WO2013042188A1

WO2013042188A1 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: WO2013042188A1
Application number: PCT/JP2011/071345
Authority: WO
Inventors: 柴田　大介; 徹木所; 一哉高岡
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-03-28
Also published as: US20140199210A1; JPWO2013042188A1; EP2759682A4; CN103797222A; EP2759682A1; US9382830B2; JP5344096B2; CN103797222B

Abstract

　ＰＭセンサの検出精度の低下により、フィルタの故障判定の精度が低下することを抑制する。このため、フィルタと、フィルタよりも下流側に選択還元型ＮＯx触媒と、選択還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給する供給装置と、選択還元型ＮＯx触媒よりも下流側で排気中の粒子状物質の量を検出するＰＭセンサと、選択還元型ＮＯx触媒の温度が閾値以下の場合、排気の温度が閾値以下の場合、排気の流量が閾値以上の場合、前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量が閾値以上の場合の少なくとも１つに該当する場合には、何れにも該当しない場合よりも、還元剤の供給量を少なくする減量部と、を備える。

Description

内燃機関の排気浄化装置

　本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

　選択還元型ＮＯx触媒（以下、単に「ＮＯx触媒」ともいう。）に対して尿素を供給する排気浄化装置において、尿素からアンモニアへの反応途中に生成される中間生成物の排気通路内における蓄積量が上限量に達すると、尿素水の供給を禁止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、中間生成物の排気通路内における蓄積量が上限量に達するまでは、還元剤をＮＯx触媒に供給することができる。

　ところで、排気通路には、粒子状物質（以下、単に「ＰＭ」ともいう。）を捕集するためのフィルタを備えることがある。さらに、このフィルタの故障を判定するために、排気中のＰＭ量を検出するＰＭセンサを備えることがある。このＰＭセンサの電極またはカバーに前記中間生成物が付着すると、ＰＭ量を正確に検出することが困難となる虞がある。そうすると、フィルタの故障判定の精度が低くなる虞がある。

特開２００９－０８５１７２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、ＰＭセンサの検出精度の低下により、フィルタの故障判定の精度が低下することを抑制することにある。

　上記課題を達成するために本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
　内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
　前記フィルタよりも下流側に設けられ供給される還元剤により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該選択還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給する供給装置と、
　前記選択還元型ＮＯx触媒よりも下流側で排気中の粒子状物質の量を検出するＰＭセンサと、
　前記選択還元型ＮＯx触媒の温度が閾値以下の場合、排気の温度が閾値以下の場合、排気の流量が閾値以上の場合、前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量が閾値以上の場合の少なくとも１つに該当する場合には、何れにも該当しない場合よりも、還元剤の供給量を少なくする減量部と、
　を備える。

　ここで、供給装置から還元剤を供給したときに、排気や選択還元型ＮＯx触媒の状態によっては、還元剤の一部が選択還元型ＮＯx触媒を通り抜けてＰＭセンサに付着することがある。ＰＭセンサに還元剤が付着すると、該ＰＭセンサの出力値が変化してしまい、ＰＭを正確に検出することが困難となる。これに対し減量部は、選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜ける状態の場合には、通り抜けない状態の場合よりも、還元剤の供給量を少なくする。これにより、選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けることを抑制できるため、ＰＭセンサに還元剤が付着することを抑制できる。このため、フィルタの故障判定の精度が低下することを抑制できる。

　そして、たとえば、選択還元型ＮＯx触媒の温度が低い場合、または、排気の温度が低い場合、排気の流量が多い場合、選択還元型ＮＯx触媒に吸着している還元剤の量が多い場合に、選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜ける状態となり得る。

　選択還元型ＮＯx触媒の温度が低くなると、該選択還元型ＮＯx触媒において還元剤が反応し難くなるため、該選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けやすくなる。すなわち、選択還元型ＮＯx触媒の温度と、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量と、には相関関係がある。また、選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側の排気の温度が低くなると、該選択還元型ＮＯx触媒において還元剤が反応し難くなるため、該選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けやすくなる。すなわち、排気の温度と、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量と、には相関関係がある。また、選択還元型ＮＯx触媒を通過する排気の流量が多くなると、該選択還元型ＮＯx触媒において還元剤の反応が終了する前に還元剤が該選択還元型ＮＯx触媒を通り抜けやすくなる。すなわち、排気の流量と、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量と、には相関関係がある。また、選択還元型ＮＯx触媒に吸着している還元剤量が多くなると、該選択還元型ＮＯx触媒に還元剤が吸着し難くなるので、還元剤が該選択還元型ＮＯx触媒を通り抜けやすくなる。すなわち、還元剤の吸着量と、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量と、には相関関係がある。

　このため、選択還元型ＮＯx触媒の温度が閾値以下の場合、排気の温度が閾値以下の場合、排気の流量が閾値以上の場合、選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量が閾値以上の場合の少なくとも１つに該当する場合には、還元剤の供給量を少なくしている。そうすると、ＰＭセンサに還元剤が付着することを抑制できるため、フィルタの故障判定の精度が低下することを抑制できる。

　なお、ここでいう選択還元型ＮＯx触媒の温度における閾値は、選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜ける温度の上限値、または、ＰＭセンサに還元剤が付着する温度の上限値とすることができる。また、ＰＭセンサに付着する還元剤量が許容範囲内となる選択還元型ＮＯx触媒の温度を閾値としてもよい。

　また、排気の温度における閾値は、選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜ける温度の上限値、または、ＰＭセンサに還元剤が付着する温度の上限値とすることができる。また、ＰＭセンサに付着する還元剤量が許容範囲内となる排気の温度を閾値としてもよい。

　また、排気の流量における閾値は、選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜ける流量の下限値、または、ＰＭセンサに還元剤が付着する流量の下限値とすることができる。また、ＰＭセンサに付着する還元剤量が許容範囲内となる流量を閾値としてもよい。なお、排気の流量に代えて排気の流速としてもよい。

　また、還元剤の吸着量における閾値は、選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜ける吸着量の下限値、または、ＰＭセンサに還元剤が付着する吸着量の下限値とすることができる。また、ＰＭセンサに付着する還元剤量が許容範囲内となる吸着量を閾値としてもよい。なお、選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量に代えて、選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着率としてもよい。この吸着率は、吸着している還元剤量を、最大限吸着可能な還元剤量で除算した値である。

　なお、還元剤には、供給装置から供給される物質、供給装置から供給される物質から最終的に生成される物質、供給装置から供給される物質から最終的に生成される物質に至るまでの中間生成物が含まれる。この何れかが選択還元型ＮＯx触媒においてＮＯxと反応し、該ＮＯxが還元される。

　また、還元剤の供給量を少なくすることには、還元剤の供給を行わないことも含むことができる。還元剤の供給を禁止するとしてもよい。還元剤の供給を行わないことにより、ＰＭセンサに還元剤が付着することをより抑制できる。

　また、本発明においては、前記選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が、
　前記選択還元型ＮＯx触媒の温度または排気の温度が低いほど多くなり、
　排気の流量が多いほど多くなり、
　前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量が多いほど多くなるものとして、
　前記減量部は、前記選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量を、前記選択還元型ＮＯx触媒の温度または排気の温度、前記排気の流量、前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量の少なくとも１つに基づいて算出し、該選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が閾値未満となるように還元剤の供給量を決定することができる。

　ここで、選択還元型ＮＯx触媒の温度と、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量と、には相関関係があり、選択還元型ＮＯx触媒の温度が低くなるほど、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が多くなる。また、排気の温度と、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量と、には相関関係があり、排気の温度が低くなるほど、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が多くなる。また、排気の流量と、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量と、には相関関係があり、排気の流量が多くなるほど、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が多くなる。また、選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量と、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量と、には相関関係があり、吸着量が多くなるほど、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が多くなる。これらの関係に基づけば、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量を求めることができる。

　選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量の閾値は、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤量であって、ＰＭセンサの検出値に対して与える影響が許容範囲を超えるときの還元剤量とすることができる。また、閾値は、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤量であって、ＰＭセンサの検出値が変化する還元剤量の下限値としてもよい。すなわち、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が閾値以上となると、ＰＭセンサに付着する還元剤の影響によりフィルタの故障判定の精度が低くなる。これに対し、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が閾値未満となるように還元剤を供給すれば、還元剤がＰＭセンサの検出値にほとんど影響を与えないため、フィルタの故障判定の精度が低くなることを抑制できる。

　また、本発明においては、前記選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が、
　前記選択還元型ＮＯx触媒の温度または排気の温度が低いほど多くなり、
　排気の流量が多いほど多くなり、
　前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量が多いほど多くなるものとして、
　前記減量部は、前記選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量を、前記選択還元型ＮＯx触媒の温度または排気の温度、前記排気の流量、前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量の少なくとも１つに基づいて算出し、該選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が閾値以上の場合に還元剤の供給を禁止することができる。

　上述のように、選択還元型ＮＯx触媒の温度と、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量と、には相関関係があり、選択還元型ＮＯx触媒の温度が低くなるほど、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が多くなる。また、排気の温度と、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量と、には相関関係があり、排気の温度が低くなるほど、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が多くなる。また、排気の流量と、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量と、には相関関係があり、排気の流量が多くなるほど、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が多くなる。また、選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量と、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量と、には相関関係があり、吸着量が多くなるほど、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が多くなる。これらの関係に基づけば、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量を求めることができる。

　選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量の閾値は、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤量であって、ＰＭセンサの検出値に対して与える影響が許容範囲を超えるときの還元剤量とすることができる。また、閾値は、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤量であって、ＰＭセンサの検出値が変化する還元剤量の下限値としてもよい。すなわち、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が閾値以上となると、ＰＭセンサに付着する還元剤の影響によりフィルタの故障判定の精度が低くなる。これに対し、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が閾値以上の場合に、還元剤の供給を禁止すれば、フィルタの故障判定の精度が低くなることを抑制できる。

　また、本発明においては、前記選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜ける状態となって前記減量部により還元剤の供給量が少なくされたときにＮＯxを還元させる還元剤を、該選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けない状態のときに予め供給しておく増量部を備えることができる。

　ここで、減量部により還元剤の供給量が少なくされている間は、選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯxにより、選択還元型ＮＯx触媒に吸着しているＮＯx量が減少していく。この状態が長く続き、選択還元型ＮＯx触媒に吸着していた還元剤を全て消費してしまうと、ＮＯxの浄化ができなくなる虞がある。これに対し、増量部は、減量部により還元剤の供給量が少なくされる前に、予め、選択還元型ＮＯx触媒に通常よりも多くの還元剤を吸着させておく。ここでいう通常とは、排気中のＮＯx量に応じた還元剤を供給する場合である。通常では、たとえば、選択還元型ＮＯx触媒において消費された還元剤を補うように、還元剤の供給量が決定される。

　一方、増量部は、選択還元型ＮＯx触媒において消費された還元剤の量よりも多くの還元剤を供給する。このときには、選択還元型ＮＯx触媒に最大限吸着可能な還元剤の量を超えないようにする。このように、予め多くの還元剤を選択還元型ＮＯx触媒に吸着させておくことで、減量部により還元剤の供給量が少なくされているときに、還元剤が不足することを抑制できる。これにより、ＮＯxの浄化率が低下することを抑制できる。

　また、本発明においては、前記増量部は、前記選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けない該選択還元型ＮＯx触媒の温度と、現時点における前記選択還元型ＮＯx触媒の温度と、の差に基づいて、供給する還元剤の量を決定することができる。

　上述のように、排気の流量が多い場合や選択還元型ＮＯx触媒の温度が低い場合には、選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けやすい。ここで、排気の流量が増加すると、排気の温度が上昇するため、選択還元型ＮＯx触媒の温度が徐々に高くなる。このため、排気の流量が増加して選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜ける状態となっても、選択還元型ＮＯx触媒の温度が高くなれば還元剤が通り抜けない状態となる。すなわち、現時点では選択還元型ＮＯx触媒の温度が低いために還元剤が通り抜けるとしても、温度が上昇すれば還元剤が通り抜けなくなる。そして、選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けない状態となれば、還元剤の供給量を少なくする必要はない。したがって、選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けなくなる温度まで上昇する間の還元剤を補うように、増量部が予め選択還元型ＮＯx触媒に還元剤を吸着させておけば、該還元剤が通り抜けなくなる温度まで上昇する間のＮＯxの浄化率が低下することを抑制できる。

　また、本発明においては、前記選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜ける状態となってから、通り抜けない状態となるまでの間に、還元剤を供給する時期となった場合には、該選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けない状態となるまで還元剤の供給を延期し、該選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けない状態となった後に供給する還元剤の量を、前回の還元剤の供給時から該選択還元型ＮＯx触媒に流入したＮＯx量の積算値に基づいて決定する延期部を備えることができる。

　たとえば、増量部が予め還元剤を吸着させておくことができなかった場合、又は、還元剤の供給がある程度長い間隔で供給される場合には、減量部により還元剤の供給量が少なくされているときに還元剤が不足する虞がある。一般に、還元剤の供給は、選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx量の積算値が規定値に達した場合、または、規定期間ごとに行われる。還元剤の供給を規定期間ごとに行う場合には、一般的には、規定期間内に選択還元型ＮＯx触媒に流入したＮＯx量の積算値に基づいて還元剤の量が決定される。このように、選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx量の積算値が規定値に達した場合、または、前回の還元剤の供給から規定期間が経過した場合に、還元剤を供給する時期となる。

　そして、減量部により還元剤の供給量が少なくされる期間に、還元剤を供給する時期となっても、このときには還元剤の供給を行わない。そして、選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けない状態となってから還元剤を供給する。そして、還元剤を供給するときには、還元剤を供給する時期となったときのＮＯx量の積算値ではなく、実際に還元剤を供給するときのＮＯx量の積算値を用いて還元剤の供給量を決定する。すなわち、還元剤の供給を延期していた間に選択還元型ＮＯx触媒に流入したＮＯx量に対応する還元剤を加えて供給する。これにより、選択還元型ＮＯx触媒に吸着している還元剤の量を速やかに増加させることができるため、ＮＯxの浄化率が低下することを抑制できる。

　本発明によれば、ＰＭセンサの検出精度の低下により、フィルタの故障判定の精度が低下することを抑制できる。

実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。ＰＭセンサの概略構成図である。ＰＭセンサの検出値の推移を示したタイムチャートである。フィルタが正常な場合と故障している場合とのＰＭセンサの検出値の推移を示したタイムチャートである。ＰＭセンサの検出値が正常な場合と、異常な場合との推移を示したタイムチャートである。実施例１に係る還元剤の供給を禁止するフローを示したフローチャートである。ＮＯx触媒を通過する排気の流量と、第一係数Ｋ１との関係を示した図である。ＮＯx触媒の温度と、第二係数Ｋ２との関係を示した図である。ＮＯx触媒におけるＮＨ_３の吸着率と、第三係数Ｋ３との関係を示した図である。実施例２に係る還元剤の供給を禁止するフローを示したフローチャートである。実施例３に係る還元剤の供給量の制御フローを示したフローチャートである。実施例４に係る還元剤の供給量の制御フローを示したフローチャートである。実施例５に係る還元剤の供給量の制御フローを示したフローチャートである。温度増加量ΔＴＳＣＲと、ＮＨ_３増加量ＵＲＱと、の関係を示した図である。一般的な供給フラグおよびＮＯx触媒に流入するＮＯx量の積算値の推移を示したタイムチャートである。実施例６に係る還元剤の供給制御を行った場合の供給フラグおよびＮＯx触媒に流入するＮＯx量の積算値の推移を示したタイムチャートである。実施例６に係る還元剤の供給量の制御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具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

　図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置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るが、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、酸化触媒４、フィルタ５、噴射弁６、選択還元型ＮＯx触媒７（以下、ＮＯx触媒７という。）が設けられている。

　酸化触媒４は、酸化能を有する触媒であればよく、たとえば三元触媒であってもよい。酸化触媒４は、フィルタ５に担持されていてもよい。

　フィルタ５は、排気中のＰＭを捕集する。なお、フィルタ５には、触媒が担持されていてもよい。フィルタ５によってＰＭが捕集されることで、該フィルタ５にＰＭが徐々に堆積する。そして、フィルタ５の温度を強制的に上昇させる、所謂フィルタの再生処理を実行することで、該フィルタ５に堆積したＰＭを酸化させて除去することができる。たとえば、酸化触媒４にＨＣを供給することでフィルタ５の温度を上昇させることができる。また、酸化触媒４を備えずに、フィルタ５の温度を上昇させる他の装置を備えていてもよい。さらに、内燃機関１から高温のガスを排出させることでフィルタ５の温度を上昇させてもよい。

　噴射弁６は、還元剤を噴射する。還元剤には、例えば、尿素水等のアンモニア由来のものが用いられる。たとえば、噴射弁６から噴射された尿素水は、排気の熱で加水分解されアンモニア（ＮＨ_３）となり、その一部又は全部がＮＯx触媒７に吸着する。以下では、噴射弁６から還元剤として尿素水を噴射するものとする。なお、本実施例においては噴射弁６が、本発明における供給装置に相当する。

　ＮＯx触媒７は、還元剤が存在するときに、排気中のＮＯxを還元する。例えば、ＮＯx触媒７にアンモニア（ＮＨ_３）を予め吸着させておけば、ＮＯx触媒７をＮＯxが通過するときにＮＯxをアンモニアにより還元させることができる。

　酸化触媒４よりも上流の排気通路３には、排気の温度を検出する第一排気温度センサ１２が設けられている。酸化触媒４よりも下流で且つフィルタ５よりも上流の排気通路３には、排気の温度を検出する第二排気温度センサ１３が設けられている。フィルタ５よりも下流で且つ噴射弁６よりも上流の排気通路３には、排気の温度を検出する第三排気温度センサ１４及び排気中のＮＯx濃度を検出する第一ＮＯxセンサ１５が設けられている。ＮＯx触媒７よりも下流の排気通路３には、排気中のＮＯx濃度を検出する第二ＮＯxセンサ１６及び排気中のＰＭ量を検出するＰＭセンサ１７が設けられている。これらセンサの全てが必須というわけではなく、必要に応じて設けることができる。

　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１８、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１９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に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁６が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により噴射弁６が制御される。

　ＥＣＵ１０は、フィルタ５に堆積しているＰＭ量が所定量以上になると、前記フィルタの再生処理を実施する。なお、フィルタの再生処理は、内燃機関１が搭載されている車両の走行距離が所定距離以上となったときに行ってもよい。また、規定期間ごとにフィルタの再生処理を実施してもよい。

　また、ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ１７により検出されるＰＭ量に基づいて、フィルタ５の故障判定を行う。ここで、フィルタ５が割れる等の故障が発生すると、該フィルタ５を通り抜けるＰＭ量が増加する。このＰＭ量の増加をＰＭセンサ１７により検出すれば、フィルタ５の故障を判定することができる。

　たとえば、フィルタ５の故障判定は、ＰＭセンサ１７の検出値に基づいて算出される所定期間中のＰＭ量の積算値と、フィルタ５が所定の状態であると仮定した場合における所定期間中のＰＭ量の積算値とを比較することで行われる。

　ここで図２は、ＰＭセンサ１７の概略構成図である。ＰＭセンサ１７は、自身に堆積したＰＭ量に対応する電気信号を出力するセンサである。ＰＭセンサ１７は、一対の電極１７１と、該一対の電極１７１の間に設けられる絶縁体１７２と、を備えて構成されている。一対の電極１７１の間にＰＭが付着すると、該一対の電極１７１の間の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化は、排気中のＰＭ量と相関関係にあるため、該電気抵抗の変化に基づいて、排気中のＰＭ量を検出することができる。このＰＭ量は、単位時間当たりのＰＭの質量としてもよく、所定時間におけるＰＭの質量としてもよい。なお、ＰＭセンサ１７の構成は、図２に示したものに限らない。すなわち、ＰＭを検出し、且つ、還元剤の影響により検出値に変化が生じるＰＭセンサであればよい。

　次に、図３は、ＰＭセンサ１７の検出値の推移を示したタイムチャートである。内燃機関１の始動直後のＡで示される期間は、排気通路３内で凝縮する水がＰＭセンサ１７に付着する虞がある期間である。ＰＭセンサ１７に水か付着すると、該ＰＭセンサ１７の検出値が変化したり、ＰＭセンサ１７が故障したりするため、この期間ではＰＭセンサ１７によるＰＭ量の検出は行われない。

　Ａで示される期間の後のＢで示される期間では、前回の内燃機関１の運転時にＰＭセンサ１７に付着したＰＭを除去する処理を行う。この処理は、ＰＭセンサ１７の温度を、ＰＭが酸化する温度まで上昇させることにより行われる。このＢで示される期間においても、ＰＭセンサ１７によるＰＭ量の検出は行われない。

　Ｂで示される期間の後のＣで示される期間は、ＰＭの検出に適した温度となるまでに要する期間である。すなわち、Ｂで示される期間においてＰＭセンサ１７の温度がＰＭの検出に適した温度よりも高くなるため、温度が低下してＰＭの検出に適した温度となるまで待っている。このＣで示される期間においても、ＰＭセンサ１７によるＰＭ量の検出は行われない。

　そして、Ｃで示される期間の後のＤで示される期間でＰＭの検出が行われる。なお、Ｄで示される期間であっても、ＰＭセンサ１７にある程度のＰＭが堆積するまでは、検出値が増加しない。すなわち、ある程度のＰＭが堆積して、一対の電極１７１の間に電流が流れるようになってから検出値が増加を始める。その後は、排気中のＰＭ量に応じて検出値が増加していく。

　ここで、ＰＭセンサ１７は、フィルタ５よりも下流側に設けられている。そのため、ＰＭセンサ１７には、フィルタ５に捕集されずに、該フィルタ５を通過したＰＭが付着する。従って、ＰＭセンサ１７におけるＰＭ堆積量は、フィルタ５を通過したＰＭ量の積算値に対応した量となる。

　ここで、図４は、フィルタ５が正常な場合と故障している場合とのＰＭセンサ１７の検出値の推移を示したタイムチャートである。フィルタ５が故障している場合には、ＰＭセンサ１７にＰＭが早く堆積するため、検出値の増加が始まる時点Ｅが、正常なフィルタ５と比較して早くなる。このため、たとえば、内燃機関１の始動後から所定時間Ｆが経過したときの検出値が閾値以上であれば、フィルタ５が故障していると判定できる。この所定時間Ｆは、正常なフィルタ５であればＰＭセンサ１７の検出値が増加しておらず、且つ、故障しているフィルタ５であればＰＭセンサ１７の検出値が増加している時間である。この所定時間Ｆは、実験等により求められる。また、閾値は、フィルタ５が故障しているときのＰＭセンサ１７の検出値の下限値として予め実験等により求められる。

　ところで、ＰＭセンサ１７をフィルタ５よりも下流で且つＮＯx触媒７よりも上流に設けることも考えられる。しかし、このような位置にＰＭセンサ１７を設けると、フィルタ５からＰＭセンサ１７までの距離が短くなる。このため、フィルタ５の割れている箇所を通過したＰＭが排気中に分散しないままＰＭセンサ１７の周辺に到達する虞がある。そうすると、フィルタ５が割れている位置によっては、ＰＭセンサ１７にＰＭがほとんど付着しないために、ＰＭが検出されないこともあり、故障判定の精度が低下する虞がある。

　これに対して本実施例では、ＮＯx触媒７よりも下流にＰＭセンサ１７を設けているため、フィルタ５からＰＭセンサ１７までの距離が長い。このため、ＰＭセンサ１７の周辺では、フィルタ５を通過したＰＭが排気中に分散している。したがって、フィルタ５の割れている位置によらずにＰＭを検出することができる。しかし、噴射弁６よりも下流側にＰＭセンサ１７を設けているため、該噴射弁６から噴射される還元剤がＰＭセンサ１７に付着する虞がある。このＰＭセンサ１７に付着する還元剤は、たとえば、尿素、及び、尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物（ビウレット、シアヌル酸）である。このようにＰＭセンサ１７に還元剤が付着すると、ＰＭセンサ１７の検出値が変化する虞がある。

　ここで図５は、ＰＭセンサ１７の検出値が正常な場合と、異常な場合との推移を示したタイムチャートである。異常な検出値は、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着したときの検出値とすることができる。

　正常な検出値は、時間の経過とともに検出値が増加する。すなわち、ＰＭセンサ１７に付着したＰＭ量に応じて検出値が増加していく。一方、異常な検出値は、検出値が増加するだけでなく減少する場合がある。ここで、ＰＭセンサ１７に前記中間生成物が付着して所定量以上堆積すると、ＰＭが堆積したときと同じように、ＰＭセンサ１７の検出値が増加する。ここで、中間生成物であるビウレットは、１３２－１９０℃のときに生成され、それよりも温度が高くなると気化する。また、中間生成物であるシアヌル酸は、１９０－３６０℃で生成され、それよりも温度が高くなると気化する。このように、ＰＭと比較すると中間生成物は低温で気化する。このため、ＰＭセンサ１７に付着していた中間生成物は、内燃機関１の排気の温度が高いときに気化する。そうすると、中間生成物の堆積量が減少するため、ＰＭセンサ１７の検出値が減少する。これは、ＰＭセンサ１７にＰＭのみが堆積しているときには起こらない現象である。

　また、ＰＭセンサ１７のカバーに中間生成物が付着して堆積すると、該カバーを閉塞させる虞がある。このカバーが中間生成物により閉塞されると、ＰＭが一対の電極１７１に到達できなくなるので、ＰＭが検出されなくなる。このため、フィルタ５の故障判定の精度が低下する虞がある。

　このように、ＮＯx触媒７を還元剤が通り抜けると、フィルタ５の故障判定が困難となる虞がある。一般的に尿素水から熱分解及び加水分解を経てＮＨ_３が生成されることを考慮すると、ＮＯx触媒７を還元剤が通り抜ける原因として、以下の３つが考えられる。

　（１）ＮＯx触媒７の温度又は排気の温度が低い。すなわち、ＮＯx触媒７または排気の温度が低いと、還元剤の熱分解などの反応に時間がかかるので、還元剤の反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過してしまう。

　（２）ＮＯx触媒７を通過する排気の流量が多い。なお、ＮＯx触媒７を通過する排気の流速が速いとしてもよい。すなわち、排気の流量が多いと、還元剤がＮＯx触媒７と接する時間が短くなるため、還元剤の反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過してしまう。

　（３）ＮＯx触媒７に吸着しているＮＨ_３量が多い。なお、ＮＨ_３吸着率が高いとしてもよい。ＮＨ_３吸着率は、ＮＯx触媒７に最大限吸着可能なＮＨ_３量に対して、ＮＯx触媒７に吸着しているＮＨ_３量の比である。すなわち、ＮＯx触媒７に吸着しているＮＨ_３量が多いほど、加水分解が進み難くなるので、還元剤の反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過してしまう。

　上記（１），（２）は、反応時間が不足することにより起こる現象であり、（３）はＮＨ_３の吸着量が多いことにより起こる現象である。そして、これら（１），（２），（３）に対する対策として以下のことが考えられる。

　（１）ＮＯx触媒７の温度または排気の温度が低い場合に、還元剤の供給量を低減させる。

　（２）排気の流量が多い場合または排気の流速が高い場合に、必要最小限の還元剤を供給する。なお、排気の流量が多い場合または排気の流速が高い場合に代えて、加速時としてもよい。

　（３）ＮＨ_３の吸着量が多い、またはＮＨ_３の吸着率が高い場合に、必要最小限の還元剤を供給する。

　これに対し本実施例では、たとえば、ＮＯx触媒７を通過する排気の流量または排気の流速、ＮＯx触媒７の温度または排気の温度、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率またはＮＨ_３の吸着量の少なくとも１つに基づいて、ＰＭセンサ１７に到達する還元剤量を算出する。そして、ＰＭセンサ１７に到達する還元剤量が閾値以上の場合には、還元剤の供給を禁止する。すなわち、ＰＭセンサ１７に到達する還元剤量が閾値未満の場合に限り還元剤を供給する。この閾値は、ＰＭセンサ１７の検出値に対して与える影響が許容範囲を超えるときの値として予め実験等により求めることができる。そして、本実施例では還元剤の供給を禁止するＥＣＵ１０が、本発明における減量部に相当する。

　図６は、本実施例に係る還元剤の供給を禁止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により所定の時間毎に実行される。

　ステップＳ１０１では、還元剤を供給する前提条件が成立しているか否か判定される。本ステップでは、還元剤を供給可能な状態であるか否か判定される。

　たとえば各種センサが正常であるときに、還元剤を供給する前提条件が成立していると判定される。各種センサが正常であるか否かは、周知の技術により判定することができる。また、たとえば内燃機関１の運転状態が、還元剤の供給に適した運転状態であるときに、還元剤を供給する前提条件が成立していると判定される。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、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、ＮＯx触媒７を通過する排気の流量に基づいて第一係数Ｋ１が算出される。この第一係数Ｋ１は、ＮＯx触媒７に流入する還元剤量に対して、排気の流量が多いことが原因となってＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤量の割合を示した値である。なお、ＮＯx触媒７を通過する排気の流量に代えて、ＮＯx触媒７を通過する排気の流速に基づいて第一係数Ｋ１を算出してもよい。また、ＮＯx触媒７を通過する排気の流量に代えて、排気通路３を流通する排気の流量または排気の流速としてもよい。排気の流量または流速は、エアフローメータ１１により検出される吸入空気量に基づいて算出することができる。

　ここで、図７は、ＮＯx触媒７を通過する排気の流量と、第一係数Ｋ１との関係を示した図である。なお、排気の流量に代えて排気の流速としても同様の関係になる。ここで、排気の流量が例えば５０ｇ／ｓになるまでは、還元剤がＮＯx触媒７を通り抜けることがないものとし、この間の第一係数Ｋ１は一定の値とする。そして、排気の流量が例えば５０ｇ／ｓ以上となると、排気の流量の増加に従って、第一係数Ｋ１が増加する。すなわち、排気の流量が多いほど、還元剤がＮＯx触媒７を通り抜けやすくなる。このため、排気の流量が多いほど、ＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤量が多くなるので、第一係数Ｋ１が大きくなる。この関係は、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。

　ステップＳ１０３では、ＮＯx触媒７の温度に基づいて第二係数Ｋ２が算出される。この第二係数Ｋ２は、ＮＯx触媒７に流入する還元剤量に対して、ＮＯx触媒７の温度が低いことが原因となってＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤量の割合を示した値である。なお、ＮＯx触媒７の温度に代えて、排気の温度に基づいて第二係数Ｋ２を算出してもよい。排気の温度は、ＮＯx触媒７よりも下流側の排気の温度、またはＮＯx触媒７を通過する排気の温度としてもよい。また、ＮＯx触媒７の温度は、第三排気温度センサ１４により検出される温度としてもよい。また、ＮＯx触媒７の温度を検出するセンサを備えて、該ＮＯx触媒７の温度を直接検出してもよい。

　ここで、図８は、ＮＯx触媒７の温度と、第二係数Ｋ２との関係を示した図である。なお、ＮＯx触媒７の温度に代えて排気の温度としても同様の関係になる。ＮＯx触媒７の温度が例えば２２０℃以上となると、ＮＯx触媒７の温度が十分に高いことにより還元剤の反応が促進される。このため、２２０℃以上では還元剤がＮＯx触媒７を通り抜けることがないものとし、この間の第二係数Ｋ２は一定の値とする。そして、ＮＯx触媒７の温度が例えば２２０℃未満となると、ＮＯx触媒７の温度が低いほど、第二係数Ｋ２が大きくなる。すなわち、ＮＯx触媒７の温度が低いほど、還元剤がＮＯx触媒７を通り抜けやすくなる。このため、ＮＯx触媒７の温度が低いほど、ＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤量が多くなるので、第二係数Ｋ２が大きくなる。この関係は、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。

　ステップＳ１０４では、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率に基づいて第三係数Ｋ３が算出される。この第三係数Ｋ３は、ＮＯx触媒７に流入する還元剤量に対して、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率が高いことが原因となってＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤量の割合を示した値である。ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率は、ＮＯx触媒７に吸着されているＮＨ_３量を、ＮＯx触媒７が最大限吸着可能なＮＨ_３量で除算した値である。ＮＯx触媒７に吸着されているＮＨ_３量は、たとえば還元剤の供給量、ＮＯx触媒７の温度、排気の流量などに基づいて求めることができる。また、ＮＯx触媒７が最大限吸着可能なＮＨ_３量は、たとえばＮＯx触媒７の温度及びＮＯx触媒７の劣化の度合いに応じて変化する。これらの関係は、予め実験等により求めておくことができる。なお、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率は、周知の技術により求めることもできる。

　ここで、図９は、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率と、第三係数Ｋ３との関係を示した図である。なお、ＮＨ_３の吸着率に代えてＮＨ_３の吸着量としても同様の関係になる。ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率が例えば０．８になるまでは、還元剤がＮＯx触媒７を通り抜けることがないものとし、この間の第三係数Ｋ３は一定の値とする。そして、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率が例えば０．８以上となると、吸着率の増加に従って、第三係数Ｋ３が増加する。すなわち、吸着率が高いほど、還元剤がＮＯx触媒７を通り抜けやすくなる。このため、吸着率が高いほど、ＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤量が多くなるので、第三係数Ｋ３が大きくなる。この関係は、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。また、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着量と、第三係数Ｋ３との関係を実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。

　ステップＳ１０５では、通り抜け係数ＲＭが算出される。通り抜け係数ＲＭは、第一係数Ｋ１に第二係数Ｋ２及び第三係数Ｋ３を乗算した値である。すなわち、通り抜け係数ＲＭは、ＮＯx触媒７に流入する還元剤量に対して、ＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤量の割合を示した値である。

　ステップＳ１０６では、還元剤の供給量ＱＵに、ステップＳ１０５で算出される通り抜け係数ＲＭを乗算して、推定発生量ＱＭが算出される。推定発生量ＱＭは、ＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤量の推定値である。還元剤の供給量ＱＵは、ＥＣＵ１０で算出される指令値を用いることができる。還元剤の供給量ＱＵは、たとえば、排気中のＮＯx量に応じた値に設定される。排気中のＮＯx量は内燃機関１の運転状態に基づいて推定することができる。

　ステップＳ１０７では、推定発生量ＱＭが閾値ＱＰ以上であるか否か判定される。この閾値ＱＰは、ＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤量であって、ＰＭセンサ１７の検出値に対して与える影響が許容範囲を超えるときの還元剤量である。すなわち、推定発生量ＱＭが閾値ＱＰ以上となると、ＰＭセンサ１７に付着する還元剤の影響によりフィルタ５の故障判定の精度が低くなる。

　ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進む。

　ステップＳ１０８では、還元剤の供給が禁止される。すなわち、還元剤を供給すると、ＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤によりＰＭセンサ１７の検出値が変化してしまうので、還元剤の供給を禁止している。

　ステップＳ１０９では、還元剤の供給が許可される。すなわち、ＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤がほとんどないため、還元剤によりＰＭセンサの検出値が変化することはない。

　なお、図６に示したフローでは、第一係数Ｋ１，第二係数Ｋ２，第三係数Ｋ３の全てを用いて通り抜け係数ＲＭを算出しているが、何れか１つの値を通り抜け係数ＲＭとしてもよい。また、何れか２つの値を乗算して通り抜け係数ＲＭとしてもよい。

　また、本実施例では通り抜け係数ＲＭを用いて還元剤の供給を禁止するか否か判定しているが、通り抜け係数ＲＭや第一係数Ｋ１，第二係数Ｋ２，第三係数Ｋ３を用いずに判定することもできる。すなわち、ＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤の量が閾値以上の場合に、還元剤の供給を禁止すればよい。この場合、上記ステップＳ１０２からステップＳ１０６は必要ない。そして、ステップＳ１０７において、ＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤の量が閾値以上か否か判定する。同様に、ステップＳ１０７では、たとえば、ＮＯx触媒７を通過する排気の流量または排気の流速が閾値以上、ＮＯx触媒７の温度または排気の温度が閾値以下、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率またはＮＨ_３の吸着量が閾値以上の少なくとも１つに該当するか否か判定してもよい。これらの閾値は、ＰＭセンサ１７の検出値に対して与える影響が許容範囲を超えるときの値として予め実験等により求めておく。

　以上説明したように、本実施例によれば、ＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤によりＰＭセンサ１７の検出値の精度が低くなる虞がある場合に、還元剤の供給を禁止することができる。これにより、ＰＭセンサ１７の検出値が還元剤により変化することを抑制できるため、フィルタ５の故障判定の精度が低下することを抑制できる。

　前記図６に示したフローでは、推定発生量ＱＭが閾値以上であるときに還元剤の供給を禁止している。これは、ＮＯx触媒７を通過する還元剤量が許容範囲を超えるときに還元剤の供給を禁止しているともいえる。これに対し、本実施例では、ＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤の量によらず、ＮＯx触媒７を還元剤が通り抜ける状態の場合に、還元剤の供給を禁止する。たとえば、ＮＯx触媒７を通過する排気の流量または排気の流速が閾値以上、ＮＯx触媒７の温度または排気の温度が閾値以下、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率またはＮＨ_３の吸着量が閾値以上の少なくとも１つに該当するときに還元剤の供給を禁止する。これら閾値は、還元剤がＮＯx触媒７を通り抜ける値として設定される。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。

　図１０は、本実施例に係る還元剤の供給を禁止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により所定の時間毎に実行される。なお、図６に示したフローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

　ステップＳ１０１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、ＮＯx触媒７を通過する排気の流量が閾値以上、ＮＯx触媒７の温度が閾値以下、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率が閾値以上の少なくとも１つに該当するか否か判定される。これらの閾値は、還元剤がＮＯx触媒７を通り抜ける値として予め実験等により求めておく。排気の流量は、排気の流速としてもよい。ＮＯx触媒７の温度は、排気の温度としてもよい。ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率は、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着量としてもよい。なお、ステップＳ２０１では、還元剤がＮＯx触媒７を通り抜けるか否か判定してもよい。

　また、ステップＳ２０１では、図６に示したフローと同様にして、第一係数Ｋ１，第二係数Ｋ２，第三係数Ｋ３を算出し、これらの何れかの値が閾値以上であるか否か判定してもよい。また、第一係数Ｋ１，第二係数Ｋ２，第三係数Ｋ３のうち、少なくとも２つを乗算した値が閾値以上であるか否か判定してもよい。また、ステップＳ１０５で算出される通り抜け係数ＲＭが閾値以上であるか否か判定してもよい。これら閾値は、還元剤がＮＯx触媒７を通り抜ける値として予め実験等により求めておく。

　ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進む。

　なお、本実施例では還元剤の供給を禁止するＥＣＵ１０が、本発明における減量部に相当する。

　以上説明したように、本実施例によれば、ＮＯx触媒７を通り抜けた還元剤によりＰＭセンサ１７の検出値の精度が低くなる虞がある場合に、還元剤の供給を禁止することができる。これにより、ＰＭセンサ１７の検出値が還元剤により変化することを抑制できるため、フィルタ５の故障判定の精度が低下することを抑制できる。

　本実施例では、ＰＭセンサ１７に到達する還元剤量が閾値未満となるように還元剤を供給する。この閾値は、ＰＭセンサ１７の検出値に与える影響が許容範囲を超えるときの還元剤量である。すなわち、本実施例では、ＰＭセンサ１７の検出値に対して与える影響が許容範囲を超えないように還元剤を供給する。ＮＯx触媒７を還元剤が通り抜けないように還元剤を供給してもよい。その他の装置などは実施例１と同じため説明を省略する。

　たとえば、ＮＯx触媒７を通過する排気の流量が多いほど、または排気の流速が高いほど、還元剤の供給量を少なくする。また、ＮＯx触媒７の温度または排気の温度が低いほど、還元剤の供給量を少なくする。また、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率が高いほど、またはＮＨ_３の吸着量が多いほど、還元剤の供給量を少なくする。なお、本実施例では還元剤の供給量を少なくするＥＣＵ１０が、本発明における減量部に相当する。

　図１１は、本実施例に係る還元剤の供給量の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、図６に示したフローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

　ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０１へ進み、ステップＳ３０１では、通り抜けフラグがＯＮとされる。通り抜けフラグは、推定発生量ＱＭが閾値ＱＰよりも大きいときにＯＮとされるフラグである。なお、通り抜けフラグの初期値はＯＦＦである。また、ＮＯx触媒７を還元剤が通り抜ける状態のときに、通り抜けフラグをＯＮとしてもよい。なお、通り抜けフラグは、後述の実施例において使用するため、本実施例では設定しなくてもよい。

　ステップＳ３０２では、通り抜け量ＱＳが算出される。通り抜け量ＱＳは、推定発生量ＱＭからステップＳ１０７で用いられる閾値ＱＰを減算した値である。すなわち、ＮＯx触媒７を通過した還元剤であって、許容範囲を超えた分の還元剤量が通り抜け量ＱＳとして算出される。なお、通り抜け量ＱＳは、後述の実施例において使用する値であるため、本実施例では算出しなくてもよい。

　ステップＳ３０３では、補正係数ＫＱが算出される。補正係数ＫＱは、還元剤の供給量ＱＵを補正するための係数であり、ＰＭセンサ１７に到達する還元剤が許容範囲内となるように補正するための係数である。補正係数ＫＱは、閾値ＱＰを推定発生量ＱＭで除算した値である。この補正係数ＫＱは、ＮＯx触媒７を通過する還元剤量が閾値ＱＰまで減少するように設定される。

　ステップＳ３０４では、還元剤の供給量ＱＵに補正係数ＫＱを乗算することにより、最終的な還元剤の供給量ＱＵが算出される。すなわち、ステップＳ３０４で算出される新たな還元剤の供給量ＱＵが、実際に供給される還元剤量となる。

　また、ステップＳ１０７で否定判定がなされた場合には、ステップＳ３０５へ進み、補正係数ＫＱに１が代入される。すなわち、還元剤の供給量ＱＵが変わらないようにしている。

　このようにして、ＮＯx触媒７を通り抜ける還元剤の量を許容範囲内に抑えつつ還元剤を供給することができるため、ＮＯxの浄化率の低下を抑制できる。また、ＰＭセンサ１７の検出値が還元剤により変化することを抑制できるため、フィルタ５の故障判定の精度が低下することを抑制できる。

　本実施例においては、ＮＯx触媒７を通過する排気の流量または排気の流速に応じて還元剤の供給量の上限値を設ける。その他の装置などは実施例１と同じため、説明を省略する。

　ここで、実施例３では、推定発生量ＱＭに基づいて還元剤の供給量を補正しているが、本実施例では、推定発生量ＱＭを算出しない。また、本実施例では、還元剤の供給量は補正せずに、供給量の上限値を設ける。たとえば、必要とされる還元剤量が上限値より多い場合であっても、実際に供給する還元剤は上限値とする。すなわち、還元剤の供給量を少なくする。この還元剤の供給量の上限値は、ＰＭセンサ１７の検出値に与える影響が許容範囲内となる還元剤量の上限値である。還元剤量の上限値と、排気の流量または排気の流速との関係は、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。なお、本実施例では還元剤の供給量を少なくするＥＣＵ１０が、本発明における減量部に相当する。

　図１２は、本実施例に係る還元剤の供給量の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、図６に示したフローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

　ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合に、ステップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１では、還元剤の供給量の上限値が設定される。還元剤の供給量の上限値は、排気の流量または排気の流速に基づいて求める。たとえば、排気の流量が多いほど、または、排気の流速が高いほど、上限値を小さくする。この関係は、予め実験等により求めてマップ化しておいてもよい。

　ステップＳ４０２では、還元剤の供給量ＱＵが算出される。還元剤の供給量ＱＵは、ＥＣＵ１０で算出される指令値を用いることができる。還元剤の供給量ＱＵは、たとえば、排気中のＮＯx量に応じた値に設定される。

　ステップＳ４０３では、ステップＳ４０２で算出される還元剤の供給量ＱＵが、ステップＳ４０１で設定される上限値以下であるか否か判定される。ステップＳ４０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ４０５へ進む。

　ステップＳ４０４では、ステップＳ４０２で算出される還元剤の供給量ＱＵが、最終的な還元剤の供給量ＱＵに設定される。

　ステップＳ４０５では、ステップＳ４０１で設定される上限値が、最終的な還元剤の供給量ＱＵに設定される。

　このようにして、簡易的に還元剤の供給量の上限を設定しても、還元剤がＰＭセンサ１７に付着することを抑制できる。これにより、フィルタ５の故障判定の精度を高めることができる。

　なお、本実施例では、還元剤の供給量の上限値を、ＮＯx触媒７を通過する排気の流量または排気の流速に基づいて設定しているが、これに代えて、ＮＯx触媒７の温度、または、排気の温度、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着量に基づいて、還元剤の供給量の上限値を算出してもよい。

　ＮＯx触媒７の温度、または、排気の温度、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着率、ＮＯx触媒７におけるＮＨ_３の吸着量と、還元剤の供給量の上限値と、の関係は予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。

　本実施例では、還元剤がＰＭセンサ１７に到達するような運転状態となる前に、予め還元剤をＮＯx触媒７に吸着させておく。その他の装置などは実施例１と同じため、説明を省略する。

　前記実施例では、還元剤がＰＭセンサ１７に到達するような運転状態になると、還元剤の供給量を少なくしているが、本実施例では、そのような運転状態となる前にＮＯx触媒７に還元剤を吸着させておく。たとえば、吸入空気量が現時点における値から最大限増加したときを想定し、ＮＯx触媒７の温度が、現時点の値から該ＮＯx触媒７を還元剤が通り抜けなくなる温度まで上昇するまでの間に、ＮＯx触媒７に流入すると推定されるＮＯxの量に応じた量の還元剤を予め供給しておく。なお、吸入空気量が増加すると、排気の流量または排気の流速が増加するために、還元剤の供給量が少なくされる状態となるが、吸入空気量が増加することで排気の温度が上昇する。そうすると、ＮＯx触媒７の温度が上昇するために、ＮＯx触媒７を還元剤が通り抜け難くなる。すなわち、ＮＯx触媒７の温度が十分に高くなれば、ＮＯxの量に応じた量の還元剤を供給することができる。

　したがって、ＰＭセンサ１７に還元剤が到達する虞のある温度の最高値を算出し、現時点での温度から該最高値まで上昇するのに要する時間に供給するべき還元剤を予めＮＯx触媒７に吸着させておく。

　図１３は、本実施例に係る還元剤の供給量の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、図６に示したフローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

　ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ５０１へ進む。ステップＳ５０１では、ＰＭセンサ１７に還元剤が到達する可能性のあるＮＯx触媒７の最高温度ＴＭが算出される。この最高温度ＴＭは、吸入空気量に応じて変化させてもよい。そして、最高温度ＴＭは、予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１０に記憶させておく。

　ステップＳ５０２では、最高温度ＴＭから現時点におけるＮＯx触媒７の温度ＴＰを減算した値である温度増加量ΔＴＳＣＲが算出される。この温度増加量ΔＴＳＣＲは、内燃機関１の運転状態が変化したときに、ＰＭセンサ１７に還元剤が到達しない状態となるまでに上昇しなくてはならない温度である。

　ステップＳ５０３では、ＮＨ_３増加量ＵＲＱが算出される。ＮＨ_３増加量ＵＲＱは、排気中のＮＯxを還元させるために必要となる還元剤量に対して、上乗せする還元剤量である。すなわち、通常よりも増加させる分の還元剤の供給量である。ＮＨ_３増加量ＵＲＱは、ステップＳ５０２で算出される温度増加量ΔＴＳＣＲと相関関係にあり、図１４で示されるマップにより得られる。ここで、図１４は、温度増加量ΔＴＳＣＲと、ＮＨ_３増加量ＵＲＱと、の関係を示した図である。温度増加量ΔＴＳＣＲが大きいほど、ＮＯx触媒７の温度が、ＰＭセンサ１７に還元剤が到達しなくなる温度まで上昇するまでに時間を要するため、ＮＨ_３増加量ＵＲＱがより大きくなる。この、ＮＨ_３増加量ＵＲＱは、還元剤の供給量を少なくしている間に不足する還元剤量とすることができる。図１４の関係は予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶させておく。

　ステップＳ５０４では、現時点でのＮＨ_３増加量ＵＥＸが読み込まれる。

　ステップＳ５０５では、ステップＳ５０３で算出されるＮＨ_３増加量ＵＲＱが、ステップＳ５０４で読み込まれる現時点でのＮＨ_３増加量ＵＥＸよりも多いか否か判定される。本ステップでは、現時点よりも還元剤を増量する必要があるか否か判定される。すなわち、現時点でのＮＨ_３増加量ＵＥＸが十分多ければ、新たに増量する必要はなく、また、無駄に還元剤を消費する虞もあるため、本ステップの判定がなされる。ステップＳ５０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ５０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合には還元剤を増量する必要はないため本ルーチンを終了させる。

　ステップＳ５０６では、還元剤を増量分ＵＡＤだけ増量させる。この増量分ＵＡＤは、還元剤が急激に増加しないように設定される。ここで、ＮＨ_３増加量ＵＲＱを一度に上乗せすると、還元剤の一部がＮＯx触媒７に吸着せずに該ＮＯx触媒７から流出する虞があるため、還元剤の流出を抑えるように増量分ＵＡＤが決定される。そして、ＮＨ_３増加量ＵＲＱよりも増量分ＵＡＤが小さい場合には、本ルーチンが複数回実行されるたびに増量分ＵＡＤだけ増量されていき、最終的にＮＨ_３増加量ＵＲＱに達することになる。この増量分ＵＡＤは規定の値であり、最適値を予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。

　ステップＳ５０７では、現時点でのＮＨ_３増加量ＵＥＸに増量分ＵＡＤを加算した値が、新たに現時点でのＮＨ_３増加量ＵＥＸとされる。

　なお、本実施例においては図１３に示すフローを処理するＥＣＵ１０が、本発明における増量部に相当する。

　このように、還元剤の供給量を少なくするのに備えて、予めＮＯx触媒７により多くの還元剤を吸着させておく。これにより、還元剤の供給量を減少させた場合であっても、還元剤が不足することを抑制できるため、ＮＯxの浄化率が低下することを抑制できる。また、還元剤がＰＭセンサ１７に到達する虞があるときには、還元剤の供給量を減少させることができるため、ＰＭセンサ１７の検出値が還元剤の影響を受けて変化することを抑制できる。このため、フィルタ５の故障判定の精度を高めることができる。

　本実施例では、実施例５で説明した還元剤の増量が間に合わない場合、または、規定期間ごとに還元剤を供給する場合について説明する。その他の装置などは実施例１と同じため、説明を省略する。

　一般に、還元剤の供給は、ＮＯx触媒７に流入したＮＯx量の積算値が閾値に達したときに行うか、または、規定期間毎に行う。ＮＯx触媒７に流入したＮＯx量の積算値が閾値に達したときに還元剤の供給を行う場合には、該ＮＯx量の積算値に対応した規定量の還元剤が供給される。また、規定期間毎に還元剤の供給を行う場合には、規定期間にＮＯx触媒７に流入したＮＯx量の積算値に応じて還元剤が供給される。

　これに対し本実施例では、ＰＭセンサ１７に還元剤が到達する虞があるときには、還元剤を供給する時期となった場合であっても、還元剤の供給をすぐには行わない。すなわち、還元剤の供給量が通常よりも少なくされている場合に還元剤を供給する時期となっても、還元剤の供給を行わない。そして、還元剤がＰＭセンサ１７に到達する虞がなくなってから還元剤を供給する。すなわち、還元剤の供給を延期する。このときの還元剤の供給量は、還元剤の供給を延期している期間にＮＯx触媒７に流入したＮＯxを浄化可能な分だけ増量して行われる。すなわち、供給される還元剤の量は、前回の還元剤の供給から、現時点までにＮＯx触媒７に流入したＮＯx量に応じて決定される。これは、ＮＯx触媒７に吸着している還元剤の減少分に応じた量の還元剤を供給するとしてもよい。

　図１５は、一般的な供給フラグおよびＮＯx触媒７に流入するＮＯx量の積算値の推移を示したタイムチャートである。図１５は、還元剤の供給量が少なくされていないときの図としてもよい。また、図１５は、還元剤の一般的な供給時期を示した図としてもよい。供給フラグがＯＮとなると、還元剤が供給される。供給フラグがＯＦＦとなっているときには、ＮＯx触媒７に流入するＮＯx量が積算される。

　図１５では、規定期間ごとに供給フラグがＯＮとされる。この規定期間は、還元剤の供給が必要となる期間として予め設定されており、たとえば、数秒から数十秒である。供給フラグがＯＮとなると、そのときのＮＯx量の積算値に応じて還元剤の供給量が決定される。すなわち、すでにＮＯx触媒７に流入したＮＯxにより、ＮＯx触媒７に吸着していた還元剤が消費されているため、この消費された分の還元剤を補うように還元剤を供給する。

　なお、ＮＯx触媒７に流入するＮＯx量の積算値が閾値に達すると、供給フラグがＯＮとなり、還元剤の供給を行うようにしてもよい。

　図１６は、本実施例に係る還元剤の供給制御を行った場合の供給フラグおよびＮＯx触媒７に流入するＮＯx量の積算値の推移を示したタイムチャートである。なお、図１６中の通過フラグがＯＮとなっているときには、還元剤がＮＯx触媒７を通り抜ける虞がある。たとえば、吸入空気量が閾値以上で、且つ、ＮＯx触媒７の温度が閾値未満のときに通過フラグがＯＮとなる。この通過フラグがＯＮとなっている間は、還元剤の供給を行わない。すなわち、供給フラグをＯＮとせずに還元剤の供給を延期させる。そして、還元剤の供給を延期している間もＮＯx量が積算され、通過フラグがＯＦＦとなったときに、供給フラグがＯＮとされると共に、このときのＮＯx量の積算値に応じた量の還元剤が供給される。

　図１７は、本実施例に係る還元剤の供給量の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、図６に示したフローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

　ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ６０１へ進む。ステップＳ６０１では、還元剤の供給時期であるか否か判定される。還元剤の供給は、予め設定されている規定期間ごとに行われるため、前回の還元剤の供給から規定期間が経過しているときに還元剤の供給時期であると判定される。ステップＳ６０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ６０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ６０６へ進み、ＮＯx触媒７に流入するＮＯx量が積算される。そして、ステップＳ６０６が実行された後にステップＳ６０１へ戻る。すなわち、ステップＳ６０１で肯定判定がなされるまで、ＮＯx触媒７に流入するＮＯx量が積算される。

　ステップＳ６０２では、通過フラグがＯＮとなっているか否か判定される。すなわち、ＰＭセンサ１７に還元剤が到達する虞のある状態であるか否か判定される。たとえば、ＮＯx触媒７を通過する排気の流量または排気の流速が閾値以上、ＮＯx触媒７の温度または排気の温度が閾値以下、ＮＯx触媒７におけるＮＨ３の吸着率またはＮＨ３の吸着量が閾値以上の少なくとも１つに該当するときに通過フラグがＯＮとなる。これは、実施例２で説明した還元剤の供給を禁止する条件と同じとしてもよい。そして、ステップＳ６０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ６０７へ進む。

　ステップＳ６０７では、ＮＯx触媒７に流入するＮＯx量が積算される。そして、ステップＳ６０７が実行された後にステップＳ６０２へ戻る。すなわち、ステップＳ６０２で否定判定がなされるまで、ＮＯx触媒７に流入するＮＯx量が積算される。

　一方、ステップＳ６０２で否定判定がなされた場合には、ステップＳ６０３へ進む。ステップＳ６０３では、還元剤の供給量が算出される。還元剤の供給量は、ステップＳ６０６で算出されるＮＯx量の積算値と、ステップＳ６０７で算出されるＮＯx量の積算値と、を加算した値に基づいて算出される。ＮＯx量の積算値と還元剤供給量との関係は、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。

　ステップＳ６０４では、供給フラグがＯＮとされる。そして、ステップＳ６０５では、ステップＳ６０３で算出される還元剤の供給量にしたがって、還元剤が供給される。

　なお、本実施例においては図１７に示すフローを処理するＥＣＵ１０が、本発明における延期部に相当する。

　このように、ＰＭセンサ１７に還元剤が到達する虞のある場合には、還元剤の供給を禁止することで、ＰＭセンサ１７の検出値が還元剤から影響を受けて変化することを抑制できる。これにより、フィルタ５の故障判定の精度が低下することを抑制できる。また、還元剤の供給を禁止した後に還元剤を供給するときには、還元剤の供給量を増量することにより、ＮＯx触媒７に吸着している還元剤の量を速やかに回復させることができる。これにより、ＮＯx浄化率が低下することを抑制できる。

１     内燃機関
２     吸気通路
３     排気通路
４     酸化触媒
５     フィルタ
６     噴射弁
７     選択還元型ＮＯx触媒
１０   ＥＣＵ
１１   エアフローメータ
１２   第一排気温度センサ
１３   第二排気温度センサ
１４   第三排気温度センサ
１５   第一ＮＯxセンサ
１６   第二ＮＯxセンサ
１７   ＰＭセンサ
１８   アクセル開度センサ
１９   クランクポジションセンサ

Claims

　内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
　前記フィルタよりも下流側に設けられ供給される還元剤により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該選択還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給する供給装置と、
　前記選択還元型ＮＯx触媒よりも下流側で排気中の粒子状物質の量を検出するＰＭセンサと、
　前記選択還元型ＮＯx触媒の温度が閾値以下の場合、排気の温度が閾値以下の場合、排気の流量が閾値以上の場合、前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量が閾値以上の場合の少なくとも１つに該当する場合には、何れにも該当しない場合よりも、還元剤の供給量を少なくする減量部と、
　を備える内燃機関の排気浄化装置。
　前記選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が、
　前記選択還元型ＮＯx触媒の温度または排気の温度が低いほど多くなり、
　排気の流量が多いほど多くなり、
　前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量が多いほど多くなるものとして、
　前記減量部は、前記選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量を、前記選択還元型ＮＯx触媒の温度または排気の温度、前記排気の流量、前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量の少なくとも１つに基づいて算出し、該選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が閾値未満となるように還元剤の供給量を決定する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が、
　前記選択還元型ＮＯx触媒の温度または排気の温度が低いほど多くなり、
　排気の流量が多いほど多くなり、
　前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量が多いほど多くなるものとして、
　前記減量部は、前記選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量を、前記選択還元型ＮＯx触媒の温度または排気の温度、前記排気の流量、前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量の少なくとも１つに基づいて算出し、該選択還元型ＮＯx触媒を通り抜ける還元剤の量が閾値以上の場合に還元剤の供給を禁止する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜ける状態となって前記減量部により還元剤の供給量が少なくされたときにＮＯxを還元させる還元剤を、該選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けない状態のときに予め供給しておく増量部を備える請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記増量部は、前記選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けない該選択還元型ＮＯx触媒の温度と、現時点における前記選択還元型ＮＯx触媒の温度と、の差に基づいて、供給する還元剤の量を決定する請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
　前記選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜ける状態となってから、通り抜けない状態となるまでの間に、還元剤を供給する時期となった場合には、該選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けない状態となるまで還元剤の供給を延期し、該選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けない状態となった後に供給する還元剤の量を、前回の還元剤の供給時から該選択還元型ＮＯx触媒に流入したＮＯx量の積算値に基づいて決定する延期部を備える請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。