JP2017141713A - 排気浄化機構の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化機構が異常ありと誤判定され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ＳＣＲ触媒４１や、排気に尿素水を添加する尿素水供給機構２００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排気浄化機構に異常ありと判定する異常診断を行う。ＳＣＲ触媒４１よりも下流の排気通路２６には、排気の酸素濃度及びＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１５０が設けられている。そして、制御装置８０は、エンジン１において燃料カットが実行されているときにＮＯｘセンサ１５０で検出された酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも低い場合には、排気浄化機構の異常診断についてその実行を禁止する。
【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）を浄化する選択還元型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選択還元型触媒に吸着される。そして、選択還元型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。

また、ＮＯｘを浄化する排気浄化機構の異常診断を行う装置は、選択還元型触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と、選択還元型触媒を通過した排気のＮＯｘ濃度との比率を求めることでＮＯｘ浄化率を算出し、算出されたＮＯｘ浄化率が異常判定値以下のときには排気浄化機構に異常ありと判定するようにしている（例えば特許文献１等）。

特開２０１１−２０２６３９号公報

ところで、劣化があまり進行していない新しい選択還元型触媒では、同触媒が低温状態のときにＮＯｘの吸着が起き、高温状態のときにはＮＯｘの脱離が起きることがある。なお、こうしたＮＯｘの吸着及び脱離は、選択還元型触媒の劣化がある程度進行すると起きなくなる。

選択還元型触媒においてＮＯｘの脱離現象が起きると、選択還元型触媒を通過した排気のＮＯｘ濃度が高くなる。そのため、選択還元型触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度が同等であったとしても、脱離現象が起きた場合には、ＮＯｘ浄化率の算出値が低下する。

この算出されたＮＯｘ浄化率が異常判定値以下の値であった場合には、ＮＯｘ浄化率の低下が選択還元型触媒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には異常が無いにもかかわらず、排気浄化機構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、排気浄化機構が異常ありと誤判定され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異常診断装置は、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、前記選択還元型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、を備える排気浄化機構に適用される装置であり、前記選択還元型触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と前記選択還元型触媒を通過した排気のＮＯｘ濃度とに基づいてＮＯｘ浄化率を算出するとともに前記ＮＯｘ浄化率が予め設定された異常判定値以下のときには前記排気浄化機構に異常ありと判定する異常診断を行う異常診断部を有している。そして、この異常診断装置は、前記選択還元型触媒よりも下流の排気通路に設けられて排気の酸素濃度を検出するセンサと、前記内燃機関において燃料カットが実行されているときに前記センサで検出された前記酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも低い場合には、前記異常診断の実行を禁止する診断禁止部と、を備えている。

選択還元型触媒におけるＮＯｘの脱離は、選択還元型触媒の劣化がある程度進むと起きなくなる。一方、劣化があまり進んでいない新しい選択還元型触媒は、排気中の酸素を吸蔵する能力があり、そうした酸素吸蔵量は選択還元型触媒の劣化が進むにつれて減少していく。従って、選択還元型触媒の酸素吸蔵量が多い場合には、選択還元型触媒の劣化があまり進んでいないと判断することができ、この場合に排気浄化機構の異常診断を行うとＮＯｘの脱離に起因した誤判定が起きる可能性がある。

ここで、内燃機関において燃料カットが実行されると、燃焼室では混合気の燃焼が起きなくなるため、燃焼室から排気通路に排出される排気の酸素濃度は大気中の酸素濃度とほぼ同じになる。ただし、選択還元型触媒の劣化があまり進んでおらず酸素吸蔵量が多い場合には、選択還元型触媒を通過する際に排気中の酸素の一部が選択還元型触媒に吸蔵される。そのため、選択還元型触媒よりも下流の排気通路内における酸素濃度は、大気中の酸素濃度よりも低くなる。従って、燃料カットの実行中において選択還元型触媒よりも下流の排気通路内における酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも低くなっていれば、選択還元型触媒の劣化がそれほど進んでいないと考えることができ、この場合には排気浄化機構の異常診断を禁止することが好ましい。

そこで、同構成では、選択還元型触媒よりも下流の排気通路に排気の酸素濃度を検出するセンサを設けるようにしている。そして、燃料カットが実行されているときに同センサで検出された酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも低い場合には、選択還元型触媒の劣化があまり進んでおらず、排気浄化機構の異常診断を行うとＮＯｘの脱離に起因した誤判定が起きる可能性があるため、そうした異常診断の実行を禁止するようにしている。

従って、同構成によれば、排気浄化機構が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、ＮＯｘの脱離は、選択還元型触媒が高温状態のときに起こる。従って、選択還元型触媒の劣化があまり進んでいない状態であっても、同触媒の温度が低ければ、ＮＯｘの脱離は起きにくいため、上述したような誤判定は起きにくい。そこで、燃料カットの実行中において選択還元型触媒よりも下流の排気通路内における酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも低くなっており、且つ選択還元型触媒の温度が所定温度以上の高温状態になっているときに、上述した異常診断の実行を禁止することが好ましい。こうした構成によれば、ＮＯｘの脱離が起き易いときには異常診断の実行が禁止されるため、排気浄化機構が異常ありと誤判定されることを抑えることができる。一方、選択還元型触媒の温度が上記所定温度に満たないときには（例えば内燃機関の運転状態が低負荷状態で排気温度が低いときなど）、上述した異常診断の実行が禁止されないため、選択還元型触媒の劣化があまり進んでいない状態であったとしても、排気浄化機構の異常診断が実行される。従って、選択還元型触媒の劣化が進むまで排気浄化機構の異常診断が実行されない状態になることを回避することができるようになり、排気浄化機構の異常診断の実行機会を増やすことができる。

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。 ＳＣＲ触媒を通過した排気の酸素濃度を示すタイミングチャート。 同実施形態の異常診断装置が実行する一連の処理手順を示すフローチャート。

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３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に設けられている。この尿素添加弁２３０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の温度である第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の温度である第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の温度である第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の温度である第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のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１５０などが設けられている。

ＮＯｘセンサ１５０は周知のセンサであって、２つのガス室を有しており、一方のガス室からは排気の酸素濃度に応じた出力信号が得られ、他方のガス室からは排気のＮＯｘ濃度に応じた出力信号が得られる。つまり、このＮＯｘセンサ１５０は、ＳＣＲ触媒４１を通過した排気の酸素濃度ＡＮ及びＮＯｘ濃度の双方を検出することが可能なセンサとなっている。

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。

そうしたエンジン１の各種制御の１つとして、制御装置８０は、アクセル操作量ＡＣＣＰが「０」であって且つ機関回転速度ＮＥが所定範囲内の速度となっているときには燃料噴射弁４ａ〜４ｄからの燃料噴射を停止する、いわゆる燃料カットを実行する。なお、周知のように、アクセルペダルが操作されたり、機関回転速度ＮＥが所定の復帰回転速度にまで低下すると、そうした燃料カットの実行が中止されて、燃料噴射弁４ａ〜４ｄからの燃料噴射が再開される。

また、制御装置８０は、排気浄化制御の１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ついて異常の有無を診断する異常診断部８０Ａや、異常診断部８０Ａによる異常診断の実行を禁止する診断禁止部８０Ｂなどを有する異常診断装置を構成している。

そうした異常診断部８０Ａによる異常診断は以下のように行われる。すなわち制御装置８０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する排気のＮＯｘ濃度を第１ＮＯｘ濃度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の濃度を算出し、その算出値を第１ＮＯｘ濃度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濃度、つまりＳＣＲ触媒４１によって浄化された排気のＮＯｘ濃度を第２ＮＯｘ濃度Ｎ２とし、次式（１）からＮＯｘ浄化率ＣＦを算出する。

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

そして、算出されたＮＯｘ浄化率ＣＦが、予め設定された異常判定値α以下のときには、ＮＯｘ浄化が十分に行われていないため、制御装置８０の異常診断部８０Ａは、排気浄化機構に異常ありと判定する。

ところで、劣化があまり進行していない新しいＳＣＲ触媒４１では、同ＳＣＲ触媒４１が低温状態のときにＮＯｘの吸着が起き、高温状態のときにはＮＯｘの脱離が起きることがある。なお、こうしたＮＯｘの吸着及び脱離は、ＳＣＲ触媒４１の劣化がある程度進行すると起きなくなる。

ＳＣＲ触媒４１においてＮＯｘの脱離現象が起きると、ＳＣＲ触媒４１を通過した排気のＮＯｘ濃度、つまり上記第２ＮＯｘ濃度Ｎ２は脱離したＮＯｘの分だけ高くなる。そのため、ＳＣＲ触媒４１に流入する排気のＮＯｘ濃度が同等であったとしても、ＮＯｘの脱離現象が起きた場合には、上述したＮＯｘ浄化率ＣＦの算出値が低下する。

また、第１ＮＯｘ濃度Ｎ１の増大時期と、ＮＯｘの脱離による第２ＮＯｘ濃度Ｎ２の増大時期とがずれており、第１ＮＯｘ濃度Ｎ１に対して第２ＮＯｘ濃度Ｎ２の方が高くなる現象が起きた場合にも、上述したＮＯｘ浄化率ＣＦの算出値は低下する。

そして、ＮＯｘの脱離現象が起きているときに算出されたＮＯｘ浄化率ＣＦが異常判定値α以下の値であった場合には、ＮＯｘ浄化率ＣＦの低下がＳＣＲ触媒４１でのＮＯｘの脱離現象に起因した一時的なものであって、排気浄化機構には異常が無いにもかかわらず、排気浄化機構に異常ありと誤判定されてしまう。

そこで、本実施形態では、排気浄化機構が異常ありと誤判定されることを、以下のようにして抑えるようにしている。
まず、上述したように、ＳＣＲ触媒４１からのＮＯｘの脱離は、ＳＣＲ触媒４１の劣化がある程度進行すると起きなくなる。

ここで、新品状態からあまり劣化の進んでいないＳＣＲ触媒４１は、排気中の酸素を吸蔵する能力があり、そうした酸素吸蔵量はＳＣＲ触媒４１の劣化が進むにつれて減少していく。従って、ＳＣＲ触媒４１の酸素吸蔵量が多い場合には、ＳＣＲ触媒４１の劣化があまり進んでいないと判断することができる。

ここで、エンジン１において上述した燃料カットが実行されると、燃焼室では混合気の燃焼が起きなくなるため、燃焼室から排気通路２６に排出される排気の酸素濃度は大気中の酸素濃度とほぼ同じになる。ただし、ＳＣＲ触媒４１の劣化があまり進んでおらず、酸素吸蔵量が多い場合には、ＳＣＲ触媒４１を通過する際に排気中の酸素の一部がＳＣＲ触媒４１に吸蔵される。そのため、ＳＣＲ触媒４１よりも下流の排気通路２６内における上記酸素濃度ＡＮは、大気中の酸素濃度よりも低くなる。

つまり、図２において二点鎖線で示すように、劣化があまり進んでいない、例えば新品状態のＳＣＲ触媒４１の場合には、燃料カット実行中に検出される上記酸素濃度ＡＮが大気中の酸素濃度ＡＴよりも低くなる。一方、図２において実線で示すように、劣化がある程度進んだＳＣＲ触媒４１の場合には、酸素吸蔵量が低下しているため、燃料カット実行中に検出される上記酸素濃度ＡＮは、大気中の酸素濃度ＡＴとほぼ等しくなる。

従って、燃料カットの実行中においてＳＣＲ触媒４１よりも下流の排気通路２６内における酸素濃度ＡＮが大気中の酸素濃度ＡＴよりも低くなっていれば、ＳＣＲ触媒４１の劣化がそれほど進んでいないと考えることができ、この場合には排気浄化機構の異常診断を禁止することにより、上述した誤判定の発生を防ぐことができる。

そこで、制御装置８０の診断禁止部８０Ｂは、上記技術思想に基づき、ＮＯｘの脱離が起きやすいときには異常診断の実行を禁止する。
図３に、診断禁止部８０Ｂによる異常診断の禁止処理について、その一連の処理手順を示す。なお、この禁止処理は所定周期毎に繰り返し実行される。

この処理では、まず、ＮＯｘセンサ１５０が活性化しているか否かが判定される（Ｓ１００）。そして、ＮＯｘセンサ１５０が活性化していないときには（Ｓ１００：ＮＯ）、ＮＯｘセンサ１５０の検出信号を利用した上記異常診断は実行されないため、本処理による異常診断の禁止処理も行う必要がない。そのため、ステップＳ１００にて否定判定されるときには、異常診断の実行を禁止することなく、本処理は一旦終了される。

一方、ＮＯｘセンサ１５０が活性化しているときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、現在燃料カットが実行されているか否かが判定される（Ｓ１１０）。そして、燃料カットが実行されていないときには（Ｓ１１０：ＮＯ）、酸素濃度ＡＮによるＳＣＲ触媒４１の劣化判定が行えないため、本処理は一旦終了される。

一方、燃料カットが実行されているときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、現在のＳＣＲ触媒４１の温度である床温ＴＨＳ及び排気流量ＥＡを読み込み、その読み込んだ床温ＴＨＳが判定値α以上であり、且つ読み込んだ排気流量ＥＡが判定値β以上であるか否かが判定される（Ｓ１２０）。排気流量ＥＡは、吸入空気量ＧＡ及び機関回転速度ＮＥなどに基づき別の処理にて算出される値である。床温ＴＨＳは、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気の温度である上記第３排気温度ＴＨ３や排気流量ＥＡ等に基づき別の処理にて算出される値である。そして、判定値αとしては、床温ＴＨＳがこの判定値α以上に高くなっていることに基づき、ＳＣＲ触媒４１においてＮＯｘの脱離が起きることを的確に判定することができるように、その値の大きさは設定されている。また、判定値βとしては、排気流量ＥＡがこの判定値β以上に多くなっていることに基づき、ＳＣＲ触媒４１からはＮＯｘ浄化率ＣＦに悪影響を与える量のＮＯｘが脱離することを的確に判定することができるように、その値の大きさは設定されている。

ステップＳ１２０において、床温ＴＨＳが判定値α未満であると判定されるとき、または排気流量ＥＡが判定値β未満であると判定されるとき、または床温ＴＨＳが判定値α未満であって且つ排気流量ＥＡが判定値β未満であると判定されるときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、ＮＯｘの脱離が起きない、あるいは脱離が起きたとしてもＮＯｘの脱離量が比較的少なくＮＯｘ浄化率ＣＦにそれほど悪影響を与えないと考えられるため、異常診断の実行を禁止することなく、本処理は一旦終了される。

一方、ステップＳ１２０において、床温ＴＨＳが判定値α以上であって且つ排気流量ＥＡが判定値β以上であると判定されるときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、現在の酸素濃度ＡＮ、すなわち燃料カット実行中の酸素濃度ＡＮが読み込まれる（Ｓ１３０）。なお、このときに読み込む酸素濃度ＡＮは、燃料カットが開始されてから酸素濃度ＡＮの変化が安定した時点での値を読み込むことが好ましい。

次に、読み込んだ酸素濃度ＡＮが判定値ＡＮ１未満であるか否かが判定される（Ｓ１４０）。判定値ＡＮ１には、大気中の酸素濃度ＡＴ（標準的な大気中の酸素濃度）よりもやや低い値が設定されており、酸素濃度ＡＮが判定値ＡＮ１未満に低くなっていることに基づき、ＳＣＲ触媒４１の劣化状態はＮＯｘの脱離が未だ起きる程度に新しい状態であることを的確に判定することができるように、同判定値ＡＮ１の値の大きさは設定されている。なお、判定値ＡＮ１として、実際の大気中の酸素濃度や標準的な大気中の酸素濃度を設定してもよい。

そして、酸素濃度ＡＮが判定値ＡＮ１以上であるときには（Ｓ１４０：ＮＯ）、ＳＣＲ触媒４１の酸素吸蔵量が低下しており、ＳＣＲ触媒４１の劣化はある程度進んでいるため、ＮＯｘの脱離は起きないと考えることができるため、本処理による異常診断の禁止処理を行う必要はない。そのため、酸素濃度ＡＮが判定値ＡＮ１以上であるときには（Ｓ１４０：ＮＯ）、異常診断の実行を禁止することなく、本処理は一旦終了される。

一方、酸素濃度ＡＮが判定値ＡＮ１未満であるときには（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、ＳＣＲ触媒４１の酸素吸蔵量がまだ十分に確保されており、ＳＣＲ触媒４１の劣化はほとんど進んでいないと考えられることから、ＳＣＲ触媒４１においてＮＯｘの脱離が起きる可能性がある。そこで、酸素濃度ＡＮが判定値ＡＮ１未満であるときには（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、異常診断部８０Ａによる上記異常診断の実行を禁止して（Ｓ１５０）、本処理は一旦終了される。なお、ステップＳ１５０にて異常診断の実行が禁止されると、現在算出されているＮＯｘ浄化率ＣＦはリセットされる。

次に、このように構成される実施形態の作用、並びにその効果について説明する。
ＳＣＲ触媒４１よりも下流の排気通路２６における排気の酸素濃度ＡＮを検出するセンサ（ＮＯｘセンサ１５０）を設けている。そして、燃料カットが実行されているときに（図３のステップＳ１１０：ＹＥＳ）、そのセンサで検出された酸素濃度ＡＮが大気中の酸素濃度ＡＴよりも低い場合には（図３のステップＳ１４０：ＹＥＳ）、ＳＣＲ触媒４１の劣化があまり進んでおらず、排気浄化機構の異常診断を行うとＮＯｘの脱離に起因した誤判定が起きる可能性がある。そのため、そうした異常診断の実行を禁止するようにしている（図３のステップＳ１５０）。従って、排気浄化機構が異常ありと誤判定されることを抑えることができるようになる。

また、ＮＯｘの脱離は、ＳＣＲ触媒４１が高温状態のときに起こる。従って、ＳＣＲ触媒４１の劣化があまり進んでいない状態であっても、床温ＴＨＳが低ければ、ＮＯｘの脱離は起きにくいため、上述したような排気浄化機構に関する異常判定の誤りは起きにくい。

そこで、燃料カットの実行中においてＳＣＲ触媒４１よりも下流の排気通路２６内における酸素濃度ＡＮが大気中の酸素濃度よりも低くなっているという条件に加えて、ＳＣＲ触媒４１の温度である床温ＴＨＳが判定値α以上の高温状態になっているときに（図３のステップＳ１２０：ＹＥＳ）、上述した異常診断の実行を禁止している。従って、ＮＯｘの脱離が起き易いときには異常診断の実行が禁止されることにより、排気浄化機構が異常ありと誤判定されることを抑えることができる。一方、例えばエンジン１の運転状態が低負荷状態で排気温度が低く、ＳＣＲ触媒４１の床温ＴＨＳが上記判定値αに満たないときには（図３のステップＳ１２０：ＮＯ）、ＮＯｘの脱離が起きにくいため、上述した異常診断の実行が禁止されない。そのため、ＳＣＲ触媒４１の劣化があまり進んでいない状態であったとしても、ＳＣＲ触媒４１の温度が低く、ＮＯｘの脱離が起きにくい状態のときには、排気浄化機構の異常診断が実行される。従って、ＳＣＲ触媒４１の劣化が進むまで排気浄化機構の異常診断が実行されない状態になることを回避することができ、排気浄化機構の異常診断の実行機会を増やすことができる。

また、ＳＣＲ触媒４１から脱離するＮＯｘの量は、排気流量に応じて増減する。従って、ＳＣＲ触媒４１からＮＯｘが脱離したとしても、その脱離量がそれほど多くなければ、脱離したＮＯｘがＮＯｘ浄化率ＣＦに与える影響はそれほど大きくない。そこで、燃料カットの実行中においてＳＣＲ触媒４１よりも下流の排気通路２６内における酸素濃度ＡＮが大気中の酸素濃度よりも低くなっているという条件、及び床温ＴＨＳが判定値α以上の高温状態であるという条件に加えて、排気流量ＥＡが判定値β以上になっているときに（図３のステップＳ１２０：ＹＥＳ）、上述した異常診断の実行を禁止するようにしている。従って、ＮＯｘの脱離が起き易く、かつＮＯｘの脱離量がＮＯｘ浄化率ＣＦに悪影響を与える程度に多いときには、異常診断の実行が禁止されるため、排気浄化機構が異常ありと誤判定されることを適切に抑えることができる。一方、ＳＣＲ触媒４１の床温ＴＨＳが判定値α以上の高温状態になっているときでも、排気流量ＥＡが上記判定値βに満たないときには（図３のステップＳ１２０：ＮＯ）、上述した異常診断の実行が禁止されない。そのため、ＳＣＲ触媒４１の劣化があまり進んでいない状態、あるいはＳＣＲ触媒４１が高温化しておりＮＯｘの脱離が起きやすい状態のときでも、ＮＯｘの脱離量がそれほど多くはなく、ＮＯｘ浄化率ＣＦに悪影響を与えない場合には、排気浄化機構の異常診断が実行される。従って、これによっても排気浄化機構の異常診断の実行機会を増やすことができる。

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。
・図２に示したステップＳ１２０の処理を省略して、ステップＳ１１０で肯定判定されるときには、次にステップＳ１３０の処理を実行するようにしてもよい。この場合でも、少なくともＳＣＲ触媒４１の劣化があまり進んでおらずＮＯｘの脱離が起きやすいときには、排気浄化機構の異常診断が禁止されるため、排気浄化機構が異常ありと誤判定されることを抑えることができる。

・図２に示したステップＳ１２０の処理において、排気流量ＥＡ及び判定値βの比較処理を省略してもよい。
・図２に示したステップＳ１２０の処理において、床温ＴＨＳ及び判定値αの比較処理を省略してもよい。

・ＮＯｘセンサ１５０にて、ＳＣＲ触媒４１よりも下流の排気通路２６における排気の酸素濃度ＡＮ（ＳＣＲ触媒４１を通過した排気の酸素濃度ＡＮ）を検出するようにしたが、そうした部位の酸素濃度ＡＮを検出する空燃比センサを別途設けてもよい。

・機関運転状態から第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を推定するようにしたが、センサを使って第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を検出す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。
・排気に添加する還元剤として尿素水を使用するようにしたが、アンモニア成分を含むの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 (1)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、前記選択還元型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、を備える排気浄化機構に適用されて、前記選択還元型触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と前記選択還元型触媒を通過した排気のＮＯｘ濃度とに基づいてＮＯｘ浄化率を算出するとともに前記ＮＯｘ浄化率が予め設定された異常判定値以下のときには前記排気浄化機構に異常ありと判定する異常診断を行う異常診断部を有する異常診断装置であって、
   前記選択還元型触媒よりも下流の排気通路に設けられて排気の酸素濃度を検出するセンサと、
   前記内燃機関において燃料カットが実行されているときに前記センサで検出された前記酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも低い場合には、前記異常診断の実行を禁止する診断禁止部と、を備える
   排気浄化機構の異常診断装置。

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