WO2014087536A1 - 排気浄化装置の異常検出装置 - Google Patents

排気浄化装置の異常検出装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an abnormality detection device for detecting an abnormality of an exhaust purification device of an internal combustion engine.
  • a filter is provided as an exhaust purification device in the exhaust passage of the internal combustion engine.
  • the filter collects particulate matter (Particulate Matter: hereinafter referred to as PM) in the exhaust.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which a differential pressure sensor that outputs a signal corresponding to the difference between the exhaust pressure upstream of the filter and the exhaust pressure downstream of the filter (the differential pressure across the filter) is disclosed. .
  • a differential pressure sensor is connected to an exhaust passage upstream of the filter and an exhaust passage downstream of the filter via a pressure introduction pipe. Then, the PM accumulation amount in the filter is estimated using the output of the differential pressure sensor.
  • Patent Document 1 discloses a technique for detecting the state of a filter using the amount of change in pressure in the intake manifold and the amount of change in differential pressure across the filter.
  • a filter carrying a selective reduction type NOx catalyst (hereinafter referred to as SCR catalyst) has been developed.
  • SCR catalyst selectively reduces NOx in the exhaust when a reducing agent is supplied.
  • SCRF filter carrying such an SCR catalyst
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which an aqueous urea solution is supplied from an upstream side to a SCRF provided in an exhaust passage through a nozzle. In this case, ammonia is generated by the hydrolysis of urea. Then, NOx is reduced in the SCR catalyst using this ammonia as a reducing agent. Moreover, in patent document 2, the differential pressure sensor which detects the differential pressure before and after SCRF is provided.
  • a reducing agent addition valve for adding a reducing agent into the exhaust is provided upstream of the SCRF in the exhaust passage.
  • the reducing agent added from the reducing agent addition valve flows into the SCRF together with the exhaust gas, the reducing agent is supplied to the SCR catalyst supported on the SCRF.
  • a diffusion device for diffusing the reducing agent may be provided in the exhaust passage between the reducing agent addition valve and the SCRF.
  • An object of the present invention is to distinguish and detect an abnormality of the SCRF and an abnormality of the diffusion device in the configuration in which the diffusion device is provided in the exhaust passage between the reducing agent addition valve and the SCRF as described above.
  • the SCRF when the difference between the exhaust differential pressure, which is the difference between the exhaust pressure upstream of the reducing agent addition valve and the exhaust pressure downstream of the SCRF, and the predetermined exhaust differential pressure exceeds a certain amount. Based on at least one of the difference between the NOx purification rate and the predetermined NOx purification rate in the supported SCR catalyst or the difference between the PM amount flowing out from the SCRF and the predetermined outflow PM amount, the SCRF is damaged and the SCRF is clogged with PM. And the abnormality of the diffusion device are determined.
  • An abnormality detection device for an exhaust gas purification device includes: A filter provided in an exhaust passage of the internal combustion engine for collecting particulate matter in the exhaust, on which a selective reduction type NOx catalyst is supported; A reducing agent addition valve that is provided in an exhaust passage upstream of the filter and adds a reducing agent into the exhaust; An abnormality detection device for an exhaust gas purification device that detects an abnormality of the exhaust gas purification device, comprising a diffusion device that is provided in an exhaust passage between the filter and the reducing agent addition valve and diffuses the reducing agent in the exhaust gas.
  • the filter Supported by the filter when the difference between the exhaust differential pressure, which is the difference between the exhaust pressure upstream of the reducing agent addition valve and the exhaust pressure downstream of the filter, exceeds a predetermined amount.
  • the filter is damaged based on at least one of the difference between the NOx purification rate and the predetermined NOx purification rate in the selected selective NOx catalyst, or the difference between the particulate matter amount flowing out from the filter and the predetermined outflow PM amount.
  • a determination unit that determines which one of the clogging of the filter due to particulate matter and the abnormality of the diffusion device has occurred.
  • the exhaust pressure upstream of the reducing agent addition valve and the exhaust pressure downstream of SCRF The exhaust differential pressure, which is the difference between the two, changes more greatly than normal.
  • the NOx purification rate hereinafter also referred to simply as the NOx purification rate
  • the outflow PM amount Value shows behavior according to the content of the abnormality.
  • the predetermined exhaust differential pressure may be an exhaust differential pressure a predetermined time before the present time, or may be an estimated value of the exhaust differential pressure when it is assumed that the filter and the diffusion device are normal.
  • the predetermined NOx purification rate may be a NOx purification rate a predetermined time before the present time, or may be an estimated value of the NOx purification rate when it is assumed that the filter and the diffusion device are normal.
  • the predetermined outflow PM amount may be a predetermined outflow PM amount before a predetermined time from the present time, or may be an estimated value of the predetermined outflow PM amount when it is assumed that the filter and the diffusion device are normal.
  • the determination unit determines that the SCRF is broken. It may be determined that has occurred.
  • the determination unit performs the PM of the SCRF It may be determined that clogging has occurred.
  • the determination unit may determine that an abnormality of the diffusion device has occurred.
  • the abnormality of the SCRF and the abnormality of the diffusion device can be distinguished and detected.
  • Example 1 Here, the case where the exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described.
  • the internal combustion engine according to the present invention is not limited to a diesel engine, and may be a gasoline engine or the like.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an intake / exhaust system of an internal combustion engine according to the present embodiment.
  • the internal combustion engine 1 is a diesel engine for driving a vehicle.
  • An intake passage 2 and an exhaust passage 3 are connected to the internal combustion engine 1.
  • An air flow meter 11 that detects the intake air amount of the internal combustion engine 1 is provided in the intake passage 2.
  • a fuel addition valve 4 In the exhaust passage 3, a fuel addition valve 4, a front stage catalyst 5, a urea addition valve 6, a diffusion device 9, a SCRF 7, and a rear stage catalyst 8 are provided in order from the upstream side along the exhaust flow. Further, a first NOx sensor 12 is provided between the upstream catalyst 5 and the urea addition valve 6 in the exhaust passage 3. An exhaust temperature sensor 14 is provided between the SCRF 7 and the rear catalyst 8 in the exhaust passage 3. A second NOx sensor 15 and a PM sensor 16 are provided downstream of the rear catalyst 8 in the exhaust passage 3. Further, a differential pressure sensor 13 is provided in the exhaust passage 3.
  • the pre-stage catalyst 5 is an oxidation catalyst. However, the pre-stage catalyst 5 may be a catalyst other than the oxidation catalyst as long as it has an oxidation function.
  • the fuel addition valve 4 adds fuel into the exhaust gas in order to supply fuel to the front catalyst 5.
  • Fuel can also be supplied to the pre-stage catalyst 5.
  • SCRF7 is configured by supporting an SCR catalyst 7a on a wall flow type filter that collects PM in exhaust gas.
  • the SCR catalyst 7a reduces NOx in the exhaust gas using ammonia as a reducing agent.
  • the urea addition valve 6 adds a urea aqueous solution into the exhaust gas so as to supply urea, which is a precursor of ammonia, to the SCRF 7.
  • Ammonia is produced by the hydrolysis of urea added from the urea addition valve 6.
  • the produced ammonia is once adsorbed on the SCR catalyst 7a supported on the SCRF 7. Then, the adsorbed ammonia becomes a reducing agent, and NOx in the exhaust is reduced.
  • the urea addition valve 6 corresponds to the reducing agent addition valve according to the present invention.
  • the reducing agent addition valve according to the present invention may be a device that adds urea as a gas or a solid.
  • the reducing agent addition valve according to the present invention may be a device that adds ammonia into the exhaust gas as a gas, liquid, or solid.
  • the SCR catalyst 7a is a catalyst that reduces NOx using HC or CO as a reducing agent
  • the reducing agent addition valve according to the present invention may be a fuel addition valve.
  • the diffusion device 9 is a device for diffusing urea in the exhaust gas added from the urea addition valve 6.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the diffusion device 9.
  • the diffusion device 9 includes a plurality of blades 9a that are inclined with respect to the flow direction of the exhaust gas.
  • the wings 9a protrude from the inner wall surface of the passage toward the central axis, and are installed at equal intervals around the central axis of the passage. According to such a configuration, the exhaust gas flowing from the upstream side toward the diffusion device 9 in the axial direction of the exhaust passage 3 collides with the wing 9a. Then, since the exhaust gas travels along the wing 61, the traveling direction of the exhaust gas changes. As a result, a swirling flow of the exhaust swirling around the central axis of the exhaust passage 3 is generated. As a result, urea in the exhaust is diffused.
  • Ammonia can be adsorbed in a wider range of the SCR catalyst 7a by diffusing urea in the exhaust gas flowing into the SCRF 7. Therefore, the reduction of NOx in the SCR catalyst 7a can be promoted.
  • the shape and the number of the wings 9a shown in FIG. 2 are merely examples, and other shapes and numbers may be used.
  • diffusion apparatus which concerns on this invention is not restricted to a structure as shown in FIG. 2, The other well-known structure is applicable.
  • the latter stage catalyst 8 is an oxidation catalyst.
  • the rear catalyst 8 may be another catalyst having an oxidation function.
  • the rear catalyst 8 may be a catalyst configured by combining an oxidation catalyst and an SCR catalyst that reduces ammonia in exhaust using ammonia as a reducing agent.
  • an oxidation catalyst is formed by supporting a noble metal such as platinum (Pt) on a support made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zeolite, or the like, and copper (Cu SCR catalyst may be formed by supporting a base metal such as iron or iron (Fe).
  • the rear catalyst 8 By making the rear catalyst 8 a catalyst having such a configuration, HC, CO and ammonia in the exhaust can be oxidized, and further, a part of ammonia is oxidized and NOx is generated and generated. NOx can be reduced using excess ammonia as a reducing agent.
  • the first NOx sensor 12 and the second NOx sensor 15 are sensors that detect NOx in the exhaust.
  • the first NOx sensor 12 detects NOx in the exhaust gas flowing out from the front catalyst 5, that is, NOx flowing into the SCRF 7.
  • the second NOx sensor 15 detects NOx in the exhaust gas flowing out from the rear catalyst 8, that is, NOx flowing out from the SCRF 7.
  • the exhaust temperature sensor 14 is a sensor that detects the temperature of the exhaust.
  • the PM sensor 16 is a sensor that detects PM in the exhaust gas.
  • the PM sensor 16 detects the PM in the exhaust gas that has flowed out of the rear catalyst 8, that is, the PM that has flowed out of the SCRF 7.
  • a sensor element having a pair of electrodes can be used as the PM sensor 16, for example. In the PM sensor having such a configuration, electrical characteristics such as a resistance value between the pair of electrodes change according to the amount of PM deposited on the sensor element. The output value of the PM sensor changes according to the change in the electrical characteristics.
  • the differential pressure sensor 13 is configured to detect a difference between the exhaust pressure between the front catalyst 5 and the urea addition valve 6 in the exhaust passage 3 and the exhaust pressure between the SCRF 7 and the rear catalyst 8 (hereinafter, this exhaust pressure difference is referred to as an exhaust difference). (Referred to as pressure).
  • pressure the exhaust pressure difference
  • the other end of the upstream pressure introduction pipe whose one end is connected to the exhaust passage 3 between the front catalyst 5 and the urea addition valve 6, and the exhaust passage 3 between the SCRF 7 and the rear catalyst 8. Is connected to the other end of the downstream pressure introduction pipe having one end connected to the other end.
  • differential pressure sensor 13 pressure sensors for detecting the exhaust pressure are provided in the exhaust passage 3 between the front catalyst 5 and the urea addition valve 6 and between the SCRF 7 and the rear catalyst 8, respectively.
  • the exhaust differential pressure may be calculated based on the output values of these pressure sensors.
  • the internal combustion engine 1 is provided with an electronic control unit (ECU) 10.
  • ECU electronice control unit
  • Various sensors such as an air flow meter 11, a first NOx sensor 12, a second NOx sensor 15, an exhaust temperature sensor 14, and a PM sensor 16 are electrically connected to the ECU 10. And the output signal of various sensors is input into ECU10. Further, the ECU 10 estimates the temperature of the SCRF 7 based on the output value of the exhaust temperature sensor 14.
  • the ECU 10 calculates the amount of PM flowing out from the SCRF 7 based on the output value of the PM sensor 16. Further, the ECU 10 determines, based on the output values of the first NOx sensor 12 and the second NOx sensor 15, the NOx purification rate in the SCR catalyst 7a carried on the SCRF 7 (NOx reduced in the SCR catalyst 7a with respect to the NOx amount flowing into the SCRF 7). The ratio of the amount is calculated. In addition, without providing the first NOx sensor 12, the amount of NOx flowing into the SCRF 7 can be estimated based on the operating state of the internal combustion engine 1, and the NOx purification rate in the SCR catalyst 7a can be calculated using this estimated value. .
  • the fuel addition valve 4 and the urea addition valve 6 are electrically connected to the ECU 10. These devices are controlled by the ECU 10.
  • the ECU 10 executes fuel addition from the fuel addition valve 4 to realize filter regeneration processing to remove PM accumulated on the SCRF 7.
  • fuel is added from the fuel addition valve 4, the fuel is supplied to the front catalyst 5.
  • oxidation heat is generated.
  • the exhaust gas flowing into the SCRF 7 is heated by this oxidation heat.
  • the temperature of SCRF7 rises.
  • the filter regeneration process is executed, the SCRF 7 temperature is raised to a predetermined filter regeneration temperature (for example, 600 to 650 ° C.) at which PM oxidation is promoted by controlling the amount of fuel added from the fuel addition valve 4. Let As a result, PM deposited on SCRF 7 is oxidized and removed.
  • an upstream pressure introduction pipe for introducing the exhaust pressure upstream of the SCRF 7 into the differential pressure sensor is provided upstream of the SCRF 7 and downstream of the urea addition valve 6.
  • an upstream pressure introduction pipe for introducing the exhaust pressure upstream of SCRF 7 to the differential pressure sensor 13 is connected to the upstream side of the urea addition valve 6 in the exhaust passage 3. . Therefore, it can suppress that the deposit deposited from urea aqueous solution adheres to an upstream pressure introducing pipe or the differential pressure sensor 13.
  • the exhaust differential pressure detected by the differential pressure sensor 13 is the exhaust pressure upstream of the urea addition valve 6, that is, upstream of the diffusion device 9, and the exhaust pressure downstream of the SCRF 7. The difference. Therefore, the exhaust differential pressure detected by the differential pressure sensor 13 changes not only when an abnormality occurs in the SCRF 7 but also when an abnormality occurs in the diffusion device 9.
  • the exhaust differential pressure is greatly reduced from that in the normal state, similarly to the case where the SCRF 7 is damaged. Further, when PM is accumulated in the diffusion device 9 and the clogging of the diffusion device 9 is generated, the exhaust pressure difference is greatly increased from that in the normal state as in the case where clogging due to PM of the SCRF 7 is generated. Therefore, it is difficult to distinguish and detect the abnormality of the SCRF 7 and the abnormality of the diffusion device 9 based only on the change in the exhaust differential pressure detected by the differential pressure sensor 13.
  • a change in at least one of the NOx purification rate in the SCR catalyst 7a or the PM amount flowing out from the SCRF 7 (outflow PM amount).
  • FIG. 3 is a flowchart showing a flow of abnormality detection of the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment. This flow is stored in advance in the ECU 10 and is repeatedly executed at predetermined intervals.
  • step S101 the difference between the present exhaust differential pressure detected by the differential pressure sensor 13 and the exhaust differential pressure a predetermined time before the present time, that is, the change in the exhaust differential pressure during the elapse of a predetermined time.
  • a value ⁇ Pex / Ga obtained by dividing the amount ⁇ Pex by the intake air amount Ga detected by the air flow meter 11 is calculated.
  • the predetermined time is a time during which a certain difference occurs between the amount of change in the exhaust differential pressure when an abnormality occurs in the SCRF 7 or the diffusion device 9 and the amount of change in the exhaust differential pressure during normal operation. This predetermined time is determined in advance based on experiments and the like.
  • step S102 it is determined whether or not the value ⁇ Pex / Ga calculated in step S101 is greater than a predetermined threshold value ⁇ Pex / Ga0.
  • the threshold value ⁇ Pex / Ga0 is a range where it can be determined that no abnormality has occurred in either the SCRF 7 or the diffusion device 9, that is, the upper limit value of the appropriate range.
  • This threshold value ⁇ Pex / Ga0 is a value that is determined according to the operating state of the internal combustion engine 1, the estimated value of the PM deposition amount in SCRF 7 when it is assumed that SCRF 7 is normal, and the like.
  • the threshold value ⁇ Pex / Ga0 can be obtained based on experiments or the like.
  • the threshold value ⁇ Pex / Ga0 may be a predetermined fixed value.
  • step S102 If an affirmative determination is made in step S102, the process of step S103 is then executed. On the other hand, if a negative determination is made in step S102, that is, if ⁇ Pex / Ga is equal to or less than a predetermined threshold value ⁇ Pex / Ga0, it can be determined that no abnormality has occurred in either SCRF 7 or diffusion device 9. In this case, the execution of this flow is temporarily terminated.
  • the exhaust differential pressure change ⁇ Pex itself may be used as a parameter for detecting an abnormality.
  • the value of the exhaust differential pressure changes according to the flow rate of the exhaust discharged from the internal combustion engine 1.
  • the flow rate of the exhaust discharged from the internal combustion engine 1 has a correlation with the intake air amount Ga. Therefore, by using the value ⁇ Pex / Ga obtained by dividing the exhaust differential pressure change amount ⁇ Pex by the intake air amount Ga as a parameter for abnormality detection, it is possible to improve the accuracy of abnormality detection.
  • step S103 an increase amount ⁇ Qpm of the current outflow PM amount calculated based on the output value of the PM sensor 16 with respect to the outflow PM amount before the predetermined time from the current time is calculated. That is, the increase amount ⁇ Qpm of the outflow PM amount is an increase amount of the outflow PM amount during the predetermined time.
  • step S104 it is determined whether or not the increase amount ⁇ Qpm of the outflow PM amount calculated in step S103 is equal to or less than a predetermined threshold value ⁇ Qpm0.
  • a predetermined threshold value ⁇ Qpm0 is a range in which the SCRF 7 can be determined not to be damaged, that is, an upper limit value of an appropriate range.
  • This threshold value ⁇ Qpm0 is a value determined in accordance with the operating state of the internal combustion engine 1, the estimated value of the PM deposition amount in SCRF 7 when it is assumed that SCRF 7 is normal, and the like.
  • the threshold value ⁇ Qpm0 can be obtained based on experiments or the like.
  • the threshold value ⁇ Qpm0 may be a predetermined fixed value.
  • step S104 determines whether the increase amount ⁇ Qpm of the outflow PM amount is larger than a predetermined threshold value ⁇ Qpm0. If a negative determination is made in step S104, that is, if the increase amount ⁇ Qpm of the outflow PM amount is larger than a predetermined threshold value ⁇ Qpm0, the process of step S108 is executed next. In step S108, it is determined that the SCRF 7 has been damaged.
  • step S105 a decrease amount ⁇ Rnox of the current NOx purification rate calculated based on the output values of the first NOx sensor 12 and the second NOx sensor 15 with respect to the NOx purification rate a predetermined time before the present time is calculated. That is, the decrease amount ⁇ Rnox of the NOx purification rate is the decrease amount of the NOx purification rate during the predetermined time.
  • step S106 it is determined whether or not the decrease amount ⁇ Rnox of the NOx purification rate calculated in step S105 is larger than a predetermined threshold value ⁇ Rnox0.
  • a predetermined threshold value ⁇ Rnox0 is a range in which the diffusion device 9 can be determined to be normal, that is, an upper limit value of an appropriate range.
  • This threshold value ⁇ Rnox0 is a value determined according to the operating state of the internal combustion engine 1 or the like.
  • the threshold value ⁇ Rnox0 can be obtained based on experiments or the like.
  • the threshold value ⁇ Rnox0 may be a predetermined fixed value.
  • step S106 If an affirmative determination is made in step S106, the process of step S107 is then executed. In step S107, it is determined that an abnormality of the diffusing device 9 has occurred. On the other hand, if a negative determination is made in step S106, that is, if the decrease amount ⁇ Rnox of the NOx purification rate is equal to or smaller than the predetermined threshold value ⁇ Rnox0, the process of step S109 is executed next. In step S109, it is determined that the SCRF 7 is clogged with PM.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a flow of abnormality detection of the exhaust gas purification apparatus according to the modification of the present embodiment. This flow is stored in advance in the ECU 10 and is repeatedly executed at predetermined intervals.
  • steps S103 and S104 and steps S105 and S106 are reversed from the flow shown in FIG. That is, in this flow, when an affirmative determination is made in step S102, the processes in steps S105 and S106 are executed first.
  • Step S109 is executed next, as in the flow shown in FIG.
  • step S106 when an affirmative determination is made in step S106, the processing of steps S103 and S104 is executed. Even in this case, if the increase amount ⁇ Qpm of the outflow PM amount calculated in step S103 is larger than the predetermined threshold value ⁇ Qpm0, it can be determined that the SCRF 7 is broken. Further, if the increase amount ⁇ Qpm of the outflow PM amount calculated in step S103 is equal to or less than a predetermined threshold value ⁇ Qpm0, it can be determined that an abnormality of the diffusion device 9 has occurred. Therefore, if an affirmative determination is made in step S106, the process of step S107 is executed next, and if a negative determination is made, the process of step S108 is executed next.
  • ⁇ Pex, ⁇ Qpm, and ⁇ Rnox may be calculated as differences between the current values and the normal values of the exhaust differential pressure, the outflow PM amount, and the NOx purification rate.
  • ⁇ Pex may be a difference between the current exhaust differential pressure detected by the differential pressure sensor 13 and an estimated value of the exhaust differential pressure when the SCRF 7 and the diffusion device 9 are assumed to be normal.
  • ⁇ Qpm may be an increase amount of the current outflow PM amount calculated based on the output value of the PM sensor 16 with respect to the estimated value of the outflow PM amount when the SCRF 7 is assumed to be normal.
  • ⁇ Rnox is an estimated value of the NOx purification rate of the current NOx purification rate calculated based on the output values of the first NOx sensor 12 and the second NOx sensor 15 when the SCRF 7 and the diffusion device 9 are assumed to be normal. It may be a decrease amount with respect to.
  • the NOx purification rate can be estimated based on the operating state of the internal combustion engine 1, the estimated value of the PM accumulation amount in the SCRF 7 when the SCRF 7 is assumed to be normal, and the like. Estimated values of these values may be obtained in advance based on experiments or the like and stored in the ECU 10 as a map or a function.

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Abstract

　本発明は、ＳＣＲ触媒を担持したフィルタ（ＳＣＲＦ）と還元剤添加弁との間の排気通路に拡散装置を設けた構成において、ＳＣＲＦの異常と拡散装置の異常とを区別して検出することを目的とする。本発明では、還元剤添加弁よりも上流側の排気圧力とＳＣＲＦより下流側の排気圧力との差である排気差圧と所定排気差圧との差がある量を超えたときの、ＳＣＲＦに担持されたＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率と所定ＮＯｘ浄化率との差またはＳＣＲＦから流出するＰＭ量と所定流出ＰＭ量との差の少なくともいずれかに基づいて、ＳＣＲＦのＰＭによる詰まりと、ＳＣＲＦの破損と、拡散装置の異常とのうちいずれの異常が発生しているのかを判定する。

Description

排気浄化装置の異常検出装置
　本発明は、内燃機関の排気浄化装置の異常を検出する異常検出装置に関する。
　内燃機関の排気通路に、排気浄化装置としてフィルタが設けられる場合がある。フィルタは、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと称する）を捕集する。
　特許文献１には、フィルタより上流側の排気圧力とフィルタより下流側の排気圧力との差（フィルタの前後差圧）に応じた信号を出力する差圧センサを設けた構成が開示されている。特許文献１においては、差圧センサが、フィルタより上流側の排気通路及びフィルタより下流側の排気通路に圧力導入管を介して接続されている。そして、差圧センサの出力を利用してフィルタにおけるＰＭ堆積量を推定する。また、特許文献１には、インテークマニホールド内の圧力の変化量及びフィルタの前後差圧の変化量を用いてフィルタの状態を検出する技術が開示されている。
　また、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒と称する）を担持させたフィルタも開発されている。ＳＣＲ触媒は、還元剤が供給されると、排気中のＮＯｘを選択的に還元する。以下、このようなＳＣＲ触媒を担持したフィルタをＳＣＲＦと称する。
　特許文献２には、排気通路に設けられたＳＣＲＦに、その上流側からノズルを通して尿素水溶液を供給する構成が開示されている。この場合、尿素が加水分解することでアンモニアが生成される。そして、このアンモニアを還元剤としてＳＣＲ触媒においてＮＯｘが還元される。また、特許文献２においては、ＳＣＲＦの前後差圧を検知する差圧センサが設けられている。
特開２００７－２９２０１３号公報 特開２００７－１７０３８８号公報
　排気通路におけるＳＣＲＦより上流側には、排気中に還元剤を添加する還元剤添加弁が設けられる。還元剤添加弁から添加された還元剤が排気と共にＳＣＲＦに流入することで、該還元剤がＳＣＲＦに担持されたＳＣＲ触媒に供給される。
　このとき、ＳＣＲＦに流入する排気中において還元剤が広く拡散している方が、ＳＣＲ触媒においてＮＯｘを効率よく還元させることができる。そのため、還元剤添加弁とＳＣＲＦとの間の排気通路に、還元剤を拡散させるための拡散装置を設ける場合がある。
　本発明は、上記のような還元剤添加弁とＳＣＲＦとの間の排気通路に拡散装置を設けた構成において、ＳＣＲＦの異常と拡散装置の異常とを区別して検出することを目的とする。
　本発明では、還元剤添加弁よりも上流側の排気圧力とＳＣＲＦより下流側の排気圧力との差である排気差圧と所定排気差圧との差がある量を超えたときの、ＳＣＲＦに担持されたＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率と所定ＮＯｘ浄化率との差またはＳＣＲＦから流出するＰＭ量と所定流出ＰＭ量との差の少なくともいずれかに基づいて、ＳＣＲＦの破損と、ＳＣＲＦのＰＭによる詰まりと、拡散装置の異常とのうちいずれの異常が発生しているのかを判定する。
　本発明に係る排気浄化装置の異常検出装置は、
　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であって、選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタと、
　前記フィルタより上流側の排気通路に設けられ排気中に還元剤を添加する還元剤添加弁と、
　前記フィルタと前記還元剤添加弁との間の排気通路に設けられ、排気中の還元剤を拡散させる拡散装置と、を有する排気浄化装置の異常を検出する排気浄化装置の異常検出装置であって、
　前記還元剤添加弁よりも上流側の排気圧力と前記フィルタより下流側の排気圧力との差である排気差圧と所定排気差圧との差がある量を超えたときの、前記フィルタに担持された前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率と所定ＮＯｘ浄化率との差または前記フィルタから流出する粒子状物質量と所定流出ＰＭ量との差の少なくともいずれかに基づいて、前記フィルタの破損と、前記フィルタの粒子状物質による詰まりと、前記拡散装置の異常とのうちいずれの異常が発生しているのかを判定する判定部を備える。
　ＳＣＲＦの破損、ＳＣＲＦのＰＭによる詰まり、又は拡散装置の異常（ＰＭによる詰まり又は破損）のいずれかが発生した場合、還元剤添加弁よりも上流側の排気圧力とＳＣＲＦより下流側の排気圧力との差である排気差圧が正常時よりも大きく変化する。また、これらの異常が発生した場合、ＳＣＲＦに担持されたＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率（以下、単にＮＯｘ浄化率と称する場合もある）およびＳＣＲＦから流出するＰＭ量（以下、流出ＰＭ量と称する場合もある）の値が、その異常の内容に応じた挙動を示す。
　そこで、本発明においては、排気差圧と所定排気差圧との差がある量を超えたときの、ＮＯｘ浄化率と所定ＮＯｘ浄化率との差または流出ＰＭ量と所定流出ＰＭ量との差の少なくともいずれかに基づいて、ＳＣＲＦの破損、ＳＣＲＦのＰＭによる詰まり、又は拡散装置の異常のうちのいずれの異常が発生しているのかを判定する。これにより、ＳＣＲＦの破損と、ＳＣＲＦのＰＭによる詰まりと、拡散装置の異常とを区別して検出することができる。
　ここで、前記所定排気差圧は、現時点から所定時間前の排気差圧でもよく、また、フィルタ及び拡散装置が正常であると仮定した場合の排気差圧の推定値であってもよい。前記所定ＮＯｘ浄化率は、現時点から所定時間前のＮＯｘ浄化率でもよく、また、フィルタ及び拡散装置が正常であると仮定した場合のＮＯｘ浄化率の推定値であってもよい。前記所定流出ＰＭ量は、現時点から所定時間前の所定流出ＰＭ量でもよく、また、フィルタ及び拡散装置が正常であると仮定した場合の所定流出ＰＭ量の推定値であってもよい。
　ＳＣＲＦの破損が発生した場合、排気差圧が正常時よりも大きく減少するとともに、流出ＰＭ量が正常時よりも大きく増加する。そこで、本発明においては、排気差圧と所定排気差圧との差がある量を超えたときの流出ＰＭ量の所定流出ＰＭ量に対する増加量が閾値より大きい場合、判定部が、ＳＣＲＦの破損が発生したと判定してもよい。
　また、ＳＣＲＦのＰＭによる詰まりが発生した場合、排気差圧が正常時よりも大きく増加する。ただし、この場合、ＮＯｘ浄化率は正常時に比べて大きく変化はしない。そこで、本発明においては、排気差圧と所定排気差圧との差がある量を超えたときのＮＯｘ浄化率の所定ＮＯｘ浄化率に対する減少量が閾値以下の場合、判定部が、ＳＣＲＦのＰＭによる詰まりが発生したと判定してもよい。
　また、拡散装置の異常が発生した場合、排気差圧が正常時よりも大きく減少または増加する。この場合、ＮＯｘ浄化率が正常時に比べて大きく低下するが、流出ＰＭ量は正常時に比べて大きく変化はしない。そこで、本発明においては、排気差圧と所定排気差圧との差がある量を超えたときのＮＯｘ浄化率の所定ＮＯｘ浄化率に対する減少量が閾値より大きく、且つ、流出ＰＭ量の所定流出ＰＭ量に対する増加量が閾値より小さい場合、判定部が、拡散装置の異常が発生したと判定してもよい。
　本発明によれば、還元剤添加弁とＳＣＲＦとの間の排気通路に拡散装置を設けた構成において、ＳＣＲＦの異常と拡散装置の異常とを区別して検出することができる。
実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例に係る拡散装置の概略構成を示す斜視図である。 実施例に係る排気浄化装置の異常検出のフローを示すフローチャートである。 実施例の変形例に係る排気浄化装置の異常検出のフローを示すフローチャートである。
　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＞
　ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムを、車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合について説明する。ただし、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。
　［吸排気系の概略構成］
　図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。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、内燃機関１の吸入空気量を検知するエアフローメータ１１が設けられている。
　排気通路３には、燃料添加弁４、前段触媒５、尿素添加弁６、拡散装置９、ＳＣＲＦ７、及び後段触媒８が排気の流れに沿って上流側から順に設けられている。また、排気通路３における前段触媒５と尿素添加弁６との間には第１ＮＯｘセンサ１２が設けられている。排気通路３におけるＳＣＲＦ７と後段触媒８との間には排気温度センサ１４が設けられている。排気通路３における後段触媒８より下流側には第２ＮＯｘセンサ１５及びＰＭセンサ１６が設けられている。さらに、排気通路３には差圧センサ１３が設けられている。
　前段触媒５は酸化触媒である。ただし、前段触媒５は、酸化機能を有する触媒であれば酸化触媒以外の触媒であってもよい。燃料添加弁４は、前段触媒５に燃料を供給すべく、排気中に燃料を添加する。尚、燃料添加弁４を設けずに、内燃機関１において、噴射された燃料が燃焼に供されずに排気通路３に未燃の状態で排出されるタイミングで副燃料噴射を実行することで、前段触媒５に燃料を供給することもできる。
　ＳＣＲＦ７は、排気中のＰＭを捕集するウォールフロー型のフィルタにＳＣＲ触媒７ａが担持されて構成されている。ＳＣＲ触媒７ａは、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。尿素添加弁６は、ＳＣＲＦ７にアンモニアの前駆体である尿素を供給すべく排気中に尿素水溶液を添加する。尿素添加弁６から添加された尿素が加水分解することでアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、ＳＣＲＦ７に担持されたＳＣＲ触媒７ａに一旦吸着する。そして、吸着したアンモニアが還元剤となって排気中のＮＯｘが還元される。
　本実施例においては、尿素添加弁６が本発明に係る還元剤添加弁に相当する。ただし、本発明に係る還元剤添加弁は、尿素を気体又は個体として添加する装置であってもよい。また、本発明に係る還元剤添加弁は、アンモニアを気体、液体、又は個体のとして排気中に添加する装置であってもよい。また、ＳＣＲ触媒７ａが、ＨＣやＣＯを還元剤としてＮＯｘを還元する触媒である場合、本発明に係る還元剤添加弁は燃料添加弁であってもよい。
　拡散装置９は、尿素添加弁６から添加された排気中の尿素を拡散させるための装置である。図２は、拡散装置９の概略構成を示す斜視図である。拡散装置９は、排気の流れ方向に対して傾斜する複数の羽９ａを備えている。この羽９ａは、通路の内壁面から中心軸に向かって突出しており、且つ通路の中心軸の周りに等間隔で設置されている。このような構成によれば、排気通路３の軸方向に上流側から拡散装置９に向って流れてきた排気が羽９ａに衝突する。そうすると、排気が羽６１に沿って進むことになるため、該排気の進行方向が変化する。これにより、排気通路３の中心軸を中心に旋回する排気の旋回流が生じる。その結果、排気中の尿素が拡散される。
　ＳＣＲＦ７に流入する排気中において尿素を拡散させることで、ＳＣＲ触媒７ａのより広い範囲にアンモニアを吸着させることができる。そのため、ＳＣＲ触媒７ａにおけるＮＯｘの還元を促進させることができる。尚、図２に示した羽９ａの形状や枚数は一例であり、他の形状や枚数であっても良い。また、本発明に係る拡散装置の構成は、図２に示すような構成に限られるものではなく、他の周知の構成を適用することができる。
　後段触媒８は酸化触媒である。ただし、後段触媒８は、酸化機能を有する他の触媒であってもよい。また、後段触媒８は、酸化触媒と、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するＳＣＲ触媒とを組み合わせることで構成された触媒であってもよい。この場合、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）やゼオライト等を材料とする担体に白金（Ｐｔ）等の貴金属を担持させることで酸化触媒を形成し、ゼオライトを材料とする担体に銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）等の卑金属を担持させることでＳＣＲ触媒を形成してもよい。後段触媒８をこのような構成の触媒とすることで、排気中のＨＣ、ＣＯ、及びアンモニアを酸化させることができ、さらに、アンモニアの一部を酸化させることでＮＯｘを生成すると共に該生成されたＮＯｘを余剰のアンモニアを還元剤として還元することもできる。
　第１ＮＯｘセンサ１２および第２ＮＯｘセンサ１５は排気中のＮＯｘを検知するセンサである。第１ＮＯｘセンサ１２は、前段触媒５から流出した排気中のＮＯｘ、即ちＳＣＲＦ７に流入するＮＯｘを検知する。第２ＮＯｘセンサ１５は、後段触媒８から流出した排気中のＮＯｘ、即ちＳＣＲＦ７から流出したＮＯｘを検知する。
　排気温度センサ１４は排気の温度を検知するセンサである。ＰＭセンサ１６は排気中のＰＭを検知するセンサである。ＰＭセンサ１６は、後段触媒８から流出した排気中のＰＭ、即ちＳＣＲＦ７から流出したＰＭを検知する。ＰＭセンサ１６としては、例えば、センサ素子として一対の電極を有する構成のものを用いることができる。このような構成のＰＭセンサにおいては、センサ素子に堆積したＰＭ量に応じて一対の電極間の抵抗値等の電気的特性が変化する。そして、この電気的特性の変化に応じてＰＭセンサの出力値が変化する。
　差圧センサ１３は、排気通路３における前段触媒５と尿素添加弁６との間の排気圧力とＳＣＲＦ７と後段触媒８との間の排気圧力との差（以下、この排気圧力の差を排気差圧と称する）を検知する。差圧センサ１３には、前段触媒５と尿素添加弁６との間の排気通路３に一端が接続された上流側圧力導入管の他端と、ＳＣＲＦ７と後段触媒８との間の排気通路３に一端が接続された下流側圧力導入管の他端とが接続されている。尚、差圧センサ１３に代えて、排気通路３における、前段触媒５と尿素添加弁６との間とＳＣＲＦ７と後段触媒８との間とのそれぞれに排気の圧力を検知する圧力センサを設け、これらの圧力センサの出力値に基づいて排気差圧を算出してもよい。
　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には、エアフローメータ１１、第１ＮＯｘセンサ１２、第２ＮＯｘセンサ１５、排気温度センサ１４、及びＰＭセンサ１６等の各種センサが電気的に接続されている。そして、各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。また、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ１４の出力値に基づいてＳＣＲＦ７の温度を推定する。
　さらに、ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ１６の出力値に基づいて、ＳＣＲＦ７から流出するＰＭ量を算出する。また、ＥＣＵ１０は、第１ＮＯｘセンサ１２及び第２ＮＯｘセンサ１５の出力値に基づいて、ＳＣＲＦ７に担持されたＳＣＲ触媒７ａにおけるＮＯｘ浄化率（ＳＣＲＦ７に流入するＮＯｘ量に対する該ＳＣＲ触媒７ａにおいて還元されるＮＯｘ量の割合）を算出する。尚、第１ＮＯｘセンサ１２を設けずに、内燃機関１の運転状態等に基づいてＳＣＲＦ７に流入するＮＯｘ量を推定し、この推定値を用いてＳＣＲ触媒７ａにおけるＮＯｘ浄化率を算出することもできる。
　また、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁４及び尿素添加弁６が電気的に接続されている。そして、これらの装置がＥＣＵ１０によって制御される。
　例えば、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁４から燃料添加を実行することで、ＳＣＲＦ７に堆積したＰＭを除去するためにフィルタ再生処理を実現する。燃料添加弁４から燃料が添加されると該燃料が前段触媒５に供給される。前段触媒５において燃料が酸化されると酸化熱が生じる。この酸化熱によってＳＣＲＦ７に流入する排気が加熱される。これにより、ＳＣＲＦ７の温度が上昇する。フィルタ再生処理の実行時においては、燃料添加弁４からの燃料添加量を制御することで、ＳＣＲＦ７の温度をＰＭの酸化が促進される所定のフィルタ再生温度（例えば、６００～６５０℃）まで上昇させる。その結果、ＳＣＲＦ７に堆積したＰＭが酸化され除去される。
　［排気浄化装置の異常検出方法］
　ＳＣＲＦ７においては、ＰＭの酸化によって過昇温すること等に起因して割れや溶損等の破損が発生する場合もある。また、ＳＣＲＦ７においては、ＰＭが過剰に堆積することによって詰まりが発生する場合がある。ＳＣＲＦ７の破損が発生すると、ＳＣＲＦ７の前後差圧が正常時よりも大きく減少する。一方、ＳＣＲＦ７においてＰＭによる詰まりが発生すると、ＳＣＲＦ７の前後差圧が正常時よりも大きく増加する。そのため、破損又はＰＭによる詰まりのようなＳＣＲＦ７の異常を検出するためには、ＳＣＲＦ７の前後差圧を用いることが有効である。
　一方、本実施例においては、ＳＣＲＦ７に担持されたＳＣＲ触媒７ａに尿素を供給するために、ＳＣＲＦ７よりも上流側において尿素添加弁６から排気中に尿素水溶液が添加される。そのため、ＳＣＲＦ７の前後差圧を検知すべく、ＳＣＲＦ７よりも上流側の排気圧力を差圧センサに導入するための上流側圧力導入管を、ＳＣＲＦ７より上流側且つ尿素添加弁６より下流側の排気通路３に接続すると、尿素水溶液から析出される析出物が上流側圧力導入管や差圧センサに付着する虞がある。上流側圧力導入管や差圧センサにこのような析出物が付着すると、ＳＣＲＦ７の前後差圧を正確に検知することが困難となる。
　そのため、本実施例においては、ＳＣＲＦ７よりも上流側の排気圧力を差圧センサ１３に導入するための上流側圧力導入管が排気通路３ににおける尿素添加弁６よりも上流側に接続されている。これにより、尿素水溶液から析出される析出物が上流側圧力導入管や差圧センサ１３に付着することを抑制することができる。
　しかしながら、このような構成の場合、差圧センサ１３によって検知される排気差圧は、尿素添加弁６より上流側、即ち拡散装置９より上流側の排気圧力と、ＳＣＲＦ７より下流側の排気圧力との差となる。そのため、差圧センサ１３によって検知される排気差圧は、ＳＣＲＦ７に異常が発生した場合のみならず、拡散装置９に異常が発生した場合にも変化する。
　つまり、拡散装置９の破損が発生した場合、ＳＣＲＦ７の破損が発生した場合と同様、排気差圧が正常時よりも大きく減少する。また、拡散装置９にＰＭが堆積することで該拡散装置９の詰まりが発生した場合、ＳＣＲＦ７のＰＭによる詰まりが発生した場合と同様、排気差圧が正常時よりも大きく増加する。従って、差圧センサ１３によって検知される排気差圧の変化のみに基づいて、ＳＣＲＦ７の異常と拡散装置９の異常とを区別して検出することは困難である。
　そこで、本実施例においては、差圧センサ１３によって検知される排気差圧の変化に加えて、ＳＣＲ触媒７ａにおけるＮＯｘ浄化率またはＳＣＲＦ７から流出するＰＭ量（流出ＰＭ量）の少なくともいずれかの変化に基づいて異常検出を行うことで、ＳＣＲＦ７の破損と、ＳＣＲＦ７のＰＭによる詰まりと、拡散装置９の異常とを区別して検出する。ＳＣＲＦ７の破損、ＳＣＲＦ７のＰＭによる詰まり、又は拡散装置９の異常が発生した場合、排気差圧が正常時よりも大きく変化することに加えて、ＮＯｘ浄化率および流出ＰＭ量の値が、その異常の内容に応じた挙動を示す。そのため、これらの値の変化に基づいて、上記の各異常を区別して検出することができる。
　［異常検出フロー］
　以下、本実施例に係る排気浄化装置の異常検出のフローについて図３に基づいて説明する。図３は、本実施例に係る排気浄化装置の異常検出のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、所定の間隔で繰り返し実行される。
　本フローでは、ステップＳ１０１において、差圧センサ１３によって検知される現時点の排気差圧と、現時点から所定時間前の排気差圧との差、即ち、所定時間が経過する間の排気差圧の変化量ΔＰｅｘを、エアフローメータ１１によって検知される吸入空気量Ｇａによって除算した値ΔＰｅｘ／Ｇａが算出される。ここで、所定時間は、ＳＣＲＦ７又は拡散装置９において異常が生じた場合の排気差圧の変化量と正常時の排気差圧の変化量との間にある程度の差が生じる時間である。この所定時間は実験等に基づいて予め定められている。
　次に、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で算出された値ΔＰｅｘ／Ｇａが所定の閾値ΔＰｅｘ／Ｇａ０より大きいか否かが判別される。ここで、閾値ΔＰｅｘ／Ｇａ０は、ＳＣＲＦ７及び拡散装置９のいずれにおいても異常は発生していないと判断できる範囲、即ち適正範囲の上限値である。この閾値ΔＰｅｘ／Ｇａ０は、内燃機関１の運転状態や、ＳＣＲＦ７が正常であると仮定した場合のＳＣＲＦ７におけるＰＭ堆積量の推定値等に応じて定まる値である。閾値ΔＰｅｘ／Ｇａ０は、実験等に基づいて求めることができる。尚、閾値ΔＰｅｘ／Ｇａ０を所定の固定値としてもよい。
　ステップＳ１０２において肯定判定された場合、次にステップＳ１０３の処理が実行される。一方、ステップＳ１０２において否定判定された場合、即ち、ΔＰｅｘ／Ｇａが所定の閾値ΔＰｅｘ／Ｇａ０以下である場合、ＳＣＲＦ７および拡散装置９のいずれにおいても異常は発生していないと判断できる。この場合、本フローの実行が一旦終了される。
　尚、排気差圧の変化量ΔＰｅｘを吸入空気量Ｇａによって除算した値ΔＰｅｘ／Ｇａに代えて、排気差圧の変化量ΔＰｅｘ自体を異常検出のためのパラメータとして用いてもよい。ただし、排気差圧の値は、内燃機関１から排出される排気の流量に応じて変化する。そして、内燃機関１から排出される排気の流量は吸入空気量Ｇａと相関がある。そのため、排気差圧の変化量ΔＰｅｘを吸入空気量Ｇａによって除算した値ΔＰｅｘ／Ｇａを異常検出のためのパラメータとして用いることで、異常検出の精度を高めることができる。
　ステップＳ１０３においては、ＰＭセンサ１６の出力値に基づいて算出される現時点の流出ＰＭ量の、現時点から前記所定時間前の流出ＰＭ量に対する増加量ΔＱｐｍが算出される。つまり、流出ＰＭ量の増加量ΔＱｐｍは、前記所定時間が経過する間の流出ＰＭ量の増加量である。
　次にステップＳ１０４において、ステップＳ１０３で算出された流出ＰＭ量の増加量ΔＱｐｍが所定の閾値ΔＱｐｍ０以下であるか否かが判別される。ＳＣＲＦ７が破損すると、破損部分においてはＰＭが捕集されずに流出する。そのため、流出ＰＭ量が正常時に比べて大きく増加する。一方、ＳＣＲＦ７のＰＭによる詰まり又は拡散装置９の異常が発生した場合であっても、流出ＰＭ量が正常時に比べて大きく増加することはない。ここで、所定の閾値ΔＱｐｍ０は、ＳＣＲＦ７は破損していないと判断できる範囲、即ち適正範囲の上限値である。この閾値ΔＱｐｍ０は、内燃機関１の運転状態や、ＳＣＲＦ７が正常であると仮定した場合のＳＣＲＦ７におけるＰＭ堆積量の推定値等に応じて定まる値である。閾値ΔＱｐｍ０は、実験等に基づいて求めることができる。尚、閾値ΔＱｐｍ０を所定の固定値としてもよい。
　ステップＳ１０４において否定判定された場合、即ち、流出ＰＭ量の増加量ΔＱｐｍが所定の閾値ΔＱｐｍ０より大きい場合、次にステップＳ１０８の処理が実行される。ステップＳ１０８においては、ＳＣＲＦ７の破損が発生したと判定される。
　一方、ステップＳ１０４において肯定判定された場合、次にステップＳ１０５の処理が実行される。ステップＳ１０５においては、第１ＮＯｘセンサ１２及び第２ＮＯｘセンサ１５の出力値に基づいて算出される現時点のＮＯｘ浄化率の、現時点から前記所定時間前のＮＯｘ浄化率に対する減少量ΔＲｎｏｘが算出される。つまり、ＮＯｘ浄化率の減少量ΔＲｎｏｘは、前記所定時間が経過する間のＮＯｘ浄化率の減少量である。
　次にステップＳ１０６において、ステップＳ１０５で算出されたＮＯｘ浄化率の減少量ΔＲｎｏｘが所定の閾値ΔＲｎｏｘ０より大きいか否かが判別される。拡散装置９の異常が発生すると、排気中において尿素が拡散され難くなる。その結果、ＮＯｘ浄化率が正常時に比べて大きく低下する。一方、ＳＣＲＦ７のＰＭによる詰まりが発生した場合であっても、ＮＯｘ浄化率が正常時に比べて大きく低下することはない。ここで、所定の閾値ΔＲｎｏｘ０は、拡散装置９は正常であると判断できる範囲、即ち適正範囲の上限値である。この閾値ΔＲｎｏｘ０は、内燃機関１の運転状態等に応じて定まる値である。閾値ΔＲｎｏｘ０は、実験等に基づいて求めることができる。尚、閾値ΔＲｎｏｘ０を所定の固定値としてもよい。
　尚、ＳＣＲＦ７の破損が発生した場合も、破損部分に排気が集中して流れ易くなるため、ＮＯｘ浄化率は正常時に比べて大きく低下する。しかしながら、ステップＳ１０６の処理を実行する段階では、ＳＣＲＦ７の破損は発生していないと判断できる。
　ステップＳ１０６において肯定判定された場合、次にステップＳ１０７の処理が実行される。ステップＳ１０７においては、拡散装置９の異常が発生したと判定される。一方、ステップＳ１０６において否定判定された場合、即ち、ＮＯｘ浄化率の減少量ΔＲｎｏｘが所定の閾値ΔＲｎｏｘ０以下の場合、次にステップＳ１０９の処理が実行される。ステップＳ１０９においては、ＳＣＲＦ７のＰＭによる詰まりが発生したと判定される。
　上記のような異常検出フローによれば、ＳＣＲＦ７の破損と、ＳＣＲＦ７のＰＭによる詰まりと、拡散装置９の異常とを区別して検出することができる。
　［変形例］
　図４は、本実施例の変形例に係る排気浄化装置の異常検出のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、所定の間隔で繰り返し実行される。
　本フローでは、ステップＳ１０３及びＳ１０４とステップＳ１０５及びＳ１０６との実行順序が図３に示すフローとは逆になっている。つまり、本フローでは、ステップＳ１０２において肯定判定された場合、ステップＳ１０５及びＳ１０６の処理が先に実行される。
　この場合でも、ステップＳ１０５で算出されたＮＯｘ浄化率の減少量ΔＲｎｏｘが所定の閾値ΔＲｎｏｘ０以下であれば、ＳＣＲＦ７のＰＭによる詰まりが発生したと判断できる。そのため、ステップＳ１０６において否定された場合は、図３に示すフローと同様、次にステップＳ１０９の処理が実行される。
　一方、ステップＳ１０６において肯定判定された場合に、ステップＳ１０３及びＳ１０４の処理が実行される。この場合でも、ステップＳ１０３において算出された流出ＰＭ量の増加量ΔＱｐｍが所定の閾値ΔＱｐｍ０より大きければ、ＳＣＲＦ７の破損が発生したと判断できる。また、ステップＳ１０３において算出された流出ＰＭ量の増加量ΔＱｐｍが所定の閾値ΔＱｐｍ０以下であれば拡散装置９の異常が発生したと判断できる。そのため、ステップＳ１０６において、肯定判定された場合は、次にステップＳ１０７の処理が実行され、否定判定された場合は、次にステップＳ１０８の処理が実行される。
　このような異常検出フローによっても、ＳＣＲＦ７の破損と、ＳＣＲＦ７のＰＭによる詰まりと、拡散装置９の異常とを区別して検出することができる。
　尚、上記実施例及び変形例に係る異常検出フローにおいて、ΔＰｅｘ、ΔＱｐｍ、及びΔＲｎｏｘを、排気差圧、流出ＰＭ量、及びＮＯｘ浄化率それぞれの現時点の値と正常時の値との差としてもよい。つまり、ΔＰｅｘは、差圧センサ１３によって検知される現時点の排気差圧と、ＳＣＲＦ７及び拡散装置９が正常であると仮定した場合の排気差圧の推定値との差であってもよい。また、ΔＱｐｍは、ＰＭセンサ１６の出力値に基づいて算出される現時点の流出ＰＭ量の、ＳＣＲＦ７が正常であると仮定した場合の流出ＰＭ量の推定値に対する増加量であってもよい。また、ΔＲｎｏｘは、第１ＮＯｘセンサ１２及び第２ＮＯｘセンサ１５の出力値に基づいて算出される現時点のＮＯｘ浄化率の、ＳＣＲＦ７及び拡散装置９が正常であると仮定した場合のＮＯｘ浄化率の推定値に対する減少量であってもよい。
　尚、ＳＣＲＦ７及び拡散装置９が正常であると仮定した場合の排気差圧、ＳＣＲＦ７が正常であると仮定した場合の流出ＰＭ量、並びに、ＳＣＲＦ７及び拡散装置９が正常であると仮定した場合のＮＯｘ浄化率は、内燃機関１の運転状態や、ＳＣＲＦ７が正常であると仮定した場合のＳＣＲＦ７におけるＰＭ堆積量の推定値等に基づいて推定することができる。これらの値の推定値を実験等に基づいて予め求めておき、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。
　このような場合でも、排気差圧の差ΔＰｅｘを吸入空気量Ｇａによって除算した値ΔＰｅｘ／Ｇａが閾値を超えたときに、ΔＱｐｍが閾値より大きい場合、ＳＣＲＦ７の破損が発生したと判断することができる。また、排気差圧の差ΔＰｅｘを吸入空気量Ｇａによって除算した値ΔＰｅｘ／Ｇａが閾値を超えたときに、ΔＲｎｏｘが閾値以下の場合、ＳＣＲＦ７のＰＭによる詰まりが発生したと判断することができる。また、排気差圧の差ΔＰｅｘを吸入空気量Ｇａによって除算した値ΔＰｅｘ／Ｇａが閾値を超えたときに、ΔＲｎｏｘが閾値より大きく且つΔＱｐｍが閾値より小さい場合、拡散装置９の異常が発生したと判断することができる。
１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・燃料添加弁
５・・・前段触媒
６・・・尿素添加弁
７・・・フィルタ（ＳＣＲＦ）
７ａ・・選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
８・・・後段触媒
９・・・拡散装置
１０・・ＥＣＵ
１１・・エアフローメータ
１２・・第１ＮＯｘセンサ
１３・・差圧センサ
１４・・排気温度センサ
１５・・第２ＮＯｘセンサ
１６・・ＰＭセンサ

Claims (6)

  1. 　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であって、選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタと、
    　前記フィルタより上流側の排気通路に設けられ排気中に還元剤を添加する還元剤添加弁と、
    　前記フィルタと前記還元剤添加弁との間の排気通路に設けられ、排気中の還元剤を拡散させる拡散装置と、を有する排気浄化装置の異常を検出する排気浄化装置の異常検出装置であって、
    　前記還元剤添加弁よりも上流側の排気圧力と前記フィルタより下流側の排気圧力との差である排気差圧と所定排気差圧との差がある量を超えたときの、前記フィルタに担持された前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率と所定ＮＯｘ浄化率との差または前記フィルタから流出する粒子状物質量と所定流出ＰＭ量との差の少なくともいずれかに基づいて、前記フィルタの破損と、前記フィルタの粒子状物質による詰まりと、前記拡散装置の異常とのうちいずれの異常が発生しているのかを判定する判定部を備えた排気浄化装置の異常検出装置。
  2. 　前記所定排気差圧が現時点から所定時間前の排気差圧であり、
    　前記所定ＮＯｘ浄化率が、現時点から前記所定時間前の前記フィルタに担持された前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率であり、
    　前記所定流出ＰＭ量が、現時点から前記所定時間前の前記フィルタから流出する粒子状物質量である請求項１に記載の排気浄化装置の異常検出装置。
  3. 　前記所定排気差圧が、前記フィルタ及び前記拡散装置が正常であると仮定した場合の排気差圧の推定値であり、
    　前記所定ＮＯｘ浄化率が、前記フィルタ及び前記拡散装置が正常であると仮定した場合の前記フィルタに担持された前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率の推定値であり、
    　前記所定流出ＰＭ量が、前記フィルタが正常であると仮定した場合の前記フィルタから流出する粒子状物質量の推定値である請求項１に記載の排気浄化装置の異常検出装置。
  4. 　排気差圧と前記所定排気差圧との差がある量を超えたときの、前記フィルタから流出する粒子状物質量の前記所定流出ＰＭ量に対する増加量が閾値より大きい場合、前記判定部が、前記フィルタの破損が発生したと判定する請求項１から３のいずれか１項に記載の排気浄化装置の異常検出装置。
  5. 　排気差圧と前記所定排気差圧との差がある量を超えたときの、前記フィルタに担持された選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率の前記所定ＮＯｘ浄化率に対する減少量が閾値以下の場合、前記判定部が、前記フィルタの粒子状物質による詰まりが発生したと判定する請求項１から４のいずれか１項に記載の排気浄化装置の異常検出装置。
  6. 　排気差圧と前記所定排気差圧との差がある量を超えたときの、前記フィルタに担持された選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率の前記所定ＮＯｘ浄化率に対する減少量が閾値より大きく、且つ、前記フィルタから流出する粒子状物質量の所定流出ＰＭ量に対する増加量が閾値より小さい場合、前記判定部が、前記拡散装置の異常が発生したと判定する請求項１から５のいずれか一項に記載の排気浄化装置の異常検出装置。
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