JPWO2014002866A1 - 異常診断装置及び内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

選択還元触媒の下流側に設けられるアンモニアスリップ触媒の異常を特定できるようにした異常診断装置、及びそのような異常診断装置を備えた内燃機関の排気浄化装置を提供する。排気浄化装置におけるＮＯX浄化率を診断する浄化率診断部と、内燃機関の高負荷運転時において得られた前記ＮＯX浄化率の診断結果及び前記内燃機関の低負荷運転時において得られた前記ＮＯX浄化率の診断結果に基づきアンモニアスリップ触媒の異常を特定する異常判定部と、を備える。

Description

本発明は、アンモニアを用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯX）を選択的に浄化する機能を有する第１の触媒及び第２の触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置の異常を診断するための異常診断装置、及びそのような異常診断装置を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
従来、車両等に搭載された内燃機関から排出される排気を浄化するための排気浄化装置として、アンモニアを吸着する機能を有するとともに、流入する排気中に含まれるＮＯXを選択的にアンモニアと反応させて浄化する選択還元触媒と、選択還元触媒よりも上流側で排気通路中にアンモニア由来の液体還元剤を供給する還元剤供給装置とを備えた排気浄化装置が実用化されている。
このような内燃機関の排気浄化装置において、現在の排気浄化装置でのＮＯX浄化率が低下していないかを判定することによって、排気浄化装置の異常の有無を診断する異常診断装置がある（特許文献１を参照）。
この異常診断装置では、液体還元剤の供給量が適正であるにもかかわらずＮＯX浄化率が低下している場合には、選択還元触媒の異常が推定され、運転者等に選択還元触媒の交換等を促すことができる。
特開２０１１−２２６２９３号公報
ここで、上述したような排気浄化装置の一態様として、選択還元触媒よりも下流側の排気通路にアンモニアスリップ触媒を備えた排気浄化装置がある。アンモニアスリップ触媒は、選択還元触媒から流出したアンモニアを吸着するとともに選択還元触媒で還元しきれなかったＮＯXを還元する機能、及び、選択還元触媒から流出したアンモニアを酸化する機能を有している。
選択還元触媒は、触媒温度が高くなるにつれてアンモニアの最大吸着量が小さくなる特性を有しており、アンモニアスリップ触媒は、選択還元触媒で吸着しきれなかったアンモニア、あるいは、ＮＯXと反応し切れなかったアンモニアを大気中に放出させないために設けられている。このアンモニアスリップ触媒の作用は、特に、触媒温度が高くなる高負荷運転状態において有効に発揮されるものとなっている。
このような排気浄化装置では、排気温度が比較的低い低負荷運転時においては、上流側の選択還元触媒によってＮＯXを浄化する制御が行われる。一方、排気温度が比較的高く、アンモニアの最大吸着量が小さくなると同時に、ＮＯX流量が多くなる高負荷運転時においては、選択還元触媒及び下流側のアンモニアスリップ触媒をともに利用してＮＯXを浄化する制御が行われるものとなっている。
このように選択還元触媒及びアンモニアスリップ触媒を備えた排気浄化装置において、選択還元触媒よりも上流側で検出されるＮＯX濃度と、アンモニアスリップ触媒よりも下流側で検出されるＮＯX濃度とを用いてＮＯX浄化率を算出した結果、ＮＯX浄化率が低下していると分かった場合であっても、選択還元触媒の異常とアンモニアスリップ触媒の異常とを切り分けることができないという問題がある。したがって、常に二つの触媒を交換しなければならず、コストの増加につながるおそれがあった。
本発明の発明者はこのような問題にかんがみて、高負荷運転時及び低負荷運転時それぞれのＮＯX浄化率を比較検討することにより、このような問題を解決することが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、第２の触媒の異常を特定できるようにした異常診断装置、及びそのような異常診断装置を備えた内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
本発明によれば、内燃機関の排気通路に備えられてアンモニアを吸着するとともに排気中のＮＯXを前記アンモニアを用いて選択的に浄化する機能を有する第１の触媒と、前記第１の触媒よりも下流側の排気通路に備えられて前記第１の触媒から流出するアンモニアを吸着するとともに前記第１の触媒から流出するＮＯXを前記アンモニアを用いて選択的に浄化する機能を有する第２の触媒と、前記第１の触媒よりも上流側で前記排気通路内にアンモニア由来の液体還元剤を供給する還元剤供給装置と、前記第１の触媒よりも上流側のＮＯX濃度を検出するための上流側ＮＯX濃度検出手段と、前記第２の触媒よりも下流側のＮＯX濃度を検出するための下流側ＮＯX濃度検出手段と、を備えた排気浄化装置の異常を診断するための異常診断装置において、前記排気浄化装置におけるＮＯX浄化率を診断する浄化率診断部と、前記内燃機関の高負荷運転時において得られた前記ＮＯX浄化率の診断結果及び前記内燃機関の低負荷運転時において得られた前記ＮＯX浄化率の診断結果に基づき前記第２の触媒の異常を特定する異常判定部と、を備えることを特徴とする異常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。
すなわち、本発明の異常診断装置は、内燃機関の高負荷運転時及び低負荷運転時のＮＯX浄化率診断をそれぞれ実行し、それらの診断結果に基づいて、第２の触媒の異常を特定することとしている。したがって、第２の触媒のみに異常が発生した場合に、当該第２の触媒のみを交換することが可能となり、コスト低減に資することができる。
また、本発明の異常診断装置を構成するにあたり、前記異常判定部は、前記低負荷運転時のＮＯX浄化率が正常範囲であり、かつ、前記高負荷運転時のＮＯX浄化率が低下している場合に、前記第２の触媒の異常を特定することが好ましい。
このように第２の触媒の異常を特定することとすれば、第２の触媒がＮＯXの浄化に利用される場合と利用されない場合とのＮＯX浄化率の差に基づいて、第２の触媒の異常を精度よく特定することができる。
また、本発明の異常診断装置を構成するにあたり、前記浄化率診断部は、触媒温度及び排気流量に基づいて前記内燃機関の高負荷運転時又は低負荷運転時を特定し、前記高負荷運転時のＮＯX浄化率の診断及び前記低負荷運転時のＮＯX浄化率の診断を実行することが好ましい。
このように高負荷運転時及び低負荷運転時を特定することとすれば、第２の触媒がＮＯXの浄化に利用される運転領域及び利用されない運転領域を切り分けることが可能となる。
また、本発明の別の態様は、上述したいずれかの異常診断装置を備えた内燃機関の排気浄化装置である。
すなわち、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、第２の触媒の異常を特定可能な異常診断装置を備えているために、第２の触媒のみに異常が発生した場合に、当該第２の触媒のみを交換することが可能となり、コスト低減に資することができる。
本発明の実施の形態にかかる排気浄化装置の全体的構成を概略的に示す図である。 第１の触媒（選択還元触媒）の特性を説明するために示す図である。 本発明の実施の形態にかかる異常診断装置の構成を説明するためのブロック図である。 異常診断方法の一例を説明するためのフローチャート図である。
以下、本発明にかかる異常診断装置及び内燃機関の排気浄化装置に関する実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
なお、それぞれの図中において同じ符号が付されているものは、特に説明がない限り同一の構成要素を示しており、適宜説明が省略されている。
１．排気浄化装置の全体的構成
図１は、本実施の形態にかかる異常診断装置としての電子制御装置３０が備えられた内燃機関の排気浄化装置１０を概略的に示す図である。
図１において、内燃機関１は、代表的にはディーゼルエンジンであって、図示しない複数の燃料噴射弁を備えるとともに、排気が流通する排気管３が接続されている。燃料噴射弁は電子制御装置（以下「ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ」と称する。）３０によって通電制御されるものであり、ＥＣＵ３０は、機関回転数やアクセル操作量、その他の情報に基づいて燃料噴射量を演算するとともに、算出された燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁の通電時期及び通電時間を求めて、燃料噴射弁の通電制御を実行するようになっている。
内燃機関１に接続された排気管３には排気浄化装置１０が設けられている。排気浄化装置１０は、排気管３の上流側から順に、酸化触媒１１と、パティキュレートフィルタ１２と、第１の触媒１３と、第２の触媒１４とを有している。また、排気浄化装置１０は、第１の触媒１３の上流側に、排気温度センサ１５と、上流側ＮＯX濃度センサ１７とを備えるとともに、第２の触媒１４の下流側に、下流側ＮＯX濃度センサ１８を備えている。これらのセンサのセンサ信号はＥＣＵ３０に入力されるようになっている。
酸化触媒１１は、内燃機関１から排出された排気中のＮＯを酸化してＮＯ2に変換するために設けられている。ＮＯとＮＯ2の比率が１：１のときに、第１の触媒１３あるいは第２の触媒１４上でのアンモニアとＮＯXとの反応が最も効率的に行われるからである。また、酸化触媒１１は、活性状態においては排気中に含まれるＨＣやＣＯを酸化（燃焼）する機能も持たせられている。パティキュレートフィルタ１２の再生制御時において酸化熱を発生させて排気温度を上昇させるためである。使用することができる酸化触媒１１は、公知のディーゼル酸化触媒等であれば特に限定されるものではない。
パティキュレートフィルタ１２は、内燃機関１から排出される排気中に含まれる煤等の微粒子（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）」と称する。）を捕集する機能を有するフィルタである。パティキュレートフィルタ１２は、代表的にはハニカム構造を有するフィルタが用いられるが、このようなフィルタに限定されない。
第１の触媒１３は、ポンプ２１及び還元剤噴射弁２３等によって構成される還元剤供給装置２０によって供給される液体還元剤を用いて、排気中に含まれるＮＯXを選択的に還元する触媒である。本実施の形態において、還元剤供給装置２０から供給される液体還元剤は尿素水溶液であり、この尿素水溶液が分解して生成されるアンモニアが、第１の触媒１３に吸着されて、ＮＯXと反応する還元剤として機能する。
ここで、図２（ａ）及び（ｂ）に、第１の触媒１３の特性を示す。図２（ａ）は触媒温度Ｔｃとアンモニアの最大吸着量Ｖｍａｘとの関係を示し、図２（ｂ）はアンモニアの最大吸着量に対する実際の吸着率Ｒｓｔｒ（Ｖａｃｔ／Ｖｍａｘ）とＮＯXの浄化率Ｒｐとの関係を示している。
図２（ａ）に示すように、第１の触媒１３におけるアンモニアの最大吸着量Ｖｍａｘは、触媒温度Ｔｃによって変化するものとなっている。すなわち、第１の触媒１３は、触媒温度Ｔｃが高くなるにつれて、アンモニアの最大吸着量Ｖｍａｘが小さくなる特性を有している。また、図２（ｂ）に示すように、第１の触媒１３は、アンモニアの吸着率Ｒｓｔｒが高いほど、ＮＯXの浄化率Ｒｐが高くなる特性を有している。
したがって、本実施の形態にかかる排気浄化装置１０においては、第１の触媒１３の温度Ｔｃ１を監視し、アンモニアの最大吸着量Ｖｍａｘ１が変化する中で、アンモニアの実際の吸着率Ｒｓｔｒが、例えば、８０％程度となるように液体還元剤の噴射量を調節するようになっている。吸着率の目標を１００％近くに設定できないのは、第１の触媒１３の温度Ｔｃ１が上昇した場合に、最大吸着量Ｖｍａｘが減少して、アンモニアが第１の触媒１３の下流側に流出するおそれがあるからである。
第２の触媒１４は、第１の触媒１３で吸着しきれなかったアンモニアを吸着して、アンモニアが大気中に放出されないようにするために備えられている。すなわち、第２の触媒１４は、少なくとも第１の触媒１３と同様のＮＯX還元機能を有する触媒となっている。本実施の形態においては、第２の触媒１４としてアンモニアスリップ触媒が用いられており、第２の触媒１４は、ＮＯX還元機能と併せて、アンモニア酸化機能を有している。また、本実施の形態においては、容量すなわち体積が、第１の触媒１３の容量よりも小さい第２の触媒１４が用いられている。
第２の触媒１４は、特に、第１の触媒１３におけるアンモニアの最大吸着量Ｖｍａｘ１が低下し、かつ、排気中のＮＯX濃度Ｎｕが増加する内燃機関１の高負荷運転時において機能するものとなっている。すなわち、本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置１０は、内燃機関１の低負荷運転時においては、第１の触媒１３を用いて排気中のＮＯXを浄化する制御が行われる一方、内燃機関１の高負荷運転時においては、第１の触媒１３だけでなく第２の触媒１４も利用して、排気中のＮＯXを浄化する制御が行われるようになっている。
上流側ＮＯX濃度センサ１７は、上流側ＮＯX濃度検出手段に相当するものであるが、ＮＯXセンサを用いる代わりに、内燃機関１の運転条件に基づいてＥＣＵ３０による演算によって上流側ＮＯX濃度Ｎｕを推定するようにしてもよい。また、上流側ＮＯX濃度センサ１７の値は、ＮＯ2／ＮＯ比や、排気圧力等の値により補正を行うようにしてもよい。
下流側ＮＯX濃度センサ１８は、下流側ＮＯX濃度検出手段に相当するものであり、第２の触媒１４よりも下流側におけるＮＯX濃度Ｎｄ、すなわち、第１の触媒１３及び第２の触媒１４で浄化しきれなかったＮＯX濃度を検出するために設けられている。下流側ＮＯX濃度センサ１８によって検出されるＮＯX濃度Ｎｄの情報は、主として液体還元剤の噴射量の補正に用いられるが、本実施の形態にかかる異常診断装置においては、ＮＯX浄化率の診断にも用いられるようになっている。
２．電子制御装置（異常診断装置）
（１）概略的構成
図３は、ＥＣＵ３０の構成のうち、異常診断に関連する部分を機能的なブロックで表したものである。このＥＣＵ３０が異常診断装置としての機能を有している。
ＥＣＵ３０は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであり、診断条件成立判定部３１、運転状態判定部３３と、浄化率診断部３５と、異常判定部３７と、報知部３９とを備えている。具体的に、ＥＣＵ３０を構成する各部は、マイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現されるものとなっている。
また、ＥＣＵ３０には、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子からなる図示しない記憶部が備えられている。記憶部には、制御プログラム及び種々の演算マップがあらかじめ記憶されるとともに、上記した各部による演算結果等が書き込まれるようになっている。
診断条件成立判定部３１は、現在の排気浄化装置１０の状態が、浄化率診断を実行可能な状態か否かを判別する。診断条件は、少なくとも、還元剤供給装置２０による液体還元剤の供給量が正常であることを含む。これは、液体還元剤の供給量が正常でない場合には、そのことによってＮＯX浄化率が低下するおそれがあり、第１の触媒１３又は第２の触媒１４の異常を判定することが困難となるからである。この条件が成立しているか否かは、例えば、還元剤供給装置２０のポンプ２１及び還元剤噴射弁２３がエラー状態になっておらず、液体還元剤の凍結等による異常が検出されていないかを見ることによって判別することができる。
このほかの診断条件としては、排気温度センサ１５によって検出される排気温度Ｔｆから推定される第１の触媒１３の温度Ｔｃ１及び第２の触媒１４の温度Ｔｃ２が、触媒活性化温度以上であることなどが挙げられるが、これに限られるものではなく、任意の診断条件を設定することができる。
運転状態判定部３３は、内燃機関１が高負荷運転状態又は低負荷運転状態にあるか否かを判別する。本実施の形態においては、第１の触媒１３の温度Ｔｃ１又は第２の触媒１４の温度Ｔｃ２と排気流量Ｆｇとに基づき、マップ情報を参照して、高負荷運転状態及び低負荷運転状態を判別する。具体的には、高負荷運転状態及び低負荷運転状態それぞれの運転領域における触媒温度Ｔｃ１（Ｔｃ２）及び排気流量Ｆｇの範囲をあらかじめ設定しておき、現在の触媒温度Ｔｃ１（Ｔｃ２）及び排気流量Ｆｇがその範囲内にあるときに、高負荷運転状態又は低負荷運転状態と判別する。
あるいは、マップを用いる代わりに、簡易的に、触媒温度Ｔｃ１（Ｔｃ２）が低温（例えば、２５０〜３５０℃）、かつ、排気流量Ｆｇが小さいときに低負荷運転状態と判別し、触媒温度Ｔｃ１（Ｔｃ２）が高温（例えば、４００〜５００℃）、かつ、排気流量Ｆｇが大きいときに高負荷運転状態と判別するようにしてもよい。
触媒温度Ｔｃ１（Ｔｃ２）は、排気温度センサ１５によって検出される排気温度Ｔｇに基づいて演算によって推定される値である。ただし、簡易的に排気温度Ｔｇそのものを用いて運転状態を判別するようにしてもよい。また、排気流量Ｆｇは、機関回転数Ｎｅ等の内燃機関１の運転条件に基づいて演算によって求められる値である。
なお、以下、本実施の形態においては、触媒温度Ｔｃとして第１の触媒１３の温度Ｔｃ１を用いることとしている。
浄化率診断部３５は、診断条件が成立しており、内燃機関１が高負荷運転状態又は低負荷運転状態にあるときに、現在の排気浄化装置１０のＮＯX浄化率Ｒｐの診断を行う。この診断は、例えば、上流側ＮＯX濃度Ｎｕ及び下流側ＮＯX濃度Ｎｄに基づき算出される第１ＮＯX浄化率Ｒｐ１と、諸条件を元に想定される第２ＮＯX浄化率Ｒｐ２を比較することによって行われる。
第１ＮＯX浄化率Ｒｐ１は、上流側ＮＯX濃度Ｎｕと下流側ＮＯX濃度Ｎｄとを比較し、減少したＮＯX濃度の比率（（Ｎｕ−Ｎｄ）／Ｎｕ）として得ることができる。また、第２ＮＯX浄化率Ｒｐ２は、例えば、第１の触媒１３の触媒温度Ｔｃ１、アンモニアの推定吸着量（実吸着量）Ｖａｃｔ、排気流量Ｆｇ、上流側ＮＯX濃度Ｎｕ、ＮＯX中のＮＯ2／ＮＯ比等の値に基づき算出することができる。ただし、第２ＮＯX浄化率Ｒｐ２を求める方法はこの例に限定されるものではなく、他の方法を用いることもできる。
第１ＮＯX浄化率Ｒｐ１は、上流側ＮＯX濃度Ｎｕ及び下流側ＮＯX濃度Ｎｄを用いて得られる実際の値であり、第２ＮＯX浄化率Ｒｐ２は現在の内燃機関１の運転条件や、排気浄化装置１０の状態から推定される、ＮＯX浄化率Ｒｐの想定値である。したがって、実際の第１ＮＯX浄化率Ｒｐ１が、想定される第２ＮＯX浄化率Ｒｐ２よりも著しく低い場合に、ＮＯX浄化率Ｒｐの異常が生じていると判定することができる。
異常判定部３７は、浄化率診断部３５で得られた高負荷運転状態でのＮＯX浄化率Ｒｐの診断結果及び低負荷運転状態でのＮＯX浄化率Ｒｐの診断結果に基づき、第１の触媒１３の異常及び第２の触媒１４の異常の有無を判別する。特に、本実施の形態にかかるＥＣＵ（異常診断装置）３０は、第２の触媒１４のみの故障を特定できるものとして構成されている。
異常判定部３７による異常判定は、以下の考え方に基づいて行われる。すなわち、内燃機関１の低負荷運転状態においては第１の触媒１３のみを利用してＮＯXの浄化が行われる一方、内燃機関１の高負荷運転状態においては第１の触媒１３だけでなく第２の触媒１４も利用してＮＯXの浄化が行われるために、低負荷運転状態でのＮＯX浄化率Ｒｐが適正である一方、高負荷運転状態でのＮＯX浄化率Ｒｐが低下しているときに、第２の触媒１４の異常があるものと特定するようになっている。
（２）フローチャート
次に、本実施の形態にかかる異常診断装置としてのＥＣＵ３０によって実行される排気浄化装置１０の異常診断方法の具体的な一例を、図４のフローチャート図に沿って説明する。以下に説明する異常診断方法のルーチンは、内燃機関１の運転中において、常時、又は所定のサイクルごとの割り込みによって実行されるようになっている。
まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ３０は、排気温度センサ１５、上流側ＮＯX濃度センサ１７及び下流側ＮＯX濃度センサ１８等のセンサ信号や、その他、内燃機関１の運転条件、還元剤供給装置２０の異常診断結果等に関連する情報を読み込む。
次いで、ステップＳ２において、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１で読み込んだ情報に基づき、現在の排気浄化装置１０の状態が、ＮＯX浄化率診断が可能な状態か否かを判別する。上記に例示したように、ここでは、還元剤供給装置２０による液体還元剤の供給量が正常であるか、触媒温度Ｔｃ１が触媒活性化温度以上であるか等を判別することによって、浄化率診断が実行可能か否かを判別する。
ステップＳ２でＮｏ判定となった場合にはステップＳ１に戻る一方、ステップＳ２でＹｅｓ判定となった場合にはステップＳ３に進み、ＥＣＵ３０は、内燃機関１が低負荷運転状態にあるか否かを判別する。本実施の形態においては、触媒温度Ｔｃ１及び排気流量Ｆｇの値に基づいて、内燃機関１が低負荷運転状態にあるか否かを判別するようになっている。
ステップＳ３でＹｅｓ判定となった場合、すなわち、内燃機関１が低負荷運転状態にある場合には、ステップＳ４に進み、ＮＯX浄化率診断を実行する。例えば、上流側ＮＯX濃度Ｎｕ及び下流側ＮＯX濃度Ｎｄの値に基づいて得られる実際値としての第１ＮＯX浄化率Ｒｐ１を、内燃機関１の運転条件や排気浄化装置１０の状態から推定される想定値としての第２ＮＯX浄化率Ｒｐ２と比較して、実際のＮＯX浄化率が低下していないかを判定することによって行われる。第１ＮＯX浄化率Ｒｐ１が第２ＮＯX浄化率Ｐｐ２よりも所定値以上低くなっている場合にＮＯX浄化率の異常と判断しても良いし、第１ＮＯX浄化率Ｒｐ１が第２ＮＯX浄化率Ｒｐ２よりも所定割合以上低くなっている場合にＮＯX浄化率の異常と判断することもできる。
ステップＳ４においてＮＯX浄化率診断を終了した後は、ステップＳ５に進み、診断結果を記録する。このとき記録される診断結果は、低負荷運転時のＮＯX浄化率の診断結果として記録される。
一方、上述のステップＳ３においてＮｏ判定となった場合、すなわち、内燃機関１が低負荷運転状態にない場合には、ステップＳ６に進み、ＥＣＵ３０は、内燃機関１が高負荷運転状態にあるか否かを判別する。本実施の形態においては、触媒温度Ｔｃ１及び排気流量Ｆｇの値に基づいて、内燃機関１が高負荷運転状態にあるか否かを判別するようになっている。
ステップＳ６でＮｏ判定となった場合、内燃機関１が低負荷運転状態でもなく高負荷運転状態でもないことから、ＮＯX浄化率診断を行わずにステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ６でＹｅｓ判定となった場合、すなわち、内燃機関１が高負荷運転状態にある場合には、ステップＳ７に進み、ステップＳ４と同様の手順に沿ってＮＯX浄化率診断を実行する。そして、ＮＯX浄化率診断を終了した後は、ステップＳ８に進み、診断結果を記録する。このとき記録される診断結果は、高負荷運転時のＮＯX浄化率の診断結果として記録される。
ステップＳ５において低負荷運転状態でのＮＯX浄化率診断の結果を記録し、又は、ステップＳ８において高負荷運転状態でのＮＯX浄化率診断を記録した後は、ステップＳ９に進み、ＥＣＵ３０は、低負荷運転状態のＮＯX浄化率に異常があるか否かを判別する。ステップＳ９においてＹｅｓ判定となった場合、第１の触媒１３におけるＮＯX浄化機能が不十分であるか、あるいは、第２の触媒１４における、第１の触媒１３から流出したアンモニアを吸着してＮＯXを浄化する機能が不十分である可能性があることから、ステップＳ１０に進み、第１の触媒１３及び第２の触媒１４の異常があるものと判定する。
一方、ステップＳ９においてＮｏ判定となった場合にはステップＳ１１に進み、ＥＣＵ３０は、高負荷運転状態のＮＯX浄化率に異常があるか否かを判別する。ステップＳ１１においてＹｅｓ判定となった場合、高負荷運転状態でのみＮＯX浄化率の異常が見られることから、第２の触媒１４の異常があるものと判定する。一方、ステップＳ１１においてＮｏ判定となった場合には、低負荷運転状態及び高負荷運転状態のいずれにおいてもＮＯX浄化率に異常が見られないことから、現在の排気浄化装置１０に異常はないものとしてそのままステップＳ１に戻る。
ステップＳ１０又はステップＳ１２において、第１の触媒１３及び／又は第２の触媒１４に異常があると判定したあとは、ステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０は警報ランプや警報音等を作動させて、運転者等に触媒の異常判定結果を知らせ、交換が必要な触媒の交換を促して本ルーチンを終了し、図示しないメインルーチンに戻る。
３．本実施の形態による効果
以上説明したように、本実施の形態にかかる異常診断装置３０及びそれを備えた排気浄化装置１０は、内燃機関１の低負荷運転状態でのＮＯX浄化率Ｒｐの診断結果と高負荷運転状態でのＮＯX浄化率Ｒｐの診断結果とをそれぞれ取得し、それらの診断結果に基づいて、第１の触媒１３及び第２の触媒１４に異常が生じているか、あるいは、第２の触媒１４にのみ異常が生じているかを特定することとしている。したがって、第２の触媒１４のみに異常が発生した場合に、当該第２の触媒のみを交換することが可能となり、コスト低減に資することができる。
また、本実施の形態にかかる異常診断装置３０及びそれを備えた排気浄化装置１０では、低負荷運転時のＮＯX浄化率Ｒｐの診断結果に異常がなく、かつ、高負荷運転時のＮＯX浄化率Ｒｐの診断結果に異常が見られた場合に、第２の触媒１４の異常を特定することとしている。したがって、第２の触媒１４が利用される場合と利用されない場合とのＮＯX浄化率Ｒｐの差に基づいて、第２の触媒１４の異常を精度よく特定することができる。
また、本実施の形態にかかる異常診断装置３０及びそれを備えた排気浄化装置１０では、触媒温度Ｔｃ１及び排気流量Ｆｇに基づいて内燃機関１の高負荷運転時又は低負荷運転時を特定して、それぞれＮＯX浄化率診断を実行することとしている。したがって、第２の触媒１４がＮＯXの浄化に利用される運転領域及び利用されない運転領域を容易に切り分けることができる。
４．変形例
ここまでに説明した本実施の形態にかかる異常診断装置３０及び内燃機関の排気浄化装置１０は、上述した例に限定されるものではなく、本発明の範囲において種々改変することが可能である。
例えば、上述した異常診断方法のフローチャートでは、内燃機関１が低負荷運転状態にあるか否かを先に判別することとしているが、高負荷運転状態にあるか否かを先に判別することとしてもよい。
また、上述した異常診断方法のフローチャートでは、ステップＳ９及びステップＳ１１において、低負荷運転状態でのＮＯX浄化率診断の結果及び高負荷運転状態でのＮＯX浄化率診断の結果として、ＮＯX浄化率Ｒｐの異常が一回でも記録されていれば、異常有りと判別するようになっているが、診断精度を向上させるために、ＮＯX浄化率Ｒｐの異常が所定回数以上に記録されたときに、確実に異常が生じたものとして判別するようにしてもよい。
さらに、本実施の形態においては、上流側ＮＯX濃度Ｎｕ及び下流側ＮＯX濃度Ｎｄに基づいて得られる実際値としての第１ＮＯX浄化率Ｒｐ１と、諸条件に基づいて推定される、想定値としての第２ＮＯX浄化率Ｒｐ２とを比較して、ＮＯX浄化率の異常を判定するようにしているが、ＮＯX浄化率の診断方法は特に制限されるものではない。
本発明によれば、内燃機関の排気通路に備えられてアンモニアを吸着するとともに排気中のＮＯxを前記アンモニアを用いて選択的に浄化する機能を有する第１の触媒と、前記第１の触媒よりも下流側の排気通路に備えられて前記第１の触媒から流出するアンモニアを吸着するとともに前記第１の触媒から流出するＮＯxを前記アンモニアを用いて選択的に浄化する機能を有する第２の触媒と、前記第１の触媒よりも上流側で前記排気通路内にアンモニア由来の液体還元剤を供給する還元剤供給装置と、前記第１の触媒よりも上流側のＮＯx濃度を検出するための上流側ＮＯx濃度検出手段と、前記第２の触媒よりも下流側のＮＯx濃度を検出するための下流側ＮＯx濃度検出手段と、を備えた排気浄化装置の異常を診断するための異常診断装置において、前記排気浄化装置におけるＮＯx浄化率を診断する浄化率診断部と、前記内燃機関の高負荷運転時において得られた前記ＮＯx浄化率の診断結果及び前記内燃機関の低負荷運転時において得られた前記ＮＯx浄化率の診断結果に基づき前記第２の触媒の異常を特定する異常判定部と、を備え、前記異常判定部は、前記低負荷運転時のＮＯx浄化率が正常範囲であり、かつ、前記高負荷運転時のＮＯx浄化率が低下している場合に、前記第２の触媒の異常を特定することを特徴とする異常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。
すなわち、本発明の異常診断装置は、内燃機関の高負荷運転時及び低負荷運転時のＮＯx浄化率診断をそれぞれ実行し、それらの診断結果に基づいて、第２の触媒の異常を特定することとしている。したがって、第２の触媒のみに異常が発生した場合に、当該第２の触媒のみを交換することが可能となり、コスト低減に資することができる。また、第２の触媒がＮＯxの浄化に利用される場合と利用されない場合とのＮＯx浄化率の差に基づいて、第２の触媒の異常を精度よく特定することができる。

Claims (4)

  1. 内燃機関の排気通路に備えられてアンモニアを吸着するとともに排気中のＮＯXを前記アンモニアを用いて選択的に浄化する機能を有する第１の触媒と、
    前記第１の触媒よりも下流側の排気通路に備えられて前記第１の触媒から流出するアンモニアを吸着するとともに前記第１の触媒から流出するＮＯXを前記アンモニアを用いて選択的に浄化する機能を有する第２の触媒と、
    前記第１の触媒よりも上流側で前記排気通路内にアンモニア由来の液体還元剤を供給する還元剤供給装置と、
    前記第１の触媒よりも上流側のＮＯX濃度を検出するための上流側ＮＯX濃度検出手段と、
    前記第２の触媒よりも下流側のＮＯX濃度を検出するための下流側ＮＯX濃度検出手段と、
    を備えた排気浄化装置の異常を診断するための異常診断装置において、
    前記排気浄化装置におけるＮＯX浄化率を診断する浄化率診断部と、
    前記内燃機関の高負荷運転時において得られた前記ＮＯX浄化率の診断結果及び前記内燃機関の低負荷運転時において得られた前記ＮＯX浄化率の診断結果に基づき前記第２の触媒の異常を特定する異常判定部と、
    を備えることを特徴とする異常診断装置。
  2. 前記異常判定部は、前記低負荷運転時のＮＯX浄化率が正常範囲であり、かつ、前記高負荷運転時のＮＯX浄化率が低下している場合に、前記第２の触媒の異常を特定することを特徴とする請求項１に記載の異常診断装置。
  3. 前記浄化率診断部は、触媒温度及び排気流量に基づいて前記内燃機関の高負荷運転時又は低負荷運転時を特定し、前記高負荷運転時のＮＯX浄化率の診断及び前記低負荷運転時のＮＯX浄化率の診断を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の異常診断装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載された異常診断装置を備えた内燃機関の排気浄化装置。
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