JPWO2013161032A1 - 内燃機関の排気浄化装置の異常判定システム - Google Patents

Abstract

ＮＨ３センサの異常を高精度に判定する。このため、内燃機関の排気通路に設けられてＮＨ３を還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、該ＮＯｘ触媒よりも上流側から還元剤を供給する供給装置と、該ＮＯｘ触媒よりも下流側でＮＯｘ及びＮＨ３を検出するＮＯｘセンサと、該ＮＯｘ触媒よりも下流側でＮＨ３を検出するＮＨ３センサと、を備えた内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムにおいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒からＮＨ３が流出しているときに、ＮＯｘセンサの検出値とＮＯｘ濃度の推定値との差である推定ＮＨ３濃度と、ＮＨ３センサにより検出されるＮＨ３濃度と、の差の絶対値が閾値以上の場合に、ＮＨ３センサに異常があると判定する。

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムに関する。

内燃機関の排気通路に選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）を配置する技術が知られている。このＳＣＲ触媒は、ＮＨ_３を吸着し、該ＮＨ_３によりＮＯｘを還元することができる。

ここで、内燃機関の排気通路に、上流側から順に、尿素添加弁、ＳＣＲ触媒、アンモニア酸化触媒、ＮＯｘセンサを備え、ＳＣＲ触媒、アンモニア酸化触媒、尿素添加弁、ＮＯｘセンサの夫々について異常があるか否か判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、ＮＨ_３センサを用いてＳＣＲ触媒の劣化判定を実施する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

ところで、大気中へのＮＨ_３の排出量をより低減することが望まれている。これに対して、ＮＨ_３センサの検出値に基づいて還元剤の供給量を制御することが考えられる。しかし、ＮＨ_３センサに異常が発生することもあり得る。このため、ＮＨ_３センサが異常であるか否か判定する必要もある。このＮＨ_３センサの異常判定については、今までにあまり検討されていないので、検討の余地がある。

特開２０１２−０３１８２６号公報 特開２０１１−１２２４９２号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＨ_３センサの異常を高精度に判定することにある。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムは、
内燃機関の排気通路に設けられてＮＨ_３を還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する供給装置と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘ及びＮＨ_３を検出するＮＯｘセンサと、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路に設けられ、排気中のＮＨ_３を検出するＮＨ_３センサと、
を備えた内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムにおいて、
前記ＮＯｘセンサの検出値を用いずに前記ＮＯｘセンサを通過する排気中のＮＯｘ濃度を推定する推定部と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒からＮＨ_３が流出しているときにおいて、前記ＮＯｘセンサの検出値と、前記推定部により推定されるＮＯｘ濃度と、の差である推定ＮＨ_３濃度と、前記ＮＨ_３センサにより検出されるＮＨ_３濃度と、の差の絶対値が閾値以上の場合に、前記ＮＨ_３センサに異常があると判定する判定部と、
を備える。

ＮＯｘセンサは、ＮＯｘの他にＮＨ_３も検出する。このため、ＮＯｘセンサの検出値だけでは、ＮＯｘとＮＨ_３とを区別することができない。しかし、ＮＯｘセンサを通過する排気中のＮＯｘ濃度は、ある程度の精度で推定することができる。したがって、ＮＯｘセンサの検出値から、推定されるＮＯｘ濃度を減算することにより、ＮＨ_３の濃度を推定することができる。一方、ＮＨ_３センサは、ＮＨ_３のみを検出する。そして、ＮＨ_３センサが正常であれば、ＮＯｘセンサの検出値から推定されるＮＨ_３濃度と、ＮＨ_３センサの検出値と、の差は小さいはずである。したがって、この差が大きなときには、ＮＨ_３センサに異常があると判定することができる。すなわち、推定ＮＨ_３濃度と、ＮＨ_３センサの検出値と、の差の絶対値が閾値以上の場合に、ＮＨ_３センサに異常があると判定することができる。この閾値は、ＮＨ_３センサに異常があるときの推定ＮＨ_３濃度と、ＮＨ_３センサの検出値と、の差の絶対値の下限値である。

なお、ＮＯｘセンサが正常であるか否かを、周知の技術により判定しておいてもよい。また、供給装置は、還元剤としてＮＨ_３を供給してもよいが、これに代えて、ＮＨ_３に変化する物質（例えば、尿素）を供給してもよい。供給装置から供給される物質が、最終的にＮＨ_３になればよい。また、推定部は、例えば内燃機関の運転状態及びＳＣＲ触媒の状態に基づいて、ＮＯｘ濃度を推定してもよい。また、ＮＯｘ濃度をＮＯｘ量とし、ＮＨ_３濃度をＮＨ_３量として考えてもよい。

また、本発明においては、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側で且つ前記ＮＯｘセンサ及びＮＨ_３センサよりも上流側の排気通路に設けられ、ＮＨ_３を酸化するアンモニア酸化触媒と、
前記アンモニア酸化触媒の温度を取得する温度取得部と、
前記アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量を取得する排気流量取得部と、
を備え、
前記判定部は、前記温度取得部により取得される温度及び前記排気流量取得部により取得される排気の量に基づいて決定される前記アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生しない条件下で前記ＮＨ_３センサに異常があるか否か判定することができる。

ここで、アンモニア酸化触媒では、ＮＨ_３がＮＯｘに変化することがある。ＮＨ_３がＮＯｘに変化すると、ＮＯｘセンサの検出値は変化しないものの、ＮＨ_３センサの検出値は減少する。このため、ＮＨ_３センサの異常を判定する精度が低下し得る。

そして、アンモニア酸化触媒において、ＮＨ_３がＮＯｘに変化するか否かは、アンモニア酸化触媒の温度及びアンモニア酸化触媒へ流入する排気の量と関係している。すなわち、アンモニア酸化触媒の温度及びアンモニア酸化触媒へ流入する排気の量に基づいて、アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生しない条件が決まる。この条件下でＮＨ_３センサの異常を判定することにより、判定精度をより高めることができる。

また、本発明においては、前記判定部は、前記温度取得部により取得される温度及び前記排気流量取得部により取得される排気の量に基づいて決定される前記アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出する条件下で前記ＮＨ_３センサに異常があるか否か判定することができる。

すなわち、アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生せず、且つ、アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出する条件下で判定を行う。ここで、ＮＨ_３がアンモニア酸化触媒を通過するときに酸化されると、ＮＯｘセンサ及びＮＨ_３センサにＮＨ_３が到達しなくなり得る。ＮＯｘセンサ及びＮＨ_３センサにＮＨ_３が到達しなければ、ＮＨ_３センサの異常を判定することができない。そこで、ＮＨ_３センサにＮＨ_３が到達するときにＮＨ_３センサの異常を判定する。

アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出するか否かは、アンモニア酸化触媒の温度及びアンモニア酸化触媒へ流入する排気の量と関係している。すなわち、アンモニア酸化触媒の温度及びアンモニア酸化触媒へ流入する排気の量に基づいて、アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出する条件が決まる。この条件下でＮＨ_３センサの異常を判定することにより、判定精度をより高めることができる。

また、本発明においては、前記判定部は、前記アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生せず、且つ、前記アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出しないときには、前記供給装置から供給する還元剤量を前記アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出するまで増量させた後に、前記ＮＨ_３センサに異常があるか否か判定することができる。

すなわち、現時点でアンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出していなければ、ＮＨ_３センサの異常を判定することができない。これに対し、アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出していないときに、供給装置から供給する還元剤量を増量させて、アンモニア酸化触媒からＮＨ_３を流出させれば、ＮＨ_３センサの異常を判定することができる。このようにして、ＮＨ_３センサの異常を判定可能な領域を広げることができる。

また、本発明においては、前記判定部は、前記アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生するか否かの境にあるときの前記アンモニア酸化触媒の温度及び前記アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量よりも、前記温度取得部により取得される温度が低く且つ前記排気流量取得部により取得される排気の量が多いときに、前記ＮＨ_３センサに異常があるか否か判定することができる。

アンモニア酸化触媒の温度が低いほど、また、アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量が多いほど、アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生し難くなる。そして、アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生するか否かは、アンモニア酸化触媒の温度、及び、アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量によって決まる。このため、アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生するか否かの境となる、アンモニア酸化触媒の温度と、アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量と、の関係が求まる。そして、アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生するか否かの境のアンモニア酸化触媒の温度、及び、アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量よりも、温度取得部により取得される温度が低く且つ排気流量取得部により取得される排気の量が多いときには、アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生しない。このときにＮＨ_３センサの異常を判定することにより、判定精度をより高めることができる。

なお、温度取得部により取得される温度、及び、排気流量取得部により取得される排気の量に代えて、これらと相関関係にある他の物理量を用いてもよい。

また、本発明においては、前記判定部は、
前記アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生するか否かの境にあるときの前記アンモニア酸化触媒の温度及び前記アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量よりも、前記温度取得部により取得される温度が低く且つ前記排気流量取得部により取得される排気の量が多いときで、
且つ、
前記アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出するか否かの境にあるときの前記アンモニア酸化触媒の温度及び前記アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量よりも、前記温度取得部により取得される温度が低く且つ前記排気流量取得部により取得される排気の量が多いときに、
前記ＮＨ_３センサに異常があるか否か判定することができる。

アンモニア酸化触媒の温度が低いほど、また、アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量が多いほど、アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出し易くなる。そして、アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出するか否かは、アンモニア酸化触媒の温度、及び、アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量によって決まる。このため、アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出するか否かの境となる、アンモニア酸化触媒の温度と、アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量と、の関係が求まる。そして、アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出するか否かの境のアンモニア酸化触媒の温度、及び、アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量よりも、温度取得部により取得される温度が低く且つ排気流量取得部により取得される排気の量が多いときには、アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出する。

一方、アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生するか否かの境にあるときのアンモニア酸化触媒の温度、及び、アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量よりも、温度取得部により取得される温度が低く且つ排気流量取得部により取得される排気の量が多いときには、アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生しない。そして、アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生しない条件と、アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出する条件と、を共に満たしたときにＮＨ_３センサの異常を判定することにより、判定精度をより高めることができる。

本発明によれば、ＮＨ_３センサの異常を高精度に判定することができる。

実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムの概略構成を示す図である。 ＮＯｘセンサとＮＨ_３センサとの検出値の関係を示した図である。 実施例１に係るＮＨ_３センサの異常を判定するフローを示したフローチャートである。 アンモニア酸化触媒の温度と、内燃機関の吸入空気量との関係を示した図である。 内燃機関の吸入空気量が比較的多いときのアンモニア酸化触媒の温度と、アンモニア酸化触媒に流入するＮＨ_３量、アンモニア酸化触媒で浄化可能なＮＨ_３量、及びアンモニア酸化触媒で発生するＮＯｘ量と、の関係を示した図である。 内燃機関の吸入空気量が中程度のときのアンモニア酸化触媒の温度と、アンモニア酸化触媒に流入するＮＨ_３量、アンモニア酸化触媒で浄化可能なＮＨ_３量、及びアンモニア酸化触媒で発生するＮＯｘ量と、の関係を示した図である。 内燃機関の吸入空気量が比較的少ないときのアンモニア酸化触媒の温度と、アンモニア酸化触媒に流入するＮＨ_３量、アンモニア酸化触媒で浄化可能なＮＨ_３量、及びアンモニア酸化触媒で発生するＮＯｘ量と、の関係を示した図である。 実施例２に係るＮＨ_３センサの異常を判定するフローを示したフローチャートである。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関であっても、また、ガソリン機関であってもよい。

内燃機関１には、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。吸気通路２には、該吸気通路２を流通する吸気の量を検出するエアフローメータ１１が設けられている。一方、排気通路３には、排気の流れ方向の上流側から順に、噴射弁４、選択還元型ＮＯｘ触媒５（以下、ＳＣＲ触媒５という。）、アンモニア酸化触媒６が設けられている。

噴射弁４は、還元剤を噴射するときに開き、還元剤の噴射を停止するときに閉じる。還元剤には、アンモニア（ＮＨ_３）が用いられる。なお、噴射弁４は、アンモニアを噴射してもよく、尿素水を噴射してもよい。噴射弁４から噴射された尿素水は、ＳＣＲ触媒５において加水分解されてアンモニアとなり、ＳＣＲ触媒５に吸着する。このアンモニアは、ＳＣＲ触媒５において還元剤として利用される。すなわち、噴射弁４からは、ＮＨ_３に変化する物質、または、ＮＨ_３を供給する。なお、本実施例においては噴射弁４が、本発明における供給装置に相当する。

ＳＣＲ触媒５は、還元剤が存在するときに、排気中のＮＯｘを還元する。したがって、ＳＣＲ触媒５に還元剤としてＮＨ_３を予め吸着させておけば、ＳＣＲ触媒５において、ＮＯｘをＮＨ_３により還元させることができる。

アンモニア酸化触媒６は、酸化能を有する触媒であればよく、たとえば酸化触媒または三元触媒であってもよい。アンモニア酸化触媒６は、ＳＣＲ触媒５から流出するＮＨ_３を酸化させる。なお、本実施例では、アンモニア酸化触媒６を設けなくてもよい。

ＳＣＲ触媒５よりも上流側の排気通路３には、排気の温度を検出する排気温度センサ１２が設けられている。排気温度センサ１２は、ＳＣＲ触媒５に流入する排気の温度を検出する。そして、この排気の温度に基づいて、ＳＣＲ触媒５またはアンモニア酸化触媒６の温度を推定することができる。なお、ＳＣＲ触媒５またはアンモニア酸化触媒６よりも下流側に温度センサを取り付けて、該温度センサによりＳＣＲ触媒５及びアンモニア酸化触媒６の温度を検出してもよい。また、内燃機関１の運転状態に基づいて、ＳＣＲ触媒５及びアンモニア酸化触媒６の温度を推定することもできる。例えば、機関回転数、燃料噴射量、及び吸入空気量と、ＳＣＲ触媒５及びアンモニア酸化触媒６の温度と、には相関関係があるため、これらの関係を予め実験等により求めてマップ化しておいてもよい。

また、アンモニア酸化触媒６よりも下流の排気通路３には、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１３、及び、排気中のＮＨ_３濃度を検出するＮＨ_３センサ１４が設けられている。ＮＯｘセンサ１３は、ＮＯｘの他、ＮＨ_３も同様に検出する。すなわち、ＮＯｘセンサ１３の検出値は、ＮＯｘ濃度とＮＨ_３濃度とを合わせた値となる。また、ＮＨ_３センサ１４は、ＮＨ_３のみを検出する。

なお、噴射弁４よりも上流側の排気通路３に、酸化触媒やパティキュレートフィルタを備えていてもよい。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。

ＥＣＵ１０には、上記センサの他、アクセルペダルの踏込量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１５、及び、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１６が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁４が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により噴射弁４が制御される。

そして、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘセンサ１３の検出値を利用して、ＮＨ_３センサ１４の異常を判定する。そして、ＮＨ_３センサ１４の異常を判定するときには、ＮＯｘセンサ１３及びＮＨ_３センサ１４においてＮＨ_３が検出されるように、ＳＣＲ触媒５において最大限吸着可能なＮＨ_３量よりも多いＮＨ_３を供給する。すなわち、ＳＣＲ触媒５からＮＨ_３を流出させる。ここで、図２は、ＮＯｘセンサ１３とＮＨ_３センサ１４との検出値の関係を示した図である。Ｔ０で示される時点に噴射弁４からのＮＨ_３の供給が開始される。このときには、ＳＣＲ触媒５に最大限吸着可能なＮＨ_３量よりも多いＮＨ_３を供給している。

ＮＯｘセンサ１３の検出値は、ＮＯｘ濃度とＮＨ_３濃度との合計値となる。そして、ＳＣＲ触媒５に最大限吸着可能なＮＨ_３量よりも多いＮＨ_３を供給していると、ＮＨ_３濃度が徐々に高くなるので、その分、ＮＯｘセンサ１３の検出値が高くなる。ここで、ＮＨ_３を供給しても、排気中のＮＯｘ濃度は変わらない。一方、ＮＨ_３センサ１３では、ＮＨ_３のみが検出されるので、ＮＨ_３濃度の上昇とともに、検出値も高くなる。

そして、アンモニア酸化触媒６よりも下流側のＮＯｘ濃度は、推定することができる。なお、アンモニア酸化触媒６よりも下流側のＮＯｘ濃度を推定した値を以下、「推定ＮＯｘ濃度」という。この推定ＮＯｘ濃度は、図４の「ＮＯｘセンサ検出値」において一点鎖線で示している。そして、ＮＯｘセンサ１３の検出値から、推定ＮＯｘ濃度を減算することにより、ＮＨ_３濃度を推定することができる。すなわち、ＮＯｘセンサ１３の検出値は、ＮＨ_３濃度とＮＯｘ濃度との合計値であるため、ＮＯｘセンサ１３の検出値及び推定ＮＯｘ濃度が分かれば、ＮＨ_３濃度を推定することができる。このようにして、推定されるＮＨ_３濃度を以下、「推定ＮＨ_３濃度」という。なお、本実施例においては推定ＮＯｘ濃度を算出するＥＣＵ１０が、本発明における推定部に相当する。

そして、ＥＣＵ１０は、推定ＮＨ_３濃度と、ＮＨ_３センサ１４の検出値と、を比較することにより、該ＮＨ_３センサ１４に異常があるか否か判定する。

推定ＮＨ_３濃度は、推定ＮＯｘ濃度に基づいて算出されるため、ある程度の誤差が含まれる。しかし、その誤差よりも、推定ＮＨ_３濃度と、ＮＨ_３センサ１４の検出値と、の差の絶対値が大きければ、ＮＨ_３センサ１４に異常があると考えられる。このようにして、ＥＣＵ１０は、ＮＨ_３センサ１４に異常があるか否か判定する。

図３は、本実施例に係るＮＨ_３センサ１４の異常を判定するフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定時間毎に実行される。

ステップＳ１０１では、ＮＯｘセンサ１３が正常であるか否か判定される。ＮＨ_３センサ１４の異常を判定するときにＮＯｘセンサ１３の検出値を利用するため、ＮＯｘセンサ１３が正常でなければ正確な判定ができない。このため、ＮＯｘセンサ１３が正常であることが必要となる。本ステップでは、周知の技術を利用して、ＮＯｘセンサ１３が正常であるか否か判定することができる。また、ＮＨ_３センサ１４以外の他の装置に異常がないことを予め周知の技術を利用して確認しておいてもよい。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ１０２では、ＮＨ_３センサ１４の異常を判定する要求があるか否か判定される。ＮＨ_３センサ１４の異常を判定する要求は、ＮＨ_３センサ１４の異常を判定する必要が生じたときになされる。例えば、所定時間毎にＮＨ_３センサ１４の異常を判定する要求があるとしてもよい。また、内燃機関１が始動される毎に、ＮＨ_３センサ１４の異常を判定する要求があるとしてもよい。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ１０３では、ＳＣＲ触媒５の温度が、閾値以上であるか否か判定される。本ステップでは、ＳＣＲ触媒５の温度が、活性温度となっているか否か判定される。すなわち、閾値は、ＳＣＲ触媒５の活性温度の下限値である。この閾値は、予め実験等により求めることができる。ここで、ＳＣＲ触媒５の温度が活性温度となっていれば、該ＳＣＲ触媒５において浄化されるＮＯｘ量を推定し易い。すなわち、ＳＣＲ触媒５におけるＮＯｘ濃度の減少量を推定し易い。このため、ＳＣＲ触媒５から流出する排気中のＮＯｘ濃度を容易に推定することができる。したがって、推定ＮＯｘ濃度を高精度に求めることができる。なお、ＳＣＲ触媒５から流出する排気中のＮＯｘ量またはＮＯｘ濃度を推定することができるのであれば、本ステップを省略してもよい。また、ＳＣＲ触媒５の温度が閾値以上になっていない場合に、該ＳＣＲ触媒５の温度を閾値まで上昇させてもよい。例えば、排気の温度を上昇さることによりＳＣＲ触媒５の温度を上昇させてもよく、ＳＣＲ触媒５をヒータ等で加熱してもよい。

なお、ＳＣＲ触媒５の温度は、排気温度センサ１２の検出値に基づいて求めることができる。また、ＳＣＲ触媒５にセンサを直接取り付けて該ＳＣＲ触媒５の温度を検出してもよい。また、内燃機関１の運転状態に応じてＳＣＲ触媒５の温度が変化するので、内燃機関１の運転状態に基づいてＳＣＲ触媒５の温度を推定してもよい。例えば、機関回転数、内燃機関１への燃料供給量、及び吸入空気量と、ＳＣＲ触媒５の温度と、の関係を実験等により求めてマップ化しておき、ＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。そして、ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ１０４では、噴射弁４からＮＨ_３が供給される。このときには、ＳＣＲ触媒５からＮＨ_３が流出するようにＮＨ_３を供給する。このため、ＮＯｘを還元するために必要となるＮＨ_３量よりも多くのＮＨ_３を供給する。

ここで、ＮＯｘを還元するのであれば、ＮＯｘの還元のために消費されるＮＨ_３を補充するように、噴射弁４からＮＨ_３を供給すればよい。すなわち、通常は、ＳＣＲ触媒５からＮＨ_３が流出しないように、噴射弁４からＮＨ_３が供給されている。一方、ＮＨ_３センサ１４の異常を判定するときには、ＳＣＲ触媒５におけるＮＨ_３の消費量よりも多くのＮＨ_３を供給する。例えば、ＮＯｘの還元のために必要となるＮＨ_３量よりも規定量だけ多いＮＨ_３を供給してもよい。

なお、ＳＣＲ触媒５におけるＮＨ_３の消費量は、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量と相関関係にあるため、内燃機関１の運転状態に基づいて算出することができる。この内燃機関１から排出されるＮＯｘ量は、例えば内燃機関１の吸入空気量、及び内燃機関１に供給される燃料量と相関関係にある。この関係を予め実験等により求めてマップ化しておけば、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量を、内燃機関１の吸入空気量と、内燃機関１に供給される燃料量と、から算出することができる。なお、内燃機関１の吸入空気量は、エアフローメータ１１の検出値である。また、内燃機関１に供給される燃料量を算出するのはＥＣＵ１０であるので、ＥＣＵ１０に記憶されている燃料量を用いることができる。そして、ステップＳ１０４の処理が完了したら、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５では、推定ＮＨ_３濃度が算出される。現時点でのＮＯｘセンサ１３の検出値から、推定ＮＯｘ濃度を減算することで、推定ＮＨ_３濃度が算出される。

ここで、推定ＮＯｘ濃度は、内燃機関１から排出されるガス中のＮＯｘ濃度から、ＳＣＲ触媒５にて浄化されるＮＯｘ濃度の減少分を減算することにより得る。内燃機関１から排出されるガス中のＮＯｘ濃度は、内燃機関１の吸入空気量、及び内燃機関１に供給される燃料量と相関関係にある。この関係を予め実験等により求めてマップ化しておけば、内燃機関１から排出されるガス中のＮＯｘ濃度を、内燃機関１の吸入空気量と、内燃機関１に供給される燃料量と、から算出することができる。

また、ＳＣＲ触媒５にて浄化されることにより低下するＮＯｘ濃度は、ＳＣＲ触媒５の温度及び内燃機関１の吸入空気量と相関関係にある。したがって、この関係を予め実験等により求めてマップ化しておけば、ＳＣＲ触媒５にて浄化されることにより低下するＮＯｘ濃度を、ＳＣＲ触媒５の温度と、内燃機関１の吸入空気量と、から算出することができる。そして、ステップＳ１０５の処理が完了したら、ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０６では、推定ＮＯｘ濃度と、ＮＨ_３センサ１４の検出値と、の差の絶対値が、閾値未満であるか否か判定する。この閾値は、ＮＨ_３センサ１４に異常があるときの、推定ＮＯｘ濃度と、ＮＨ_３センサ１４の検出値と、の差の絶対値の下限値である。この閾値は、予め実験等により求めておく。

ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進んで、ＮＨ_３センサ１４が正常であると判定される。一方、ステップＳ１０６で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進んで、ＮＨ_３センサ１４が異常であると判定される。

なお、ＮＨ_３センサ１４が正常であると判定された後に、該ＮＨ_３センサ１４の検出値を利用して、アンモニア酸化触媒６の劣化判定を実施してもよい。そして、本実施例においてはステップＳ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０８を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定部に相当する。

以上説明したように本実施例によれば、ＮＯｘセンサ１３の検出値及び推定ＮＯｘ濃度を利用して、ＮＨ_３センサ１４が異常であるか否か判定することができる。

＜実施例２＞
本実施例では、ＮＨ_３センサ１４の異常を判定するときの条件が、実施例１と異なる。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。

噴射弁４からＮＨ_３を供給してＳＣＲ触媒５からＮＨ_３を流出させたとしても、アンモニア酸化触媒６が設けられている場合には、該アンモニア酸化触媒６にてＮＨ_３が酸化され得る。すなわち、ＮＯｘセンサ１３及びＮＨ_３センサ１４にＮＨ_３が到達しないこともあるので、ＮＨ_３センサ１４の異常を判定することができなくなる虞がある。そこで、本実施例では、アンモニア酸化触媒６からＮＨ_３が流出する条件下で、ＮＨ_３センサ１４の異常を判定する。

ここで、内燃機関１の吸入空気量が多くなるほど、単位時間当たりにアンモニア酸化触媒６を通過する排気の量が多くなるために、アンモニア酸化触媒６にてＮＨ_３が反応し難くなるので、アンモニア酸化触媒６をＮＨ_３が通り抜け易くなる。また、アンモニア酸化触媒６の温度が低くなると、アンモニア酸化触媒６においてＮＨ_３が反応し難くなるので、アンモニア酸化触媒６をＮＨ_３が通り抜け易くなる。なお、現時点では、アンモニア酸化触媒６からＮＨ_３が流出していない場合であっても、噴射弁４からのＮＨ_３の供給量を増加させることにより、アンモニア酸化触媒６からＮＨ_３を流出させることができる。

また、アンモニア酸化触媒６の温度が高くなると、アンモニア酸化触媒６においてＮＨ_３がＮＯｘへと変化する。また、内燃機関１の吸入空気量が多くなるほど、単位時間当たりにアンモニア酸化触媒６に流入する排気の量が多くなるため、アンモニア酸化触媒６にてＮＨ_３が反応し難くなる。このため、内燃機関１の吸入空気量が多くなるほど、ＮＨ_３がＮＯｘへと変化し難くなる。

ＮＨ_３がＮＯｘへと変化してもＮＯｘセンサ１３の検出値は変化しないが、ＮＨ_３センサ１４の検出値は減少する。このＮＨ_３センサ１４の検出値の減少により、異常判定の精度が低下する。そこで、本実施例では、アンモニア酸化触媒６において、ＮＨ_３がＮＯｘへと変化しない条件下で、ＮＨ_３センサ１４の異常を判定する。なお、内燃機関１の吸入空気量と、アンモニア酸化触媒６に流入する排気の量と、には相関関係があるため、内燃機関１の吸入空気量に基づいて、アンモニア酸化触媒６に流入する排気の量を算出ことができる。そして、本実施例においては内燃機関１の吸入空気量に基づいてアンモニア酸化触媒６に流入する排気の量を算出するＥＣＵ１０が、本発明における排気流量取得部に相当する。なお、アンモニア酸化触媒６に流入する排気の量を求めずに、内燃機関１の吸入空気量に基づいてＮＨ_３センサ１４の異常を判定する条件を決定することもできる。したがって、以下では、アンモニア酸化触媒６に流入する排気の量を求めずに、内燃機関１の吸入空気量に基づいてＮＨ_３センサ１４の異常を判定する条件を決定する。なお、内燃機関１の吸入空気量を、アンモニア酸化触媒６に流入する排気の量に置き換えることもできる。

ここで、図４は、アンモニア酸化触媒６の温度と、内燃機関１の吸入空気量との関係を示した図である。図４において、実線は、アンモニア酸化触媒６をＮＨ_３が通り抜けるか否かの境を示している。実線よりも吸入空気量が多いか、又は、アンモニア酸化触媒６の温度が低いときに、アンモニア酸化触媒６をＮＨ_３が通り抜ける。すなわち、図４において、ＡおよびＤで示した領域であれば、アンモニア酸化触媒６をＮＨ_３が通り抜ける。

また、図４において、一点鎖線は、アンモニア酸化触媒６においてＮＨ_３がＮＯｘに変化するか否かの境を示している。一点鎖線よりも吸入空気量が多いか、又は、アンモニア酸化触媒６の温度が低いときには、ＮＨ_３がＮＯｘに変化しない。すなわち、図４において、ＡおよびＢで示した領域であれば、ＮＨ_３がＮＯｘに変化しない。

次に、図５，６，７は、アンモニア酸化触媒６の温度と、アンモニア酸化触媒６に流入するＮＨ_３量、アンモニア酸化触媒６で浄化されるＮＨ_３量、及びアンモニア酸化触媒６で発生するＮＯｘ量と、の関係を示した図である。アンモニア酸化触媒６で浄化されるＮＨ_３量とは、アンモニア酸化触媒６において、ＮＨ_３がＮ_２まで変化するＮＨ_３量である。

図５は、内燃機関１の吸入空気量が比較的多いときであり、図６は、内燃機関１の吸入空気量が中程度のときであり、図７は、内燃機関１の吸入空気量が比較的少ないときである。図５，６，７において、二点鎖線は、アンモニア酸化触媒６に流入するＮＨ_３量を示し、一点鎖線は、アンモニア酸化触媒６で浄化されるＮＨ_３量を示し、実線は、アンモニア酸化触媒６で発生するＮＯｘ量を示している。また、図５，６，７において、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、図４におけるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの領域に対応している。

図５に示されるように、内燃機関１の吸入空気量が比較的多いときには、アンモニア酸化触媒６に流入するＮＨ_３量が多くなる。このため、アンモニア酸化触媒６の温度の全域において、アンモニア酸化触媒６に流入するＮＨ_３量が、アンモニア酸化触媒６で浄化されるＮＨ_３量よりも多くなる。したがって、アンモニア酸化触媒６ではＮＨ_３を浄化しきれないので、下流にＮＨ_３が流出する。また、Ｄで示される領域では、アンモニア酸化触媒６におけるＮＨ_３の酸化能力が低下し、ＮＨ_３がＮ_２に変化する前の状態であるＮＯｘが排出される。

また、図６に示されるように、内燃機関１の吸入空気量が中程度のときには、内燃機関１の吸入空気量が比較的多いときよりも、アンモニア酸化触媒６に流入するＮＨ_３量が少なくなる。このため、Ｂで示される領域においては、アンモニア酸化触媒６に流入するＮＨ_３量と、アンモニア酸化触媒６で浄化されるＮＨ_３量と、がほぼ同じなるので、アンモニア酸化触媒６からＮＨ_３が流出しなくなる。また、Ｃで示される領域においては、アンモニア酸化触媒６からＮＨ_３が流出しないものの、ＮＯｘの発生量が多くなる。

また、図７に示されるように、内燃機関１の吸入空気量が比較的少ないときには、内燃機関１の吸入空気量が中程度のときよりも、アンモニア酸化触媒６に流入するＮＨ_３量が少なくなる。このため、Ｂで示される領域では、アンモニア酸化触媒６に流入するＮＨ_３量よりも、アンモニア酸化触媒６で浄化可能なＮＨ_３量が多くなるので、アンモニア酸化触媒６からＮＨ_３が流出しない。また、Ｃで示される領域がアンモニア酸化触媒６の温度がより低い側に拡大する。すなわち、ＮＯｘが発生する温度領域が広くなる。

そして、図４においてＡで示した領域であれば、アンモニア酸化触媒６をＮＨ_３が通り抜け、且つ、ＮＨ_３がＮＯｘに変化しない。したがって、図４のＡの領域でＮＨ_３センサ１４の異常を判定すればよい。また、図４のＢの領域であっても、ＮＨ_３の供給量を増量することにより、アンモニア酸化触媒６をＮＨ_３が通り抜けるので、ＮＨ_３センサ１４の異常を判定することができる。つまり、ＮＨ_３の供給量を増量することにより、ＮＨ_３センサ１４の異常を判定することができる領域を広げることができる。なお、通常、内燃機関１が始動されてから停止されるまでの間に、図４のＡまたはＢの領域に少なくとも１回は入るので、ＮＨ_３センサ１４の異常を判定する機会は確保される。

図８は、本実施例に係るＮＨ_３センサ１４の異常を判定するフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定時間毎に実行される。なお、図３に示したフローチャートと比較して、ステップＳ２０１のみが異なるため、ステップＳ２０１のみを説明する。

ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合に、ステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、内燃機関１の吸入空気量及びアンモニア酸化触媒６の温度が、図４におけるＡまたはＢで示される領域であるか否か判定される。すなわち、少なくともアンモニア酸化触媒６にてＮＯｘが発生しない領域であるか否か判定される。なお、本ステップでは、内燃機関１の吸入空気量及びアンモニア酸化触媒６の温度が、図４におけるＡで示される領域であるか否か判定してもよい。つまり、アンモニア酸化触媒６にてＮＯｘが発生しなく且つアンモニア酸化触媒６からＮＨ_３が流出する領域であるか否か判定してもよい。アンモニア酸化触媒６の温度は、排気温度センサ１２に基づいて得てもよく、内燃機関１の運転状態に基づいて推定してもよい。そして、本実施例においては排気温度センサ１２、又は、内燃機関１の運転状態に基づいてアンモニア酸化触媒６の温度を推定するＥＣＵ１０が、本発明における温度取得部に相当する。

なお、図４におけるＡで示される領域であれば、アンモニア酸化触媒６から既にＮＨ_３が流出しているので、還元剤の供給量が最小限で済む。しかし、図４におけるＡで示される領域に入る頻度が少ないと、ＮＨ_３センサ１４の異常判定の頻度が減少する場合もある。このような場合に、Ｂで示される領域にまで広げてＮＨ_３センサ１４の異常判定を実施してもよい。したがって、ＮＨ_３センサ１４の異常判定の頻度によっては、Ａで示される領域のみでＮＨ_３センサ１４の異常を判定してもよい。

ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

なお、ＮＨ_３センサ１４が正常であると判定された後に、該ＮＨ_３センサ１４の検出値を利用して、アンモニア酸化触媒６の劣化判定を実施してもよい。ここで、アンモニア酸化触媒６が設けられている場合には、該アンモニア酸化触媒６の劣化の度合いに応じて、ＮＯｘセンサ１３及びＮＨ_３センサ１４に到達するＮＨ_３量やＮＯｘ量が変化する。このため、アンモニア酸化触媒６の劣化の度合いによって、ＮＨ_３センサ１４の異常を判定する精度が変化し得る。しかし、本実施例では、アンモニア酸化触媒６からＮＨ_３が流出し、且つ、アンモニア酸化触媒６においてＮＯｘが発生しない条件下でＮＨ_３センサ１４の異常を判定しているので、アンモニア酸化触媒６の劣化の影響を受け難い。すなわち、アンモニア酸化触媒６の劣化の度合いによらず、ＮＨ_３センサ１４の異常を高精度に判定することができる。そして、ＮＨ_３センサ１４が正常であると判定された後であれば、該ＮＨ_３センサ１４の検出値を利用して、アンモニア酸化触媒６の劣化判定を実施することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、内燃機関１の吸入空気量、すなわちアンモニア酸化触媒６に流入する排気の量、及びアンモニア酸化触媒６の温度を考慮して、ＮＨ_３センサ１４が異常であるか否か判定しているので、判定精度を高めることができる。

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ 噴射弁
５ 選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
６ アンモニア酸化触媒
１０ ＥＣＵ
１１ エアフローメータ
１２ 排気温度センサ
１３ ＮＯｘセンサセンサ
１４ ＮＨ_３センサ
１５ アクセル開度センサ
１６ クランクポジションセンサ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられてＮＨ_３を還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する供給装置と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘ及びＮＨ_３を検出するＮＯｘセンサと、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路に設けられ、排気中のＮＨ_３を検出するＮＨ_３センサと、
   を備えた内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムにおいて、
   前記ＮＯｘセンサの検出値を用いずに前記ＮＯｘセンサを通過する排気中のＮＯｘ濃度を推定する推定部と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒からＮＨ_３が流出しているときにおいて、前記ＮＯｘセンサの検出値と、前記推定部により推定されるＮＯｘ濃度と、の差である推定ＮＨ_３濃度と、前記ＮＨ_３センサにより検出されるＮＨ_３濃度と、の差の絶対値が閾値以上の場合に、前記ＮＨ_３センサに異常があると判定する判定部と、
   を備える内燃機関の排気浄化装置の異常判定システム。
2. 前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側で且つ前記ＮＯｘセンサ及びＮＨ_３センサよりも上流側の排気通路に設けられ、ＮＨ_３を酸化するアンモニア酸化触媒と、
   前記アンモニア酸化触媒の温度を取得する温度取得部と、
   前記アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量を取得する排気流量取得部と、
   を備え、
   前記判定部は、前記温度取得部により取得される温度及び前記排気流量取得部により取得される排気の量に基づいて決定される前記アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生しない条件下で前記ＮＨ_３センサに異常があるか否か判定する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置の異常判定システム。
3. 前記判定部は、前記温度取得部により取得される温度及び前記排気流量取得部により取得される排気の量に基づいて決定される前記アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出する条件下で前記ＮＨ_３センサに異常があるか否か判定する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置の異常判定システム。
4. 前記判定部は、前記アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生せず、且つ、前記アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出しないときには、前記供給装置から供給する還元剤量を前記アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出するまで増量させた後に、前記ＮＨ_３センサに異常があるか否か判定する請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置の異常判定システム。
5. 前記判定部は、前記アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生するか否かの境にあるときの前記アンモニア酸化触媒の温度及び前記アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量よりも、前記温度取得部により取得される温度が低く且つ前記排気流量取得部により取得される排気の量が多いときに、前記ＮＨ_３センサに異常があるか否か判定する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置の異常判定システム。
6. 前記判定部は、
   前記アンモニア酸化触媒においてＮＯｘが発生するか否かの境にあるときの前記アンモニア酸化触媒の温度及び前記アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量よりも、前記温度取得部により取得される温度が低く且つ前記排気流量取得部により取得される排気の量が多いときで、
   且つ、
   前記アンモニア酸化触媒からＮＨ_３が流出するか否かの境にあるときの前記アンモニア酸化触媒の温度及び前記アンモニア酸化触媒へ流入する排気の量よりも、前記温度取得部により取得される温度が低く且つ前記排気流量取得部により取得される排気の量が多いときに、
   前記ＮＨ_３センサに異常があるか否か判定する請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置の異常判定システム。

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