JP4600362B2

JP4600362B2 - 還元剤添加弁の異常検出装置

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Publication number: JP4600362B2
Application number: JP2006199458A
Authority: JP
Inventors: 大介柴田; 裕澤田; 悟前田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: JP2008025479A

Description

本発明は、排気通路に還元剤を添加する還元剤添加弁の異常検出装置に関する。

還元剤添加弁（以下「添加弁」と略することもある。）から添加される還元剤添加量を空燃比センサ出力に基づいて推定し、この推定された還元剤添加量を添加指示量と比較することにより、添加弁の異常判定を行う装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−５４７２３号公報特開２００５−１４６９００号公報

ところで、添加弁の異常検出時に、触媒浄化能力回復時（「触媒再生時」ともいう。）と同様のリッチスパイクを実施すると、排気ガス中のＨＣ濃度が高くなる可能性がある。そうすると、空燃比センサ出力がリーンずれを起こしてしまい、添加量を精度良く推定することができなくなる可能性がある。このため、添加弁の異常検出を精度良く行うことができない場合がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、空燃比検出手段の出力リーンずれを抑制し、添加弁の異常検出を精度良く行うことが可能な還元剤添加弁の異常検出装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、触媒の浄化能力を回復させるために該触媒の上流に還元剤を添加する還元剤添加弁の異常を検出する異常検出装置であって、
前記還元剤添加弁に対して還元剤の添加量を指示する添加量指示手段と、
前記還元剤添加弁の下流の排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記排気空燃比に基づいて、前記還元剤添加弁から添加された還元剤の添加量を計測する添加量計測手段と、
前記添加量指示手段により指示された添加量と、前記添加量計測手段により計測された添加量とを比較することにより、前記還元剤添加弁の異常を検出する異常検出手段と、
前記添加量指示手段は、前記還元剤添加弁の異常検出時は、前記触媒の浄化能力回復時に比して、１噴射当たりの添加量を減量することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記添加量指示手段は、前記還元剤添加弁の異常検出時は、前記触媒の浄化能力回復時に比して、噴射回数を増加させることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
排気系の温度を取得する排気系温度取得手段と、
前記排気系温度取得手段により取得された排気系温度が、触媒の還元剤浄化能が低い温度域では、前記還元剤添加弁の異常検出を禁止する禁止手段とを更に備えたことを特徴とする。

また、第４の発明は、触媒の浄化能力を回復させるために該触媒の上流に還元剤を添加する還元剤添加弁の異常を検出する異常検出装置であって、
前記還元剤添加弁に対して還元剤の添加量を指示する添加量指示手段と、
前記還元剤添加弁の下流の排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記排気空燃比に基づいて、前記還元剤添加弁から添加された還元剤の添加量を計測する添加量計測手段と、
前記添加量指示手段により指示された添加量と、前記添加量計測手段により計測された添加量とを比較することにより、前記還元剤添加弁の異常を検出する異常検出手段と、
排気系の温度を取得する排気系温度取得手段と、
前記排気系温度取得手段により取得された排気系温度が、触媒の還元剤浄化能が低い温度域では、前記還元剤添加弁の異常検出を禁止する禁止手段とを備えたことを特徴とする。

第１の発明によれば、前記還元剤添加弁の異常検出時は、前記触媒の浄化能力回復時に比して、１噴射当たりの添加量が減量される。これにより、排気ガス中の還元剤濃度を低くすることができるため、空燃比検出手段の出力リーンずれを回避することができる。従って、還元剤の添加量を精度良く計測することができるため、還元剤添加弁の異常検出を精度良く行うことができる。

第２の発明によれば、還元剤添加弁の異常検出時の還元剤噴射回数は、浄化能力回復時の還元剤噴射回数に比して多くされる。これにより、異常検出時に還元剤の総添加量が著しく少なくなる事態が回避されるため、還元剤添加弁の噴射ばらつきの影響を抑えることができる。よって、還元剤の添加量を精度良く計測することができる。

第３の発明によれば、触媒の還元剤浄化能が低い温度域では、還元剤添加弁の異常検出が禁止される。よって、還元剤浄化能の低下に起因する排気ガス中の還元剤濃度の上昇が抑止されるため、空燃比検出手段の出力リーンずれを回避することができる。

第４の発明によれば、触媒の還元剤浄化能が低い温度域では、還元剤添加弁の異常検出が禁止される。よって、還元剤浄化能の低下に起因する排気ガス中の還元剤濃度の上昇が抑止されるため、空燃比検出手段の出力のリーンずれを回避することができる。従って、還元剤の添加量を精度良く計測することができるため、還元剤添加弁の異常検出を精度良く行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１として、４サイクルのディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）を備えている。ディーゼルエンジン１は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。図１に示すディーゼルエンジン１は直列４気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

ディーゼルエンジン１の各気筒２のピストンは、クランク機構を介してクランク軸４に連結されている。クランク軸４の近傍には、クランク軸４の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ５が設けられている。

ディーゼルエンジン１の各気筒２には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ６が設置されている。各気筒のインジェクタ６は、共通のコモンレール７に接続されている。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ８によって所定の燃圧まで加圧される。この加圧された燃料は、コモンレール７内に蓄えられ、コモンレール７から各インジェクタ６に供給される。インジェクタ６は、１サイクル中に複数回、任意のタイミングで燃料を筒内に噴射することができる。

ディーゼルエンジン１の吸気ポート１０には、吸気バルブ１２が設けられている。この吸気バルブ１２の開弁特性（開弁時期、リフト量、作用角）は、図示しない公知の可変動弁機構により変更可能である。

吸気ポート１０は、吸気マニホールド１６を介して吸気通路１８に接続されている。吸気通路１８の途中には、吸気絞り弁２０が設けられている。吸気絞り弁２０は、アクセル開度センサ２１により検出されるアクセル開度AAに基づき、その開度が決定される電子制御弁である。吸気絞り弁２０の上流には、インタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の上流にはターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａが設けられている。コンプレッサ２４ａは、排気通路３８のタービン２４ｂと連結軸により連結されている。

コンプレッサ２４ａの上流には、吸入空気量Gaを検出するエアフロメータ２６が設けられている。エアフロメータ２６の上流にはエアクリーナ２８が設けられている。

このような構成によれば、ターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａにより圧縮された吸入空気は、インタークーラ２２で冷却される。インタークーラ２２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド１６によって各気筒の吸気ポート１０に分配される。

また、ディーゼルエンジン１の排気ポート３０には、排気バルブ３２が設けられている。この排気バルブ３２の開弁特性（開弁時期、リフト量、作用角）は、図示しない公知の可変動弁機構により変更可能である。

排気ポート３０は、排気マニホールド３６を介して排気通路３８に接続されている。排気通路３８には、ターボ過給機２４のタービン２４ｂが設けられている。タービン２４ｂの下流には、前処理触媒である酸化触媒４０が設けられている。酸化触媒４０は、ＨＣやＣＯを酸化する機能を有する触媒である。

酸化触媒４０の下流には、ＮＯｘ触媒４２が設けられている。ＮＯｘ触媒４２は、空燃比が理論空燃比より大きい雰囲気中、つまり理論空燃比よりリーンな雰囲気中では排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比以下の雰囲気中、つまり理論空燃比以下のリッチの雰囲気中では吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して放出する機能を有している。

このＮＯｘ触媒４２は、ＮＯｘを吸蔵還元する機能のみを有するものでもよく、あるいは、排気ガス中のすすを捕集する機能を併せ持つＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)のようなものでもよい。また、ＮＯｘ触媒４２は、すすを捕集すること以外の機能を併せ持つものでもよい。なお、酸化触媒４０とＮＯｘ触媒４２とは、１つの容器内に収納されていてもよい。

タービン２４ｂと酸化触媒４０との間には、排気ガス中に還元剤である燃料を添加する排気燃料添加弁４４が設けられている。排気燃料添加弁４４は、図示しない燃料供給管を介して上記サプライポンプ８と連通している。また、酸化触媒４０の上流には、酸化触媒４０に流入する排気ガス温度Texgを検出する排気温センサ４５が設けられている。

酸化触媒４０とＮＯｘ触媒４２との間には、第１空燃比センサ４６が設けられている。また、ＮＯｘ触媒４２の下流には、第２空燃比センサ４８が設けられている。これらの空燃比センサ４６，４８は、設置位置での排気空燃比をそれぞれ検出するように構成されている。また、酸化触媒４０には、該酸化触媒４０の触媒床温を検出する触媒床温センサ４７が設けられている。

吸気通路１８の吸気マニホールド１６の近傍には、外部ＥＧＲ通路５２の一端が接続されている。外部ＥＧＲ通路５２の他端は、排気通路３８の排気マニホールド３６近傍に接続されている。本システムでは、この外部ＥＧＲ通路５２を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路１８に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。

外部ＥＧＲ通路５２の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５４が設けられている。外部ＥＧＲ通路５２におけるＥＧＲクーラ５４の下流には、ＥＧＲ弁５６が設けられている。このＥＧＲ弁５６の開度を大きくするほど、外部ＥＧＲ通路５２を通る排気ガス量（すなわち、外部ＥＧＲ量もしくは外部ＥＧＲ率）を増大させることができる。

また、本実施の形態１のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ６、サプライポンプ８、吸気絞り弁２０、排気燃料添加弁４４、ＥＧＲ弁５６等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ５、アクセル開度センサ２１、エアフロメータ２６、排気温センサ４５、第１空燃比センサ４６、触媒床温センサ４７、第２空燃比センサ４８等が接続されている。

また、ＥＣＵ６０は、クランク角センサ５の出力に基づいて、機関回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ６０は、アクセル開度AA等に基づいて、機関負荷KLを算出する。また、ＥＣＵ６０は、この機関負荷KLに基づいて、インジェクタ６からの燃料噴射量（筒内噴射量）Qを算出する。ＥＣＵ６０は、各センサからの信号に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼルエンジン１の運転状態を制御する。

［本実施の形態１の特徴］
上記システムのＮＯｘ触媒４２に吸蔵されたＮＯｘ量が所定値以上になると、ＮＯｘを還元・放出させるため、いわゆるリッチスパイクが実施される。すなわち、排気燃料添加弁４４から還元剤である燃料の添加が行われ、この還元剤によりＮＯｘ触媒４２の浄化能力回復処理（再生処理）が行われる。本実施の形態１では、以下に説明するように、この排気燃料添加弁４４の異常（故障）を検出する手法について提案する。

図２は、排気燃料添加弁４４の異常を判別する方法を説明するための図である。図２における横軸は、ＥＣＵ６０から排気燃料添加弁４４に対して指示される添加量（指示添加量）であり、縦軸は後述する方法により計測（推定）される添加量（計測添加量）である。
図２に示すように、指示添加量と計測添加量とを比較することで、排気燃料添加弁４４の異常検出を行うことができる。指示添加量に対する計測添加量の比率Rが１である場合、すなわち、排気燃料添加弁４４から還元剤が指示量だけ添加される場合には、当然排気燃料添加弁４４は正常であると判定される。しかし、排気燃料添加弁４４のばらつき・経時変化を考慮して、比率Rが図２に示す基準範囲内であれば、排気燃料添加弁４４は正常であると判定される。一方、比率Rがこの基準範囲外であれば、排気燃料添加弁４４は異常（故障）であると判定される。なお、この基準範囲は、車種に応じて予め設定しておくことができる。

図３は、リッチスパイク実施時の第１空燃比センサ４６の出力（以下「空燃比センサ出力」という。）の変化を示す図である。
リッチスパイクが実施されていない時、つまり、排気燃料添加弁４４から燃料添加が行われていない時には、空燃比センサ出力は、図３において一点鎖線で示すような出力A/F_Aとなる。
一方、リッチスパイクが実施されている時、つまり、排気燃料添加弁４４から燃料添加が行われている時には、空燃比センサ出力は、図３において実線で示すような出力A/Ｆ_Bに変化する。
後述するように、これらのリッチスパイク非実施時の空燃比センサ出力A/F_Aとリッチスパイク実施時の空燃比センサ出力A/F_Bとを用いて、排気燃料添加弁４４から添加された燃料量を計測（推定）することができる。すなわち、空燃比センサ出力A/F_A,A/F_Bに基づいて、上記の計測添加量を求めることができる。

図４は、空燃比センサ出力A/F_A,A/F_Bに基づいて、排気燃料添加弁４４から添加された燃料量を計測する方法を説明するための図である。図４において、上記図３と同様に、符号「A/F_A」はリッチスパイク非実施時の空燃比センサ出力を、符号「A/F_B」はリッチスパイク実施時の空燃比センサ出力を、それぞれ表している。

リッチスパイク非実施時の空燃比センサ出力A/F_Aは、次式(1)のように表すことができる。次式(1)において、「Ga」は吸入空気量であり、「Q」は筒内燃料噴射量である。
A/F_A=Ga/Q・・・(1)
上式(1)を変形すると、次式(2)が得られる。
Q=Ga/(A/F_A)・・・(2)

また、リッチスパイク実施時の空燃比センサ出力A/F_Bは、次式(3)のように表すことができる。次式(3)において、「Qex」は排気燃料添加弁４４から添加された燃料量である。
A/F_B=Ga/(Q+Qex)・・・(3)
上式(3)を変形すると、次式(4)が得られる。
Q+Qex=Ga/(A/F_B)・・・(4)

上式(4)から上式(2)を減算することにより次式(5)が得られ、さらに次式(5)を変形することにより次式(6)が得られる。
Qex=Ga×{1/(A/F_B)-1/(A/F_A)}・・・(5)
=Ga×{(A/F_A)-(A/F_B)}/(A/F_A)/(A/F_B)・・・(6)

上式(6)中の空燃比センサ出力A/F_Aは、リッチスパイク実施直前のリッチスパイク非実施時に、予め取得することができる。よって、吸入空気量Gaと空燃比センサ出力A/F_Bを用いて、上式(6)に従って、リッチスパイク実施中における瞬時（ある時刻）の添加燃料量が算出される。この添加燃料量を、図４に示すリッチスパイク時間tの間だけ積算することで、リッチスパイク実施時に排気燃料添加弁４４から添加された燃料量を計測することができる。すなわち、計測添加量が求められる。

ところで、排気ガス中のＨＣ濃度が高い場合には、図３において破線で示すように、空燃比センサ出力が、上記出力A/F_Bよりもリーン側の出力A/F_Cとなってしまう。すなわち、空燃比センサ出力がリーンずれを起こしてしまう。このリーンずれの発生理由は、燃料（ＨＣ）は高分子であるため、空燃比センサ４６の図示しない拡散抵抗層（例えば、ジルコニア層）を通過することができず、センサ部に到達することができないためである。よって、排気ガス中のＨＣ濃度が高いほど、空燃比センサ出力がより大きくリーン側にずれることとなる。

本発明者等が検討を行った結果、指示添加量に対する計測添加量の比率Rと、排気ガス中のＨＣ濃度（ＨＣ量）との間に相関があることが分かった。図５は、指示添加量に対する計測添加量の比率Rと、排気ガス中のＨＣ濃度との関係を示す図である。

図５に示すように、排気ガス中のＨＣ濃度が低い場合には比率Rが１００％に近く、該ＨＣ濃度が高くなるに連れて比率Rが低くなることが分かった。これは、排気ガス中のＨＣ濃度が高いほど、上述した空燃比センサ出力のリーンずれの度合が大きくなり、その結果として計測添加量が本来よりも小さく算出されるためである。よって、排気ガス中のＨＣ濃度が高い場合には、精度良く計測添加量を求めることができないため、排気燃料添加弁４４の異常検出を精度良く行うことができない可能性がある。かかる空燃比センサ出力のリーンずれの影響を抑えて、計測添加量を精度良く求めるためには、排気ガス中のＨＣ濃度をできるだけ低くすることが望ましい。具体的には、排気ガス中のＨＣ濃度を1000(ppm)以下に抑えることが望ましい。

さらに、本発明者等が検討を行った結果、排気燃料添加弁４４の添加パターンを変化させると、排気ガス中のＨＣ濃度が変化することが分かった。図６は、還元剤（燃料）の添加パターンを変化させた場合において排気ガス中のＨＣ濃度をそれぞれ示す図である。添加パターンは、１噴射当たりの添加量（mm³/st）と、噴射回数とによって規定されている。なお、図６に示す５つの異なる添加パターンは、総添加量が約1000mm³に合わせられている。

図６において、添加パターン“333×3”及び“250×4”が、通常の触媒浄化能力回復時（以下「触媒再生時」という。）の添加パターンである。触媒再生時には、触媒再生を早期に完了させるべく、噴射回数が少なくされると共に、１噴射当たりの添加量が多くされる。そうすると、排気燃料添加弁４４から一度に添加された多量のＨＣを酸化するために必要な酸素が不足するため、酸化触媒４０においてＨＣが十分反応せず、多量のＨＣがそのまま酸化触媒４０をすり抜けてしまう。その結果、排気ガス中のＨＣ濃度が高くなってしまう。

図６に示すように、１噴射当たりの添加量を少なくすることで、排気ガス中のＨＣ濃度を低くすることができる。これは、添加された少量のＨＣを酸化するために十分な酸素が存在するため、酸化触媒４０でＨＣを反応させることができるためである。
上述したように、排気ガス中のＨＣ濃度を1000(ppm)以下に抑える観点からは、例えば、図６に示す添加パターン“63×16”及び“32×32”が望ましい。さらに、噴射回数を多くするほど計測添加量を求めるのに必要な時間が長くなってしまうことを考慮すれば、例えば、図６に示す添加パターン“63×16”がより望ましい。

図７は、排気燃料添加弁４４の１噴射当たりの添加量を示す図である。具体的には、図７（Ａ）は、通常の触媒再生時の添加量を示す図であり、図７（Ｂ）は、排気燃料添加弁４４の異常検出時の添加量を示す図である。
図７（Ｂ）に示す排気燃料添加弁４４の異常検出時には、図７（Ａ）に示す通常の触媒再生時に比して、１噴射当たりの添加量が少なくされる。これにより、図６に示すように、リッチスパイク実施時の排気ガス中のＨＣ濃度を低くすることができる。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、排気燃料添加弁４４の異常検出時には、通常の触媒再生時に比して、排気燃料添加弁４４の１噴射当たりの添加量が少なくされる。これにより、酸化触媒４０をすり抜けるＨＣ量を低減することができるため、排気ガス中のＨＣ濃度を低くすることができる。そうすると、空燃比センサ出力のリーンずれを低減することができ、計測添加量を精度良く求めることができる。よって、指示添加量と計測添加量を比較することで、排気燃料添加弁４４の異常検出を精度良く行うことができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図８は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図８に示すルーチンは、所定間隔毎に起動される。

図８に示すルーチンによれば、先ず、排気燃料添加弁４４の異常検出要求が有るか否かを判別する（ステップ１００）。ここで、例えば、ＥＣＵ６０は、前回異常検出を実行してから所定距離又は所定時間だけ走行した場合や、前回異常検出を実行してから排気燃料添加弁４４への指示添加量が所定値を超えた場合に、異常検出要求が有ると判別することができる。このステップ１００で異常検出要求が無いと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

上記ステップ１００で異常検出要求が有ると判別された場合には、排気燃料添加弁４４に対して、通常の触媒再生時よりも１噴射当たりの添加量を少なく、かつ、噴射回数を多くして、還元剤を添加するよう指示する（ステップ１０２）。このステップ１０２でＥＣＵ６０から排気燃料添加弁４４に対して与えられる燃料添加量は、上記の指示添加量である。これにより、排気燃料添加弁４４から燃料が添加され、リッチスパイクが実施されることとなる。

次に、第１空燃比センサ４６の出力A/F_Bと吸入空気量Gaを用いて、上式(6)に従って還元剤添加量を計測する（ステップ１０４）。このステップ１０４では、上記の計測添加量が求められる。

次に、上記ステップ１０２で排気燃料添加弁４４に対して指示された指示添加量に対する上記ステップ１０４で求められた計測添加量の比率Rを算出する（ステップ１０６）。

次に、上記ステップ１０６で算出された比率Rが基準範囲内であるか否かを判別する（ステップ１０８）。この基準範囲は、図２に示すように、排気燃料添加弁４４が正常である場合に取り得る比率Rを定めた範囲である。このステップ１０８で比率Rが基準範囲内であると判別された場合には、指示添加量と計測添加量とのずれが小さいと判断される。この場合、排気燃料添加弁４４は正常であると判定される（ステップ１１０）。

一方、上記ステップ１０８で比率Rが基準範囲外であると判別された場合には、指示添加量と計測添加量とのずれが大きいと判断される。この場合、排気燃料添加弁４４は異常（故障）であると判定される（ステップ１１２）。そうすると、図示しないインジケータを点灯させること等により、車両運転者に排気燃料添加弁４４の異常が通知される。
上記ステップ１１０又はステップ１１２の後、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、図８に示すルーチンによれば、第１空燃比センサ４６の出力A/F_Bに基づき計測添加量が求められ、指示添加量に対する計測添加量の比率Rが算出される。そして、この比率Rが基準範囲内である場合には、指示添加量に対する計測添加量のずれが小さいため、排気燃料添加弁４４は正常であると判定される。一方、この比率Rが基準範囲外である場合には、指示添加量に対する計測添加量のずれが大きいため、排気燃料添加弁４４は異常（故障）であると判定される。
ここで、排気燃料添加弁４４の異常検出時には、通常の触媒再生時に比して、１噴射当たりの添加量が少なくされる。これにより、酸化触媒４０をすり抜けるＨＣ量を低減することができるため、排気ガス中のＨＣ濃度を低くすることができる。よって、空燃比センサ出力のリーンずれを低減することができる。そうすると、計測添加量を精度良く求めることができる。従って、排気燃料添加弁４４の異常検出を精度良く行うことができる。

ところで、排気燃料添加弁４４の異常検出時に、通常の触媒再生時に比して噴射回数はそのままで１噴射当たりの添加量だけが少なくされると、総添加量及び計測添加量が著しく少なくなる場合がある。この場合、排気燃料添加弁４４の噴射ばらつきの影響を受けて、求められた計測添加量の精度が低下してしまう可能性がある。これに対して、本実施の形態１では、上述したように通常の触媒再生時に比して噴射回数が多くされる。これにより、排気燃料添加弁４４の噴射ばらつきの影響を抑えることができるため、計測添加量を精度良く求めることができる。

ところで、本実施の形態１では、第１空燃比センサ４６の出力A/F_Bに基づいて計測添加量を求めているが、第２空燃比センサ４８の出力に基づいて求めることもできる。但し、第１空燃比センサ４６の出力を用いる方が、第２空燃比センサ４８の出力を用いる場合に比して精度良く計測添加量を求めることができる。

また、本実施の形態１では、排気燃料添加弁４４がタービン２４ｂと酸化触媒４０との間に設けられているが、タービン２４ｂの上流に設けられてもよい。この場合も、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

尚、本実施の形態１においては、ＮＯｘ触媒４２が第１の発明における「触媒」に、排気燃料添加弁４４が第１の発明における「還元剤添加弁」に、第１空燃比センサ４６が第１の発明における「空燃比検出手段」に、それぞれ相当している。また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１０２の処理を実行することにより第１及び第２の発明における「添加量指示手段」が、ステップ１０４の処理を実行することにより第１の発明における「添加量計測手段」が、ステップ１０６，１０８，１１０，１１２の処理を実行することにより第１の発明における「異常検出手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態８のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図１０に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１では、排気燃料添加弁４４の異常検出時に、１噴射当たりの添加量を通常の触媒再生時に比して少なくすることで、排気ガス中のＨＣ濃度が低く抑えられている。

ところで、酸化触媒４０が正常であっても、排気系の温度によっては、ＨＣ浄化率（ＨＣ浄化能）が低くなってしまう場合がある。図９は、酸化触媒４０に流入する排気ガスの温度（排気ガス温度）と、酸化触媒４０のＨＣ浄化率との関係を示す図である。図９には、排気ガス温度と、ＮＯｘ触媒４２のＮＯｘ浄化率との関係が、一点鎖線を用いて併せて示されている。

通常のＮＯｘ触媒再生は、ＮＯｘ浄化率が低い排気ガス温度Ta（例えば、200℃）に達すると実施される。この排気ガス温度Taは、最高のＮＯｘ浄化率が得られる排気ガス温度Tb（例えば、350℃）に比して低い。これは、低い排気ガス温度Taでも、ＮＯｘ触媒再生の要求があるためである。この排気ガス温度Taで、１噴射当たりの添加量を少なくして、排気燃料添加弁４４の異常検出を行うことも考えられる。

ところが、図９に示すように、排気ガス温度Taでは、酸化触媒４０のＨＣ浄化率が低い。このため、仮にこの排気ガス温度Taで排気燃料添加弁４４の異常検出を行うと、酸化触媒４０をすり抜けるＨＣ量が多くなってしまう。そうすると、上記実施の形態１で説明したように、排気ガス中のＨＣ濃度が高くなってしまうため、空燃比センサ出力のリーンずれが大きくなってしまう。その結果、計測添加量を精度良く求めることができなくなる可能性がある。その結果、排気燃料添加弁４４の異常検出の精度が低下してしまう場合がある。

そこで、本実施の形態２では、酸化触媒４０が十分に高いＨＣ浄化率が得られる排気ガス温度Tth（例えば、250℃）に達している場合に、排気燃料添加弁４４の異常検出を実行する。具体的には、排気ガス温度Texgが基準値Tth以上で、排気燃料添加弁４４の異常検出を実行する。これにより、排気ガス中のＨＣ濃度の上昇を抑えることができるため、計測添加量を精度良く求めることができる。従って、排気燃料添加弁４４の異常検出を精度良く行うことができる。

［実施の形態２における具体的処理］
図１０は、本実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図１０に示すルーチンは、所定間隔毎に起動される。

図１０に示すルーチンによれば、図８に示すルーチンと同様に、先ず、排気燃料添加弁４４の異常検出要求が有るか否かを判別する（ステップ１００）。このステップ１００で異常検出要求が無いと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

上記ステップ１００で異常検出要求が有ると判別された場合には、排気ガス温度Texgが基準値Tth以上であるか否かを判別する（ステップ１１４）。この基準値Tthは、酸化触媒４０において高いＨＣ浄化率が得られる排気ガス温度である。このステップ１１４で排気ガス温度Texgが基準値Tthよりも低いと判別された場合、排気燃料添加弁４４の異常検出の実行を禁止する（ステップ１１６）。これにより、酸化触媒４０のＨＣ浄化率が低い場合、すなわち、空燃比センサ出力のリーンずれが大きくなると推定される場合には、排気燃料添加弁４４の異常検出が禁止される。その後、本ルーチンを一旦終了する。

一方、上記ステップ１１４で排気ガス温度Texgが基準値Tth以上であると判別された場合、つまり、酸化触媒４０において高いＨＣ浄化率が得られる排気ガス温度Tthに達している場合には、図８に示すルーチンと同様に、排気燃料添加弁４４に対して、通常の触媒再生時よりも１噴射当たりの添加量を少なく、かつ、噴射回数を多くして、還元剤を添加するよう指示する（ステップ１０２）。これにより、リッチスパイクを実施しても、ＨＣ浄化率に起因する排気ガス中のＨＣ濃度の上昇が抑えられる。

次に、図８に示すルーチンと同様に、第１空燃比センサ４６の出力A/F_Bと吸入空気量Gaを用いて、上式(6)に従って還元剤添加量（すなわち、計測添加量）を求める（ステップ１０４）。そして、指示添加量に対する計測添加量の比率Rを算出し（ステップ１０６）、この比率Rが基準範囲内であるか否かを判別する（ステップ１０８）。このステップ１０８で比率Rが基準範囲内であると判別された場合には、排気燃料添加弁４４が正常であると判定される（ステップ１１０）。一方、比率Rが基準範囲外であると判別された場合には、排気燃料添加弁４４が異常（故障）であると判定される（ステップ１１２）。その後、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、図１０に示すルーチンによれば、第１空燃比センサ４６の出力A/F_Bに基づき計測添加量が求められ、指示添加量に対する計測添加量の比率Rが算出される。そして、この比率Rが基準範囲内である場合には、指示添加量に対する計測添加量のずれが小さいため、排気燃料添加弁４４は正常であると判定される。一方、この比率Rが基準範囲外である場合には、指示添加量に対する計測添加量のずれが大きいため、排気燃料添加弁４４は異常（故障）であると判定される。
ここで、排気燃料添加弁４４の異常検出時には、通常の触媒再生時に比して、１噴射当たりの添加量が少なくされる。これにより、排気ガス中のＨＣ濃度を低くすることができ、空燃比センサ出力のリーンずれを低減することができる。さらに、酸化触媒４０において高いＨＣ浄化率が得られる排気ガス温度Tthとなるまでは、排気燃料添加弁４４の異常検出が禁止される。これにより、排気燃料添加弁４４の異常検出時に、酸化触媒４０のＨＣ浄化率低下に起因するＨＣ濃度の上昇を抑制することができる。そうすると、第１空燃比センサ４６の出力のリーンずれを抑制することができ、計測添加量を精度良く求めることができる。従って、排気燃料添加弁４４の異常検出を精度良く行うことができる。

ところで、上記実施の形態２では、排気温センサ４５により排気ガス温度Texgを検出しているが、運転状態(NE,Q等)に基づきマップ又はモデルにより排気ガス温度Texgを推定してもよい。この場合も、上記実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

また、排気ガス温度Texgに代えて、触媒床温センサ４７により検出された触媒床温を用いてもよい。触媒床温は、排気ガス温度と同様に排気系温度である。このため、触媒床温とＨＣ浄化率（ＨＣ浄化能）との間には、図９に示す関係と同様の関係を有している。よって、触媒床温に基づき、排気燃料添加弁４４の異常検出を禁止するか否かを判別することができる。この場合も、上記実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

また、図１０に示すルーチンでは、図８に示すルーチンと同様に、通常の触媒再生時よりも１噴射当たりの添加量を少なく、かつ、噴射回数を多くして、還元剤を添加するよう指示しているが（ステップ１０２）、噴射パターンはこれに限られない。例えば、図７（Ａ）に示す通常の触媒再生時と同様の「１噴射当たりの添加量」及び「噴射回数」を、指示添加量としてもよい。
図１１は、本実施の形態２の変形例において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図１１に示すルーチンと、図１０に示すルーチンとは、ステップ１１８の処理のみが相違している。このステップ１１８では、排気燃料添加弁４４に対して、上述したように通常の触媒再生時と同様に還元剤を添加するように指示される。本変形例によれば、上記実施の形態２と同様に、酸化触媒４０のＨＣ浄化能が低下する場合には、排気燃料添加弁４４の異常検出が禁止される。よって、ＨＣ浄化率低下に起因するＨＣ濃度の上昇を抑制しつつ、計測添加量が求められるため、計測添加量を精度良く求めることができる。

尚、本実施の形態２及びその変形例においては、排気温センサ４５が第３及び第４の発明における「排気系温度取得手段」に相当している。また、本実施の形態２及びその変形例においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１１６の処理を実行することにより第３及び第４の発明における「禁止手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１によるシステム構成を説明するための図である。排気燃料添加弁４４の異常を判別する方法を説明するための図である。リッチスパイク実施時の第１空燃比センサ４６の出力の変化を示す図である。空燃比センサ出力A/F_A,A/F_Bに基づいて、排気燃料添加弁４４から添加された燃料量を計測する方法を説明するための図である。指示添加量に対する計測添加量の比率Rと、排気ガス中のＨＣ濃度との関係を示す図である。還元剤の添加パターンを変化させた場合において排気ガス中のＨＣ濃度をそれぞれ示す図である。排気燃料添加弁４４の１噴射当たりの添加量を示す図である。本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。酸化触媒４０に流入する排気ガスの温度と、酸化触媒４０のＨＣ浄化率との関係を示す図である。本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施の形態２の変形例において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１内燃機関
３８排気通路
４０酸化触媒
４２ＮＯｘ触媒
４４排気燃料添加弁
４５排気温センサ
４６第１空燃比センサ
４７触媒床温センサ
４８第２空燃比センサ
６０ＥＣＵ

Claims

触媒の浄化能力を回復させるために該触媒の上流に還元剤を添加する還元剤添加弁の異常を検出する異常検出装置であって、
前記還元剤添加弁に対して還元剤の添加量を指示する添加量指示手段と、
前記還元剤添加弁の下流の排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記排気空燃比に基づいて、前記還元剤添加弁から添加された還元剤の添加量を計測する添加量計測手段と、
前記添加量指示手段により指示された添加量と、前記添加量計測手段により計測された添加量とを比較することにより、前記還元剤添加弁の異常を検出する異常検出手段と、
前記添加量指示手段は、前記還元剤添加弁の異常検出時は、前記触媒の浄化能力回復時に比して、１噴射当たりの添加量を減量することを特徴とする還元剤添加弁の異常検出装置。
請求項１に記載の還元剤添加弁の異常検出装置において、
前記添加量指示手段は、前記還元剤添加弁の異常検出時は、前記触媒の浄化能力回復時に比して、噴射回数を増加させることを特徴とする還元剤添加弁の異常検出装置。
請求項１又は２に記載の還元剤添加弁の異常検出装置において、
排気系の温度を取得する排気系温度取得手段と、
前記排気系温度取得手段により取得された排気系温度が、触媒の還元剤浄化能が低い温度域では、前記還元剤添加弁の異常検出を禁止する禁止手段とを更に備えたことを特徴とする還元剤添加弁の異常検出装置。
触媒の浄化能力を回復させるために該触媒の上流に還元剤を添加する還元剤添加弁の異常を検出する異常検出装置であって、
前記還元剤添加弁に対して還元剤の添加量を指示する添加量指示手段と、
前記還元剤添加弁の下流の排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記排気空燃比に基づいて、前記還元剤添加弁から添加された還元剤の添加量を計測する添加量計測手段と、
前記添加量指示手段により指示された添加量と、前記添加量計測手段により計測された添加量とを比較することにより、前記還元剤添加弁の異常を検出する異常検出手段と、
排気系の温度を取得する排気系温度取得手段と、
前記排気系温度取得手段により取得された排気系温度が、触媒の還元剤浄化能が低い温度域では、前記還元剤添加弁の異常検出を禁止する禁止手段とを備えたことを特徴とする還元剤添加弁の異常検出装置。