JP5121240B2 - 排気浄化システムの故障診断装置及び排気浄化システムの故障診断方法 - Google Patents

排気浄化システムの故障診断装置及び排気浄化システムの故障診断方法 Download PDF

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Description

本発明は、排気浄化システムの故障診断装置及び排気浄化システムの故障診断方法に関する。特に、ＮＯX触媒の上流側のＮＯX量と下流側のＮＯX量を比較することにより故障判定を行う排気浄化システムの故障診断装置及び排気浄化システムの故障診断方法に関する。
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、環境に影響を及ぼすおそれのある黒煙微粒子（以下、ＰＭと称する）やＮＯX（ＮＯやＮＯ2）等が含まれている。このうち、ＮＯXを浄化するために用いられる排気浄化システムとして排気通路中に配設したＮＯX触媒を用いた排気浄化システムがある。
このような排気浄化システムとしては、ＮＯX吸蔵触媒を用いた排気浄化システムや選択還元触媒を用いたＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが知られている。ＮＯX吸蔵触媒を用いた排気浄化システムは、排気ガスの空燃比がリーンの状態で排気ガス中のＮＯXを吸収し、排気ガスの空燃比がリッチに変わったときにＮＯXを放出しつつ排気ガス中の未燃成分（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）によってＮＯXを還元反応させ、排気ガスの浄化を行うものである。また、ＳＣＲシステムは、排気ガス中のＮＯXを選択的に還元する触媒を用い、排気ガス中に尿素やＨＣを主成分とする還元剤を供給することによりＮＯXを触媒で還元反応させ、排気ガスの浄化を行うものである。
これらの排気浄化システムにおいて、システム自体の何らかの異常や触媒の劣化、還元剤の不良等によって本来期待されるＮＯXの還元が行われない場合がある。しかしながら、ＮＯXの浄化効率が低下した場合であっても運転上不都合が生じるわけではなく、そのまま運転を継続させてしまうことになる。そうすると、ＮＯXを大気中に放出することになって環境に影響を及ぼすことになる。
そこで、排気浄化システムにおいて、ＮＯXの浄化効率の低下を自己診断する技術が提案されている。例えば、触媒の劣化によるＮＯX転化性能の低下を診断する内燃機関の触媒劣化診断装置が提案されている（特許文献１参照）。より詳細には、触媒の上流側及び下流側にそれぞれＮＯXセンサを設け、各ＮＯXセンサの出力を測定し、触媒の上下流間におけるＮＯX濃度の比、すなわち、ＮＯX転化率を演算するとともに、機関回転数と基本燃料噴射量とからＮＯX濃度比の基準値を設定する。そして、ＮＯX濃度比と基準値を比較し、比較結果に基づいてＮＯX転化率の低下を判別する内燃機関の触媒劣化診断装置が開示されている。
また、ＮＯX触媒の劣化診断を行うに際し、ＮＯX触媒に捕捉されるＮＯX量（ＮＯX触媒の上流側ＮＯX量）を内燃機関の運転状態等から推定するとともに、下流側では内燃機関のＮＯXセンサで検出されるＮＯX濃度そのものではなく、ＮＯXセンサによって検出されるＮＯX濃度を積分した値を用いて、ＮＯX触媒の劣化を診断する方法も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−５４６４１号公報 （特許請求の範囲 図５） 特開２００５−５４６０４号公報 （請求項７、１２ 段落［００４７］〜［００４８］）
ところで、ＮＯXの浄化効率は、ＮＯX触媒の温度やＮＯX触媒の上流側のＮＯX濃度、排気ガスの流量等の条件によっては、触媒の劣化の有無にかかわらず効率が低下する場合がある。また、排気浄化システムの制御系の異常や還元剤の質の不良、さらにはＮＯX触媒の上流側に酸化触媒が配置されている場合における当該酸化触媒の劣化等によっても、ＮＯXの浄化効率が低下する場合もある。
しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示された触媒の劣化診断のみでは、そのような条件を考慮しないで劣化診断を行っているために、実際の触媒の劣化度合いよりも劣化が進行していると判断されるおそれがあり、診断結果の信頼性が低くなるおそれがあった。
そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、ＮＯX触媒の上流側及び下流側のＮＯX量を比較して排気浄化システムの故障判定を行う際に、所定の条件を満たしているときにのみ積算したＮＯX量を用いて判定を行うことにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の目的は、排気浄化システムの制御系の異常や触媒劣化等の排気浄化システムの故障の有無を精度良く判定し、排気浄化システムの信頼性を向上させることができる排気浄化システムの故障診断装置及び排気浄化システムの故障診断方法を提供することである。
本発明によれば、内燃機関から排出される排気ガスをＮＯx触媒を通過させ、排気ガスに含まれるＮＯxを還元する排気浄化システムの故障診断装置であって、ＮＯx触媒の上流側での単位時間当たりの上流側ＮＯx流量を演算するための上流側ＮＯx流量演算手段と、ＮＯx触媒の下流側での単位時間当たりの下流側ＮＯx流量を演算するための下流側ＮＯx流量演算手段と、ＮＯxの還元が正常に行われるための少なくとも一つの条件を満たすか否かを判別するための還元条件判定手段と、条件を満たしていると判別されるときに上流側ＮＯx流量を積分し、第１の所定時間内にＮＯx触媒の上流側を通過した上流側ＮＯx量を算出する上流側ＮＯx量演算手段と、条件を満たしていると判別されるときに下流側ＮＯx流量を積分し、第１の所定時間にＮＯx触媒の下流側を通過した下流側ＮＯx量を算出する下流側ＮＯx量演算手段と、上流側ＮＯx量と下流側ＮＯx量とを比較することにより排気浄化システムが正常に動作しているか否かを判定する故障判定手段とを備え、上流側ＮＯx量演算手段及び下流側ＮＯx量演算手段は、ＮＯx流量の積分を中断するときにそれまでの積算値を記憶させ、第２の所定時間内に再び条件を満たす状態にならないときには積算値をリセットするようになっており、第２の所定時間は、ＮＯx流量に基づいて決定される排気浄化システムの故障診断装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
本発明によれば、内燃機関から排出される排気ガスをＮＯx触媒を通過させ、排気ガスに含まれるＮＯxを還元する排気浄化システムの故障診断装置であって、ＮＯx触媒の上流側での単位時間当たりの上流側ＮＯx流量を演算するための上流側ＮＯx流量演算手段と、ＮＯx触媒の下流側での単位時間当たりの下流側ＮＯx流量を演算するための下流側ＮＯx流量演算手段と、ＮＯxの還元が正常に行われるための少なくとも一つの条件を満たすか否かを判別するための還元条件判定手段と、条件を満たしていると判別されるときに上流側ＮＯx流量を積分し、第１の所定時間内にＮＯx触媒の上流側を通過した上流側ＮＯx量を算出する上流側ＮＯx量演算手段と、条件を満たしていると判別されるときに下流側ＮＯx流量を積分し、第１の所定時間にＮＯx触媒の下流側を通過した下流側ＮＯx量を算出する下流側ＮＯx量演算手段と、上流側ＮＯx量と下流側ＮＯx量とを比較することにより排気浄化システムが正常に動作しているか否かを判定する故障判定手段とを備え、上流側ＮＯx量演算手段及び下流側ＮＯx量演算手段は、ＮＯx流量の積分を中断するときにそれまでの積算値を記憶させ、第２の所定時間内に再び条件を満たす状態にならないときには積算値をリセットするようになっており、第２の所定時間は、ＮＯxの還元が正常に行われるための条件を満たすときにカウンタが加算処理され、条件を満たさないときにはカウンタが減算処理されるＮＯx流量カウンタのカウンタ値により決定され、ＮＯx流量カウンタの加算率は、ＮＯx流量が多い時には大きくされる一方、ＮＯx流量が少ない時には小さくされる排気浄化システムの故障診断装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
また、本発明の排気浄化システムの故障診断装置を構成するにあたり、上流側ＮＯx量演算手段及び下流側ＮＯx量演算手段は、ＮＯx流量の積分を中断するときにそれまでの積算値を記憶させ、再び条件を満たす状態になったときに、記憶された積算値から積分を再開することが好ましい。
また、本発明の排気浄化システムの故障診断装置を構成するにあたり、故障判定手段は、上流側ＮＯX量が所定値に達したときに上流側ＮＯX流量及び下流側ＮＯX流量の積分を終了し、上流側ＮＯX量及び下流側ＮＯX量を比較することが好ましい。
また、本発明の排気浄化システムの故障診断装置を構成するにあたり、故障判定手段は、上流側ＮＯX量と下流側ＮＯX量との比を、ＮＯXの還元が正常に行われるための条件に応じて規定されるしきい値と比較することが好ましい。
また、本発明の排気浄化システムの故障診断装置を構成するにあたり、上流側ＮＯX流量演算手段は、内燃機関の運転状態から算出される内燃機関から排出されるＮＯX濃度をもとに演算を行うことが好ましい。
また、本発明の別の態様は、内燃機関から排出される排気ガスをＮＯx触媒を通過させ、排気ガスに含まれるＮＯxを還元させる排気浄化システムの故障の有無を診断する排気浄化システムの故障診断方法であって、ＮＯx触媒の上流側及び下流側での単位時間当たりの上流側ＮＯx流量及び下流側ＮＯx流量をそれぞれ算出するとともに、ＮＯxの還元が正常に行われるための少なくとも一つの条件を満たしているか否かを判別し、条件を満たしているときに上流側ＮＯx流量及び下流側ＮＯx流量をそれぞれ積分することにより第１の所定時間内にＮＯx触媒の上流側及び下流側をそれぞれ通過した上流側ＮＯx量及び下流側ＮＯx量を算出し、上流側ＮＯx量と下流側ＮＯx量とを比較することにより排気浄化システムが正常に動作しているか否かを判定する方法において、条件を満たしておらず上流側ＮＯx流量及び下流側ＮＯx流量の積分を中断するときには、それまでの積算値を記憶させ、ＮＯx流量に基づいて決定される第２の所定時間内に再び条件を満たす状態にならないときには積算値をリセットする排気浄化システムの故障診断方法である。
本発明の排気浄化システムの故障診断装置によれば、ＮＯXの還元反応が正常に行われるための条件を満たすときにのみ積分した、ＮＯX触媒の上流側及び下流側におけるＮＯX量を比較することにより、条件を満たしていないときの還元効率を判定材料から排除することができる。したがって、排気浄化システムの制御系の異常やＮＯX触媒の劣化、還元剤の質の低下をはじめとした排気浄化システムの故障の有無を精度良く判定できる排気浄化システムの故障診断装置を提供することができる。
また、本発明の排気浄化システムの故障診断装置において、ＮＯX流量の積分を中断した後再開する際に、中断時の積算値から積分を再開することにより、内燃機関の運転状態が不安定な場合であっても故障診断をはじめからやり直すことなく効率的に故障診断を実施することができる。
また、本発明の排気浄化システムの故障診断装置において、ＮＯx流量の積分を中断する時間が第２の所定時間以上継続した場合には積算値をリセットすることにより、判定結果の信頼性を向上させることができる。
また、本発明の排気浄化システムの故障診断装置において、上流側ＮＯX量が所定値に達したときに積分を終了し、上流側ＮＯX量と下流側ＮＯX量を比較することにより、故障診断に要する時間が過度に長くなることを防ぎ、効率的な故障診断を行うことができる。
また、本発明の排気浄化システムの故障診断装置において、故障判定を、ＮＯXの還元効率を所定のしきい値と比較して行うことにより、内燃機関の運転状態等に応じた適切な判定を行うことができる。
また、本発明の排気浄化システムの故障診断方法において、上流側ＮＯX流量を、ＮＯXセンサによる検出値ではなく内燃機関の運転状態から推定される推定値をもとに算出することにより、ＮＯXセンサの数を減らしてコストの上昇を抑えることができる。
また、本発明の排気浄化システムの故障診断方法によれば、ＮＯXの還元反応が正常に行われるための条件を満たしていない状態での還元効率を判定材料から排除することにより、排気浄化システムの制御系の異常やＮＯX触媒の劣化、還元剤の質の低下をはじめとした排気浄化システムの故障の有無を精度良く判定することができる。
以下、図面を参照して、本発明の排気浄化システムの故障診断装置及び排気浄化システムの故障診断方法に関する実施形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
１．排気浄化システムの故障診断装置
（１）排気浄化システムの全体構成
まず、本実施形態の排気浄化システムの故障診断装置を備えた排気浄化システム（以下、単に「システム」と称する場合がある。）の構成例について図１を参照しつつ説明する。
図１に示す排気浄化システム１０は、尿素水溶液を還元剤として用い、排気ガスを還元剤とともにＮＯX触媒１３を通過させてＮＯXを選択的に還元する排気浄化システム１０である。この排気浄化システム１０は、内燃機関に接続された排気通路１１の途中に配設され、排気ガス中に含まれるＮＯXを選択的に還元するためのＮＯX触媒１３と、ＮＯX触媒１３の上流側で排気通路１１中に還元剤を噴射するための還元剤噴射弁３１を含む還元剤供給装置２０とが備えられている。また、排気通路１１のＮＯX触媒１３の上流側及び下流側にはそれぞれ温度センサ１５、１６が配置されるとともに、ＮＯX触媒１３の下流側には下流側ＮＯX濃度演算手段としてのＮＯXセンサ１７が配置されている。このうち、ＮＯX触媒１３や温度センサ１５、１６、ＮＯXセンサ１７の構成は特に制限されるものではなく、公知のものを使用することができる。
ただし、少なくともＮＯXセンサ１７はセンサ自身の故障診断機能を備えており、異常状態が検知されると後述するＣＡＮ（Controller Area Network）６５に対してエラー情報が出力されるようになっている。
また、還元剤供給装置２０は、還元剤噴射弁３１を含む噴射モジュール３０と、還元剤が貯蔵された貯蔵タンク５０と、貯蔵タンク５０内の還元剤を還元剤噴射弁３１に対して圧送するポンプ４１を含むポンプモジュール４０と、還元剤噴射弁３１から噴射する還元剤の噴射量を制御するために、噴射モジュール３０やポンプモジュール４０の制御を行うコントロールユニット（以下、「ＤＣＵ：Dosing Control Unit」と称する。）６０を備えている。また、貯蔵タンク５０とポンプモジュール４０とは第１の供給経路５７によって接続され、ポンプモジュール４０と噴射モジュール３０とは第２の供給経路５８によって接続され、さらに、噴射モジュール３０と貯蔵タンク５０とは循環経路５９によって接続されている。
また、図１に示す排気浄化システム１０の例では、ＤＣＵ６０は、ＣＡＮ６５に接続されている。このＣＡＮ６５には、内燃機関の運転状態を制御するためのコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ：Engine Control Unit」と称する場合がある。）７０が接続されており、燃料噴射量や噴射タイミング、回転数等をはじめとする内燃機関の運転状態に関する情報が書き込まれるようになっているだけでなく、排気浄化システム１０に備えられたあらゆるセンサ等の情報も書き込まれるようになっている。また、ＣＡＮ６５では入力される信号値がＣＡＮ６５の規格範囲内にあるか否かを判別できるようになっている。そして、ＣＡＮ６５に接続されたＤＣＵ６０は、ＣＡＮ６５上の情報を読み込み、また、ＣＡＮ６５上に情報を出力できるようになっている。
なお、本実施形態では、ＥＣＵ７０とＤＣＵ６０とが別のコントロールユニットからなり、ＣＡＮ６５を介して情報のやり取りができるようにされているが、これらのＥＣＵ７０とＤＣＵ６０とを一つのコントロールユニットとして構成しても構わない。
貯蔵タンク５０には、タンク内の還元剤の温度を検知するための温度センサ５１や還元剤の残量を検知するためのレベルセンサ５５、還元剤の粘度や濃度等の品質を検知するための品質センサ５３が備えられている。これらのセンサによって検知された値は信号として出力されＣＡＮ６５上に書き込まれるようになっている。これらのセンサについては、公知のものを適宜使用することができる。
なお、貯蔵される還元剤としては、主として尿素水溶液や未燃燃料（ＨＣ）が挙げられるが、本実施形態の排気浄化システムの例は、尿素水溶液を用いた場合の構成例である。
また、ポンプモジュール４０は、ポンプ４１と、ポンプ４１の下流側の第２の供給経路５８内の圧力（以下、「還元剤の圧力」と称する場合がある。）を検知するための圧力検知手段としての圧力センサ４３と、圧送される還元剤の温度を検知するための温度センサ４５と、ポンプ４１の下流側の第２の供給経路５８の途中に配置された異物捕集フィルタ４７と、ポンプ４１の下流側の還元剤の圧力が所定値を越えたときに、還元剤の一部をポンプ４１の下流側から上流側に戻して圧力を低下させるための圧力制御弁４９を備えている。
ポンプ４１は、例えば電動ポンプからなり、ＤＣＵ６０から送られてくる信号によって駆動されるようになっている。また、圧力センサ４３や温度センサ４５についても公知のものを適宜使用することができ、これらのセンサによって検出された値についても信号として出力され、ＣＡＮ６５上に書き込まれるようになっている。さらに、圧力制御弁４９としては、例えば、公知のチェック弁等を用いることができる。
また、噴射モジュール３０は、ポンプモジュール４０側から圧送されてくる還元剤が貯留される貯留室３３と、貯留室３３に接続された還元剤噴射弁３１と、貯留室３３から循環経路５９に通じる経路の途中に配設されたオリフィス３５と、オリフィス３５の直前に配置された温度センサ３７を備えている。
還元剤噴射弁３１は、例えば、ｄｕｔｙ制御により開弁のＯＮ−ＯＦＦを制御するＯＮ−ＯＦＦ弁からなるものである。また、貯留室３３ではポンプモジュール４０から圧送されてきた還元剤が所定の圧力で蓄えられるようになっており、ＤＣＵ６０から送られてくる制御信号によって還元剤噴射弁３１が開かれたときに還元剤が排気通路１１中に噴射されるようになっている。また、貯留室３３の下流側の経路にオリフィス３５が配設されていることにより、オリフィス３５よりも上流側の貯留室３３、第２の供給経路５８の内圧が低下しにくくなっており、ポンプモジュール４０の出力を低く抑えることができるようにされている。図示しないものの、このオリフィス３５を設ける代わりに、循環経路５９の途中に還元剤の循環制御を行う弁を備えることもできる。
また、噴射モジュール３０と貯蔵タンク５０との間に配設された循環経路５９は、ポンプモジュール４０によって圧送される還元剤のうち噴射モジュール３０の還元剤噴射弁３１から噴射される還元剤以外の還元剤が排気熱等の影響を受けて高温に晒されることがないように、貯蔵タンク５０に還流させるために備えられている。
また、ＤＣＵ６０は、適切な量の還元剤が排気通路１１中に噴射されるように、ＣＡＮ６５上に存在する様々な情報をもとに還元剤噴射弁３１の動作制御が行われるようになっている。また、本発明の実施の形態におけるＤＣＵ６０は、さらに排気浄化システム１０の故障診断装置（以下、単に「故障診断装置」と称する場合がある。）としての機能を備えている。
このＤＣＵ６０は、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、図１では、還元剤噴射弁３１の動作制御及びポンプ４１の駆動制御、さらに排気浄化システム１０の故障診断に関する部分について、機能的なブロックに表された構成例が示されている。
すなわち、本発明の実施の形態におけるＤＣＵ６０は、ＣＡＮ情報取出生成部（図２では「CAN情報取出生成」と表記）と、排気浄化システムの故障診断部（図１では「故障診断」と表記）と、ポンプ駆動制御部（図１では「ポンプ駆動制御」と表記）と、還元剤噴射弁動作制御部（図１では「Udv動作制御」と表記）等を主要な構成要素として構成されている。そして、これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータ（図示せず）によるプラグラムの実行によって実現されるものである。
ＣＡＮ情報取出生成部は、ＥＣＵ７０から出力された内燃機関の運転状態に関する情報やＮＯXセンサ１７から出力されたセンサ情報をはじめとして、ＣＡＮ６５上に存在する情報を読み込み、各部に対して出力するようになっている。
また、ポンプ駆動制御部は、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される、第２の供給経路５８内の還元剤の圧力に関する情報を継続的に読み込み、この圧力情報をもとにポンプ４１をフィードバック制御し、第２の供給経路５８及び貯留室３３内の還元剤の圧力がほぼ一定の状態に維持されるようになっている。例えば、ポンプ４１が電動ポンプである場合には、出力される圧力値が目標値よりも低い場合には圧力を上昇させるべく電動ポンプのデューティ比が大きくなるように制御され、逆に出力される圧力値が目標値を超える場合には圧力を低下させるべく電動ポンプのデューティ比が小さくなるように制御される。
還元剤噴射弁動作制御部は、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される、貯蔵タンク５０内の還元剤に関する情報や排気ガス温度、ＮＯX触媒温度、ＮＯX触媒下流側でのＮＯX濃度に関する情報、さらには内燃機関の運転状態に関する情報等を読み込み、排気ガスに含まれるＮＯXを還元するために必要な量の還元剤を還元剤噴射弁３１から噴射させるための制御信号を生成し、還元剤噴射弁３１を操作するための還元剤噴射弁操作装置（図１では「Udv操作装置」と表記）６７に対して出力するように構成されている。
この図１に示す構成の排気浄化システム１０による排気ガスの浄化は以下のとおり行われる。
内燃機関の運転時において、貯蔵タンク５０内の還元剤は、ポンプ４１によって汲み上げられ、噴射モジュール３０側に圧送される。このとき、ポンプモジュール４０に備えられたポンプ４１の下流側の圧力センサ４５による検出値をフィードバックし、検出値が所定値未満の場合にはポンプ４１の出力を高める一方、圧力値が所定値を超える場合には圧力制御弁４９によって減圧され、噴射モジュール３０側に圧送される還元剤の圧力がほぼ一定の値に維持されるように制御される。
また、ポンプモジュール４０から噴射モジュール３０に圧送された還元剤は、還元剤の貯留室３３に流入してほぼ一定の圧力に維持され、還元剤噴射弁３１が開いたときに常に排気通路１１内に噴射されるようになっている。一方、還元剤は循環経路５９を介して貯蔵タンク５０に還流しているため、排気通路１１中に噴射されない還元剤が貯留室３３に滞留し、排気熱によって高温に晒されることがないようになっている。
還元剤が、ほぼ一定の圧力値で貯留室３３中に貯留している状態で、ＤＣＵ６０は、内燃機関の運転状態や排気温度、ＮＯX触媒１３の温度、さらにはＮＯX触媒１３の下流側で測定される、還元されずにＮＯX触媒１３を通過したＮＯX量等の情報をもとに噴射すべき還元剤量を決定し、それに応じた制御信号を生成して還元剤噴射弁操作装置（図示せず）に対して出力する。そして、還元剤噴射弁操作装置によって還元剤噴射弁３１のｄｕｔｙ制御が行われ、適切な量の還元剤が排気通路１１中に噴射される。排気通路１１中に噴射された還元剤は、排気ガスに混合された状態でＮＯX触媒１３に流入し、排気ガス中に含まれるＮＯXの還元反応に用いられる。このようにして、排気ガスの浄化が行われるものである。
（２）故障診断装置
ここで、本発明の実施の形態のＤＣＵ６０では、排気浄化システム１０の故障診断部が備えられている。この排気浄化システム１０の故障診断部は、所定の条件を満たす状態で第１の所定時間内に通過したＮＯx触媒の上流側ＮＯx量とＮＯx触媒の下流側ＮＯx量を比較することにより、排気浄化システムが正常に動作しているか否かを診断するように構成されたものである。
この排気浄化システムの故障診断部は、図２に示すように、ＮＯX触媒上流側のＮＯX濃度を検出するための上流側ＮＯX濃度演算手段（図２では「上流側ＮＯX濃度演算」と表記）と、単位時間当たりのＮＯX触媒上流側のＮＯX流量を算出するための上流側ＮＯX流量演算手段（図２では「上流側ＮＯX流量演算」と表記）と、所定の時間内にＮＯX触媒上流側を通過したＮＯX量を算出するための上流側ＮＯX量演算手段（図２では「上流側ＮＯX量演算」と表記）と、ＮＯX触媒下流側のＮＯX流量を算出するための下流側ＮＯX流量演算手段（図２では「下流側ＮＯX流量演算」と表記）と、所定の時間内にＮＯX触媒下流側を通過したＮＯX量を算出するための下流側ＮＯX量演算手段（図２では「下流側ＮＯX量演算」と表記）を備えている。
また、故障診断部には、排気ガスの質量流量を算出するための排ガス質量流量演算手段（図２では「排ガス流量演算」と表記）と、ＮＯX触媒の上流側及び下流側の温度センサの検出値からＮＯX触媒の温度を算出する触媒温度演算手段（図２では「触媒温度演算」と表記）と、ＮＯXの還元が行われるための少なくとも一つの条件を満たしているか否かを判定する還元条件判定手段（図２では「還元条件判定」と表記）と、上流側ＮＯX量及び下流側ＮＯX量を比較することにより排気浄化システムの故障の有無を判定する故障判定手段（図２では「故障判定」と表記）を含むものである。
排ガス質量流量演算手段は、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される内燃機関の運転状態に関する情報を読み込み、演算することによって内燃機関から排出される排気ガスの質量流量を算出するようになっている。
また、上流側ＮＯX濃度演算手段は、排ガス流量算出手段と同様に、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される内燃機関の運転状態に関する情報を読み込み、演算することによって、内燃機関から排出されるＮＯX濃度を算出するようになっている。
排ガス質量流量の算出や内燃機関から排出されるＮＯX濃度の算出に用いられる、ＣＡＮ上に存在する内燃機関の運転状態に関する情報としては、燃料噴射量、回転数、排気循環装置（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）のステータス、排気循環量、空気吸入量、冷却水温度等が挙げられる。これらの情報をもとに排ガス質量流量やＮＯX濃度を算出することは公知の方法によって行うことができる。
なお、本実施形態のＤＣＵ６０では、ＮＯX触媒の上流側のＮＯX濃度は演算により算出するようになっているが、コストが上昇するおそれがあるものの、ＮＯX触媒の下流側のＮＯX濃度と同様に、ＮＯX触媒上流側にもＮＯXセンサを配置して、当該ＮＯXセンサの検出値を用いるように構成することもできる。
上流側ＮＯX流量演算手段は、上述の上流側ＮＯX濃度演算手段によって算出された上流側ＮＯX濃度と排気ガス質量流量とをもとに、単位時間あたりのＮＯX触媒上流側のＮＯX流量を算出するようになっている。そして、上流側ＮＯX量演算手段は、上流側ＮＯX流量演算手段によって求められたＮＯX流量のうち、所定の条件を満たす時間帯のＮＯX流量を積分することにより、所定の時間内にＮＯX触媒上流側を通過したＮＯX量を積算するようになっている。
また、下流側ＮＯX流量演算手段は、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される、ＮＯX触媒の下流側に配置されたＮＯXセンサによって検出されたＮＯX濃度と排気ガス質量流量とをもとに、単位時間あたりのＮＯX触媒下流側のＮＯX流量を算出するようになっている。そして、下流側ＮＯX量演算手段は、下流側ＮＯX流量演算手段によって求められたＮＯX流量のうち、所定の条件を満たす時間帯のＮＯX流量を積分することにより、所定の時間内にＮＯX触媒下流側を通過したＮＯX量を算出するようになっている。
本実施形態のＤＣＵ６０では、これらの上流側ＮＯX量演算手段及び下流側ＮＯX量演算手段は、後述する還元条件判定手段において、システムがＮＯXの還元が正常に行われるための諸条件を満たしていると判別された場合にのみ、ＮＯX流量の積分が行われるようになっている。このＮＯXの還元が正常に行われるための条件としては、例えば、ＮＯX触媒の温度や排出ＮＯX濃度、排気ガスの流量等が挙げられる。ＮＯX触媒の温度が所定範囲内にあるか否かは、触媒の活性化状態に重要な要素である。また、排出ＮＯX濃度や排気ガスの流量が所定範囲内にあるか否かは、ＮＯX触媒に流入するＮＯX流量が触媒の処理能力の範囲内にあるかに重要な要素となる。すなわち、これらの条件を満たしていない場合にもＮＯX流量の積算が行われると、単に還元効率が低い状態にすぎなかったにもかかわらずシステムが故障していると診断され、診断結果の信頼性の低下につながるために、このような条件を満たす場合に限って積分を行うようにしたものである。
還元条件判定手段は、排気浄化システムがＮＯXの還元が正常に行われるための諸条件を満たしているか否かを判別して、上流側ＮＯX量演算手段及び下流側ＮＯX量演算手段に対して信号を出力するものである。この条件としては、上述した触媒温度演算手段によって算出されるＮＯX触媒の温度や上流側ＮＯX濃度演算手段によって算出されるＮＯX触媒上流側のＮＯX濃度、排ガス流量算出手段によって算出される排気ガスの質量流量などが挙げられる。ＮＯX触媒においてＮＯXの還元が正常に行われるための条件の範囲をあらかじめ規定しておき、これらの条件が規定範囲内にあるときに、上流側ＮＯX量演算手段及び下流側ＮＯX量演算手段がＮＯX流量の積分を行うように信号が出力される。
触媒温度演算手段は、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される、ＮＯX触媒の上流側及び下流側の温度センサによって検出された温度情報をもとにmap等を用いてＮＯX触媒の温度が推定されるようになっている。ここで推定されるＮＯX触媒の温度情報は、ＮＯXの還元が正常に行われるための条件の一つとして用いられる。
また、本実施形態のＤＣＵ６０の故障診断部にはＲＡＭ（Random Access Memory）が接続されており、上流側ＮＯX量演算手段及び下流側ＮＯX量演算手段によって演算されたＮＯX量の積算値がその都度記憶されるようになっている。
故障判定手段は、ＲＡＭに記憶された上流側ＮＯX量及び下流側ＮＯX量を読み込み、上流側ＮＯX量に対する下流側ＮＯX量の比を求めるとともに、この比で表されるＮＯXの還元効率を所定のしきい値と比較することにより、システムが正常に動作しているか否かを判定するようになっている。
また、この故障判定手段にはＮＯX流量カウンタが備えられ、ＮＯXの還元が正常に行われるための条件を満たすときにカウンタが加算処理され、条件を満たさないときにはカウンタが減算処理されるようになっている。このカウンタ値は、ＮＯX流量の積分値がシステムの故障診断に用いることができるほどに信頼性に足りるものかを判断するために用いられる。
また、システムが上記の条件を満たさない状態が継続してＮＯX流量の積分値をリセットするまでの最大時間を規定するために、ＮＯX流量カウンタの値は、規定値MAX以上に増加しないようになっている。また、ＮＯX流量カウンタの加算率は、ＮＯX流量が多い時には大きくされる一方、ＮＯX流量が少ないときには小さくされるようになっている。これは、ＮＯX流量が多くなるにしたがい、ＮＯX流量の積分値を用いた故障診断の信頼性が向上するため、カウンタが減算処理されてカウンタ値が０になるまでの時間を長くするためである。
なお、図３のタイミングチャートでは便宜的に加算率が一定の状態で記載されている。
（３）タイミングチャート
次に、本実施形態の故障診断装置において、システムがＮＯXの還元が正常に行われるための諸条件を満たすときに上流側ＮＯX流量及び下流側ＮＯX流量の積分を行う点について、図３に例示されるタイミングチャートを参照して詳細に説明する。
まず、ｔ１の時点でＮＯXの還元が正常に行われるための条件を満たす状態（ConditionがTrueを示した状態）になると、ＮＯX流量カウンタが加算処理される（ＮＯX流量カウンタInc）。このｔ１の時点で上流側ＮＯX量演算手段のPre-IntegratorによってＮＯX触媒上流側のＮＯX流量の積分が開始され、ConditionがTrueの状態にある限り積分が続けられる。
その後、ｔ２の時点でＮＯxの還元が正常に行われるための条件を満たさなくなるため（ConditionがFalseを示した状態）、ＮＯx流量カウンタが減算処理される（ＮＯx流量カウンタDec）。このｔ２の時点で、継続的に行われてきた上流側のＮＯx流量の積分が中断される。その後もＮＯx流量カウンタが減算され、ＮＯx流量カウンタが規定値STARTを超えることなくカウンタ値が０になったｔ３の時点で、Pre-Integratorによって積分されていた積算値がリセットされる。（ＮＯx流量の積分が中断される時点から積算値がリセットされる時点までの時間を第２の所定時間とする。）
次いで、ｔ４の時点で、再びConditionがTrueになると、ＮＯX流量カウンタの加算処理が再開されるとともにPre-IntegratorによるＮＯX触媒上流側のＮＯX流量の積分が再開される。そして、ｔ４〜ｔ５の間は、ConditionがTrueの状態が継続しているために、ＮＯX触媒上流側のＮＯX流量の積分も継続される。
その後ｔ５の時点になると、ConditionがFalseになるため、ｔ２の時点と同様にＮＯX流量カウンタが減算処理されるとともに上流側のＮＯX流量の積分が中断される。
次いで、ｔ６の時点で、ＮＯX流量カウンタが０になる前に再びConditionがTrueになるため、ＮＯX流量カウンタが再び加算処理されるとともにPre-Integratorによる上流側ＮＯX流量の積分が再開される。
今度は、ｔ７の時点でＮＯX流量カウンタが規定値STARTを超えるため、Pre-Integratorによって積分されてきた積算値をMain-Integratorに加算するとともに、以降の積分がMain-Integratorによって行われるように切り替えられる。なお、この図３のタイムチャートでは、Main-Integratorにはすでに前回の積算値が記憶された状態となっている。
このようにPre-IntegratorとMain-Integratorを使い分けることで、積算の初期段階では途中でリセットされる可能性があるため、積算値の記憶はMain-Integratorによって行い、リセット時には常に０にもどすことができるようになっている。
次いで、ｔ８の時点でＮＯX流量カウンタが規定値MAXを超えるため、ConditionがTrueである限りＮＯX流量カウンタはMAXで固定される。このようにＮＯX流量カウンタの値を最大でもMAXで固定するのは、途中ConditionがFalseの状態が継続し、ＮＯX流量カウンタが０になってリセットされるまでの時間や、最後に積算を終了するまでの時間が過度に長くなって、判定精度が低下したり、故障判定に要する時間が長くなったりすることを防ぐためである。
以降は、ConditionがFalseの状態で積分を中断しつつ、Trueの状態でのMain-Integratorによる積分が継続される。
次いで、積算された上流側ＮＯX量の値が規定値MINを越えたｔ９の時点で、タイマ１を作動させる。そして、タイマ１の期間が終了したｔ１０の時点でMain-Integratorによる積分を終了する。Main-Integratorによる積分を終了させるタイミングについては、タイマ１の終了以前であっても、規定値MINを越えた後、ConditionがFalseを示す期間が所定時間継続した場合には終了させるようにする。
このように、上流側ＮＯX流量の積算値が規定値MINを超えてから所定時間経過後に積分を終了するのは、故障判定を行うにあたって最低のＮＯX積算量である規定値MINが確保された後、著しく所要時間が長くならない程度に、さらにＮＯX積算量を積み上げ、判定精度を向上させるためである。
２．排気浄化システムの故障診断方法
次に、排気浄化システムの故障診断方法の具体的なルーチンの一例を図４〜図６のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、このルーチンは、常時実行されるようにしてもよく、あるいは一定時間ごとの割り込みによって実行されるようにしてもよい。
まず、スタート後、ステップＳ１００において内燃機関から排出される排気ガスの質量流量Gfを算出した後、ステップＳ１０１において内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯX濃度、すなわち、ＮＯX触媒上流側ＮＯX濃度Nuを算出する。次いで、ステップＳ１０２では、ステップＳ１００及びステップＳ１０１で算出した排気ガスの質量流量Gf及び上流側ＮＯX濃度Nuをもとに、ＮＯX触媒上流側の単位時間当たりのＮＯX流量Nfuを算出し、ステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３では、ＮＯX触媒の下流側に備えられたＮＯXセンサからのエラー情報がなく、かつ、ＮＯXセンサからの入力値がＣＡＮの規格範囲内にあるか否かが判別される。これらの条件を満たしていない場合にはスタート位置に戻される一方、ともに条件を満たしていると判別された場合にはステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４ではＣＡＮ上に存在するＮＯXセンサで検出されたＮＯX触媒下流側のＮＯX濃度Ndを読み込み、次いで、ステップＳ１０５ではステップＳ１０４で読み込んだＮＯX触媒下流側のＮＯX濃度Nd及びステップＳ１００で算出した排気ガスの質量流量Gfをもとに、ＮＯX触媒下流側の単位時間当たりのＮＯX流量Nfdを算出し、ステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０６では、上述のステップＳ１０３と同様に、ＮＯXセンサからのエラー情報がなく、かつ、ＮＯXセンサからの入力値がＣＡＮの規格範囲内にあるか否かが判別されるとともに、さらにシステムが還元剤を噴射可能な状態にあるか否か（以下「テスト環境条件TE」と称する。）が判別される。このテスト環境条件TEを満たしていないと判別された場合には、システムがテスト可能な状態にないためスタート位置に戻される一方、テスト環境条件TEを満たしていると判別された場合にはステップＳ１０７に進み、ＮＯX触媒上流側のＮＯX流量カウンタ増加量Inc又は減少量Decを演算した後、ステップＳ１０８（図５）に進む。
ＮＯX触媒上流側のＮＯX流量Nfuの増加量Inc又は減少量Decを演算して進むステップＳ１０８では、ＮＯX触媒の温度Tcが規定範囲内にあり、かつ、ＮＯX触媒上流側のＮＯX濃度Nuが規定範囲内にあり、さらにＮＯX触媒上流側のＮＯX流量Nfuが規定範囲内にあるか否かが判別される。これらすべての条件を満たしている場合には、ステップＳ１０９に進み、ＮＯX流量カウンタをステップＳ１０７で求めた増加量Incの分だけ加算する。次いで、ステップＳ１１０でＮＯX触媒上流側のＮＯX流量Nfuを積分するとともに、ステップＳ１１１でＮＯX触媒下流側のＮＯX流量Nfdを積分し、それぞれＲＡＭに記憶させる。
ＮＯX触媒上流側のＮＯX流量Nfu及びＮＯX触媒下流側のＮＯX流量Nfdをそれぞれ記憶させた後、ステップＳ１１２では、ＮＯX流量カウンタが規定値STARTに到達しており、かつ、記録値加算フラグRcrdGfが０であるか否かが判別される。これらをともに満たしている場合には、ステップＳ１１３に進み、記憶されていたＮＯX触媒上流側のＮＯX流量Nfuの積分値を読み込み、以前に積算されていた積算値に加算するとともに、再びＲＡＭに記憶させる。さらに、ステップＳ１１４では、記憶されていたＮＯX触媒下流側のＮＯX流量Nfdの積分値を読み込み、以前に積算されていた積算値に加算するとともに、再びＲＡＭに記憶させる。その後、ステップＳ１１５で記録値加算フラグRcrdGfを１にしてステップＳ１１６に進む。
一方、ステップＳ１１２において、ＮＯX流量カウンタが規定値STARTに到達していないか、あるいは、記録値加算フラグRcrdGfが０でないと判別された場合には、ステップＳ１１６に進み、記録値加算フラグRcrdGfが立てられているか否かが判別される。記録値加算フラグRcrdGfが立てられていない場合にはスタート位置に戻される一方、記録値加算フラグRcrdGfが立てられている場合には、ステップＳ１１７に進み、ＮＯX触媒上流側のＮＯX流量Nfuの積算値Nnuを記憶させた後、さらに、ステップＳ１１８でＮＯX触媒下流側のＮＯX流量Nfdの積算値Nndを記憶させ、ステップＳ１１９に進む。
記録値加算フラグRcrdGfが立てられて進んだステップＳ１１９では、ＮＯX触媒上流側のＮＯX流量Nfuの積算値Nnuが規定値MIN以上であるか否かが判別される。ＮＯX流量Nfuの積算値NnuがMIN未満の場合にはステップＳ１２０に進み、ＮＯX流量カウンタが規定値MAXに到達しているか否かが判別される。そして、ＮＯX流量カウンタが規定値MAXに到達していない場合にはそのままスタート位置に戻される一方、規定値MAXに到達している場合にはステップＳ１２１でカウンタ値をMAXに固定した上でスタート位置に戻される。
一方、ＮＯX流量Nfuの積算値NnuがMIN以上となっている場合にはステップＳ１２２に進み、ＮＯX流量カウンタが規定値MAXに到達しているか否かが判別される。ＮＯX流量カウンタが規定値MAXに到達していない場合には、再びスタート位置に戻される一方、到達している場合には、ステップＳ１２３でＮＯX流量カウンタを規定値MAXに固定してステップＳ１２４に進む。
ＮＯX流量Nfuの積算値NnuがMIN以上であって、ＮＯX流量カウンタがMAXに固定されて進んだステップＳ１２４ではタイマ１が作動中であるか否かが判別される。タイマ１が停止している場合には、ステップＳ１２５でタイマ１を作動させた後にスタート位置に戻される一方、タイマ１が作動中であればステップＳ１２６に進む。
次いで、ステップＳ１２６ではタイマ１が終了したか否かが判別され、タイマ１が終了していない場合には再びスタート位置に戻される一方、終了している場合にはステップＳ１２７でＮＯX流量カウンタをリセットした後、ステップＳ１３５（図６）に進む。
一方、上述のステップＳ１０８において、すべての条件を満たしていない場合と判別された場合にはステップＳ１２８に進み、ＮＯX流量カウンタをステップＳ１０７で求めたDecの分だけマイナスに減算処理する。
次いで、ステップＳ１２９では、ＮＯX流量カウンタが０になったか否かが判別され、ＮＯX流量カウンタが０になっていない場合には、ステップＳ１３０で積算値を固定したあと、ステップＳ１３１でタイマ１が作動中であるか否かが判別される。そして、タイマ１が停止している場合にはスタート位置に戻され、タイマ１が作動中の場合にはステップＳ１２６に進む。一方、ＮＯX流量カウンタが０になっている場合にはステップＳ１３２に進み、タイマ１が作動中か否かが判別される。そして、タイマ１が停止している場合にはステップＳ１３３でこれまでの積算値Nnu、Nudをリセットした上でスタート位置に戻され、タイマ１が作動中である場合にはステップＳ１３４でタイマ１をリセットした上でステップＳ１３５（図６）に進む。
ステップＳ１３５では、ＮＯX触媒上流側のＮＯX流量Nfuの積算値Nnuと、ＮＯX触媒下流側のＮＯX流量Nfdの積算値Nndとを比較し、実際のＮＯXの還元効率PEを演算する。次いで、ステップＳ１３６では、これまで積算が行われてきた条件下でのＮＯXの還元に関するパラメータ値をもとに、本来得られるであろうＮＯXの浄化効率のしきい値PEtを演算し設定し、ステップＳ１３７で還元効率演算完了フラグを立てた後ステップＳ１３８に進む。
ステップＳ１３８では、ステップＳ１３６で求めたＮＯXの還元効率のしきい値PEtが、規定値PE0以上になっているか否かを判別する。PEtが規定値PE0よりも小さい場合にはスタート位置に戻される一方、規定値PE0よりも大きい場合にはステップＳ１３９に進み、実際のＮＯXの還元効率PEがステップＳ１３６で求めたしきい値よりも小さいか否かを判別する。PEがしきい値PEtよりも小さい場合には、ＮＯXの還元効率が低下しているためにTestErrorとされ、診断を終了する。一方、PEがしきい値PEtよりも大きい場合には、ＮＯXの浄化効率が所定以上に維持されているためにTestOKとされ、診断を終了する。
以上説明したフローチャートによる排気浄化システムの故障診断方法であれば、ＮＯXの還元反応が正常に行われるための条件を満たしている状態でＮＯX触媒の上流側及び下流側のＮＯX量の積分を行い、浄化効率を算出することができる。したがって、排気浄化システムの制御系の異常やＮＯX触媒の劣化、還元剤の質の低下をはじめとした排気浄化システムの故障の有無を正確に判定することができる。
なお、図１に示す排気浄化システムの構成はあくまでも一例であり、本発明の故障診断方法を実施することができる排気浄化システムは、かかる構成の排気浄化システムに限られるものではない。例えば、ＣＡＮを省略したり、ＤＣＵをエンジンＥＣＵと一体化して構成したりすることができる。また、別の例として、還元剤の温度制御を目的として備えられた循環経路が省略された構成の排気浄化システムであっても構わない。
本発明の実施の形態にかかる排気浄化システムの構成例を示す図である。 排気浄化システムの故障診断装置の構成例を説明するためのブロック図である。 ＮＯX流量の積算のされ方を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態にかかる排気浄化システムの故障診断方法の一例を示すフローチャートである（その１）。 本発明の実施の形態にかかる排気浄化システムの故障診断方法の一例を示すフローチャートである（その２）。 本発明の実施の形態にかかる排気浄化システムの故障診断方法の一例を示すフローチャートである（その３）。
符号の説明
１０：排気浄化装置、１１：排気通路、１３：ＮＯX触媒、１５・１６：温度センサ、１７：ＮＯXセンサ、２０：還元剤供給システム、３０：噴射モジュール、３１：還元剤噴射弁、３３：貯留室、４０：ポンプモジュール、４１：圧送ポンプ、４３：圧力センサ、４５：温度センサ、４７：異物捕集フィルタ、４９：圧力制御弁、５０：貯蔵タンク、５１：温度センサ、５３：レベルセンサ、５５：品質センサ、５７：第１の供給経路、５８：第２の供給経路、５９：循環経路、６０：コントロールユニット（ＤＣＵ）、６５：ＣＡＮ、６７：還元剤噴射弁操作装置、７０：エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）

Claims (7)

  1. 内燃機関から排出される排気ガスをＮＯx触媒を通過させ、前記排気ガスに含まれるＮＯxを還元する排気浄化システムの故障診断装置であって、
    前記ＮＯx触媒の上流側での単位時間当たりの上流側ＮＯx流量を演算するための上流側ＮＯx流量演算手段と、
    前記ＮＯx触媒の下流側での単位時間当たりの下流側ＮＯx流量を演算するための下流側ＮＯx流量演算手段と、
    前記ＮＯxの還元が正常に行われるための少なくとも一つの条件を満たすか否かを判別するための還元条件判定手段と、
    前記条件を満たしていると判別されるときに前記上流側ＮＯx流量を積分し、第１の所定時間内に前記ＮＯx触媒の上流側を通過した上流側ＮＯx量を算出する上流側ＮＯx量演算手段と、
    前記条件を満たしていると判別されるときに前記下流側ＮＯx流量を積分し、前記第１の所定時間に前記ＮＯx触媒の下流側を通過した下流側ＮＯx量を算出する下流側ＮＯx量演算手段と、
    前記上流側ＮＯx量と前記下流側ＮＯx量とを比較することにより前記排気浄化システムが正常に動作しているか否かを判定する故障判定手段と、
    を備え,
    前記上流側ＮＯx量演算手段及び前記下流側ＮＯx量演算手段は、前記ＮＯx流量の積分を中断するときにそれまでの積算値を記憶させ、第２の所定時間内に再び前記条件を満たす状態にならないときには前記積算値をリセットするようになっており、
    前記第２の所定時間は、前記ＮＯx流量に基づいて決定されることを特徴とする排気浄化システムの故障診断装置。
  2. 内燃機関から排出される排気ガスをＮＯx触媒を通過させ、前記排気ガスに含まれるＮＯxを還元する排気浄化システムの故障診断装置であって、
    前記ＮＯx触媒の上流側での単位時間当たりの上流側ＮＯx流量を演算するための上流側ＮＯx流量演算手段と、
    前記ＮＯx触媒の下流側での単位時間当たりの下流側ＮＯx流量を演算するための下流側ＮＯx流量演算手段と、
    前記ＮＯxの還元が正常に行われるための少なくとも一つの条件を満たすか否かを判別するための還元条件判定手段と、
    前記条件を満たしていると判別されるときに前記上流側ＮＯx流量を積分し、第１の所定時間内に前記ＮＯx触媒の上流側を通過した上流側ＮＯx量を算出する上流側ＮＯx量演算手段と、
    前記条件を満たしていると判別されるときに前記下流側ＮＯx流量を積分し、前記第１の所定時間に前記ＮＯx触媒の下流側を通過した下流側ＮＯx量を算出する下流側ＮＯx量演算手段と、
    前記上流側ＮＯx量と前記下流側ＮＯx量とを比較することにより前記排気浄化システムが正常に動作しているか否かを判定する故障判定手段と、
    を備え,
    前記上流側ＮＯx量演算手段及び前記下流側ＮＯx量演算手段は、前記ＮＯx流量の積分を中断するときにそれまでの積算値を記憶させ、第２の所定時間内に再び前記条件を満たす状態にならないときには前記積算値をリセットするようになっており、
    前記第２の所定時間は、前記ＮＯxの還元が正常に行われるための前記条件を満たすときにカウンタが加算処理され、前記条件を満たさないときにはカウンタが減算処理されるＮＯx流量カウンタのカウンタ値により決定され、
    前記ＮＯx流量カウンタの加算率は、前記ＮＯx流量が多い時には大きくされる一方、前記ＮＯx流量が少ない時には小さくされるようになっていることを特徴とする排気浄化システムの故障診断装置。
  3. 前記上流側ＮＯx量演算手段及び前記下流側ＮＯx量演算手段は、前記ＮＯx流量の積分を中断するときにそれまでの積算値を記憶させ、再び前記条件を満たす状態になったときに、記憶された前記積算値から積分を再開することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化システムの故障診断装置。
  4. 前記故障判定手段は、前記上流側ＮＯx量が所定値に達したときに前記上流側ＮＯx流量及び前記下流側ＮＯx流量の積分を終了し、前記上流側ＮＯx量及び前記下流側ＮＯx量を比較することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気浄化システムの故障診断装置。
  5. 前記故障判定手段は、前記上流側ＮＯx量と前記下流側ＮＯx量との比を、前記ＮＯxの還元が正常に行われるための条件に応じて規定されるしきい値と比較することにより判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気浄化システムの故障診断装置。
  6. 前記上流側ＮＯx流量演算手段は、前記内燃機関の運転状態から算出される、前記内燃機関から排出されるＮＯx濃度をもとに演算を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気浄化システムの故障診断装置。
  7. 内燃機関から排出される排気ガスをＮＯx触媒を通過させ、前記排気ガスに含まれるＮＯxを還元させる排気浄化システムの故障の有無を診断する排気浄化システムの故障診断方法であって、
    前記ＮＯx触媒の上流側及び下流側での単位時間当たりの上流側ＮＯx流量及び下流側ＮＯx流量をそれぞれ算出するとともに、前記ＮＯxの還元が正常に行われるための少なくとも一つの条件を満たしているか否かを判別し、
    前記条件を満たしているときに前記上流側ＮＯx流量及び前記下流側ＮＯx流量をそれぞれ積分することにより第１の所定時間内に前記ＮＯx触媒の上流側及び下流側をそれぞれ通過した上流側ＮＯx量及び下流側ＮＯx量を算出し、
    前記上流側ＮＯx量と前記下流側ＮＯx量とを比較することにより前記排気浄化システムが正常に動作しているか否かを判定する方法において、
    前記条件を満たしておらず前記上流側ＮＯx流量及び前記下流側ＮＯx流量の積分を中断するときには、それまでの積算値を記憶させ、前記ＮＯx流量に基づいて決定される第２の所定時間内に再び前記条件を満たす状態にならないときには前記積算値をリセットすることを特徴とする排気浄化システムの故障診断方法。
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