JP6020372B2 - 排気浄化装置の異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置される排気浄化装置の異常を診断する技術に関する。

選択還元型触媒を含む排気浄化装置の異常を診断する方法として、ＮＯ_Ｘ浄化率（排気浄化装置へ流入したＮＯ_Ｘの量に対して排気浄化装置により浄化されたＮＯ_Ｘの量の割合）と閾値とを比較する方法が知られている。このような方法において、排気浄化装置の温度別に閾値を定めておき、ＮＯ_Ｘ浄化率が求められたときの温度に対応した閾値を用いる方法も提案されている。さらに、排気浄化装置の温度別の運転時間に基づいて補正係数を求め、ＮＯ_Ｘ浄化率が演算されたときの温度に対応した補正係数を用いて閾値を補正する方法も提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２００６−０３７７７０号公報 特開平１０−３１１２１３号公報 米国特許第８２４５５６７号明細書

ところで、ＮＯ_Ｘ浄化率は、正常時と異常時とにおいて相違する特性を示す場合がある。そのため、正常時又は異常時の何れか一方の特性に則って閾値が設定されると、診断精度の低下を招く可能性がある。

本発明は、上記したような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化装置の異常診断装置において、診断精度の低下を抑制することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、内燃機関の排気通路に配置された排気浄化装置と、
前記排気浄化装置から流出する排気に含まれる特定成分の量を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定値を使用して、前記排気浄化装置の浄化性能に相関する数値である性能値を演算する演算手段と、
前記演算手段により算出された性能値と閾値を比較して前記排気浄化装置の異常を診断する診断手段と、
を備えた排気浄化装置の異常診断装置において、
前記性能値と該性能値に影響する環境パラメータとの相関関係を示すデータである浄化特性を記憶する手段であって、前記排気浄化装置が正常であるときの浄化特性である正常時特性と前記排気浄化装置が異常であるときの浄化特性である異常時特性との中間の浄化特性である中間特性を記憶する第一記憶手段と、
前記中間特性における特定の環境パラメータの値に対応した性能値を規定値として記憶する第二記憶手段と、
前記中間特性における性能値が前記規定値に等しい一定値となるように前記中間特性を補正するための補正係数である第一補正係数を取得する第一取得手段と、
前記正常時特性及び前記異常時特性を前記第一補正係数により補正して得られる二つの浄化特性に基づいて、前記閾値を設定する設定手段と、
前記測定手段が前記特定成分の量を測定した際の前記環境パラメータの値を取得する第二取得手段と、
前記第二取得手段により取得された環境パラメータの値に対応した性能値を前記中間特性から導出し、導出された性能値に対する前記規定値の比を第二補正係数として取得する第三取得手段と、
を更に備え、
前記診断手段は、前記演算手段により算出された性能値と前記第二補正係数とを乗算することにより前記性能値を補正し、補正後の性能値と前記設定手段により設定された閾値とを比較することにより前記排気浄化装置の異常を診断するようにした。

このように構成された排気浄化装置の異常診断装置によれば、排気浄化装置の正常時特性と異常時特性との中間特性に基づいて閾値が設定されることになる。そのため、排気浄化装置の正常時特性又は異常時特性の何れか一方の浄化特性に基づいて閾値が設定される場合に比べ、異常診断の精度を高めることができる。特に、正常時特性と異常時特性が異なる傾向を示す場合の異常診断精度を高めることができる。

また、演算手段により算出された性能値が中間特性と規定値との比である第二補正係数によって補正され、補正後の性能値と閾値を比較して排気浄化装置の異常診断が行われることにより、環境パラメータの影響による診断精度の低下を抑制することもできる。

ところで、測定手段の測定値には誤差が含まれる場合がある。よって、中間特性や閾値を定める際に使用される正常時特性と異常時特性は、測定手段の測定誤差を加味した浄化特性であってもよい。たとえば、正常時特性は、測定手段の測定誤差の範囲内で性能値が取り得る最小値と環境パラメータとの相関関係を示すデータであってもよい。一方、異常時特性は、測定手段の測定誤差の範囲内で性能値が取り得る最大値と環境パラメータとの相関関係を示すデータであってもよい。このように正常時特性及び異常時特性が定められると、測定手段の測定値に誤差が含まれている場合であっても、正確な異常診断を行うことが可能になる。

本発明の排気浄化装置の異常診断装置は、選択還元型触媒を含む排気浄化装置の異常を診断する場合に好適である。その場合の測定手段としては、排気に含まれるＮＯ_Ｘの量を測定するＮＯ_Ｘセンサを用いることができる。また、演算手段が演算する性能値としては、ＮＯ_Ｘ浄化率（選択還元型触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量に対して選択還元型触媒により浄化されたＮＯ_Ｘの量の比）や、ＮＯ_Ｘ浄化量（選択還元型触媒により浄化されたＮＯ_Ｘの量）を用いることができる。選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能に影響する環境パラメータとしては、選択還元型触媒の温度、選択還元型触媒へ流入する排気のＮＯ_２比率（排気中のＮＯ_ＸにおいてＮＯ_２が占める割合）、選択還元型触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量等を用いることができる。特に、選択還元型触媒の温度は選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能に与える影響が大きいため、少なくとも選択還元型触媒の温度が環境パラメータとして用いられることが好ましい。

本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置された排気浄化装置の異常を診断する排気浄化装置の異常診断装置において、診断精度の低下を抑制することができる。

本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。 正常時特性と異常時特性との中間特性、及び規定値の設定方法を示す図である。 第一補正係数を用いて中間特性を補正する方法を示す図である。 第一補正係数を用いて正常時特性と異常時特性を補正する方法、及び閾値の設定方法を示す図である。 ＮＯ_Ｘセンサの測定誤差を加味して正常時特性と異常時特性の中間特性を設定する例を示す図である。 図５に示す正常時特性及び異常時特性を第一補正係数により補正した例を示す図である。 異常診断処理が実施される際にＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。 添加弁又はポンプに異常が発生した場合の異常時特性を示す図である。 ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が劣化した場合の異常時特性を示す図である。 環境パラメータとしてＮＯ_２比率を用いた場合における中間特性の設定方法を示す図である。 図１０に示す正常時特性及び異常時特性を第一補正係数により補正した例を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）又は希薄燃焼（リーンバーン運転）可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。

内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２は、内燃機関１の気筒内から排出される既燃ガス（排気）を流通させるための通路である。排気通路２の途中には、第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４が上流側から直列に配置されている。

第一触媒ケーシング３は、たとえば、筒状のケーシング内に酸化触媒とパティキュレートフィルタを内装している。その際、酸化触媒は、パティキュレートフィルタの上流に配置される触媒担体に担持されてもよく、或いはパティキュレートフィルタに担持されてもよい。

第二触媒ケーシング４は、筒状のケーシング内に、選択還元型触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）が担持された触媒担体を収容する。前記触媒担体は、た
とえば、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼等から形成されるハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの基材に、アルミナ系又はゼオライト系の活性成分（担体）をコーティングしたものである。なお、第二触媒ケーシング４におけるＳＣＲ触媒の下流には、酸化触媒が担持された触媒担体が配置されてもよい。その場合の酸化触媒は、後述する添加弁５からＳＣＲ触媒へ供給される添加剤のうち、ＳＣＲ触媒をすり抜けた添加剤を酸化する触媒である。

第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４との間の排気通路２には、アンモニア（ＮＨ_３）又はＮＨ_３の前駆体である添加剤を排気中へ添加（噴射）するための添加弁５が配置されている。添加弁５は、ニードルの移動により開閉される噴孔を有する弁装置である。添加弁５は、ポンプ５０を介して添加剤タンク５１に接続されている。ポンプ５０は、添加剤タンク５１に貯留されている添加剤を吸引するとともに、吸引された添加剤を添加弁５へ圧送する。添加弁５は、ポンプ５０から圧送されてくる添加剤を排気通路２内へ噴射する。なお、添加弁５の開閉タイミングやポンプ５０の吐出圧力は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）９によって電気的に制御されるようになっている。

ここで、添加剤タンク５１に貯留される添加剤としては、ＮＨ_３ガス、又は尿素やカルバミン酸アンモニウム等の水溶液である。本実施例では、当該添加剤として尿素水溶液を用いるものとする。

添加弁５から尿素水溶液が噴射されると、該尿素水溶液が排気とともに第二触媒ケーシング４へ流入する。その際、尿素水溶液が排気の熱を受けて熱分解され、又はＳＣＲ触媒により加水分解される。尿素水溶液が熱分解又は加水分解されると、ＮＨ_３が生成される。このようにして生成されたＮＨ_３は、ＳＣＲ触媒に吸着又は吸蔵される。ＳＣＲ触媒に吸着又は吸蔵されたＮＨ_３は、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）と反応して窒素（Ｎ_２）や水（Ｈ_２Ｏ）を生成する。つまり、ＮＨ_３は、ＮＯ_Ｘの還元剤として機能する。

ここで、第二触媒ケーシング４、添加弁５、ポンプ５０、及び添加剤タンク５１から構成されるＳＣＲシステムは、本発明に係わる排気浄化装置に相当する。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ９が併設されている。ＥＣＵ９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ９には、第一ＮＯ_Ｘセンサ６、第二ＮＯ_Ｘセンサ７、排気温度センサ８、クランクポジションセンサ１０、アクセルポジションセンサ１１、及びエアフローメータ１２等の各種センサが電気的に接続されている。

第一ＮＯ_Ｘセンサ６は、第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４の間の排気通路２に配置され、第二触媒ケーシング４へ流入する排気に含まれるＮＯ_Ｘの量（以下、「ＮＯ_Ｘ流入量」と称する）に相関する電気信号を出力する。第二ＮＯ_Ｘセンサ７は、第二触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第二触媒ケーシング４から流出するＮＯ_Ｘの量（以下、「ＮＯ_Ｘ流出量」と称する）に相関する電気信号を出力する。排気温度センサ８は、第二触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第二触媒ケーシング４から流出する排気の温度と相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１０は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１１は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１２は、内燃機関１に吸入される空気の量（質量）に相関する電気信号を出力する。

ＥＣＵ９に、内燃機関１に取り付けられた各種機器（たとえば、燃料噴射弁等）、添加弁５、及びポンプ５０等と電気的に接続されている。ＥＣＵ９は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の各種機器、添加弁５、及びポンプ５０等を電気的に制御する。たとえば、ＥＣＵ９は、内燃機関１の燃料噴射制御や添加弁５から間欠的に添加剤を噴射させる添加制御等の既知の制御に加え、ＳＣＲシステムの異常を診断する処理（異常診断処理）を実行する。

以下、本実施例における異常診断処理の実行方法について述べる。
まず、ＥＣＵ９のＲＯＭには、ＳＣＲシステムが正常であるときの浄化特性（正常時浄化特性）とＳＣＲシステムが異常であるときの浄化特性（異常時浄化特性）との中間の浄化特性（中間特性）が予め記憶されている。

ここでいう浄化特性は、ＳＣＲ触媒の浄化性能に相関する数値（性能値）と、ＳＣＲ触媒の浄化性能に影響を与える環境パラメータと、の相関関係を示すデータ（マップ、或いは関数式等）である。性能値は、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率（ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量に対してＳＣＲ触媒により浄化されたＮＯ_Ｘの量の比率）や、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化量（ＳＣＲ触媒により浄化されたＮＯ_Ｘの量）等である。

環境パラメータは、ＳＣＲ触媒の床温、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の流量、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量、ＳＣＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_２比率（排気に含まれるＮＯ_Ｘの量に対して排気に含まれるＮＯ_２の量の比率）等である。本実施例では、性能値としてＮＯ_Ｘ浄化率を用いる例について説明する。また、上記した環境パラメータのうち、ＮＯ_Ｘ浄化率に最も影響し易い環境パラメータはＳＣＲ触媒の床温である。よって、環境パラメータとしては、ＳＣＲ触媒の床温が用いられるものとする。

図２は、中間特性の一例を示す図である。図２中の縦軸はＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘを示し、図２中の横軸はＳＣＲ触媒の床温を示す。また、図２中の実線は中間特性を示し、一点鎖線は正常時特性を示し、点線は異常時特性を示す。中間特性は、図２に示すように、各床温におけるＮＯ_Ｘ浄化率が正常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率より小さく且つ異常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率より大きくなるように定められる。このような中間特性を記憶するＲＯＭは、本発明に係わる第一記憶手段に相当する。

ＥＣＵ９のＲＯＭは、前記中間特性において特定の床温に対応したＮＯ_Ｘ浄化率を規定値として記憶する。図２に示す例では、床温が特定温度Ｔ１であるときのＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ１が規定値として記憶される。特定温度Ｔ１は、任意に定められる温度であり、ＳＣＲ触媒の床温が取り得る温度であれば如何様な温度であってもよい。このような規定値Ｅｎｏｘ１を記憶するＲＯＭは、本発明に係わる第二記憶手段に相当する。

ＥＣＵ９のＲＯＭには、異常診断処理に用いられる閾値が予め記憶されている。ここで、閾値の設定方法について説明する。なお、閾値の設定は、内燃機関１を搭載した車両の出荷前に行われるものとする。

まず、前記中間特性のＮＯ_Ｘ浄化率が前記規定値Ｅｎｏｘ１に等しい一定値となるように中間特性を補正するための補正係数（第一補正係数）が求められる（第一取得手段）。第一補正係数は、中間特性の各床温に対応するＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが規定値Ｅｎｏｘ１と等しくなるように、各床温のＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘを補正するための係数であり、床温を引数とする関数式により求めることができる。たとえば、図３に示すように、床温がＴ２であるときのＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ２は規定値Ｅｎｏｘ１より小さいため、床温がＴ２であるときの第一補正係数は“１”より大きい値になる。また、床温がＴ３であるときのＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ３は規定値Ｅｎｏｘ１より大きいため、床温がＴ３であるときの第一補正係数は“１”より小さい値になる。なお、床温が特定温度Ｔ１であるときの第一補正係数は“１”になる。

上記した手順により第一補正係数が求められると、該第１補正係数を用いて正常時特性と異常時特性を補正する。図３に示した例では、第一補正係数は、床温がＴ１より低いときは“１”より大きな値になり、床温がＴ１より高いときは“１”より小さい値になる。よって、図４に示すように、床温がＴ１より低い範囲においては、正常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率及び異常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率が増加補正される。一方、床温がＴ１より高い範囲においては、正常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率及び異常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率が減少補正される。ただし、異常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率は正常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率に比して絶対値が小さいため、異常時特性の補正量は正常時特性の補正量より小さくなる。図４中の実線で示すように正常時特性及び異常時特性が補正されると、補正後正常時特性及び補正後異常時特性に基づいて閾値が設定される（設定手段）。たとえば、補正後正常時特性におけるＮＯ_Ｘ浄化率と補正後異常時特性におけるＮＯ_Ｘ浄化率との差が最も小さくなる床温を特定し、その床温における補正後正常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率と補正後異常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率との中間値（図４中の一点鎖線）が閾値として設定されてもよい。

ところで、第一ＮＯ_Ｘセンサ６や第二ＮＯ_Ｘセンサ７の測定値には誤差が含まれる場合がある。そこで、図５に示すように、正常時特性は、第一ＮＯ_Ｘセンサ６及び第二ＮＯ_Ｘセンサ７の測定値に含まれる誤差の範囲内で最小のＮＯ_Ｘ浄化率を用いて定められることが望ましい（図５中の「最小の正常時特性」）。一方、異常時特性は、第一ＮＯ_Ｘセンサ６及び第二ＮＯ_Ｘセンサ７の測定値に含まれる誤差の範囲内で最大のＮＯ_Ｘ浄化率を用いて定められることが望ましい（図５中の「最大の異常時特性」）。このように正常時特性及び異常時特性が定められると、正常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率と異常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率が等しくなる床温（図５中のＴ０）が存在する場合がある。そのような場合の中間特性は、床温がＴ０であるときのＮＯ_Ｘ浄化率が正常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率（異常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率）と等しくなるように定められるものとする。

図５に示したような正常時特性及び異常時特性が第一補正係数により補正されると、補正後の正常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率と補正後の異常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率は、図６に示すように、床温がＴ０であるときに規定値Ｅｎｏｘ１と等しくなる。よって、閾値は、規定値Ｅｎｏｘ１と等しい値に設定されればよい。

次に、前記した閾値を用いた異常診断処理の実行方法について図７に沿って説明する。図７は、ＳＣＲシステムの異常診断処理が実施される際に、ＥＣＵ９が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。図７に示す処理ルーチンは、ＥＣＵ９のＲＯＭに予め記憶されており、内燃機関１の運転中にＥＣＵ９（ＣＰＵ）によって周期的に実行される。

図７の処理ルーチンでは、ＥＣＵ９は、Ｓ１０１の処理において、異常診断処理の実行条件が成立しているか否かを判別する。異常診断処理の実行条件としては、内燃機関１が暖機完了状態にある、ＳＣＲ触媒が活性状態にある、第一ＮＯ_Ｘセンサ６及び第二ＮＯ_Ｘセンサ７が活性状態にある、等の条件を例示することができる。Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、本処理ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０２の処理へ進む。

Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ９は、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が安定しているか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ９は、内燃機関１が加速運転状態や減速運転状態等の過渡運転状態にない場合は、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が安定していると判定する。Ｓ１０２の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、本処理ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０３の処理へ進む。

Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ９は、第一ＮＯ_Ｘセンサ６の測定値（ＮＯ_Ｘ流入量）Ａｎｏｘｉｎ、第二ＮＯ_Ｘセンサ７の測定値（ＮＯ_Ｘ流出量）Ａｎｏｘｏｕｔ、及び排気温度センサ８の測定値（排気温度）Ｔｅｘを読み込む。

Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０３の処理で読み込まれたＮＯ_Ｘ流入量ＡｎｏｘｉｎとＮＯ_Ｘ流出量Ａｎｏｘｏｕｔを用いてＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘを演算する。具体的には、ＥＣＵ９は、下記の式（１）にＮＯ_Ｘ流入量ＡｎｏｘｉｎとＮＯ_Ｘ流出量Ａｎｏｘｏｕｔを代入することにより、ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘを演算する。
Ｅｎｏｘ＝１−（Ａｎｏｘｏｕｔ／Ａｎｏｘｉｎ）・・・（１）
なお、ＥＣＵ９がＳ１０４の処理を実行することにより、本発明に係わる演算手段が実現される。

Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ９は、第二補正係数Ｃ２を演算する。詳細には、ＥＣＵ９は、まずＲＯＭに記憶されている中間特性においてＳＣＲ触媒の床温に対応するＮＯ_Ｘ浄
化率を導出する。ここでいうＳＣＲ触媒の床温は、ＮＯ_Ｘ流入量Ａｎｏｘｉｎ及びＮＯ_Ｘ流出量Ａｎｏｘｏｕｔが測定された時点におけるＳＣＲ触媒の床温である。なお、ＳＣＲ触媒の床温は排気温度センサ８の測定値と相関する。よって、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０３の処理で読み込まれた排気温度Ｔｅｘに対応するＮＯ_Ｘ浄化率を導出する。その場合、ＥＣＵ９が前記Ｓ１０３の処理を実行することにより、本発明に係わる第二取得手段が実現されることになる。次に、ＥＣＵ９は、ＲＯＭから規定値Ｅｎｏｘ１を読み出し、中間特性から導出されたＮＯ_Ｘ浄化率に対する規定値Ｅｎｏｘ１の比（第二補正係数Ｃ２）を演算する。なお、ＥＣＵ９がＳ１０５の処理を実行することにより、本発明に係わる第三取得手段が実現される。

Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０４の処理で算出されたＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘと前記Ｓ１０５で算出された第二補正係数Ｃ２とを乗算することにより、ＮＯ_Ｘ浄化率を補正する。

Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ９は、ＲＯＭに記憶されている閾値を読み出し、前記Ｓ１０６の処理で補正されたＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが閾値以上であるか否かを判別する。Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０８の処理へ進み、ＳＣＲシステムが正常であると診断する。一方、Ｓ１０７の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０９の処理へ進み、ＳＣＲシステムが異常であると診断する。

なお、ＥＣＵ９がＳ１０６乃至Ｓ１０９の処理を実行することにより、本発明に係わる診断手段が実現される。

以上述べた方法によって異常診断処理が実行されると、正常時特性と異常時特性の中間特性に基づいて閾値が設定されるため、正常時特性又は異常時特性の何れか一方に基づいて閾値が設定される場合に比べ異常診断の精度を高めることができる。特に、正常時特性と異常時特性が異なる傾向を示す場合における異常診断の精度を高めることができる。また、ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘを第二補正係数によって補正し、補正後のＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘと閾値を比較して異常診断を行うことにより、環境パラメータ（たとえば、ＳＣＲ触媒の床温）の影響による診断精度の低下を抑制することもできる。さらに、第一ＮＯ_Ｘセンサ６及び第二ＮＯ_Ｘセンサ７の測定誤差を加味して中間特性や閾値を定めることにより、第一ＮＯ_Ｘセンサ６及び第二ＮＯ_Ｘセンサ７の測定誤差による診断精度の低下を抑制することも可能となる。

なお、本実施例の排気浄化装置の異常診断装置によれば、中間特性を任意に設定することにより診断精度を調整することもできる。たとえば、異常時特性より正常時特性に近い浄化特性が中間特性に定められた場合は、異常の診断精度を高めることができる。一方、正常時特性より異常時特性に近い浄化特性が中間特性に定められた場合は、正常の診断精度を高めることができる。また、ＳＣＲ触媒の床温に応じて中間特性の設定方法を変えることにより、温度域に応じた診断精度を得ることもできる。

ここで、第二触媒ケーシング４におけるＳＣＲ触媒の下流に酸化触媒が配置される構成においては、異常の種類によって異常時特性が異なる傾向を示す場合がある。たとえば、添加弁５やポンプ５０等の異常によって添加弁５から供給される添加剤の量が目標量より少なくなる場合は、図８に示すように、異常時特性が正常時特性に近似した傾向を示す。これに対し、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化能力が低下した場合は、図９に示すように、異常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率が床温の低い領域において大きくなる。これは、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が劣化している状態において、ＳＣＲ触媒及び酸化触媒の温度が低いときに、ＳＣＲ触媒をすり抜けたＮＨ_３とＮＯ_Ｘが酸化触媒によって反応させられることに因ると考えられる。このように各床温に対応したＮＯ_Ｘ浄化率が異常の種類によって異なる値を取
り得る場合は、各床温に対応した複数のＮＯ_Ｘ浄化率のうち最も大きいＮＯ_Ｘ浄化率を使用して異常時特性を設定すればよい。

本実施例では、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率に影響する環境パラメータとして、ＳＣＲ触媒の床温を用いる例について説明したが、ＳＣＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_２比率、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘ量（ＮＯ_Ｘ流入量）、或いはＳＣＲ触媒へ流入する排気の流量を用いてもよい。たとえば、環境パラメータとしてＮＯ_２比率を用いる場合は、図１０に示すように、中間特性を定めてもよい。なお、図１０中の縦軸はＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘを示し、図１０中の横軸はＮＯ_２比率を示す。また、図１０中の実線は中間特性を示し、一点鎖線は正常時特性を示し、点線は異常時特性を示す。中間特性は、図１０に示すように、各ＮＯ_２比率におけるＮＯ_Ｘ浄化率が正常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率より小さく且つ異常時特性のＮＯ_Ｘ浄化率より大きくなるように定められればよい。その場合、特定のＮＯ_２比率（図１０中のＲｎｏ２）に対応したＮＯ_Ｘ浄化率（図１０中のＥｎｏｘ１）が規定値に定められればよい。そして、中間特性のＮＯ_Ｘ浄化率が規定値Ｅｎｏｘ１に等しい一定値となるように中間特性を補正するための第一補正係数を求め、その第一補正係数を用いて正常時特性と異常時特性を補正し（図１１を参照）、補正後の正常時特性と異常時特性に基づいて閾値を設定すればよい。また、環境パラメータは一つに限られず、二つ以上の環境パラメータが組み合わされてもよい。その場合、環境パラメータの影響による診断精度の低下をより確実に抑制することが可能となる。

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 第一触媒ケーシング
４ 第二触媒ケーシング
５ 添加弁
６ 第一ＮＯ_Ｘセンサ
７ 第二ＮＯ_Ｘセンサ
８ 排気温度センサ
９ ＥＣＵ
５０ ポンプ
５１ 添加剤タンク

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に配置された排気浄化装置と、
   前記排気浄化装置から流出する排気に含まれる特定成分の量を測定する測定手段と、
   前記測定手段の測定値を使用して、前記排気浄化装置の浄化性能に相関する数値である性能値を演算する演算手段と、
   前記演算手段により算出された性能値と閾値を比較して前記排気浄化装置の異常を診断する診断手段と、
   を備えた排気浄化装置の異常診断装置において、
   前記性能値と該性能値に影響する環境パラメータとの相関関係を示すデータである浄化特性を記憶する手段であって、前記排気浄化装置が正常であるときの浄化特性である正常時特性と前記排気浄化装置が異常であるときの浄化特性である異常時特性との中間の浄化特性である中間特性を記憶する第一記憶手段と、
   前記中間特性における特定の環境パラメータの値に対応した性能値を規定値として記憶する第二記憶手段と、
   前記中間特性における性能値が前記規定値に等しい一定値となるように前記中間特性を補正するための補正係数である第一補正係数を取得する第一取得手段と、
   前記正常時特性及び前記異常時特性を前記第一補正係数により補正して得られる二つの浄化特性に基づいて、前記閾値を設定する設定手段と、
   前記測定手段が前記特定成分の量を測定した際の前記環境パラメータの値を取得する第二取得手段と、
   前記第二取得手段により取得された環境パラメータの値に対応した性能値を前記中間特性から導出し、導出された性能値に対する前記規定値の比を第二補正係数として取得する第三取得手段と、
   を更に備え、
   前記診断手段は、前記演算手段により算出された性能値と前記第二補正係数とを乗算することにより前記性能値を補正し、補正後の性能値と前記設定手段により設定された閾値とを比較することにより前記排気浄化装置の異常を診断することを特徴とする排気浄化装置の異常診断装置。
2. 請求項１において、前記正常時特性は、前記測定手段の測定誤差の範囲内で前記性能値が取り得る最小値と前記環境パラメータとの相関関係を示すデータであり、
   前記異常時特性は、前記測定手段の測定誤差の範囲内で前記性能値が取り得る最大値と前記環境パラメータとの相関関係を示すデータであることを特徴とする排気浄化装置の異常診断装置。
3. 請求項１又は２において、前記排気浄化装置は、選択還元型触媒を含み、
   前記測定手段は、排気に含まれるＮＯ_Ｘの量を測定するＮＯ_Ｘセンサであり、
   前記演算手段は、前記性能値としてＮＯ_Ｘ浄化率を演算することを特徴とする排気浄化装置の異常診断装置。
4. 請求項３において、前記環境パラメータは、選択還元型触媒の温度であることを特徴とする排気浄化装置の異常診断装置。

Images