JP7002312B2

JP7002312B2 - 診断装置及び内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP7002312B2
Application number: JP2017236409A
Authority: JP
Inventors: 尚裕久柴; 寿子岡崎; 康彰赤羽; 隆裕田辺
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2037-12-08
Also published as: JP2019105170A; DE102018215214A1

Description

本発明は、診断装置及び内燃機関の排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気中に含まれるＮＯ_Xを還元して排気を浄化する部材として、ＮＯ_X吸蔵触媒及びＮＯ_X選択還元触媒が知られている。ＮＯ_X吸蔵触媒は、内燃機関で燃焼される混合気が理論空燃比（ストイキ）に対して燃料希薄（リーン）状態のときに排気中のＮＯ_Xを吸蔵し、混合気がストイキ状態又は燃料過濃（リッチ）状態のときにＮＯ_Xを放出して、排気中の未燃炭化水素（ＨＣ：Hydrocarbon）と反応させることにより、ＮＯ_XをＮ₂に還元する。ＮＯ_X選択還元触媒は、ＮＯ_Xの還元成分としてのアンモニア（ＮＨ₃）を吸着する機能を有し、流入する排気中のＮＯ_XをＮＨ₃と反応させることにより、ＮＯ_XをＮ₂に還元する。

例えば、特許文献１には、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置の一態様として、ＮＯ_X吸蔵触媒及びＮＯ_X選択還元触媒をともに備えた排気浄化装置が開示されている。具体的に、特許文献１に開示された排気浄化装置では、ＮＯ_X吸蔵触媒とＮＯ_X選択還元触媒とがこの順に排気通路の上流側から順に配置されている。かかる排気浄化装置においては、ＮＯ_X吸蔵触媒でＮＯ_XとＨＣとの還元反応によりＮＨ₃が生成される場合に、ＮＯ_X選択還元触媒が当該ＮＨ₃を吸着する。そして、ＮＯ_X吸蔵触媒からＮＯ_Xが流出する場合に、ＮＯ_X選択還元触媒はＮＨ₃を用いてＮＯ_Xを還元する。

特表２００６－５２２２５７号公報

ここで、特許文献１に開示された排気浄化装置では、ＮＯ_X選択還元触媒の劣化が進んだ場合やＮＯ_X選択還元触媒が欠落（未装着）している場合、大気中へのＮＯ_XやＮＨ₃の放出量が増大するおそれがある。このため、ＮＯ_X選択還元触媒の欠落又は劣化を検出可能な診断機能があれば有意義である。

例えば、ＮＯ_X選択還元触媒が熱容量を持つことを利用して、ＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側に温度センサを設け、ＮＯ_X選択還元触媒の熱容量を考慮して作成した温度モデルと温度センサによる検出温度とを比較することにより、ＮＯ_X選択還元触媒の欠落を判定することが考えられる。

しかしながら、温度モデルと検出温度とを比較する方法の場合、診断結果の精度を高めるには、排気の温度変化が比較的少ない運転状態で診断を実行する必要があり、診断を実行可能な運転状態が限定的となる。また、ＮＯ_X選択還元触媒が劣化しても熱容量の変化は少ないことから、温度モデルと検出温度とを比較する方法の場合、ＮＯ_X選択還元触媒の欠落を検出することができる一方、ＮＯ_X選択還元触媒の劣化を検出することは困難である。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ＮＯ_X吸蔵触媒よりも下流側の排気通路に備えられたＮＯ_X選択還元触媒の欠落や劣化等の異常の検出精度を向上可能な診断装置及び内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、内燃機関の排気通路に上流側から順にＮＯ_X吸蔵触媒とＮＯ_X選択還元触媒とを備えた排気浄化装置におけるＮＯ_X選択還元触媒の異常を診断する診断装置において、ＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のアンモニア濃度の推定値である下流側アンモニア濃度推定値を算出する下流側アンモニア濃度推定部と、ＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたアンモニア濃度センサのセンサ信号に基づいてＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のアンモニア濃度の検出値である下流側アンモニア濃度検出値を取得する下流側アンモニア濃度検出部と、下流側アンモニア濃度推定値及び下流側アンモニア濃度検出値に基づいてＮＯ_X選択還元触媒の異常を判定する判定部と、を備える、診断装置が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、内燃機関の排気通路に備えられたＮＯ_X吸蔵触媒と、ＮＯ_X吸蔵触媒よりも下流側の排気通路に備えられたＮＯ_X選択還元触媒と、ＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたアンモニア濃度センサと、ＮＯ_X選択還元触媒の異常を診断する診断装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、診断装置は、ＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のアンモニア濃度の推定値である下流側アンモニア濃度推定値を算出する下流側アンモニア濃度推定部と、ＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたアンモニア濃度センサのセンサ信号に基づいてＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のアンモニア濃度の検出値である下流側アンモニア濃度検出値を取得する下流側アンモニア濃度検出部と、下流側アンモニア濃度推定値及び下流側アンモニア濃度検出値に基づいてＮＯ_X選択還元触媒の異常を判定する判定部と、を備える、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

以上説明したように本発明によれば、ＮＯ_X吸蔵触媒よりも下流側の排気通路に備えられたＮＯ_X選択還元触媒の欠落や劣化等の異常の検出精度を向上させることができる。

本実施形態に係る排気浄化装置の構成例を示す模式図である。診断装置（制御装置）の構成例を示すブロック図である。下流側アンモニア濃度検出値の積算値の変化を示す説明図である。診断装置（制御装置）の動作例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．内燃機関の排気浄化装置の全体構成＞
本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成例について説明する。図１は、排気浄化装置１０の構成例を示す模式図である。

排気浄化装置１０は、ディーゼルエンジン等に代表される内燃機関５の排気系に備えられる。本実施形態において、内燃機関５がディーゼルエンジンである例を説明する。内燃機関５は、各気筒に供給される燃料を噴射する燃料噴射システムを備える。燃料噴射システムは、例えば高圧の燃料を保持するコモンレールと、コモンレールに接続された複数の燃料噴射弁とを含むコモンレールシステムであってよい。ただし、内燃機関５は上記の構成例に限定されない。

内燃機関５の運転状態は、制御装置１００により制御される。内燃機関５では、燃焼される混合気の空燃比が、運転条件に応じてストイキ状態、燃料リーン状態又は燃料リッチ状態に切り換えられる。内燃機関５の排気には、ＮＯ_X、粒子状物質（ＰＭ）、一酸化炭素（ＣＯ）又はＨＣ等が含まれる。

排気浄化装置１０は、内燃機関５の排気管１１に配設された酸化触媒１９と、ＮＯ_X吸蔵触媒１５と、パティキュレートフィルタ１７と、ＮＯ_X選択還元触媒１３と、アンモニア濃度センサ２３とを備える。酸化触媒１９、ＮＯ_X吸蔵触媒１５、パティキュレートフィルタ１７及びＮＯ_X選択還元触媒１３は、排気の流れの上流側からこの順に排気管１１に配設されている。

酸化触媒１９は、排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ又はＮＯ等を酸化する。例えば、ＨＣ、ＣＯ又はＮＯは、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂又はＮＯ₂に酸化される。パティキュレートフィルタ１７は、排気中のＰＭを捕集するフィルタである。パティキュレートフィルタ１７に捕集されたＰＭは、適宜の時期に燃焼させられる。例えば内燃機関５の排気中に含まれる未燃のＨＣを増加させて酸化触媒１９で当該ＨＣが酸化する際に生じる酸化熱により排気温度を上昇させて、パティキュレートフィルタ１７に捕集されたＰＭを燃焼させる。なお、パティキュレートフィルタ１７に捕集されたＰＭを燃焼させる方法は、上記の例に限られない。

ＮＯ_X吸蔵触媒１５は、排気中のＮＯ_XをＨＣと反応させることにより、ＮＯ_XをＮ₂に還元する。具体的に、ＮＯ_X吸蔵触媒１５は、内燃機関５がリーン燃焼状態のときに排気中のＮＯ_Xを吸蔵し、内燃機関５がリッチ燃焼状態のときに吸蔵していたＮＯ_Xを放出し、排気中のＨＣ及びＣＯによってＮＯ_XをＮ₂へと還元する。ＮＯ_X吸蔵触媒１５におけるＮＯ_Xの還元時においては、ＮＨ₃も生成される。

ＮＯ_X選択還元触媒１３は、排気中のＮＯ_XをＮＨ₃と反応させることにより、ＮＯ_XをＮ₂に還元する。具体的に、ＮＯ_X選択還元触媒１３は、ＮＯ_X吸蔵触媒１５で生成されたＮＨ₃を吸着し、流入する排気中のＮＯ_XをＮＨ₃によってＮ₂へと還元する。ＮＯ_X選択還元触媒１３は、触媒温度が高いほどＮＨ₃の吸着可能量が減少する特性を有する。また、ＮＯ_X選択還元触媒１３は、ＮＨ₃吸着量が多いほどＮＯ_Xの還元効率が高くなる特性を有する。

アンモニア濃度センサ２３は、ＮＯ_X選択還元触媒１３よりも下流の排気管１１に設けられ、ＮＯ_X選択還元触媒１３から流出する排気中のアンモニア濃度を検出する。アンモニア濃度センサ２３のセンサ信号Ｓ＿ｎｈ₃は、制御装置１００に送信される。アンモニア濃度の情報は、ＮＯ_X選択還元触媒１３の異常診断に用いられる。

この他、排気管１１の適宜の位置に、排気温度を検出する一つ又は複数の排気温度センサが備えられていてもよい。排気温度センサのセンサ信号Ｓ＿ｔｇは制御装置１００に送信される。排気温度センサが設けられた位置での排気温度の情報は、ＮＯ_X吸蔵触媒１５又はＮＯ_X選択還元触媒１３の温度の推定に用いることができる。

＜２．診断装置（制御装置）＞
次に、本実施形態に係る診断装置として機能する制御装置１００の構成例について説明する。図２は、制御装置１００の構成例を示すブロック図である。図示した制御装置１００は、内燃機関５の運転状態を制御する制御装置１００である。なお、制御装置１００は、１つの制御装置から構成されていてもよく、あるいは、複数の制御装置が互いに通信可能に接続されて構成されていてもよい。

制御装置１００はそれぞれＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサと電気回路等を備えて構成され、プロセッサがコンピュータプログラムを実行することにより種々の機能が実現される装置であってよい。なお、制御装置１００の一部又は全部は、例えば、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサユニット等で構成されていてもよく、また、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよく、また、ＣＰＵ等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。

制御装置１００は、上流側アンモニア濃度取得部１１２と、下流側アンモニア濃度推定部１１４と、下流側アンモニア濃度検出部１１６と、判定部１１８とを備えている。これらの各部は、プロセッサによるコンピュータプログラムの実行により実現される機能であってよい。また、制御装置１００は、ＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）等の１つ又は複数の記憶素子を含む記憶部を備えている。記憶部は、プロセッサにより実行されるコンピュータプログラム、演算に用いられる制御パラメータ、プロセッサによる演算結果、及び取得したセンサ値等を記憶する。記憶部は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やストレージ装置等を含んでいてもよい。

（上流側アンモニア濃度取得部）
上流側アンモニア濃度取得部１１２は、ＮＯ_X吸蔵触媒１５よりも下流側、かつ、ＮＯ_X選択還元触媒１３よりも上流側の排気通路内のアンモニア濃度の推定値（上流側アンモニア濃度推定値）NH₃_us_modを算出する。ＮＯ_X選択還元触媒１３よりも上流側の排気に含まれるＮＨ₃は、ＮＯ_X吸蔵触媒１５において生成されたＮＨ₃である。ＮＯ_X吸蔵触媒１５では、下記反応式（１）にしたがってＮＨ₃が生成される。
３．５Ｈ₂＋ＮＯ₂→ＮＨ₃＋２Ｈ₂Ｏ … （１）

例えば、上流側アンモニア濃度取得部１１２は、ＮＯ_X吸蔵触媒１５の温度、内燃機関５がリッチ燃焼状態に切り換えられたときのＮＯ_X吸蔵量、内燃機関５のリッチ燃焼状態でのリッチ度合（空燃比）及び内燃機関５のリッチ燃焼時間等の情報に基づいて上流側アンモニア濃度NH₃_us_modを算出する。ＮＯ_X吸蔵触媒１５の温度は、例えば排気温度に基づいて推定することができる。内燃機関５のリッチ燃焼状態におけるＮＯ_X吸蔵量、リッチ度合、及びリッチ燃焼時間は、例えば内燃機関５の運転条件に基づいて推定することができる。

なお、ＮＯ_X吸蔵触媒１５よりも下流側、かつ、ＮＯ_X選択還元触媒１３よりも上流側の排気通路内のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度センサを備える場合、上流側アンモニア濃度取得部１１２は、当該アンモニア濃度センサのセンサ信号に基づいて上流側アンモニア濃度NH₃_us_modを取得してもよい。

（下流側アンモニア濃度推定部）
下流側アンモニア濃度推定部１１４は、ＮＯ_X選択還元触媒１３よりも下流側の排気通路内のアンモニア濃度の推定値（下流側アンモニア濃度推定値）NH₃_ds_modを算出する。ＮＯ_X選択還元触媒１３よりも下流側の排気に含まれるＮＨ₃は、ＮＯ_X吸蔵触媒１５で生成されて流出するＮＨ₃のうち、ＮＯ_X選択還元触媒１３に吸着されるＮＨ₃を除いたＮＨ₃である。上述のとおり、ＮＯ_X選択還元触媒１３におけるＮＨ₃の最大吸着量は、ＮＯ_X選択還元触媒１３の温度によって変化する。また、ＮＯ_X選択還元触媒１３に吸着されたＮＨ₃量は、ＮＯ_Xと反応することによって減少する。ＮＯ_X選択還元触媒１３では、下記反応式（２）にしたがってＮＯ_Xの還元反応が生じる。
４ＮＨ₃＋３ＮＯ₂→３．５Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ … （２）

例えば、下流側アンモニア濃度推定部１１４は、所定の処理サイクルごとに、上流側アンモニア濃度NH₃_us_mod、ＮＯ_X選択還元触媒１３の温度、及びＮＯ_X選択還元触媒１３に流入する排気のＮＯ_X濃度に基づいて下流側アンモニア濃度NH₃_ds_modを算出する。下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modは、例えば下記式（３）にしたがって求めることができる。
NH₃_ds_mod＝｛Vn_in－（Vn_str_max－Vn_str_act）－Vn_red｝／Vgas
… （３）
Vn_in：ＮＯ_X選択還元触媒に流入するＮＨ₃量
Vn_str_max：ＮＯ_X選択還元触媒におけるＮＨ₃の最大吸着量
Vn_str_act：ＮＯ_X選択還元触媒における現在のＮＨ₃吸着量
Vn_red：ＮＯ_X選択還元触媒に流入するＮＯ_Xの還元に必要なＮＨ₃量
Vgas：排気量

ＮＯ_X選択還元触媒１３に流入するNH₃量Vn_inは、上流側アンモニア濃度取得部１１２で取得された上流側アンモニア濃度NH₃_us_modに、今回の処理サイクル中の排気量Vgasを乗じることにより算出することができる。排気量Vgasは、内燃機関５の運転条件の情報を用いることができる。ＮＯ_X選択還元触媒１３におけるＮＨ₃の最大吸着量Vn_str_maxは、ＮＯ_X選択還元触媒１３の温度に応じて設定することができる。ＮＯ_X選択還元触媒１３の温度は、排気温度に基づいて推定することができる。ＮＯ_X選択還元触媒１３における現在のＮＨ₃吸着量Vn_str_actは、流入ＮＨ₃量Vn_inからＮＯ_Xの還元に必要なＮＨ₃量Vn_redを引いた値を、前回の処理サイクルにおけるＮＨ₃吸着量Vn_str_actに加算することで求めることができる。

（下流側アンモニア濃度検出部）
下流側アンモニア濃度検出部１１６は、アンモニア濃度センサ２３のセンサ信号Ｓ＿ｎｈ₃に基づいて下流側アンモニア濃度（下流側アンモニア濃度検出値）NH₃_ds_detを検出する。

（判定部）
判定部１１８は、少なくとも下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_mod及び下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detに基づいてＮＯ_X選択還元触媒１３の異常を判定する。本実施形態では、判定部１１８は、上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_mod、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_mod及び下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detに基づいて、ＮＯ_X選択還元触媒１３の欠落及び劣化を判定する。

ＮＯ_X選択還元触媒１３に欠落や劣化等の異常がない場合、アンモニア濃度センサ２３のセンサ信号Ｓ＿ｎｈ₃に基づいて得られる下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detは、下流側アンモニア濃度推定部１１４で推定される下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modに近似する。一方、ＮＯ_X選択還元触媒１３に欠落や劣化等の異常が生じている場合、ＮＯ_X選択還元触媒１３に流入するＮＨ₃のうち、ＮＯ_X選択還元触媒１３に吸着されるＮＨ₃の量は減少し、また、ＮＯ_Xの還元反応に用いられるＮＨ₃の量も減少する。このため、下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detは、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modよりも大きい値となる。したがって、判定部１１８は、下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detと下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modとを比較することにより、ＮＯ_X選択還元触媒１３の異常の有無を判定することができる。

さらに、ＮＯ_X選択還元触媒１３が欠落している場合、ＮＯ_X選択還元触媒１３に吸着されるＮＨ₃の量、及び、ＮＯ_Xとの還元反応に用いられるＮＨ₃の量はいずれもほぼゼロとなる。このため、下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detは、上流側アンモニア濃度取得部１１２で推定される上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modに近似する。一方、ＮＯ_X選択還元触媒１３が劣化している場合、ＮＯ_X選択還元触媒１３に流入するＮＨ₃の一部は、ＮＯ_X選択還元触媒１３に吸着され、又は、ＮＯ_Xの還元反応に用いられる。このため、下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detは、上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modよりも小さい値となる。したがって、判定部１１８は、ＮＯ_X選択還元触媒１３の異常時に、上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modと下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detとを比較することにより、ＮＯ_X選択還元触媒１３の欠落又は劣化を判定することができる。

また、判定部１１８は、所定期間における下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detの積算値と、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modの積算値あるいは上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modの積算値とを比較してもよい。それぞれの積算値を比較することにより、下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detと、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modあるいは上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modとの差をより判別しやすくすることができる。

図３は、ＮＯ_X選択還元触媒１３の正常時、欠落時、及び劣化時における下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detの違いを示す説明図である。図３は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_det、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_mod、及び上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modを積算した例を示している。

ＮＯ_X選択還元触媒１３が正常に機能している場合、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modの値は、上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modよりも小さくなる。このため、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modの積算値は、上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modの積算値よりも小さい値で推移する。そして、ＮＯ_X選択還元触媒１３の正常時には、下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detの積算値は、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modの積算値とほぼ同じように推移する。

一方、ＮＯ_X選択還元触媒１３が欠落している場合、下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detは、上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modの積算値とほぼ同じように推移する。また、ＮＯ_X選択還元触媒１３が劣化している場合、下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detは、上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modと下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modとの間を推移する。図３に示した例では、下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detが、上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_mod及び下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modの中間値をとりつつ推移している。

したがって、判定部１１８は、時刻ｔ２における下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detの積算値と下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modの積算値との差が小さい場合には、ＮＯ_X選択還元触媒１３が正常に機能していると判定することができる。また、時刻ｔ２における下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detの積算値と下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modの積算値との差が大きい場合、判定部１１８は、時刻ｔ２における上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modの積算値と下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detの積算値との差が小さい場合には、ＮＯ_X選択還元触媒１３が欠落していると判定することができる。

ＮＯ_X選択還元触媒１３の欠落時には、ＮＯ_X選択還元触媒１３が意図的に除去されていることも考えられるため、判定部１１８は、例えば内燃機関５を強制的に停止させる処置を取るようにしてもよい。また、ＮＯ_X選択還元触媒１３の劣化時には、判定部１１８は、例えば警告ランプを点灯させたり警報を鳴らしたりすることで、運転者等にＮＯ_X選択還元触媒１３の交換を促すようにしてもよい。

＜３．診断装置の動作例＞
次に、図４のフローチャートを参照して、診断装置として機能する制御装置１００の動作例を説明する。

まず、制御装置１００の上流側アンモニア濃度取得部１１２、下流側アンモニア濃度推定部１１４及び下流側アンモニア濃度検出部１１６は、下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_det、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_mod、及び上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modの積算を開始する（ステップＳ１１）。次いで、上流側アンモニア濃度取得部１１２及び下流側アンモニア濃度推定部１１４は、それぞれ上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_mod及び下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modを算出し、下流側アンモニア濃度検出部１１６は下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detを検出する（ステップＳ１３）。

次いで、上流側アンモニア濃度取得部１１２、下流側アンモニア濃度推定部１１４及び下流側アンモニア濃度検出部１１６は、それぞれステップＳ１３で得られた上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_mod、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_mod及び下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detを積算する（ステップＳ１５）。

次いで、上流側アンモニア濃度取得部１１２、下流側アンモニア濃度推定部１１４及び下流側アンモニア濃度検出部１１６は、積算を開始してからの経過時間が、あらかじめ設定された所定時間を経過したか否かを判別する（ステップＳ１７）。所定時間は、診断結果の信頼性の許容範囲等を考慮して、適宜の時間に設定されてよい。

経過時間が所定時間を経過していない場合（Ｓ１７／Ｎｏ）、上流側アンモニア濃度取得部１１２、下流側アンモニア濃度推定部１１４及び下流側アンモニア濃度検出部１１６は、ステップＳ１３に戻って、上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_mod、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_mod及び下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detの算出あるいは検出、及び積算を繰り返す。

一方、経過時間が所定時間を経過した場合（Ｓ１７／Ｙｅｓ）、制御装置１００の判定部１１８は、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modの積算値∫NH₃_ds_modと下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detの積算値∫NH₃_ds_detとの差の絶対値が閾値αを超えているか否かを判別する（ステップＳ１９）。閾値αは、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modの誤差や、積算を行う所定時間の長さ等を考慮して、適切な値に設定することができる。

絶対値｜∫NH₃_ds_mod－∫NH₃_ds_det｜が閾値α以下の場合（Ｓ１９／Ｎｏ）、判定部１１８は、ＮＯ_X選択還元触媒２３が正常に機能している（異常無し）と判定し（ステップＳ２７）、本ルーチンを終了する。一方、絶対値｜∫NH₃_ds_mod－∫NH₃_ds_det｜が閾値αを超える場合（Ｓ１９／Ｙｅｓ）、判定部１１８は、上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modの積算値∫NH₃_us_modと下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detの積算値∫NH₃_ds_detとの差の絶対値が閾値β未満であるか否かを判別する（ステップＳ２１）。閾値βは、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modの誤差や、積算を行う所定時間の長さ等を考慮して、適切な値に設定することができる。閾値βは、閾値αと同じ値であってもよく、異なる値であってもよい。

絶対値｜∫NH₃_us_mod－∫NH₃_ds_det｜が閾値β未満の場合（Ｓ２１／Ｙｅｓ）、判定部１１８は、ＮＯ_X選択還元触媒２３が欠落していると判定し（ステップＳ２３）、本ルーチンを終了する。一方、絶対値｜∫NH₃_us_mod－∫NH₃_ds_det｜が閾値β以上の場合（Ｓ２１／Ｎｏ）、判定部１１８は、ＮＯ_X選択還元触媒２３が劣化していると判定し（ステップＳ２５）、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関５の排気浄化装置１０は、排気通路の上流側から順にＮＯ_X吸蔵触媒１５及びＮＯ_X選択還元触媒１３を備えるとともに、ＮＯ_X選択還元触媒１３よりも下流側にアンモニア濃度センサ２３を備えている。かかる排気浄化装置１０のＮＯ_X選択還元触媒１３の異常を診断する診断装置として機能する制御装置１００は、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_mod及び下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detに基づいてＮＯ_X選択還元触媒１３の異常の有無を判定する。したがって、制御装置１００は、ＮＯ_X選択還元触媒１３が正常に機能していない異常状態を検知することができる。

また、本実施形態において、制御装置１００は、ＮＯ_X選択還元触媒１３の異常時に、さらに上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_mod及び下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detに基づいて、ＮＯ_X選択還元触媒１３の欠落又は劣化を判定する。したがって、制御装置１００は、ＮＯ_X選択還元触媒１３の異常の状態に応じた処理を実行することができる。

また、本実施形態において、制御装置１００は、上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modの積算値∫NH₃_us_mod、下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modの積算値∫NH₃_ds_mod及び下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detの積算値∫NH₃_ds_detを用いてＮＯ_X選択還元触媒１３の異常を判定する。したがって、下流側アンモニア濃度検出値NH₃_ds_detと、上流側アンモニア濃度推定値NH₃_us_modあるいは下流側アンモニア濃度推定値NH₃_ds_modとの差をより判別しやすくなって、ＮＯ_X選択還元触媒１３の異常診断結果の信頼性を向上させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

５・・・内燃機関、１０・・・排気浄化装置、１１・・・排気管、１３・・・ＮＯ_X選択還元触媒、１５・・・ＮＯ_X吸蔵触媒、２３・・・アンモニア濃度センサ、１００・・・制御装置（診断装置）、１１２・・・上流側アンモニア濃度取得部、１１４・・・下流側アンモニア濃度推定部、１１６・・・下流側アンモニア濃度検出部、１１８・・・判定部

Claims

内燃機関の排気通路に上流側から順にＮＯ_X吸蔵触媒とＮＯ_X選択還元触媒とを備えた排気浄化装置における前記ＮＯ_X選択還元触媒の異常を診断する診断装置において、
前記ＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のアンモニア濃度の推定値である下流側アンモニア濃度推定値を算出する下流側アンモニア濃度推定部と、
前記ＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたアンモニア濃度センサのセンサ信号に基づいて前記ＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のアンモニア濃度の検出値である下流側アンモニア濃度検出値を取得する下流側アンモニア濃度検出部と、
前記下流側アンモニア濃度推定値及び前記下流側アンモニア濃度検出値に基づいて前記ＮＯ_X選択還元触媒の異常を判定する判定部と、
を備え、
前記判定部は、前記ＮＯ _X 吸蔵触媒からアンモニアが流出する期間における前記下流側アンモニア濃度推定値及び前記下流側アンモニア濃度検出値を用いて前記ＮＯ _X 選択還元触媒の異常を判定する、診断装置。
前記判定部は、前記下流側アンモニア濃度推定値の積算値及び前記下流側アンモニア濃度検出値の積算値を用いて、前記ＮＯ_X選択還元触媒の異常を判定する、請求項１に記載の診断装置。
内燃機関の排気通路に上流側から順にＮＯ _X 吸蔵触媒とＮＯ _X 選択還元触媒とを備えた排気浄化装置における前記ＮＯ _X 選択還元触媒の異常を診断する診断装置において、
前記ＮＯ _X 選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のアンモニア濃度の推定値である下流側アンモニア濃度推定値を算出する下流側アンモニア濃度推定部と、
前記ＮＯ _X 選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたアンモニア濃度センサのセンサ信号に基づいて前記ＮＯ _X 選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のアンモニア濃度の検出値である下流側アンモニア濃度検出値を取得する下流側アンモニア濃度検出部と、
前記下流側アンモニア濃度推定値及び前記下流側アンモニア濃度検出値に基づいて前記ＮＯ _X 選択還元触媒の異常を判定する判定部と、
前記ＮＯ_X吸蔵触媒よりも下流側、かつ、前記ＮＯ_X選択還元触媒よりも上流側の排気通路内のアンモニア濃度の検出値又は推定値である上流側アンモニア濃度を求める上流側アンモニア濃度取得部を備え、
前記判定部は、前記上流側アンモニア濃度、前記下流側アンモニア濃度推定値及び前記下流側アンモニア濃度検出値に基づいて、前記ＮＯ_X選択還元触媒の欠落及び劣化を判定する、診断装置。
前記判定部は、前記上流側アンモニア濃度の積算値、前記下流側アンモニア濃度推定値の積算値及び前記下流側アンモニア濃度検出値の積算値を用いて、前記ＮＯ_X選択還元触媒の欠落及び劣化を判定する、請求項３に記載の診断装置。
前記判定部は、前記ＮＯ_X吸蔵触媒からアンモニアが流出する期間における前記上流側アンモニア濃度、前記下流側アンモニア濃度推定値及び前記下流側アンモニア濃度検出値を用いて前記ＮＯ_X選択還元触媒の欠落及び劣化を判定する、請求項３又は４に記載の診断装置。
内燃機関の排気通路に備えられたＮＯ_X吸蔵触媒と、
前記ＮＯ_X吸蔵触媒よりも下流側の排気通路に備えられたＮＯ_X選択還元触媒と、
前記ＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたアンモニア濃度センサと、
前記ＮＯ_X選択還元触媒の異常を診断する診断装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記診断装置は、
前記ＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のアンモニア濃度の推定値である下流側アンモニア濃度推定値を算出する下流側アンモニア濃度推定部と、
前記ＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたアンモニア濃度センサのセンサ信号に基づいて前記ＮＯ_X選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のアンモニア濃度の検出値である下流側アンモニア濃度検出値を取得する下流側アンモニア濃度検出部と、
前記下流側アンモニア濃度推定値及び前記下流側アンモニア濃度検出値に基づいて前記ＮＯ_X選択還元触媒の異常を判定する判定部と、
を備え、
前記判定部は、前記ＮＯ _X 吸蔵触媒からアンモニアが流出する期間における前記下流側アンモニア濃度推定値及び前記下流側アンモニア濃度検出値を用いて前記ＮＯ _X 選択還元触媒の異常を判定する、内燃機関の排気浄化装置。