＡＳＣ触媒」）５が設けられている。また、ＡＳＣ触媒５は、酸化触媒と、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型触媒とを組み合わせることで構成された触媒であってもよい。この場合、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）やゼオライト等を材料とする担体に白金（Ｐｔ）等の貴金属を担持させることで酸化触媒を形成し、ゼオライトを材料とする担体に銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）等の卑金属を担持させることで選択還元型触媒を形成してもよい。ＡＳＣ触媒５をこのような構成の触媒とすることで、排気中のＨＣ、ＣＯ、及びアンモニアを酸化させることができ、さらに、アンモニアの一部を酸化させることでＮＯｘを生成すると共に該生成されたＮＯｘを、余剰のアンモニアで還元することもできる。

更に、ＮＯｘ触媒４および供給弁７の上流側に、酸化機能を有する酸化触媒３が設けられている。そして、酸化触媒３に流れ込む排気を介して酸化触媒３に内燃機関１の燃料を
供給可能な燃料供給弁６が、当該酸化触媒３の上流側に配置されている。燃料供給弁６から排気に供給された燃料は、酸化触媒３により酸化され、下流に位置するＮＯｘ触媒４に流れ込む排気の温度を昇温させ得る。

さらに、酸化触媒３の下流側には、酸化触媒３から流れ出る排気の温度を検出する温度センサ９が設けられ、ＮＯｘ触媒４の上流側には、ＮＯｘ触媒４に流れ込む排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ１０が設けられ、ＮＯｘ触媒４の下流側には、ＮＯｘ触媒４から流れ出る排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ１１と、その排気温度を検出する温度センサ１２が設けられている。そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されており、該ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態や排気浄化装置等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、上述した温度センサ９、１２、ＮＯｘセンサ１０、１１の他、エアフローメータ１６、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続され、各センサの検出値がＥＣＵ２０に渡される。したがって、ＥＣＵ２０は、エアフローメータの検出値に基づく吸入空気量や、クランクポジションセンサ２１の検出に基づく機関回転数や、アクセル開度センサ２２の検出に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。

なお、本実施例では、ＮＯｘ触媒４に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度はＮＯｘセンサ１０によって検出可能である。また、後述するように、所定の目的のために、内燃機関１から排出される排気（ＮＯｘ触媒４に浄化される前の排気であり、すなわちＮＯｘ触媒４に流れ込む排気）に含まれるＮＯｘ濃度は、内燃機関の運転状態と関連性を有することから、上記内燃機関１の運転状態、例えば、エアフローメータ１６によって検出される吸入空気量や内燃機関１での燃料噴射量等に基づいて推定もされる。また、ＥＣＵ２０は、温度センサ９もしくは酸化触媒３の上流側に設けられた温度センサ（図示せず）によって検出される排気温度に基づいて、酸化触媒３の温度を推定することが可能である。更に、温度センサ１２もしくはＮＯｘ触媒４の上流側に設けられた温度センサ（図示せず）によって検出される排気温度に基づいて、ＮＯｘ触媒４およびＡＳＣ触媒５の温度を推定することが可能である。

そして、内燃機関１が通常の運転状態にある場合、すなわち、後述するＮＯｘセンサ１０の故障判定のための制御実行時以外の場合には、このようにＮＯｘセンサ１０によって検出される排気中のＮＯｘ濃度に応じて、ＥＣＵ２０は供給弁７に指示を出し、ＮＯｘの還元浄化に必要な量の尿素水が排気中に供給される。詳細には、以下の式１で決定されるＮＯｘ触媒４によるＮＯｘ浄化率が、所定の範囲（例えば、エミッションにおけるＮＯｘ濃度が既定の規制値以下となる浄化率の範囲）に収まるように、供給弁７からの尿素水供給が制御される。
ＮＯｘ浄化率 ＝ １−（ＮＯｘセンサ１１の検出値）／（ＮＯｘセンサ１０の検出値） ・・・（式１）
なお、ＮＯｘ触媒４が活性された状態にない場合には、供給された尿素水を用いてのＮＯｘ浄化を効果的に行えないことから、供給弁７からの尿素水供給は、推定されるＮＯｘ触媒４の温度が、該触媒が活性状態にある所定温度以上となっている場合に行われる。

また、排気通路２における燃料供給弁６よりも上流側には、ＥＧＲ通路１３の一端が接続されている。ＥＧＲ通路１３の他端は、吸気通路１５におけるスロットル弁１７よりも下流側に接続されている。また、ＥＧＲ通路１３にはＥＧＲ弁１４が設けられている。このような構成により、内燃機関１から排出された排気の一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１３を通して吸気通路１５に導入される。これにより、ＥＧＲガスが内燃機関１に供給され、内燃機関１での燃焼温度等の制御を介して排気中のＮＯｘ量の抑制等が図られる。なお、ＥＧＲ通路１３を通して吸気通路１５に導入されるＥＧＲガス量は、ＥＣＵ２０に電気的に接続されたＥＧＲ弁１４によって調整される。

このように構成される内燃機関１の排気浄化装置において、ＮＯｘセンサ１０はＮＯｘ触媒４によるＮＯｘの還元浄化に必要な排気中のＮＯｘ濃度を検出するためのデバイスであるが、ＮＯｘ触媒４に流れ込む排気に晒されるため、その検出性能が低下し故障状態に至る場合がある。上記の通り、ＮＯｘセンサ１０はＮＯｘの還元浄化に用いられるデバイスであることから、ＮＯｘセンサ１０の故障状態は適切に検出されるのが好ましい。そこで、本実施例では、ＥＣＵ２０が、図２に示すＮＯｘセンサ１０の故障判定制御を実行することで、ＮＯｘセンサ１０の故障状態を適切に判定するとともに、当該故障判定時に生じ得るエミッションの悪化を抑制することが図られる。当該制御は、ＥＣＵ２０に格納された制御プログラムが実行することで、行われる。

先ず、Ｓ１０１では、ＮＯｘセンサ１０の故障判定を実行するための条件（以下、「故障判定条件」という）が成立しているか否かが判定される。本実施例においては、後述するようにＮＯｘセンサ１０の故障判定に際して、排気中のＮＯｘ濃度を、故障判定が行われていない場合と比べて増大する処理が行われる。そこで、このようにＮＯｘ濃度の増大に起因してエミッションが悪化、すなわち排気浄化装置の外部に放出される排気中のＮＯｘ濃度が増えることを回避するために、故障判定時におけるＮＯｘ触媒４によるＮＯｘ浄化能力が可及的に高く維持されるよう、当該ＮＯｘ触媒４の状態に関連する故障判定条件を設定する。

具体的には、ＮＯｘ触媒４が活性状態にあり、且つＮＯｘ触媒４に流れ込む排気流量が低排気流量状態にあるときに、ＮＯｘ触媒４によるＮＯｘ浄化率を比較的高く維持することができるとして、上記故障判定条件が成立していると判断することができる。なお、ＮＯｘ触媒４の活性状態については、ＮＯｘ触媒４の温度が、例えば２００℃以上になっていることをもって活性状態に至っていることを判断できる。また、上記低排気流量状態については、吸入空気量と排気流量との関連性から、エアフローメータ１６による検出流量が所定量、例えば１０ｇ／ｓ以下である場合に、低排気流量状態に至っていることを判断できる。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、内燃機関１においてＥＧＲ通路１３を介して行われているＥＧＲガスの供給が中止される。内燃機関１においては、通常の運転状態、すなわち、本制御が行われていない場合での運転状態では、燃焼後の排気中のＮＯｘ濃度を抑制するためにＥＧＲガスが供給されている。具体的には、内燃機関１での燃料噴射量や機関回転数に基づいて、ＮＯｘ抑制に好適な量のＥＧＲガスが、ＥＧＲ弁１４の開度が調整されることで再循環されている。しかし、本実施例に係るＮＯｘセンサ１０の故障判定においては、以下の２つの理由で、Ｓ１０２におけるＥＧＲ供給の中止が行われる。
第一に、故障判定の際に用いられるＮＯｘ触媒４に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度の推定値について、ＥＧＲガスの供給が行われていると、当該供給が行われていない場合と比べてＮＯｘ濃度の推定精度が低下する。ＮＯｘ濃度の推定は、エアフローメータ１６により検出される吸入空気量や内燃機関１での燃料噴射量、温度センサ９により検出される排気温度等に基づいて推定されるが、ＥＧＲガスの供給量が多いほど、ＥＧＲガスの脈動や排気熱により、各センサの検出精度が悪くなり、結果としてＮＯｘ濃度の推定精度が悪化する可能性がある。このような観点から、ＮＯｘセンサ１０の故障判定を的確に行えるように、Ｓ１０２ではＥＧＲガスの供給が中止される。
第二に、ＮＯｘセンサ１０の検出特性として、排気中のＮＯｘ濃度が比較的低い場合には検出精度が低下する傾向がある。そこで、ＮＯｘセンサ１０の故障判定を的確に行うために、Ｓ１０２でＥＧＲガスの供給を中止することで、内燃機関１から排出される排気中のＮＯｘ濃度を上昇させる。
Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む

Ｓ１０３では、ＮＯｘセンサ１０の故障判定が行われる。Ｓ１０１およびＳ１０２の処理を経ることにより、当該故障判定は、ＮＯｘ触媒４がエミッション悪化を回避し得る状態で、比較的高精度にて行い得るものである。ここで、ＮＯｘセンサ１０の具体的な故障判定処理について、図３に基づいて説明する。当該故障判定は、ＥＣＵ２０によって推定される、ＮＯｘ触媒４に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度（以下、「推定ＮＯｘ濃度」という）Ｄ３と、ＮＯｘセンサ１０により検出されるＮＯｘ濃度（以下、「検出ＮＯｘ濃度」という）Ｄ１とを比較することで行われる。推定ＮＯｘ濃度Ｄ３は、上記の通り、エアフローメータ１６により検出される吸入空気量や内燃機関１での燃料噴射量、温度センサ９により検出される排気温度等に基づいて、事前の実験等で測定されたこれらのパラメータとＮＯｘ濃度との相関を示す、ＥＣＵ２０に格納された制御マップを利用して推定される。一方で、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１は、ＮＯｘセンサ１０が故障していない限りにおいては、実際にＮＯｘ触媒４に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度を示すものであるが、ＮＯｘセンサ１０の検出性能が低下していくと、実際のＮＯｘ濃度との乖離程度が大きくなってくる可能性を有している。

そこで、本実施例では、推定ＮＯｘ濃度Ｄ３に対して所定割合ｋ（ｋ＜１）に設定されている故障判定閾値を、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１が下回ったときに、ＮＯｘセンサ１０が故障状態にあると判定される。なお、この所定割合ｋは、排気のＮＯｘ濃度に関する規制値や、基準となる推定ＮＯｘ濃度Ｄ３の推定精度等を踏まえ、許容し得るＮＯｘセンサ１０の検出のばらつきを考慮した上で決定するのが好ましい。本実施例では、図３に示すようにｋ＝０．５５に設定している。

なお、Ｓ１０３では、上述したＮＯｘセンサ１０の故障判定が実行されるが、その実行開始とともにＳ１０４以降の処理が並列に行われる。すなわち、後述するＳ１０８で当該故障判定が終了したと判定されるまで、Ｓ１０４〜Ｓ１０７の処理が繰り返されることになる。

次に、Ｓ１０４では、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１が、想定ＮＯｘ濃度Ｄ２より大きいか否かが判定される。当該想定ＮＯｘ濃度Ｄ２は、ＮＯｘセンサ１０の故障判定を行う際にＮＯｘ触媒４に流れ込む排気中の想定され得るＮＯｘ濃度であり、換言すれば、故障判定中においてＮＯｘ触媒４により還元浄化すべきＮＯｘ濃度として想定される値である。そして、想定ＮＯｘ濃度Ｄ２は、ＮＯｘセンサ１０の検出値とは独立して、上述したＥＣＵ２０により推定される推定ＮＯｘ濃度に基づいて設定される。このように想定ＮＯｘ濃度Ｄ２が設定されることで、仮にＮＯｘセンサ１０が実際には故障状態にありながら、故障判定処理においてＮＯｘセンサ１０が故障状態にあると最終的に判定されていない場合でも、故障判定時の排気中のＮＯｘ濃度に可及的に適合させて、ＮＯｘ還元浄化のための尿素水の供給を実現することが可能となる。

具体的には、Ｓ１０４で肯定判定されると、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１の方が想定ＮＯｘ濃度Ｄ２より大きいことから、Ｓ１０５で、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１の値に基づいて、供給弁７からの尿素水の供給量が決定される。一方で、Ｓ１０４で否定判定されると、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１の方が想定ＮＯｘ濃度Ｄ２より大きくないことから、Ｓ１０６で、想定ＮＯｘ濃度Ｄ２の値に基づいて、供給弁７からの尿素水の供給量が決定される。このように、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１と想定ＮＯｘ濃度Ｄ２のうち何れか大きい方のＮＯｘ濃度に基づいて、故障判定時の尿素水の供給量を決定することで、その際の排気に含まれるＮＯｘを可及的に適切に還元浄化することが可能となる。

なお、本実施例では、図３に示すように想定ＮＯｘ濃度Ｄ２は、故障判定閾値と推定ＮＯｘ濃度Ｄ３との概ね中央に位置する値、すなわち推定ＮＯｘ濃度Ｄ３の０．７５倍の値として設定されている。そこで、図３に示すケース１の場合、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１が想定
ＮＯｘ濃度Ｄ２より低いことから、Ｓ１０６の処理によって、想定ＮＯｘ濃度Ｄ２に基づいて尿素水の供給量が決定される。なお、このとき、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１は故障判定閾値を越えているため、ＮＯｘセンサ１０自体は故障状態にはない。一方で、図３に示すケース２の場合、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１が想定ＮＯｘ濃度Ｄ２より大きいことから、Ｓ１０５の処理によって、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１に基づいて尿素水の供給量が決定される。なお、このときも、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１は故障判定閾値を越えているため、ＮＯｘセンサ１０自体は故障状態にはない。Ｓ１０５の処理又はＳ１０６の処理が行われると、Ｓ１０７へ進む。

Ｓ１０７では、Ｓ１０５又はＳ１０６の処理において決定された尿素水の供給量に従い、供給弁７からの尿素水の供給が実行される。そして、Ｓ１０８では、ＮＯｘセンサ１０の故障判定処理の終了タイミングか否かが判定される。Ｓ１０８で肯定判定されると、Ｓ１０９へ進み、否定判定されると再度Ｓ１０４以降の処理が繰り返される。また、Ｓ１０９では、ＮＯｘセンサ１０の故障判定が終了したことをもって、通常の尿素水供給が行われる。具体的には、仮にＮＯｘセンサ１０が故障状態でない場合には、ＮＯｘセンサ１０の検出値に基づいた尿素水供給量の決定が行われる。一方で、ＮＯｘセンサ１０が故障している場合には、好ましくはＮＯｘセンサ１０の利用を停止し、例えば、当該時点における推定ＮＯｘ濃度Ｄ３の値に基づいて尿素水供給量を決定すればよい。

本制御によれば、ＮＯｘ触媒４がＮＯｘ浄化に適した状態において、ＮＯｘセンサ１０の故障判定が行われる。そのため、故障判定時のエミッション悪化を回避し得る。また、故障判定時における尿素水の供給量が、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１と想定ＮＯｘ濃度Ｄ２の相関に基づいて決定されることから、可及的に実際のＮＯｘ濃度に適合された量の尿素水を供給することができ、これにより更に故障判定時のエミッション悪化を回避し得る。なお、図２に示すＮＯｘセンサ故障判定制御においては、エミッション悪化の回避をより適切に行い得るようＳ１０１の判定において肯定判定が行われた後に、Ｓ１０２以降の処理が行われている。しかし、この形態に代えて、Ｓ１０１の判定処理を省略してＳ１０２以降の処理を行ってもよく、また、Ｓ１０１の判定処理において、ＮＯｘ触媒４の活性状態の判断、およびＮＯｘ触媒４に流れ込む排気に関する低排気流量状態の判断の何れかを行った後にＳ１０２以降の処理を行うようにしてもよい。

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 酸化触媒
４ 選択還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
５ ＡＳＣ触媒
６ 燃料供給弁
７ 供給弁
９、１２ 温度センサ
１０、１１ ＮＯｘセンサ
１３ ＥＧＲ通路
１４ ＥＧＲ弁
１５ 吸気通路
１６ エアフローメータ
２０ ＥＣＵ
２１ クランクポジションセンサ
２２ アクセル開度センサ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側で、該選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側に設けられ、該選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、
   を有する内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘセンサの故障判定を行う故障判定システムであって、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気に含まれるＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定部と、
   前記ＮＯｘ濃度推定部による推定ＮＯｘ濃度と前記ＮＯｘセンサによって検出されるＮＯｘ濃度とに基づいて、該ＮＯｘセンサの故障判定を行う故障判定部であって、該故障判定を行う際の前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度を、該故障判定が行われない場合の該排気中のＮＯｘ濃度より増大させた状態で該故障判定を行う故障判定部と、
   前記故障判定部によって前記ＮＯｘセンサの故障判定が行われているときに前記還元剤供給部により供給されるアンモニア又はアンモニアの前駆体の量を、前記ＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ濃度、又は前記故障判定時に前記ＮＯｘ濃度推定部により推定される前記推定ＮＯｘ濃度の所定割合として設定された故障判定時想定ＮＯｘ濃度のうち、大きい方のＮＯｘ濃度に基づいて決定する故障判定時供給量決定部と、
   を備える、排気浄化装置の故障判定システム。
2. 前記故障判定部は、前記ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ濃度が、前記ＮＯｘ濃度推定部による推定ＮＯｘ濃度より低い故障判定閾値を下回ったときに、前記ＮＯｘセンサが故障状態にあると判定するものであって、
   前記故障判定時想定ＮＯｘ濃度は、前記故障判定閾値に対応するＮＯｘ濃度と前記推定ＮＯｘ濃度との間に設定される、
   請求項１に記載の排気浄化装置の故障判定システム。
3. 前記故障判定部による前記ＮＯｘセンサの故障判定は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が活性状態にあって、且つ該選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気量が所定量以下の状態にある場合に行われる、
   請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置の故障判定システム。

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