JP3800016B2

JP3800016B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3800016B2
Application number: JP2001039114A
Authority: JP
Inventors: 富久小田; 久大木; 忍石山; 尚史曲田; 正明小林; 大介柴田; 秋彦根上; 泰生原田; 康彦大坪; 太郎青山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: JP2002242663A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、より詳細には、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を効果的に浄化せしめる排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関や希薄燃焼式ガソリン機関のように酸素過剰状態の混合気を燃焼させて機関運転がなされる内燃機関では、その機関燃焼に伴い窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む排気が排出される。このため内燃機関の排気系には、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化せしめる排気浄化装置が取り付けられている。
【０００３】
この種の排気浄化装置は、選択還元型ＮＯｘ触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に代表されるように、還元剤の存在下において排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ触媒などにて構成され、このＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が低くなる所謂リッチ空燃比になると、その排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）は無害な窒素（Ｎ₂）に還元・浄化される。
【０００４】
ところで、ディーゼル機関や希薄燃焼式ガソリン機関は、上記の如く酸素過剰状態の混合気を燃焼させて機関運転がなされている。このため機関燃焼に伴い排出される排気の空燃比は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化作用を促すまでに低下することはほとんどない。このためＮＯｘ触媒にて窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化させるにあたっては、ＮＯｘ触媒に流入する排気中に還元剤を供給して、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比とする必要がある。
【０００５】
そこで従来では、特許第２８４５０５６号公報に開示されるように、排気系に還元剤添加装置を設け、この還元剤添加添加装置から還元剤たる機関燃料を排気中に適量供給することにより、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比としている。より詳しくは、ＮＯｘ触媒上流の排気通路に燃料供給系と通じた還元剤添加弁を設け、この還元剤添加弁から適切量の燃料噴射を行いＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を低下せしめている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、還元剤添加弁の異常などによって還元剤添加弁から添加される還元剤の添加量が不足すると、ＮＯｘ触媒における窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化作用が緩慢になる。このため、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を効率良く浄化する上で、還元剤添加弁の異常を速やかに検出することは重要な課題となる。また、還元剤添加弁の異常発生時においても、適切量の還元剤が引き続き添加されるように所謂フェイルセーフ機能を持たせることも必要である。
【０００７】
本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、還元剤添加弁の異常を速やかに検出でき、また、異常発生時においても、引き続き適切量の還元剤を供給できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した技術的課題を解決するため、本発明では以下の手段を採用した。
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存在下で排気中の有害ガス成分を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒より上流に還元剤を添加する還元剤添加弁と、
前記還元剤添加弁に供給すべき還元剤を吐出する還元剤吐出手段と、
前記還元剤吐出手段から吐出された還元剤を前記還元剤添加弁に導く還元剤供給路と、
前記還元剤吐出手段から吐出される還元剤の流れを遮断して、前記還元剤供給路内への還元剤の流入を禁止する流路遮断部と、
前記流路遮断部から前記還元剤添加弁に至る還元剤供給路に設けられ、この還元剤供給路内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記流路遮断部の作動期間中に前記還元剤添加弁を所定時間開弁させ、その開弁に伴う前記還元剤供給路内の圧力降下量が目標圧力降下量より小さくなったことを受け、前記還元剤添加弁の異常と判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
このように構成された本発明の排気浄化装置では、還元剤吐出手段から吐出された還元剤が還元剤供給路を介して還元剤添加弁に供給される。還元剤添加弁に供給された還元剤は、還元剤添加弁の開弁に伴い排気浄化触媒上流に添加される。還元剤添加弁から添加された還元剤は、内燃機関から排出される排気と共に排気浄化触媒に流入する。その結果、排気浄化触媒に還元剤が供給されることとなり、以て排気中に含まれる有害ガス成分の浄化がなされる。
【００１０】
また、流路遮断部にて、還元剤供給路内への還元剤の流入を禁止した後、還元剤添加弁を所定時間開弁すると、その開弁に伴い添加された還元剤の添加量が、圧力検出手段にて検出される圧力降下量に基づき把握される。この圧力検出手段にて検出される圧力降下量は、還元剤添加弁から添加される還元剤の添加量に相当するため、異常判定手段では、その圧力降下量が目標圧力降下量より小さくなったことを受け、添加量不足と判断し、還元剤添加弁を異常と見なす。なお、ここで目標圧力降下量とは、任意に設定可能な値である。
【００１１】
また、上記した排気浄化装置に、前記圧力検出手段にて検出された圧力降下量に基づき還元剤の添加不足量を算出する添加不足量算出手段を設け、
前記還元剤添加弁が異常と判定された後に実施される還元剤の添加では、前記還元剤添加弁から添加される還元剤の添加量に、前記添加不足量算出手段にて算出した添加不足量を加えて還元剤の添加を実施してもよい。
【００１２】
即ち、還元剤添加弁の異常時には、還元剤の添加量が不足する。また、添加量不足に起因して還元剤供給路内の圧力降下量は自ずと小さくなる。従って、添加不足量算出手段では、圧力検出手段にて検出された圧力降下量に基づき還元剤の添加不足量を算出できる。また、還元剤添加弁が異常と判定された後に実施される還元剤の添加では、その添加不足量算出手段にて算出した添加不足量を加えて還元剤の添加を実施すると、還元剤添加弁の異常時においても、適切量の還元剤を添加できる。
【００１３】
また、上記した技術的課題を解決するため、本発明では以下の手段を採用してもよい。すなわち、本発明の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存在下で排気中の有害ガス成分を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒より上流に還元剤を添加する還元剤添加弁と、
前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記還元剤添加弁の開弁後、前記空燃比検出手段にて検出される空燃比が所定空燃比に達するまでに要した所要時間を計測する所要時間計測手段と、
前記所要時間が、予め定められた所定時間より長くなったことを受け、前記還元剤添加弁の異常と判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
このように構成した本発明の排気浄化装置では、上記の排気浄化装置と同様にして排気浄化触媒に流入する排気中に還元剤を添加し、有害ガス成分を浄化する。また、還元剤添加弁の異常を検出するにあたっては、まず、空燃比検出手段にて排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を検出しながら還元剤添加弁を開弁し、排気浄化触媒に流入する排気中に還元剤を添加する。次いで、所要時間計測手段にて、還元剤添加弁の開弁時以降、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比が所定空燃比に達するまでに要する所要時間、すなわち、空燃比検出手段にて検出される空燃比が所定空燃比に達するまでに要する時間を計測する。この所要時間計測手段にて計測される所要時間は、還元剤添加弁から添加される還元剤の添加量が不足するにつれて長くなる。よって、異常判定手段では、所要時間計測手段にて計測された所要時間が所定時間より長くなったことを受け、添加量不足と判断し、還元剤添加弁の異常と見なす。
【００１５】
また、上記した技術的課題を解決するため、本発明では以下の手段を採用してもよい。すなわち、本発明の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存在下で排気中の有害ガス成分を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒より上流に、予め定められた所定量の還元剤を複数回に分けて添加する還元剤添加弁と、
前記還元剤添加弁の作動時に、各回の添加動作に対応して低下する空燃比を各添加動作毎に検出する空燃比検出手段と、
前記各添加動作に対応して検出された空燃比を所定空燃比と比較して、前記還元剤添加弁の異常を判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
このように構成された本発明の排気浄化装置では、排気浄化触媒に対する還元剤の添加時に、予め定められた所定量の還元剤を複数回に分けて添加する。添加された還元剤は、上記した排気浄化触媒と同様にして排気浄化触媒に流入し、排気浄化触媒の浄化作用を促す。また、還元剤添加弁の異常を検出するにあたっては、まず、各添加動作に対応して低下する空燃比を空燃比検出手段にて検出する。検出された空燃比は、各添加動作毎に添加された還元剤の添加量に相当するため、異常判定手段では、この空燃比検出手段にて検出された各添加動作毎の空燃比を所定空燃比と比較することにより還元剤添加弁の異常判定を行える。なお、所定空燃比とは、還元剤添加弁の異常判定基準となる空燃比であり、例えば、予め定められた空燃比であってもよく、また、還元剤の一添加期間中に他の添加動作に対応して検出された空燃比であってもよく、その値は、任意の設定可能である。
【００１７】
また、上記した排気浄化装置の異常判定手段に関し、本発明では、各添加動作に対応して検出された空燃比のうち、第１の添加動作に対応して検出された空燃比が、この第１の添加動作に続く第２の添加動作に対応して検出された空燃比よりも高いとき、前記還元剤添加弁の異常と判定してもよい。
【００１８】
即ち、正常な還元剤添加弁は、各添加動作に対応して検出される空燃比が略一定の値となる。したがって、異常判定手段では、各添加動作に対応して検出された空燃比のうち、第１の添加動作に対応して検出された空燃比が、この第１の添加動作に続く第２の添加動作に対応して検出された空燃比よりも高くなったことを受け、前記還元剤添加弁の異常と見なすことができる。
【００１９】
さらに、上記した排気浄化装置の異常判定手段に関し、本発明では、各添加動作に対応して検出された空燃比のうち、第１の添加動作に対応して検出された空燃比と、この第１の添加動作に続く第２の添加動作に対応して検出された空燃比と、が互いに目標空燃比より高くなったことを受け、還元剤添加弁の異常と判定してもよい。
【００２０】
なお、目標空燃比とは、排気浄化触媒において、有害ガス成分を浄化させるのに必要とされる還元剤の添加量から求められる空燃比である。従って、異常判定手段では、各添加動作に対応して検出された空燃比のうち、少なくとも第１の添加動作に対応して検出された空燃比と、この第１の添加動作に続く第２の添加動作に対応して検出された空燃比と、が互いに目標空燃比より高くなったことを受け、還元剤の添加量不足と判断し、還元剤添加弁の異常と見なす。
【００２１】
また、上記した各排気浄化装置に関し、本発明では、前記還元剤添加弁が異常と判定された後に実施される還元剤の添加において、前記還元剤添加弁から添加される還元剤の添加量が、異常判定時前の添加量となるように、前記還元剤添加弁から添加される還元剤の添加量を増量補正する添加量補正手段を備えるようにしてもよい。
【００２２】
即ち、還元剤添加弁の異常時には、還元剤添加弁から添加される還元剤の添加量が不足する。このため添加量補正手段では、還元剤添加弁から添加される還元剤の添加量を増量補正して、還元剤添加弁の異常発生時以降においても、適切量の還元剤を添加できるようにする。
【００２３】
また、上記した各排気浄化装置に関し、本発明では、還元剤の添加期間中に、前記還元剤添加弁を複数回に亘り開弁させる開弁制御手段を備え、
前記添加量補正手段は、前記開弁制御手段による還元剤添加弁の開弁制御開始直後に、還元剤添加弁の開弁時間を長くして還元剤に添加量を増量するようにしてもよい。
【００２４】
還元剤添加弁から添加される還元剤の添加量は、還元剤添加弁の開弁時間が長くなるにつれて多くなる。よって、添加量補正手段では、開弁制御に補正を加え、開弁制御開始直後の開弁時間を長くすることにより、還元剤の添加量を増量する。
【００２５】
また、上記同様に還元剤の添加期間中に、前記還元剤添加弁を複数回に亘り開弁させる開弁制御手段を備え、
前記添加量補正手段は、前記開弁制御手段による還元剤添加弁の開弁制御期間中において、前記還元剤添加弁の開弁時間を各回通じて長くすると共に、その開弁期間中における還元剤添加弁の開弁回数を減らしてもよい。
【００２６】
この場合、添加量補正手段では、各回通じて開弁時間を長くすることにより、還元剤の添加期間全域に亘って還元剤の添加量を増やす。また、開弁時間の増加に伴い還元剤の添加開始から添加終了時に至るまでの時間も長くなる。よって、添加量補正手段では、還元剤添加期間中の開弁回数を減らし、不必要に還元剤の添加期間が延びることを抑制している。
【００２７】
このように本発明の排気浄化装置は、異常判定手段にて還元剤添加弁の異常を速やかに検出できる。また、添加量補正手段を備えるため、異常発生時においても、引き続き適切量の還元剤を排気浄化触媒に供給できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気浄化装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。尚、本実施の形態では車両用ディーゼルエンジンに本発明を適用した実施形態について説明するが、本発明は、勿論、希薄燃焼式ガソリンエンジンなどにおいても有用である。
【００２９】
＜ディーゼルエンジンの概要＞
図１に示されるように、本実施の形態に示すディーゼルエンジン１（以下、内燃機関１と称す）は、燃焼室を形成する４つの気筒２の他、燃料供給系、吸気系、制御系、排気系、などをその主要構成要素として備えている。
【００３０】
燃料供給系は、燃料噴射弁３、コモンレール（蓄圧室）４、燃料供給管５、燃料ポンプ６、などを備え、各気筒２に対して燃料供給を行っている。燃料噴射弁３は、各気筒２に対して夫々設けられる電磁駆動式の開閉弁である。各燃料噴射弁３は、燃料の分配管となるコモンレール４に接続されている。コモンレール４は、コモンレール４内の燃圧を検出するレール圧センサ４ａなどを備え、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６に連結されている。燃料ポンプ６は、所謂コモンレール・サプライポンプであり、内燃機関１の出力軸たるクランクシャフト１ａの回転を駆動源として回転駆動され、コモンレール４、及び後述の還元剤供給装置６０に対して燃料供給を行っている。
【００３１】
このように構成された燃料供給系では、まず、燃料タンク（図示略）内の燃料が、燃料ポンプ６によって汲み上げられる。汲み上げられた燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４に供給される。続いて、コモンレール４に供給された燃料は、コモンレール４内にて所定の燃圧まで高められ各燃料噴射弁３に分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電圧が印加され燃料噴射弁３が開弁するとコモンレール４内の燃料は、気筒２内との圧力差により燃料噴射弁３を介して気筒２内に噴射される。尚、コモンレール４内の燃圧は、レール圧センサ４ａを介して後述の電子制御ユニット３０により監視されている。
【００３２】
一方、吸気系は、吸気管９、吸気絞り弁１３、吸気枝管８、エアクリーナボックス１０、インタークーラ１６などを備え、各気筒２に対して空気（吸気）を供給する吸気通路を形成している。
【００３３】
吸気管９は、エアクリーナボックス１０を介して吸入される空気（吸気）を吸気枝管８に導く通路を形成する。吸気枝管８は、吸気管９を経て流入する空気を各気筒２に分配する通路を形成する。尚、エアクリーナボックス１０内には、図示されないエアフィルタが設けられている。また、吸気管９におけるエアクリーナボックス１０との連結部分近傍には、吸気管９に流入する空気の流量（吸気量）を測定するエアフロメータ１１、及び吸気される空気の温度を測定する吸気温センサ１２が設けられている。
【００３４】
また、吸気枝管８の直上流には、吸気の流量を調節せしめる吸気絞り弁１３が設けられている。吸気絞り弁１３は、ステッパモータなどにて構成されたアクチュエータ１４によって開閉される。また、吸気絞り弁１３の直下流には、吸気枝管８内の吸気温度を測定する吸気温センサ２４、及び吸気枝管８内の管内圧力を測定する過給圧センサ２３が設けられている。
【００３５】
また、エアクリーナボックス１０から吸気絞り弁１３に至る排気通路中には、吸気を圧縮するターボチャージャ１５のコンプレッサハウジング１５ａ、及びコンプレッサハウジング１５ａ内にて圧縮された吸気を冷却するインタークーラ１６が設けられている。
【００３６】
このように構成された吸気系では、まず、機関運転に伴う負圧の発生により各気筒２に供給されるべく空気がエアクリーナボックス１０に流入する。エアクリーナボックス１０内に流入した空気は、エアフィルタにて塵や埃が除去された後、吸気管９を経てターボチャージャ１５のコンプレッサハウジング１５ａに流入する。コンプレッサハウジング１５ａに流入した空気は、コンプレッサハウジング１５ａ内のコンプレッサホイール（図示略）にて圧縮された後、インタークーラ１６によってその圧縮に伴う熱が放熱される。そして、必要に応じて吸気絞り弁１３での流量調節を受けた後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した空気は、各枝管を介して各気筒２に分配され前記燃料噴射弁３から噴射（供給）された燃料と共に燃焼される。尚、各種センサの出力値は、後述の電子制御ユニット３０に入力されており、前記燃料噴射制御などにフィードバックされる。
【００３７】
制御系は、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（中央制御装置）３４、入力ポート３５、出力ポート３６等を備えたいわゆる電子制御ユニット３０（ＥＣＵ）に展開される制御プログラムである。
【００３８】
電子制御ユニット３０の入力ポート３５には、上記した各種センサの出力信号の他、アクセルペダル４０の踏込み量を検出する負荷センサ４１、クランクシャフト１ａの回転数を検知するクランク角センサ４２、車速を測定する車速センサ４３等が対応したＡ／Ｄ変換器３７を介して、又は直接入力されている。一方、出力ポート３６には、対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、吸気絞り弁駆動用のアクチュエータ１４、ＥＧＲ弁２６、燃料ポンプ６などが接続されている。
【００３９】
また、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２上には、各種予備実験に基づき作成された制御マップが各装置に対応して設けられている。ＣＰＵ３４は、入力ポート３５に入力された各種センサの出力信号を、ＲＯＭ３２上に展開された制御マップに照らし合わせその制御マップにおいて算出された値に基づく各種制御信号を出力ポート３６を介して各種装置に出力する。ＲＡＭ３３は、入力ポート３５に入力される各種センサの出力信号、及び出力ポート３６に出力された制御信号などを内燃機関の運転履歴として記録する。そして、ＣＰＵ３４からの要求を受けてそのＣＰＵ３４との間で各種信号すなわち運転履歴の入出力を行う。
【００４０】
このように構成された制御系では、現在の機関運転に要求される「目標要求トルク」をクランク角センサ４２および負荷センサ４１の出力信号等に基づき算出し、この目標要求トルクを得るべく燃料噴射弁３や燃料ポンプ６に出力される制御信号を適時更新して燃料供給系における燃料供給量の補正を行う。即ち、燃料噴射制御を実行する。また、制御系では、各種センサからの出力値に基づき、後述の還元剤供給装置６０の制御などをも同時に実行している。尚、還元剤供給装置６０の制御については後に詳述する。
【００４１】
排気系は、排気枝管１８、排気管１９、排気温度センサ７４、空燃比センサ７３を備え、機関燃焼に伴い各気筒２から排出される排気（既燃ガス）を機関１外部に排出させる排気通路を形成している。また、還元剤添加弁６１などにて構成された還元剤供給装置６０、排気浄化触媒の一種である吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２、ＥＧＲ通路（排気再循環通路）２５、空燃比センサ７３を備え、排気中に含まれる有害物質（有害ガス成分）を浄化せしめる排気浄化装置としての機能をも有する。なお、以下の説明では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２を単にＮＯｘ触媒５２と称することもある。
【００４２】
排気枝管１８は、各気筒２毎に設けられた排気ポート１８ａに接続すると共に各排気ポート１８ａから流出した排気を集合（合流）させてターボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂに導く通路を形成している。排気管１９は、タービンハウジング１５ｂから図示しない消音器までの通路を形成している。ＮＯｘ触媒５２は、タービンハウジング１５ｂから消音器にかけての排気通路中に配置され、還元剤の存在下で排気中の有害物質を浄化している。還元剤添加弁６１は、排気枝管１８の集合部分に設けられＮＯｘ触媒５２の浄化作用を促すべくＮＯｘ触媒５２に流入する排気中に還元剤の供給を行っている。排気温度センサ７４は、ＮＯｘ触媒５２下流の排気管１９に設けられＮＯｘ触媒５２を経て流出する排気の温度を電子制御ユニット３０に入力している。空燃比センサ７３は、ＮＯｘ触媒５２下流の排気管１９に設けられＮＯｘ触媒５２を経て流出する排気の空燃比を電子制御ユニット３０に入力している。ＥＧＲ通路２５は、ＥＧＲクーラ２７及びＥＧＲ弁２６を備え、排気枝管１８と吸気枝管８とを連通させる通路を形成している。
【００４３】
このように構成された排気系では、機関燃焼に伴う排気が排気ポート１８ａを経て排気枝管１８内に流入する。排気枝管１８に流入した排気は、排気枝管１８内にて集合した後、ターボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂに流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、タービンハウジング１５ｂ内に設けられたタービンホイール（図示略）を回転させる。その際、タービンホイールの回転は、前記コンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達されコンプレッサホイールを高速回転させる。その結果、各気筒２に供給される空気は、コンプレッサホイールにて圧縮され各気筒２に加圧供給されることになる。
【００４４】
一方、タービンハウジング１５ｂを経て流出した排気は、排気管１９を流下してＮＯｘ触媒５２に流入する。そして、ＮＯｘ触媒５２内にて有害成分を浄化された後、図示しない消音器を経て大気に放出される。尚、ＮＯｘ触媒５２における有害物質の浄化メカニズム、及び還元剤添加弁６１などにて構成された還元剤供給装置６０の説明は後に詳述する。
【００４５】
また、排気枝管１８内を流れる排気の一部は、ＥＧＲ弁２６の開弁時にＥＧＲ通路２５を経て吸気枝管８内に流入する。その際、ＥＧＲ通路２５内を流れる排気は、ＥＧＲクーラ２７内にて冷却されながら吸気枝管８へと流下する。そして、吸気枝管８内の新気（空気）と混ざり合いつつ各気筒２へ導かれ、燃料噴射弁３から噴射される燃料と共に燃焼されることとなる。
【００４６】
尚、排気中には、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ₂）などの不活性ガスが含まれている。このためＥＧＲ通路２５を経て供給される排気が、新気（空気）と共に各気筒２内に流入すると、機関燃焼時における混合気の燃焼温度が低下して窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が抑制される。即ち、本実施の形態に示す内燃機関１は、排気浄化装置の一つとして周知のＥＧＲ装置を備えている。
【００４７】
＜排気浄化装置の説明＞
続いて、ＮＯｘ触媒５２及び還元剤供給装置６０等にて構成される排気浄化装置について説明する。
排気浄化装置は、排気通路に設けられた還元剤添加弁６１及びその補機類にて構成される還元剤供給装置６０と、還元剤添加弁６１より下流の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２と、還元剤供給装置６０の制御系を形成する前記電子制御ユニット３０等を備えている。
【００４８】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２は、先の従来技術においても説明したように排気浄化触媒の一種であり、流入排気の空燃比が高いとき、すなわち排気中に多量の酸素（Ｏ₂）が存在しているリーン空燃比において排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し、流入排気の空燃比が低いとき、すなわち排気中の酸素濃度が低いリッチ空燃比において、その吸収していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）や一酸化窒素（ＮＯ）に還元して放出する性質を備えている。いわゆるＮＯｘの吸放出作用を備えている。
【００４９】
また、その組成は、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を担体として、この担体上にカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、若しくはバリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類、又はランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）等の希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金（Ｐｔ）のような貴金属とを担持させてなる。
【００５０】
なお、ＮＯｘの吸放出作用は、流入排気の空燃比が理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１３〜１４）以上の領域においても生ずる作用であり、以下の説明において流入排気の空燃比が低いとは、必ずしも理論空燃比より低い空燃比を意図するものではない。
【００５１】
また、ＮＯｘの吸放出作用は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化を促す主たる作用であり、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２においては、このＮＯｘの吸放出作用が生じることによって窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化がなされるといってもよい。尚、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２における窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化メカニズムについては、未だ明らかになっていない所もあるが、概ね以下の原理にて窒素酸化物（ＮＯｘ）が浄化なされているものと考えられている。
【００５２】
以下、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化メカニズムについてＮＯｘの吸放出作用を踏まえながら説明する。尚、図２に示される浄化メカニズムは、担体上に白金（Ｐｔ）及びバリウム（Ｂａ）を担持させた場合を例に説明しているが、他の貴金属、及びアルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様の浄化メカニズムとなることが知られている。
【００５３】
＜ＮＯｘの吸放出作用に関する説明＞
まず、図２（Ａ）に示されるように流入排気の空燃比が高いときすなわち酸素過剰雰囲気下では、流入排気中に存在する多量の酸素（Ｏ₂）がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で白金（Ｐｔ）上に付着する。また、流入排気中に含まれる窒素酸化物（例えばＮＯ）は、白金（Ｐｔ）上でＯ₂ ^-又はＯ^2-と反応し二酸化窒素（ＮＯ₂）となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。
【００５４】
次いで、白金（Ｐｔ）上で生成されたこの二酸化窒素（ＮＯ₂）の一部は、白金（Ｐｔ）上でさらに酸化され、同担体上に担持されたバリウム（Ｂａ）と結合しながらＮＯｘ触媒５２内に吸収される。より詳しくは流入排気中の酸素（Ｏ₂）によって酸化された酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながら硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）の形でＮＯｘ触媒５２内に拡散・吸収される。尚、上記したＮＯｘの吸収作用は、流入排気の空燃比が高く且つ窒素酸化物（ＮＯｘ）と結合し得る酸化バリウム（ＢａＯ）が担体上に存在する限り継続される。
【００５５】
これに対し流入排気の空燃比が低いときすなわち排気中の酸素濃度が低いリッチ空燃比では、白金（Ｐｔ）上にて生成される二酸化窒素（ＮＯ₂）の生成量が減少する。またこの時、ＮＯｘ触媒５２内では、逆方向に反応が進みＮＯｘ触媒５２内に拡散していた硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）は二酸化窒素（ＮＯ₂）に変化する（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）。そして、ついには二酸化窒素（ＮＯ₂）若しくは一酸化窒素（ＮＯ）の形でＮＯｘ触媒５２から排気中に放出される。即ち、流入排気の空燃比が低いときＮＯｘの放出作用が生じる。
【００５６】
このように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２では、流入排気の空燃比を低下せしめることによりＮＯｘの放出作用を促すことができる。また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２は、上記したＮＯｘの吸放出作用に加えて排気中の炭化水素（ＨＣ）、及び一酸化炭素（ＣＯ）をも同時に浄化し得る機能を備えている。この炭化水素（ＨＣ）、及び一酸化炭素（ＣＯ）の浄化メカニズムに関しては、以下に示す通りである。
【００５７】
流入排気の空燃比が低いとき、流入排気中には還元剤たる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が多く含まれている。これら還元成分は、白金（Ｐｔ）上のＯ₂ ^-又はＯ^2-と部分的に反応して活性種を形成する。このためＮＯｘ触媒５２から放出された二酸化窒素（ＮＯ₂）及び一酸化窒素（ＮＯ）は、この活性種によって還元せしめられ無害な窒素（Ｎ₂）となり排気中に拡散される。
【００５８】
このように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２では、流入排気の空燃比を適宜調節することによって排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）のみならず、炭化水素（ＨＣ）、及び一酸化炭素（ＣＯ）などの未燃物質（有害物質）をも共に浄化することができる。
【００５９】
ところで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、排気中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）をも、上記した窒素酸化物（ＮＯｘ）と略同様のメカニズムにて吸収してしまう。尚、排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、燃料中に含まれる硫黄分が各気筒２にて燃焼されることにより生成され、以下に示す吸収メカニズムによって吸収されるものと考えられている。
【００６０】
＜ＳＯｘの吸収メカニズムに関する説明＞
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２における硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収メカニズムについて説明すると、流入排気の空燃比が高いとき、担体上に担持されている白金（Ｐｔ）上には、流入排気中の酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で付着している。このため流入排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様にして白金（Ｐｔ）上で酸化されＳＯ_3-やＳＯ_4-となる。
【００６１】
次いで、この生成されたＳＯ_3-やＳＯ_4-は、白金（Ｐｔ）上でさらに酸化され硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）となり、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながらＮＯｘ触媒５２に吸収される。また、吸収された硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）は時間の経過と共にバリウムイオン（Ｂａ²⁺）と結合して化学的に安定した硫酸塩（ＢａＳＯ₄）となる。
【００６２】
このように排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）も、上記した窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様にして流入排気の空燃比が高いときＮＯｘ触媒５２内に吸収される。しかしながら、硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収に伴い生成される硫酸塩（ＢａＳＯ₄）は粗大化し易く、また化学的に安定していて分解し難い物質である。このため窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様にして流入排気の空燃比を低下せしめたとしても、一旦ＮＯｘ触媒５２内に吸収された硫黄酸化物（ＳＯｘ）は容易に放出されることなく、ＮＯｘ触媒５２内に硫酸塩（ＢａＳＯ₄）として蓄積される。
【００６３】
従って、ＮＯｘ触媒５２における硫酸塩（ＢａＳＯ₄）の蓄積量が過多になると窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸放出作用に寄与できる酸化バリウム（ＢａＯ）の量も自ずと減り、ＮＯｘ触媒５２本来の機能を低下させることにつながる。いわゆる「ＳＯｘ被毒」を生じさせる。
【００６４】
そこで本実施の形態では、以下に示す手順に従いこのＳＯｘ被毒を回復している。まず、ＮＯｘ触媒５２をおおよそ５００℃〜７００℃の高温に昇温せしめ、ＮＯｘ触媒５２に蓄積される硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）をＳＯ_3-及びＳＯ_4-に熱分解する。次いで、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の空燃比を比較的長い時間に亘り低下せしめ、硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）の熱分解により生成されたＳＯ_3-やＳＯ_4-を、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ₂−に還元する。そして、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気と共にその気体状のＳＯ₂−を放出させる。所謂「ＳＯｘ被毒回復制御」を実施して硫黄酸化物（ＳＯｘ）の放出を行っている。
【００６５】
なお、ＮＯｘ触媒５２を昇温させるに際しては、例えば、電気ヒータ及び燃焼式ヒータによる外的熱エネルギーを与えて昇温させてもよいが、本実施の形態に示す内燃機関では、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気中に燃料の供給を行い、その燃料をＮＯｘ触媒５２内にて燃焼（酸化）させることによりＮＯｘ触媒５２を昇温させている。即ち、燃料の酸化に伴う反応熱（内的熱エネルギー）を利用してＮＯｘ触媒５２を昇温させている。尚、ＮＯｘ触媒５２の下流に排気絞り弁を装備した排気系においては、その排気絞り弁を絞ってＮＯｘ触媒５２を昇温させてもよい。
【００６６】
このように本実施の形態に示す排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒５２を高温域に昇温させた後、上記したＮＯｘの放出作用と同様にして流入排気の空燃比を低下させることにより、ＳＯｘ被毒の回復を行っている。
【００６７】
ところが、本実施の形態に示すディーゼル機関など、いわゆる希薄燃焼式内燃機関においては、通常、酸素過剰状態の混合気を燃焼させて機関運転がなされている。このため通常運転時には、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気中に多量の酸素が存在することとなり、その空燃比はＮＯｘの放出作用、及びＳＯｘの放出作用（ＳＯｘ被毒の回復）を促すまでに低下することはほとんどない。
【００６８】
そこで本実施の形態に示す排気浄化装置では、ＮＯｘの放出作用、及びＳＯｘの放出作用を促すべくＮＯｘ触媒５２に流入する排気中に適宜のタイミングで還元剤を供給してリッチ空燃比とする還元剤供給装置６０を備えている。
【００６９】
＜還元剤供給装置の説明＞
還元剤供給装置６０は、還元剤添加弁６１、還元剤供給路６２、緊急遮断弁６６、燃圧センサ６３などを備え、電子制御ユニット３０に準備された還元剤供給プログラムに基づいて制御されている。より詳しくは、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の空燃比が、所望の目標空燃比となるように還元剤たる燃料（軽油）をＮＯｘ触媒５２上流の排気通路に対して供給している。なお、目標空燃比とは、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化すべきときと、ＳＯｘ被毒を回復すべきときとで異なる値である。
【００７０】
還元剤添加弁６１は、上記の如く排気枝管１８の集合部分に設けられており、還元剤供給プログラムのもと所定電圧が印加されたときに開弁する電磁駆動式の開閉弁である。なお、還元剤添加弁６１の周囲には、機関冷却水の通路（図示略）が形成されており、還元剤添加弁６１はこの通路内を流れる機関冷却水によって冷却される構造となっている。
【００７１】
還元剤供給路６２は、燃料ポンプ６から所定圧力にて吐出される燃料の一部を還元剤添加弁６１に導く通路を形成している。緊急遮断弁６６は、還元剤供給路６２の上流に設けられ、還元剤供給路６２内の圧力に異常が生じたとき、又は後述の異常判定制御実行中に遮断され、還元剤添加弁６１への燃料供給を禁止する。燃圧センサ６３は、緊急遮断弁６６から還元剤添加弁６１に至る経路中に設けられ、還元剤供給路６２内の燃圧を検出している。即ち、本実施の形態では、緊急遮断弁６６が流路遮断部に相当し、燃圧センサ６３が圧力検出手段に相当する。また、燃料ポンプ６が還元剤吐出手段に相当する。
【００７２】
このように構成された還元剤供給装置６０では、燃料ポンプ６から吐出された燃料が、緊急遮断弁６６及び還元剤供給弁６１を経て還元剤添加弁６１に導かれる。そして、還元剤供給プログラムのもと還元剤添加弁６１に所定電圧が印加されるとその還元剤添加弁６１が開弁し、還元剤たる機関燃料の添加（噴射）が排気枝管１８内になされる。また、排気枝管１８内に添加された燃料（還元剤）は、タービンハウジング１５ｂ内にて排気と攪拌され、排気管１９を経てＮＯｘ触媒５２に流入する。
【００７３】
このように本実施の形態に示す排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気中に還元剤たる燃料を供給することによって、流入排気の空燃比を一時的に低下せしめＮＯｘの放出作用、及びＳＯｘの放出作用を促すようにしている。
【００７４】
なお、還元剤供給装置６０による還元剤の添加は、電子制御ユニット３０に準備された還元剤供給プログラムにおいて、その各々に対応した還元剤供給実行条件が成立したときになされるものである。即ち、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させる必要が生じたとき、及び、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を放出させる必要が生じたとき、その各々に対応した適切量の還元剤が還元剤供給プログラムのもと適宜のタイミングにてＮＯｘ触媒５２に供給されることとなる。
【００７５】
なお、窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させるべきときの条件としては、ＮＯｘ触媒５２に吸収された窒素酸化物（ＮＯｘ）が所定量に達している。ＮＯｘ触媒５２の温度が所定温度（活性化温度）に達している。ＳＯx被毒を回復させる還元剤の供給が否実行条件にある。ＮＯｘ触媒５２を昇温させる昇温制御が実施されていないなどの条件を例示できる。またなお、本実施の形態の形態では、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握するにあたって、例えば、前回実施した還元剤の添加からの経過時間、車両走行距離数及び車両走行時間の積算値などの運転履歴に基づいて窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を推定するようにしている。
【００７６】
一方、ＳＯｘ被毒を回復すべきときの条件としては、ＮＯｘ触媒５２に吸収された硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量が所定量に達している。ＮＯｘ触媒５２の触媒温度が硫黄酸化物（ＳＯｘ）を熱分解し得る高温域に達している。排気の温度が所定の上限値以下である。ＮＯｘの放出作用を促す還元剤の供給が否実行状態にある、などの各種条件を例示できる。なお、硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸収量を把握するにあたっては、上記、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸収量を把握する方法と同様にして、運転履歴からその吸収量を推定するようにしている。
【００７７】
また、この時、電子制御ユニット３０では、還元剤の添加期間中に前記還元剤添加弁６１を複数回に亘り開弁させる開弁制御、所謂マルチ噴射制御を実施する。マルチ噴射制御は、還元剤の添加開始から終了に至るまで、一定の割合で、予め定めらた所定量の還剤剤を複数回に分けて添加するための制御であり、電子制御ユニット３０では、還元剤の添加期間中、還元剤添加弁６１に印加する駆動電圧を断続的に遮断してマルチ噴射を実現する。
【００７８】
なお、予め定められた所定量とはＮＯｘを放出させるときと、ＳＯｘ被毒を回復させるときとで異なる値である。即ち、ＮＯｘを放出させるとき、及びＳＯｘ被毒を回復させるときに算出される基本添加量に相当する。
【００７９】
ところで、還元剤添加弁６１の噴孔は、その機能上排気通路（排気枝管１８）に露出して取り付けられている。このため噴孔周辺は常に高温の排気に晒されることとなり、噴孔周辺には、還元剤の噴射によって生成される酸化物が徐々に堆積される。すなわち、噴孔に詰まりが生じ、その結果、所望の添加量が得られなくなる。
【００８０】
そこで本実施の形態に示す排気浄化装置では、この詰まりに伴う還元剤添加弁６１の流量変化などを検出すべく還元剤添加弁６１の異常判定制御を実施している。また、異常判定制御の実施により還元剤添加弁６１が異常と判定された後の還元剤の添加において、異常判定時前の添加量、即ち、基本添加量に見合う還元剤が引き続きＮＯｘ触媒５２に供給されるように添加量補正制御を実施している
【００８１】
以下、異常判定制御、及び添加量補正制御に関し、図３〜図６を参照して詳細に説明する。尚、図３は異常判定制御時に処理される「異常判定処理ルーチン」を示すフローチャートであり、本処理ルーチンは、機関稼働中に定期的に処理される処理ルーチンである。また、図６は添加量補正制御時に処理される「添加量補正処理ルーチン」を示すフローチャートであり、異常判定制御にて還元剤添加弁６１が異常と判定されたときに処理される処理ルーチンである。
【００８２】
＜異常判定制御に関する説明＞
初めに異常判定制御について説明を行う。
まず、電子制御ユニット３０では、機関運転開始時からの運転履歴を収集すべく各種センサの出力信号をＲＡＭ３３上に記憶する（ステップ１０１）。ここで運転履歴としては、例えば、前回実施した還元剤の添加からの経過時間、車両走行距離数及び車両走行時間の積算値、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の温度など、を例示できる。
【００８３】
続くステップ１０２では、前記ステップ１０１にて収集された運転履歴をＣＰＵ３４に読み出し、還元剤添加弁６１の異常判定実行条件が成立しているか否かを判別する（ステップ１０２）。
【００８４】
なお、異常判定実行条件としては、例えば、ＮＯｘの放出作用を促す還元剤の添加が否実行条件にある。ＳＯｘ被毒を回復させる還元剤の添加が否実行条件にある。前回実施した還元剤の添加から所定時間経過している。車両走行距離数が予め定められた走行距離数に達している。車両走行時間が予め定められた走行距離数に達している。ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の温度が所定温度に達している、などの各種条件を例示できる。
【００８５】
そして、各種条件が満たされたとき、電子制御ユニット３０では、還元剤添加弁６１の異常を検出すべくステップ１０３に移行する。また、各種条件が満たされないときには本処理ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８６】
続く、ステップ１０３では、還元剤添加弁６１の異常を検出するにあたって、まず、緊急遮断弁６６を閉弁し、還元剤供給路６２内への還元剤の流入を禁止する。即ち、緊急遮断弁６６を閉弁することにより、緊急遮断弁６６から還元剤添加弁６１に至る経路を閉空間とする。
【００８７】
続いて、電子制御ユニット３０では、還元剤添加弁６１を所定時間開弁させ、還元剤の添加を実施する（ステップ１０４）。なお、本実施の形態では、この開弁時間をマルチ噴射制御期間中の一添加動作（開弁動作）に相当する時間としている。また、電子制御ユニット３０では、還元剤の添加に伴い降下する還元剤供給路６２内の圧力降下量ΔＰを、燃圧センサ６３の出力変化に基づき算出する（ステップ１０５）。即ち、電子制御ユニット３０では、ステップ１０３からステップ１０５に至る過程において、還元剤添加弁６１の異常判定要素となる還元剤の消費量を燃圧センサ６３の出力変化に基づき把握する。
【００８８】
なお、圧力降下量ΔＰを算出するにあたっては、還元剤添加弁６１の開弁前に出力された値（燃圧）から、還元剤添加弁６１の開弁後に出力された値（燃圧）を差し引いて、圧力降下量ΔＰを算出する。
【００８９】
続くステップ１０６では、前記ステップ１０５にて算出された圧力降下量ΔＰに基づき、還元剤添加弁６１の詰まり具合を判定する。即ち、電子制御ユニット３０では、算出された圧力降下量ΔＰが目標圧力降下量ΔＰｂ（所定量）より小さいか否かを判定して、還元剤添加弁６１の異常を判定する。
【００９０】
なお、目標圧力降下量ΔＰｂとは、正常な還元剤添加弁６１を同条件にて開弁させたときに算出される圧力降下量に相当し、ステップ１０３からステップ１０５に至る過程で算出された圧力降下量ΔＰが、この目標圧力降下量ΔＰｂより小さくなると、還元剤添加弁６１に異常が生じたといえる。
【００９１】
なお、本実施の形態では、目標圧力降下量ΔＰｂを予備実験において求めており、その値は、予めＲＯＭ３２に記録させている。従って、ステップ１０６では、このＲＯＭ３２に記録された目標圧力降下量ΔＰｂと、実際に検出された圧力降下量ΔＰとをＣＰＵ３４にて比較することにより還元剤添加弁６１の異常を判定できる。
【００９２】
そして、電子制御ユニット３０では、算出された圧力降下量ΔＰが基本圧力降下量ΔＰｂより小さくなったことを受け、還元剤添加弁６１の異常と見なす（ステップ１０７）。また、圧力降下量ΔＰが基本圧力降下量ΔＰｂと略同等の値を示す時には、還元剤添加弁６１が正常であると見なし（ステップ１０８）、緊急遮断弁６６を開弁して（ステップ１０９）、本処理ルーチンを終了する。
【００９３】
このように本実施の形態では、緊急遮断弁６６の作動期間中に還元剤添加弁６１を所定時間開弁させ、その開弁に伴う圧力降下量ΔＰが目標圧力降下量ΔＰｂより小さくなったことを受け、還元剤添加弁６１の異常と見なす。即ち、本発明に係る異常判定手段は、上記した異常判定制御にて実現される。
【００９４】
なお、上記の「異常判定処理ルーチン」は、あくまでも一実施例にすぎず、その詳細は任意に変更可能である。例えば、上記した異常判定処理ルーチンでは、算出した圧力降下量ΔＰと、目標圧力降下量ΔＰｂとを比較して還元剤添加弁６１の異常を判定しているが、圧力降下量ΔＰを算出せずに、燃圧センサ６３の出力値を直に反映させて異常判定を行っても良い。
【００９５】
より詳しく説明すると、緊急遮断弁閉弁時における還元剤供給路６２内の圧力は既定値であり、ステップ１０３からステップ１０５算出される圧力降下量ΔＰは、還元剤添加弁６１の閉弁時に検出された圧力によって自ずと定められる。一方、目標圧力降下量ΔＰｂも既定値であり、目標圧力降下量ΔＰｂに対応した還元剤供給路６２内の圧力も自ずと定められる。従って、還元剤添加弁６１の閉弁時に出力される圧力と、目標圧力降下量ΔＰｂに基づき定められる圧力とを比較することにより、還元剤添加弁６１の異常を判定できる。即ち、還元剤添加弁６１閉弁時に検出された圧力が、目標圧力降下量ΔＰｂにて定められる圧力より大きいとき、還元剤添加弁６１の異常と見なせる。
【００９６】
このように本発明で圧力降下量ΔＰとは、圧力の変化量そのものを意味するにとどまらず、圧力降下に伴い出力される数値の変化をも含む概念で定義される。
【００９７】
また、上記した処理ルーチンでは、圧力降下量ΔＰに基づき、還元剤添加弁６１の詰まりを判定しているが、還元剤添加弁６１の故障、即ち、還元剤添加弁６１の作動不良をも同様にして検出できる。なお、還元剤添加弁６１が作動不良となった場合、圧力降下量ΔＰは０（ゼロ）に近づく、よって、電子制御ユニット３０では、圧力降下量ΔＰが０（ゼロ）近傍の値となったことを受け、還元剤添加弁６１の作動不良と見なせる。
【００９８】
＜添加量補正制御についての説明＞
続いて、還元剤添加弁６１の異常が検出された後に実施される「添加量補正制御」について説明する。なお、添加量補正制御は、ＮＯｘを放出させる還元剤の添加時、及びＳＯｘを放出させる還元剤の添加時などに処理され、還元剤添加弁６１の異常検出時以降においても、適切量（基本添加量）の還元剤をＮＯｘ触媒５２に供給できるようにするための制御である。所謂フェイルセーフに相当する。
【００９９】
以下、図６に示される「添加量補正処理ルーチン」を踏まえ、この添加量補正制御について説明する。
まず、電子制御ユニット３０では、異常判定制御の実行中に算出された圧力降下量ΔＰに基づき、推定噴射量Ｑｅの算出を行う（ステップ２０１）。この過程では、以下の算出式に基づき推定噴射量Ｑｅが算出される。
【０１００】
【数１】

【０１０１】
ここで、体積弾性係数Ｅａは、物体の単位表面積に作用する圧力とその圧力下における物体の単位体積との比で表され、一般に体積段数係数Ｅａ＝ａ×燃圧Ｐ＋ｂ（ａ，ｂは定数）で近似される。また、添加経路体積Ｖａは、緊急遮断弁６６から還元剤添加弁６１に至る還元剤供給路６２内の体積に相当し、既定値である。
【０１０２】
次いで、電子制御ユニット３０では、ステップ２０１にて算出された推定噴射量Ｑｅに基づき、添加不足量ΔＱを算出する。この過程では、以下の算出式で添加補正量ΔＱを算出する（ステップ２０２）。
【０１０３】
添加不足量ΔＱ＝要求噴射量Ｑｔｒｇ−推定噴射量Ｑｅ
【０１０４】
ここで要求添加量Ｑｔｒｇとは、前記マルチ噴射制御期間中の一添加動作（開弁動作）に対応して定められる値であり、ＮＯｘの放出作用を促すときと、ＳＯｘの放出を促すときとで異なる値である。即ち、還元剤添加弁６１の正常時には、マルチ噴射制御中の一添加動作中につき、この要求添加量Ｑｔｒｇと等量の還元剤が還元剤添加弁６１を介して供給されることとなる。よって、要求添加量Ｑｔｒｇから推定噴射量Ｑｅを差し引くと、添加不足量ΔＱが算出される。このように本発明に係る添加不足量算出手段が実現される。
【０１０５】
続いて、電子制御ユニット３０では、算出された添加不足量ΔＱに基づき還元剤添加弁６１のマルチ噴射制御を更新する（ステップ２０３）。即ち、異常判定制御の実行により還元剤添加弁６１が異常と判定された後の添加において、その還元剤添加弁６１から添加される還元剤の添加量が、異常判定時前の添加量を維持できるようにマルチ噴射制御を補正する。
【０１０６】
より具体的に説明すると、本ステップ２０３では、還元剤添加弁６１を所定間隔毎に開弁させるマルチ噴射制御において、そのマルチ噴射制御の開始直後に還元剤添加弁６１の開弁時間を長くする。また、マルチ噴射制御期間中に各回通じてその開弁時間を長くするなどの開弁パターンに更新して、還元剤添加弁６１から添加される還元剤の添加量を増量している。
【０１０７】
マルチ噴射制御の開始直後に開弁時間を長くして添加量を増やす増量補正では、図４に示されるように、還元剤の添加期間中、第１回目に相当する還元剤添加弁６１の開弁時間を長くして還元剤の初期添加量を増量している。なお、還元剤添加弁６１の異常による影響は、還元剤の添加期間中初期において顕著に現れる。従って、第１回目の添加量を増量することによって、添加不足量ΔＱを補える。
【０１０８】
一方、還元剤の添加期間中、各回通じてその開弁時間を長くする増量補正では、図５に示されるように、その都度添加される還元剤の添加量を増やして添加不足量ΔＱを補っている。また、図５中点線に示されるように、還元剤がＮＯｘ触媒５２に流入し続ける時間、所謂基本リッチ時間も自ずと長くなるため、還元剤の開弁回数を減らして異常発生時前の基本リッチ時間と同じ長さとなるように対処している。
【０１０９】
なお、基本リッチ時間とは、ＮＯｘの放出及びＳＯｘの放出を完了させるまでに要する時間であり、ＮＯｘの放出を促す還元剤の添加、及びＳＯｘの放出を促す還元剤の添加時において夫々異なる値である。また、基本リッチ時間を越えて添加された還元剤は、ＮＯｘの放出及びＳＯｘの放出に消費されることのない、不必要な還元剤となる。
【０１１０】
そして、ステップ２０３の終了後、電子制御ユニット３０では、上記した各種方法に基づき補正が加えたれたマルチ噴射制御（開弁制御）に従い、還元剤のマルチ噴射を実施する（ステップ２０４）。即ち、上記した添加量補正制御により本発明に係る添加不足量補正手段が実現される。
【０１１１】
なお、上記した「添加不足量補正ルーチン」は、あくまでも一実施形態であり、その詳細は任意に変更可能である。例えば、上記の処理ルーチンでは、ステップ２０１からステップ２０２に至る過程において、各種計算式から添加不足量ΔＱを算出しているが、この過程は、圧力降下量ΔＰ及び要求添加量ΔＱｂをパラメータとした添加不足量算出マップに置き換えて処理することも可能である。
【０１１２】
すなわち、添加不足量ΔＱは、圧力降下量ΔＰを変数として算出されるため、その算出に至る過程は、各種予備実験にて省略することが可能となる。よって、電子制御ユニット３０では、圧力降下量ΔＰをこの各種実験に基づき作成された添加不足量算出マップに照らし合わせることにより、添加不足量ΔＱの算出をなし得る。
【０１１３】
また、上記した添加不足量補正ルーチンでは、ＮＯｘの放出作用を促すべきときの要求噴射量Ｑｔｒｇ、又はＳＯｘ被毒を回復させるべきときの要求噴射量Ｑｔｒｇのいずれか一方に基づいて添加不足量ΔＱを算出しているが、双方の要求噴射量Ｑｔｒｇ毎に添加不足量ΔＱを求め、その平均値、即ち平均添加不足量ΔＱａに基づいてマルチ噴射制御を補正してもよい。
【０１１４】
より詳しくは、前述の圧力降下量ΔＰを算出にあたって、ＮＯｘの放出作用を促す開弁時間、及びＳＯｘの放出作用を促す開弁時間に対応させた複数の開弁時間で、圧力降下量ΔＰを個別に求め、その各々から添加不足量ΔＱを算出する。そして、各添加不足量ΔＱから平均添加不足量ΔＱａを算出し、この算出された平均添加不足量ΔＱａに基づいてマルチ噴射の補正を行っても良い。この場合、補正の精度が向上して、より正確な添加量補正を実施できる。
【０１１５】
このように本実施の形態に示す排気浄化装置では、還元剤の異常判定制御に加え添加量補正制御を備えるため、還元剤添加弁６１が異常と判定された後の添加においても、異常判定時前の添加量を維持できる。
【０１１６】
なお、上記した還元剤供給装置６０やディーゼルエンジン（内燃機関）等の構成は、あくまでも本発明の一実施形態にすぎず、その詳細は所望に応じて変更しても構わない。
【０１１７】
例えば、還元剤供給装置６０を燃料供給系から完全に独立させて構成するなどの変更を行ってもよい。また、還元剤添加弁６１として電磁駆動式の開閉弁、所謂インジェクタを採用しているが、この電磁駆動式の開閉弁に替えて機械式の開閉弁所謂インジェクション・ノズルを使用してもよい。
【０１１８】
なお、インジェクション・ノズルとは、所定燃圧が作用したときに開弁する構造を有し、電磁駆動式の調量弁などと組み合わせて使用する。また、調量弁とは、所定電圧が印加されたときに開弁する開閉弁であり、緊急遮断弁６６から還元剤添加弁６１に至る経路に取り付けられる。そして、異常判定制御実行中に還元剤を添加させる時には、この調量弁を開弁し、インジェクション・ノズルに燃圧をかけて、還元剤の添加を行わせる。
【０１１９】
このように、上記した還元剤供給装置６０やディーゼルエンジン（内燃機関）等の構成は、あくまでも本発明の一実施形態にすぎず、その詳細は所望に応じて変更しても構わない。
【０１２０】
＜第２の実施の形態＞
続いて、本発明第２の実施の形態について説明する。
本発明第２の実施形態に示す排気浄化装置では、還元剤の添加開始後、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の空燃比が目標空燃比に至るまでに要する所要時間、所謂無効噴射時間から還元剤添加弁６１の異常を検出する。なお、内燃機関の構成及び排気浄化装置の構成は上記した第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
【０１２１】
まず、図７を参照してこの異常判定制御の概略説明を行う。なお、図７中（ａ）は、還元剤添加弁６１正常時の空燃比変化を示し、図７中（ｂ）は、還元剤添加弁６１異常時の空燃比変化を示すものである。また、図７に示される空燃比の変化は、ＮＯｘ触媒５２下流に取り付けられた空燃比センサ７３の出力値に基づき作成されているが、ＮＯｘ触媒５２下流の空燃比は、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の空燃比に略近似されるものである。
【０１２２】
図７中（ａ）に示されるように、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の空燃比は、還元剤の添加開始後しばらくして急速に低下し始め、やがて目標空燃比に達する。目標空燃比に達するまでに要する所要時間（以下、無効噴射時間と称す）は、還元剤の添加開始直後に添加された還元剤の添加量によって自ずと定まるものである。
【０１２３】
しかしながら、還元剤添加弁６１の異常発生時には、添加される還元剤が少なくなるため、図７中（ｂ）に示されるように無効噴射時間ΔＴが長くなる。そこで、本実施の形態では、還元剤添加弁６１の正常時に得られる基本無効噴射時間ΔＴｂと、実際の計測にて得られた無効噴射時間ΔＴとを比較することにより、還元剤添加弁６１の異常を判定している。
【０１２４】
図８は、本実施の形態に示される異常判定制御のフローチャートである。以下、このフローチャートを参照して、本実施の形態に係る異常判定制御を説明する。
【０１２５】
まず、電子制御ユニット３０では、現在の運転状態を把握すべく、各種センサ７３の出力値をＲＡＭ３３上に読み込む（ステップ３０１）。続いて、電子制御ユニット３０では、ＲＡＭ３３上に記録された運転履歴をＣＰＵ３４に読み出し、還元剤添加弁６１の異常判定実行条件が成立しているか否かを判別する（ステップ３０２）。
【０１２６】
なお、異常判定実行条件としては、例えば、ＮＯｘの放出作用、若しくはＳＯｘの放出作用を促す還元剤供給実行条件が成立している。車両走行状態が加速又は減速走行状態にない、などの各種条件を例示できる。
【０１２７】
そして、電子制御ユニット３０では、各種条件が満たされたとき、還元剤添加弁６１の異常を検出すべくステップ３０３に移行する。また、各種条件が満たされないときには本処理ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１２８】
ステップ３０３では、還元剤添加弁６１の異常判定を実施すべく、まず、還元剤添加弁６１を開弁する。次いで、電子制御ユニット３０では、還元剤添加弁６１の開弁時以降、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の空燃比が目標空燃比に至るまで要する無効噴射時間ΔＴの計測する（ステップ３０４）。
【０１２９】
なお、ステップ３０４の過程では、空燃比センサ７３の出力値が、絶えずＣＰＵ３４に監視されており、ＣＰＵ３４では、その出力値が目標空燃比に至ったことを条件として、無効噴射時間ΔＴの計測を終了する。即ち、本発明に係る所要時間計測手段が実現される。
【０１３０】
次いで、電子制御ユニット３０では、排気通路内を流れる排気の流速と、予備実験に基づき定められた各流速毎の基本無効噴射時間ΔＴｂとをパラメータとした基本無効噴射時間算出マップに基づいて、異常判定の基準となる基本無効噴射時間ΔＴｂを算出する（ステップ３０５）。
【０１３１】
そして、電子制御ユニット３０では、ステップ３０５にて算出された基本無効噴射時間ΔＴｂと、ステップ３０４にて算出された無効噴射時間ΔＴとを比較し（ステップ３０６）、ステップ３０４にて算出された無効噴射時間ΔＴが、基本無効噴射時間ΔＴｂより長いと判断したとき、還元剤添加弁６１の異常と見なす（ステップ３０７）。一方、ステップ３０５にて算出された無効噴射時間ΔＴが、基本無効噴射時間ΔＴｂと略同時間であると判断したときには、還元剤添加弁６１を正常と見なし（ステップ３０８）、本異常判定制御を終了する。
【０１３２】
このように本発明の排気浄化装置では、還元剤添加弁６１の開弁後、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の空燃比が目標空燃比に至るまでに要する無効噴射時間から、還元剤添加弁６１の異常を判定することもできる。
【０１３３】
なお、上記した実施形態では、空燃比センサ７３からの出力が目標空燃比に達したことを受け、無効噴射時間の計測を終了しているが、その閾値となる空燃比は、目標空燃比に限られず任意に設定可能な空燃比である。
【０１３４】
また、上記した処理ルーチンはあくまでも一実施例であり、その詳細は任意に変更可能である。例えば、上記した処理ルーチンでは、排気通路内の流速を考慮して還元剤添加弁６１正常時の無効噴射時間（基本無効噴射時間）を算出しているが、機関回転数が一定、すなわち定常走行中及びアイドリング中などに異常判定制御を実施すれば、ステップ３０５の省略も可能である。このように上記した処理ルーチンは、任意に変更可能である。
【０１３５】
また、本実施の形態では、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の空燃比を検出するにあたって、ＮＯｘ触媒５２下流側に配置した空燃比センサ７３を利用しているが、空燃比センサ７３は、勿論、ＮＯｘ触媒５２上流側に取り付けても良い。また、空燃比センサ７３に替えて酸素（Ｏ₂）センサを使用してもよい。
【０１３６】
＜第３の実施の形態＞
続いて、本発明第３の実施形態について説明する。
本発明、第３の実施形態では、マルチ噴射に起因した空燃比変化に基づいて還元剤添加弁６１の異常を判定する。即ち、マルチ噴射制御期間中の各添加開弁動作に対応した空燃比を検出し、その検出された各添加動作毎の空燃比に基づいて還元剤添加弁６１の異常を判定する。なお、内燃機関の構成及び排気浄化装置の構成は上記した第１の実施形態及び第２の実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【０１３７】
まず、図９を参照し、この異常判定制御の概略説明を行う。なお、図９中（ａ）は、還元剤添加弁正常時の空燃比変化を示し、図９中（ｂ）及び図９中（ｃ）は、還元剤添加弁異常時の空燃比変化を示すものである。
【０１３８】
図９中（ａ）に示されるように、還元剤添加弁６１の正常時には、ＮＯｘ触媒５２に流入する排気の空燃比が各添加動作共に夫々略同じ値を示す。しかしながら、還元剤添加弁６１の異常発生時には、還元剤添加弁６１から添加される還元剤の添加量が減少するため、図９中（ｂ）に示されるように、各回毎通じて目標空燃比より高い空燃比を示すこともある。また、図９中（ｃ）の高低差Ｈに示されるように、初回に検出された空燃比が、次回に検出された空燃比より高くなるなどの現象も現れる。
【０１３９】
そこで、本実施の形態に示す排気浄化装置では、還元剤添加弁６１の開弁制御に伴う空燃比変化が、少なくとも２回続けて目標空燃比より高くなったことを受け、還元剤添加弁６１の異常と判定する。若しくは、連続した還元剤の添加動作において、初回に検出された空燃比が次回に検出された空燃比より高いとき、還元剤添加弁６１の異常と判定するようにしている。
【０１４０】
図１０は、本実施の形態に示す異常判定制御のフローチャートである。以下、フローチャートを参照して、本実施の形態に係る異常判定制御について詳細に説明する。
【０１４１】
まず、電子制御ユニット３０では、ＲＡＭ３３上に記録された運転履歴に基づき、還元剤添加弁６１の異常判定実行条件が成立しているか否かを判別する（ステップ４０１）。なお、異常判定実行条件としては、例えば、ＮＯｘの放出作用、若しくはＳＯｘの放出作用を促す還元剤の添加実行条件が成立している、などの条件を例示できる。
【０１４２】
そして、電子制御ユニット３０では、各種条件が満たされたとき、還元剤添加弁６１の異常を検出すべくステップ４０２に移行する。また、各種条件が満たされないときには本処理ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１４３】
還元剤添加弁６１の異常判定を開始するステップ４０２では、まず、還元剤添加弁６１のマルチ噴射制御を開始して、ＮＯｘ触媒５２に等量の割合で還元剤の添加する。次いで、電子制御ユニット３０では、各添加動作に対応した空燃比の変化を空燃比センサ７３の出力値から推定する（ステップ４０３）。なお、各添加動作に対応した空燃比の変化は、出力値のピークを抽出することによって把握できる。
【０１４４】
次いで、電子制御ユニット３０では、ステップ４０３にて検出された各開弁動作毎の空燃比をＣＰＵ３４にて比較して還元剤添加弁６１の異常を判定する（ステップ４０４）。即ち、検出された空燃比が少なくとも２回以上目標空燃比より高くなったか、若しくは、連続した添加動作において、初回に検出された空燃比が次回に検出された空燃比より高い値である、などの上記の異常判定要素が成立しているか否かを判定する。
【０１４５】
そして、上記した異常判定要素の少なくとも一つが成立した場合には、還元剤添加弁６１の異常とみなす（ステップ４０５）。また、上記した異常判定要素の何れもが満たされないときには、還元剤添加弁６１が正常であると見なし（ステップ４０６）、本異常判定制御を終了する。
【０１４６】
このように本発明の排気浄化装置では、還元剤添加弁６１のマルチ噴射制御に起因した空燃比変化に基づいて還元剤添加弁６１の異常を判定することもできる。
【０１４７】
なお、上記した処理ルーチンはあくまでも一実施例であり、その詳細は任意に変更可能である。例えば、上記した処理ルーチンでは、各添加動作に対応した空燃比を把握するにあたって、空燃比センサ７３の出力値のうち、その空燃比変化のピークに相当する値を抽出して各添加動作に対応した空燃比を把握しているが、各添加動作に対応した空燃比は、マルチ噴射制御の開始以降、所定時間毎に空燃比を検出しても検出可能である。即ち、マルチ噴射の開弁周期に同期させて、空燃比を検出すると、概ね、各添加動作に対応した空燃比が得られる。
【０１４８】
また、上記した処理ルーチンでは、還元剤添加弁６１の異常判定要素として、２つを挙げているが、何れか１つであってもよい。また、還元剤添加弁６１の異常を判定するステップ４０４では、異常判定要素として挙げた２つの要素のうち、何れかが成立したことを条件として還元剤添加弁６１の異常と見なすようにしているが、双方の成立を条件として、初めて還元剤添加弁６１の異常と判定してもよい。このように上記した処理ルーチンの詳細は、任意に変更可能である。
【０１４９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、還元剤添加弁の異常を速やかに検出でき、また、異常発生時においても、引き続き適切量の還元剤を供給できる内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気浄化装置を適用した内燃機関の概略構成図。
【図２】（Ａ）吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収メカニズムを説明する図。
（Ｂ）吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx放出メカニズムを説明する図。
【図３】本発明、第１の実施形態に係る異常判定制御の制御過程を示すフローチャート。
【図４】本発明に係る添加量補正制御の補正方法を説明するための図。
。
【図５】本発明に係る添加量補正制御の補正方法を説明するための図。
。
【図６】本発明に係る添加量補正制御の制御過程を示すフローチャート。
【図７】（ａ）還元剤添加弁正常時における空燃比変化を示す図。
（ｂ）還元剤添加弁異常時における空燃比変化を示す図。
【図８】本発明、第２の実施形態に係る異常判定制御の制御過程を示すフローチャート。
【図９】（ａ）還元剤添加弁正常時における空燃比変化を示す図。
（ｂ）還元剤添加弁異常時における空燃比変化を示す図。
（ｃ）還元剤添加弁異常時における空燃比変化を示す図。
【図１０】本発明、第３の実施形態に係る異常判定制御の制御過程を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ディーゼルエンジン（内燃機関）
１ａクランクシャフト
２気筒
３燃料噴射弁
４コモンレール
４ａレール圧センサ
５燃料供給管
６燃料ポンプ
８吸気枝管
９吸気管
１０エアクリーナボックス
１１エアフロメータ
１２吸気温センサ
１３吸気絞り弁
１４アクチュエータ
１５ターボチャージャ
１５ａコンプレッサハウジング
１５ｂタービンハウジング
１６インタークーラ
１８排気枝管
１８ａ排気ポート
１９排気管
２３過給圧センサ
２４吸気温センサ
２５ＥＧＲ通路（排気再循環通路）
２６ＥＧＲ弁
２７ＥＧＲクーラ
３０電子制御ユニット
３１双方向性バス
３５入力ポート
３６出力ポート
３７変換器
３８駆動回路
４０アクセルペダル
４１負荷センサ
４２クランク角センサ
４３車速センサ
５２吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
６０還元剤供給装置
６１還元剤添加弁
６２還元剤供給路
６３燃圧センサ
６６緊急遮断弁
７３空燃比センサ
７４排気温度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust purification device that effectively purifies nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
In an internal combustion engine such as a diesel engine or a lean-burn gasoline engine in which an oxygen-rich mixture is burned and the engine is operated, exhaust gas containing nitrogen oxides (NOx) is discharged as the engine burns. For this reason, an exhaust gas purification device for purifying nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas is attached to the exhaust system of the internal combustion engine.
[0003]
This type of exhaust gas purification apparatus is constituted by a NOx catalyst that purifies nitrogen oxide (NOx) in exhaust gas in the presence of a reducing agent, as represented by a selective reduction type NOx catalyst and an occlusion reduction type NOx catalyst. When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst becomes a so-called rich air-fuel ratio, the nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas becomes harmless nitrogen (N₂) Reduced and purified.
[0004]
By the way, diesel engines and lean-burn gasoline engines are operated by burning an air-fuel mixture in an excess oxygen state as described above. For this reason, the air-fuel ratio of the exhaust gas exhausted with engine combustion hardly decreases before promoting the purification action of nitrogen oxides (NOx). Therefore, when purifying nitrogen oxide (NOx) with the NOx catalyst, a reducing agent is supplied into the exhaust gas flowing into the NOx catalyst, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is temporarily set to the rich air-fuel ratio. There is a need to.
[0005]
Therefore, conventionally, as disclosed in Japanese Patent No. 2845056, a NOx catalyst is provided by providing a reducing agent addition device in the exhaust system and supplying an appropriate amount of engine fuel as a reducing agent from the reducing agent addition addition device into the exhaust gas. The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the engine is set to a rich air-fuel ratio. More specifically, a reducing agent addition valve connected to the fuel supply system is provided in the exhaust passage upstream of the NOx catalyst, and an appropriate amount of fuel is injected from the reducing agent addition valve to lower the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the NOx catalyst. Yes.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the amount of reducing agent added from the reducing agent addition valve is insufficient due to an abnormality of the reducing agent addition valve, the action of purifying nitrogen oxide (NOx) in the NOx catalyst becomes slow. For this reason, in order to efficiently purify nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas, it is an important issue to quickly detect abnormality of the reducing agent addition valve. It is also necessary to provide a so-called fail-safe function so that an appropriate amount of reducing agent is continuously added even when an abnormality occurs in the reducing agent addition valve.
[0007]
The present invention has been made in consideration of the above points, and it is possible to quickly detect an abnormality of the reducing agent addition valve and to purify the exhaust gas of an internal combustion engine that can continuously supply an appropriate amount of reducing agent even when the abnormality occurs. It is an object to provide an apparatus.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above technical problem, the present invention employs the following means.
That is, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is
An exhaust gas purification catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and purifies harmful gas components in the exhaust gas in the presence of a reducing agent;
A reducing agent addition valve for adding a reducing agent upstream of the exhaust purification catalyst;
Reducing agent discharge means for discharging a reducing agent to be supplied to the reducing agent addition valve;
A reducing agent supply path for guiding the reducing agent discharged from the reducing agent discharge means to the reducing agent addition valve;
A flow path blocking unit that blocks the flow of the reducing agent discharged from the reducing agent discharge means and prohibits the flow of the reducing agent into the reducing agent supply path;
A pressure detecting means provided in a reducing agent supply path from the flow path blocking portion to the reducing agent addition valve, and detecting a pressure in the reducing agent supply path;
The reducing agent addition valve is opened for a predetermined time during the operation period of the flow path blocking unit, and the pressure drop amount in the reducing agent supply path due to the opening is smaller than the target pressure drop amount, An abnormality determining means for determining an abnormality of the reducing agent addition valve;
It is characterized by providing.
[0009]
In the exhaust emission control device of the present invention configured as above, the reducing agent discharged from the reducing agent discharge means is supplied to the reducing agent addition valve via the reducing agent supply path. The reducing agent supplied to the reducing agent addition valve is added upstream of the exhaust purification catalyst when the reducing agent addition valve is opened. The reducing agent added from the reducing agent addition valve flows into the exhaust purification catalyst together with the exhaust discharged from the internal combustion engine. As a result, the reducing agent is supplied to the exhaust purification catalyst, and thus the harmful gas components contained in the exhaust are purified.
[0010]
In addition, when the flow path blocking unit prohibits the inflow of the reducing agent into the reducing agent supply path and then opens the reducing agent addition valve for a predetermined time, the amount of reducing agent added along with the opening of the reducing agent is increased. It is grasped based on the pressure drop amount detected by the pressure detecting means. The pressure drop detected by the pressure detector corresponds to the amount of reducing agent added from the reducing agent addition valve. Therefore, in the abnormality determination unit, the pressure drop is smaller than the target pressure drop. Therefore, it is judged that the addition amount is insufficient, and the reducing agent addition valve is regarded as abnormal. Here, the target pressure drop is a value that can be arbitrarily set.
[0011]
Further, the exhaust purification apparatus described above is provided with an addition deficient amount calculating means for calculating an addition deficiency amount of the reducing agent based on the pressure drop amount detected by the pressure detecting means,
In the addition of the reducing agent that is performed after the reducing agent addition valve is determined to be abnormal, the addition amount of the reducing agent that is added from the reducing agent addition valve is calculated by the addition / deficiency amount calculated by the addition / deficiency amount calculation unit. And a reducing agent may be added.
[0012]
That is, when the reducing agent addition valve is abnormal, the amount of reducing agent added is insufficient. Further, the amount of pressure drop in the reducing agent supply path is naturally reduced due to the shortage of the addition amount. Accordingly, the insufficient addition amount calculating means can calculate the insufficient addition amount of the reducing agent based on the pressure drop detected by the pressure detecting means. In addition, in the addition of the reducing agent performed after the reducing agent addition valve is determined to be abnormal, the reducing agent addition valve is added by adding the insufficient addition amount calculated by the addition insufficient amount calculation means. An appropriate amount of reducing agent can be added even in the event of an abnormality.
[0013]
In order to solve the above technical problem, the present invention may employ the following means. That is, the exhaust emission control device of the present invention
An exhaust gas purification catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and purifies harmful gas components in the exhaust gas in the presence of a reducing agent;
A reducing agent addition valve for adding a reducing agent upstream of the exhaust purification catalyst;
Air-fuel ratio detection means for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst;
A required time measuring means for measuring a required time required for the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detecting means to reach a predetermined air-fuel ratio after opening the reducing agent addition valve;
An abnormality determination means for determining that the required time is longer than a predetermined time, and determining that the reducing agent addition valve is abnormal,
It is characterized by providing.
[0014]
In the exhaust gas purification apparatus of the present invention configured as described above, a reducing agent is added to the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst in the same manner as the above exhaust gas purification apparatus to purify harmful gas components. When detecting the abnormality of the reducing agent addition valve, the reducing agent addition valve is first opened while detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst by the air-fuel ratio detection means, and flows into the exhaust purification catalyst. Add a reducing agent into the exhaust. Next, in the required time measuring means, the time required for the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the exhaust purification catalyst to reach a predetermined air-fuel ratio after the reducing agent addition valve is opened, that is, in the air-fuel ratio detecting means The time required for the detected air-fuel ratio to reach a predetermined air-fuel ratio is measured. The required time measured by this required time measuring means becomes longer as the amount of reducing agent added from the reducing agent addition valve becomes insufficient. Therefore, the abnormality determining means determines that the addition amount is insufficient in response to the fact that the required time measured by the required time measuring means is longer than the predetermined time, and regards it as an abnormality of the reducing agent addition valve.
[0015]
In order to solve the above technical problem, the present invention may employ the following means. That is, the exhaust emission control device of the present invention
An exhaust gas purification catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and purifies harmful gas components in the exhaust gas in the presence of a reducing agent;
A reducing agent addition valve for adding a predetermined amount of a predetermined reducing agent in a plurality of times upstream from the exhaust purification catalyst;
An air-fuel ratio detecting means for detecting, for each addition operation, an air-fuel ratio that decreases in response to each addition operation during operation of the reducing agent addition valve;
An abnormality determining means for comparing the air-fuel ratio detected corresponding to each of the addition operations with a predetermined air-fuel ratio to determine abnormality of the reducing agent addition valve;
It is characterized by providing.
[0016]
In the exhaust purification apparatus of the present invention configured as described above, when a reducing agent is added to the exhaust purification catalyst, a predetermined amount of a predetermined reducing agent is added in a plurality of times. The added reducing agent flows into the exhaust purification catalyst in the same manner as the exhaust purification catalyst described above, and promotes the purification action of the exhaust purification catalyst. In detecting the abnormality of the reducing agent addition valve, first, the air-fuel ratio detecting means detects the air-fuel ratio that decreases corresponding to each addition operation. Since the detected air-fuel ratio corresponds to the amount of reducing agent added for each addition operation, the abnormality determination means uses the air-fuel ratio for each addition operation detected by the air-fuel ratio detection means as the predetermined air-fuel ratio. An abnormality determination of the reducing agent addition valve can be performed by comparing with the fuel ratio. The predetermined air-fuel ratio is an air-fuel ratio that serves as a criterion for determining the abnormality of the reducing agent addition valve. For example, the predetermined air-fuel ratio may be a predetermined air-fuel ratio, and other addition agents may be added during one addition period of the reducing agent. The air-fuel ratio detected corresponding to the operation may be used, and the value can be arbitrarily set.
[0017]
Further, regarding the abnormality determination means of the exhaust purification apparatus described above, in the present invention, the air-fuel ratio detected corresponding to the first addition operation among the air-fuel ratios detected corresponding to each addition operation is the first. When the air-fuel ratio is higher than the air-fuel ratio detected corresponding to the second addition operation following the first addition operation, it may be determined that the reducing agent addition valve is abnormal.
[0018]
That is, in the normal reducing agent addition valve, the air-fuel ratio detected corresponding to each addition operation has a substantially constant value. Therefore, in the abnormality determination means, the air-fuel ratio detected corresponding to the first addition operation among the air-fuel ratios detected corresponding to each addition operation is the second addition following the first addition operation. When the air-fuel ratio detected in response to the operation is higher, it can be regarded as an abnormality of the reducing agent addition valve.
[0019]
Further, the present invention relates to the abnormality determination means of the exhaust purification apparatus, and in the present invention, among the air-fuel ratios detected corresponding to each addition operation, the air-fuel ratio detected corresponding to the first addition operation, and the first When the air-fuel ratio detected corresponding to the second addition operation following the first addition operation becomes higher than the target air-fuel ratio, it may be determined that the reducing agent addition valve is abnormal.
[0020]
The target air-fuel ratio is an air-fuel ratio determined from the amount of reducing agent added that is required to purify harmful gas components in the exhaust purification catalyst. Therefore, in the abnormality determination means, at least the air-fuel ratio detected corresponding to the first addition operation among the air-fuel ratios detected corresponding to the respective addition operations, and the second following the first addition operation. When the air-fuel ratio detected corresponding to the addition operation becomes higher than the target air-fuel ratio, it is determined that the amount of addition of the reducing agent is insufficient, and the reducing agent addition valve is regarded as abnormal.
[0021]
Further, regarding each of the exhaust gas purification apparatuses described above, in the present invention, in the addition of the reducing agent performed after the reducing agent addition valve is determined to be abnormal, the amount of the reducing agent added from the reducing agent addition valve is In addition, an addition amount correcting means for increasing and correcting the addition amount of the reducing agent added from the reducing agent addition valve may be provided so that the addition amount before the abnormality determination is obtained.
[0022]
That is, when the reducing agent addition valve is abnormal, the amount of reducing agent added from the reducing agent addition valve is insufficient. For this reason, the addition amount correction means corrects the addition amount of the reducing agent added from the reducing agent addition valve so that an appropriate amount of the reducing agent can be added even after the abnormality of the reducing agent addition valve occurs. .
[0023]
Further, regarding each of the exhaust gas purification devices described above, in the present invention, provided with a valve opening control means for opening the reducing agent addition valve a plurality of times during the reducing agent addition period,
The addition amount correction means may increase the addition amount to the reducing agent by increasing the opening time of the reducing agent addition valve immediately after the opening control of the reducing agent addition valve by the valve opening control means is started. .
[0024]
The amount of reducing agent added from the reducing agent addition valve increases as the opening time of the reducing agent addition valve becomes longer. Therefore, the addition amount correction means increases the addition amount of the reducing agent by correcting the valve opening control and extending the valve opening time immediately after the start of the valve opening control.
[0025]
Further, similarly to the above, it is provided with a valve opening control means for opening the reducing agent addition valve a plurality of times during the addition period of the reducing agent,
The addition amount correction means increases the opening time of the reducing agent addition valve each time during the opening control period of the reducing agent addition valve by the valve opening control means, and reduces the reducing agent during the opening period. The number of opening of the addition valve may be reduced.
[0026]
In this case, the addition amount correction means increases the addition amount of the reducing agent over the entire addition period of the reducing agent by extending the valve opening time through each time. Further, as the valve opening time increases, the time from the start of addition of the reducing agent to the end of the addition also becomes longer. Therefore, the addition amount correction means reduces the number of valve openings during the reducing agent addition period and suppresses the unnecessary extension of the reducing agent addition period.
[0027]
Thus, the exhaust emission control device of the present invention can quickly detect the abnormality of the reducing agent addition valve by the abnormality determination means. Further, since the addition amount correction means is provided, an appropriate amount of reducing agent can be continuously supplied to the exhaust purification catalyst even when an abnormality occurs.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an exhaust emission control device according to the invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an embodiment in which the present invention is applied to a vehicle diesel engine will be described. However, the present invention is of course also useful in a lean combustion gasoline engine or the like.
[0029]
<Outline of diesel engine>
As shown in FIG. 1, a diesel engine 1 (hereinafter referred to as an internal combustion engine 1) shown in the present embodiment includes a fuel supply system, an intake system, a control system, as well as four cylinders 2 forming a combustion chamber. It has an exhaust system as its main components.
[0030]
The fuel supply system includes a fuel injection valve 3, a common rail (accumulation chamber) 4, a fuel supply pipe 5, a fuel pump 6, and the like, and supplies fuel to each cylinder 2. The fuel injection valve 3 is an electromagnetically driven on-off valve provided for each cylinder 2. Each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 4 serving as a fuel distribution pipe. The common rail 4 includes a rail pressure sensor 4 a that detects the fuel pressure in the common rail 4 and the like, and is connected to a fuel pump 6 via a fuel supply pipe 5. The fuel pump 6 is a so-called common rail supply pump, and is rotationally driven with the rotation of the crankshaft 1a, which is the output shaft of the internal combustion engine 1, as a drive source, and supplies fuel to the common rail 4 and a reducing agent supply device 60 described later. Is going.
[0031]
In the fuel supply system configured as described above, first, fuel in a fuel tank (not shown) is pumped up by the fuel pump 6. The pumped fuel is supplied to the common rail 4 through the fuel supply pipe 5. Subsequently, the fuel supplied to the common rail 4 is increased to a predetermined fuel pressure in the common rail 4 and distributed to each fuel injection valve 3. When a drive voltage is applied to the fuel injection valve 3 and the fuel injection valve 3 is opened, the fuel in the common rail 4 is injected into the cylinder 2 via the fuel injection valve 3 due to a pressure difference from the cylinder 2. The fuel pressure in the common rail 4 is monitored by an electronic control unit 30 described later via a rail pressure sensor 4a.
[0032]
On the other hand, the intake system includes an intake pipe 9, an intake throttle valve 13, an intake branch pipe 8, an air cleaner box 10, an intercooler 16, and the like, and forms an intake passage for supplying air (intake air) to each cylinder 2. Yes.
[0033]
The intake pipe 9 forms a passage that guides air (intake air) sucked through the air cleaner box 10 to the intake branch pipe 8. The intake branch pipe 8 forms a passage for distributing the air flowing in via the intake pipe 9 to each cylinder 2. An air filter (not shown) is provided in the air cleaner box 10. An air flow meter 11 for measuring the flow rate (intake amount) of air flowing into the intake pipe 9 and an intake air temperature sensor for measuring the temperature of the intake air are located in the vicinity of the connection portion of the intake pipe 9 with the air cleaner box 10. 12 is provided.
[0034]
An intake throttle valve 13 for adjusting the flow rate of intake air is provided immediately upstream of the intake branch pipe 8. The intake throttle valve 13 is opened and closed by an actuator 14 configured by a stepper motor or the like. An intake air temperature sensor 24 that measures the intake air temperature in the intake branch pipe 8 and a supercharging pressure sensor 23 that measures the internal pressure in the intake branch pipe 8 are provided immediately downstream of the intake throttle valve 13. .
[0035]
Further, in the exhaust passage from the air cleaner box 10 to the intake throttle valve 13, a compressor housing 15a of a turbocharger 15 that compresses the intake air and an intercooler 16 that cools the intake air compressed in the compressor housing 15a are provided. ing.
[0036]
In the intake system configured as described above, first, air flows into the air cleaner box 10 so as to be supplied to each cylinder 2 due to the generation of negative pressure accompanying the engine operation. The air that has flowed into the air cleaner box 10 flows into the compressor housing 15 a of the turbocharger 15 through the intake pipe 9 after dust and dirt are removed by the air filter. The air flowing into the compressor housing 15a is compressed by a compressor wheel (not shown) in the compressor housing 15a, and then the heat generated by the compression is radiated by the intercooler 16. Then, after the flow rate is adjusted by the intake throttle valve 13 as necessary, it flows into the intake branch pipe 8. The air flowing into the intake branch pipe 8 is distributed to each cylinder 2 through each branch pipe and burned together with the fuel injected (supplied) from the fuel injection valve 3. The output values of the various sensors are input to an electronic control unit 30 described later and fed back to the fuel injection control and the like.
[0037]
The control system includes a ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a CPU (Central Control Device) 34, an input port 35, an output port 36, and the like connected to each other by a bidirectional bus 31. It is a control program developed in the electronic control unit 30 (ECU).
[0038]
In addition to the output signals of the various sensors described above, the input port 35 of the electronic control unit 30 includes a load sensor 41 for detecting the amount of depression of the accelerator pedal 40, a crank angle sensor 42 for detecting the rotation speed of the crankshaft 1a, and a vehicle speed. A vehicle speed sensor 43 or the like to be measured is input via a corresponding A / D converter 37 or directly. On the other hand, the fuel injection valve 3, the intake throttle valve driving actuator 14, the EGR valve 26, the fuel pump 6, and the like are connected to the output port 36 through corresponding drive circuits 38.
[0039]
A control map created based on various preliminary experiments is provided on a ROM (read only memory) 32 corresponding to each device. The CPU 34 compares the output signals of the various sensors input to the input port 35 with the control map developed on the ROM 32, and outputs various control signals based on the values calculated in the control map to the various devices via the output port 36. Output to. The RAM 33 records the output signals of various sensors input to the input port 35, the control signals output to the output port 36, and the like as the operation history of the internal combustion engine. Then, in response to a request from the CPU 34, various signals, that is, operation histories are input / output with the CPU 34.
[0040]
In the control system configured as described above, the “target required torque” required for the current engine operation is calculated based on the output signals of the crank angle sensor 42 and the load sensor 41, and fuel injection is performed to obtain the target required torque. The control signal output to the valve 3 and the fuel pump 6 is updated as appropriate to correct the fuel supply amount in the fuel supply system. That is, fuel injection control is executed. In the control system, the control of the reducing agent supply device 60 described later is also executed simultaneously based on output values from various sensors. The control of the reducing agent supply device 60 will be described in detail later.
[0041]
The exhaust system includes an exhaust branch pipe 18, an exhaust pipe 19, an exhaust temperature sensor 74, and an air-fuel ratio sensor 73, and exhaust that exhausts exhaust gas (burned gas) exhausted from each cylinder 2 due to engine combustion to the outside of the engine 1. A passage is formed. Further, the apparatus includes a reducing agent supply device 60 composed of a reducing agent addition valve 61 and the like, an occlusion reduction type NOx catalyst 52 which is a kind of exhaust purification catalyst, an EGR passage (exhaust gas recirculation passage) 25, and an air-fuel ratio sensor 73. It also has a function as an exhaust purification device that purifies harmful substances (hazardous gas components) contained in the exhaust. In the following description, the NOx storage reduction catalyst 52 may be simply referred to as the NOx catalyst 52.
[0042]
The exhaust branch pipe 18 is connected to an exhaust port 18a provided for each cylinder 2 and forms a passage for collecting (merging) the exhaust gas flowing out from each exhaust port 18a and leading it to the turbine housing 15b of the turbocharger 15. Yes. The exhaust pipe 19 forms a passage from the turbine housing 15b to a silencer (not shown). The NOx catalyst 52 is disposed in an exhaust passage from the turbine housing 15b to the silencer, and purifies harmful substances in the exhaust in the presence of a reducing agent. The reducing agent addition valve 61 is provided at the collecting portion of the exhaust branch pipe 18 and supplies the reducing agent into the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52 in order to promote the purification action of the NOx catalyst 52. The exhaust temperature sensor 74 is provided in the exhaust pipe 19 downstream of the NOx catalyst 52 and inputs the temperature of the exhaust gas flowing out through the NOx catalyst 52 to the electronic control unit 30. The air-fuel ratio sensor 73 is provided in the exhaust pipe 19 downstream of the NOx catalyst 52 and inputs the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out through the NOx catalyst 52 to the electronic control unit 30. The EGR passage 25 includes an EGR cooler 27 and an EGR valve 26, and forms a passage that allows the exhaust branch pipe 18 and the intake branch pipe 8 to communicate with each other.
[0043]
In the exhaust system configured as described above, the exhaust accompanying the engine combustion flows into the exhaust branch pipe 18 through the exhaust port 18a. The exhaust gas flowing into the exhaust branch pipe 18 gathers in the exhaust branch pipe 18 and then flows into the turbine housing 15 b of the turbocharger 15. The exhaust gas flowing into the turbine housing 15b rotates a turbine wheel (not shown) provided in the turbine housing 15b. At that time, the rotation of the turbine wheel is transmitted to the compressor wheel of the compressor housing 15a to rotate the compressor wheel at a high speed. As a result, the air supplied to each cylinder 2 is compressed by the compressor wheel and pressurized and supplied to each cylinder 2.
[0044]
On the other hand, the exhaust gas flowing out through the turbine housing 15 b flows down the exhaust pipe 19 and flows into the NOx catalyst 52. After harmful components are purified in the NOx catalyst 52, they are released to the atmosphere through a silencer (not shown). Note that a description of the reducing agent supply device 60 constituted by the NOx catalyst 52 purification mechanism of the harmful substance and the reducing agent addition valve 61 will be described later.
[0045]
A part of the exhaust gas flowing in the exhaust branch pipe 18 flows into the intake branch pipe 8 through the EGR passage 25 when the EGR valve 26 is opened. At that time, the exhaust gas flowing in the EGR passage 25 flows down to the intake branch pipe 8 while being cooled in the EGR cooler 27. Then, while being mixed with fresh air (air) in the intake branch pipe 8, it is guided to each cylinder 2 and burned together with the fuel injected from the fuel injection valve 3.
[0046]
In the exhaust, water vapor (H₂O) and carbon dioxide (CO₂) And other inert gases. For this reason, when the exhaust gas supplied through the EGR passage 25 flows into each cylinder 2 together with fresh air (air), the combustion temperature of the air-fuel mixture at the time of engine combustion decreases, and the generation of nitrogen oxides (NOx) is suppressed. Is done. That is, the internal combustion engine 1 shown in the present embodiment includes a known EGR device as one of the exhaust gas purification devices.
[0047]
<Description of exhaust purification system>
Next, an exhaust emission control device including the NOx catalyst 52 and the reducing agent supply device 60 will be described.
The exhaust purification device includes a reducing agent addition valve 61 provided in the exhaust passage and a reducing agent supply device 60 constituted by its accessories, and an occlusion reduction type provided in the exhaust passage downstream from the reducing agent addition valve 61. The NOx catalyst 52 and the electronic control unit 30 forming the control system of the reducing agent supply device 60 are provided.
[0048]
The occlusion reduction type NOx catalyst 52 is a kind of exhaust purification catalyst as described in the prior art. When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is high, that is, a large amount of oxygen (O₂) Is absorbed at the lean air-fuel ratio, and when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is low, that is, at the rich air-fuel ratio where the oxygen concentration in the exhaust gas is low. Nitrogen oxide (NOx) to nitrogen dioxide (NO₂) Or nitrogen monoxide (NO) and released. It has a so-called NOx absorption / release action.
[0049]
The composition is, for example, alumina (Al₂O_Three) As a carrier, an alkali metal such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs), or an alkaline earth such as barium (Ba), calcium (Ca), or the like on the carrier, or At least one selected from rare earths such as lanthanum (La) and yttrium (Y) and a noble metal such as platinum (Pt) are supported.
[0050]
The NOx absorption / release action is an action that occurs even when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is greater than or equal to the theoretical air-fuel ratio (A / F = 13 to 14). In the following description, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is low. However, the air-fuel ratio lower than the stoichiometric air-fuel ratio is not necessarily intended.
[0051]
The NOx absorption / release action is a main action that promotes the purification of nitrogen oxides (NOx). In the NOx storage reduction catalyst 52, the NOx absorption / release action causes the NOx absorption / release action. It may be said that purification is performed. Although the purification mechanism of nitrogen oxides (NOx) in the NOx storage reduction catalyst 52 has not been clarified yet, the nitrogen oxides (NOx) are generally purified by the following principle. It is believed that.
[0052]
Hereinafter, the purification mechanism of nitrogen oxide (NOx) will be described based on the NOx absorption / release action. The purification mechanism shown in FIG. 2 has been described by taking as an example the case where platinum (Pt) and barium (Ba) are supported on a carrier, but other noble metals, alkali metals, alkaline earths, rare earths It is known that the same purification mechanism can be obtained even when using.
[0053]
<Explanation of NOx absorption / release action>
First, as shown in FIG. 2A, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is high, that is, in an oxygen-excess atmosphere, a large amount of oxygen (O₂) Is O₂ ^-Or O^2-It adheres on platinum (Pt) in the form of Nitrogen oxides (for example, NO) contained in the inflowing exhaust gas are oxidized on platinum (Pt).₂ ^-Or O^2-Reacts with nitrogen dioxide (NO₂) (2NO + O₂→ 2NO₂).
[0054]
This nitrogen dioxide (NO) produced on platinum (Pt)₂) Is further oxidized on platinum (Pt) and absorbed into the NOx catalyst 52 while being bonded to barium (Ba) supported on the same carrier. More specifically, oxygen (O₂Nitrate ions (NO) combined with barium oxide (BaO) oxidized by_Three ^-) Is diffused and absorbed in the NOx catalyst 52. The NOx absorption action described above continues as long as the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is high and barium oxide (BaO) that can be combined with nitrogen oxides (NOx) exists on the carrier.
[0055]
In contrast, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is low, that is, in the rich air-fuel ratio where the oxygen concentration in the exhaust gas is low, nitrogen dioxide (NO) produced on platinum (Pt)₂) Is reduced. At this time, in the NOx catalyst 52, the reaction proceeds in the reverse direction and the nitrate ions (NO_Three ^-) Is nitrogen dioxide (NO₂) (NO_Three ^-→ NO₂). Finally, nitrogen dioxide (NO₂Or NOx catalyst 52 in the form of nitric oxide (NO). That is, the NOx releasing action occurs when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is low.
[0056]
In this manner, the NOx storage reduction catalyst 52 can promote the NOx release action by lowering the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas. The NOx storage reduction catalyst 52 has a function of simultaneously purifying hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas in addition to the above-described NOx absorption / release action. The purification mechanism of hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) is as follows.
[0057]
When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is low, the inflowing exhaust gas contains a large amount of hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) as reducing agents. These reducing components are O 2 on platinum (Pt).₂ ^-Or O^2-Partially react with to form active species. Therefore, nitrogen dioxide (NO) released from the NOx catalyst 52 is removed.₂) And nitric oxide (NO) are reduced by this active species and are harmless nitrogen (N₂) And diffused into the exhaust.
[0058]
As described above, in the NOx storage reduction catalyst 52, not only nitrogen oxide (NOx) in exhaust gas but also hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), and the like are adjusted by appropriately adjusting the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas. Both unburned substances (toxic substances) can be purified.
[0059]
By the way, the NOx storage reduction catalyst absorbs sulfur oxide (SOx) contained in the exhaust gas by a mechanism substantially similar to that of the nitrogen oxide (NOx) described above. The sulfur oxide (SOx) in the exhaust gas is considered to be generated by burning the sulfur content contained in the fuel in each cylinder 2 and absorbed by the following absorption mechanism.
[0060]
<Explanation of SOx absorption mechanism>
The absorption mechanism of sulfur oxide (SOx) in the NOx storage reduction catalyst 52 will be described. When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is high, the oxygen O in the inflowing exhaust gas is displayed on the platinum (Pt) supported on the carrier.₂Is O₂ ^-Or O^2-It is attached in the form of For this reason, sulfur oxide (SOx) in the inflow exhaust gas is oxidized on platinum (Pt) in the same manner as nitrogen oxide (NOx), and SO_3-And SO_Four-It becomes.
[0061]
This generated SO is then_3-And SO_Four-Is further oxidized on platinum (Pt) and sulfate ions (SO_Four ^2-And is absorbed by the NOx catalyst 52 while being combined with barium oxide (BaO). In addition, absorbed sulfate ions (SO_Four ^2-) Barium ions (Ba) over time²⁺Chemically stable sulfate (BaSO)_Four)
[0062]
As described above, the sulfur oxide (SOx) in the exhaust gas is also absorbed into the NOx catalyst 52 when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is high in the same manner as the nitrogen oxide (NOx) described above. However, the sulfate (BaSOSO) produced with the absorption of sulfur oxide (SOx)_Four) Is a substance that is easily coarsened, chemically stable, and hardly decomposed. For this reason, even if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lowered in the same manner as nitrogen oxide (NOx), the sulfur oxide (SOx) once absorbed in the NOx catalyst 52 is not easily released, and the NOx catalyst. In 52, sulfate (BaSO_Four).
[0063]
Therefore, the sulfate (BaSO_Four) Is excessive, the amount of barium oxide (BaO) that can contribute to the absorption and release action of nitrogen oxides (NOx) is naturally reduced, leading to a reduction in the original function of the NOx catalyst 52. This causes so-called “SOx poisoning”.
[0064]
Therefore, in the present embodiment, this SOx poisoning is recovered according to the following procedure. First, the NOx catalyst 52 is heated to a high temperature of approximately 500 ° C. to 700 ° C., and barium sulfate (BaSO) accumulated in the NOx catalyst 52 is increased._Four) SO_3-And SO_Four-Thermally decomposes. Next, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52 is lowered for a relatively long time, and barium sulfate (BaSO_FourSO produced by thermal decomposition of_3-And SO_Four-Is reacted with hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust to produce gaseous SO.₂Reduced to-. Then, together with the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52, the gaseous SO₂-Is released. So-called “SOx poisoning recovery control” is performed to release sulfur oxides (SOx).
[0065]
In raising the temperature of the NOx catalyst 52, for example, the temperature may be raised by applying external heat energy from an electric heater and a combustion heater, but in the internal combustion engine shown in the present embodiment, the NOx catalyst 52 is Fuel is supplied into the inflowing exhaust gas, and the NOx catalyst 52 is heated by burning (oxidizing) the fuel in the NOx catalyst 52. That is, the temperature of the NOx catalyst 52 is raised by utilizing reaction heat (internal thermal energy) accompanying fuel oxidation. In an exhaust system equipped with an exhaust throttle valve downstream of the NOx catalyst 52, the temperature of the NOx catalyst 52 may be raised by restricting the exhaust throttle valve.
[0066]
As described above, in the exhaust gas purification apparatus shown in the present embodiment, the temperature of the NOx catalyst 52 is raised to a high temperature region, and then the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lowered in the same manner as the NOx releasing action described above, thereby He is recovering poison.
[0067]
However, in a so-called lean combustion type internal combustion engine such as the diesel engine shown in the present embodiment, the engine is usually operated by burning an oxygen-rich mixture. For this reason, during normal operation, a large amount of oxygen is present in the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52, and the air-fuel ratio decreases until the NOx releasing action and the SOx releasing action (recovery of SOx poisoning) are promoted. There is little to do.
[0068]
Therefore, in the exhaust purification system shown in the present embodiment, a reducing agent is supplied at an appropriate timing into the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52 to promote the NOx releasing action and the SOx releasing action, thereby reducing the rich air-fuel ratio. An agent supply device 60 is provided.
[0069]
<Description of reducing agent supply device>
The reducing agent supply device 60 includes a reducing agent addition valve 61, a reducing agent supply path 62, an emergency shutoff valve 66, a fuel pressure sensor 63, and the like, and is controlled based on a reducing agent supply program prepared in the electronic control unit 30. . More specifically, fuel (light oil) as a reducing agent is supplied to the exhaust passage upstream of the NOx catalyst 52 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52 becomes a desired target air-fuel ratio. Note that the target air-fuel ratio is a value that is different when nitrogen oxide (NOx) is to be purified and when SOx poisoning is to be recovered.
[0070]
The reducing agent addition valve 61 is an electromagnetically driven on-off valve that is provided at the collecting portion of the exhaust branch pipe 18 as described above and opens when a predetermined voltage is applied under a reducing agent supply program. An engine cooling water passage (not shown) is formed around the reducing agent addition valve 61, and the reducing agent addition valve 61 is cooled by the engine cooling water flowing through the passage. .
[0071]
The reducing agent supply path 62 forms a passage for guiding a part of the fuel discharged from the fuel pump 6 at a predetermined pressure to the reducing agent addition valve 61. The emergency shut-off valve 66 is provided upstream of the reducing agent supply path 62 and is shut off when an abnormality occurs in the pressure in the reducing agent supply path 62 or during execution of an abnormality determination control described later, and is supplied to the reducing agent addition valve 61. Prohibit fuel supply. The fuel pressure sensor 63 is provided in a path from the emergency shutoff valve 66 to the reducing agent addition valve 61 and detects the fuel pressure in the reducing agent supply path 62. That is, in the present embodiment, the emergency shutoff valve 66 corresponds to the flow path shutoff portion, and the fuel pressure sensor 63 corresponds to the pressure detection means. The fuel pump 6 corresponds to a reducing agent discharge unit.
[0072]
In the reducing agent supply device 60 configured as described above, the fuel discharged from the fuel pump 6 is guided to the reducing agent addition valve 61 via the emergency shutoff valve 66 and the reducing agent supply valve 61. When a predetermined voltage is applied to the reducing agent addition valve 61 under the reducing agent supply program, the reducing agent addition valve 61 is opened, and the addition (injection) of engine fuel as a reducing agent is introduced into the exhaust branch pipe 18. Made. The fuel (reducing agent) added to the exhaust branch pipe 18 is agitated with exhaust gas in the turbine housing 15 b and flows into the NOx catalyst 52 through the exhaust pipe 19.
[0073]
As described above, in the exhaust gas purification apparatus shown in the present embodiment, by supplying the fuel as the reducing agent into the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is temporarily reduced, and the NOx releasing action, and The release action of SOx is promoted.
[0074]
The addition of the reducing agent by the reducing agent supply device 60 is performed when the reducing agent supply execution condition corresponding to each of the reducing agent supply programs prepared in the electronic control unit 30 is satisfied. That is, when it becomes necessary to release nitrogen oxides (NOx) and when it becomes necessary to release sulfur oxides (SOx), an appropriate amount of reducing agent corresponding to each of them is determined in the reducing agent supply program. The NOx catalyst 52 is originally supplied at an appropriate timing.
[0075]
As a condition for releasing nitrogen oxide (NOx), the nitrogen oxide (NOx) absorbed by the NOx catalyst 52 has reached a predetermined amount. The temperature of the NOx catalyst 52 has reached a predetermined temperature (activation temperature). The supply of the reducing agent that recovers the SOx poisoning is in a non-execution condition. Examples of the conditions include that the temperature raising control for raising the temperature of the NOx catalyst 52 is not performed. In the present embodiment, for example, when grasping the absorption amount of nitrogen oxide (NOx), for example, the elapsed time from the previous addition of the reducing agent, the vehicle travel distance, and the integrated value of the vehicle travel time. The amount of nitrogen oxide (NOx) absorption is estimated based on the operation history.
[0076]
On the other hand, as a condition when SOx poisoning should be recovered, the amount of sulfur oxide (SOx) absorbed by the NOx catalyst 52 reaches a predetermined amount. The catalyst temperature of the NOx catalyst 52 has reached a high temperature range in which sulfur oxide (SOx) can be thermally decomposed. The temperature of the exhaust is below a predetermined upper limit value. Various conditions such as the state where the supply of the reducing agent that promotes the NOx releasing action is in the non-execution state can be exemplified. In addition, in grasping | ascertaining the absorption amount of a sulfur oxide (SOx), it is trying to estimate the absorption amount from a driving | running history similarly to the method of grasping | ascertaining the absorption amount of a nitrogen oxide (NOx) mentioned above. .
[0077]
At this time, the electronic control unit 30 performs so-called multi-injection control that opens the reducing agent addition valve 61 a plurality of times during the reducing agent addition period. The multi-injection control is a control for adding a predetermined amount of a predetermined amount of reducing agent in a plurality of times at a constant rate from the start to the end of addition of the reducing agent. During the addition of the reducing agent, the driving voltage applied to the reducing agent addition valve 61 is intermittently cut off to realize multi-injection.
[0078]
It should be noted that the predetermined amount is a value different between when NOx is released and when SOx poisoning is recovered. That is, it corresponds to the basic addition amount calculated when NOx is released and when SOx poisoning is recovered.
[0079]
By the way, the nozzle hole of the reducing agent addition valve 61 is exposed and attached to the exhaust passage (exhaust branch pipe 18) due to its function. For this reason, the periphery of the nozzle hole is always exposed to high-temperature exhaust gas, and oxide generated by the injection of the reducing agent is gradually deposited around the nozzle hole. That is, the nozzle hole is clogged, and as a result, a desired addition amount cannot be obtained.
[0080]
Therefore, in the exhaust emission control device shown in the present embodiment, abnormality determination control of the reducing agent addition valve 61 is performed so as to detect a change in the flow rate of the reducing agent addition valve 61 accompanying this clogging. Further, in the addition of the reducing agent after the reducing agent addition valve 61 is determined to be abnormal by performing the abnormality determination control, the amount of addition before the abnormality determination, that is, the reducing agent corresponding to the basic addition amount continues to the NOx catalyst 52. Additive amount correction control is implemented to be supplied
[0081]
Hereinafter, the abnormality determination control and the addition amount correction control will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing an “abnormality determination processing routine” processed at the time of abnormality determination control. This processing routine is a processing routine that is periodically processed while the engine is operating. FIG. 6 is a flowchart showing an “addition amount correction processing routine” that is processed during the addition amount correction control, and is a processing routine that is processed when the reducing agent addition valve 61 is determined to be abnormal in the abnormality determination control. is there.
[0082]
<Explanation regarding abnormality determination control>
First, the abnormality determination control will be described.
First, the electronic control unit 30 stores output signals of various sensors on the RAM 33 in order to collect an operation history from the start of engine operation (step 101). Here, as the operation history, for example, the elapsed time since the previous addition of the reducing agent, the number of vehicle travel distances and the integrated value of the vehicle travel time, the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52, and the like can be exemplified.
[0083]
In the following step 102, the operation history collected in step 101 is read to the CPU 34, and it is determined whether or not the abnormality determination execution condition for the reducing agent addition valve 61 is satisfied (step 102).
[0084]
The abnormality determination execution condition is, for example, a non-execution condition for addition of a reducing agent that promotes NOx release action. Addition of a reducing agent that recovers SOx poisoning is in a no-execution condition. A predetermined time has elapsed since the previous addition of the reducing agent. The vehicle mileage number has reached a predetermined mileage number. The vehicle travel time has reached a predetermined travel distance. Various conditions such as the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52 reaching a predetermined temperature can be exemplified.
[0085]
When various conditions are satisfied, the electronic control unit 30 proceeds to step 103 in order to detect an abnormality of the reducing agent addition valve 61. Further, when various conditions are not satisfied, the execution of this processing routine is temporarily terminated.
[0086]
Subsequently, in step 103, when detecting the abnormality of the reducing agent addition valve 61, the emergency shutoff valve 66 is first closed to prohibit the inflow of the reducing agent into the reducing agent supply path 62. That is, by closing the emergency shutoff valve 66, the path from the emergency shutoff valve 66 to the reducing agent addition valve 61 is closed.
[0087]
Subsequently, in the electronic control unit 30, the reducing agent addition valve 61 is opened for a predetermined time, and the reducing agent is added (step 104). In the present embodiment, this valve opening time is a time corresponding to one addition operation (valve opening operation) during the multi-injection control period. In addition, the electronic control unit 30 calculates the pressure drop amount ΔP in the reducing agent supply path 62 that drops with the addition of the reducing agent based on the output change of the fuel pressure sensor 63 (step 105). That is, in the process from step 103 to step 105, the electronic control unit 30 grasps the amount of consumption of the reducing agent that is an abnormality determination factor of the reducing agent addition valve 61 based on the output change of the fuel pressure sensor 63.
[0088]
In calculating the pressure drop ΔP, the value (fuel pressure) output after opening the reducing agent addition valve 61 is subtracted from the value (fuel pressure) output before opening the reducing agent addition valve 61. The pressure drop amount ΔP is calculated.
[0089]
In subsequent step 106, the degree of clogging of the reducing agent addition valve 61 is determined based on the pressure drop amount ΔP calculated in step 105. That is, the electronic control unit 30 determines whether or not the calculated pressure drop amount ΔP is smaller than the target pressure drop amount ΔPb (predetermined amount), and determines whether the reducing agent addition valve 61 is abnormal.
[0090]
The target pressure drop ΔPb corresponds to the pressure drop calculated when the normal reducing agent addition valve 61 is opened under the same conditions, and was calculated in the process from step 103 to step 105. If the pressure drop amount ΔP is smaller than the target pressure drop amount ΔPb, it can be said that an abnormality has occurred in the reducing agent addition valve 61.
[0091]
In the present embodiment, the target pressure drop amount ΔPb is obtained in a preliminary experiment, and the value is recorded in the ROM 32 in advance. Accordingly, in step 106, the abnormality of the reducing agent addition valve 61 can be determined by comparing the target pressure drop amount ΔPb recorded in the ROM 32 with the actually detected pressure drop amount ΔP by the CPU 34.
[0092]
Then, the electronic control unit 30 considers that the reducing agent addition valve 61 is abnormal in response to the fact that the calculated pressure drop amount ΔP is smaller than the basic pressure drop amount ΔPb (step 107). Further, when the pressure drop amount ΔP shows a value substantially equal to the basic pressure drop amount ΔPb, it is considered that the reducing agent addition valve 61 is normal (step 108), and the emergency shutoff valve 66 is opened (step 109). This processing routine ends.
[0093]
As described above, in the present embodiment, the reducing agent addition valve 61 is opened for a predetermined time during the operation period of the emergency shutoff valve 66, and the pressure drop amount ΔP accompanying the valve opening is smaller than the target pressure drop amount ΔPb. The reducing agent addition valve 61 is regarded as abnormal. That is, the abnormality determination means according to the present invention is realized by the above-described abnormality determination control.
[0094]
The “abnormality determination processing routine” described above is merely an example, and the details thereof can be arbitrarily changed. For example, in the abnormality determination processing routine described above, the calculated pressure drop amount ΔP and the target pressure drop amount ΔPb are compared to determine whether the reducing agent addition valve 61 is abnormal, but the pressure drop amount ΔP is not calculated. In addition, the abnormality determination may be performed by directly reflecting the output value of the fuel pressure sensor 63.
[0095]
More specifically, the pressure in the reducing agent supply path 62 when the emergency shut-off valve is closed is a predetermined value, and the pressure drop amount ΔP calculated from step 103 to step 105 is detected when the reducing agent addition valve 61 is closed. It is determined by the applied pressure. On the other hand, the target pressure drop amount ΔPb is also a predetermined value, and the pressure in the reducing agent supply path 62 corresponding to the target pressure drop amount ΔPb is naturally determined. Therefore, the abnormality of the reducing agent addition valve 61 can be determined by comparing the pressure output when the reducing agent addition valve 61 is closed with the pressure determined based on the target pressure drop amount ΔPb. That is, when the pressure detected when the reducing agent addition valve 61 is closed is larger than the pressure determined by the target pressure drop ΔPb, it can be considered that the reducing agent addition valve 61 is abnormal.
[0096]
Thus, in the present invention, the pressure drop amount ΔP is defined not only by the pressure change amount itself but also by a concept including a change in the numerical value output with the pressure drop.
[0097]
Further, in the above processing routine, the clogging of the reducing agent addition valve 61 is determined based on the pressure drop amount ΔP, but the failure of the reducing agent addition valve 61, that is, the malfunction of the reducing agent addition valve 61 is also the same. Can be detected. When the reducing agent addition valve 61 malfunctions, the pressure drop amount ΔP approaches 0 (zero). Therefore, in the electronic control unit 30, the pressure drop amount ΔP becomes a value near 0 (zero). Accordingly, it can be considered that the reducing agent addition valve 61 is malfunctioning.
[0098]
<Explanation of additive amount correction control>
Next, “addition amount correction control” performed after the abnormality of the reducing agent addition valve 61 is detected will be described. The addition amount correction control is processed at the time of addition of the reducing agent that releases NOx, and at the time of addition of the reducing agent that releases SOx. This is a control for enabling the addition amount) of the reducing agent to be supplied to the NOx catalyst 52. This corresponds to so-called fail safe.
[0099]
The addition amount correction control will be described below based on the “addition amount correction processing routine” shown in FIG.
First, the electronic control unit 30 calculates the estimated injection amount Qe based on the pressure drop amount ΔP calculated during the execution of the abnormality determination control (step 201). In this process, the estimated injection amount Qe is calculated based on the following calculation formula.
[0100]
[Expression 1]

[0101]
Here, the bulk modulus Ea is represented by the ratio of the pressure acting on the unit surface area of the object and the unit volume of the object under the pressure, and generally the volume step coefficient Ea = a × fuel pressure P + b (a and b are constants) Is approximated by The addition path volume Va corresponds to the volume in the reducing agent supply path 62 from the emergency shutoff valve 66 to the reducing agent addition valve 61, and is a predetermined value.
[0102]
Next, the electronic control unit 30 calculates the insufficient addition amount ΔQ based on the estimated injection amount Qe calculated in step 201. In this process, the addition correction amount ΔQ is calculated by the following calculation formula (step 202).
[0103]
Insufficient addition amount ΔQ = required injection amount Qtrg−estimated injection amount Qe
[0104]
Here, the required addition amount Qtrg is a value determined corresponding to one addition operation (valve opening operation) during the multi-injection control period, and when urging NOx release action and urging SOx release. Are different values. That is, when the reducing agent addition valve 61 is normal, an amount of reducing agent equivalent to the required addition amount Qtrg is supplied through the reducing agent addition valve 61 during one addition operation during the multi-injection control. Therefore, when the estimated injection amount Qe is subtracted from the required addition amount Qtrg, the addition shortage amount ΔQ is calculated. Thus, the addition deficiency calculating means according to the present invention is realized.
[0105]
Subsequently, the electronic control unit 30 updates the multi-injection control of the reducing agent addition valve 61 based on the calculated addition shortage amount ΔQ (step 203). That is, in the addition after the reducing agent addition valve 61 is determined to be abnormal by executing the abnormality determination control, the addition amount of the reducing agent added from the reducing agent addition valve 61 maintains the addition amount before the abnormality determination. Correct the multi-injection control as possible.
[0106]
More specifically, in step 203, in the multi-injection control in which the reducing agent addition valve 61 is opened at predetermined intervals, the opening time of the reducing agent addition valve 61 is lengthened immediately after the start of the multi-injection control. . In addition, the amount of reducing agent added from the reducing agent addition valve 61 is increased by updating to a valve opening pattern such as extending the valve opening time each time during the multi-injection control period.
[0107]
In the increase correction for increasing the addition amount by increasing the valve opening time immediately after the start of the multi-injection control, as shown in FIG. 4, during the addition period of the reducing agent, the reducing agent addition valve 61 corresponding to the first opening is opened. The initial addition amount of the reducing agent is increased by extending the valve time. In addition, the influence by abnormality of the reducing agent addition valve 61 appears notably in the initial stage during the addition period of the reducing agent. Therefore, the insufficient addition amount ΔQ can be compensated by increasing the first addition amount.
[0108]
On the other hand, in the increase correction in which the valve opening time is extended each time during the addition period of the reducing agent, as shown in FIG. 5, the addition amount of the reducing agent added each time is increased to compensate for the addition shortage amount ΔQ. ing. Further, as shown by the dotted line in FIG. 5, the time during which the reducing agent continues to flow into the NOx catalyst 52, the so-called basic rich time, naturally increases, so the number of times the reducing agent is opened is reduced to reduce the basic rich before the occurrence of the abnormality. We are dealing with the same length of time.
[0109]
Note that the basic rich time is the time required to complete the release of NOx and the release of SOx, and is different between the addition of the reducing agent that promotes the release of NOx and the addition of the reducing agent that promotes the release of SOx. It is. Further, the reducing agent added beyond the basic rich time becomes an unnecessary reducing agent that is not consumed for the release of NOx and the release of SOx.
[0110]
Then, after the end of step 203, the electronic control unit 30 performs the multi-injection of the reducing agent according to the multi-injection control (valve opening control) corrected based on the various methods described above (step 204). That is, the addition shortage correction means according to the present invention is realized by the addition amount correction control described above.
[0111]
The above-described “deficiency of addition correction routine” is merely an embodiment, and details thereof can be arbitrarily changed. For example, in the above processing routine, in the process from step 201 to step 202, the insufficient addition amount ΔQ is calculated from various calculation formulas. In this process, the pressure drop amount ΔP and the required addition amount ΔQb are used as parameters. It is also possible to process by replacing with an addition deficiency calculation map.
[0112]
That is, since the addition shortage amount ΔQ is calculated using the pressure drop amount ΔP as a variable, the process leading to the calculation can be omitted in various preliminary experiments. Therefore, the electronic control unit 30 can calculate the shortage amount ΔQ by comparing the pressure drop amount ΔP with the shortage amount calculation map created based on these various experiments.
[0113]
Further, in the above-described insufficient addition amount correction routine, the insufficient addition amount ΔQ based on either the required injection amount Qtrg when the NOx release action should be promoted or the required injection amount Qtrg when the SOx poisoning should be recovered. However, the addition shortage amount ΔQ may be obtained for each required injection amount Qtrg, and the multi-injection control may be corrected based on the average value, that is, the average shortage addition amount ΔQa.
[0114]
More specifically, in calculating the pressure drop amount ΔP, the pressure drop amount ΔP is calculated at a plurality of valve opening times corresponding to the valve opening time for promoting the NOx releasing action and the valve opening time for promoting the SOx releasing action. It calculates | requires separately and calculates the addition insufficient quantity (DELTA) Q from each. Then, an average addition deficiency ΔQa may be calculated from each addition deficiency ΔQ, and multi-injection correction may be performed based on the calculated average addition deficiency ΔQa. In this case, the accuracy of correction is improved and more accurate addition amount correction can be performed.
[0115]
As described above, the exhaust purification apparatus according to the present embodiment includes the addition amount correction control in addition to the reducing agent abnormality determination control. Therefore, even in the addition after the reducing agent addition valve 61 is determined to be abnormal, The previous amount added can be maintained.
[0116]
The configurations of the reducing agent supply device 60 and the diesel engine (internal combustion engine) described above are merely one embodiment of the present invention, and the details thereof may be changed as desired.
[0117]
For example, changes such as configuring the reducing agent supply device 60 to be completely independent of the fuel supply system may be performed. Further, an electromagnetically driven on-off valve, so-called injector, is employed as the reducing agent addition valve 61, but a mechanical on-off valve, so-called injection nozzle, may be used instead of the electromagnetically driven on-off valve.
[0118]
The injection nozzle has a structure that opens when a predetermined fuel pressure is applied, and is used in combination with an electromagnetically driven metering valve. The metering valve is an open / close valve that opens when a predetermined voltage is applied, and is attached to a path from the emergency shutoff valve 66 to the reducing agent addition valve 61. When the reducing agent is added during the execution of the abnormality determination control, the metering valve is opened, the fuel pressure is applied to the injection nozzle, and the reducing agent is added.
[0119]
Thus, the above-described configurations of the reducing agent supply device 60, the diesel engine (internal combustion engine), and the like are merely an embodiment of the present invention, and details thereof may be changed as desired.
[0120]
<Second Embodiment>
Subsequently, a second embodiment of the present invention will be described.
In the exhaust emission control device according to the second embodiment of the present invention, from the time required for the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52 to reach the target air-fuel ratio after the start of addition of the reducing agent, the so-called invalid injection time is used. An abnormality of the addition valve 61 is detected. The configuration of the internal combustion engine and the configuration of the exhaust emission control device are the same as those in the first embodiment described above, and therefore the description thereof is omitted.
[0121]
First, the abnormality determination control will be outlined with reference to FIG. 7A shows a change in the air-fuel ratio when the reducing agent addition valve 61 is normal, and FIG. 7B shows a change in the air-fuel ratio when the reducing agent addition valve 61 is abnormal. The change in the air-fuel ratio shown in FIG. 7 is created based on the output value of the air-fuel ratio sensor 73 attached downstream of the NOx catalyst 52, but the air-fuel ratio downstream of the NOx catalyst 52 flows into the NOx catalyst 52. It is approximately approximate to the air-fuel ratio of exhaust gas.
[0122]
As shown in FIG. 7A, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52 starts to decrease rapidly after a while after the start of addition of the reducing agent, and eventually reaches the target air-fuel ratio. The time required to reach the target air-fuel ratio (hereinafter referred to as invalid injection time) is determined automatically depending on the amount of reducing agent added immediately after the start of addition of the reducing agent.
[0123]
However, when the abnormality occurs in the reducing agent addition valve 61, the amount of reducing agent to be added decreases, and therefore the invalid injection time ΔT becomes longer as shown in FIG. 7B. Therefore, in the present embodiment, the basic invalid injection time ΔTb obtained when the reducing agent addition valve 61 is normal is compared with the invalid injection time ΔT obtained by actual measurement, thereby reducing the reducing agent addition valve 61. An abnormality is judged.
[0124]
FIG. 8 is a flowchart of the abnormality determination control shown in the present embodiment. Hereinafter, the abnormality determination control according to the present embodiment will be described with reference to this flowchart.
[0125]
First, the electronic control unit 30 reads the output values of the various sensors 73 onto the RAM 33 in order to grasp the current operating state (step 301). Subsequently, the electronic control unit 30 reads the operation history recorded on the RAM 33 to the CPU 34, and determines whether or not the abnormality determination execution condition for the reducing agent addition valve 61 is satisfied (step 302).
[0126]
Note that, as the abnormality determination execution condition, for example, a reducing agent supply execution condition that promotes a NOx releasing action or a SOx releasing action is established. Various conditions such as the vehicle running state not being in the acceleration or deceleration running state can be exemplified.
[0127]
Then, the electronic control unit 30 proceeds to step 303 in order to detect abnormality of the reducing agent addition valve 61 when various conditions are satisfied. Further, when various conditions are not satisfied, the execution of this processing routine is temporarily terminated.
[0128]
In step 303, first, the reducing agent addition valve 61 is opened in order to determine whether the reducing agent addition valve 61 is abnormal. Next, the electronic control unit 30 measures the invalid injection time ΔT required until the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52 reaches the target air-fuel ratio after the reducing agent addition valve 61 is opened (step 304).
[0129]
In the process of step 304, the output value of the air-fuel ratio sensor 73 is constantly monitored by the CPU 34. The CPU 34 measures the invalid injection time ΔT on the condition that the output value has reached the target air-fuel ratio. finish. That is, the required time measuring means according to the present invention is realized.
[0130]
Next, the electronic control unit 30 performs an abnormal operation based on the basic invalid injection time calculation map using the flow velocity of the exhaust gas flowing in the exhaust passage and the basic invalid injection time ΔTb for each flow velocity determined based on the preliminary experiment as parameters. A basic invalid injection time ΔTb which is a criterion for determination is calculated (step 305).
[0131]
Then, the electronic control unit 30 compares the basic invalid injection time ΔTb calculated in step 305 with the invalid injection time ΔT calculated in step 304 (step 306), and the invalid calculation calculated in step 304. When it is determined that the injection time ΔT is longer than the basic invalid injection time ΔTb, it is considered that the reducing agent addition valve 61 is abnormal (step 307). On the other hand, when it is determined that the invalid injection time ΔT calculated in step 305 is substantially the same as the basic invalid injection time ΔTb, the reducing agent addition valve 61 is regarded as normal (step 308), and this abnormality determination control is performed. finish.
[0132]
As described above, in the exhaust purification apparatus of the present invention, after the reducing agent addition valve 61 is opened, the reducing agent addition valve 61 is calculated from the invalid injection time required until the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52 reaches the target air-fuel ratio. It is also possible to determine the abnormality.
[0133]
In the above-described embodiment, the measurement of the invalid injection time is completed in response to the output from the air-fuel ratio sensor 73 reaching the target air-fuel ratio, but the air-fuel ratio serving as the threshold is set to the target air-fuel ratio. The air-fuel ratio is not limited and can be set arbitrarily.
[0134]
The processing routine described above is merely an example, and details thereof can be arbitrarily changed. For example, in the processing routine described above, the invalid injection time (basic invalid injection time) when the reducing agent addition valve 61 is normal is calculated in consideration of the flow velocity in the exhaust passage, but the engine speed is constant, that is, steady running. If abnormality determination control is performed during, for example, during idling, step 305 can be omitted. Thus, the above-described processing routine can be arbitrarily changed.
[0135]
In the present embodiment, the air-fuel ratio sensor 73 disposed on the downstream side of the NOx catalyst 52 is used to detect the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52. You may attach to the NOx catalyst 52 upstream. In addition, oxygen (O₂) A sensor may be used.
[0136]
<Third Embodiment>
Subsequently, a third embodiment of the present invention will be described.
In the present invention and the third embodiment, the abnormality of the reducing agent addition valve 61 is determined based on the air-fuel ratio change caused by the multi-injection. That is, the air-fuel ratio corresponding to each addition valve opening operation during the multi-injection control period is detected, and abnormality of the reducing agent addition valve 61 is determined based on the detected air-fuel ratio for each addition operation. The configuration of the internal combustion engine and the configuration of the exhaust gas purification device are the same as those in the first embodiment and the second embodiment described above, and thus the description thereof is omitted.
[0137]
First, with reference to FIG. 9, the outline of this abnormality determination control will be described. 9A shows the change in the air-fuel ratio when the reducing agent addition valve is normal, and FIG. 9B and FIG. 9C show the change in the air-fuel ratio when the reducing agent addition valve is abnormal. Is.
[0138]
As shown in FIG. 9A, when the reducing agent addition valve 61 is normal, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 52 shows substantially the same value for each addition operation. However, when an abnormality occurs in the reducing agent addition valve 61, the amount of reducing agent added from the reducing agent addition valve 61 is reduced. Therefore, as shown in FIG. It may indicate a higher air / fuel ratio. Further, as shown by the height difference H in FIG. 9C, a phenomenon such as the air-fuel ratio detected at the first time becoming higher than the air-fuel ratio detected next time also appears.
[0139]
Therefore, in the exhaust purification apparatus shown in the present embodiment, the reducing agent addition valve 61 is received in response to the change in the air / fuel ratio accompanying the valve opening control of the reducing agent addition valve 61 being continuously higher than the target air / fuel ratio at least twice. Judged as abnormal. Alternatively, in the continuous reducing agent addition operation, when the air-fuel ratio detected at the first time is higher than the air-fuel ratio detected next time, it is determined that the reducing agent addition valve 61 is abnormal.
[0140]
FIG. 10 is a flowchart of the abnormality determination control shown in the present embodiment. Hereinafter, the abnormality determination control according to the present embodiment will be described in detail with reference to a flowchart.
[0141]
First, the electronic control unit 30 determines whether or not an abnormality determination execution condition for the reducing agent addition valve 61 is established based on the operation history recorded on the RAM 33 (step 401). As the abnormality determination execution condition, for example, a condition in which a reducing agent addition execution condition that promotes NOx releasing action or SOx releasing action is established can be exemplified.
[0142]
Then, in the electronic control unit 30, when various conditions are satisfied, the routine proceeds to step 402 in order to detect an abnormality of the reducing agent addition valve 61. Further, when various conditions are not satisfied, the execution of this processing routine is temporarily terminated.
[0143]
In step 402 for starting the abnormality determination of the reducing agent addition valve 61, first, the multi-injection control of the reducing agent addition valve 61 is started, and the reducing agent is added to the NOx catalyst 52 at an equal ratio. Next, the electronic control unit 30 estimates the change in the air-fuel ratio corresponding to each addition operation from the output value of the air-fuel ratio sensor 73 (step 403). The change in the air-fuel ratio corresponding to each addition operation can be grasped by extracting the peak of the output value.
[0144]
Next, the electronic control unit 30 determines the abnormality of the reducing agent addition valve 61 by comparing the air-fuel ratio for each valve opening operation detected in step 403 by the CPU 34 (step 404). That is, the detected air-fuel ratio has become higher than the target air-fuel ratio at least twice, or in the continuous addition operation, the first detected air-fuel ratio is higher than the next-detected air-fuel ratio, etc. It is determined whether or not the above abnormality determination element is established.
[0145]
If at least one of the abnormality determination elements described above is established, it is considered that the reducing agent addition valve 61 is abnormal (step 405). Further, when none of the abnormality determination elements described above is satisfied, it is considered that the reducing agent addition valve 61 is normal (step 406), and this abnormality determination control is terminated.
[0146]
As described above, in the exhaust emission control device of the present invention, the abnormality of the reducing agent addition valve 61 can be determined based on the air-fuel ratio change resulting from the multi-injection control of the reducing agent addition valve 61.
[0147]
The processing routine described above is merely an example, and details thereof can be arbitrarily changed. For example, in the above processing routine, when grasping the air-fuel ratio corresponding to each addition operation, the value corresponding to the peak of the air-fuel ratio change is extracted from the output value of the air-fuel ratio sensor 73 to correspond to each addition operation. The air-fuel ratio corresponding to each addition operation can be detected even if the air-fuel ratio is detected every predetermined time after the start of the multi-injection control. That is, when the air-fuel ratio is detected in synchronization with the multi-injection valve opening cycle, the air-fuel ratio corresponding to each addition operation can be obtained.
[0148]
In the processing routine described above, two abnormality determination elements for the reducing agent addition valve 61 are listed, but any one of them may be used. In step 404 for determining the abnormality of the reducing agent addition valve 61, it is considered that the abnormality of the reducing agent addition valve 61 is satisfied on condition that one of the two elements listed as abnormality determination elements is established. However, it may be determined that the reducing agent addition valve 61 is abnormal for the first time on the condition that both are established. As described above, the details of the processing routine described above can be arbitrarily changed.
[0149]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can quickly detect an abnormality of the reducing agent addition valve and can continuously supply an appropriate amount of reducing agent even when the abnormality occurs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine to which an exhaust emission control device according to the present invention is applied.
FIG. 2A is a view for explaining the NOx absorption mechanism of the NOx storage reduction catalyst.
(B) The figure explaining the NOx release mechanism of the NOx storage reduction catalyst.
FIG. 3 is a flowchart showing a control process of abnormality determination control according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a correction method of addition amount correction control according to the present invention.
.
FIG. 5 is a view for explaining a correction method of addition amount correction control according to the present invention.
.
FIG. 6 is a flowchart showing a control process of addition amount correction control according to the present invention.
FIG. 7A is a diagram showing an air-fuel ratio change when the reducing agent addition valve is normal.
(B) The figure which shows the air fuel ratio change at the time of reducing agent addition valve abnormality.
FIG. 8 is a flowchart showing a control process of abnormality determination control according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9A is a view showing a change in the air-fuel ratio when the reducing agent addition valve is normal.
(B) The figure which shows the air fuel ratio change at the time of reducing agent addition valve abnormality.
(C) The figure which shows the air fuel ratio change at the time of a reducing agent addition valve abnormality.
FIG. 10 is a flowchart showing a control process of abnormality determination control according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Diesel engine (internal combustion engine)
1a Crankshaft
2-cylinder
3 Fuel injection valve
4 Common rail
4a Rail pressure sensor
5 Fuel supply pipe
6 Fuel pump
8 Intake branch pipe
9 Intake pipe
10 Air cleaner box
11 Air flow meter
12 Intake air temperature sensor
13 Inlet throttle valve
14 Actuator
15 Turbocharger
15a Compressor housing
15b Turbine housing
16 Intercooler
18 Exhaust branch pipe
18a Exhaust port
19 Exhaust pipe
23 Supercharging pressure sensor
24 Intake air temperature sensor
25 EGR passage (exhaust gas recirculation passage)
26 EGR valve
27 EGR cooler
30 Electronic control unit
31 Bidirectional bus
35 input ports
36 output ports
37 Converter
38 Drive circuit
40 accelerator pedal
41 Load sensor
42 Crank angle sensor
43 Vehicle speed sensor
52 NOx storage reduction catalyst (NOx catalyst)
60 Reducing agent supply device
61 Reducing agent addition valve
62 Reducing agent supply path
63 Fuel pressure sensor
66 Emergency shut-off valve
73 Air-fuel ratio sensor
74 Exhaust temperature sensor

Claims

An exhaust purification catalyst that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and purifies harmful gas components in exhaust gas in the presence of a reducing agent, a reducing agent addition valve that adds a reducing agent upstream from the exhaust purification catalyst, and the exhaust purification catalyst Required for the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detecting means to reach a predetermined air-fuel ratio after opening the reducing agent addition valve and the air-fuel ratio detecting means for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust gas Required time measuring means, and an abnormality determining means for determining that the reducing agent addition valve is abnormal when the required time is longer than a predetermined time. An exhaust purification device for an internal combustion engine.

An exhaust purification catalyst that is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and purifies harmful gas components in the exhaust in the presence of a reducing agent, and a predetermined amount of reducing agent that is predetermined in advance is divided into a plurality of times upstream from the exhaust purification catalyst. A reducing agent addition valve to be added, an air-fuel ratio detecting means for detecting an air-fuel ratio that decreases in response to each addition operation at the time of operation of the reducing agent addition valve, and corresponding to each addition operation And an abnormality determination means for comparing the detected air-fuel ratio with a predetermined air-fuel ratio to determine abnormality of the reducing agent addition valve.

The abnormality determination means includes a second addition of the air-fuel ratio detected corresponding to the first addition operation among the air-fuel ratios detected corresponding to the respective addition operations. 3. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2 , wherein when the air-fuel ratio detected in response to the operation is higher than the air-fuel ratio, it is determined that the reducing agent addition valve is abnormal.

The abnormality determination means includes at least an air-fuel ratio detected corresponding to the first addition operation among the air-fuel ratios detected corresponding to the respective addition operations, and a second following the first addition operation. 3. The internal combustion engine according to claim 2 , wherein when the air-fuel ratio detected corresponding to the addition operation becomes higher than the target air-fuel ratio, it is determined that the reducing agent addition valve is abnormal. Exhaust purification device.

In the addition of the reducing agent that is performed after the reducing agent addition valve is determined to be abnormal, the addition amount of the reducing agent that is added from the reducing agent addition valve is the addition amount before the abnormality determination. an exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1 or et 4, characterized in that it comprises the addition amount correcting means for increasing correction of the amount of reducing agent added from the reducing agent addition valve.

A valve opening control means for opening the reducing agent addition valve a plurality of times during the addition period of the reducing agent; and the addition amount correction means starts the valve opening control of the reducing agent addition valve by the valve opening control means 6. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein immediately after the opening of the reducing agent addition valve is lengthened, the amount of addition of the reducing agent is increased.

A valve opening control means for opening the reducing agent addition valve a plurality of times during the addition period of the reducing agent; and the addition amount correction means is configured to open the control period of the reducing agent addition valve by the valve opening control means. 6. The internal combustion engine according to claim 5 , wherein the opening time of the reducing agent addition valve is increased each time, and the number of times the reducing agent addition valve is opened during the valve opening control period. Exhaust purification equipment.