JP6743804B2 - 排気浄化装置の異常診断システム - Google Patents

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Description

本発明は、排気浄化装置の異常診断システムに関する。
内燃機関からの排気中に含まれるNOxを、アンモニアを還元剤として還元する選択還元型NOx触媒(以下、「SCR触媒」と称する場合もある。)を、排気浄化触媒として該内燃機関の排気通路に設ける技術が知られている。排気通路にSCR触媒を設けた場合、該排気通路におけるSCR触媒より上流側にアンモニア供給装置が設けられる。アンモニア供給装置は、排気通路を流れる排気中にアンモニアまたはアンモニアの前駆体を添加することで、SCR触媒にアンモニアを供給する。
また、特許文献1には、SCR触媒よりも下流側の排気通路に設けられたアンモニアセンサの検出値に基づいて、該SCR触媒の異常診断を行う技術が記載されている。より詳しくは、この特許文献1に記載の技術では、アンモニアセンサの検出値に基づいて、SCR触媒をスリップしたアンモニアの割合であるアンモニアのスリップ率を算出する。そして、算出されたアンモニアのスリップ率が閾値以上の場合にSCR触媒が劣化していると判定する。
特開2013−227930号公報
上記従来技術では、SCR触媒に異常が生じている場合にはSCR触媒からアンモニアがスリップし易くなるという傾向を用いて、SCR触媒の異常診断が行われる。ただし、排気浄化装置の構成や内燃機関の運転状態等によっては、異常診断の実行条件が成立したときにSCR触媒に吸着しているアンモニアの吸着量が少ないために、該SCR触媒に異常が生じていても該SCR触媒からアンモニアがスリップしないという事態が起こり得る。つまり、SCR触媒からスリップしたアンモニアを検出することで該SCR触媒の異常診断を行うためには、該異常診断を行う際に該SCR触媒に適切な量のアンモニアが吸着している必要がある。しかしながら、SCR触媒の異常診断の実行が要求されるタイミングにおいて、該SCR触媒におけるアンモニアの吸着量が必ずしも該異常診断に適切な量とはならない場合がある。このような場合、SCR触媒の異常診断の実行機会の確保が困難となる虞がある。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、SCR触媒の異常診断の実行機会を好適に確保することを目的とする。
本発明に係る排気浄化装置の異常診断システムは、内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、前記選択還元型NOx触媒より上流側の排気通路に設けられ、前記選択還元型NOx触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、を有する排気浄化装置に適用され、前記選択還元型NOx触媒の異常診断を行う排気浄化装置の異常診断システムであって、前記選択還元型NOx触媒よりも下流側の排気のアンモニア濃度を検出するアンモニア検出手段と、前記選択還元型NOx触媒が所定の異常状態であると仮定したときの前記選択還元型NOx触
媒におけるアンモニアの吸着量である第1推定吸着量を推定する第1推定手段と、前記選択還元型NOx触媒が所定の正常状態であると仮定したときの前記選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着量である第2推定吸着量を推定する第2推定手段と、前記選択還元型NOx触媒が前記所定の異常状態である場合に前記選択還元型NOx触媒からアンモニアがスリップし始める時の前記選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着量を第1スリップ発現吸着量とし、前記選択還元型NOx触媒が前記所定の正常状態である場合に前記選択還元型NOx触媒からアンモニアがスリップし始める時の前記選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着量を第2スリップ発現吸着量としたときに、前記選択還元型NOx触媒の異常診断を実行する際に、前記第1推定手段によって推定される前記第1推定吸着量が前記第1スリップ発現吸着量以上の第1所定吸着量以上となり、且つ、前記第2推定手段によって推定される前記第2推定吸着量が前記第2スリップ発現吸着量以下の第2所定吸着量より少なくなるように、前記アンモニア供給装置によりアンモニアを供給する診断用供給制御を実行する供給制御手段と、前記供給制御手段によって前記診断用供給制御を実行したときに前記アンモニア検出手段によって検出されるアンモニア濃度に基づいて前記選択還元型NOx触媒の異常診断を行う異常診断手段と、前記供給制御手段による前記診断用供給制御の実行終了後に、前記選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着量を低減させる低減制御であって、前記第2推定手段によって推定される前記第2推定吸着量と前記第2所定吸着量との差を、前記第1推定手段によって推定される前記第1推定吸着量と前記第1所定吸着量との差よりも大きくさせる低減制御を実行する低減制御手段と、を備える。
本発明に係る異常診断システムでは、第1推定手段によって第1推定吸着量が推定され、第2推定手段によって第2推定吸着量が推定される。ここで、第1推定吸着量は、SCR触媒が所定の異常状態(すなわち、異常診断においてSCR触媒に異常が生じていると診断されるべき状態)であると仮定したときの該SCR触媒におけるアンモニアの吸着量である。また、第2推定吸着量は、SCR触媒が正常な状態(すなわち、異常診断においてSCR触媒は正常であると診断されるべき状態)であると仮定したときの該SCR触媒におけるアンモニアの吸着量である。
ここで、SCR触媒では、アンモニアの吸着量がある程度まで増加すると、該SCR触媒に新たに供給されたアンモニアを吸着しきれなくなり、該SCR触媒からアンモニアが流出するアンモニアのスリップが発生する。そして、SCR触媒に異常が生じると、SCR触媒が正常であるときに比べて、アンモニアの吸着量がより少ない状態でアンモニアのスリップが発生し始める。したがって、SCR触媒が所定の異常状態である場合に該SCR触媒からアンモニアがスリップし始める時の該SCR触媒におけるアンモニアの吸着量を第1スリップ発現吸着量とし、SCR触媒が所定の正常状態である場合に該SCR触媒からアンモニアがスリップし始める時の該SCR触媒におけるアンモニアの吸着量を第2スリップ発現吸着量とした場合、第1スリップ発現吸着量は第2スリップ発現吸着量よりも少ない量となる。
そして、本発明では、SCR触媒の異常診断を実行する際に、第1推定手段によって推定される第1推定吸着量が第1スリップ発現吸着量以上の第1所定吸着量以上となり、且つ、第2推定手段によって推定される第2推定吸着量が第2スリップ発現吸着量以下の第2所定吸着量より少なくなるように、供給制御手段によって診断用供給制御が実行される。
上記のような診断用供給制御が実行されると、SCR触媒の実際の状態が、正常である場合には該SCR触媒からアンモニアがスリップせず、異常である場合には該SCR触媒からアンモニアがスリップすることになる。そして、SCR触媒からアンモニアがスリップすれば、スリップしたアンモニアがアンモニア検出手段によって検出される。そのため
、診断用供給制御を実行することで、異常診断手段が、アンモニア検出手段によって検出されるアンモニア濃度に基づいてSCR触媒の異常診断を行うことが可能となる。
ここで、診断用供給制御を実行すると、アンモニア供給装置によりSCR触媒にアンモニアが新たに供給されることになるため、第1推定吸着量および第2推定吸着量はいずれも増加する。このときの増加量は、第1推定吸着量と第2推定吸着量とでほぼ同量である。そして、診断用供給制御の実行終了後においては、第1推定吸着量における第1スリップ発現吸着量を超えた分に関してはSCR触媒からスリップすることになるため、該第1推定吸着量は第1スリップ発現吸着量までは速やかに減少する。一方で、診断用供給制御の実行終了後においても、第2推定吸着量は、第2スリップ発現吸着量より少ない量であるため、通常では、一旦増加した量から減少し難い。
そうなると、次回のSCR触媒の異常診断時において、第1推定吸着量を再度第1所定吸着量以上に増加させるべくアンモニア供給装置によりアンモニアを供給すると、第2推定吸着量が、第1所定吸着量の増加量分と同程度増加することで、第2所定吸着量以上にまで達してしまう虞がある。つまり、第1推定吸着量が第1所定吸着量以上となり且つ第2推定吸着量が第2所定吸着量より少なくなるようにアンモニアを供給する診断用供給制御を実行することが困難となる場合がある。この場合、異常診断手段による次回のSCR触媒の異常診断が出来ないことになる。
そこで、本発明では、供給制御手段による診断用供給制御の実行終了後に、低減制御手段が、SCR触媒におけるアンモニアの吸着量を低減させる低減制御を実行する。低減制御を実行すると、第1推定吸着量および第2推定吸着量のいずれも減少することになるが、該低減制御は、第2推定吸着量と第2所定吸着量との差が、第1推定吸着量と第1所定吸着量との差よりも大きくなるように実行される。
ここで、上述したように、供給制御手段による診断用供給制御の実行終了後においては、第1推定吸着量は第1スリップ発現吸着量までは速やかに減少する。ただし、SCR触媒におけるアンモニアの吸着量が第1スリップ発現吸着量以下にまで減少すると、該SCR触媒におけるアンモニアの吸着量が該第1スリップ発現吸着量より多いときに比べて該SCR触媒におけるNOx浄化率が低下する。つまり、SCR触媒に吸着しているアンモニアがNOxの還元に消費され難くなる。そのため、低減制御が実行された場合、第1推定吸着量が第1スリップ発現吸着量まで減少した後の該第1推定吸着量の減少速度が、第2推定吸着量の減少速度よりも小さくなる。したがって、低減制御をある程度継続して実行することで、第2推定吸着量と第2所定吸着量との差を、第1推定吸着量と第1所定吸着量との差よりも大きくすることができる。
そして、低減制御を実行することにより、第2推定吸着量と第2所定吸着量との差が、第1推定吸着量と第1所定吸着量との差よりも大きくなると、再度、第1推定吸着量と第2推定吸着量とが同程度増加したときに、第1推定吸着量が第1所定吸着量以上となり且つ第2推定吸着量が第2所定吸着量より少なくなるようにすることが可能となる。つまり、次回のSCR触媒の異常診断時において、診断用供給制御を実行することが可能となる。その結果、異常診断手段による次回のSCR触媒の異常診断を行うことができる。
上記のように、本発明によれば、供給制御手段によって診断用供給制御を実行するとともに、低減制御手段によって低減制御を実行することで、SCR触媒におけるアンモニアの吸着量を、繰り返し、該SCR触媒からスリップするアンモニア濃度に基づく該SCR触媒の異常診断に適した量とすることができる。したがって、SCR触媒の異常診断の実行機会を好適に確保することが可能となる。
また、本発明において、低減制御は、アンモニア供給装置からのアンモニア供給量を、SCR触媒へのNOxの流入量に対して当量となる量よりも少なくする供給減量制御を含んでもよい。供給減量制御が実行されると、SCR触媒においてNOxの還元に消費されるアンモニアの量の方が、該SCR触媒に新たに供給されるアンモニアの量よりも多くなる。そのため、供給減量制御を実行することで、SCR触媒におけるアンモニアの吸着量を減少させることができる。
また、低減制御は、SCR触媒が所定の正常状態であっても該SCR触媒からアンモニアが脱離する所定脱離温度まで該SCR触媒を昇温させる昇温制御を含んでもよい。SCR触媒の温度が上昇すると、該SCR触媒におけるアンモニアの上限吸着量が少なくなる。そのため、現在のSCR触媒におけるアンモニア吸着量よりも上限吸着量が少なくなる温度である所定脱離温度まで該SCR触媒を昇温させると、該SCR触媒からアンモニアが脱離する。したがって、昇温制御を実行することで、SCR触媒におけるアンモニアの吸着量を減少させることができる。
また、低減制御は、SCR触媒に吸着したアンモニアを酸化させる酸化制御を含んでもよい。ここで、酸化制御は、SCR触媒の温度をアンモニアの酸化が可能な温度とするとともに、該SCR触媒に流入する排気の酸素濃度をアンモニアの酸化が可能な酸素濃度とする制御である。酸化制御が実行されると、SCR触媒に吸着していたアンモニアが酸化されNOxが生成される。そして、生成されたNOxは、SCR触媒に残存しているアンモニアを還元剤として還元される。したがって、酸化制御を実行することで、SCR触媒からのアンモニアの流出、および、該SCR触媒からのNOxの流出を抑制しつつ、該SCR触媒におけるアンモニアの吸着量を減少させることができる。
なお、SCR触媒におけるNOxの還元速度は、該SCR触媒におけるアンモニアの吸着量に応じて変化する。つまり、SCR触媒におけるアンモニアの吸着量が減少すると、SCR触媒におけるNOxの還元速度が低下する。そこで、低減制御手段は、低減制御として酸化制御を実行する場合、低減制御手段は、酸化制御を実行することによって低減させるべき第2推定吸着量に応じて該酸化制御における目標酸化速度を変更してもよい。つまり、第2推定手段によって推定される第2推定吸着量が少ないときは該第2推定吸着量が多いときに比べて酸化制御における目標酸化速度を小さくしてもよい。このとき、SCR触媒の温度または排気の酸素濃度を調整することで、第2推定吸着量が少ないほど、SCR触媒におけるアンモニアの酸化速度が小さくなるように制御してもよい。これによれば、酸化制御を実行することでSCR触媒で生成されたNOxが該SCR触媒から流出してしまうことを抑制しつつ、該SCR触媒におけるアンモニアの吸着量の低減を促進させることができる。
本発明によれば、SCR触媒の異常診断の実行機会を好適に確保することができる。
実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 SCR触媒へのアンモニア供給積算量と下流アンモニア濃度の相関を示す図である。 ECUにおける吸着量算出部の機能を示すブロック図である。 第1スリップ発現吸着量Qadaおよび第1所定吸着量Qada1とSCR触媒の温度との相関を示す第1の図である。 第2スリップ発現吸着量Qadnおよび第2所定吸着量Qadn2とSCR触媒の温度との相関を示す第1の図である。 実施例に係るSCR触媒の異常診断のフローを示すフローチャートである。 第1スリップ発現吸着量Qadaおよび第1所定吸着量Qada1とSCR触媒の温度との相関を示す第2の図である。 第2スリップ発現吸着量Qadnおよび第2所定吸着量Qadn2とSCR触媒の温度との相関を示す第2の図である。 実施例1に係る供給減量制御のフローを示すフローチャートである。 実施例2に係る供給減量制御および昇温制御のフローを示すフローチャートである。 実施例3に係る供給減量制御および酸化制御のフローを示すフローチャートである。 実施例3の変形例2における第2推定吸着量と目標酸化速度との相関を示す図である。
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。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは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。
<実施例1>
(概略構成)
図1は、本実施例に係る内燃機関とその吸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)である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式のリーンバーン内燃機関にも適用することができる。
内燃機関1は、気筒2内へ燃料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。なお、内燃機関1が火花点火式の内燃機関である場合は、燃料噴射弁3は、吸気ポートへ燃料を噴射するように構成されてもよい。
内燃機関1は吸気通路4と接続されている。吸気通路4には、エアフローメータ40およびスロットル弁41が設けられている。エアフローメータ40は、吸気通路4内を流れる吸気(空気)の量(質量)に応じた電気信号を出力する。スロットル弁41は、吸気通路4におけるエアフローメータ40よりも下流側に配置されている。スロットル弁41は、吸気通路4内の通路断面積を変更することで、内燃機関1の吸入空気量を調整する。
内燃機関1は排気通路5と接続されている。排気通路5には排気の流れに従って順に、第1NOxセンサ53、吸蔵還元型NOx触媒50(以下、「NSR触媒50」と称する場合もある。)、第2NOxセンサ54、尿素水添加弁52、温度センサ56、選択還元型NOx触媒51(以下、「SCR触媒51」と称する場合もある。)、および第3NOxセンサ55が設けられている。NSR触媒50は、排気の空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比であるときに排気中に含まれるNOxを吸蔵または吸着し、排気の空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であるときにNOxを放出しつつ、放出されたNOxと排気中の還元成分(例えば、炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等)との反応を促進させる。SCR触媒51は、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元する機能を有する。ここで、SCR触媒51よりも上流側に設けられている尿素水添加弁52は、排気通路5内を流れる排気中に尿素水を添加する。尿素水添加弁52から尿素水が添加されると、該尿素水に含まれる尿素が加水分解することでアンモニアが生成される。これにより、SCR触媒51に還元剤となるアンモニアが供給される。SCR触媒51に供給されたアンモニアは、該SCR触媒51に吸着される。そして、SCR触媒51において、該吸着されたアンモニアを還元剤として排気中のNOxが還元される。なお、本実施例においては、尿素水添加弁52が、本発明に係る「アンモニア供給装置」に相当する。ま
た、尿素水添加弁52に代えて、アンモニアガスを排気中に添加するアンモニア添加弁を設けてもよい。この場合、アンモニア添加弁が、本発明に係る「アンモニア供給装置」に相当する。
また、温度センサ56は排気の温度に応じた電気信号を出力する。また、第1NOxセンサ53、第2NOxセンサ54、第3NOxセンサ55は排気中のNOx濃度を検出するセンサであるが、これらはアンモニアも検出する。つまり、各NOxセンサ53,54,55は排気中のNOxおよびアンモニアの濃度に応じた電気信号を出力する。
また、内燃機関1の排気通路5と吸気通路4とはEGR通路60によって連通されている。EGR通路60の一端は、排気通路5におけるNSR触媒50より上流側に接続されている。EGR通路60の他端は、吸気通路4におけるスロットル弁41より下流側に接続されている。そして、排気通路5を流れる排気の一部がEGRガスとしてEGR通路60を介して吸気通路4に導入される。EGR通路60にはEGR弁61が設けられている。EGR弁61の開度が制御されることでEGR通路60を流れるEGRガスの流量が調整され、それによって、内燃機関1に流入する吸気におけるEGR率が調整される。
そして、内燃機関1には電子制御ユニット(ECU)10が併設されている。ECU10は、内燃機関1の運転状態等を制御するユニットである。ECU10には、上記のエアフローメータ40、第1NOxセンサ53、第2NOxセンサ54、第3NOxセンサ55、温度センサ56に加え、アクセルポジションセンサ7、およびクランクポジションセンサ8等の各種センサが電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ7は、図示しないアクセルペダルの操作量(アクセル開度)に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ8は、内燃機関1の機関出力軸(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センサである。そして、これらのセンサの出力信号がECU10に入力される。ECU10は、アクセルポジションセンサ7の出力信号に基づいて内燃機関1の機関負荷を導出し、クランクポジションセンサ8の出力信号に基づいて内燃機関1の機関回転速度を導出する。
また、ECU10は、エアフローメータ40の出力値に基づいてSCR触媒51に流入する排気の流量(以下、「排気流量」と称する場合もある。)を推定する。また、ECU10は、温度センサ56の出力値に基づいてSCR触媒51の温度(以下、「SCR温度」と称する場合もある。)を推定する。ここで、図1において、温度センサ56はNSR触媒50とSCR触媒51との間の排気通路5に設けられているが、温度センサ56はSCR触媒51よりも下流側に設けられてもよい。そして、温度センサ56がSCR触媒51よりも下流側に設けられる場合においても、ECU10は、温度センサ56の出力値に基づいてSCR触媒温度を推定することができる。また、ECU10には、燃料噴射弁3、スロットル弁41、尿素水添加弁52、およびEGR弁61等の各種装置が電気的に接続されている。ECU10によって、これら各種装置が制御される。
(SCR触媒の異常診断)
次に、SCR触媒51の異常診断について説明する。本実施例に係る構成では、第2NOxセンサ54の検出値と第3NOxセンサ55の検出値に基づいて、SCR触媒51によるNOx浄化率(SCR触媒51へ流入するNOx量に対する該SCR触媒51において還元されるNOx量の割合)を算出することができる。そのため、NOx浄化率に基づいてSCR触媒51の異常診断を行うことが考えられる。しかしながら、本実施例においては、図1に示すように、SCR触媒51より上流側の排気通路5にNSR触媒50が設けられている。そのため、内燃機関1から排出されたNOxの大半は、NSR触媒50に吸蔵される。したがって、通常の場合、SCR触媒51へ流入するNOxの流量(流入NOx量)は比較的少ない量となる。そして、流入NOx量が比較的少ないと、SCR触媒
51に異常が生じている場合と、該SCR触媒51が正常である場合とで、NOx浄化率に差が現れ難い。そのため、NOx浄化率に基づいてSCR触媒51の異常診断を行うと、正確な診断ができない虞がある。
そこで、本実施例では、SCR触媒51にアンモニアを供給したときにおける、該SCR触媒51より下流側の排気のアンモニア濃度(以下、「下流アンモニア濃度」と称する場合もある。)に基づいて、該SCR触媒51の異常診断が行われる。ここで、SCR触媒51が正常である場合と異常である場合とにおける下流側アンモニア濃度の推移の相違について図2に基づいて説明する。図2は、SCR触媒51へのアンモニア供給積算量と下流アンモニア濃度の相関を示す図である。図2において、横軸は、SCR触媒51へのアンモニア供給積算量(尿素水添加弁52にから尿素水が添加されることでSCR触媒51に供給されるアンモニア量の積算値)を表している。また、図2において、縦軸は下流アンモニア濃度を表している。また、図2において、破線L1はSCR触媒51が所定の異常状態(すなわち、異常診断においてSCR触媒に異常が生じていると診断されるべき状態)である場合の相関を示している。また、図2において、実線L2はSCR触媒51が所定の正常状態(すなわち、異常診断においてSCR触媒は正常であると診断されるべき状態)である場合の相関を示している。
図2の破線L1に示すように、SCR触媒51が所定の異常状態である場合は、アンモニア供給積算量がQ1に達すると下流側アンモニア濃度が零から上昇し始める。一方、図2の実線L2に示すように、SCR触媒51が所定の正常状態であるは、アンモニア供給積算量がQ2に達すると下流側アンモニア濃度が零から上昇し始める。このように、下流側アンモニア濃度が零から上昇し始めるのは、SCR触媒51からアンモニアがスリップし始めるためである。つまり、SCR触媒51が所定の異常状態である場合であっても、アンモニア供給積算量がQ1に達するまでは、供給されたアンモニアのほぼ全てがSCR触媒51に吸着される。そして、アンモニア供給積算量がQ1に達すると、すなわち、SCR触媒51におけるアンモニア吸着量がQ1に達すると、SCR触媒51からアンモニアがスリップし始める。以下、このときのSCR触媒51におけるアンモニア吸着量を「第1スリップ発現吸着量」と称する。つまり、第1スリップ発現吸着量は、SCR触媒51が所定の異常状態である場合に該SCR触媒51からアンモニアがスリップし始める時の該SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量である。また、SCR触媒51が所定の正常状態である場合は、アンモニア供給積算量がQ2に達するまでは、供給されたアンモニアのほぼ全てがSCR触媒51に吸着される。そして、アンモニア供給積算量がQ2に達すると、すなわち、SCR触媒51におけるアンモニア吸着量がQ2に達すると、SCR触媒51からアンモニアがスリップし始める。以下、このときのSCR触媒51におけるアンモニア吸着量を「第2スリップ発現吸着量」と称する。つまり、第2スリップ発現吸着量は、SCR触媒51が所定の正常状態である場合に該SCR触媒51からアンモニアがスリップし始める時の該SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量である。そして、図2に示すように、SCR触媒51が異常である場合は該SCR触媒51が正常である場合に比べて、該SCR触媒51におけるアンモニア吸着量がより少ない状態でアンモニアのスリップが発生し始める。つまり、第1スリップ発現吸着量は第2スリップ発現吸着量よりも少ない量である。
そこで、本実施例では、ECU10が第1推定吸着量と第2推定吸着量とをそれぞれ推定する。ここで、第1推定吸着量は、SCR触媒51が所定の異常状態であると仮定したときの該SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量である。また、第2推定吸着量は、SCR触媒が正常な状態であると仮定したときの該SCR触媒におけるアンモニアの吸着量である。そして、SCR触媒51の異常診断を実行する際に、ECU10によって推定される第1推定吸着量が第1スリップ発現吸着量以上の第1所定吸着量以上となり、且つ、ECU10によって推定される第2推定吸着量が第2スリップ発現吸着量以下の第2所
定吸着量より少なくなるように、尿素水添加弁52から尿素水を供給する診断用供給制御を実行する。
ここで、本実施例に係る、SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量の算出方法の具体例について図3に基づいて説明する。図3は、ECU10における吸着量算出部の機能を示すブロック図である。吸着量算出部120は、SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量を算出するための機能部であり、ECU10において所定のプログラムが実行されることによって実現される。
吸着量算出部120においては、SCR触媒51に供給されるアンモニア量であるアンモニア供給量と、SCR触媒51におけるNOxの還元に消費されるアンモニア量であるアンモニア消費量と、SCR触媒51から脱離するアンモニア量であるアンモニア脱離量とを積算することで現在のアンモニア吸着量が算出される。詳細には、吸着量算出部120は、消費量算出部121と脱離量算出部122とを有する。消費量算出部121は、アンモニア吸着量の演算周期に応じた所定期間中にSCR触媒51におけるNOxの還元に消費されるアンモニア量をアンモニア消費量として算出する。脱離量算出部122は、所定期間中にSCR触媒から脱離するアンモニア量をアンモニア脱離量として算出する。また、吸着量算出部120では、所定期間中にSCR触媒51に供給されるアンモニア量がアンモニア供給量として推定される。上述したように、SCR触媒51に供給されるアンモニアは、尿素水添加弁52から添加された尿素水に含まれる尿素が加水分解することで生成されたものである。そのため、アンモニア供給量は、所定期間中に尿素水添加弁52から添加された尿素水量に基づいて推定することができる。
また、消費量算出部121には、SCR触媒51に流入する排気のNOx濃度(流入NOx濃度)、排気流量、SCR触媒の温度(SCR温度)、および、前回の演算で算出されたSCR触媒51におけるアンモニアの吸着量(吸着量前回値)が入力される。なお、流入NOx濃度は第2NOxセンサ54によって検出される。ここで、SCR触媒51でのNOx浄化率は、排気流量、SCR温度、および、該SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量と相関がある。そこで、消費量算出部121では、入力された、排気流量、SCR温度、および、吸着量前回値に基づいて、現時点においてSCR触媒51で発揮されると推定されるNOx浄化率(以下、「推定NOx浄化率」と称する。)が算出される。さらに、消費量算出部121では、入力された、流入NOx濃度と、排気流量と、に基づいて、所定期間中にSCR触媒51に流入するNOx量(以下、「流入NOx量」と称する。)が算出される。そして、算出された推定NOx浄化率および流入NOx量に基づいて、アンモニア消費量が算出される。一方、脱離量算出部122には、SCR温度、および、吸着量前回値が入力される。そして、入力された、SCR温度と、吸着量前回値とに基づいて、アンモニア脱離量が算出される。
そして、吸着量算出部120において第1推定吸着量を算出する場合は、消費量算出部121および脱離量算出部122が、SCR触媒51が所定の異常状態であると仮定して、アンモニア消費量およびアンモニア脱離量を算出する。また、吸着量算出部120において第2推定吸着量を算出する場合は、消費量算出部121および脱離量算出部122が、SCR触媒51が所定の正常状態であると仮定して、アンモニア消費量およびアンモニア脱離量を算出する。例えば、消費量算出部121は、排気流量、SCR温度、および、吸着量前回値と、推定NOx浄化率との相関関係を示すマップとして、SCR触媒51が所定の異常状態であると仮定した場合のマップ、および、SCR触媒51が所定の正常状態であると仮定した場合のマップである二つのマップを有していてもよい。この場合、消費量算出部121は、それぞれのマップを用いて、SCR触媒51が所定の異常状態であると仮定したときの推定NOx浄化率と、SCR触媒51が所定の正常状態であると仮定したときの推定NOx浄化率とをそれぞれ算出する。さらに、消費量算出部121は、算
出されたそれぞれの場合の推定NOx浄化率と、流入NOx量とに基づいて、SCR触媒51が所定の異常状態であると仮定したときのアンモニア消費量と、SCR触媒51が所定の正常状態であると仮定したときのアンモニア消費量とをそれぞれ算出する。また、脱離量算出部122は、SCR温度および吸着量前回値と、アンモニア脱離量との相関関係を示すマップとして、SCR触媒51が所定の異常状態であると仮定した場合のマップ、SCR触媒51が所定の正常状態であると仮定した場合のマップである二つのマップを有していてもよい。この場合、脱離量算出部122は、それぞれのマップを用いて、SCR触媒51が所定の異常状態であると仮定したときのアンモニア脱離量と、SCR触媒51が所定の正常状態であると仮定したときのアンモニア脱離量とをそれぞれ算出する。そして、上述したように、SCR触媒51が所定の異常状態であると仮定して算出されたアンモニア消費量およびアンモニア脱離量と、アンモニア供給量とが積算されることで、第1推定吸着量が算出される。また、SCR触媒51が所定の正常状態であると仮定して算出されたアンモニア消費量およびアンモニア脱離量と、アンモニア供給量とが積算されることで、第2推定吸着量が算出される。
ただし、第1推定吸着量および第2推定吸着量の推定方法は上記の方法に限られるものではなく、周知の他の手法を採用してもよい。なお、本実施例においては、第1推定吸着量を推定する場合のECU10が、本発明に係る「第1推定手段」に相当し、第2推定吸着量を推定する場合のECU10が、本発明に係る「第2推定手段」に相当する。
次に、診断用供給制御を実行したときの第1推定吸着量および第2推定吸着量の推移について図4および図5に基づいて説明する。
図4は、第1スリップ発現吸着量Qadaおよび第1所定吸着量Qada1とSCR触媒51の温度(SCR温度)との相関を示す図である。図4において、実線は第1スリップ発現吸着量Qadaを表しており、破線は第1所定吸着量Qada1を表している。ここでは、図4に示すように、第1所定吸着量Qada1を第1スリップ発現吸着量Qadaに所定のマージンを加算した値とする。ただし、第1所定吸着量Qada1を第1スリップ発現吸着量Qadaと同一の値としてもよい。また、図5は、第2スリップ発現吸着量Qadnおよび第2所定吸着量Qadn2とSCR触媒51の温度(SCR温度)との相関を示す図である。ここでは、図5に示すように、第2所定吸着量Qadn2を第2スリップ発現吸着量Qadnから所定のマージンを減算した値とする。ただし、第2所定吸着量Qadn2を第2スリップ発現吸着量Qadnと同一の値としてもよい。
また、図4および図5において、黒丸は、それぞれ、診断用供給制御の実行前における同一時期(すなわち、同一のSCR温度Tcnの時)の第1推定吸着量と第2推定吸着量と表している。図4において黒丸で示すように、診断用供給制御の実行前における第1推定吸着量は第1スリップ発現吸着量Qadaより少ない量となっている。また、図5において黒丸で示すように、診断用供給制御の実行前における第2推定吸着量は第2所定吸着量Qadn2より少ない量となっている。ここで、図4に示すように第1推定吸着量が第1スリップ発現吸着量Qadaより少ない量であるときは、SCR触媒51に異常が生じていたとしても、該SCR触媒51からアンモニアがスリップし難い。そのため、このような状況下では、SCR触媒51よりも下流側のアンモニア濃度に基づくSCR触媒51の異常診断を正確に行うことが困難である。そこで、本実施例では、SCR触媒51の異常診断を行う際に、診断用供給制御を実行することでSCR触媒51にアンモニアを供給し、SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量を増加させる。
診断用供給制御を実行することで、SCR触媒51にアンモニアが供給されると、図4および図5において矢印で示すように、第1推定吸着量および第2推定吸着量がいずれも増加する。そして、このときの増加量は第1推定吸着量と第2推定吸着量とでほぼ同量で
ある。図4および図5において、白丸は、それぞれ、診断用供給制御の実行後における第1推定吸着量と第2推定吸着量とを表している。ここで、図4において白丸で示すように、診断用供給制御の実行後における第1推定吸着量は第1所定吸着量Qada1以上の量となっている。一方、図5において白丸で示すように、診断用供給制御の実行後においても第2推定吸着量は第2所定吸着量Qadn2より少ない量となっている。
図4に示すように、SCR触媒51にアンモニアが供給されることで第1推定吸着量が第1所定吸着量Qada1以上となると、SCR触媒51に異常が生じていれば該SCR触媒51からアンモニアがスリップすることになる。ただし、このときに、第2推定吸着量が第2スリップ発現吸着量Qadnより多くなっていると、SCR触媒51が正常な状態であっても該SCR触媒51からアンモニアがスリップすることになる。したがって、このような状況となった場合も、SCR触媒51よりも下流側のアンモニア濃度に基づくSCR触媒51の異常診断を正確に行うことは困難となる。そこで、診断用供給制御では、図4および図5に示すように、診断用供給制御の実行後において、第1推定吸着量が第1所定吸着量Qada1以上の量となり、且つ、第2推定吸着量が第2所定吸着量Qadn2より少ない量となるように、SCR触媒51へのアンモニアの供給量を調整する。このような診断用供給制御を実行することで、SCR触媒51に対し、該SCR触媒51に異常が生じていれば該SCR触媒51からアンモニアがスリップするが、該SCR触媒51が正常な状態であれば該SCR触媒51からアンモニアがスリップしない程度の量のアンモニアを供給することになる。その結果、SCR触媒51よりも下流側のアンモニア濃度に基づく該SCR触媒51の異常診断を正確に行うことが可能となる。
(異常診断フロー)
ここで、本実施例に係るSCR触媒の異常診断のフローについて図6に基づいて説明する。図6は、本実施例に係るSCR触媒の異常診断のフローを示すフローチャートである。本実施例では、ECU10によって、内燃機関1の運転中に本フローが所定の周期で繰り返し実行される。なお、上述したように、本実施例では、内燃機関1の運転中に、ECU10が本フローとは異なるフローを実行することで、第1推定吸着量および第2推定吸着量が所定の演算周期で繰り返し推定されている。
本フローでは、先ずS101において、SCR触媒51の異常診断の実行条件が成立しているか否かが判別される。SCR触媒51の異常診断の実行条件としては、内燃機関1の始動後にSCR触媒51の暖機が終了し、且つ、該内燃機関1の運転状態が定常運転であることを例示できる。また、前回のSCR触媒51の異常診断が終了した後、内燃機関1が搭載された車両が所定距離走行したこと、または、内燃機関1が所定時間運転されたこと等が、SCR触媒51の異常診断の実行条件に含まれてもよい。なお、これらの実行条件は例示であって、S301では周知の技術に基づいてSCR触媒51の異常診断の実行条件が成立しているか否かを判別することができる。S101において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一方、S101において肯定判定された場合、次にS102の処理が実行される。
S102においては、本フローとは異なるフローが実行されることで推定される現時点の第1推定吸着量Qaおよび第2推定吸着量Qnが取得される。次に、S103において、S102で取得された現時点の第1推定吸着量Qaが第1所定吸着量Qada1より少なく、且つ、S302で取得された現時点の第2推定吸着量Qnが第2所定吸着量Qadn2より少ないか否かが判別される。なお、S103における第1所定吸着量Qada1および第2所定吸着量Qadn2は、現時点のSCR触媒51の温度に基づいて決定される値である。ECU10のROMには、図4に示すようなSCR触媒51の温度と第1所定吸着量Qada1との相関関係、および、図5に示すようなSCR触媒51の温度と第2所定吸着量Qadn2との相関関係が、それぞれ、マップまたは関数として予め記憶さ
れている。そして、ECU10は、これらのマップまたは関数を用いて、S303における第1所定吸着量Qada1および第2所定吸着量Qadn2を決定する。そして、S103において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一方、S103において肯定判定された場合、次にS104の処理が実行される。
S104においては、診断用供給制御における尿素水添加弁52からの尿素水の供給量である診断時供給量Qsum0の設定が可能か否かが判別される。ここで、診断時供給量Qsum0は、該診断時供給量Qsum0の尿素水が尿素添加弁52から供給されることで、第1推定吸着量Qaは第1所定吸着量Qada1以上の量となるが、第2推定吸着量Qnは第2所定吸着量Qadn2より少ない量に維持される値である。S103では、S202で取得された現時点の第1推定吸着量Qaおよび第2推定吸着量Qnと、尿素水添加弁52から新たに尿素水が供給されることで増加するそれぞれの吸着量の増加分とを踏まえて、診断用供給制御が実行された場合の第1推定吸着量Qaおよび第2推定吸着量Qnが推定される。このとき、ECU10では、上述した吸着量算出部120により、診断用供給制御が実行された場合の第1推定吸着量Qaおよび第2推定吸着量Qnが推定される。そして、各吸着量Qa,Qnの推定値に基づいて、上記のような診断時供給量Qsum0の設定が可能であるか否かが判別される。S104において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。つまり、本実施例における診断用供給制御を実行することで、SCR触媒51よりも下流側のアンモニア濃度に基づくSCR触媒51の異常診断を可能とするためには、該診断用供給制御の実行前にS103およびS104において肯定判定される必要がある。
S104において肯定判定された場合、診断用供給制御を実行することが可能と判断できる。そこで、この場合は、S105において、S104で設定可能と判定された診断時供給量Qsum0に基づいて、診断用供給制御における、尿素水添加弁52から尿素水が供給される時間である尿素水供給時間tsが算出される。つまり、S105において算出される尿素水供給時間tsは、診断時供給量Qsum0の尿素水を尿素水添加弁52から供給するための時間である。
次に、S106において、尿素水添加弁52からの尿素水の供給が開始される。つまり、診断用供給制御の実行が開始される。次に、S107において、第3NOxセンサ55による検出値Caが濃度閾値Cathよりも小さいか否かが判別される。なお、診断用供給制御においては、SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量が増加するように該SCR触媒51にアンモニアが供給される。つまり、SCR触媒51へのNOxの流入量に対して当量となる量よりも多くのアンモニアが供給される。したがって、診断用供給制御の実行中においては、SCR触媒51に流入するNOxの略全てが還元される。そのため、診断用供給制御の実行中における第3NOxセンサ55の検出値は排気のアンモニア濃度として扱うことができる。したがって、本実施例では、第3NOxセンサ55が本発明に係る「アンモニア検出手段」に相当する。ただし、第3NOxセンサ55に代えて、排気のアンモニア濃度を検出するアンモニアセンサを設けてもよい。この場合、アンモニアセンサが本発明に係る「アンモニア検出手段」に相当する。また、濃度閾値Cathは、SCR触媒51からのアンモニアがスリップしているか否かを判別するための閾値である。つまり、第3NOxセンサ55による検出値Caが濃度閾値Cath以上となると、SCR触媒51からのアンモニアのスリップが生じていると判断できる。この濃度閾値Cathは、実験等に基づいて予め定められており、ECU10のROMに記憶されている。そして、S107において肯定判定された場合、次にS108の処理が実行される、一方、S107において否定判定された場合、次にS111の処理が実行される。
S108においては、S106で尿素水添加弁52からの尿素水の供給が開始されてから、S105で算出した尿素水供給時間tsが経過したか否かが判別される。S108に
おいて否定判定された場合、S107の処理が再度実行される。一方、S108において肯定判定された場合、次にS109において、尿素水添加弁52からの尿素水の供給が終了される。つまり、診断用供給制御の実行が終了される。この場合、診断時供給量Qsum0の尿素水が尿素水添加弁52から供給されても、すなわち、第1推定吸着量Qaが第1所定吸着量Qada1以上の量に達していても、SCR触媒51からのアンモニアのスリップが発生していないことになる。そのため、この場合は、S110において、SCR触媒51が正常であると判定される。その後、本フローの実行が一旦終了される。
一方、S107において否定判定された場合、次にS111の処理が実行される。S111においても、尿素水添加弁52からの尿素水の供給が終了される。ただし、この場合は、尿素水添加弁52からの診断時供給量Qsum0の尿素水の供給途中において、すなわち、第2推定吸着量Qnが第2所定吸着量Qadn2より少ないときに、SCR触媒51からのアンモニアのスリップが発生したことになる。そのため、この場合は、S112において、SCR触媒51に異常が生じていると判定される。その後、本フローの実行が一旦終了される。本フローのS112においてSCR触媒51が異常であると診断された場合、内燃機関1を搭載した車両のユーザにその診断結果が通知される。
なお、上記フローにおいては、S106において尿素水添加弁52からの尿素水の供給が開始されてから尿素水供給時間tsが経過した時点で、S107と同様に、第3NOxセンサ55による検出値Caが濃度閾値Cathよりも小さいか否かを判別してもよい。この場合も、第3NOxセンサ55による検出値Caが濃度閾値Cathよりも小さければ、SCR触媒51が正常であると判定できる。また、第3NOxセンサ55による検出値Caが濃度閾値Cath以上であれば、SCR触媒51に異常が生じていると判定できる。
(低減制御)
上記のようなSCR触媒51の異常診断が実行され、該SCR触媒51が正常であると診断された場合は、内燃機関1の通常の運転が継続される。そして、ECU10による第1推定吸着量および第2推定吸着量の推定も継続される。ここで、SCR触媒51の異常診断のために実行された診断用供給制御終了後の第1推定吸着量および第2推定吸着量の推移について図7,8に基づいて説明する。図7は、図4と同様、第1スリップ発現吸着量Qadaおよび第1所定吸着量Qada1とSCR触媒51の温度(SCR温度)との相関を示す図である。また、図8は、図5と同様、第2スリップ発現吸着量Qadnおよび第2所定吸着量Qadn2とSCR触媒51の温度(SCR温度)との相関を示す図である。なお、ここでは、診断用供給制御の実行終了後においても、SCR温度が診断用供給制御の実行中と同様の温度Tcnに維持されているものとする。
上記のとおり、診断用供給制御が実行されると、第1推定吸着量は第1所定吸着量Qada1以上の量まで増加する(図4における白丸で示す量まで増加する。)。そして、診断用供給制御の実行終了後、第1推定吸着量は、図7において黒丸で示すように、第1スリップ発現吸着量Qadaまで速やかに減少する。これは、SCR触媒51が所定の異常状態であると仮定した場合、第1推定吸着量における第1スリップ発現吸着量Qadaを超えた分に関してはSCR触媒51からスリップすることになるためである。一方、診断用供給制御が実行されると、第2推定吸着量は、第2所定吸着量Qadn2未満の範囲で増加する(図5において白丸で示す量まで増加する。)。そして、診断用供給制御の実行終了後においても、第2推定吸着量は、図8において黒丸で示すように、一旦増加した量(図5において白丸で示す量)から減少し難い。これは、第2推定吸着量が第2スリップ発現吸着量Qadnより少ない量であるため、SCR触媒51が所定の正常状態であると仮定した場合、該SCR触媒51からのアンモニアのスリップは生じないためである。
そして、第1推定吸着量が図7において黒丸で示すような量となり、且つ、第2推定吸着量が図8において黒丸で示すような量となると、第1推定吸着量と第1所定吸着量Qada1との差(以下、「第1差分」と称する場合もある。)dQaよりも、第2推定吸着量と第2所定吸着量Qadn2との差(以下、「第2差分」と称する場合もある。)dQnの方が小さい状態となる。そうなると、次回のSCR触媒51の異常診断を行おうとしたときに、第1推定吸着量を再度第1所定吸着量Qada1以上の量(図7において白丸で示す量)まで増加させるべく診断用供給制御を実行すると、第2推定吸着量が、第1推定吸着量の増加量分と同程度増加することで、第2所定吸着量Qadn2以上の量(図8において白丸で示す量)となってしまうことになる。つまり、診断用供給制御を実行することで、第1推定吸着量は第1所定吸着量Qada1以上の量となるが、第2推定吸着量は第2所定吸着量Qadn2より少ない量に維持される診断時供給量Qsum0を設定することができなくなる。その結果、図6に示したフローにおけるS104で肯定判定されることができなくなるため、次回のSCR触媒51の異常診断が出来ないことになる。
そこで、本実施例では、診断用供給制御の実行終了後に、ECU10が、SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量を低減すべく供給減量制御を実行する。ここで、供給減量制御は、SCR触媒51へのアンモニア供給量が流入NOx量に対して当量となる量よりも少なくなるように、尿素水添加弁52からの尿素水の添加量を調整する制御である。このような供給減量制御が実行されると、SCR触媒51においてNOxの還元に消費されるアンモニアの量の方が、該SCR触媒51に新たに供給されるアンモニアの量よりも多くなる。そのため、SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量が低減する。そして、この供給減量制御を実行することでSCR触媒51におけるアンモニアの吸着量を低減させ、それによって、第2差分dQnを第1差分dQaよりも大きくさせる。
ここで、供給減量制御を実行すると第1推定吸着量および第2推定吸着量の両方が減少することになる。しかしながら、このときの第1推定吸着量および第2推定吸着量の推移の仕方(減り方)は相違している。より詳細には、上述したように、診断用供給制御の実行終了後においては、第1推定吸着量は第1スリップ発現吸着量Qadaまでは速やかに減少する。ただし、SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量が第1スリップ発現吸着量Qada以下にまで減少すると、該SCR触媒51に吸着しているアンモニアがNOxの還元に消費され難くなる。そのため、それ以降は第1推定吸着量の減少速度が非常に小さくなる。一方で、第2推定吸着量は、供給減量制御が実行されると、比較的速やかに減少する。そのため、診断用供給制御の実行終了後に供給減量制御が実行された場合においては、第1推定吸着量が第1スリップ発現吸着量Qadaまで減少した後の該第1推定吸着量の減少速度が、第2推定吸着量の減少速度よりも小さくなる。したがって、供給減量制御をある程度継続して実行することで第2差分dQnを第1差分dQaよりも大きくさせることができる。
そのため、供給減量制御によりSCR触媒51におけるアンモニアの吸着量を低減させることで、第1推定吸着量を再び図4において黒丸で示す量とするとともに、第2推定吸着量を再び図5において黒丸で示す量とすることができる。その結果、再度、第1推定吸着量と第2推定吸着量とが同程度増加したときに、第1推定吸着量が第1所定吸着量Qada1以上となり且つ第2推定吸着量が第2所定吸着量Qadn2より少なくなるようにすることが可能となる。つまり、図6に示したフローが実行された際に診断時供給量Qsum0を設定することが可能となる。したがって、次回のSCR触媒の異常診断時において、診断用供給制御を実行することが可能となる。
(供給減量制御のフロー)
ここで、本実施例に係る供給減量制御のフローについて図9に基づいて説明する。図9は、本実施例に係る供給減量制御のフローを示すフローチャートである。本実施例では、
ECU10によって、内燃機関1の運転中に本フローが所定の周期で繰り返し実行される。なお、本フローの実行中においても、ECU10が本フローとは異なるフローを実行することで、第1推定吸着量および第2推定吸着量が所定の演算周期で繰り返し推定されている。本実施例においては、本フローを実行することで供給減量制御を実行するECU10が、本発明に係る「低減制御手段」に相当する。
本フローでは、先ずS201において、診断用供給制御の実行が終了したか否かが判別される。つまり、図6に示すフローにおけるS109が実行されたか否かが判別される。S201において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一方、S201において肯定判定された場合、S202において、供給減量制御の実行が開始される。つまり、尿素水添加弁52からの尿素水の添加量が通常時の添加量(SCR触媒51へのアンモニア供給量が流入NOx量に対して当量となる量)よりも減量される。
次に、S203において、本フローとは異なるフローが実行されることで推定される現時点の第1推定吸着量Qaおよび第2推定吸着量Qnが取得される。次に、S204において、S203で推定された第1推定吸着量Qaおよび第2推定吸着量Qnそれぞれに基づいて第1差分dQaおよび第2差分dQnが算出される。次に、S205において、S204で算出された第1差分dQaと第2差分dQnとを比較し、第2差分dQnが第1差分dQaよりも大きくなったか否かが判別される。S205で否定判定された場合、S203の処理が再度実行される。つまり、供給減量制御の実行が継続される。一方、S205で肯定判定された場合、S206において、供給減量制御の実行が終了される。つまり、尿素水添加弁52からの尿素水の添加量が通常時の添加量に戻される。その後、本フローの実行が一旦終了される。
以上説明したように、本実施例においては、SCR触媒51の異常診断を実行する際に診断用供給制御を実行するとともに、診断用供給制御の実行終了後に供給減量制御を実行することで、SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量を、繰り返し、該SCR触媒51からスリップするアンモニアに基づく該SCR触媒51の異常診断に適した量とすることができる。したがって、SCR触媒51の異常診断の実行機会を好適に確保することが可能となる。
<実施例2>
本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成は実施例1と同様である。また、本実施例においても、SCR触媒51の異常診断を実行する際に実施例1と同様の診断用供給制御が実行される。そして、本実施例は、診断用供給制御の実行終了後、SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量を低減させるための制御として、供給減量制御に加え昇温制御が実行される点で実施例1と異なっている。
(昇温制御)
昇温制御は、SCR触媒51が所定の正常状態であっても該SCR触媒51からアンモニアが脱離する所定脱離温度まで該SCR触媒51を昇温させる制御である。本実施例においても、実施例1と同様、診断用供給制御の実行が終了されると、供給減量制御が実行される。そして、供給減量制御の実行が開始されてから所定期間が経過するまでの間に、第2差分dQnが第1差分dQaよりも大きくならなかった場合、該供給減量制御に加えて昇温制御が実行される。
昇温制御は、内燃機関1において、主燃料噴射時期よりも後の時期であって、噴射された燃料の少なくとも一部が燃焼に供されずに排気とともに該内燃機関1から排出される副燃料噴射時期に副燃料噴射を実行することで実現される。副燃料噴射が実行されることで内燃機関1から未燃燃料成分が排出されると、該未燃燃料成分がNSR触媒50において
酸化される。この未燃燃料成分の酸化により発生する酸化熱によって、SCR触媒51に流入する排気の温度が上昇し、それに伴って該SCR触媒51の温度が上昇する。なお、昇温制御を、内燃機関1から排出される排気の温度を上昇させる制御によって実現してもよい。また、SCR触媒51に流入する排気またはSCR触媒51自体を加熱するための電気ヒータを新たに設け、該電気ヒータによる加熱によって昇温制御を実現してもよい。
SCR触媒51の温度が上昇すると、該SCR触媒51におけるアンモニアの上限吸着量(飽和吸着量)が少なくなる。そのため、現在のSCR触媒51におけるアンモニア吸着量よりも上限吸着量が少なくなる温度である所定脱離温度まで該SCR触媒51を昇温させると、該SCR触媒51からアンモニアが脱離する。したがって、昇温制御を実行することで、SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量を減少させることができる。そのため、供給減量制御に加えて昇温制御を実行することで、SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量の低減を促進させることができる。
(昇温制御のフロー)
ここで、本実施例に係る昇温制御のフローについて図10に基づいて説明する。図10は、本実施例に係る供給減量制御および昇温制御のフローを示すフローチャートである。本実施例では、ECU10によって、内燃機関1の運転中に本フローが所定の周期で繰り返し実行される。なお、本フローにおけるS201からS206における処理は、図9に示すフローチャートにおける参照番号が同一のステップで実行される処理と同一である。そのため、これらのステップについての説明は省略する。また、本フローの実行中においても、ECU10が本フローとは異なるフローを実行することで、第1推定吸着量および第2推定吸着量が所定の演算周期で繰り返し推定されている。なお、本実施例においては、本フローを実行することで供給減量制御を実行するECU10が、本発明に係る「低減制御手段」に相当する。
本フローでは、S205において否定判定された場合、S307の処理が実行される。S307では、S202で供給減量制御の実行が開始されてから所定期間dtが経過したか否かが判別される。所定期間dtは、次回のSCR触媒51の異常診断の実行タイミングよりも前に第2推定吸着量を十分に減少させるために予め定められる期間である。S307において否定判定された場合、次にS203の処理が再度実行される。
一方、S307において肯定判定された場合、S308において、昇温制御の実行が開始される。つまり、内燃機関1における副燃料噴射の実行が開始される。ここで、昇温制御においては、SCR触媒51が所定脱離温度となるように、副燃料噴射による燃料噴射量が調整される。また、このときに目標温度となる所定脱離温度を、第2推定吸着量Qnに基づいて設定してもよい。なお、S308において昇温制御が実行された場合も供給減量制御の実行は継続される。
次に、S309において、現時点の第1推定吸着量Qaおよび第2推定吸着量Qnが取得される。次に、S310において、S309で推定された第1推定吸着量Qaおよび第2推定吸着量Qnそれぞれに基づいて第1差分dQaおよび第2差分dQnが算出される。次に、S311において、S310で算出された第1差分dQaと第2差分dQnとを比較し、第2差分dQnが第1差分dQaよりも大きくなったか否かが判別される。S311で否定判定された場合、S309の処理が再度実行される。つまり、供給減量制御および昇温制御の実行が継続される。一方、S311で肯定判定された場合、S312において、供給減量制御および昇温制御の実行が終了される。その後、本フローの実行が一旦終了される。
(変形例)
なお、上記実施例2では、供給減量制御の実行開始から所定期間が経過してから昇温制御を実行したが、診断用供給制御の実行終了後、直ちに供給減量制御とともに昇温制御を実行してもよい。また、必ずしも、供給減量制御とともに昇温制御を実行する必要はなく、供給減量制御に代えて昇温制御を実行してもよい。ただし、昇温制御を実行した場合、燃費の悪化や、SCR触媒51から脱離したアンモニアの外部への放出を伴う虞がある。そのため、昇温制御を供給減量制御と併用することで、燃費の悪化やアンモニアの外部への放出を抑制することができる。
<実施例3>
本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成は実施例1と同様である。また、本実施例においても、SCR触媒51の異常診断を実行する際に実施例1と同様の診断用供給制御を実行される。そして、本実施例は、診断用供給制御の実行終了後、SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量を低減させるための制御として、供給減量制御に加え酸化制御が実行される点で実施例1と異なっている。
(酸化制御)
酸化制御は、SCR触媒51の温度をアンモニアの酸化が可能な温度とするとともに、該SCR触媒51に流入する排気の酸素濃度をアンモニアの酸化が可能な酸素濃度とする制御である。本実施例においても、実施例1と同様、診断用供給制御の実行が終了されると、供給減量制御が実行される。そして、供給減量制御の実行が開始されてから所定期間が経過するまでの間に、第2差分dQnが第1差分dQaよりも大きくならなかった場合、該供給減量制御に加えて酸化制御が実行される。
酸化制御では、SCR触媒51の温度を、吸着しているアンモニアが脱離しない範囲で該アンモニアが酸化可能な温度となるよう調整する。このとき、SCR触媒51の温度を上昇させる必要がある場合は、実施例2における昇温制御と同様の制御が実行される。ただし、このときの目標温度は、実施例2における昇温制御に係る所定脱離温度よりも低い温度に設定される。さらに、酸化制御では、排気の酸素濃度を、SCR触媒51に吸着しているアンモニアの酸化が可能な酸素濃度となるよう調整する。このとき、排気の酸素濃度を上昇させる必要がある場合は、EGR弁61の開度を小さくすることで吸気のEGR率を低下させる。吸気のEGR率が低下すると、内燃機関1に流入する新気(空気)の流量が増加する。その結果、排気の酸素濃度が上昇することになる。なお、排気中に二次空気を供給する空気供給装置を排気通路5に新たに設けた場合、該空気供給装置によって排気中に二次空気を供給することで排気の酸素濃度を上昇させてもよい。
酸化制御が実行されると、SCR触媒51に吸着していたアンモニアが酸化されNOxが生成される。そして、生成されたNOxは、SCR触媒51に残存しているアンモニアを還元剤として還元される。したがって、酸化制御を実行することで、SCR触媒51からのアンモニアの流出、および、該SCR触媒51からのNOxの流出を抑制しつつ、該SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量を減少させることができる。そのため、供給減量制御に加えて酸化制御を実行することで、SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量の低減を促進させることができる。さらに、実施例2に係る昇温制御に代えて酸化制御を実行することで、SCR触媒51から脱離したアンモニアの外部への放出を抑制することができる。
(酸化制御のフロー)
ここで、本実施例に係る酸化制御のフローについて図11に基づいて説明する。図11は、本実施例に係る供給減量制御および酸化制御のフローを示すフローチャートである。本実施例では、ECU10によって、内燃機関1の運転中に本フローが所定の周期で繰り返し実行される。なお、本フローにおけるS201からS206、S307、S309、
S310、S311における処理は、図10に示すフローチャートにおける参照番号が同一のステップで実行される処理と同一である。そのため、これらのステップについての説明は省略する。また、本フローの実行中においても、ECU10が本フローとは異なるフローを実行することで、第1推定吸着量および第2推定吸着量が所定の演算周期で繰り返し推定されている。なお、本実施例においては、本フローを実行することで供給減量制御を実行するECU10が、本発明に係る「低減手段」に相当する。
本フローでは、S307において肯定判定された場合、S408において酸化制御の実行が開始される。つまり、SCR触媒51の温度がアンモニアの酸化が可能な温度未満であれば、該SCR触媒51を昇温させるための制御の実行が開始される。また、排気の酸素濃度がアンモニアの酸化が可能な濃度未満であれば、該排気の酸素濃度を上昇させるべく、EGR弁61の開度制御の実行が開始される。なお、排気の酸素濃度は、エアフローメータ40の検出値、燃料噴射弁3からの燃料噴射量、および吸気のEGR率等に基づいて算出することができる。また、SCR触媒51よりも上流側の排気通路5に、排気の酸素濃度に応じた電気信号を出力する酸素センサを新たに設け、該酸素センサによって排気の酸素濃度を検出してもよい。なお、S408において酸化制御が実行された場合も供給減量制御の実行は継続される。
そして、本フローでは、S311において否定判定された場合、供給減量制御および酸化制御の実行が継続される。一方、S311で肯定判定された場合、S412において、供給減量制御および酸化制御の実行が終了される。その後、本フローの実行が一旦終了される。
(変形例1)
なお、上記実施例3では、供給減量制御の実行開始から所定期間が経過してから酸化制御を実行したが、診断用供給制御の実行終了後、直ちに供給減量制御とともに酸化制御を実行してもよい。また、必ずしも、供給減量制御とともに酸化制御を実行する必要はなく、供給減量制御に代えて酸化制御を実行してもよい。
(変形例2)
また、上述したように、酸化制御が実行された場合、アンモニアが酸化されることで生成されたNOxが、SCR触媒51に残存するアンモニアによって還元される。ここで、SCR触媒51におけるNOxの還元速度は、該SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量に応じて変化する。したがって、酸化制御が実行されることでSCR触媒51におけるアンモニアの吸着量が徐々に減少すると、該SCR触媒51におけるNOxの還元速度が徐々に低下する。
そこで、酸化制御においては、第2推定手段によって推定される第2推定吸着量に応じて該酸化制御における目標酸化速度を変更してもよい。図12は、本変形例における第2推定吸着量と目標酸化速度との相関を示す図である。図12において、横軸は第2推定吸着量を表しており、縦軸は目標酸化速度を表している。図12によれば、酸化制御が実行されることで第2推定吸着量が徐々に減少すると、それに応じて、目標酸化速度が徐々に小さくされることになる。なお、SCR触媒51におけるアンモニアの酸化速度は、該SCR触媒51の温度または排気の酸素濃度を調整することで変更することが出来る。
このように、SCR触媒51におけるアンモニアの酸化速度を第2推定吸着量に応じて変更することで、酸化制御によりSCR触媒51で生成されたNOxが、該SCR触媒51で還元されずに該SCR触媒51から流出してしまうことを抑制しつつ、該SCR触媒51におけるアンモニアの吸着量の低減を促進させることができる。
1・・・・内燃機関
3・・・・燃料噴射弁
4・・・・吸気通路
5・・・・排気通路
10・・・ECU
40・・・エアフローメータ
50・・・NSR触媒
51・・・SCR触媒
52・・・尿素水添加弁
53・・・第1NOxセンサ
54・・・第2NOxセンサ
55・・・第3NOxセンサ
56・・・温度センサ
60・・・EGR通路
61・・・EGR弁

Claims (5)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、
    前記選択還元型NOx触媒より上流側の排気通路に設けられ、前記選択還元型NOx触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、
    を有する排気浄化装置に適用され、前記選択還元型NOx触媒の異常診断を行う排気浄化装置の異常診断システムであって、
    前記選択還元型NOx触媒よりも下流側の排気のアンモニア濃度を検出するアンモニア検出手段と、
    前記選択還元型NOx触媒が所定の異常状態であると仮定したときの前記選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着量である第1推定吸着量を推定する第1推定手段と、
    前記選択還元型NOx触媒が所定の正常状態であると仮定したときの前記選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着量である第2推定吸着量を推定する第2推定手段と、
    前記選択還元型NOx触媒が前記所定の異常状態である場合に前記選択還元型NOx触媒からアンモニアがスリップし始める時の前記選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着量を第1スリップ発現吸着量とし、前記選択還元型NOx触媒が前記所定の正常状態である場合に前記選択還元型NOx触媒からアンモニアがスリップし始める時の該選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着量を第2スリップ発現吸着量としたときに、前記選択還元型NOx触媒の異常診断を実行する際に、前記第1推定手段によって推定される前記第1推定吸着量が前記第1スリップ発現吸着量以上の第1所定吸着量以上となり、且つ、前記第2推定手段によって推定される前記第2推定吸着量が前記第2スリップ発現吸着量以下の第2所定吸着量より少なくなるように、前記アンモニア供給装置によりアンモニアを供給する診断用供給制御を実行する供給制御手段と、
    前記供給制御手段によって前記診断用供給制御を実行したときに前記アンモニア検出手段によって検出されるアンモニア濃度に基づいて前記選択還元型NOx触媒の異常診断を行う異常診断手段と、
    前記供給制御手段による前記診断用供給制御の実行終了後に、前記選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着量を低減させる低減制御であって、前記第2推定手段によって推定される前記第2推定吸着量と前記第2所定吸着量との差を、前記第1推定手段によって推定される前記第1推定吸着量と前記第1所定吸着量との差よりも大きくさせる低減制御を実行する低減制御手段と、を備える、排気浄化装置の異常診断システム。
  2. 前記低減制御は、前記アンモニア供給装置からのアンモニア供給量を、前記選択還元型NOx触媒へのNOxの流入量に対して当量となる量よりも少なくする供給減量制御を含む請求項1に記載の排気浄化装置の異常診断システム。
  3. 前記低減制御は、前記選択還元型NOx触媒が前記所定の正常状態であっても前記選択還元型NOx触媒からアンモニアが脱離する所定脱離温度まで前記選択還元型NOx触媒を昇温させる昇温制御を含む請求項1または2に記載の排気浄化装置の異常診断システム。
  4. 前記低減制御は、前記選択還元型NOx触媒に吸着したアンモニアを酸化させる酸化制御を含む請求項1または2に記載の排気浄化装置の異常診断システム。
  5. 低減制御手段は、前記第2推定手段によって推定される前記第2推定吸着量が少ないときは前記第2推定吸着量が多いときに比べて前記酸化制御における目標酸化速度を小さくする請求項4に記載の排気浄化装置の異常診断システム。
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