JP5012578B2 - 還元剤添加誤差検出方法及び還元剤添加誤差検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化触媒に対する還元剤添加誤差検出方法及び還元剤添加誤差検出装置に関する。

酸化雰囲気においては排気中のＮＯｘを触媒中に吸蔵させ、その後、還元雰囲気になった場合あるいは強制的に還元雰囲気にして、吸蔵されていたＮＯｘを放出しかつ還元して浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いた内燃機関の排気浄化システムが存在する。このような排気浄化システムにおいて、特にディーゼルエンジンや希薄燃焼式ガソリンエンジンにおいては、排気に還元雰囲気を強制的に形成するために排気系に還元剤を添加する添加弁を備えた構成が存在する（例えば特許文献１，２参照）。

特許文献１の技術では、添加弁による還元剤の添加量が不足してＮＯｘの還元が不十分となる異常を検出してＮＯｘ浄化を適切に実行するための異常検出システムが提案されている。この異常検出システムの１つとして、空燃比センサにより検出された空燃比の値が目標空燃比と同等あるいは目標空燃比よりも低下しない場合に添加弁が異常であると判定するシステムが提案されている。

更に特許文献１におけるピーク的な空燃比の低下の検出では添加弁状態の正確な判定ができないことから、特許文献２では空燃比変化を積算することにより判定精度を高めている。
特開２００２−２４２６６３号公報（第１３，１４頁、図９，１０） 特開２００５−５４７２３号公報（第１１−１７頁、図２〜８）

しかし特許文献２では正確に判定するために還元剤の添加による空燃比への影響が存在する期間が経過しないと次の判定を実行しないとする処理が示されている。このような期間を設けると、判定精度は高まるが判定頻度が低下するおそれがあり、判定頻度を上げることが望まれていた。

本発明は、添加誤差検出精度あるいは添加弁状態判定精度を低下させずに検出頻度あるいは判定頻度を高めることができる排気浄化触媒に対する還元剤添加誤差検出方法及び還元剤添加誤差検出装置を目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の還元剤添加誤差検出方法は、内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒の浄化能力を還元にて回復させるために排気浄化触媒の上流から還元剤添加機構により排気系内に還元剤を添加する場合に、前記還元剤添加機構への添加指示量と実際の添加量との誤差を検出する方法であって、排気系の空燃比変化に現れる還元剤添加量相当値を周期的に積算することで前記還元剤添加機構による還元剤の推定添加量を求め、該推定添加量を、前記添加指示量又は前記添加指示量に基づく判定値と比較することにより添加誤差を検出すると共に、前記添加誤差検出実行の前提条件は、前回の還元剤の添加による空燃比への影響が存在する添加影響期間が経過した条件と、実測した排気系の空燃比が還元剤添加処理の影響がない空燃比に復帰した条件との論理和条件の成立を、必須要件として含んでいることを特徴とする。

このように添加誤差検出実行の前提条件は、添加影響期間の経過条件と実測空燃比復帰条件との２つの条件の論理和条件の成立を必須要件として含んでいる。すなわち添加影響期間が経過していなくても、実測した排気系の空燃比が還元剤添加処理の影響がない空燃比に復帰していれば、次の添加誤差検出が実行可能となる。このように添加影響期間の経過が必須の条件ではないので、添加誤差検出頻度を高めることになる。

前提条件にて添加影響期間の経過条件を排除していない理由は次のごとくである。すなわち還元剤添加による空燃比への影響が終結しても、空燃比を実測している空燃比センサを含む計測システムの性質上、温度などの環境変化により、実測される空燃比の値が常に同一値に収束するとは限らない。したがって還元剤添加処理の影響がない空燃比に対する実測値には或程度の振れ幅が存在する。このため添加影響期間の経過条件を排除して実測空燃比復帰条件のみにて判断した場合、振れ幅を考慮しないと、何時までも空燃比が還元剤添加処理の影響がない空燃比に復帰しない事態が生ずる。このことにより次の検出ができなくなり、逆に検出頻度が低下することになる。

実測空燃比復帰条件にて振れ幅を考慮すれば高頻度に検出することは可能である。しかし今度は実際には還元剤の添加による空燃比への影響が終結していなくても、実測された空燃比が振れ幅内に入ることにより、次の検出が開始されてしまうことになる。このため添加誤差検出精度が低下することになる。

しかし、実測空燃比の振れ幅の存在に起因して実測空燃比復帰条件が満足されない状況にあっても、添加影響期間の経過条件が満足されれば、実際には添加の影響のない空燃比に到達していると判断できる。このことから添加影響期間の経過条件と実測空燃比復帰条件との２つの条件の論理和条件の成立を、必須要件として前提条件に含ませることにより、実測空燃比復帰条件が振れ幅を考慮しないものであっても、期間経過により添加誤差検出が可能となる。このことから添加誤差検出頻度の低下を防止できる。

したがって本発明では、前提条件が、添加影響期間の経過条件と実測空燃比復帰条件との２つの条件の論理和条件の成立を、必須要件として含むものとすることにより排気浄化触媒の還元剤添加誤差検出の精度を維持しつつ検出頻度を高めることができる。

請求項２に記載の還元剤添加誤差検出方法は、内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒の浄化能力を還元にて回復させるために排気浄化触媒の上流から還元剤添加機構により排気系内に還元剤を添加する場合に、前記還元剤添加機構への添加指示量と実際の添加量との誤差を検出して前記還元剤添加機構の状態を判定する方法であって、排気系の空燃比変化に現れる還元剤添加量相当値を周期的に積算することで前記還元剤添加機構による還元剤の推定添加量を求め、該推定添加量を、前記添加指示量又は前記添加指示量に基づく判定値と比較することにより添加誤差を検出すると共に、前記添加誤差検出に基づく前記還元剤添加機構の状態判定実行の前提条件は、前回の還元剤の添加による空燃比への影響が存在する添加影響期間が経過した条件と、実測した排気系の空燃比が還元剤添加処理の影響がない空燃比に復帰した条件との論理和条件の成立を、必須要件として含んでいることを特徴とする。

前記請求項１と同一の理由により、上記前提条件によって、添加影響期間が経過していなくても、実測した排気系の空燃比が還元剤添加処理の影響がない空燃比に復帰していれば、次の添加誤差検出に基づいて還元剤添加機構の状態判定が実行可能となり、還元剤添加機構に対する判定頻度を高めることができる。そして実測空燃比復帰条件が振れ幅を考慮しないものであっても期間経過により判定が可能となり判定頻度の低下を防止できる。

したがって本発明では、添加誤差検出に基づく前記還元剤添加機構の状態判定実行の前提条件が、添加影響期間の経過条件と実測空燃比復帰条件との２つの条件の論理和条件の成立を必須要件として含んでいることにより還元剤添加機構の状態判定の精度と頻度とを高めることができる。

請求項３に記載の還元剤添加誤差検出方法では、請求項１又は２において、前記添加影響期間は、還元剤の添加目的の種類に応じて調節することを特徴とする。
添加影響期間は還元剤の添加目的の種類により変化する。したがって添加影響期間を還元剤の添加目的の種類に応じて調節することにより、状況に応じて、より適切な添加影響期間を設定できる。このため還元剤添加誤差検出や還元剤添加機構判定の頻度を高めつつ精度を維持することができる。

請求項４に記載の還元剤添加誤差検出方法では、請求項３において、前記添加目的の種類は、ＮＯｘ還元を目的とする添加を含むことを特徴とする。
このように添加目的の種類にＮＯｘ還元を目的とする添加を含ませることで、ＮＯｘ還元に対応した適切な添加影響期間が設定できるので、還元剤添加誤差検出や還元剤添加機構判定の頻度を高めつつ精度を維持することができる。

請求項５に記載の還元剤添加誤差検出方法では、請求項３又は４において、前記添加目的の種類は、排気浄化触媒の詰まり防止を目的とする添加を含むことを特徴とする。
このように添加目的の種類に排気浄化触媒の詰まり防止を目的とする添加を含ませることで、排気浄化触媒の詰まり防止処理に対応した適切な添加影響期間が設定できる。こうして還元剤添加誤差検出や還元剤添加機構判定の頻度を高めつつ精度を維持することができる。

請求項６に記載の還元剤添加誤差検出方法では、請求項１〜５のいずれか一項において、前記添加影響期間は、還元剤の排気系滅失速度要因の状態に応じて調節することを特徴とする。

排気系での還元剤の滅失速度は添加影響期間に関係することから、添加影響期間を排気系滅失速度要因の状態に応じて調節することで、より適切な添加影響期間が設定できる。このため還元剤添加誤差検出や還元剤添加機構判定の頻度を高めつつ精度を維持することができる。

請求項７に記載の還元剤添加誤差検出方法では、請求項６において、前記排気系滅失速度要因は、吸気流量又は排気流量であることを特徴とする。
吸気流量又は排気流量の大小により排気系での還元剤の滅失速度は変化することから、吸気流量又は排気流量は添加影響期間に関係する。したがって吸気流量又は排気流量の状態に応じて添加影響期間を調節することで、より適切な添加影響期間が設定できる。こうして還元剤添加誤差検出や還元剤添加機構判定の頻度を高めつつ精度を維持することができる。

請求項８に記載の還元剤添加誤差検出方法では、請求項６又は７において、前記排気系滅失速度要因は、排気浄化触媒の触媒床温であることを特徴とする。
排気浄化触媒の触媒床温の高低により、触媒を含めた排気系における還元剤の付着状態が変化して排気系での還元剤の滅失速度は変化することから、排気浄化触媒の触媒床温は添加影響期間に関係する。したがって排気浄化触媒の触媒床温の状態に応じて添加影響期間を調節することで、より適切な添加影響期間が設定できる。こうして還元剤添加誤差検出や還元剤添加機構判定の頻度を高めつつ精度を維持することができる。

請求項９に記載の還元剤添加誤差検出方法では、請求項１〜８のいずれか一項において、前記添加影響期間は、前回の還元剤添加タイミングからの経過時間又は前回の還元剤添加タイミングからの積算吸入空気量として設定されていることを特徴とする。

添加影響期間としては、排気系での付着燃料の蒸発や排気流量を考慮して、前回の還元剤添加タイミングからの経過時間又は前回の還元剤添加タイミングからの積算吸入空気量として設定することができる。

請求項１０に記載の還元剤添加誤差検出方法では、請求項１〜９のいずれか一項において、前記内燃機関はディーゼルエンジンであり、前記排気浄化触媒はＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む触媒であることを特徴とする。

特にディーゼルエンジンにおいては通常は理論空燃比よりも高い空燃比で運転することから、ＮＯｘ吸蔵還元触媒にＮＯｘを吸蔵した後、還元剤の添加により、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の吸蔵能力を回復させている。このようなディーゼルエンジンにおいて、本発明を適用することにより、高精度な添加誤差を高頻度に検出することができ、異常判定などを正確かつ迅速に実行することができるようになる。

請求項１１に記載の還元剤添加誤差検出装置は、排気系に設けられた排気浄化触媒と、排気系に還元剤を添加することで前記排気浄化触媒を還元して浄化能力を回復させる還元剤添加機構とを備えた内燃機関において、該還元剤添加機構への添加指示量と還元剤添加機構から実際に添加される添加量との差を検出する還元剤添加誤差検出装置であって、排気系にて前記還元剤添加機構よりも下流に設けられた空燃比センサと、還元剤添加に伴う空燃比変化前と空燃比変化中とで前記空燃比センサにて検出される空燃比の差に現れる還元剤添加量相当値を周期的に積算して還元剤の推定添加量を算出する還元剤推定添加量算出手段と、前記還元剤推定添加量算出手段にて算出された推定添加量と、前記還元剤添加機構への添加指示量とに基づいて添加誤差を検出する誤差検出手段と、前回の還元剤の添加による空燃比への影響が存在する添加影響期間が経過した条件と、前記空燃比センサにて実測した排気系の空燃比が還元剤添加処理の影響がない空燃比に復帰した条件との論理和条件の成立を必須条件とする前提条件の成立により、前記還元剤推定添加量算出手段、あるいは前記誤差検出手段の処理実行を許可する許可手段とを備えたことを特徴とする。

許可手段は、添加影響期間の経過条件と実測空燃比復帰条件との２つの条件の論理和条件の成立を前提条件としている。すなわち添加影響期間が経過していなくても、実測した排気系の空燃比が還元剤添加処理の影響がない空燃比に復帰していれば、次の還元剤添加について還元剤推定添加量算出手段あるいは誤差検出手段の処理実行を許可する。このように添加影響期間の経過が実行許可の必須の条件ではないので、還元剤推定添加量算出手段及び誤差検出手段の処理実行頻度を高めることになる。

前提条件にて添加影響期間の経過条件を排除していない理由は前記請求項１に述べたごとくである。したがって本発明では、許可手段が、添加影響期間の経過条件と実測空燃比復帰条件との２つの条件の論理和条件の成立を、前提条件の必須要件としていることにより排気浄化触媒の還元剤添加誤差検出の精度と頻度とを高めることができる。

請求項１２に記載の還元剤添加誤差検出装置では、請求項１１において、前記添加誤差が基準範囲外にある場合には、前記還元剤添加機構は異常であると判定する異常判定手段を備え、前記許可手段は前記前提条件成立時に、前記還元剤推定添加量算出手段、前記誤差検出手段あるいは前記異常判定手段の処理実行を許可するものであることを特徴とする。

前記請求項１１と同一の理由により、還元剤推定添加量算出手段、誤差検出手段及び異常判定手段の処理実行において、還元剤添加機構に対する判定精度を低下させずに判定頻度を高めることができる。

請求項１３に記載の還元剤添加誤差検出装置では、請求項１１又は１２において、還元剤の添加目的の種類に応じて前記添加影響期間を調節する添加影響期間調節手段を備えたことを特徴とする。

添加影響期間は還元剤の添加目的の種類により変化する。したがって添加影響期間調節手段を設けることにより、状況に応じて、より適切な添加影響期間を設定できる。このため還元剤添加誤差検出や還元剤添加機構判定の頻度を高めつつ精度を維持することができる。

請求項１４に記載の還元剤添加誤差検出装置では、請求項１３において、前記添加目的の種類は、ＮＯｘ還元を目的とする添加を含むことを特徴とする。
このように添加目的の種類にＮＯｘ還元を目的とする添加を含ませることで、添加影響期間調節手段は、ＮＯｘ還元に対応した適切な添加影響期間を設定できる。したがって還元剤添加誤差検出や還元剤添加機構判定の頻度を高めつつ精度を維持することができる。

請求項１５に記載の還元剤添加誤差検出装置では、請求項１３又は１４において、前記添加目的の種類は、排気浄化触媒の詰まり防止を目的とする添加を含むことを特徴とする。

このように添加目的の種類に排気浄化触媒の詰まり防止を目的とする添加を含ませることで、添加影響期間調節手段は、排気浄化触媒の詰まり防止処理に対応した適切な添加影響期間を設定できる。こうして還元剤添加誤差検出や還元剤添加機構判定の頻度を高めつつ精度を維持することができる。

請求項１６に記載の還元剤添加誤差検出装置では、請求項１３〜１５のいずれか一項において、前記添加影響期間調節手段は、還元剤の排気系滅失速度要因の状態に応じて前記添加影響期間を調節することを特徴とする。

排気系での還元剤の滅失速度は添加影響期間に関係することから、添加影響期間調節手段は、添加影響期間を排気系滅失速度要因の状態に応じて調節することで、より適切な添加影響期間を設定できる。このため還元剤添加誤差検出や還元剤添加機構判定の頻度を高めつつ精度を維持することができる。

請求項１７に記載の還元剤添加誤差検出装置では、請求項１６において、前記排気系滅失速度要因は、吸気流量又は排気流量であることを特徴とする。
吸気流量又は排気流量の大小により排気系での還元剤の滅失速度は変化することから、吸気流量又は排気流量は添加影響期間に影響する。したがって添加影響期間調節手段は、吸気流量又は排気流量の状態に応じて添加影響期間を調節することで、より適切な添加影響期間を設定できる。こうして還元剤添加誤差検出や還元剤添加機構判定の頻度を高めつつ精度を維持することができる。

請求項１８に記載の還元剤添加誤差検出装置では、請求項１６又は１７において、前記排気系滅失速度要因は、排気浄化触媒の触媒床温であることを特徴とする。
排気浄化触媒の触媒床温の高低により触媒を含めた排気系における還元剤の付着状態が変化して排気系での還元剤の滅失速度は変化することから、排気浄化触媒の触媒床温は添加影響期間に影響する。したがって添加影響期間調節手段は、排気浄化触媒の触媒床温の状態に応じて添加影響期間を調節することで、より適切な添加影響期間を設定できる。こうして還元剤添加誤差検出や還元剤添加機構判定の頻度を高めつつ精度を維持することができる。

請求項１９に記載の還元剤添加誤差検出装置では、請求項１１〜１８のいずれか一項において、前記添加影響期間は、前回の還元剤添加タイミングからの経過時間又は前回の還元剤添加タイミングからの積算吸入空気量として設定されていることを特徴とする。

添加影響期間としては、排気系での付着燃料の蒸発や排気流量を考慮して、前回の還元剤添加タイミングからの経過時間又は前回の還元剤添加タイミングからの積算吸入空気量として設定することができる。

請求項２０に記載の還元剤添加誤差検出装置では、請求項１１〜１９のいずれか一項において、前記内燃機関はディーゼルエンジンであり、前記排気浄化触媒はＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む触媒であることを特徴とする。

前記請求項１０にて述べたごとく、特にディーゼルエンジンにおいて本発明を適用することにより、高精度な添加誤差を高頻度に検出することができ、異常判定などを正確かつ迅速に実行することができるようになる。

［実施の形態１］
図１は、上述した発明が適用された車両用ディーゼルエンジン及び制御装置の概略構成を表すブロック図である。尚、本発明は希薄燃焼式ガソリンエンジンなどのＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いるエンジンにおいても適用できる。

ディーゼルエンジン２は複数気筒、ここでは４気筒＃１，＃２，＃３，＃４からなる。各気筒＃１〜＃４の燃焼室４は吸気弁６にて開閉される吸気ポート８及び吸気マニホールド１０を介してサージタンク１２に連結されている。そしてサージタンク１２は、吸気経路１３を介して、インタークーラ１４及び過給機、ここでは排気ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａの出口側に連結されている。コンプレッサ１６ａの入口側はエアクリーナ１８に連結されている。サージタンク１２には、排気再循環（以下、「ＥＧＲ」と称する）経路２０のＥＧＲガス供給口２０ａが開口している。そして、サージタンク１２とインタークーラ１４との間の吸気経路１３には、スロットル弁２２が配置され、コンプレッサ１６ａとエアクリーナ１８との間には吸入空気量センサ２４、及び吸気温センサ２６が配置されている。

各気筒＃１〜＃４の燃焼室４は排気弁２８にて開閉される排気ポート３０及び排気マニホールド３２を介して排気ターボチャージャ１６の排気タービン１６ｂの入口側に連結され、排気タービン１６ｂの出口側は排気経路３４に接続されている。尚、排気タービン１６ｂは排気マニホールド３２において第４気筒＃４側から排気を導入している。

この排気経路３４には、排気浄化触媒が収納されている３つの触媒コンバータ３６，３８，４０が配置されている。最上流の第１触媒コンバータ３６にはＮＯｘ吸蔵還元触媒が収納されている。このＮＯｘ吸蔵還元触媒により、ディーゼルエンジンの通常の運転時において排気が酸化雰囲気（リーン）にある時には、ＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵される。そして還元雰囲気（ストイキあるいはリッチ）ではＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘがＮＯとして離脱しＨＣやＣＯにより還元される。このことによりＮＯｘの浄化を行っている。

そして中間に配置された第２触媒コンバータ３８にはモノリス構造に形成された壁部を有するフィルタが収納され、この壁部の微小孔を排気が通過するように構成されている。このフィルタ表面にＮＯｘ吸蔵還元触媒がコーティングされているので、前述したごとくにＮＯｘの浄化が行われる。更に、フィルタ表面には排気中のＰＭが捕捉されるので、酸化雰囲気ではＮＯｘ吸蔵時に発生する活性酸素によりＰＭが酸化が開始され、更に周囲の過剰酸素によりＰＭ全体が酸化される。還元雰囲気（ストイキあるいはリッチ）ではＮＯｘ吸蔵還元触媒から発生する大量の活性酸素によりＰＭの酸化が促進される。このことによりＮＯｘの浄化と共に、ＰＭの浄化も実行している。

最下流の第３触媒コンバータ４０は、酸化触媒が収納され、ここではＨＣやＣＯが酸化されて浄化される。
尚、第１触媒コンバータ３６の上流には第１空燃比センサ４２が、第１触媒コンバータ３６と第２触媒コンバータ３８との間には第１排気温センサ４４が配置されている。又、第２触媒コンバータ３８と第３触媒コンバータ４０との間において、第２触媒コンバータ３８の近くには第２排気温センサ４６が、第３触媒コンバータ４０の近くには第２空燃比センサ４８が配置されている。

上記第１空燃比センサ４２と第２空燃比センサ４８とは、それぞれの位置で排気成分に基づいて排気の空燃比を検出し、空燃比に比例した電圧信号をリニアに出力するセンサである。又、第１排気温センサ４４と第２排気温センサ４６とはそれぞれの位置で排気温を検出するものである。

第２触媒コンバータ３８の上流側と下流側には差圧センサ５０の配管がそれぞれ設けられ、第２触媒コンバータ３８内部の目詰まり（触媒詰まり）を検出するために、差圧センサ５０が第２触媒コンバータ３８の上下流での差圧を検出している。

尚、排気マニホールド３２には、ＥＧＲ経路２０のＥＧＲガス吸入口２０ｂが開口している。このＥＧＲガス吸入口２０ｂは第１気筒＃１側で開口しており、排気タービン１６ｂが排気を導入している第４気筒＃４側とは反対側である。

ＥＧＲ経路２０の途中にはＥＧＲ経路２０のＥＧＲガス吸入口２０ｂ側から、ＥＧＲガスを改質するための鉄系ＥＧＲ触媒５２が配置され、更にＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５４が設けられている。尚、ＥＧＲ触媒５２はＥＧＲクーラ５４の詰まりを防止する機能も有している。そしてＥＧＲガス供給口２０ａ側にはＥＧＲ弁５６が配置されている。このＥＧＲ弁５６の開度調節によりＥＧＲガス供給口２０ａから吸気側へのＥＧＲガス供給量の調節が可能となる。

各気筒＃１〜＃４に配置されて、各燃焼室４内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁５８は、燃料供給管５８ａを介してコモンレール６０に連結されている。このコモンレール６０内へは電気制御式の吐出量可変燃料ポンプ６２から燃料が供給され、燃料ポンプ６２からコモンレール６０内に供給された高圧燃料は各燃料供給管５８ａを介して各燃料噴射弁５８に分配供給される。尚、コモンレール６０には燃料圧力を検出するための燃料圧センサ６４が取り付けられている。

更に、燃料ポンプ６２からは別途、低圧燃料が燃料供給管６６を介して添加弁６８に供給されている。この添加弁６８は第４気筒＃４の排気ポート３０に設けられて、排気タービン１６ｂ側に向けて燃料を還元剤として噴射するものである。この還元剤の噴射により、排気を一時的に還元雰囲気として第１触媒コンバータ３６及び第２触媒コンバータ３８に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化し、更に第２触媒コンバータ３８ではＰＭの浄化も同時に実行する。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する）７０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたデジタルコンピュータと、各装置を駆動するための駆動回路とを主体として構成されている。そしてＥＣＵ７０は前述した吸入空気量センサ２４、吸気温センサ２６、第１空燃比センサ４２、第１排気温センサ４４、第２排気温センサ４６、第２空燃比センサ４８、差圧センサ５０、燃料圧センサ６４及びスロットル開度センサ２２ａの信号を読み込んでいる。更にアクセルペダル７２の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ７４、及びディーゼルエンジン２の冷却水温度を検出する冷却水温センサ７６から信号を読み込んでいる。更に、クランク軸７８の回転数を検出するエンジン回転数センサ８０、クランク軸７８の回転位相あるいは吸気カムの回転位相を検出して気筒判別を行う気筒判別センサ８２から信号を読み込んでいる。

そしてこれらの信号から得られるエンジン運転状態に基づいて、ＥＣＵ７０は燃料噴射弁５８による燃料噴射時期や燃料噴射量制御を実行し、更にＥＧＲ弁５６の開度制御、及びモータ２２ｂによるスロットル開度制御を実行する。例えば、ＥＧＲ率がエンジン負荷（又は燃料噴射量）とエンジン回転数ＮＥとに基づいて設定される目標ＥＧＲ率となるようにスロットル開度センサ２２ａの信号から検出されるスロットル開度ＴＡとＥＧＲ開度（ＥＧＲ弁５６の開度）とが調節されるＥＧＲ制御が行われる。更にエンジン負荷（又は燃料噴射量）とエンジン回転数ＮＥとに基づいて設定される目標吸入空気量（エンジン２の１回転当たりの目標値）となるようにＥＧＲ開度が調節される吸入空気量フィードバック制御が行われる。尚、ＥＧＲ制御に伴う燃焼モードとしては通常燃焼モードと低温燃焼モードとの２種類の燃焼モードを実行する。ここで低温燃焼モードとは、大量のＥＧＲガスの導入により燃焼温度の上昇を緩慢にしてＮＯｘとスモークとを同時低減させる燃焼モードである。本実施の形態では低負荷で中高回転領域にて実行している。これ以外の燃焼モードが通常のＥＧＲ制御（ＥＧＲしない場合も含める）を実行する通常燃焼モードである。

次にＥＣＵ７０が実行する添加弁の正常・異常を判定する処理について説明する。この処理のフローチャートを図２，３，４に示す。本処理は一定の時間毎に割り込み実行される処理である。尚、個々の処理に対応するフローチャート中のステップを「Ｓ〜」で表す。

まず添加弁状態検出前提条件判定処理（図２）について説明する。本処理が開始されると、前提条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ１００）。ここで前提条件とは次の条件である。

(１)エンジン２の運転状態が安定している。これは空燃比が安定化している運転状態にあることを示している。ここでは、吸入空気量センサ２４から検出される吸入空気量ｇａの単位時間当たりの変化量Δｇａが基準値以下で、かつ燃料噴射弁５８からの燃焼用噴射燃料量ｑｆｉｎの各噴射毎の変化量Δｑｆｉｎが基準値以下である場合に空燃比が安定化する運転状態であると判定される。

(２)触媒コンバータ３６，３８内の触媒に対して触媒制御がＮＯｘ還元モードにある。すなわち添加弁６８からの還元剤添加が実行されるべき運転状態にある場合である。
(３)空燃比変化が検出可能な燃焼モードである。この燃焼モードとしては前述した通常燃焼モードと低温燃焼モードが含まれる。

(４)第２空燃比センサ４８が正常である。
(５)吸入空気量センサ２４が正常である。
(６)第２空燃比センサ４８が活性化している。

(７)排気マニホールド３２における付着燃料量が基準値以下である。排気マニホールド３２における付着燃料量はＥＣＵ７０が別途実行している付着燃料量算出処理にて周期的に算出されているが、この付着燃料量が大きいと第２空燃比センサ４８の検出値から後述するごとく行う推定添加量等の計算精度が低下するからである。

(８)触媒床温低下や流れ込む排気温の低下による触媒コンバータ３６，３８内のＮＯｘ吸蔵還元触媒の失活現象が生じていない。
(９)第１排気温センサ４４により検出される触媒コンバータ３８への流入排気温ｅｔｈｃｉが基準温Ｔｘ度以上である。これは触媒コンバータ３８が十分に加熱されていることを示している。

(１０)第２排気温センサ４６により触媒コンバータ３８からの流出排気温ｅｔｈｃｏが基準温Ｔｙ度以上である。これは触媒コンバータ３８が加熱されて十分に反応していることを示している。

(１１)次の<ａ><ｂ>の論理和条件が成立している。すなわち<ａ><ｂ>の少なくとも１つが成立している。
<ａ>添加弁６８による前回の添加から添加影響期間を経過している。（あるいはこの代わりに「前回の添加からの積算吸入空気量が基準量以上となっている。」でも良い）
<ｂ>第２空燃比センサ４８の検出値として得られる空燃比が還元剤添加処理の影響がない空燃比に復帰している。

これらの条件（１）〜（１１）がすべて成立した時に前提条件が成立しているとされる。したがって条件（１）〜（１１）が１つでも成立していない場合には（Ｓ１００で「ＮＯ」）、添加弁状態検出を実行するか否かを決定する検出実行フラグを「ＯＦＦ」に設定する（Ｓ１０２）。こうして一旦本処理を出る。以後、前提条件が成立しなければ（Ｓ１００で「ＮＯ」）、検出実行フラグ＝「ＯＦＦ」（Ｓ１０２）を継続することになる。

前提条件が成立した場合（Ｓ１００で「ＹＥＳ」）は、添加弁状態検出を実行するか否かを決定する検出実行フラグを「ＯＮ」に設定する（Ｓ１０４）。こうして一旦本処理を出る。以後、前提条件が成立していれば（Ｓ１００で「ＹＥＳ」）、検出実行フラグ＝「ＯＮ」（Ｓ１０４）を継続することになる。

次に判定値設定処理（図３）について説明する。本処理が開始されると、まず検出実行フラグが「ＯＦＦ」か否かが判定される（Ｓ１６２）。検出実行フラグ＝「ＯＦＦ」であれば（Ｓ１６２で「ＹＥＳ」）、次に式１のごとく判定値Ｑａｄｊ（ｇ）が算出される（Ｓ１６４）。

[数１]
Ｑａｄｊ ← Ｑａｄｆ − Ｄ（ａｆｘ） … ［式１］
ここで添加指示量Ｑａｄｆは、添加弁６８から添加されるようにＥＣＵ７０にて算出した添加量（ｇ）である。この添加指示量Ｑａｄｆは式２のごとく算出される。

[数２]
Ｑａｄｆ ← Ｑａｄｔ×Ｎａｄ×燃料比重／１０００
… ［式２］
ここで添加量Ｑａｄｔは添加弁６８の開弁１回毎に排気中に還元剤として添加される燃料体積（ｃｍ3）を示している。開弁回数Ｎａｄは１回の還元剤添加において添加弁６８が連続的に開弁される回数を示しており、例えば、低温燃焼モードでは「２」とされ、通常燃焼モードでは「４」とされている。上記式２により１回の還元剤添加処理において添加弁６８が正常であれば排気中に添加される還元剤量（ｇ）が求められる。

除去領域添加量Ｄ（ａｆｘ）は、添加により引き起こされる空燃比変化の内で第２空燃比センサ４８では比較的検出精度が低い領域を除くための添加量分を示し、式３のごとく算出される。

[数３]
Ｄ（ａｆｘ） ←
［（１／ａｆｘ）−（１／ａｆｂａｓｅ）］×ｇａ×Ｑａｄｔｔ
… ［式３］
ベース空燃比ａｆｂａｓｅは、還元剤添加開始前に燃料噴射弁５８から各燃焼室４内に噴射された燃料により生じた空燃比である。判定用上限空燃比ａｆｘは、空燃比検出精度上の上限値であり、例えばａｆｘ＝２０に設定されている。連続添加時間Ｑａｄｔｔは添加弁６８からの添加により空燃比が判定用上限空燃比ａｆｘより下がる時間を示しており、Ｎａｄ回の添加量Ｑａｄｔを添加する際のトータルの添加時間の大きさに比例する値である。例えば、Ｎａｄ回の添加量Ｑａｄｔの添加時間の合計と一定の係数（実験に基づき設定した係数）との積を計算することにより求める。これ以外に、２回又は４回の連続的（パルス的）になされる添加弁６８の一連の開弁の最初の開弁開始から最後の開弁終了までの時間をそのまま、あるいは一定の係数（実験に基づき設定した係数）との積を計算して用いても良い。

このようにして判定値Ｑａｄｊが算出されて一旦本処理を出る。以後、検出実行フラグ＝「ＯＦＦ」である限り（Ｓ１６２で「ＹＥＳ」）、繰り返し判定値Ｑａｄｊが算出され更新される（Ｓ１６４）。

そして前記添加弁状態検出前提条件判定処理（図２）のステップＳ１０４にて検出実行フラグ＝「ＯＮ」に設定されると、判定値設定処理（図３）のステップＳ１６２では「ＮＯ」と判定されるようになり、判定値Ｑａｄｊの更新は停止する。したがって検出実行フラグ＝「ＯＮ」となる直前の最新の判定値Ｑａｄｊの値が維持されて、次に述べる添加弁状態判定処理（図４）にて用いられる。

添加弁状態判定処理（図４）について説明する。本処理は添加毎に実行されるが、添加開始当初に、検出実行フラグがＯＮでないと、以後、同一の添加に対しては実行されず、次の添加時まで待つことになる。

更に同一添加に対して添加弁状態判定処理（図４）を繰り返し実行している途中にて検出実行フラグがＯＮからＯＦＦに変化した場合も、推定添加量はクリアされて、以後、同一の添加に対しては実行されず、次の添加時まで待つことになる。

検出実行フラグがＯＮであることにより、本処理が開始されると、第２空燃比センサ４８の出力値に基づいて推定添加量Ｑａｄｅｓ(ｇ)が式４のごとく算出される（Ｓ１８４）。

[数４]
Ｑａｄｅｓ ←
Ｑａｄｅｓｏ＋［（１／ａｆａ）−（１／ａｆｘ）］×ｇａ×制御周期
… ［式４］
上記式４の右辺の前回推定添加量Ｑａｄｅｓｏは、１つ前の制御周期時に上記式４にて算出された推定添加量Ｑａｄｅｓが設定されている。尚、添加毎の初期値としてはＱａｄｅｓｏ＝０(ｇ)である。空燃比ａｆａは今回の制御周期時に第２空燃比センサ４８にて検出されている空燃比である。

上記式４の右辺の内で、前回推定添加量Ｑａｄｅｓｏ以外の部分は、１制御周期において、添加弁６８からの還元剤添加量の内で、判定用上限空燃比ａｆｘより下の空燃比を実現するのに寄与した添加量（請求項の還元剤添加量相当値に相当）を表している。したがって上記式４は、この還元剤添加量相当値を、制御周期毎に算出して推定添加量Ｑａｄｅｓに積算する処理を行っている。尚、この還元剤添加量相当値が「０」以下となる場合、すなわち（１／ａｆａ）≦（１／ａｆｘ）では式４による積算はなされない。又、吸入空気量ｇａは排気流量相当値として排気流量の代わりに用いている。

次に空燃比変化検出期間が経過したか又は還元剤添加処理の影響がない空燃比に復帰したか否かが判定される（Ｓ１８６）。この空燃比変化検出期間は、添加弁６８の還元剤添加から第２空燃比センサ４８にて検出される現在の空燃比ａｆａへの影響が消滅するまでの時間が設定されている。例えば、添加弁６８からの１回の添加に要する時間と、排気流量相当値として排気流量の代わりに用いている吸入空気量ｇａとに応じて設定されている。尚、この空燃比変化検出期間は、前記前提条件の（１１）<ａ>にて説明した添加影響期間と同一としても良い。

又、還元剤添加処理の影響がない空燃比への復帰有無は第２空燃比センサ４８の検出値に基づいて判定する。
空燃比変化検出期間が経過していず、更に空燃比も復帰していなければ（Ｓ１８６で「ＮＯ」）、このまま一旦本処理を出る。

以後、空燃比変化検出期間が経過しておらず更に空燃比も復帰していなければ（Ｓ１８６で「ＮＯ」）、前記式４により、制御周期毎に還元剤添加量相当値を算出して、推定添加量Ｑａｄｅｓに積算する処理（Ｓ１８４）が継続される。

そして空燃比変化検出期間が経過するか、あるいは空燃比が復帰していれば（Ｓ１８６で「ＹＥＳ」）、この空燃比変化検出期間に積算して得られた推定添加量Ｑａｄｅｓが判定値Ｑａｄｊの上下に設定された基準範囲外か否かが判定される（Ｓ１８８）。すなわちこのステップＳ１８８の処理により推定添加量Ｑａｄｅｓを判定値Ｑａｄｊと比較して添加誤差（ここでは基準範囲からの離脱の有無）を検出することになる。

ここで、基準範囲は、基準範囲下限値Ｑａｄｊｌから基準範囲上限値Ｑａｄｊｈまでの範囲で表されている。この内、基準範囲下限値Ｑａｄｊｌは前記判定値設定処理（図３）にて算出された判定値Ｑａｄｊに基づいて式５のごとく設定されている。

[数５]
Ｑａｄｊｌ ← Ｑａｄｊ × ｋｌ … ［式５］
ここで係数ｋｌは「１．０」より小さい値、例えば「０．９」が設定されている。

基準範囲上限値Ｑａｄｊｈは同じく判定値Ｑａｄｊに基づいて式６のごとく設定されている。

[数６]
Ｑａｄｊｈ ← Ｑａｄｊ × ｋｈ … ［式６］
ここで係数ｋｈは「１．０」より大きい値、例えば「１．１」が設定されている。

したがって、「Ｑａｄｊｌ≦Ｑａｄｅｓ≦Ｑａｄｊｈ」であれば、推定添加量Ｑａｄｅｓは基準範囲内であり、「Ｑａｄｅｓ＜Ｑａｄｊｌ」又は「Ｑａｄｅｓ＞Ｑａｄｊｈ」であれば基準範囲外となる。

ここで推定添加量Ｑａｄｅｓが基準範囲内であれば（Ｓ１８８で「ＮＯ」）、推定添加量Ｑａｄｅｓは、判定値Ｑａｄｊとして表されている正常時に判定用上限空燃比ａｆｘ以下の空燃比分に寄与する添加指示量分とほぼ同一であることが判明する。したがって添加弁６８による還元剤添加量は添加指示量Ｑａｄｆに対応した量が正常に添加されていると判断できることから、正常判定（正常状態であるとの判定）を行う（Ｓ１９０）。そして推定添加量に「０（ｇ）」を設定して（Ｓ１９８）、本処理を終了する。

以後は、次の添加に対して添加弁状態判定処理（図４）が実行されることになる。
推定添加量Ｑａｄｅｓが基準範囲外であった場合（Ｓ１８８で「ＹＥＳ」）について説明する。この場合には、推定添加量Ｑａｄｅｓが基準範囲よりも小さい場合、すなわち「Ｑａｄｅｓ＜Ｑａｄｊｌ」である場合に前記判定値Ｑａｄｊが基準値以上か否かが判定される（Ｓ１９２）。これは推定添加量Ｑａｄｅｓと判定値Ｑａｄｊとが共に非常に低いレベルにて大小関係を判定した場合には、判定精度が低下することから、このような状況では判定を禁じるための処理である。したがって基準値としては高精度に判定できるレベルの値が設定されている。

推定添加量Ｑａｄｅｓが基準範囲より大きい方に外れていたり（Ｑａｄｅｓ＞Ｑａｄｊｈ）、あるいは「Ｑａｄｅｓ＜Ｑａｄｊｌ」でかつ「Ｑａｄｊ≧基準値」であれば、ステップＳ１９２では「ＹＥＳ」と判定される。この状況は、推定添加量Ｑａｄｅｓは判定値Ｑａｄｊとは大きく異なることが判明し、添加弁６８による還元剤添加量は異常であると認められた状態である。このため異常判定（異常状態であるとの判定）を行う（Ｓ１９４）。そして推定添加量に「０（ｇ）」を設定して（Ｓ１９８）、本処理を終了する。

以後は、次の添加に対して添加弁状態判定処理（図４）が実行されることになる。
尚、上記正常判定及び異常判定はＥＣＵ７０において不揮発メモリに記憶されてＥＣＵ７０の電源オフ後も判定データが維持される。又、正常判定及び異常判定は、ステップＳ１８８で「ＮＯ」又はステップＳ１９２で「ＹＥＳ」と判定される場合が１回のみでなく、２〜３回といった規定回数継続することで、初めて正常判定又は異常判定を行うようにしても良い。

一方、「Ｑａｄｅｓ＜Ｑａｄｊｌ」でかつ「Ｑａｄｊ＜基準値」であれば、ステップＳ１９２では「ＮＯ」と判定される。この状況は、異常判定するための精度が不十分であることから、異常判定は実行せずに、推定添加量に「０（ｇ）」を設定して（Ｓ１９８）、本処理を終了する。

以後は、次の添加に対して添加弁状態判定処理（図４）が実行されることになる。
上述したごとくの判定処理が実行されることにより、添加弁６８の異常・正常の判定が可能となる。そして上述のごとくの異常判定が行われた場合には、エンジンの異常が警告クランプなどにより報知されることになる。

前記添加弁状態検出前提条件判定処理（図２）の前提条件成立を判定する処理（Ｓ１００）においては、条件（１１）で<ａ><ｂ>の論理和条件の成立を判定している。この内、条件<ａ>は添加影響期間経過条件に相当し、条件<ｂ>は実測空燃比復帰条件に相当する。したがって条件（１１）の存在により、添加誤差検出実行の前提条件においては、条件<ａ>の添加影響期間経過条件と条件<ｂ>の実測空燃比復帰条件との２つの条件の論理和条件の成立を必須要件として含んでいることになる。

すなわち添加影響期間が経過していなくても（条件<ａ>不成立）、第２空燃比センサ４８にて実測した排気系の空燃比が還元剤添加処理の影響がない空燃比に復帰していれば（条件<ｂ>成立）、第２前提条件の条件（１１）が成立する。したがって他の前提条件項目（１）〜（１０）もすべて成立していれば（Ｓ１００でＹＥＳ）、検出実行フラグがＯＮとなり、添加弁状態判定処理（図４）の実行がなされて、添加誤差検出、及び添加弁６８状態判定が実行可能となる。

更に、第２空燃比センサ４８の検出値の振れ幅の存在により、実際には添加弁６８からの還元剤の添加による空燃比への影響が終結していても、空燃比の検出値が常に同一値に収束するとは限らない。したがって実測空燃比の振れ幅により実測空燃比復帰条件が満足されなくても（条件<ｂ>不成立）、添加影響期間経過条件が満足されれば（条件<ａ>成立）、前提条件の条件（１１）が成立する。このため他の前提条件項目（１）〜（１０）もすべて成立していれば（Ｓ１１０でＹＥＳ）、検出実行フラグがＯＮとなり、添加弁状態判定処理（図４）の実行がなされて、添加誤差検出が実行可能となる。

図５，６，７，８のタイミングチャートに本実施の形態の処理の一例を示す。
図５の(Ａ)では、既に添加に対する前提条件が成立して（ｔ０）、その後に、添加処理が開始される。このことで添加弁６８から還元剤の添加がなされる（ｔ１）。このタイミングｔ１から、次の添加に対する添加影響期間経過条件<ａ>と実測空燃比復帰条件<ｂ>との２つの条件が不成立状態で設定される。したがって次の添加に対する前提条件も成立せず、次の添加に対する検出実行フラグもＯＦＦとなっている。

その後、判定用上限空燃比ａｆｘ（＝２０）以下の空燃比に寄与する添加量が、第２空燃比センサ４８により検出されている空燃比ａｆａに基づいて制御周期毎に算出されて積算されることにより推定添加量Ｑａｄｅｓとして求められる（ｔ１〜ｔ２）。

この結果、図示するごとく「Ｑａｄｊｌ≦Ｑａｄｅｓ≦Ｑａｄｊｈ」であれば、正常判定が下される（ｔ２）。あるいは、この後も「Ｑａｄｊｌ≦Ｑａｄｅｓ≦Ｑａｄｊｈ」であるとの判定が繰り返し継続的になされることで、この繰り返し回数が基準回数に達すれば正式に正常と判定されるようにしても良い。

そして第２空燃比センサ４８により検出されている空燃比ａｆａが還元剤添加処理の影響がないベース空燃比ａｆｂａｓｅに復帰しているので（ｔ２）、次の添加については添加影響期間経過条件<ａ>は成立していないが、実測空燃比復帰条件<ｂ>が成立する。したがって次の添加に対する条件（１１）が成立し、他の条件（１）〜（１０）もすべて成立しているとすると、次の添加に対する前提条件が成立して、図５の(Ｂ)に示すごとくタイミングｔ２で次の添加に対する検出実行フラグがＯＮに設定される。

したがってこの直後（ｔ３）に還元剤添加が実行されてもこの添加に対しては添加弁状態判定のための空燃比検出が実行できることになる。更にタイミングｔ３からは更に次の添加の検出許可に対する添加影響期間経過条件<ａ>と実測空燃比復帰条件<ｂ>との２つの条件が不成立状態で設定される。したがって次の添加に対する前提条件も成立せず、次の添加に対する検出実行フラグもＯＦＦとなっている。

その後、同様にして第２空燃比センサ４８により検出されている空燃比ａｆａに基づいて推定添加量Ｑａｄｅｓが求められる（ｔ４〜ｔ５）。
この結果、図示するごとく「Ｑａｄｊｌ≦Ｑａｄｅｓ≦Ｑａｄｊｈ」であれば、正常判定が下される（ｔ５）。

そして第２空燃比センサ４８により検出されている空燃比ａｆａが還元剤添加処理の影響がないベース空燃比ａｆｂａｓｅに復帰しているので（ｔ５）、次の添加については添加影響期間経過条件<ａ>は成立していないが、実測空燃比復帰条件<ｂ>が成立する。したがって条件（１１）が成立し、他の条件（１）〜（１０）もすべて成立しているとすると、次の添加に対する前提条件が成立して、図５の(Ｃ)に示すごとくタイミングｔ５で次の添加に対する検出実行フラグがＯＮに設定される。したがってこの直後（ｔ６）に次の還元剤添加が実行されても、この添加に対して添加弁状態判定のための空燃比検出を実行することができる。このタイミングｔ６からは次の添加に対する添加影響期間経過条件<ａ>と実測空燃比復帰条件<ｂ>との２つの条件が不成立状態で設定される。

もし従来のごとく、条件（１１）が添加影響期間経過条件<ａ>のみであるとすると、タイミングｔ３での還元剤添加に対しては添加当初検出実行フラグがＯＦＦであるので添加弁状態判定処理（図４）の開始ができず、空燃比検出を実行することができない。このため判定が次の還元剤添加（ｔ６）まで待たなくてはならず、更にこの還元剤添加（ｔ６）にても空燃比検出を実行できるとは限らず、検出頻度が半分以下に低下することになる。

図６では(Ａ)に示すごとくタイミングｔ１０からｔ１２の直前までは添加量は異なるが前記図５と同じように推移している。しかしタイミングｔ１１にて実行された還元剤添加による空燃比ａｆａ低下から還元剤添加処理の影響がない状態に回復する前に、次の還元剤添加が実行されている（ｔ１２）。このため、図６の(Ｂ)に示すごとくタイミングｔ１２からの添加に対しては条件<ａ>と条件<ｂ>とはいずれも不成立であり、前提条件の少なくとも条件（１１）は不成立となる。したがって検出実行フラグはＯＦＦのままであり、タイミングｔ１２からの添加に対しては添加弁状態判定処理（図４）は実行されない。したがって誤った推定添加量Ｑｘが算出されることはない。

しかしタイミングｔ１２からの添加が終了した後、空燃比ａｆａが還元剤添加処理の影響がない状態に回復する（ｔ１３）。このことにより、次の添加については添加影響期間経過条件<ａ>は成立していないが、実測空燃比復帰条件<ｂ>が成立する。したがって次の添加に対する条件（１１）が成立し、他の条件（１）〜（１０）もすべて成立しているとすると、次の添加に対する前提条件が成立して、図６の(Ｃ)に示すごとくタイミングｔ１３で次の添加に対する検出実行フラグがＯＮに設定される。したがって直後のタイミングｔ１４からの添加に対して添加弁状態判定処理（図４）は実行され、以後、検出実行フラグ＝ＯＮが継続すれば、第２空燃比センサ４８により検出されている空燃比ａｆａに基づいて推定添加量Ｑａｄｅｓが求められる（ｔ１４〜）。この結果、「Ｑａｄｊｌ≦Ｑａｄｅｓ≦Ｑａｄｊｈ」であれば、正常判定が下されることになる。

図７では(Ａ)に示すごとくタイミングｔ２０からｔ２３の直前までは前記図５と同じように推移している。しかしタイミングｔ２３では、タイミングｔ２１での添加に対しては添加弁状態判定処理（図４）のステップＳ１９２にてＮＯと判定され、早期に判定不能とされている。したがって添加影響期間経過条件<ａ>が成立するまでに時間があるが、ここでは実測空燃比復帰条件<ｂ>が成立することから、他の条件（１）〜（１０）もすべて成立しているとすると、検出実行フラグがＯＮとなり、直後（ｔ２４）にてなされる還元剤添加に対して添加弁状態判定処理（図４）は実行できることになる。

図８ではタイミングｔ３３の直前までは図７の場合とほぼ同様に推移している。ただしタイミングｔ３１にてなされた還元剤添加から復帰した空燃比ａｆａは、実際には添加による影響は消失しているにもかかわらず、検出値の振れにより空燃比ａｆａは還元剤添加処理の影響がない状態を示す空燃比よりも低い状態が維持されている。このため空燃比変化検出期間経過により（Ｓ１８６で「ＹＥＳ」：ｔ３３、又はｔ３４としても良い）、推定添加量の判定がなされる（Ｓ１８８以下）。図８の例ではタイミングｔ３３にて判定不能とされている（Ｓ１９２でＮＯ）。以後、空燃比ａｆａが下に振れた状態が継続しているので、実測空燃比復帰条件<ｂ>が成立せず、次の添加に対する検出実行フラグは実測空燃比復帰条件<ｂ>によってはＯＮとならない（ｔ３３〜）。しかし、このように空燃比ａｆａに振れがある場合には、添加影響期間経過条件<ａ>が成立し（ｔ３４）、他の条件（１）〜（１０）もすべて成立しているとすると、検出実行フラグがＯＮとなり、直後（ｔ３５）にてなされる還元剤添加に対して添加弁状態判定処理（図４）が実行できることになる。その結果、図８の例ではタイミングｔ３６にて正常判定されている。

上述した構成において請求項との関係は、燃料供給管６６と添加弁６８とを備えてＥＣＵ７０の制御により触媒コンバータ３６，３８内のＮＯｘ吸蔵還元触媒を還元する機構が還元剤添加機構に相当する。ＥＣＵ７０により第２空燃比センサ４８の検出値を用いて実行される図２，３，４の一連の処理が還元剤添加誤差検出方法に相当し、更に還元剤添加誤差検出装置による処理に相当する。

図２，３，４の一連の処理において、ステップＳ１８４が還元剤推定添加量算出手段としての処理に、ステップＳ１８８が誤差検出手段としての処理に、ステップＳ１００が許可手段としての処理に、ステップＳ１８８，Ｓ１９２，Ｓ１９４が異常判定手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．添加誤差検出を含む添加弁状態判定処理（図４）実行のための前提条件は、添加影響期間経過条件<ａ>と実測空燃比復帰条件<ｂ>との２つの条件が論理和条件として成立することを必須要件として含んでいる。すなわち添加影響期間が経過していなくても、実測した排気系の空燃比が還元剤添加処理の影響がない空燃比に復帰していれば、次の添加に対する添加弁状態判定処理（図４）の実行が可能となっている。

このように添加影響期間の経過のみが必須の条件ではないので、図５，６，７にて説明したごとく添加誤差検出と添加弁状態判定との頻度を高めることが可能となる。
更に図８にて説明したごとく還元剤添加による空燃比への影響が終結しても、空燃比を実測している第２空燃比センサ４８を含む計測システムの性質上、温度などの環境変化により、実測される空燃比の値が常に同一値に収束するとは限らず、或程度の振れ幅が存在する。したがつて還元剤添加処理の影響がない空燃比よりもわずかに低い状態で、添加による空燃比への影響が終結する場合がある。

このため添加終了後に何時までも空燃比が還元剤添加処理の影響がないレベルの空燃比に復帰せず、実測空燃比復帰条件<ｂ>のみが必須では次の判定ができなくなり、逆に判定頻度が低下することになる。

逆に振れ幅を考慮した実測空燃比復帰条件とすると、高頻度に判定することは可能であるが、今度は、実際には還元剤の添加による空燃比への影響が終結していなくても、実測された空燃比が振れ幅内に入ることにより、次の検出や判定が開始される。したがって検出や判定精度が低下することになる。

しかし実測空燃比の振れ幅により実測空燃比復帰条件<ｂ>が満足されなくても、添加影響期間経過条件<ａ>が満足されれば、実際には添加の影響のないレベルの空燃比に到達していると判断できる。

本実施の形態では、添加影響期間経過条件<ａ>と実測空燃比復帰条件<ｂ>との２つの条件を論理和条件として、この論理和条件の成立を、前提条件での必須要件として含めている。このことにより、実測空燃比復帰条件<ｂ>が振れ幅を考慮しないものであっても期間経過により添加影響期間経過条件<ａ>が満足されることで、検出や判定実行が可能となる。このことから検出や判定頻度の低下を防止できる。

このようにして排気浄化触媒の還元剤添加誤差検出及び還元剤添加機構に対する判定における精度を低下させずに検出頻度及び判定頻度を高めるようにすることができる。
［実施の形態２］
本実施の形態では、前記図２〜４の処理に加えて、図９の添加影響期間調節処理が実行される。他の構成は前記実施の形態１と同じである。したがって図１〜４を参照して説明する。

添加影響期間調節処理（図９）は、還元剤添加処理時に一定時間毎に繰り返して割り込み実行されている。本処理が開始されると、まず添加目的の種類が判定される（Ｓ２００）。ここでＮＯｘ還元が目的であれば、添加影響期間初期値としてＮＯｘ還元時添加影響期間が設定される（Ｓ２０２）。触媒詰まり防止が目的であれば、添加影響期間初期値として触媒詰まり防止時添加影響期間が設定される（Ｓ２０４）。これら初期値の時間長は触媒コンバータ３６，３８の触媒構成や還元剤添加システムの設計構成にて異なり、それぞれに対応した添加影響期間初期値が設定されている。

ステップＳ２０２又はステップＳ２０４にて添加影響期間初期値が設定されると、次に式７により添加弁状態検出前提条件判定処理（図２）のステップＳ１００にて前提条件成立判定に用いられる添加影響期間が設定される（Ｓ２０６）。

[数７]
添加影響期間 ← 添加影響期間初期値・Ｋｇａ・Ｋｔ … ［式７］
ここで吸気流量補正係数Ｋｇａは吸入空気量センサ２４にて検出されている吸入空気量ｇａから、図１０に示したマップから求められる補正係数である。吸入空気量ｇａが増加するほど、触媒コンバータ３６，３８内を通過する単位時間当たりの排気流量が増加し還元剤が早期に滅失して添加の影響が早期に終了するので、吸気流量補正係数Ｋｇａは吸入空気量ｇａが大きいほど小さくされている。尚、排気流量が測定あるいは推定できれば、吸入空気量ｇａの代わりに、排気流量を用いても良い。

触媒床温補正係数Ｋｔは第２排気温センサ４６にて検出される流出排気温ｅｔｈｃｏから、図１１に示したマップから求められる補正係数である。流出排気温ｅｔｈｃｏが高温であるほど、触媒コンバータ３６，３８内の触媒を含めた排気系内の還元剤の付着が少ないので還元剤が早期に滅失して添加の影響が早期に終了することから、触媒床温補正係数Ｋｔは流出排気温ｅｔｈｃｏが高いほど小さくされている。尚、流出排気温ｅｔｈｃｏの代わりに、第１排気温センサ４４にて検出される流入排気温ｅｔｈｃｉを用いても良い。

上述した吸入空気量ｇａ（吸気流量又は排気流量に相当）と流出排気温ｅｔｈｃｏ（触媒床温に相当）が還元剤の排気系滅失速度要因である。
尚、このように求められた添加影響期間は、添加弁状態判定処理（図４）のステップＳ１８６にて用いられる空燃比変化検出期間にも適用して、両者を全く同一の期間としても良い。

図１２に本実施の形態の処理の一例を示す。全体の処理の流れは、前記図８に類似する。ただし添加影響期間は添加影響期間調節処理（図９）の処理により図８の例よりも短くされている。したがって最初の添加（ｔ４１）以後に添加影響期間経過条件<ａ>が成立するタイミングｔ４４は早期となる。タイミングｔ４４にて他の条件（１）〜（１０）もすべて成立しているとすると、検出実行フラグがＯＮとなり、直後（ｔ４５）にてなされる還元剤添加に対して添加弁状態判定処理（図４）が図８の場合よりも早期に実行できることになる。

上述した構成において請求項との関係は、前記実施の形態１に説明した関係に加えて、ＥＣＵ７０により実行される図２，３，４及び図９の一連の処理が還元剤添加誤差検出方法に相当し、更に還元剤添加誤差検出装置による処理に相当する。

添加影響期間調節処理（図９）が添加影響期間調節手段としての処理に相当する。
以上説明した本実施の形態２によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．前記実施の形態１の効果に加えて、添加影響期間調節処理（図９）により、還元剤の添加目的、還元剤の排気系滅失速度（ここでは吸入空気量あるいは排気流量、及び触媒床温）に応じて添加影響期間を調節している。このことにより、より適切な添加影響期間が設定できるので、還元剤添加誤差検出及び添加弁状態判定について頻度を高めつつ精度を維持することができる。

［その他の実施の形態］
（ａ）．前記各実施の形態では、添加弁状態判定処理（図４）にては添加弁６８の正常・異常の判定を実行したが、正常・異常は判定せずに、推定添加量のみの算出でも良い。このようにしても高頻度で高精度の推定添加量を求めることができる。

前提条件の不成立時には、添加弁状態判定処理（図４）のすべての実行を停止したが、例えばステップＳ１８４を停止しても良く、その後の処理が実行されないことで、添加弁状態判定を停止しても良い。又、前提条件の不成立時にステップＳ１８８を停止しても良く、その後の処理が実行されないことで、添加弁状態判定を停止しても良い。又、前提条件の不成立時にステップＳ１９４，ステップＳ１９０の判定を停止しても良い。

（ｂ）．前記各実施の形態では、添加弁６８からの還元剤添加量を誤差を検出するために、還元剤にてＮＯｘを還元したりＰＭを除去する触媒の下流に設けられた第２空燃比センサ４８を用いている。添加弁６８よりも下流に存在する空燃比センサならば、添加量の影響を受ける空燃比を検出することは可能であることから、これらの触媒よりも上流に設けた第１空燃比センサ４２を用いても良い。

（ｃ）．前記各実施の形態では、添加弁６８に対する添加指示がなされたタイミングから空燃比変化検出期間が開始されていたが、添加から空燃比センサの検出値に現れるまでにはタイムラグが存在するので、添加指示がなされたタイミング後に空燃比変化検出期間が開始するようにしても良い。例えば、吸入空気量に応じて吸入空気量が大きいほどタイムラグを小さく設定して、添加指示がなされたタイミングからタイムラグ後に空燃比変化検出期間を開始するようにしても良い。

又、還元剤の添加により或る程度の空燃比低下が空燃比センサ部分で生じた後に空燃比変化検出期間が開始されるようにタイムラグを設定しても良い。
（ｄ）．前記各実施の形態においては、前提条件の(３)において空燃比変化が検出可能な燃焼モードとして通常燃焼モード及び低温燃焼モードを挙げたが、前記実施の形態１，２においては、低温燃焼モードを除いて、通常燃焼モードのみに限っても良い。低温燃焼モードでは大量にＥＧＲ経路２０側へ排気が流れることに伴い添加弁６８からの添加量の一部がＥＧＲ経路２０側へ流れる場合がある。しかし、前提条件の(３)から低温燃焼モードを除くことにより、このような場合には判定を実行しないので、より高精度な判定ができる。

実施の形態１の車両用ディーゼルエンジン及び制御装置の概略構成を表すブロック図。 ＥＣＵが実行する添加弁状態検出前提条件判定処理のフローチャート。 同じく判定値設定処理のフローチャート。 同じく添加弁状態判定処理のフローチャート。 実施の形態１の制御の一例を示すタイミングチャート。 同じく制御の一例を示すタイミングチャート。 同じく制御の一例を示すタイミングチャート。 同じく制御の一例を示すタイミングチャート。 実施の形態２における添加影響期間調節処理のフローチャート。 吸気流量補正係数Ｋｇａを求めるマップ構成説明図。 触媒床温補正係数Ｋｔを求めるマップ構成説明図。 実施の形態２の制御の一例を示すタイミングチャート。

符号の説明

２…エンジン、４…燃焼室、６…吸気弁、８…吸気ポート、１０…吸気マニホールド、１２…サージタンク、１３…吸気経路、１４…インタークーラ、１６…排気ターボチャージャ、１６ａ…コンプレッサ、１６ｂ…排気タービン、１８…エアクリーナ、２０…ＥＧＲ経路、２０ａ…ＥＧＲガス供給口、２０ｂ…ＥＧＲガス吸入口、２２…スロットル弁、２２ａ…スロットル開度センサ、２２ｂ…モータ、２４…吸入空気量センサ、２６…吸気温センサ、２８…排気弁、３０…排気ポート、３２…排気マニホールド、３４…排気経路、３６…第１触媒コンバータ、３８…第２触媒コンバータ、４０…第３触媒コンバータ、４２…第１空燃比センサ、４４…第１排気温センサ、４６…第２排気温センサ、４８…第２空燃比センサ、５０…差圧センサ、５２…ＥＧＲ触媒、５４…ＥＧＲクーラ、５６…ＥＧＲ弁、５８…燃料噴射弁、５８ａ…燃料供給管、６０…コモンレール、６２…燃料ポンプ、６４…燃料圧センサ、６６…燃料供給管、６８…添加弁、７０…ＥＣＵ、７２…アクセルペダル、７４…アクセル開度センサ、７６…冷却水温センサ、７８…クランク軸、８０…エンジン回転数センサ、８２…気筒判別センサ。

Claims (20)

1. 内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒の浄化能力を還元にて回復させるために排気浄化触媒の上流から還元剤添加機構により排気系内に還元剤を添加する場合に、前記還元剤添加機構への添加指示量と実際の添加量との誤差を検出する方法であって、
   排気系の空燃比変化に現れる還元剤添加量相当値を周期的に積算することで前記還元剤添加機構による還元剤の推定添加量を求め、該推定添加量を、前記添加指示量又は前記添加指示量に基づく判定値と比較することにより添加誤差を検出すると共に、
   前記添加誤差検出実行の前提条件は、前回の還元剤の添加による空燃比への影響が存在する添加影響期間が経過した条件と、実測した排気系の空燃比が還元剤添加処理の影響がない空燃比に復帰した条件との論理和条件の成立を、必須要件として含んでいることを特徴とする還元剤添加誤差検出方法。
2. 内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒の浄化能力を還元にて回復させるために排気浄化触媒の上流から還元剤添加機構により排気系内に還元剤を添加する場合に、前記還元剤添加機構への添加指示量と実際の添加量との誤差を検出して前記還元剤添加機構の状態を判定する方法であって、
   排気系の空燃比変化に現れる還元剤添加量相当値を周期的に積算することで前記還元剤添加機構による還元剤の推定添加量を求め、該推定添加量を、前記添加指示量又は前記添加指示量に基づく判定値と比較することにより添加誤差を検出すると共に、
   前記添加誤差検出に基づく前記還元剤添加機構の状態判定実行の前提条件は、前回の還元剤の添加による空燃比への影響が存在する添加影響期間が経過した条件と、実測した排気系の空燃比が還元剤添加処理の影響がない空燃比に復帰した条件との論理和条件の成立を、必須要件として含んでいることを特徴とする還元剤添加誤差検出方法。
3. 請求項１又は２において、前記添加影響期間は、還元剤の添加目的の種類に応じて調節することを特徴とする還元剤添加誤差検出方法。
4. 請求項３において、前記添加目的の種類は、ＮＯｘ還元を目的とする添加を含むことを特徴とする還元剤添加誤差検出方法。
5. 請求項３又は４において、前記添加目的の種類は、排気浄化触媒の詰まり防止を目的とする添加を含むことを特徴とする還元剤添加誤差検出方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、前記添加影響期間は、還元剤の排気系滅失速度要因の状態に応じて調節することを特徴とする還元剤添加誤差検出方法。
7. 請求項６において、前記排気系滅失速度要因は、吸気流量又は排気流量であることを特徴とする還元剤添加誤差検出方法。
8. 請求項６又は７において、前記排気系滅失速度要因は、排気浄化触媒の触媒床温であることを特徴とする還元剤添加誤差検出方法。
9. 請求項１〜８のいずれか一項において、前記添加影響期間は、前回の還元剤添加タイミングからの経過時間又は前回の還元剤添加タイミングからの積算吸入空気量として設定されていることを特徴とする還元剤添加誤差検出方法。
10. 請求項１〜９のいずれか一項において、前記内燃機関はディーゼルエンジンであり、前記排気浄化触媒はＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む触媒であることを特徴とする還元剤添加誤差検出方法。
11. 排気系に設けられた排気浄化触媒と、排気系に還元剤を添加することで前記排気浄化触媒を還元して浄化能力を回復させる還元剤添加機構とを備えた内燃機関において、該還元剤添加機構への添加指示量と還元剤添加機構から実際に添加される添加量との差を検出する還元剤添加誤差検出装置であって、
    排気系にて前記還元剤添加機構よりも下流に設けられた空燃比センサと、
    還元剤添加に伴う空燃比変化前と空燃比変化中とで前記空燃比センサにて検出される空燃比の差に現れる還元剤添加量相当値を周期的に積算して還元剤の推定添加量を算出する還元剤推定添加量算出手段と、
    前記還元剤推定添加量算出手段にて算出された推定添加量と、前記還元剤添加機構への添加指示量とに基づいて添加誤差を検出する誤差検出手段と、
    前回の還元剤の添加による空燃比への影響が存在する添加影響期間が経過した条件と、前記空燃比センサにて実測した排気系の空燃比が還元剤添加処理の影響がない空燃比に復帰した条件との論理和条件の成立を必須条件とする前提条件の成立により、前記還元剤推定添加量算出手段、あるいは前記誤差検出手段の処理実行を許可する許可手段と、
    を備えたことを特徴とする還元剤添加誤差検出装置。
12. 請求項１１において、前記添加誤差が基準範囲外にある場合には、前記還元剤添加機構は異常であると判定する異常判定手段を備え、前記許可手段は前記前提条件成立時に、前記還元剤推定添加量算出手段、前記誤差検出手段あるいは前記異常判定手段の処理実行を許可するものであることを特徴とする還元剤添加誤差検出装置。
13. 請求項１１又は１２において、還元剤の添加目的の種類に応じて前記添加影響期間を調節する添加影響期間調節手段を備えたことを特徴とする還元剤添加誤差検出装置。
14. 請求項１３において、前記添加目的の種類は、ＮＯｘ還元を目的とする添加を含むことを特徴とする還元剤添加誤差検出装置。
15. 請求項１３又は１４において、前記添加目的の種類は、排気浄化触媒の詰まり防止を目的とする添加を含むことを特徴とする還元剤添加誤差検出装置。
16. 請求項１３〜１５のいずれか一項において、前記添加影響期間調節手段は、還元剤の排気系滅失速度要因の状態に応じて前記添加影響期間を調節することを特徴とする還元剤添加誤差検出装置。
17. 請求項１６において、前記排気系滅失速度要因は、吸気流量又は排気流量であることを特徴とする還元剤添加誤差検出装置。
18. 請求項１６又は１７において、前記排気系滅失速度要因は、排気浄化触媒の触媒床温であることを特徴とする還元剤添加誤差検出装置。
19. 請求項１１〜１８のいずれか一項において、前記添加影響期間は、前回の還元剤添加タイミングからの経過時間又は前回の還元剤添加タイミングからの積算吸入空気量として設定されていることを特徴とする還元剤添加誤差検出装置。
20. 請求項１１〜１９のいずれか一項において、前記内燃機関はディーゼルエンジンであり、前記排気浄化触媒はＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む触媒であることを特徴とする還元剤添加誤差検出装置。

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