JP2016205320A - 排気浄化機構の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ浄化に異常ありと誤判定することを抑えることのできる排気浄化機構の異常診断装置を提供する。【解決手段】排気浄化機構は、エンジン１の排気通路２６に設けられた酸化触媒３１、酸化触媒３１よりも下流に設けられたＳＣＲ触媒４１、排気に尿素水を添加する尿素水供給機構２００、ＳＣＲ触媒４１よりも下流に設けられたＮＯｘセンサ１５０を備えている。制御装置８０は、ＮＯｘ浄化率が異常判定値以下のときにはＮＯｘ浄化に異常ありと判定する。そして、制御装置８０は、酸化触媒３１に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立しており、かつＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量が閾値以下であるという条件が成立するときには、それら各条件がともに成立しないときと比較して、ＮＯｘ浄化率の異常判定値を低くする。【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化機構の異常診断装置に関するものである。

排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ浄化触媒を排気通路に備える内燃機関の排気浄化機構が知られている。こうした排気浄化機構は、例えば尿素水などの還元剤を排気に添加する添加機構を備えており、排気に添加された還元剤に由来するアンモニアがＮＯｘ浄化触媒に吸着される。そして、ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたアンモニアによってＮＯｘが還元処理される。

特許文献１などに示されているように、排気中のＮＯ（一酸化窒素）及びＮＯ２（二酸化窒素）のモル比が１：１であって次式（１）で示される化学反応が起きるときには、他の化学反応によるＮＯｘの還元と比較して、ＮＯｘ浄化触媒でのＮＯｘ浄化効率は高くなる。

ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ …（１）

以下、排気に含まれるＮＯｘのうちでＮＯ２が占める割合（モル比）をＮＯ２比率［ＮＯ２比率（％）＝ＮＯ２／（ＮＯ＋ＮＯ２）×１００］という。

排気中のＮＯ及びＮＯ２のモル比が１：１になっているときには、ＮＯ２比率は５０％になり、この５０％というＮＯ２比率は、ＮＯｘ浄化触媒において高い浄化効率を実現するうえで最適な値となっている。

ここで、内燃機関の気筒内で発生するＮＯｘのほとんどはＮＯであるため、このままでは、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気のＮＯ２比率を上記最適値にすることができない。
そこで、特許文献１に記載の装置では、ＮＯｘ浄化触媒の排気上流に酸化触媒を設けて、その酸化触媒による酸化反応を利用して、排気に含まれるＮＯの一部をＮＯ２に変化させることにより、上記式（１）で示した化学反応が促されるようにしている。

特開２００９−２１６０１９号公報

ところで、排気浄化機構によるＮＯｘ浄化についてその異常診断を行う装置では、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気中のＮＯｘ量と、ＮＯｘ浄化触媒を通過した後の排気中のＮＯｘ量とに基づいてＮＯｘ浄化率を算出し、その算出されたＮＯｘ浄化率が予め設定された異常判定値以下のときにはＮＯｘ浄化に異常ありと判定するようにしている。

ここで、ＮＯｘ浄化触媒を通過した後の排気中のＮＯｘ量はＮＯｘセンサで検出する一方、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気中のＮＯｘ量は機関運転状態等に基づいて算出した算出値を用いることが考えられる。しかし、この場合には、以下のような不都合の発生が懸念される。

すなわち、ＮＯｘ浄化触媒の排気上流に設けられた酸化触媒が比較的新しい場合には、その酸化触媒においてＮＯｘの吸着及び脱離が起きることがある。そのため、酸化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離する現象が起きた場合には、ＮＯｘ浄化触媒には、ＮＯｘ量の算出値を超えた量のＮＯｘが流れ込むようになる。そのため、ＮＯｘ浄化触媒に流入する前の実際のＮＯｘ量は算出値に比べて多くなるとともに、そうした実際に流入するＮＯｘ量の増加によって、ＮＯｘ浄化触媒を通過した後の排気中の実際のＮＯｘ量も多くなる。

このように、ＮＯｘ浄化触媒に流入する前の実際のＮＯｘ量が算出値に比べて多くなるとともに、ＮＯｘ浄化触媒を通過した後の排気中のＮＯｘ量が多くなると、ＮＯｘ浄化触媒に流入する前のＮＯｘ量の算出値とＮＯｘ浄化触媒を通過した後のＮＯｘ量の検出値とで求められるＮＯｘ浄化率は低下する。ここで、低下したＮＯｘ浄化率が異常判定値以下であると、そうしたＮＯｘ浄化率の低下は酸化触媒の脱離現象に起因した一時的なものであって排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、ＮＯｘ浄化に異常ありと誤判定されてしまう。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘ浄化に異常ありと誤判定することを抑えることのできる排気浄化機構の異常診断装置を提供することにある。

上記課題を解決する排気浄化機構の異常診断装置は、内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、前記酸化触媒よりも下流の排気通路に設けられてＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、前記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気にアンモニア成分を含む還元剤を添加する還元剤添加機構と、前記ＮＯｘ浄化触媒よりも下流の排気通路に設けられたＮＯｘセンサと、を備えている。そして、前記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気中のＮＯｘ量を算出して、その算出されたＮＯｘ量と前記ＮＯｘセンサで検出されたＮＯｘ量とに基づいてＮＯｘ浄化率を算出し、その算出されたＮＯｘ浄化率が予め設定された異常判定値以下のときにはＮＯｘ浄化に異常ありと判定する。この異常診断装置は、前記酸化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立しており、かつ前記ＮＯｘ浄化触媒のアンモニア吸着量が所定の閾値以下であるという条件が成立するときには、前記各条件がともに成立しないときと比較して、前記異常判定値を低くする。

酸化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立していたとしても、ＮＯｘ浄化触媒に吸着されているアンモニアの量が十分にあれば、酸化触媒から脱離したＮＯｘをＮＯｘ浄化触媒で浄化することができるため、ＮＯｘ浄化率が異常判定値以下にまで低下することは抑えられる。一方、ＮＯｘ浄化触媒に吸着されているアンモニアの量が十分に足りていないと、酸化触媒から脱離したＮＯｘをＮＯｘ浄化触媒で十分に浄化することができないため、ＮＯｘ浄化率が異常判定値以下にまで低下するおそれがある。そこで、同構成では、酸化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立しており、かつＮＯｘ浄化触媒のアンモニア吸着量が所定の閾値以下であるという条件が成立するときには、異常判定値の値を低くするようにしている。従って、酸化触媒からのＮＯｘ脱離に起因する一時的なＮＯｘ浄化率の低下が起きている場合に、ＮＯｘ浄化率が異常判定値以下になることを抑えることができる。従って、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、ＮＯｘ浄化に異常ありと誤判定されることを抑えることができる。

酸化触媒におけるＮＯｘの吸着及び脱離現象は、酸化触媒の熱劣化があまり進行していない状態のときに起きやすい。また、酸化触媒の熱劣化があまり進行していない状態であっても、酸化触媒の温度がある温度以下の場合には、ＮＯｘの吸着は起きるものの脱離は起きにくい。ここで、酸化触媒の熱劣化の度合は、酸化触媒の熱負荷を積算した総熱負荷値が大きいときほど高くなる。また、そうした熱負荷は、酸化触媒よりも下流の排気通路に設けられた排気温度センサの検出値を使って算出することが可能である。そして、ＮＯｘの脱離が起きる程度に酸化触媒の温度が高いか否かは、酸化触媒よりも下流の排気通路に設けられた排気温度センサの検出値に基づいて判定可能である。

そこで、上記異常診断装置において、前記酸化触媒よりも下流の排気通路に排気温度センサを備えており、前記酸化触媒の熱負荷を積算した総熱負荷値を前記排気温度センサの検出値を使って算出するとともに、前記総熱負荷値が所定の閾値以下であり、かつ前記排気温度センサの検出値が所定の閾値以上であるという条件が成立するときには、前記酸化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立していると判定することが好ましい。同構成によれば、酸化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立しているか否かを適切に判定することができる。

上記異常診断装置において、前記アンモニア吸着量が所定の閾値以下であるという条件が成立しないときに設定される前記異常判定値を第１判定値としたときに、前記アンモニア吸着量が前記閾値以下であるという条件が成立しており、かつ前記酸化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立しないときには、前記異常判定値として前記第１判定値よりも低い値である第２判定値を設定し、前記アンモニア吸着量が前記閾値以下であるという条件が成立しており、かつ前記酸化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立するときには、前記異常判定値として前記第２判定値よりも低い値である第３判定値を設定するようにしてもよい。

同構成によれば、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたアンモニアの量が閾値以下に少なく浄化可能なＮＯｘ量が少ないとき、つまりＮＯｘ浄化率が低下しやすいときには、異常判定値として、上記第１判定値よりも低い値である第２判定値が設定される。従って、ＮＯｘ浄化率が異常判定値以下になることを抑えることができ、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、ＮＯｘ浄化に異常ありと誤判定されることを抑えることができる。

また、アンモニア吸着量が前記閾値以下であるという条件が成立しており、かつ酸化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離する条件がともに成立するとき、つまりＮＯｘ浄化率が更に低下しやすいときには、異常判定値として、上記第２判定値よりも低い値である第３判定値が設定される。従って、この場合にも、ＮＯｘ浄化率が異常判定値以下になることを抑えることができ、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、ＮＯｘ浄化に異常ありと誤判定されることを抑えることができる。

排気浄化機構の異常診断装置の一実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。 酸化触媒の総熱負荷の増加に伴うＮＯｘ量誤差の変動及びＮＯｘ浄化率の変動を示すグラフ。 同実施形態における異常判定値の設定処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態の設定処理による異常判定値の設定態様を示すグラフ。 同実施形態の変形例における異常判定値の設定態様を示すグラフ。

以下、排気浄化機構の異常診断装置を車両に搭載されたディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）に適用した一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、エンジン１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは対応する各気筒＃１〜＃４の燃焼室に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。

燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。

吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１６が設けられている。この吸気絞り弁１６は、アクチュエータ１７にて開度が調整される。

排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。
排気通路２６の途中には、気筒に導入される吸入空気を排気圧を利用して過給するターボチャージャ１１が設けられている。同ターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁１６との間の吸気通路３にはインタークーラ１８が設けられている。このインタークーラ１８によって、ターボチャージャ１１の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、ターボチャージャ１１の排気側タービンの下流には、排気を浄化する第１浄化部材３０が設けられている。この第１浄化部材３０の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒３１及びフィルタ３２が配設されている。

酸化触媒３１には、排気中のＨＣを酸化処理する触媒が担持されている。その触媒としては、塩基性の強いアルミナが使われている。また、フィルタ３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する部材であって多孔質のセラミックで構成されており、さらにはＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されている。排気中のＰＭは、フィルタ３２の多孔質の壁を通過する際に捕集される。

また、エキゾーストマニホールド８の集合部近傍には、酸化触媒３１やフィルタ３２に添加剤として燃料を供給するための燃料添加弁５が設けられている。この燃料添加弁５は、燃料供給管２７を介して前記サプライポンプ１０に接続されている。なお、燃料添加弁５の配設位置は、排気系にあって第１浄化部材３０の上流側であれば適宜変更するも可能である。なお、こうした燃料添加弁５からの燃料添加に代えて、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの燃料噴射時期を調整してポスト噴射を行うことにより、機関燃料を排気に添加するようにしてもよい。

フィルタ３２に捕集されたＰＭの量が所定値を超えると、フィルタ３２の再生処理が開始されて燃料添加弁５からはエキゾーストマニホールド８内に向けて燃料が噴射される。この燃料添加弁５から噴射された燃料は、酸化触媒３１に達すると酸化され、これにより排気温度の上昇が図られる。そして、酸化触媒３１にて昇温された排気がフィルタ３２に流入することにより、同フィルタ３２は昇温され、これによりフィルタ３２に堆積したＰＭが酸化処理されてフィルタ３２の再生が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、第１浄化部材３０の下流には、排気を浄化する第２浄化部材４０が設けられている。第２浄化部材４０の内部には、還元剤を利用して排気中のＮＯｘを還元浄化する排気浄化触媒としての選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）４１が配設されている。

さらに、排気通路２６の途中にあって、第２浄化部材４０の下流には、排気を浄化する第３浄化部材５０が設けられている。第３浄化部材５０の内部には、排気中のアンモニアを浄化するアンモニア酸化触媒５１が配設されている。

エンジン１には、アンモニア成分を含む還元剤である尿素水を排気に添加する還元剤供給機構としての尿素水供給機構２００が設けられている。尿素水供給機構２００は、尿素水を貯留するタンク２１０、排気通路２６内に尿素水を噴射供給する尿素添加弁２３０、尿素添加弁２３０とタンク２１０とに接続されておりタンク２１０内の尿素水を尿素添加弁２３０に供給する尿素水通路２４０、尿素水通路２４０の途中に設けられたポンプ２２０等で構成されている。

尿素添加弁２３０は、第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６に設けられており、その噴射孔はＳＣＲ触媒４１に向かって開口されている。この尿素添加弁２３０の弁部が開弁されると、尿素水通路２４０を介して排気通路２６内に尿素水が噴射される。

ポンプ２２０は電動式のポンプであり、正回転時には、タンク２１０から尿素添加弁２３０に向けて尿素水を送液する。一方、逆回転時には、尿素添加弁２３０からタンク２１０に向けて尿素水を送液する。つまり、ポンプ２２０の逆回転時には、尿素添加弁２３０及び尿素水通路２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。

また、尿素添加弁２３０とＳＣＲ触媒４１との間の排気通路２６内には、尿素添加弁２３０から噴射された尿素水を分散させることにより同尿素水の霧化を促進する分散板６０が設けられている。

尿素添加弁２３０から噴射された尿素水は、排気熱を利用した加水分解によってアンモニアに変化し、ＳＣＲ触媒４１にて吸着される。そしてＳＣＲ触媒４１に吸着されたアンモニアによりＮＯｘが還元浄化される。

ここで、エンジン１から排出された排気が上記酸化触媒３１を通過する際には、排気に含まれるＮＯの一部が酸化されてＮＯ２に変化する。そのため、酸化触媒３１を通過した後の排気のＮＯ２比率は、酸化触媒３１を通過する前の排気のＮＯ２比率と比べて高くなり、ＳＣＲ触媒４１に流入する排気のＮＯ２比率は上述した最適値（５０％）に近づくようになる。こうした酸化触媒３１によるＮＯの酸化作用により、ＳＣＲ触媒４１では上記式（１）で示した化学反応が進むようになり、同ＳＣＲ触媒４１では、ＮＯｘの浄化効率が向上する。

この他、エンジン１には排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が備えられている。このＥＧＲ装置は、排気の一部を吸入空気に導入することで気筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を低減させる装置である。この排気再循環装置は、吸気通路３とエキゾーストマニホールド８とを連通するＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、及びＥＧＲクーラ１４等により構成されている。ＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより排気通路２６から吸気通路３に導入される排気還流量、いわゆる外部ＥＧＲ量が調量される。また、ＥＧＲクーラ１４によってＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度が低下される。

エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサやスイッチが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内の吸入空気量ＧＡを検出する。絞り弁開度センサ２０は吸気絞り弁１６の開度を検出する。クランク角センサ２１はクランクシャフトの回転角度を検出し、その検出信号に基づいて機関回転速度ＮＥが算出される。アクセル操作量センサ２２はアクセルペダル（アクセル操作部材）の踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。外気温度センサ２３は、外気温度ＴＨｏｕｔを検出する。車速センサ２４はエンジン１が搭載された車両の車速ＳＰＤを検出する。イグニッションスイッチ（ＩＧ）２５は、車両の運転者によってエンジン１の始動操作及び停止操作が行われる。

また、酸化触媒３１の上流に設けられた第１排気温度センサ１００は、酸化触媒３１に流入する前の排気温度である第１排気温度ＴＨ１を検出する。酸化触媒３１とフィルタ３２との間には、フィルタ３２に流入する前の排気温度である第２排気温度ＴＨ２を検出する第２排気温度センサ１２０が設けられている。差圧センサ１１０は、フィルタ３２の上流及び下流の排気圧の圧力差ΔＰを検出する。

第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６にあって、尿素添加弁２３０の上流には、第３排気温度センサ１３０が設けられている。第３排気温度センサ１３０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気温度である第３排気温度ＴＨ３を検出する。

第３浄化部材５０よりも下流の排気通路２６には、ＳＣＲ触媒４１を通過した後の排気温度である第４排気温度ＴＨ４を検出する第４排気温度センサ１４０や、ＳＣＲ触媒４１を通過した後の排気中のＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサ１５０などが設けられている。

これら各種センサ等の出力は制御装置８０に入力される。この制御装置８０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。

そして、制御装置８０により、例えば燃料噴射弁４ａ〜４ｄや燃料添加弁５の燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、吸気絞り弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量制御、ＥＧＲ弁１５の開度制御等、エンジン１の各種制御が行われる。

また、制御装置８０は、排気浄化制御の一つとして、上記尿素添加弁２３０による尿素水の添加制御を行う。この添加制御では、制御装置８０にて、エンジン１から排出されるＮＯｘを還元処理するために過不足の無い尿素添加量が機関運転状態等に基づいて算出される。そして、算出された尿素添加量が尿素添加弁２３０から噴射されるように、尿素添加弁２３０の開弁状態が制御される。

また、制御装置８０は、ＳＣＲ触媒４１や尿素水供給機構２００等で構成される排気浄化機構によって行われるＮＯｘ浄化について、異常の有無を判定する異常診断装置を構成している。

そうした異常判定について、制御装置８０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する排気中のＮＯｘ量を第１ＮＯｘ量Ｎ１とし、これを機関運転状態に基づいて算出する。すなわち、燃料噴射弁４ａ〜４ｄから噴射される燃料噴射量、燃料の噴射時期、機関回転速度、及び空燃比に関与する吸入空気量ＧＡ等に基づいてエンジン１の気筒内で発生するＮＯｘ量を算出し、その算出値を第１ＮＯｘ量Ｎ１とする。また、ＳＣＲ触媒４１よりも下流の排気通路２６に設けられたＮＯｘセンサ１５０によって検出されるＮＯｘ量、つまりＳＣＲ触媒４１によって浄化された排気中のＮＯｘ量を第２ＮＯｘ量Ｎ２とし、次式（２）からＮＯｘ浄化率ＣＦを算出する。

ＮＯｘ浄化率ＣＦ＝（第１ＮＯｘ量Ｎ１−第２ＮＯｘ量Ｎ２）／第１ＮＯｘ量Ｎ１×１００（％） ・・・（２）

そして、算出されたＮＯｘ浄化率ＣＦが異常判定値α以下のときには、排気浄化機構によって行われるＮＯｘ浄化に異常ありと判定する。

ところで、熱劣化がそれほど進んでない酸化触媒３１では、触媒床温が低い領域においてアルミナ上にＮＯｘが吸着する。一方、触媒床温が高い領域では、吸着したＮＯｘの分子間運動が活発になり、吸着したＮＯｘは酸化触媒３１から脱離するようになる。

図２に示すように、算出値である上記第１ＮＯｘ量Ｎ１からＳＣＲ触媒４１に流入する排気中の実ＮＯｘ量ＮＲを減じた値をＮＯｘ量誤差ΔＮ１（ΔＮ１＝Ｎ１−ＮＲ）とした場合、上述した酸化触媒３１でのＮＯｘの吸着や脱離が起きると、ＮＯｘ量誤差ΔＮ１は、「０」を中心としてプラス側やマイナス側に変動する。

すなわち、触媒床温が低く、酸化触媒３１においてＮＯｘの吸着が起きている場合、実ＮＯｘ量ＮＲは、算出値である上記第１ＮＯｘ量Ｎ１よりも少なくなるため、ＮＯｘ量誤差ΔＮ１はプラス側の値になる。

一方、触媒床温が高く、酸化触媒３１においてＮＯｘの脱離が起きている場合、実ＮＯｘ量ＮＲは、算出値である上記第１ＮＯｘ量Ｎ１よりも多くなるため、ＮＯｘ量誤差ΔＮ１はマイナス側の値になる。

こうしたＮＯｘ量誤差ΔＮ１の変動に同期して、ＮＯｘ浄化率ＣＦも変動する。
すなわち、酸化触媒３１においてＮＯｘの吸着が起きており、ＮＯｘ量誤差ΔＮ１がプラス側の値になるときには、実ＮＯｘ量ＮＲの減少に伴い、ＳＣＲ触媒４１を通過した後の排気に含まれるＮＯｘ量も少なくなる。従って、ＮＯｘ量誤差ΔＮ１が「０」のときと比較して、ＮＯｘ浄化率ＣＦは高くなる。

一方、酸化触媒３１においてＮＯｘの脱離が起きており、ＮＯｘ量誤差ΔＮ１がマイナス側の値になるときに、実ＮＯｘ量ＮＲの増大とＳＣＲ触媒４１に吸着されているアンモニア量の不足とが重なると、ＳＣＲ触媒４１を通過した後の排気に含まれるＮＯｘ量は増加する。従って、ＮＯｘ量誤差ΔＮ１が「０」のときと比較して、ＮＯｘ浄化率ＣＦは低くなる。ここで、図２に丸印Ｅにて示すように、低下したＮＯｘ浄化率ＣＦが異常判定値α以下であると、そうしたＮＯｘ浄化率ＣＦの低下が、酸化触媒３１での脱離現象に起因した一時的なものであって排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、ＮＯｘ浄化に異常ありと誤判定されてしまう。

ここで、エンジン１に酸化触媒３１が装着されてから同酸化触媒３１に加えられた熱負荷（熱量）を積算した総熱負荷値ＴＨＬが大きくなるにつれて、酸化触媒３１の熱劣化度は高くなっていく。そして、総熱負荷値ＴＨＬがある値（ＴＨＬＤ）に達して酸化触媒３１の熱劣化度がある値（Ａ１）にまで達すると、それ以降、ＮＯｘ量誤差ΔＮ１の変動幅やＮＯｘ浄化率ＣＦの変動幅は小さくなり、上記誤判定も起きにくくなる。

こうした変動幅の減少は、酸化触媒３１の熱劣化がある程度以上に進行すると、酸化触媒３１におけるＮＯｘの吸着現象や脱離現象がほとんど起きなくなるために起きるものである。なお、こうした吸着現象や脱離現象の消失は、酸化触媒３１の総熱負荷値ＴＨＬが大きくなるにつれて、アルミナが焼結して表面積が低下するため、あるいは塩基点に硫黄が吸着されることによりＮＯｘの吸着点が減少するためであると推測される。

そこで、本実施形態では、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、上述した脱離現象に起因した一時的なＮＯｘ浄化率ＣＦの低下により、ＮＯｘ浄化に異常ありと誤判定されてしまうことを抑えるために、上記異常判定値αを適切に可変設定するようにしている。

以下、図３及び図４を参照して、異常判定値αの設定処理についてその手順を説明する。なお、本処理は、制御装置８０によって所定周期毎に実行される。
本処理が開始されるとまず、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量ＮＨが吸着量判定値ＮＨＤを超えているか否かが判定される（Ｓ１００）。

アンモニア吸着量ＮＨは、尿素添加量や排気温度などに基づいて算出される。また、ＳＣＲ触媒４１に吸着されているアンモニアの量が一時的に少ない状態になると、エンジン１で発生したＮＯｘを十分に浄化することができず、ＮＯｘ浄化率ＣＦが異常判定値α以下になるおそれがある。そこで、吸着量判定値ＮＨＤには、アンモニア吸着量ＮＨが吸着量判定値ＮＨＤ以下であることに基づき、一時的ではあるものの、現在のアンモニア吸着量ＮＨが、エンジン１で発生したＮＯｘを十分に浄化することができない程度に少ない量であると判定することのできる値が設定されている。

そして、アンモニア吸着量ＮＨが吸着量判定値ＮＨＤを超えているときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、図４に示すように、異常判定値αとして、可変とされる異常判定値αの中で最も高い第１判定値α１が設定される（Ｓ１３０）。そして、本処理は一旦終了される。

一方、アンモニア吸着量ＮＨが吸着量判定値ＮＨＤ以下であるときには（Ｓ１００：ＹＮＯ）、酸化触媒３１の上記総熱負荷値ＴＨＬが熱負荷判定値ＴＨＬＤ以下であるか否かが判定される（Ｓ１１０）。

総熱負荷値ＴＨＬは、酸化触媒３１よりも下流の排気通路２６に設けられた第２排気温度センサ１２０の検出値を使って算出される。例えば、第２排気温度センサ１２０の検出値であって、酸化触媒３１を通過した排気の温度である上記第２排気温度ＴＨ２が高いときほど値が大きくなる温度カウント値を用意しておく。そして、予め定められた周期毎に、そのときの第２排気温度ＴＨ２に応じた温度カウント値を求めるとともに、温度カウント値の積算値を算出し、その積算値を現在の総熱負荷値ＴＨＬとする。また、熱負荷判定値ＴＨＬＤは、総熱負荷値ＴＨＬがその熱負荷判定値ＴＨＬＤ以下であることに基づき、酸化触媒３１においてＮＯｘの吸着及び脱離が起きると判定することのできる値が設定されている。

そして、総熱負荷値ＴＨＬが熱負荷判定値ＴＨＬＤを超えているときには（Ｓ１１０：ＮＯ）、図４に示すように、異常判定値αとして、上記第１判定値α１よりも低い値である第２判定値α２が設定される（Ｓ１４０）。そして、本処理は一旦終了される。

一方、総熱負荷値ＴＨＬが熱負荷判定値ＴＨＬＤ以下であるときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、第２排気温度ＴＨ２が温度判定値ＴＨＤ以上であるか否かが判定される（Ｓ１２０）。温度判定値ＴＨＤは、第２排気温度ＴＨ２がその温度判定値ＴＨＤ以上であることに基づき、酸化触媒３１の温度が、同酸化触媒３１からＮＯｘが脱離する温度になっていることを判定することのできる値が設定されている。

そして、第２排気温度ＴＨ２が温度判定値ＴＨＤ未満であるときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、異常判定値αとして上記第２判定値α２が設定される（Ｓ１４０）。そして、本処理は一旦終了される。

一方、第２排気温度ＴＨ２が温度判定値ＴＨＤ以上であるときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、図４に示すように、異常判定値αとして、上記第２判定値α２よりも低い値である第３判定値α３が設定される（Ｓ１５０）。そして、本処理は一旦終了される。

次に、上記設定処理の作用を説明する。
酸化触媒３１に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立していたとしても、ＳＣＲ触媒４１に吸着されているアンモニアの量が十分にあれば、酸化触媒３１から脱離したＮＯｘをＳＣＲ触媒４１で浄化することができるため、ＮＯｘ浄化率ＣＦが異常判定値α以下にまで低下することは抑えられる。逆に、ＳＣＲ触媒４１に吸着されているアンモニアの量が十分に足りていないと、酸化触媒３１から脱離したＮＯｘをＳＣＲ触媒４１で十分に浄化することができないため、ＮＯｘ浄化率ＣＦが異常判定値α以下にまで低下するおそれがある。

そこで、上記設定処理では、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量ＮＨが吸着量判定値ＮＨＤ以下であるという条件が成立しており（Ｓ１００：ＹＥＳ）、かつ酸化触媒３１に吸着されたＮＯｘの脱離条件が成立するときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ、Ｓ１２０：ＹＥＳ）、異常判定値αの値は、最も低い第３判定値α３に設定される。従って、酸化触媒３１からのＮＯｘ脱離に起因する一時的なＮＯｘ浄化率ＣＦの低下が起きる場合に、ＮＯｘ浄化率ＣＦが異常判定値α以下になることが抑えられる。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）酸化触媒３１に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立しており、かつアンモニア吸着量ＮＨが吸着量判定値ＮＨＤ以下であるという条件が成立するときには、それら各条件がともに成立しないときと比較して、異常判定値αの値を低くするようにしている。そのため、酸化触媒３１からのＮＯｘ脱離に起因する一時的なＮＯｘ浄化率ＣＦの低下が起きる場合に、ＮＯｘ浄化率ＣＦが異常判定値α以下になることが抑えられる。従って、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、ＮＯｘ浄化に異常ありと誤判定されることを抑えることができる。

（２）酸化触媒３１におけるＮＯｘの吸着及び脱離現象は、酸化触媒３１の熱劣化があまり進行していない状態のときに起きやすい。また、酸化触媒３１の熱劣化があまり進行していない状態であっても、酸化触媒３１の温度がある温度以下の場合には、ＮＯｘの吸着は起きるものの脱離は起きにくい。ここで、酸化触媒３１の熱劣化の度合は、酸化触媒３１の熱負荷を積算した総熱負荷値ＴＨＬが大きいときほど高くなる。また、そうした熱負荷は、酸化触媒３１よりも下流の排気通路２６に設けられた第２排気温度センサ１２０の検出値を使って算出することが可能である。そして、ＮＯｘの脱離が起きる程度に酸化触媒３１の温度が高いか否かは、同第２排気温度センサ１２０の検出値に基づいて判定可能である。

そこで、酸化触媒３１の熱負荷を積算した総熱負荷値ＴＨＬを第２排気温度センサ１２０の検出値を使って算出している。また、総熱負荷値ＴＨＬが熱負荷判定値ＴＨＬＤ以下であり、かつ第２排気温度センサ１２０の検出値が温度判定値ＴＨＤ以上であるという条件が成立するときには、酸化触媒３１に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立していると判定するようにしている。従って、酸化触媒３１に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立しているか否かを適切に判定することができる。

（３）アンモニア吸着量ＮＨが吸着量判定値ＮＨＤ以下であるという条件が成立しないときに設定される異常判定値αを第１判定値α１とする。そして、アンモニア吸着量ＮＨが吸着量判定値ＮＨＤ以下であるという条件が成立しており（Ｓ１００：ＮＯ）、かつ酸化触媒３１に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立しないときには（Ｓ１１０：ＮＯ）、異常判定値αとして第１判定値α１よりも低い値である第２判定値α２を設定するようにしている。

従って、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、ＳＣＲ触媒４１に吸着されたアンモニアの量が吸着量判定値ＮＨＤ以下に少なく、浄化可能なＮＯｘ量が少ないとき、つまりＮＯｘ浄化率ＣＦが低下しやすいときには、異常判定値αとして、第１判定値α１よりも低い値である第２判定値α２が設定される。そのため、ＮＯｘ浄化率ＣＦが異常判定値α以下になることを抑えることができ、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、ＮＯｘ浄化に異常ありと誤判定されることを抑えることができる。

また、アンモニア吸着量ＮＨが吸着量判定値ＮＨＤ以下であるという条件が成立しており（Ｓ１００：ＮＯ）、かつ酸化触媒３１に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立するとき（Ｓ１１０：ＹＥＳ、及びＳ１２０：ＹＥＳ）、つまりＮＯｘ浄化率ＣＦが更に低下しやすいときには、次のように異常判定値αを設定する。すなわち、異常判定値αとして、第２判定値α２よりも低い値である第３判定値α３を設定するようにしている。従って、この場合にも、ＮＯｘ浄化率ＣＦが異常判定値α以下になることを抑えることができ、排気浄化機構自体には異常が無いにもかかわらず、ＮＯｘ浄化に異常ありと誤判定されることを抑えることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、異常判定値αを３段階に変更するようにしたが、２段階に変更するようにしてもよい。

例えば、図５に示すように、アンモニア吸着量ＮＨが吸着量判定値ＮＨＤ以下であっても、酸化触媒３１に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立しないときには、異常判定値αを、アンモニア吸着量ＮＨが吸着量判定値ＮＨＤを超えているときに設定される判定値αＡと同じにする。一方、アンモニア吸着量ＮＨが吸着量判定値ＮＨＤ以下であり、かつ酸化触媒３１に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立するときには、異常判定値αを、上記判定値αＡよりも低い判定値αＢに設定するようにしてもよい。

また、異常判定値αを４段階以上に変更するようにしてもよい。
・酸化触媒３１の総熱負荷値ＴＨＬは、エンジン１を搭載した車両の総走行距離が長くなるほど大きくなる傾向がある。そこで、より簡易的には、エンジン１を搭載した車両の総走行距離に基づいて総熱負荷値ＴＨＬを求めるようにしてもよい。

・酸化触媒３１、フィルタ３２、ＳＣＲ触媒４１、及びアンモニア酸化触媒５１の配設数は適宜変更することができる。
・排気温度センサやＮＯｘセンサの配設数は適宜変更することができる。

・尿素水を使用するようにしたが、アンモニア成分を含む還元剤であれば、他の還元剤でもよい。

１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…燃料添加弁、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホールド、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…吸気絞り弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…絞り弁開度センサ、２１…クランク角センサ、２２…アクセル操作量センサ、２３…外気温度センサ、２４…車速センサ、２５…イグニッションスイッチ、２６…排気通路、２７…燃料供給管、３０…第１浄化部材、３１…酸化触媒、３２…フィルタ、４０…第２浄化部材、４１…選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）、５０…第３浄化部材、５１…アンモニア酸化触媒、６０…分散板、８０…制御装置、１００…第１排気温度センサ、１１０…差圧センサ、１２０…第２排気温度センサ、１３０…第３排気温度センサ、１４０…第４排気温度センサ、１５０…ＮＯｘセンサ、２００…尿素水供給機構、２１０…タンク、２２０…ポンプ、２３０…尿素添加弁、２４０…尿素水通路。

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、前記酸化触媒よりも下流の排気通路に設けられてＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、前記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気にアンモニア成分を含む還元剤を添加する還元剤添加機構と、前記ＮＯｘ浄化触媒よりも下流の排気通路に設けられたＮＯｘセンサと、を備えており、前記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気中のＮＯｘ量を算出して、その算出されたＮＯｘ量と前記ＮＯｘセンサで検出されたＮＯｘ量とに基づいてＮＯｘ浄化率を算出し、その算出されたＮＯｘ浄化率が予め設定された異常判定値以下のときにはＮＯｘ浄化に異常ありと判定する排気浄化機構の異常診断装置であって、
   前記酸化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立しており、かつ前記ＮＯｘ浄化触媒のアンモニア吸着量が所定の閾値以下であるという条件が成立するときには、前記各条件がともに成立しないときと比較して、前記異常判定値を低くする
   ことを特徴とする排気浄化機構の異常診断装置。
2. 前記酸化触媒よりも下流の排気通路に排気温度センサを備えており、
   前記酸化触媒の熱負荷を積算した総熱負荷値を前記排気温度センサの検出値を使って算出するとともに、
   前記総熱負荷値が所定の閾値以下であり、かつ前記排気温度センサの検出値が所定の閾値以上であるという条件が成立するときには、前記酸化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立していると判定する
   請求項１に記載の排気浄化機構の異常診断装置。
3. 前記アンモニア吸着量が所定の閾値以下であるという条件が成立しないときに設定される前記異常判定値を第１判定値としたときに、前記アンモニア吸着量が前記閾値以下であるという条件が成立しており、かつ前記酸化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立しないときには、前記異常判定値として前記第１判定値よりも低い値である第２判定値を設定し、
   前記アンモニア吸着量が前記閾値以下であるという条件が成立しており、かつ前記酸化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離する条件が成立するときには、前記異常判定値として前記第２判定値よりも低い値である第３判定値を設定する
   請求項１または２に記載の排気浄化機構の異常診断装置。