JP2015148219A - 排気浄化装置の異常検出装置 - Google Patents

排気浄化装置の異常検出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、ＮＳＲ触媒と、該ＮＳＲ触媒より下流側に配置されたＳＣＲ触媒とを有する排気浄化装置の異常をより好適に検出することを目的とする。【解決手段】ＮＳＲ触媒に流入するＮＯｘ量の積算値が、正常な状態のＮＳＲ触媒において吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値に達した時に、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するための空燃比低下制御が実行される。そして、このときに算出される排気浄化装置のＮＯｘ浄化率に基づいて排気浄化装置の異常を判定する。【選択図】図４

Description

本発明は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と選択還元型ＮＯｘ触媒とを有する排気浄化装置の異常を検出する排気浄化装置の異常検出装置に関する。
理論空燃比よりも高いリーン空燃比での運転が可能な希薄燃焼内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と称する場合もある）および選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」と称する場合もある）を有するものが知られている。このような排気浄化装置においては、排気通路における排気の流れに沿ってＮＳＲ触媒よりも下流側にＳＣＲ触媒が配置されている。
ＮＳＲ触媒は周囲雰囲気が酸素過剰雰囲気のときは排気中のＮＯｘを吸蔵する。そして、ＮＳＲ触媒に流入する排気の空燃比が、その周囲雰囲気が還元雰囲気となる程度まで低下すると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯｘが還元される。また、ＮＳＲ触媒においては、周囲雰囲気が還元雰囲気となると、排気中のＨＣやＨ２がＮＯｘと反応することでＮＨ３が生成される。上記のような排気浄化装置では、このＮＨ３がＳＣＲ触媒に吸着される。ＳＣＲ触媒では、吸着されたＮＨ３を還元剤として排気中のＮＯｘが選択還元される。
特許文献１には、ＮＳＲ触媒と、該ＮＳＲ触媒よりも下流側に配置されたＳＣＲ触媒とを有する排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置においては、ＮＳＲ触媒より上流側およびＳＣＲ触媒より下流側にＮＯｘセンサが設けられている。
特表２００９−５１７５９９号公報
上記のような排気浄化装置において、ＮＳＲ触媒の異常とＳＣＲ触媒の異常とを個別に検出しようとした場合、ＮＳＲ触媒単独でのＮＯｘ浄化率とＳＣＲ触媒単独でのＮＯｘ浄化率とをそれぞれ求める必要がある。この場合、ＮＳＲ触媒より上流側、ＮＳＲ触媒より下流側且つＳＣＲ触媒より上流側、及びＳＣＲ触媒より下流側のそれぞれに排気のＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘセンサを設け、各センサの出力値に基づいて各触媒単独でのＮＯｘ浄化率を算出することが考えられる。
しかしながら、ＮＯｘセンサはＮＯｘとＮＨ３とを区別して検知することができないという特性を有している。そのため、ＮＳＲ触媒より下流側且つＳＣＲ触媒より上流側に設けられたＮＯｘセンサは、ＮＳＲ触媒によって生成されたＮＨ３もＮＯｘとして検知してしまうため、ＮＳＲ触媒から流出した排気（ＳＣＲ触媒に流入する排気）の正確なＮＯｘ濃度を取得するのは困難な場合がある。そのため、各触媒単独でのＮＯｘ浄化率を高精度で算出することができないという問題がある。
また、ＳＣＲ触媒でのＮＯｘ浄化率を求めようとした場合、ＳＣＲ触媒にＮＯｘを流入させる必要がある。しかしながら、ＮＳＲ触媒の周囲雰囲気が酸素過剰雰囲気のときは排気中の大部分のＮＯｘはＮＳＲ触媒に吸蔵される。そのため、ＳＣＲ触媒単独でのＮＯｘ浄化率を高精度で算出できる程度の量のＮＯｘをＳＣＲ触媒に流入させるためには、ＮＳ
Ｒ触媒でのＮＯｘ吸蔵量がその上限値に達することで排気中のＮＯｘがＮＳＲ触媒をすり抜けるような状態となる必要がある。しかしながら、このような状態とするためには、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元をある程度長い期間休止させる必要がある。そのため、ＳＣＲ触媒の異常検出の機会を確保するのが困難な場合がある。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、ＮＳＲ触媒と、該ＮＳＲ触媒より下流側に配置されたＳＣＲ触媒とを有する排気浄化装置の異常をより好適に検出することを目的とする。
本発明では、ＮＳＲ触媒に流入するＮＯｘ量の積算値が、正常な状態のＮＳＲ触媒において吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値に達した時に、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するための空燃比低下制御が実行される。そして、このときに算出される排気浄化装置のＮＯｘ浄化率（即ち、ＮＳＲ触媒およびＳＣＲ触媒一体としてのＮＯｘ浄化率）に基づいて排気浄化装置の異常を判定する。
より詳しくは、本発明に係る排気浄化装置の異常検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置の異常検出装置であって、
前記排気浄化装置が、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と選択還元型ＮＯｘ触媒とを有し、前記選択還元型ＮＯｘ触媒がＮＨ３を還元剤としてＮＯｘを還元する触媒であって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側に配置されており、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気が還元雰囲気となる程度まで一時的に低下させる空燃比低下制御を実行する空燃比制御部と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量である流入ＮＯｘ量を取得する流入ＮＯｘ量取得部と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘ量である流出ＮＯｘ量を取得する流出ＮＯｘ量取得部と、
前記空燃比制御部による前回の空燃比低下制御の実行が完了した時点からの流入ＮＯｘ量の積算値が所定の閾値に達した時に前記空燃比制御部によって空燃比低下制御を再度実行し、その際に、前回の空燃比低下制御の実行が完了した時点から再度の空燃比低下制御の実行が完了するまでの期間における流入ＮＯｘ量の積算値と、該期間における流出ＮＯｘ量の積算値とから算出される前記排気浄化装置でのＮＯｘ浄化率に基づいて前記排気浄化装置の異常を判定する判定部と、を備え、
前記閾値が、正常な状態の前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値に設定されている。
ここで、前回の空燃比低下制御の実行が完了した時点から空燃比低下制御が再度実行されるまでの期間を「空燃比低下休止期間」と称する。そして、本発明においては、空燃比低下休止期間およびそれに引き続いて実行される空燃比低下制御の実行期間における流入ＮＯｘ量（ＮＳＲ触媒に流入するＮＯｘ量）の積算値と、これらの期間における流出ＮＯｘ量（ＳＣＲ触媒から流出するＮＯｘ量）の積算値とから排気浄化装置のＮＯｘ浄化率が算出される。
本発明において、ＮＳＲ触媒が正常な状態であれば、空燃比低下休止期間中はＮＳＲ触媒に流入した排気中のＮＯｘはＮＳＲ触媒に吸蔵される。しかしながら、ＮＳＲ触媒は、異常な状態となると、吸蔵可能なＮＯｘ量が正常な状態のときに比べて減少する。そのため、ＮＳＲ触媒が異常な状態であると、空燃比低下休止期間中にＮＳＲ触媒に流入したＮＯｘの一部（異常な状態のＮＳＲ触媒の吸蔵可能量の上限値を超えた分のＮＯｘ）がＮＳＲ触媒から流出する。そして、この分のＮＯｘの還元に、ＳＣＲ触媒に吸着していたＮＨ
３が消費される。
ここで、ＮＳＲ触媒が異常な状態の場合は、ＮＳＲ触媒が正常な状態の場合に比べて、前回の空燃比低下制御の実行が完了した時点でのＳＣＲ触媒におけるＮＨ３の吸着量は少なくなる。そして、ＮＳＲ触媒が異常な状態の場合、空燃比低下休止期間に続いて空燃比低下制御が実行される時のＳＣＲ触媒におけるＮＨ３の吸着量が、上記のようなＮＯｘの還元に消費された分さらに少ない状態となる。つまり、ＮＳＲ触媒が異常な状態であるために空燃比低下休止期間中にＮＳＲ触媒から流出するＮＯｘの量が多いほど、ＮＳＲ触媒が正常な状態のときに対するＳＣＲ触媒におけるＮＨ３の吸着量の減少量がより大きくなる。
そして、空燃比低下制御が実行される時のＳＣＲ触媒におけるＮＨ３の吸着量が少ないほど、空燃比低下制御が実行された際のＳＣＲ触媒におけるＮＯｘの還元量は少なくなる。つまり、空燃比低下制御の実行が開始される時点でのＳＣＲ触媒におけるＮＨ３の吸着量が少ないほど、空燃比低下制御が実行された際の排気浄化装置のＮＯｘ浄化率が低くなる。従って、本発明によれば、ＮＳＲ触媒が異常な状態の場合、ＮＳＲ触媒が正常な状態のときに対する排気浄化装置のＮＯｘ浄化率の低下量がより大きくなる。その結果、ＮＯｘ浄化率に基づく排気浄化装置の異常判定の精度を向上させることができる。
また、本発明において、ＳＣＲ触媒が異常な状態であると、前回の空燃比低下制御が実行された際にＳＣＲ触媒に吸着するＮＨ３の量が、ＳＣＲ触媒が正常な状態の場合に比べて少ない量となる。そして、空燃比低下休止期間では、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ３の吸着量がほぼ維持される。従って、本発明によれば、ＳＣＲ触媒が異常な状態の場合、ＳＣＲ触媒が正常な状態のときに比べて排気浄化装置のＮＯｘ浄化率が低くなる。
よって、本発明によれば、ＮＳＲ触媒またはＳＣＲ触媒のどちらが異常な状態の場合であっても、その異常を排気浄化装置の異常として高い精度で検出することができる。また、正常な状態のＮＳＲ触媒をＮＯｘがすり抜けるほど空燃比低下休止期間を長くすることなく排気浄化装置の異常を検出することができるため、異常検出の機会を確保し易くなる。
なお、本発明において判定部による異常判定を行う際には、空燃比低下休止期間およびそれに引き続いて実行される空燃比低下制御の実行期間における流入ＮＯｘ量の積算値を所定の一定値と仮定して排気浄化装置のＮＯｘ浄化率を算出してもよい。
本発明においては、ＮＳＲ触媒およびＳＣＲ触媒の両方が正常な状態であれば、空燃比制御部による前回の空燃比低下制御の実行が完了した時点でのＳＣＲ触媒におけるＮＨ３吸着量が、空燃比制御部による再度の空燃比低下制御の実行期間中にＮＳＲ触媒から流出するＮＯｘの総量に対して当量となるように、前回の空燃比低下制御における目標空燃比および該制御の実行期間が設定されてもよい。
上記によれば、判定部によって排気浄化装置の異常を判定する際に算出される排気浄化装置のＮＯｘ浄化率における、ＮＳＲ触媒またはＳＣＲ触媒が異常な状態である場合とこれらが正常な状態である場合との差をより大きくすることができる。そのため、排気浄化装置の異常検出の精度を向上させることができる。
本発明によれば、ＮＳＲ触媒と、該ＮＳＲ触媒より下流側に配置されたＳＣＲ触媒とを有する排気浄化装置の異常をより好適に検出することができる。
実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 排気の空燃比がリーン空燃比の場合における、ＮＳＲ触媒へのＮＯｘ流入量の積算値ｄＮＯｘｎｉｎと、ＮＳＲ触媒からのＮＯｘ流出量ＮＯｘｎｏｕｔと、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ３吸着量ＱＮＨ３との推移を示す図である。 リッチスパイク実行期間中のＳＣＲ触媒におけるＮＨ３吸着量ＱＮＨ３の推移を示す図である。 実施例１に係る排気浄化装置の異常検出のフローを示すフローチャートである。 実施例２に係る排気浄化装置の異常検出のフローを示すフローチャートである。
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。
＜実施例１＞
[概略構成]
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸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、理論空燃比よりも高いリーン空燃比での運転が可能な希薄燃焼ガソリンエンジンである。内燃機関１は燃料噴射弁１４を備えている。燃料噴射弁１４は気筒毎に設けられている。燃料噴射弁１４は各気筒の吸気ポートへ燃料を噴射する噴射弁でもよく、各気筒内に燃料を直接噴射する噴射弁でもよい。
内燃機関１には吸気通路２および排気通路３が接続されている。吸気通路２にはスロットル弁７が設けられている。スロットル弁７は、吸気通路２内の空気流路の断面積を変化させることで内燃機関１の吸入空気量を調整する。
排気通路３には、排気の流れに沿って上流から順に三元触媒４、ＮＳＲ触媒５およびＳＣＲ触媒６が設けられている。本実施例では、ＮＳＲ触媒５とＳＣＲ触媒６とを一体として排気浄化装置２１と称する。
三元触媒４は、排気通路３においてＮＳＲ触媒５およびＳＣＲ触媒６よりも上流側に設けられている上に、これらの触媒よりも熱容量が小さくなっている。そのため、内燃機関１の冷間始動時には、ＮＳＲ触媒５およびＳＣＲ触媒６よりも三元触媒４は早期に活性化する。従って、内燃機関１の冷間始動時であって、内燃機関１が理論空燃比で運転されているときは、主に三元触媒４によって排気が浄化される。
ＮＳＲ触媒５は、内燃機関１が理論空燃比よりも高いリーン空燃比で運転されており、その周囲雰囲気が酸素過剰雰囲気のときは排気中のＮＯｘを吸蔵する。そして、後述するリッチスパイクが実行されることでＮＳＲ触媒５に流入する排気の空燃比がその周囲雰囲気が還元雰囲気となる程度まで低下すると、ＮＳＲ触媒５に吸蔵されていたＮＯｘが排気中のＨＣやＣＯ（未燃燃料成分）を還元剤として還元される。
また、後述するリッチスパイクが実行されると三元触媒４およびＮＳＲ触媒５においてＮＨ３が生成される。このＮＨ３はＳＣＲ触媒６に吸着される。そして、ＳＣＲ触媒６では、吸着されたＮＨ３を還元剤として排気中のＮＯｘが選択還元される。
排気通路３における三元触媒４より上流側にはＡ／Ｆセンサ８が設けられている。Ａ／
Ｆセンサ８は、内燃機関１から排出され三元触媒４に流入する排気の空燃比を検知する。
排気通路３における三元触媒４より下流側且つＮＳＲ触媒５より上流側にはＯ２センサ９および第１ＮＯｘセンサ１０が設けられている。Ｏ２センサ９は、三元触媒４から流出しＮＳＲ触媒５に流入する排気のＯ２濃度を検知し、第１ＮＯｘセンサ１０は該排気のＮＯｘ濃度を検知する。
排気通路３におけるＮＳＲ触媒５より下流側且つＳＣＲ触媒６より上流側には第１温度センサ１１が設けられている。第１温度センサ１１はＮＳＲ触媒５から流出しＳＣＲ触媒６に流入する排気の温度を検知する。
排気通路３におけるＳＣＲ触媒６より下流側には第２ＮＯｘセンサ１２および第２温度センサ１３が設けられている。第２ＮＯｘセンサ１２はＳＣＲ触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度を検知し、第２温度センサ１３は該排気の温度を検知する。
また、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（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０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。
ＥＣＵ２０には、Ａ／Ｆセンサ８、Ｏ２センサ９、第１ＮＯｘセンサ１０、第１温度センサ１１、第２ＮＯｘセンサ１２、および第２温度センサ１３が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ２０には、アクセル開度センサ１５、クランクポジションセンサ１６、およびエアフローメータ１７等の他のセンサも電気的に接続されている。アクセル開度センサ１５は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検知する。クランクポジションセンサ１６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置を検知する。エアフローメータ１７は、内燃機関１の吸入空気量を検知する。そして、各センサの出力値がＥＣＵ２０に入力される。
また、ＥＣＵ２０には燃料噴射弁１４およびスロットル弁７が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０によって、これらの装置が制御される。
例えば、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ１６の出力値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を算出する。また、ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１５の出力値に基づいて内燃機関１の機関負荷を算出する。さらに、ＥＣＵ２０は、算出された機関回転速度および機関負荷に基づいて内燃機関１における混合気の目標空燃比を設定する。なお、本実施例においては、通常運転領域（中負荷且つ低・中回転速度領域）では目標空燃比は理論空燃比より高いリーン空燃比に設定される。そして、始動時やアイドル時等の低負荷領域、高負荷領域、および高回転速度領域では内燃機関の目標空燃比が理論空燃比に設定される。
そして、ＥＣＵ２０は、設定された目標空燃比と、エアフローメータ１７の出力値（吸入空気量）とに基づいて、燃料噴射弁１４からの燃料噴射量を制御する。さらに、ＥＣＵ２０は、Ａ／Ｆセンサ８およびＯ２センサ９の出力値に基づいて空燃比のフィードバック制御を実行する。
［ＮＳＲ触媒及びＳＣＲ触媒でのＮＯｘ浄化］
内燃機関１がリーン空燃比で運転されているときは、三元触媒４のＮＯｘ還元機能が十分に発揮されなくなる。そのため、このときは、主にＮＳＲ触媒５及びＳＣＲ触媒６によって排気のＮＯｘ浄化が行われる。
内燃機関１がリーン空燃比で運転されているときは、ＮＳＲ触媒５の周囲雰囲気が酸素過剰雰囲気となっているため、ＮＳＲ触媒５に排気中のＮＯｘが吸蔵される。そして、ＮＳＲ触媒５に吸蔵されたＮＯｘを還元するために、ＮＳＲ触媒５に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりも低い所定のリッチ空燃比まで一時的に低下させる所謂リッチスパイクが実行される。本実施例に係るリッチスパイクは、燃料噴射弁１４からの燃料噴射量および燃料噴射時期を調整し、それによって内燃機関１から排出される排気の空燃比を低下させることによって実現される。また、リッチスパイクの実行時に、スロットル弁７の開度を小さくすることで内燃機関１の吸入空気量を減少させてもよい。
なお、リッチスパイクにおける目標空燃比は、必ずしもリッチ空燃比である必要はなく、ＮＳＲ触媒５の周囲雰囲気が吸蔵されたＮＯｘの還元が可能な還元雰囲気となるのであれば、理論空燃比または理論空燃比より多少高い空燃比であってもよい。
リッチスパイクは、ＮＳＲ触媒５におけるＮＯｘ吸蔵量が、ＮＳＲ触媒５が正常な状態である場合に吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値に達する前に実行される。具体的には、第１ＮＯｘセンサ１０の出力値およびエアフローメータ１７の出力値に基づいて、ＮＳＲ触媒５に流入するＮＯｘ量がＥＵＣ２０によって算出される。なお、ＮＳＲ触媒５に流入するＮＯｘ量は内燃機関１の運転状態に基づいて推定することもできる。そして、前回のリッチスパイクが完了した時点からのＮＳＲ触媒５に流入したＮＯｘ量の積算値が所定の閾値に達した時にリッチスパイクが実行される。
なお、リッチスパイクの実行時期の決定手法は上記のような手法に限られるものではない。例えば、前回のリッチスパイクが完了した時点からの、内燃機関１での燃料噴射量の積算値、内燃機関１の運転時間、または内燃機関１を搭載した車両の走行距離が所定の閾値に達したタイミングでリッチスパイクを実行するようにしてもよい。
ここで、リッチスパイクが実行されると、ＮＳＲ触媒５に吸蔵されていたＮＯｘの一部が還元されることなくＮＳＲ触媒５から流出する。本実施例では、このＮＳＲ触媒５から流出したＮＯｘはＳＣＲ触媒６に流入する。そして、ＳＣＲ触媒６に流入したＮＯｘは該ＳＣＲ触媒において還元される。
ただし、ＳＣＲ触媒６においてＮＯｘが還元されるためには、還元剤となるＮＨ３がＳＣＲ触媒６に吸着している必要がある。ＮＨ３は、リッチスパイクが実行された際に三元触媒４およびＮＳＲ触媒５において生成される。リッチスパイクが実行されると、三元触媒４およびＮＳＲ触媒５において、水性ガスシフト反応または水蒸気改質反応により排気中のＣＯやＨＣとＨ２Ｏとが反応してＨ２が発生する。そして、該Ｈ２がさらに排気中のＮＯと反応してＮＨ３が生成される。
つまり、リッチスパイクが実行されると、ＮＳＲ触媒５からＮＯｘが流出し、該ＮＯｘの還元にＳＣＲ触媒６に吸着していたＮＨ３が消費されるとともに、三元触媒４およびＮＳＲ触媒５において新たに生成されたＮＨ３がＳＣＲ触媒６に吸着する。そして、このときにＳＣＲ触媒６に吸着したＮＨ３が、次回のリッチスパイクが実行された際にＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘの還元に消費される。
なお、ＮＳＲ触媒５におけるＮＯｘ吸蔵量が多い場合や内燃機関１からのＮＯｘ排出量が多い場合等、リッチスパイクを実行していないときでもＮＳＲ触媒５からＮＯｘが流出する場合がある。このような場合でも、ＮＳＲ触媒５から流出したＮＯｘの還元にＳＣＲ触媒６に吸着したＮＨ３が消費される。そうなると、ＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３吸着量が減少することになる。ＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３吸着量が不十分な状態で次回のリッチスパイクが実行されると、該リッチスパイクによってＮＳＲ触媒５から流出したＮＯｘ
をＳＣＲ触媒６において十分に還元することが困難となる虞がある。
そこで、本実施例では、ＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３吸着量が所定の閾値まで減少した時点でリッチスパイクを実行することで、ＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３吸着量をある程度の量に維持する。ＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３の吸着量は、リッチスパイクが実行された際に三元触媒４およびＮＳＲ触媒５において生成されたＮＨ３の総量（即ち、ＳＣＲ触媒６に流入したＮＨ３の総量）から、該リッチスパイクの実行完了後におけるＳＣＲ触媒６でのＮＯｘの還元に消費されたＮＨ３量を減算することで、ＥＣＵ２０によって算出される。
リッチスパイクが実行された際に三元触媒４およびＮＳＲ触媒５において生成されるＮＨ３の総量は、該リッチスパイクにおける目標空燃比、該リッチスパイクの実行期間、該リッチスパイクの実行開始時点における三元触媒４およびＮＳＲ触媒５でのＮＯｘ吸蔵量等に基づいて推定することができる。例えば、リッチスパイクにおける目標空燃比が低いほど、また、リッチスパイクの実行期間が長いほど、該リッチスパイクの実行期間中に三元触媒４およびＮＳＲ触媒５において生成されるＮＨ３量は多くなる。また、ＳＣＲ触媒６でのＮＯｘの還元に消費されるＮＨ３量は、ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯｘ量とＳＣＲ触媒６から流出するＮＯｘ量に基づいて推定することができる。
ＳＣＲ触媒６から流出するＮＯｘ量は第２ＮＯｘセンサの出力値に基づいて算出することができる。一方、ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯｘ量は、ＮＳＲ触媒５に流入するＮＯｘ量と、その時点におけるＮＳＲ触媒５におけるＮＯｘ吸蔵量とに基づいて推定することができる。なお、ＮＳＲ触媒５とＳＣＲ触媒６との間の排気通路３にもＮＯｘセンサを設け、該ＮＯｘセンサの出力値に基づいて、ＳＣＲ触媒６に流入するＮＯｘ量を算出してもよい。
なお、本実施例においては、リッチスパイクの実行開始後、三元触媒４およびＮＳＲ触媒５において生成されＳＣＲ触媒６に吸着したＮＨ３の総量が、該ＳＣＲ触媒６におけるＮＯｘの還元のために十分な量に達したと判断できる時点で該リッチスパイクの実行は停止される。例えば、リッチスパイクの実行期間中に三元触媒４およびＮＳＲ触媒５におけるＮＨ３の生成量を推定し、その積算値が所定量に達した時点でリッチスパイクの実行を停止してもよい。ＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３吸着量が十分な量に達すると判断できる所定時間が経過した時点でリッチスパイクの実行を停止してもよい。この場合、所定時間は実験等に基づいて予め定められる。また、リッチスパイクの実行が完了した時点では、ＮＳＲ触媒５に吸蔵されていたＮＯｘは可能な限り還元されている。そのため、ＮＳＲ触媒５におけるＮＯｘ吸蔵量はゼロに近い状態となっている。
［排気浄化装置の異常検出方法］
次に、本実施例に係る排気浄化装置２１の異常検出の方法について図２および３を参照して説明する。本実施例では、ＮＳＲ触媒５の異常とＳＣＲ触媒６の異常とを個別に検出するのではなく、これらを一体とする排気浄化装置２１の異常として検出する。つまり、本実施例においては、ＮＳＲ触媒５またはＳＣＲ触媒６が異常な状態である場合、どちらの触媒が異常な状態であるか特定されずに、排気浄化装置２１が異常な状態であると判定される。
ここで、前回のリッチスパイクの実行が完了した時点からリッチスパイクが再度実行されるまでの期間を「リッチスパイク休止期間」と称する。また、ＮＳＲ触媒５に流入するＮＯｘ量を「流入ＮＯｘ量」と称し、ＳＣＲ触媒６から流出するＮＯｘ量を「流出ＮＯｘ量」と称する。
本実施例においては、リッチスパイク休止期間およびそれに引き続いて実行されるリッチスパイクの実行期間における流入ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｎｉｎと、これらの期間における流出ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｓｏｕｔｊとに基づいて排気浄化装置２１のＮＯｘ浄化率Ｒｐｎｏｘが算出される。詳細には、本実施例に係る排気浄化装置２１のＮＯｘ浄化率Ｒｐｎｏｘは下記式（１）により定義される。
Ｒｐｎｏｘ＝１−（ｄＮＯｘｓｏｕｔｊ／ｄＮＯｘｎｉｎｊ）・・・式（１）
そして、本実施例においては、排気浄化装置２１の異常を判定する場合、リッチスパイク休止期間が通常時（即ち、排気浄化装置２１の異常判定が行われていない時）よりも長くされる。具体的には、リッチスパイク休止期間が、前回のリッチスパイクが完了した時点からの流入ＮＯｘ量の積算値が、正常な状態のＮＳＲ触媒５において吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値である所定の判定実行値に達するまでの期間とされる。そして、このリッチスパイク休止期間に引き続いてリッチスパイクが実行された際に、上記式（１）によって算出されるＮＯｘ浄化率に基づいて排気浄化装置の異常が判定される。
（ＮＳＲ触媒が異常な状態の場合）
図２は、排気の空燃比がリーン空燃比の場合における、流入ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｎｉｎと、ＮＳＲ触媒５からのＮＯｘ流出量ＮＯｘｎｏｕｔと、ＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３吸着量ＱＮＨ３との推移を示す図である。図２において、実線はＮＳＲ触媒５が正常な状態の場合を示しており、一点鎖線はＮＳＲ触媒５が異常な状態の場合を示している。
ＮＳＲ触媒５におけるＮＯｘ吸蔵量が上限値に達すると、該ＮＳＲ触媒５に流入したＮＯｘが吸蔵されずに該ＮＳＲ触媒５をすり抜けることになる。ここで、ＮＳＲ触媒５が異常な状態の場合、それが正常な状態の場合に比べて該ＮＳＲ触媒５におけるＮＯｘ吸蔵可能量が減少する（吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値が小さくなる）。そのため、図２に示すように、ＮＳＲ触媒５が異常な状態の場合は、それが正常な状態の場合に比べて、流入ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｎｉｎがより小さい時点（図２におけるｄＮＯｘｎｉｎがｄ１に達した時点）で、ＮＳＲ触媒５からＮＯｘが流出することになる。そして、ＮＳＲ触媒５から流出したＮＯｘを還元するために、ＳＣＲ触媒６に吸着されたＮＨ３が消費される。そのため、図２に示すように、ＮＳＲ触媒５が異常な状態の場合は、それが正常な状態の場合に比べて、流入ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｎｉｎがより小さい時点で、ＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３吸着量ＱＮＨ３が減少することになる。
上記のように、本実施例において排気浄化装置２１の異常を判定する場合は、リッチスパイク休止期間が、前回のリッチスパイクが完了した時点からの流入ＮＯｘ量の積算値が、正常な状態のＮＳＲ触媒５において吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値である所定の判定実行値（図２におけるｄＡ）に達するまでの期間とされる。つまり、所定の判定実行値ｄＡは、ＮＳＲ触媒５における吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値が該判定実行値ｄＡ以上の場合は、ＮＳＲ触媒５は正常な状態であると判断でき、ＮＳＲ触媒５における吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値が該判定実行値より少ない場合は、ＮＳＲ触媒５は異常な状態であると判断できる値として設定されている。なお、正常な状態のＮＳＲ触媒とは、法規上要求されるＮＳＲ触媒単独でのＮＯｘ浄化率を満たすために必要な量のＮＯｘを吸蔵および還元可能なＮＳＲ触媒のことである。
ここで、ＮＳＲ触媒５が異常な状態の場合は、ＮＳＲ触媒５が正常な状態の場合に比べて、前回のリッチスパイクの実行が完了した時点でのＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３の吸着量が少なくなる。そして、ＮＳＲ触媒５が異常な状態の場合、前回のリッチスパイクが完了した時点からの流入ＮＯｘ量の積算値が判定実行値ｄＡに達した時点では、図２において斜線で示す分のＮＯｘを還元するためのＮＨ３がＳＣＲ触媒６において消費されている。そのため、リッチスパイク休止期間に続いてリッチスパイクが実行される時のＳＣＲ触
媒６におけるＮＨ３の吸着量ＱＮＨ３が、この消費量分さらに少ない量となる（図２におけるＤＮＨ３が、このときのＮＨ３の消費量を示している）。これにより、ＮＳＲ触媒５が異常な状態であるためにリッチスパイク休止期間中にＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘの量が多いほど、ＮＳＲ触媒５が正常な状態のときに対するＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３の吸着量の減少量がより大きくなる。
リッチスパイク休止期間に続いてリッチスパイクが実行される時のＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３の吸着量が少ないほど、該リッチスパイク期間中のＳＣＲ触媒６におけるＮＯｘの還元量は少なくなる。つまり、リッチスパイクの実行が開始される時点でのＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３の吸着量が少ないほど、リッチスパイクが実行された際の排気浄化装置２１のＮＯｘ浄化率が低くなる。従って、本実施例によれば、ＮＳＲ触媒５が異常な状態の場合、上記のような式（１）によって算出される排気浄化装置２１のＮＯｘ浄化率のＮＳＲ触媒５が正常な状態のときに対する低下量がより大きくなる。その結果、ＮＯｘ浄化率に基づく排気浄化装置２１の異常判定の精度を向上させることができる。
（ＳＣＲ触媒が異常な状態の場合）
図３は、リッチスパイク実行期間中のＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３吸着量ＱＮＨ３の推移を示す図である。なお、ここでは、リッチスパイクが実行されることでＳＣＲ触媒６に流入したＮＯｘの還元に、吸着していたＮＨ３が消費された後、ＳＣＲ触媒６に新たに生成されたＮＨ３が流入した際のＮＨ３吸着量ＱＮＨ３の推移を示している。図３の横軸は、ＳＣＲ触媒６に流入するＮＨ３の積算値ｄＮＨ３ｓｉｎを表している。図３において、実線はＳＣＲ触媒６が正常な状態の場合を示しており、一点鎖線はＳＣＲ触媒６が異常な状態の場合を示している。
図３に示すように、ＳＣＲ触媒６が異常な状態であると、リッチスパイクが実行され、三元触媒４やＮＳＲ触媒５において新たに生成されたＮＨ３がＳＣＲ触媒６に流入した際にＳＣＲ触媒６に吸着するＮＨ３の量が、ＳＣＲ触媒６が正常な状態の場合に比べて少ない量となる。
そして、排気浄化装置２１の異常判定を行う際のリッチスパイク休止期間中においては、ＮＳＲ触媒５が正常な状態であれば、排気中のＮＯｘはそのほとんどがＮＳＲ触媒５に吸蔵される。そのため、この期間中においては、ＳＣＲ触媒６にＮＯｘがほとんど流入しないため、ＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３の吸着量がほぼ維持される。
従って、ＳＣＲ触媒６が異常な状態の場合、リッチスパイク休止期間に続いてリッチスパイクが再度実行される時のＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３の吸着量ＱＮＨ３が、ＳＣＲ触媒６が正常な状態の場合に比べて少ない量となる。このため、本実施例によれば、ＳＣＲ触媒６が異常な状態の場合、上記のような式（１）によって算出される排気浄化装置２１のＮＯｘ浄化率が、ＳＣＲ触媒６が正常な状態のときに比べて低い値となる。
よって、本実施例によれば、ＮＳＲ触媒５またはＳＣＲ触媒６のどちらが異常な状態の場合であっても、その異常を排気浄化装置２１の異常として高い精度で検出することができる。
また、ＮＳＲ触媒５が正常な状態であるときにＳＣＲ触媒６の異常を検出しようとした場合、ＳＣＲ触媒６単独でのＮＯｘ浄化率を求める必要がある。この場合、ある程度の量のＮＯｘをＳＣＲ触媒６に流入させなければならないため、正常な状態のＮＳＲ触媒５をＮＯｘがすり抜けるほどリッチスパイク休止期間を長くする必要が生じる。そうなると、ＳＣＲ触媒６の異常を検出する機会を確保することが困難となる場合ある。これに対し、本実施例では、正常な状態のＮＳＲ触媒５をＮＯｘがすり抜けるほどリッチスパイク休止
期間を長くすることなく、ＳＣＲ触媒６が異常な状態の場合、その異常を排気浄化装置２１の異常として検出することができる。そのため、異常検出の機会を確保し易くなる。
＜異常検出フロー＞
図４は、本実施例に係る排気浄化装置の異常検出のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。
本フローでは、先ずステップＳ１０１において、排気浄化装置２１の異常判定の前提条件が成立したか否かを判別する。この異常判定の前提条件としては、ＮＳＲ触媒５及びＳＣＲ触媒６の温度が活性温度となっていること、内燃機関１の吸入空気量が所定範囲内であること、内燃機関１の運転状態が定常運転であること等を例示することができる。なお、ＮＳＲ触媒５の温度は第１温度センサ１１の出力値に基づいて推定することができる。また、ＳＣＲ触媒６の温度は第２温度センサ１３の出力値に基づいて推定することができる。
ステップＳ１０１において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一方、ステップＳ１０１において肯定判定された場合、次にステップＳ１０２の処理が実行される。
ステップＳ１０２においては、リッチスパイクが実行される。ここで実行されるリッチスパイクは、ＮＳＲ触媒５に吸蔵されたＮＯｘを還元するため、または、ＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３吸着量を維持するために実行される通常のリッチスパイクであってもよい。また、ここで実行されるリッチスパイクでは、目標空燃比を通常のリッチスパイクよりも低くしてもよく、また、その実行期間を通常のリッチスパイクよりも長くしてもよい。これらによれば、ＮＳＲ触媒５に吸蔵されていたＮＯｘのうち、通常のリッチスパイクでは還元しきれない分のＮＯｘを還元することが可能となる。そのため、リッチスパイクの実行完了時点でのＮＳＲ触媒５におけるＮＯｘ吸蔵量をよりゼロに近い量とすることができる。従って、上記式（１）おいて排気浄化装置２１のＮＯｘ浄化率Ｒｐｎｏｘを算出するために用いる流入ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｎｉｎｊおよび流出ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｓｏｕｔｊを導出する前のＮＳＲ触媒５におけるＮＯｘ吸蔵量を異常判定毎にほぼ一定とすることができる。そのため、排気浄化装置２１のＮＯｘ浄化率をより正確に算出することが可能となる。
次に、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で実行されたリッチスパイクが完了した時点からの流入ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｎｉｎが算出される。
次に、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０３において算出された流入ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｎｉｎが判定実行値ｄＡに達したか否かが判別される。上記のように定義される判定実行値ｄＡは、実験等に基づき予め定められており、ＥＣＵ２０に記録されている。
ステップＳ１０４において否定判定された場合、ステップＳ１０３の処理が再度実行される。一方、ステップＳ１０４において肯定判定された場合、次にステップＳ１０５の処理が実行される。
ステップＳ１０５においては、リッチスパイクが再度実行される。ここで実行されるリッチスパイクは、ＮＳＲ触媒５に吸蔵されたＮＯｘを還元するため、または、ＳＣＲ触媒６における十分なＮＨ３吸着量を維持するために実行される通常のリッチスパイクと同様の条件で行われるものであってもよい。また、ここで実行されるリッチスパイクは、排気
浄化装置２１のＮＯｘ浄化率を算出するために目標空燃比およびその実行期間が設定されたものであってもよい。
次に、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０２において実行されたリッチスパイクが完了した時点からステップＳ１０５において実行されたリッチスパイクが完了するまでの期間における流入ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｎｉｎｊと、該期間における流出ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｓｏｕｔｊとが取得される。
次に、ステップＳ１０７において、ステップＳ１０６で取得された流入ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｎｉｎｊと流出ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｓｏｕｔｊとに基づいて上記式（１）により排気浄化装置２１のＮＯｘ浄化率Ｒｐｎｏｘが算出される。
次に、ステップＳ１０８において、ステップＳ１０７で算出された排気浄化装置２１のＮＯｘ浄化率Ｒｐｎｏｘが所定浄化率α以上であるか否かが判別される。所定浄化率αは、排気浄化装置２１が正常な状態、即ち、ＮＳＲ触媒５およびＳＣＲ触媒６のいずれも正常な状態であると判断できる閾値である。この所定浄化率αは、実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ２０に記憶されている。
ステップＳ１０８において肯定判定された場合、次にステップＳ１０９において、排気浄化装置２１が正常な状態であると判定される。一方、ステップＳ１０８において否定判定された場合、次にステップＳ１１０において、排気浄化装置２１が異常な状態、即ち、ＮＳＲ触媒５またはＳＣＲ触媒６の少なくともいずれかが異常な状態であると判定される。
ステップＳ１１０において排気浄化装置２１が異常な状態であると判定された場合、内燃機関１を搭載する車両の運転者に異常状態であることを報知してもよい。
なお、本実施例においては、リッチスパイクが、本発明に係る「空燃比低下制御」に相当し、リッチスパイクを実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る「空燃比制御部」に相当する。また、上記フローにおけるステップＳ１０５からＳ１０８、およびＳ１１０を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る「判定部」に相当する。
また、本実施例において、内燃機関１の運転状態が一定であれば、リッチスパイクの実行期間中およびリッチスパイク休止期間中における流入ＮＯｘ量もほぼ一定となる。そこで、本実施例では、上記フローに基づいて排気浄化装置２１の異常判定を行う際に、ステップＳ１０２において実行されたリッチスパイクが完了した時点からステップＳ１０５において実行されたリッチスパイクが完了するまでの期間における流入ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｎｉｎｊを所定の一定値と仮定して、ステップＳ１０７において排気浄化装置のＮＯｘ浄化率を算出してもよい。
また、本実施例においては、上記フローに基づいて排気浄化装置２１の異常判定を行う際に、リッチスパイク休止期間中において、内燃機関１からのＮＯｘ排出量を通常時よりも増加させる制御を行ってもよい。内燃機関１からのＮＯｘ排出量を増加させる制御としては、内燃機関１における混合気の空燃比をリーン空燃比の範囲で通常時よりも低下させる制御や、内燃機関１における点火時期を進角させる制御を例示することができる。
リッチスパイク休止期間中における内燃機関１からのＮＯｘ排出量を増加させると、ステップＳ１０２において実行されたリッチスパイクが完了した時点からの流入ＮＯｘ量の積算値ｄＮＯｘｎｉｎがより早期に判定実行値ｄＡに達することになる。そのため、ステップＳ１０５におけるリッチスパイクをより早期に実行することが可能となる。その結果
、排気浄化装置２１の異常判定をより短期間で行うことが可能となる。
＜実施例２＞
本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。以下、本実施例に係る排気浄化装置の異常判定の方法について実施例１と異なる点を主に説明する。
［排気浄化装置の異常検出方法］
本実施例においても、排気浄化装置の異常判定を行う場合、前回のリッチスパイクの実行が完了した時点から、実施例１と同様のリッチスパイク休止期間が経過した時に再度リッチスパイクを実行する。ここで、リッチスパイク休止期間の前に実行されるリッチスパイクを「判定前リッチスパイク」と称し、リッチスパイク休止期間に引き続いて実行されるリッチスパイクを「判定用リッチスパイク」と称する。
本実施例では、判定前リッチスパイクにおける目標空燃比およびその実行期間が実施例１とは異なった設定となっている。詳細には、本実施例では、判定前リッチスパイクが実行される前に、判定用リッチスパイクの実行期間中にＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘの総量が推定される。このとき、ＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘの総量は、該ＮＳＲ触媒５が正常な状態であると仮定して推定される。そして、この推定値に対して、判定前リッチスパイクの実行が完了した時点でのＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３吸着量が当量となるように、判定前リッチスパイクにおける目標空燃比およびその実行期間が設定される。このとき、判定前リッチスパイクにおける目標空燃比およびその実行期間は、ＮＳＲ触媒５およびＳＣＲ触媒６の両方が正常な状態であると仮定して設定される。
上記のように、リッチスパイクにおける目標空燃比が低いほど、また、リッチスパイクの実行期間が長いほど、該リッチスパイクの実行期間中にＮＳＲ触媒５において生成されるＮＨ３量は多くなる。そのため、該リッチスパイクの実行が完了した時点でのＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３吸着量が多くなる。従って、判定用リッチスパイクの実行期間中にＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘの総量の推定値が大きいほど、判定前リッチスパイクにおける目標空燃比が低く設定される、および／または、判定前リッチスパイクの実行期間が長く設定される。
判定前リッチスパイクが上記のように設定された場合、ＮＳＲ触媒５およびＳＣＲ触媒６の両方が正常な状態であれば、判定用リッチスパイクが実行された際にＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘのほぼ全量がＳＣＲ触媒６において還元されることになる。また、判定前リッチスパイクの実行が完了した時点でＳＣＲ触媒６に吸着していたＮＨ３のほぼ全量が、このときのＮＯｘ還元に消費される。
一方、ＮＳＲ触媒５が異常な状態であれば、判定用リッチスパイクを実行した際にＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘの総量はＮＳＲ触媒５が正常な状態に比べて多くなる。また、ＳＣＲ触媒６が異常な状態であれば、判定前リッチスパイクを実行した際にＳＣＲ触媒６に吸着するＮＨ３の総量はＳＣＲ触媒６が正常な状態に比べて少なくなる。
従って、判定前リッチスパイクが上記のように設定された場合、ＮＳＲ触媒５またはＳＣＲ触媒６の少なくともいずれか一方が異常な状態であれば、判定用リッチスパイクが実行された際にＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘの全量をＳＣＲ触媒６において還元することはできず、その一部がＳＣＲ触媒６から流出することになる。
そのため、本実施例によれば、排気浄化装置の異常判定を行う際に上記式（１）によって算出される排気浄化装置２１のＮＯｘ浄化率の、ＮＳＲ触媒またはＳＣＲ触媒が異常な
状態である場合とこれらが正常な状態である場合との差をより大きくすることができる。従って、排気浄化装置２１の異常検出の精度を向上させることができる。
＜異常検出フロー＞
図５は、本実施例に係る排気浄化装置の異常検出のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。以下、本フローについて、実施例１に係る排気浄化装置の異常検出のフロー（図４に示すフローチャート）と異なる点についてのみ説明する。
本フローでは、ステップＳ１０１において肯定判定された場合、ステップＳ２０２において、ステップＳ１０５でリッチスパイク（判定用リッチスパイク）が実行された際に該リッチスパイクの実行期間中にＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘの総量ＱＮＯｘｎｏｕｔが算出される。
ここでは、ＮＳＲ触媒５が正常な状態であると仮定して、ＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘの総量ＱＮＯｘｎｏｕｔが算出される。このＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘの総量ＱＮＯｘｎｏｕｔは、判定用リッチスパイクにおける目標空燃比およびその実行期間等に基づいて算出することができる。本実施例においては、判定用リッチスパイクにおける目標空燃比およびその実行期間等のパラメータと、該リッチスパイクの実行期間中にＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘの総量との関係が予め実験等に基づいて求められている。そして、これらの関係がＭＡＰまたは関数としてＥＣＵ２０に記憶されている。ステップＳ２０２では、このＭＡＰまたは関数を用いて、判定用リッチスパイクの実行期間中にＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘの総量ＱＮＯｘｎｏｕｔが算出される。
次に、ステップＳ２０３において、次のステップであるステップＳ２０４で実行されるリッチスパイク（判定前リッチスパイク）における目標空燃比Ａ／Ｆｔおよびその実行期間ｄｔｒｉｃｈが算出される。ここでは、ステップＳ２０２で算出された判定用リッチスパイクの実行期間中にＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘの総量ＱＮＯｘｎｏｕｔに対して、判定前リッチスパイクの実行が完了した時点でのＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３吸着量が当量となるように、判定前リッチスパイクにおける目標空燃比Ａ／Ｆｔおよびその実行期間ｄｔｒｉｃｈが算出される。また、ここでは、ＮＳＲ触媒５およびＳＣＲ触媒６の両方が正常な状態であると仮定して、判定前リッチスパイクにおける目標空燃比Ａ／Ｆｔおよびその実行期間ｄｔｒｉｃｈが算出される。
本実施例においては、ＮＳＲ触媒５から流出するＮＯｘの総量と、その総量に対して当量となるＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３吸着量との関係がＭＡＰまたは関数としてＥＣＵ２０に記憶されている。さらに、判定前リッチスパイクにおける目標空燃比およびその実行期間と、該判定前リッチスパイクの実行が完了した時点でのＳＣＲ触媒６におけるＮＨ３吸着量との関係が予め実験等に基づいて求められている。そして、これらの関係もＭＡＰまたは関数としてＥＣＵ２０に記憶されている。ステップＳ２０３では、これらのＭＡＰまたは関数を用いて、判定前リッチスパイクにおける目標空燃比Ａ／Ｆｔおよびその実行期間ｄｔｒｉｃｈが算出される。
次に、ステップＳ２０４において、判定前リッチスパイクが実行される。このとき、判定前リッチスパイクの目標空燃比およびその実行期間はステップＳ２０３で算出された値に設定される。
１・・・内燃機関
４・・・三元触媒
５・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）
６・・・選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
７・・・スロットル弁
１０・・第１ＮＯｘセンサ
１２・・第２ＮＯｘセンサ
１４・・燃料噴射弁
２０・・ＥＣＵ
２１・・排気浄化装置

Claims (2)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置の異常検出装置であって、
    前記排気浄化装置が、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と選択還元型ＮＯｘ触媒とを有し、前記選択還元型ＮＯｘ触媒がＮＨ３を還元剤としてＮＯｘを還元する触媒であって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側に配置されており、
    前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気が還元雰囲気となる程度まで一時的に低下させる空燃比低下制御を実行する空燃比制御部と、
    前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量である流入ＮＯｘ量を取得する流入ＮＯｘ量取得部と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘ量である流出ＮＯｘ量を取得する流出ＮＯｘ量取得部と、
    前記空燃比制御部による前回の空燃比低下制御の実行が完了した時点からの流入ＮＯｘ量の積算値が所定の閾値に達した時に前記空燃比制御部によって空燃比低下制御を再度実行し、その際に、前回の空燃比低下制御の実行が完了した時点から再度の空燃比低下制御の実行が完了するまでの期間における流入ＮＯｘ量の積算値と、該期間における流出ＮＯｘ量の積算値とから算出される前記排気浄化装置でのＮＯｘ浄化率に基づいて前記排気浄化装置の異常を判定する判定部と、を備え、
    前記閾値が、正常な状態の前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値に設定されている排気浄化装置の異常検出装置。
  2. 前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および前記選択還元型ＮＯｘ触媒の両方が正常な状態であれば、前記空燃比制御部による前回の空燃比低下制御の実行が完了した時点での前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＨ３吸着量が、前記空燃比制御部による再度の空燃比低下制御の実行期間中に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘの総量に対して当量となるように、前回の空燃比低下制御における目標空燃比および該制御の実行期間が設定されている請求項１に記載の排気浄化装置の異常検出装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017038194A1 (ja) * 2015-08-28 2017-03-09 三菱自動車工業株式会社 内燃機関の排ガス浄化システム
WO2019082823A1 (ja) * 2017-10-24 2019-05-02 株式会社デンソー 車両制御装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018189056A (ja) * 2017-05-10 2018-11-29 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008045470A (ja) * 2006-08-14 2008-02-28 Toyota Motor Corp 触媒劣化診断装置
JP2008064075A (ja) * 2006-09-11 2008-03-21 Toyota Motor Corp 触媒劣化診断装置
JP2009517599A (ja) * 2005-12-02 2009-04-30 イートン コーポレーション 改質装置の温度管理を用いたｌｎｔ脱硫酸方法
JP2011202639A (ja) * 2010-03-26 2011-10-13 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置
WO2013035159A1 (ja) * 2011-09-06 2013-03-14 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
WO2013132603A1 (ja) * 2012-03-07 2013-09-12 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7412823B2 (en) 2005-12-02 2008-08-19 Eaton Corporation LNT desulfation strategy
US7849678B2 (en) 2005-12-02 2010-12-14 Eaton Corporation Desulfation control strategy
JP5573958B2 (ja) * 2010-10-20 2014-08-20 トヨタ自動車株式会社 触媒劣化判定システム
EP2690264A4 (en) * 2011-03-22 2014-05-14 Toyota Motor Co Ltd SYSTEM FOR DETERMINING CATALYST WEAR
JP6036772B2 (ja) 2013-09-25 2016-11-30 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP6102907B2 (ja) * 2014-12-26 2017-03-29 トヨタ自動車株式会社 排気浄化装置の劣化診断装置
JP6256391B2 (ja) * 2015-03-13 2018-01-10 トヨタ自動車株式会社 排気浄化システムの故障診断装置
JP6278005B2 (ja) * 2015-07-06 2018-02-14 トヨタ自動車株式会社 排気浄化装置の劣化診断装置
JP6287989B2 (ja) * 2015-07-27 2018-03-07 トヨタ自動車株式会社 ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の異常診断装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009517599A (ja) * 2005-12-02 2009-04-30 イートン コーポレーション 改質装置の温度管理を用いたｌｎｔ脱硫酸方法
JP2008045470A (ja) * 2006-08-14 2008-02-28 Toyota Motor Corp 触媒劣化診断装置
JP2008064075A (ja) * 2006-09-11 2008-03-21 Toyota Motor Corp 触媒劣化診断装置
JP2011202639A (ja) * 2010-03-26 2011-10-13 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化システムの故障検出装置
WO2013035159A1 (ja) * 2011-09-06 2013-03-14 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
WO2013132603A1 (ja) * 2012-03-07 2013-09-12 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017038194A1 (ja) * 2015-08-28 2017-03-09 三菱自動車工業株式会社 内燃機関の排ガス浄化システム
WO2019082823A1 (ja) * 2017-10-24 2019-05-02 株式会社デンソー 車両制御装置
JP2019078217A (ja) * 2017-10-24 2019-05-23 株式会社デンソー 車両制御装置
EP3702593A4 (en) * 2017-10-24 2020-09-02 Denso Corporation VEHICLE CONTROL DEVICE

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