内燃機関の排気浄化装置
【課題】本発明は、ＰＭセンサの検出精度の低下を抑制することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路において、フィルタより下流側に選択還元型ＮＯｘ触媒が設けられており、選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側にＰＭセンサが設けられている。そして、ＰＭセンサによりＰＭの量を検出するときには、ＰＭセンサの周囲の排気の温度を、供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高くする。
【解決手段】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路において、フィルタより下流側に選択還元型ＮＯｘ触媒が設けられており、選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側にＰＭセンサが設けられている。そして、ＰＭセンサによりＰＭの量を検出するときには、ＰＭセンサの周囲の排気の温度を、供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高くする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０８５１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一の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還元剤として尿素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ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、前記ＰＭセンサの周囲の排気の温度を、前記供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高くする制御部と、
を備える。
【０００７】
ここで、供給装置から排気中に供給される尿素は、アンモニア（ＮＨ３）に変化する。しかし、排気や選択還元型ＮＯｘ触媒の状態によっては、尿素からアンモニアに至るまでの間に中間生成物が生成される場合がある。そして、該中間生成物が選択還元型ＮＯｘ触媒を通り抜けてＰＭセンサに付着すると、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。
【０００８】
そこで、本発明では、ＰＭセンサによりＰＭの量を検出するときには、前記ＰＭセンサの周囲の排気の温度を、供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高くする。これによれば、ＰＭセンサによりＰＭの量を検出する際に、ＰＭセンサに付着していた中間生成物を気化させて除去することができる。ま
た、ＰＭセンサによりＰＭの量を検出している間に、新たに中間生成物が生成されＰＭセンサに付着することを抑制することができる。その結果、ＰＭセンサの検出値が中間生成物により変化することを抑制できる。従って、中間生成物の付着に起因するＰＭセンサの検出精度の低下を抑制することができる。
【０００９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、ＰＭセンサよりも上流の排気通路に設けられ排気中のＰＭを捕集するフィルタと、ＰＭセンサの検出値に基づいてフィルタの故障判定を行う判定部と、をさらに備えてもよい。この場合、制御部は、判定部によってフィルタの故障判定を行うときに、前記ＰＭセンサの周囲の排気の温度を、供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高く且つＰＭが酸化される温度よりも低い温度にしてもよい。
【００１０】
これによれば、ＰＭセンサの検出精度が高い状態でフィルタの故障判定を行うことができるため、故障判定の精度を高くすることができる。
【００１１】
第二の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還元剤として尿素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、を備え、
前記ＰＭセンサは、該ＰＭセンサの周囲の排気の温度が、前記供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高い時に粒子状物質の量を検出する。
【００１２】
本発明によれば、ＰＭセンサに付着していた中間生成物が気化され除去された状態で、また、新たに中間生成物が生成されＰＭセンサに付着することが抑制された状態で、ＰＭセンサによってＰＭの量が検出される。つまり、ＰＭセンサの検出値が中間生成物により変化することが抑制された状態で、ＰＭセンサによってＰＭの量が検出される。そのため、中間生成物の付着に起因するＰＭセンサの検出精度の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物がＰＭセンサに付着することに起因するＰＭセンサの検出精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例に係る内燃機関１の吸排気系の概略構成図である。
【図２】実施例に係るＰＭセンサの概略構成図である。
【図３】実施例に係る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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】実施例に係るフィルタの故障判定のフローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
＜実施例＞
［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。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。
【００１７】
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、添加弁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。
【００１８】
酸化触媒４は、酸化能を有する触媒であればよく、例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。
【００１９】
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。例えば、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。
【００２０】
添加弁６は、ＮＯｘ触媒７に還元剤を供給すべきときに排気中に還元剤を添加する。添加弁６は、還元剤を添加する際には短い周期で還元剤の噴射と停止とを繰り返す。つまり、添加弁６は還元剤を周期的に添加する。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。例えば、添加弁６から添加された尿素水は、排気の熱で加水分解されアンモニア（ＮＨ３）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、添加弁６から還元剤として尿素水を添加するものとする。なお、本実施例においては添加弁６が、本発明における供給装置に相当する。
【００２１】
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（ＮＨ３）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。
【００２２】
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よりも下流で且つ添加弁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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。一方、ＥＣＵ１０には、添加弁６が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により添加弁６が制御される。
【００２５】
ＥＣＵ１０は、フィルタ５に堆積しているＰＭ量を推定し、推定された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前回の該再生処理の実施完了から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。
【００２６】
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の溶損又は破損等の故障が発生すると、該フィルタ５に捕集されずに、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。
【００２７】
例えば、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。なお、所定期間におけるＰＭセンサ１７の検出値の増加量に基づいて、フィルタ５の故障判定を行ってもよい。例えば、所定期間におけるＰＭセンサ１７の検出値の増加量が閾値以上のときに、フィルタ５が故障していると判定してもよい。
【００２８】
［ＰＭセンサ］
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。
【００２９】
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。尚、内燃機関１から排出される単位時間当たりのＰＭ量が一定であるとすると、ＰＭセンサ１７におけるＰＭ堆積量は時間の経過と共に一定の割合で増加する。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に水が付着すると、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。
【００３０】
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（以下、ＰＭ除去処理という。）を行う。このＰＭ除去処理は、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、例えば、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。
【００３５】
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の溶損又は破損箇所を通過した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における溶損又は破損の位置によっては、溶損又は破損箇所を通過したＰＭがＰＭセンサ１７に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。
【００３６】
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における溶損又は破損の位置によらずに、溶損又は破損箇所を通過したＰＭを検出することができる。
【００３７】
［ＰＭセンサの検出値の異常］
しかしながら、添加弁６よりも下流側にＰＭセンサ１７を設けているため、該添加弁６から添加される還元剤が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、例えば、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におけるＰＭ堆積量が変化していなくとも、ＰＭセンサ１７の検出値が変化する虞がある。
【００３８】
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。
【００３９】
正常な検出値は、時間の経過とともに検出値が増加するか、または検出値が変化しない
。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。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℃のときに生成される。そして、生成されたビウレットは、１９０℃より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℃で生成される。そして、生成されたシアヌル酸は、３６０℃より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。
【００４０】
また、ＰＭセンサ１７にはセンサ素子（一対の電極１７１）を覆うカバーが設けられているが、該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が検出されにくくなる。したがって、ＰＭセンサ１７の検出値の増加が始まる時期が、正常な場合よりも遅くなる。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。
【００４１】
［排気温度の制御］
上記のように、中間生成物がＰＭセンサ１７に付着すると、フィルタ５の故障判定が困難となる虞がある。そこで、本実施例では、フィルタ５の故障判定を行う際に、即ちＰＭセンサ１７によってＰＭの量を検出する際に、該ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度を所定の温度範囲内に制御する。或いは、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度が所定の温度範囲内となっている時に、フィルタ５の故障判定を行う。
【００４２】
ここで、所定の温度範囲とは、中間生成物が生成される温度より高い温度（例えば、シアヌル酸が生成される温度の上限値である３６０℃より高い温度）であり、且つ、ＰＭが酸化される温度よりも低い温度範囲である。このような所定の温度範囲は、実験等に基づいて予め求めることができる。
【００４３】
ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度がこのような所定の温度範囲内となると、ＰＭセンサ１７に付着していた中間生成物が気化され除去される。また、ＰＭセンサ１７によってＰＭ量を検出している間、排気の温度が所定の温度範囲内に維持されれば、新たに中間生成物が生成されＰＭセンサ１７に付着することが抑制される。一方で、ＰＭセンサ１７に堆積したＰＭが酸化されることはない。従って、ＰＭセンサ１７の検出値が、中間生成物によって変化することが抑制され、排気中のＰＭの量との相関性がより高い値となる。つまり、中間生成物の付着に起因するＰＭセンサ１７の検出精度の低下を抑制することができる。その結果、フィルタ５の故障判定の精度を高めることができる。
【００４４】
以下、本実施例に係るフィルタの故障判定のフローについて図６に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。
【００４５】
本フローでは、先ずステップＳ１０１において、フィルタ５の故障判定の実行要求があるか否かが判別される。ここで、フィルタ５の故障判定の実行要求がある場合とは、例えば、所定の故障判定実行時間が経過する毎に故障判定を実行する場合に、前回の故障判定の実行から該所定の故障判定実行時間が経過した場合等である。
【００４６】
ステップＳ１０１において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一
方、ステップＳ１０１において肯定判定された場合、ステップＳ１０２の処理が実行される。ステップＳ１０２では、フィルタの再生処理の実行が終了してからの経過時間Δｔｆｒが第一所定時間Δｔ１以下であるか否か（即ち、フィルタの再生処理の実行が終了してから第一所定時間Δｔ１以内であるか否か）が判別される。
【００４７】
ここで、フィルタの再生処理は、上記のように、フィルタ５の温度をＰＭが酸化される温度まで上昇させることにより実施される。そのため、フィルタの再生処理の実行終了直後は、フィルタ５よりも下流側の排気の温度、即ち、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度が、ＰＭが酸化される温度よりも低い範囲内で通常時よりも高い状態となっている。そして、第一所定時間Δｔ１とは、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度が所定の温度範囲内にあると判断できる、フィルタの再生処理の実行終了からの経過時間の閾値である。このような第一所定時間Δｔ１は、実験等に基づいて予め定められている（例えば、Δｔ１＝６０秒）。
【００４８】
ステップＳ１０２において肯定判定された場合、ＰＭセンサ１７には中間生成物が付着しておらず、また、新たな中間生成物の生成も抑制されていると判断できる。そこで、この場合は、ステップＳ１０７において、ＰＭセンサ１７によってＰＭの量が検出され、その検出値に基づいてフィルタ５の故障判定が実行される。
【００４９】
一方、ステップＳ１０２において否定判定された場合、次にステップＳ１０３の処理が実行される。ステップＳ１０３においては、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇが所定の温度範囲の下限値Ｔｇ１以上であるか否かが判別される。尚、この段階では、フィルタの再生処理の実行終了から第一所定時間Δｔ１より長い時間が経過しているため、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇは、ＰＭが酸化され温度よりも低く、所定の温度範囲の上限値以下であると判断できる。
【００５０】
また、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇは第三排気温度センサ１４の検出値に基づいて推定できる。また、ＮＯｘ触媒７の温度を検出し、該温度をＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇとして用いてもよい。また、ＰＭセンサ１７の近傍に排気温度センサを設け、該排気温度センサの検出値をＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇとして用いてもよい。
【００５１】
ステップＳ１０３において否定判定された場合、次にステップＳ１０４の処理が実行される。ステップＳ１０４では、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇを所定の温度範囲内まで上昇させるべく排気温度上昇制御が実行される。ここでの排気温度上昇制御としては、内燃機関１から排出されるガスの温度を上昇させる制御や、内燃機関１からＨＣを排出させて酸化触媒４で反応させることにより排気の温度を上昇させる制御等を例示することができる。尚、排気温度上昇制御として、他の周知の技術を用いることもできる。ステップＳ１０４の処理の次にはステップＳ１０３の処理が再度実行される。
【００５２】
一方、ステップＳ１０３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では、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇが所定の温度範囲の下限値Ｔｇ１以上である状態が継続している時間Δｔｇｕｐが第二所定時間Δｔ２以上であるか否か（即ち、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇが所定の温度範囲内である状態が第二所定時間Δｔ２以上継続しているか否か）が判別される。ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇが所定の温度範囲の下限値Ｔｇ１以上であれば、ＰＭセンサ１７に付着した中間生成物が気化する。そして、第二所定時間Δｔ２とは、ＰＭセンサ１７に中間生成物が付着していた場合に該中間生成物を気化させて除去することが可能な時間である。このような第二所定時間Δｔ２は、実験等に基づいて予め定められている（例えば、Δｔ２＝３０秒）。
【００５３】
ステップＳ１０５において否定判定された場合、次にステップＳ１０６の処理が実行される。ステップＳ１０６では、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇを所定の温度範囲内に維持すべく排気温度維持制御が実行される。ここで、排気の温度を上昇させる必要がある場合の制御は上記の排気温度上昇制御を同様である。ステップＳ１０６の処理の次にはステップＳ１０５の処理が再度実行される。
【００５４】
一方、ステップＳ１０５において肯定判定された場合、次にステップＳ１０７において、ＰＭセンサ１７によってＰＭの量が検出され、その検出値に基づいてフィルタ５の故障判定が実行される。尚、フィルタ５の故障判定が行われている間は、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇを所定の温度範囲内に維持される。
【００５５】
上記フローによれば、ＰＭセンサ１７には中間生成物が付着しておらず、また、新たな中間生成物の生成も抑制されている状態で、ＰＭセンサ１７によってＰＭの量が検出される。そして、その検出値に基づいてフィルタ５の故障判定が行われる。
【００５６】
尚、本実施例においては、ＰＭセンサ１７のカバーを加熱するヒータを設けてもよい。そして、フィルタ５の故障判定を行うべくＰＭセンサ１７によってＰＭ量を検出する際に、ＰＭセンサ１７のカバーの温度が所定の温度範囲内となるようにヒータによって該カバーを加熱してもよい。これによれば、ＰＭセンサ１７のカバーに付着した中間生成物をより効果的に気化させて除去することができる。
【符号の説明】
【００５７】
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・・・添加弁
７・・・選択還元型ＮＯｘ触媒（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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０８５１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一の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還元剤として尿素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ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、前記ＰＭセンサの周囲の排気の温度を、前記供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高くする制御部と、
を備える。
【０００７】
ここで、供給装置から排気中に供給される尿素は、アンモニア（ＮＨ３）に変化する。しかし、排気や選択還元型ＮＯｘ触媒の状態によっては、尿素からアンモニアに至るまでの間に中間生成物が生成される場合がある。そして、該中間生成物が選択還元型ＮＯｘ触媒を通り抜けてＰＭセンサに付着すると、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。
【０００８】
そこで、本発明では、ＰＭセンサによりＰＭの量を検出するときには、前記ＰＭセンサの周囲の排気の温度を、供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高くする。これによれば、ＰＭセンサによりＰＭの量を検出する際に、ＰＭセンサに付着していた中間生成物を気化させて除去することができる。ま
た、ＰＭセンサによりＰＭの量を検出している間に、新たに中間生成物が生成されＰＭセンサに付着することを抑制することができる。その結果、ＰＭセンサの検出値が中間生成物により変化することを抑制できる。従って、中間生成物の付着に起因するＰＭセンサの検出精度の低下を抑制することができる。
【０００９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、ＰＭセンサよりも上流の排気通路に設けられ排気中のＰＭを捕集するフィルタと、ＰＭセンサの検出値に基づいてフィルタの故障判定を行う判定部と、をさらに備えてもよい。この場合、制御部は、判定部によってフィルタの故障判定を行うときに、前記ＰＭセンサの周囲の排気の温度を、供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高く且つＰＭが酸化される温度よりも低い温度にしてもよい。
【００１０】
これによれば、ＰＭセンサの検出精度が高い状態でフィルタの故障判定を行うことができるため、故障判定の精度を高くすることができる。
【００１１】
第二の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還元剤として尿素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、を備え、
前記ＰＭセンサは、該ＰＭセンサの周囲の排気の温度が、前記供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高い時に粒子状物質の量を検出する。
【００１２】
本発明によれば、ＰＭセンサに付着していた中間生成物が気化され除去された状態で、また、新たに中間生成物が生成されＰＭセンサに付着することが抑制された状態で、ＰＭセンサによってＰＭの量が検出される。つまり、ＰＭセンサの検出値が中間生成物により変化することが抑制された状態で、ＰＭセンサによってＰＭの量が検出される。そのため、中間生成物の付着に起因するＰＭセンサの検出精度の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物がＰＭセンサに付着することに起因するＰＭセンサの検出精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例に係る内燃機関１の吸排気系の概略構成図である。
【図２】実施例に係るＰＭセンサの概略構成図である。
【図３】実施例に係る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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】実施例に係るフィルタの故障判定のフローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
＜実施例＞
［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。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。
【００１７】
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、添加弁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。
【００１８】
酸化触媒４は、酸化能を有する触媒であればよく、例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。
【００１９】
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。例えば、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。
【００２０】
添加弁６は、ＮＯｘ触媒７に還元剤を供給すべきときに排気中に還元剤を添加する。添加弁６は、還元剤を添加する際には短い周期で還元剤の噴射と停止とを繰り返す。つまり、添加弁６は還元剤を周期的に添加する。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。例えば、添加弁６から添加された尿素水は、排気の熱で加水分解されアンモニア（ＮＨ３）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、添加弁６から還元剤として尿素水を添加するものとする。なお、本実施例においては添加弁６が、本発明における供給装置に相当する。
【００２１】
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（ＮＨ３）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。
【００２２】
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よりも下流で且つ添加弁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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。一方、ＥＣＵ１０には、添加弁６が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により添加弁６が制御される。
【００２５】
ＥＣＵ１０は、フィルタ５に堆積しているＰＭ量を推定し、推定された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前回の該再生処理の実施完了から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。
【００２６】
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の溶損又は破損等の故障が発生すると、該フィルタ５に捕集されずに、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。
【００２７】
例えば、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。なお、所定期間におけるＰＭセンサ１７の検出値の増加量に基づいて、フィルタ５の故障判定を行ってもよい。例えば、所定期間におけるＰＭセンサ１７の検出値の増加量が閾値以上のときに、フィルタ５が故障していると判定してもよい。
【００２８】
［ＰＭセンサ］
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。
【００２９】
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。尚、内燃機関１から排出される単位時間当たりのＰＭ量が一定であるとすると、ＰＭセンサ１７におけるＰＭ堆積量は時間の経過と共に一定の割合で増加する。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に水が付着すると、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。
【００３０】
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（以下、ＰＭ除去処理という。）を行う。このＰＭ除去処理は、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、例えば、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。
【００３５】
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の溶損又は破損箇所を通過した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における溶損又は破損の位置によっては、溶損又は破損箇所を通過したＰＭがＰＭセンサ１７に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。
【００３６】
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における溶損又は破損の位置によらずに、溶損又は破損箇所を通過したＰＭを検出することができる。
【００３７】
［ＰＭセンサの検出値の異常］
しかしながら、添加弁６よりも下流側にＰＭセンサ１７を設けているため、該添加弁６から添加される還元剤が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、例えば、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におけるＰＭ堆積量が変化していなくとも、ＰＭセンサ１７の検出値が変化する虞がある。
【００３８】
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。
【００３９】
正常な検出値は、時間の経過とともに検出値が増加するか、または検出値が変化しない
。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。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℃のときに生成される。そして、生成されたビウレットは、１９０℃より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℃で生成される。そして、生成されたシアヌル酸は、３６０℃より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。
【００４０】
また、ＰＭセンサ１７にはセンサ素子（一対の電極１７１）を覆うカバーが設けられているが、該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が検出されにくくなる。したがって、ＰＭセンサ１７の検出値の増加が始まる時期が、正常な場合よりも遅くなる。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。
【００４１】
［排気温度の制御］
上記のように、中間生成物がＰＭセンサ１７に付着すると、フィルタ５の故障判定が困難となる虞がある。そこで、本実施例では、フィルタ５の故障判定を行う際に、即ちＰＭセンサ１７によってＰＭの量を検出する際に、該ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度を所定の温度範囲内に制御する。或いは、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度が所定の温度範囲内となっている時に、フィルタ５の故障判定を行う。
【００４２】
ここで、所定の温度範囲とは、中間生成物が生成される温度より高い温度（例えば、シアヌル酸が生成される温度の上限値である３６０℃より高い温度）であり、且つ、ＰＭが酸化される温度よりも低い温度範囲である。このような所定の温度範囲は、実験等に基づいて予め求めることができる。
【００４３】
ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度がこのような所定の温度範囲内となると、ＰＭセンサ１７に付着していた中間生成物が気化され除去される。また、ＰＭセンサ１７によってＰＭ量を検出している間、排気の温度が所定の温度範囲内に維持されれば、新たに中間生成物が生成されＰＭセンサ１７に付着することが抑制される。一方で、ＰＭセンサ１７に堆積したＰＭが酸化されることはない。従って、ＰＭセンサ１７の検出値が、中間生成物によって変化することが抑制され、排気中のＰＭの量との相関性がより高い値となる。つまり、中間生成物の付着に起因するＰＭセンサ１７の検出精度の低下を抑制することができる。その結果、フィルタ５の故障判定の精度を高めることができる。
【００４４】
以下、本実施例に係るフィルタの故障判定のフローについて図６に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、ＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。
【００４５】
本フローでは、先ずステップＳ１０１において、フィルタ５の故障判定の実行要求があるか否かが判別される。ここで、フィルタ５の故障判定の実行要求がある場合とは、例えば、所定の故障判定実行時間が経過する毎に故障判定を実行する場合に、前回の故障判定の実行から該所定の故障判定実行時間が経過した場合等である。
【００４６】
ステップＳ１０１において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一
方、ステップＳ１０１において肯定判定された場合、ステップＳ１０２の処理が実行される。ステップＳ１０２では、フィルタの再生処理の実行が終了してからの経過時間Δｔｆｒが第一所定時間Δｔ１以下であるか否か（即ち、フィルタの再生処理の実行が終了してから第一所定時間Δｔ１以内であるか否か）が判別される。
【００４７】
ここで、フィルタの再生処理は、上記のように、フィルタ５の温度をＰＭが酸化される温度まで上昇させることにより実施される。そのため、フィルタの再生処理の実行終了直後は、フィルタ５よりも下流側の排気の温度、即ち、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度が、ＰＭが酸化される温度よりも低い範囲内で通常時よりも高い状態となっている。そして、第一所定時間Δｔ１とは、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度が所定の温度範囲内にあると判断できる、フィルタの再生処理の実行終了からの経過時間の閾値である。このような第一所定時間Δｔ１は、実験等に基づいて予め定められている（例えば、Δｔ１＝６０秒）。
【００４８】
ステップＳ１０２において肯定判定された場合、ＰＭセンサ１７には中間生成物が付着しておらず、また、新たな中間生成物の生成も抑制されていると判断できる。そこで、この場合は、ステップＳ１０７において、ＰＭセンサ１７によってＰＭの量が検出され、その検出値に基づいてフィルタ５の故障判定が実行される。
【００４９】
一方、ステップＳ１０２において否定判定された場合、次にステップＳ１０３の処理が実行される。ステップＳ１０３においては、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇが所定の温度範囲の下限値Ｔｇ１以上であるか否かが判別される。尚、この段階では、フィルタの再生処理の実行終了から第一所定時間Δｔ１より長い時間が経過しているため、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇは、ＰＭが酸化され温度よりも低く、所定の温度範囲の上限値以下であると判断できる。
【００５０】
また、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇは第三排気温度センサ１４の検出値に基づいて推定できる。また、ＮＯｘ触媒７の温度を検出し、該温度をＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇとして用いてもよい。また、ＰＭセンサ１７の近傍に排気温度センサを設け、該排気温度センサの検出値をＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇとして用いてもよい。
【００５１】
ステップＳ１０３において否定判定された場合、次にステップＳ１０４の処理が実行される。ステップＳ１０４では、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇを所定の温度範囲内まで上昇させるべく排気温度上昇制御が実行される。ここでの排気温度上昇制御としては、内燃機関１から排出されるガスの温度を上昇させる制御や、内燃機関１からＨＣを排出させて酸化触媒４で反応させることにより排気の温度を上昇させる制御等を例示することができる。尚、排気温度上昇制御として、他の周知の技術を用いることもできる。ステップＳ１０４の処理の次にはステップＳ１０３の処理が再度実行される。
【００５２】
一方、ステップＳ１０３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では、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇが所定の温度範囲の下限値Ｔｇ１以上である状態が継続している時間Δｔｇｕｐが第二所定時間Δｔ２以上であるか否か（即ち、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇが所定の温度範囲内である状態が第二所定時間Δｔ２以上継続しているか否か）が判別される。ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇが所定の温度範囲の下限値Ｔｇ１以上であれば、ＰＭセンサ１７に付着した中間生成物が気化する。そして、第二所定時間Δｔ２とは、ＰＭセンサ１７に中間生成物が付着していた場合に該中間生成物を気化させて除去することが可能な時間である。このような第二所定時間Δｔ２は、実験等に基づいて予め定められている（例えば、Δｔ２＝３０秒）。
【００５３】
ステップＳ１０５において否定判定された場合、次にステップＳ１０６の処理が実行される。ステップＳ１０６では、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇを所定の温度範囲内に維持すべく排気温度維持制御が実行される。ここで、排気の温度を上昇させる必要がある場合の制御は上記の排気温度上昇制御を同様である。ステップＳ１０６の処理の次にはステップＳ１０５の処理が再度実行される。
【００５４】
一方、ステップＳ１０５において肯定判定された場合、次にステップＳ１０７において、ＰＭセンサ１７によってＰＭの量が検出され、その検出値に基づいてフィルタ５の故障判定が実行される。尚、フィルタ５の故障判定が行われている間は、ＰＭセンサ１７の周囲の排気の温度Ｔｇを所定の温度範囲内に維持される。
【００５５】
上記フローによれば、ＰＭセンサ１７には中間生成物が付着しておらず、また、新たな中間生成物の生成も抑制されている状態で、ＰＭセンサ１７によってＰＭの量が検出される。そして、その検出値に基づいてフィルタ５の故障判定が行われる。
【００５６】
尚、本実施例においては、ＰＭセンサ１７のカバーを加熱するヒータを設けてもよい。そして、フィルタ５の故障判定を行うべくＰＭセンサ１７によってＰＭ量を検出する際に、ＰＭセンサ１７のカバーの温度が所定の温度範囲内となるようにヒータによって該カバーを加熱してもよい。これによれば、ＰＭセンサ１７のカバーに付着した中間生成物をより効果的に気化させて除去することができる。
【符号の説明】
【００５７】
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・・・添加弁
７・・・選択還元型ＮＯｘ触媒（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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路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還元剤として尿素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ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、前記ＰＭセンサの周囲の排気の温度を、前記供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高くする制御部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＰＭセンサよりも上流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ＰＭセンサの検出値に基づいて前記フィルタの故障判定を行う判定部と、をさらに備え、
前記制御部が、前記判定部によってフィルタの故障判定を行うときに、前記ＰＭセンサの周囲の排気の温度を、前記供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高く且つ粒子状物質が酸化される温度よりも低い温度にする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路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還元剤として尿素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、を備え、
前記ＰＭセンサは、該ＰＭセンサの周囲の排気の温度が、前記供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高い時に粒子状物質の量を検出する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路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還元剤として尿素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ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、前記ＰＭセンサの周囲の排気の温度を、前記供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高くする制御部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＰＭセンサよりも上流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ＰＭセンサの検出値に基づいて前記フィルタの故障判定を行う判定部と、をさらに備え、
前記制御部が、前記判定部によってフィルタの故障判定を行うときに、前記ＰＭセンサの周囲の排気の温度を、前記供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高く且つ粒子状物質が酸化される温度よりも低い温度にする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路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還元剤として尿素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、を備え、
前記ＰＭセンサは、該ＰＭセンサの周囲の排気の温度が、前記供給装置から供給される尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物が生成される温度よりも高い時に粒子状物質の量を検出する内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−８７６５１（Ｐ２０１３−８７６５１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２６８５８（Ｐ２０１１−２２６８５８）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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