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センサによりＰＭの量を検出しないときよりも、選択還元型ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量を減少させる。
【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センサによりＰＭの量を検出しないときよりも、選択還元型ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量を減少させる。
【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】
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センサにより粒子状物質の量を検出しないときよりも、前記選択還元型ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量を減少させる制御部と、
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】
また、ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量が多いほど、供給装置から供給された還元剤がＮＯｘ触媒と接する時間が短くなる。そのため、ＮＯｘの還元に消費されずにＮＯｘ触媒から流出する中間生成物が増加する。その結果、ＰＭセンサに付着する中間生成物が増加する。
【０００９】
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、ＰＭセンサによりＰＭの量を検出しないときよりも、ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量を減少させる。これによれば、ＰＭセンサによりＰＭの量を検出する際に、ＮＯｘ触媒から流出する中間生成物の量を減少させることができる。その結果、ＰＭセンサに付着する中間生成物の量を減少させることができる。そのため、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。
【００１０】
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、ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量を減少させてもよい。
【００１１】
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。そのため、フィルタの故障判定の精度を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
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】
【００１３】
【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、吸入空気量とＰＭセンサへの中間生成物の付着量との関係を示す図である。
【図７】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。
【図８】実施例に係る、フィルタの故障判定実行時における、ＰＭ量検出要求、スロットル弁開度、ノズルベーン開度（ＶＮ開度）、燃料噴射量、吸入空気量、および排気温度の推移を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
＜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。
【００１６】
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、および、その量を制御するスロットル弁８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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
また、内燃機関１の吸排気系にはターボチャージャ９が設けられている。ターボチャージャ９のコンプレッサ９ａは吸気通路２におけるエアフローメータ１１およびスロットル弁８より下流側に設けられている。ターボチャージャ９のタービン９ｂは排気通路３における第一排気温度センサ１２よりも上流側に設けられている。タービン９ｂ内には、ノズルベーン９ｃがタービンホイールの円周方向に複数取り付けられている。このノズルベーン９ｃが開閉駆動されることにより、タービンホイールに吹き付けられる排気の流速が変化し、コンプレッサホイールの回転数が変化する。その結果、コンプレッサ９ａより下流側の吸気通路２への過給圧が変化する。
【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、スロットル弁８、添加弁６、およびノズルベーン９ｃが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの装置が制御される。
【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】
［吸入空気量の制御］
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。ここで、内燃機関１の吸入空気量とＰＭセンサ１７への中間生成物の付着量との関係について図６に基づいて説明する。図６において、横軸は内燃機関１の吸入空気量を表しており、縦軸はＰＭセンサ１７への中間生成物の付着量を表している。
【００４２】
吸入空気量が増加すると内燃機関１から排出される排気の流量も増加し、その結果、ＮＯｘ触媒７を通過する排気の流量が増加する。ＮＯｘ触媒７を通過する排気の流量が多いほど、添加弁６から添加された還元剤がＮＯｘ触媒７と接する時間が短くなる。その結果、ＮＯｘの還元に消費されずにＮＯｘ触媒７から流出する中間生成物が増加する。そのため、図６に示すように、内燃機関１の吸入空気量が多いほど、ＰＭセンサ１７に付着する中間生成物が多くなる。
【００４３】
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、ＮＯｘ触媒７を通過する排気の流量を減少させるべく、内燃機関１の吸入空気量を減少させる制御を行う。これによれば、ＰＭセンサ１７によりＰＭの量を検出する時に、ＮＯｘ触媒７から流出する中間生成物の量を減少させることができる。その結果、ＰＭセンサ１７に付着する中間生成物の量を減少させることができる。そのため、ＰＭセンサ１７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１７の検出精度の低下を抑制することができる。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。
【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７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、目標吸入空気量ＳＶ１が算出される。ここで、目標吸入空気量ＳＶ１とは、ＮＯｘ触媒７から流出しＰＭセンサ１７に付着する中間生成物の量が許容範囲内となる閾値である。
【００４７】
本実施例においては、添加弁６からの還元剤添加量およびＮＯｘ触媒７に流入する排気の温度に基づいて目標吸入空気量ＳＶ１が算出される。添加弁６からの還元剤添加量およびＮＯｘ触媒７に流入する排気の温度と目標吸入空気量ＳＶ１との関係はマップとして予めＥＣＵ１０に記憶されている。添加弁６からの還元剤添加量が多いほど、ＮＯｘ触媒７から流出する中間生成物の量が多くなる。また、ＮＯｘ触媒７に流入する排気の温度が低いほどＮＯｘ触媒７の温度が低くなるため、ＮＯｘの還元が促進され難くなる。その結果、ＮＯｘ触媒７から流出する中間生成物の量が多くなる。そのため、該マップでは、添加弁６からの還元剤添加量が多いほど、また、ＮＯｘ触媒７に流入する排気の温度が低いほど、目標吸入空気量ＳＶ１が小さい値となっている。
【００４８】
尚、ＮＯｘ触媒７に流入する排気の温度に代えて、ＮＯｘ触媒７の温度を用いてもよい。また、目標吸入空気量ＳＶ１を算出するためのパラメータとして、さらにＮＯｘ触媒７におけるＮＨ３吸着量又はＮＨ３吸着率を用いてもよい。ＮＨ３吸着率は、ＮＯｘ触媒７に最大限吸着可能なＮＨ３量に対する、ＮＯｘ触媒７に吸着しているＮＨ３量の比である。ＮＯｘ触媒７に吸着しているＮＨ３量が多いほど、ＮＯｘ触媒７から流出する中間生成物の量が多くなる。そのため、ＮＯｘ触媒７におけるＮＨ３吸着量又はＮＨ３吸着率を用いる場合は、これらの値が大きいほど、目標吸入空気量ＳＶ１を小さい値とする。また、目標吸入空気量ＳＶ１は、実験等に基づいて予め定められた一定値とすることもできる。
【００４９】
次に、ステップＳ１０３において、エアフローメータ１１によって検出される吸入空気量ＳＶが、ステップＳ１０２で算出された目標吸入空気量ＳＶ１以下であるか否かが判別される。ステップＳ１０３において肯定判定された場合、ＰＭセンサ１７に付着する中間生成物は許容範囲内であると判断できる。そこで、この場合は、ステップＳ１０４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。
【００５０】
一方、ステップＳ１０３において否定判定された場合、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、吸入空気量を減少させる制御が行われる。具体的には、スロットル弁８の開度が低減され、さらに、ノズルベーン９ｃの開度（ＶＮ開度）が増大される。尚、ステップＳ１０５におけるスロットル弁８の開度の減少量及びノズルベーン９ｃの開度の増加量は、現在の吸入空気量ＳＶと目標吸入空気量ＳＶ１との差に基づいて算出される値としてもよく、また予め定められた一定値としてもよい。
【００５１】
ここで、吸入空気量を減少させると、内燃機関１の出力トルクが低下する虞がある。そこで、ステップ１０５の次にはステップＳ１０６において、吸入空気量の減少に伴う内燃機関１の出力トルクの低下を抑制すべく、内燃機関１での燃料噴射量が増加される。ここでの燃料噴射量の増加量は、吸入空気量の減少量に基づいて算出される値とする。ステップＳ１０６の次にはステップＳ１０３の処理が再度実行される。
【００５２】
上記フローによれば、ＰＭセンサ１７によってＰＭの量が検出されるときは、ＰＭセンサ１７によってＰＭの量が検出されないときに比べて排気の流量が低減される。これにより、ＰＭセンサ１７に付着する中間生成物の量が許容範囲内となるようＮＯｘ触媒７を通過する排気の流量が低減された状態で、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。
【００５３】
図８は、本実施例に係る、フィルタの故障判定実行時における、ＰＭ量検出要求、スロットル弁開度、ノズルベーン開度（ＶＮ開度）、燃料噴射量、吸入空気量、および排気温度の推移を示すタイムチャートである。
【００５４】
図８では、時間ｔ１のタイミングで、フィルタ５の故障判定実行要求があり、ＰＭセンサ１７によるＰＭの量の検出要求が「ＯＮ」となる。この時、吸入空気量が目標吸入空気量ＳＶ１より多いと、スロットル弁８の開度が低減されると共にノズルベーン９ｃの開度（ＶＮ開度）が増大され、さらに、内燃機関１での燃料噴射量が増大される。
【００５５】
そして、スロットル弁８の開度の減少およびノズルベーン９ｃの開度の増加によって吸入空気量が目標吸入空気量ＳＶ１以下に減少する。これにより、ＮＯｘ触媒７を通過する排気の流量が、ＰＭセンサ１７に付着する中間生成物の量が許容範囲内となる量にまで減少する。
【００５６】
さらに、吸入空気量が減少すること、および、燃料噴射量が増加することに伴って、排気の温度が上昇する。これにより、尿素からアンモニアへの反応が促進されるため、中間生成物の生成量が減少する。また、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元も促進される。このことによっても、ＮＯｘ触媒７からの中間生成物の流出が抑制されることになる。その結果、ＰＭセンサ１７への中間生成物の付着が抑制される。
【００５７】
尚、本実施例において吸入空気量を減少させるための制御は、スロットル弁８の開度の減少およびノズルベーン９ｃの開度の増加に限られるものではなく、他の周知の技術を採用してもよい。また、ＰＭセンサ１７によってＰＭの量を検出する際に、吸入空気量を減少させる制御以外の制御を実行することで、ＮＯｘ触媒７を通過する排気の流量を減少させてもよい。例えば、ＮＯｘ触媒７をバイパスして排気が流れるバイパス通路や排気絞り弁等を用いて、ＮＯｘ触媒７を通過する排気の流量を減少させることもできる。
【００５８】
また、フィルタの故障判定を行う時以外にＰＭセンサ１７によってＰＭの量を検出する際にも、上記と同様の制御を実行することで、ＰＭセンサ１７への中間生成物の付着を抑制してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
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）
８・・・スロットル弁
９・・・ターボチャージャ
９ａ・・コンプレッサ
９ｂ・・タービン
９ｃ・・ノズルベーン
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】
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センサにより粒子状物質の量を検出しないときよりも、前記選択還元型ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量を減少させる制御部と、
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】
また、ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量が多いほど、供給装置から供給された還元剤がＮＯｘ触媒と接する時間が短くなる。そのため、ＮＯｘの還元に消費されずにＮＯｘ触媒から流出する中間生成物が増加する。その結果、ＰＭセンサに付着する中間生成物が増加する。
【０００９】
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、ＰＭセンサによりＰＭの量を検出しないときよりも、ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量を減少させる。これによれば、ＰＭセンサによりＰＭの量を検出する際に、ＮＯｘ触媒から流出する中間生成物の量を減少させることができる。その結果、ＰＭセンサに付着する中間生成物の量を減少させることができる。そのため、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。
【００１０】
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、ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量を減少させてもよい。
【００１１】
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。そのため、フィルタの故障判定の精度を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
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】
【００１３】
【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、吸入空気量とＰＭセンサへの中間生成物の付着量との関係を示す図である。
【図７】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。
【図８】実施例に係る、フィルタの故障判定実行時における、ＰＭ量検出要求、スロットル弁開度、ノズルベーン開度（ＶＮ開度）、燃料噴射量、吸入空気量、および排気温度の推移を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
＜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。
【００１６】
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、および、その量を制御するスロットル弁８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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
また、内燃機関１の吸排気系にはターボチャージャ９が設けられている。ターボチャージャ９のコンプレッサ９ａは吸気通路２におけるエアフローメータ１１およびスロットル弁８より下流側に設けられている。ターボチャージャ９のタービン９ｂは排気通路３における第一排気温度センサ１２よりも上流側に設けられている。タービン９ｂ内には、ノズルベーン９ｃがタービンホイールの円周方向に複数取り付けられている。このノズルベーン９ｃが開閉駆動されることにより、タービンホイールに吹き付けられる排気の流速が変化し、コンプレッサホイールの回転数が変化する。その結果、コンプレッサ９ａより下流側の吸気通路２への過給圧が変化する。
【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、スロットル弁８、添加弁６、およびノズルベーン９ｃが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの装置が制御される。
【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】
［吸入空気量の制御］
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。ここで、内燃機関１の吸入空気量とＰＭセンサ１７への中間生成物の付着量との関係について図６に基づいて説明する。図６において、横軸は内燃機関１の吸入空気量を表しており、縦軸はＰＭセンサ１７への中間生成物の付着量を表している。
【００４２】
吸入空気量が増加すると内燃機関１から排出される排気の流量も増加し、その結果、ＮＯｘ触媒７を通過する排気の流量が増加する。ＮＯｘ触媒７を通過する排気の流量が多いほど、添加弁６から添加された還元剤がＮＯｘ触媒７と接する時間が短くなる。その結果、ＮＯｘの還元に消費されずにＮＯｘ触媒７から流出する中間生成物が増加する。そのため、図６に示すように、内燃機関１の吸入空気量が多いほど、ＰＭセンサ１７に付着する中間生成物が多くなる。
【００４３】
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、ＮＯｘ触媒７を通過する排気の流量を減少させるべく、内燃機関１の吸入空気量を減少させる制御を行う。これによれば、ＰＭセンサ１７によりＰＭの量を検出する時に、ＮＯｘ触媒７から流出する中間生成物の量を減少させることができる。その結果、ＰＭセンサ１７に付着する中間生成物の量を減少させることができる。そのため、ＰＭセンサ１７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１７の検出精度の低下を抑制することができる。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。
【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７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、目標吸入空気量ＳＶ１が算出される。ここで、目標吸入空気量ＳＶ１とは、ＮＯｘ触媒７から流出しＰＭセンサ１７に付着する中間生成物の量が許容範囲内となる閾値である。
【００４７】
本実施例においては、添加弁６からの還元剤添加量およびＮＯｘ触媒７に流入する排気の温度に基づいて目標吸入空気量ＳＶ１が算出される。添加弁６からの還元剤添加量およびＮＯｘ触媒７に流入する排気の温度と目標吸入空気量ＳＶ１との関係はマップとして予めＥＣＵ１０に記憶されている。添加弁６からの還元剤添加量が多いほど、ＮＯｘ触媒７から流出する中間生成物の量が多くなる。また、ＮＯｘ触媒７に流入する排気の温度が低いほどＮＯｘ触媒７の温度が低くなるため、ＮＯｘの還元が促進され難くなる。その結果、ＮＯｘ触媒７から流出する中間生成物の量が多くなる。そのため、該マップでは、添加弁６からの還元剤添加量が多いほど、また、ＮＯｘ触媒７に流入する排気の温度が低いほど、目標吸入空気量ＳＶ１が小さい値となっている。
【００４８】
尚、ＮＯｘ触媒７に流入する排気の温度に代えて、ＮＯｘ触媒７の温度を用いてもよい。また、目標吸入空気量ＳＶ１を算出するためのパラメータとして、さらにＮＯｘ触媒７におけるＮＨ３吸着量又はＮＨ３吸着率を用いてもよい。ＮＨ３吸着率は、ＮＯｘ触媒７に最大限吸着可能なＮＨ３量に対する、ＮＯｘ触媒７に吸着しているＮＨ３量の比である。ＮＯｘ触媒７に吸着しているＮＨ３量が多いほど、ＮＯｘ触媒７から流出する中間生成物の量が多くなる。そのため、ＮＯｘ触媒７におけるＮＨ３吸着量又はＮＨ３吸着率を用いる場合は、これらの値が大きいほど、目標吸入空気量ＳＶ１を小さい値とする。また、目標吸入空気量ＳＶ１は、実験等に基づいて予め定められた一定値とすることもできる。
【００４９】
次に、ステップＳ１０３において、エアフローメータ１１によって検出される吸入空気量ＳＶが、ステップＳ１０２で算出された目標吸入空気量ＳＶ１以下であるか否かが判別される。ステップＳ１０３において肯定判定された場合、ＰＭセンサ１７に付着する中間生成物は許容範囲内であると判断できる。そこで、この場合は、ステップＳ１０４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。
【００５０】
一方、ステップＳ１０３において否定判定された場合、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、吸入空気量を減少させる制御が行われる。具体的には、スロットル弁８の開度が低減され、さらに、ノズルベーン９ｃの開度（ＶＮ開度）が増大される。尚、ステップＳ１０５におけるスロットル弁８の開度の減少量及びノズルベーン９ｃの開度の増加量は、現在の吸入空気量ＳＶと目標吸入空気量ＳＶ１との差に基づいて算出される値としてもよく、また予め定められた一定値としてもよい。
【００５１】
ここで、吸入空気量を減少させると、内燃機関１の出力トルクが低下する虞がある。そこで、ステップ１０５の次にはステップＳ１０６において、吸入空気量の減少に伴う内燃機関１の出力トルクの低下を抑制すべく、内燃機関１での燃料噴射量が増加される。ここでの燃料噴射量の増加量は、吸入空気量の減少量に基づいて算出される値とする。ステップＳ１０６の次にはステップＳ１０３の処理が再度実行される。
【００５２】
上記フローによれば、ＰＭセンサ１７によってＰＭの量が検出されるときは、ＰＭセンサ１７によってＰＭの量が検出されないときに比べて排気の流量が低減される。これにより、ＰＭセンサ１７に付着する中間生成物の量が許容範囲内となるようＮＯｘ触媒７を通過する排気の流量が低減された状態で、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。
【００５３】
図８は、本実施例に係る、フィルタの故障判定実行時における、ＰＭ量検出要求、スロットル弁開度、ノズルベーン開度（ＶＮ開度）、燃料噴射量、吸入空気量、および排気温度の推移を示すタイムチャートである。
【００５４】
図８では、時間ｔ１のタイミングで、フィルタ５の故障判定実行要求があり、ＰＭセンサ１７によるＰＭの量の検出要求が「ＯＮ」となる。この時、吸入空気量が目標吸入空気量ＳＶ１より多いと、スロットル弁８の開度が低減されると共にノズルベーン９ｃの開度（ＶＮ開度）が増大され、さらに、内燃機関１での燃料噴射量が増大される。
【００５５】
そして、スロットル弁８の開度の減少およびノズルベーン９ｃの開度の増加によって吸入空気量が目標吸入空気量ＳＶ１以下に減少する。これにより、ＮＯｘ触媒７を通過する排気の流量が、ＰＭセンサ１７に付着する中間生成物の量が許容範囲内となる量にまで減少する。
【００５６】
さらに、吸入空気量が減少すること、および、燃料噴射量が増加することに伴って、排気の温度が上昇する。これにより、尿素からアンモニアへの反応が促進されるため、中間生成物の生成量が減少する。また、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元も促進される。このことによっても、ＮＯｘ触媒７からの中間生成物の流出が抑制されることになる。その結果、ＰＭセンサ１７への中間生成物の付着が抑制される。
【００５７】
尚、本実施例において吸入空気量を減少させるための制御は、スロットル弁８の開度の減少およびノズルベーン９ｃの開度の増加に限られるものではなく、他の周知の技術を採用してもよい。また、ＰＭセンサ１７によってＰＭの量を検出する際に、吸入空気量を減少させる制御以外の制御を実行することで、ＮＯｘ触媒７を通過する排気の流量を減少させてもよい。例えば、ＮＯｘ触媒７をバイパスして排気が流れるバイパス通路や排気絞り弁等を用いて、ＮＯｘ触媒７を通過する排気の流量を減少させることもできる。
【００５８】
また、フィルタの故障判定を行う時以外にＰＭセンサ１７によってＰＭの量を検出する際にも、上記と同様の制御を実行することで、ＰＭセンサ１７への中間生成物の付着を抑制してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
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）
８・・・スロットル弁
９・・・ターボチャージャ
９ａ・・コンプレッサ
９ｂ・・タービン
９ｃ・・ノズルベーン
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センサにより粒子状物質の量を検出しないときよりも、前記選択還元型ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量を減少させる制御部と、
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、前記選択還元型ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量を減少させる請求項１に記載の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センサにより粒子状物質の量を検出しないときよりも、前記選択還元型ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量を減少させる制御部と、
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、前記選択還元型ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量を減少させる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−８７６５３（Ｐ２０１３−８７６５３Ａ）
【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２０１１−２２６９４１（Ｐ２０１１−２２６９４１）
【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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