内燃機関の排気浄化装置
【課題】ＰＭセンサの故障判定を精度よく行う。
【解決手段】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、選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側から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、ＰＭセンサの故障判定を行うときには、供給装置から供給する還元剤の量を多くし、このときにＰＭセンサの検出値が変化した場合に、ＰＭセンサが正常であると判定する判定部と、を備える。
【解決手段】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、選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側から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、ＰＭセンサの故障判定を行うときには、供給装置から供給する還元剤の量を多くし、このときにＰＭセンサの検出値が変化した場合に、ＰＭセンサが正常であると判定する判定部と、を備える。
【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】
内燃機関の排気通路に、粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのフィルタを備えることがある。そして、このフィルタよりも上流側で検出されるＰＭ量と、フィルタよりも下流側で検出されるＰＭ量と、に基づいてフィルタの故障判定を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、フィルタの再生直後に該フィルタを通り抜けるＰＭ量を用いてＰＭセンサの異常を判定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
また、内燃機関の始動直後に発生する凝縮水を用いてＰＭセンサの異常を判定する技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
また、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４参照。）。
【０００６】
ところで、ＰＭセンサにより検出されるＰＭ量を利用してフィルタの故障を判定するときに、該ＰＭセンサが故障していると、ＰＭ量を正確に検出することができない。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】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１３２２９０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７５９７７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２７５９１７号公報
【特許文献４】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】
【０００８】
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センサの故障判定を精度よく行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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供給される還元剤によりＮＯxを還元する選択還元型Ｎ
Ｏx触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側から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ＰＭセンサの故障判定を行うときには、前記ＰＭセンサの故障検出を行わないときよりも、前記供給装置から供給する還元剤の量を多くし、該供給装置から供給する還元剤の量を多くしたときに前記ＰＭセンサの検出値が変化した場合に、前記ＰＭセンサが正常であると判定する判定部と、
を備える。
【００１０】
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。これに対して判定部は、この特性を利用してＰＭセンサの故障判定を行う。
【００１１】
このため、判定部は、ＰＭセンサの故障判定行うときには、行わないときよりも、還元剤の供給量を増加させる。そうすると、還元剤が選択還元型ＮＯx触媒を通り抜けやすく
なる。そして、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜けた還元剤は、ＰＭセンサに付着する。こ
こで、ＰＭセンサが正常であれば、還元剤の付着により検出値が変化する。一方、ＰＭセンサが故障している場合には、還元剤が付着しても検出値が変化しない場合もある。すなわち、還元剤の供給量を増加させたときに、ＰＭセンサの検出値が変化すれば、ＰＭセンサが正常であると判定できる。このように、ＰＭセンサへ還元剤を積極的に付着させることで、ＰＭセンサの故障判定を精度よく行うことができる。
【００１２】
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。
【００１３】
たとえば、供給装置から尿素水を供給する場合には、尿素水は、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、尿素水からアンモ
ニアに変化するまでの間に生成される中間生成物が選択還元型ＮＯx触媒を通り抜けてＰ
Ｍセンサに付着することがある。ＰＭセンサに中間生成物が付着すると、該ＰＭセンサの出力値が変化する。そして、判定部は、ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、中間生成物の生成量を多くしてもよい。
【００１４】
また、本発明においては、前記判定部は、前記ＰＭセンサの故障判定を行うときに、前記選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けるように前記供給装置から供給する還元剤の
量を調整することができる。
【００１５】
一般に、選択還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給するときには、還元剤が選択還元型ＮＯx触媒を通り抜けないように、排気中のＮＯx量に応じて、供給量が決定される。これに対
し、排気中のＮＯx量に対して過剰な量の還元剤を供給することで、選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜ける。これにより、ＰＭセンサに還元剤を付着させることができるため、ＰＭセンサの故障検出を精度よく行うことができる。なお、還元剤の量を調整するときには、単位時間当たりの供給量を調整してもよく、還元剤の供給時間を調整してもよい。また、当量比を１０として還元剤を供給してもよい。
【００１６】
また、例えば中間生成物の生成量が多くなるように、内燃機関を制御してもよい。これにより、ＰＭセンサが正常であれば検出値が変化するため、ＰＭセンサの故障判定の精度を高めることができる。
【００１７】
そして、本発明においては、前記判定部は、前記ＰＭセンサの故障判定を行うときに、前記選択還元型ＮＯx触媒の温度が所定値以下、排気の温度が所定値以下、排気の流量が
所定値以上、前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量が所定値以上の少なくと
も１つに該当するように、前記内燃機関を制御してもよい。
【００１８】
ここで、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は、
選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けやすくなる。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
このため、選択還元型ＮＯx触媒の温度が所定値以下の場合、排気の温度が所定値以下
の場合、排気の流量が所定値以上の場合、選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量
が所定値以上の場合の少なくとも１つに該当する場合には、ＰＭセンサに還元剤が付着するものとして、ＰＭセンサの故障判定を行うことができる。
【００２２】
なお、ここでいう選択還元型ＮＯx触媒の温度における所定値は、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故障判定に必要な量となる選択還元型ＮＯx触媒の温度を所定値としてもよい。
【００２３】
また、排気の温度における所定値は、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故障判定に必要な量となる排気の温度を所定値としてもよい。
【００２４】
また、排気の流量における所定値は、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故障判定に必要な量となる流量を所定値としてもよい。なお、排気の流量に代えて排気の流速としてもよい。
【００２５】
また、還元剤の吸着量における所定値は、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故障判定に必要な量となる吸着量を所定値としてもよい。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。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＰＭセンサの故障判定を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】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２】ＰＭセンサの概略構成図である。
【図３】実施例１に係るＰＭセンサの故障判定のフローを示したフローチャートである。
【図４】実施例２に係るＰＭセンサの故障判定のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
＜実施例１＞
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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５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。
【００３３】
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。例えば、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（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、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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１
６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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、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。
【００３８】
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５の再生処理を実施する。なお、フィルタ５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５の再生処理を実施してもよい。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
ところで、ＰＭセンサ１７の故障によりＰＭセンサ１７の検出値が変化しないと、フィルタ５が故障しているにもかかわらず正常であると判定される虞がある。これに対してＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ１７の故障判定を行う。
【００４２】
ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ１７の故障判定を行うときに、還元剤がＮＯx触媒７を通り
抜けるような制御を行う。そして、本実施例では、還元剤の供給量を増加させることにより、還元剤がＮＯx触媒７を通り抜けるようにする。このときには、ＮＯxの還元に必要となる量よりも多い還元剤を供給する。すなわち、ＮＯx触媒７で還元剤が消費されるより
も多い量の還元剤を供給する。なお、ＰＭセンサ１７の故障判定を行わないときには、排気中のＮＯx量に応じて還元剤が供給される。すなわち、排気中のＮＯxの還元に必要なる量だけ還元剤が供給される。したがって、ＰＭセンサ１７の故障判定を行うときには、行わないときよりも、還元剤の供給量が増加される。例えば当量比を１０程度とすることで、ＮＯx触媒７に対して過剰な還元剤を供給する。これにより、ＰＭセンサ１７に還元剤
を付着させる。
【００４３】
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。
【００４４】
そして、本実施例では、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。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。すなわち、ＰＭセンサ１７が正常であれば、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着することにより、検出値が変化する。このため、還元剤を過剰に供給したときに、検出値が変化（増加）すれば、ＰＭセンサ１７が正常であると判定することができる。一方、ＰＭセンサ１７が故障している場合には、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着しても、検出値が変化しない。このため、還元剤を過剰に供給したときに、検出値が変化しなければ、ＰＭセンサ１７が故障していると判定することができる。
【００４５】
このように、本実施例では、ＰＭセンサ１７の故障判定を行うときには、故障判定を行わないときよりも、還元剤がＰＭセンサ１７に付着しやすくしている。
【００４６】
図３は、本実施例に係るＰＭセンサ１７の故障判定の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。
【００４７】
ステップＳ１０１では、フィルタ５の故障判定を行う要求があるか否か判定される。すなわち、フィルタ５の故障判定を行う時期であるか否か判定される。例えば、フィルタ５の再生処理をした後や、内燃機関１が始動してから規定時間が経過したとき、さらには、内燃機関１を搭載する車両の走行距離が規定距離に達したときなど、フィルタ５の故障判定が必要となる条件を予め設定しておき、該条件が成立したときに、フィルタ５の故障判定を行う要求があると判定される。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、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００４８】
ステップＳ１０２では、ＰＭセンサ１７によりＰＭが検出される。すなわち、ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ１７からの出力信号を取得する。
【００４９】
ステップＳ１０３では、ＰＭセンサ１７から信号の出力があるか否か判定される。ここで、ＰＭセンサ１７が正常であれば、該ＰＭセンサ１７にＰＭまたは還元剤が付着すれば、該ＰＭセンサ１７から信号の出力がある。したがって、ＰＭセンサ１７から信号の出力があれば、ＰＭセンサ１７は正常であると判定できる。そして、ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０４へ進む。
【００５０】
ステップＳ１０４では、フィルタ５が故障していると仮の判定がなされる。ここで、ＰＭセンサ１７から信号の出力があったときに、その信号がＰＭによるものであれば、フィルタ５が故障していると判定してもよいが、還元剤によるものであれば、フィルタ５は正常であると判定しなくてはならない。現時点では、ＰＭセンサ１７で検出されたものが、ＰＭまたは還元剤の何れであるのか判定できない。そこで、ステップＳ１０４では、フィルタ５が故障していると仮に判定し、以降のステップにおいて、フィルタ５が本当に故障しているのか否か検証する。
【００５１】
ステップＳ１０５では、ＰＭセンサ１７から還元剤を除去する処理が行われる。例えば、ＮＯx触媒７の温度、または、ＮＯx触媒７よりも下流の排気の温度が、中間生成物の気化する温度（例えば、３６０℃）となるように、内燃機関１が制御される。例えば、内燃機関１から排出されるガスの温度を上昇させるか、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、ＮＯx触媒７の温度、または、ＮＯx触媒７よりも下流の排気の温度を上昇させる。なお、ＰＭセンサ１７のカバーをヒータで加熱して例えば３６０℃としてもよい。
【００５２】
そうすると、ＰＭセンサ１７の温度が、中間生成物の気化する温度まで上昇するため、該ＰＭセンサ１７から中間生成物を除去することができる。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、本実施例では、ＰＭセンサ１７の温度を３６０℃以上として中間生成物を気化させる。そして、この後にフィルタ５の故障判定を実施すれば、ＰＭセンサ１７の検出値は中間生成物による影響を受けないため、故障判定の精度が高くなる。
【００５３】
そして、ステップＳ１０６では、フィルタ５の故障判定を実施する。例えば、ＰＭセンサ１７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される。
【００５４】
一方、ＰＭセンサ１７から信号の出力がない場合には、ＰＭセンサ１７にＰＭ及び還元剤が付着していないために出力がないのか、または、ＰＭセンサ１７が故障しているために出力がないのか判断する必要がある。このため、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進む。
【００５５】
ステップＳ１０７では、ＰＭセンサ１７の故障判定の要求がなされる。そして、ステップＳ１０８では、還元剤が過剰に供給される。すなわち、ＮＯxの還元に必要となるより
も多くの還元剤が供給される。このときは、予め設定された規定量を供給してもよい。また、第一ＮＯxセンサ１５または第二ＮＯxセンサ１６の検出値に基づいて、ＮＯxの還元
に必要となる還元剤量を算出し、それよりも多くの還元剤を供給してもよい。たとえば、排気中のＮＯxを還元するために必要となる還元剤量の１０倍の還元剤量を供給してもよ
い。噴射弁６から噴射させる単位時間当たりの還元剤量を増加させてもよく、噴射弁６から還元剤を噴射する時間を延長してもよい。このときに供給する還元剤量は、ＰＭセンサ１７に中間生成物が速やかに析出するような値としてもよい。
【００５６】
ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８で還元剤の供給を開始してから所定時間が経過したか否か判定される。本ステップでは、ＰＭセンサ１７に付着している還元剤量が十分な量となる時間が経過したか否か判定される。すなわち、本ステップでは、ＰＭセンサ１７に十分な量の還元剤が付着しているか否か判定している。この所定時間は予め実験等により求めることができる。なお、ステップＳ１０８で供給される還元剤量に応じて、所定時間を変更してもよい。また、設定される所定時間に応じて、ステップＳ１０８で供給される還元剤量を変更してもよい。また、所定時間は、例えば１０分間としてもよい。
【００５７】
ステップＳ１０９で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１１０へ進む。一方、ステップＳ１０９で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０８へ戻る。すなわち、ＰＭセンサ１７に十分な量の還元剤が付着するまで、ステップＳ１０８とステップＳ１０９とが繰り返し実行される。
【００５８】
ステップＳ１１０では、ＰＭセンサ１７によりＰＭが検出される。すなわち、ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ１７からの出力信号を取得する。
【００５９】
ステップＳ１１１では、ＰＭセンサ１７から信号の出力があるか否か判定される。ＰＭセンサ１７には、多くの還元剤が付着しているために、ＰＭセンサ１７が正常であれば、該ＰＭセンサ１７から信号の出力がある。したがって、ＰＭセンサ１７から信号の出力が
あれば、ＰＭセンサ１７は正常であると判定できる。
【００６０】
そして、ステップＳ１１１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１１２へ進み、ＰＭセンサ１７は正常であると判定される。次いで、ステップＳ１１３では、ＰＭセンサ１７から還元剤を除去する処理が行われる。本ステップでは、ステップＳ１０５と同じ処理がなされる。
【００６１】
一方、ステップＳ１１１で否定判定がなされた場合には、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着しているのにもかかわらず、ＰＭセンサ１７から信号が出力されていない状態であるので、ステップＳ１１４へ進み、ＰＭセンサ１７が故障していると判定される。
【００６２】
なお、本実施例では、ステップＳ１０８からステップＳ１１１、及びステップＳ１１４を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定部に相当する。
【００６３】
以上説明したように、本実施例によれば、還元剤を過剰に供給することで、ＰＭセンサ１７が故障しているか否か精度よく判定することができる。
【００６４】
＜実施例２＞
本実施例では、実施例１で説明した還元剤を過剰に供給することに加えて、ＰＭセンサ１７に還元が付着しやすいように内燃機関１を制御する。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。
【００６５】
ここで、還元剤を過剰に供給してＰＭセンサ１７に還元剤を付着させたとしても、例えば排気の温度が高くなることにより該還元剤が気化してしまうこともある。そこで本実施例では、排気の温度が低くなるように内燃機関１を制御する。
【００６６】
例えば、内燃機関１の気筒内への燃料噴射時期を進角し、且つ、燃料噴射量を減量することで排気の温度が低下する。このときには、トルクが変化しないように燃料噴射時期及び燃料噴射量を決定してもよい。燃料噴射時期及び燃料噴射量は、予め実験等により最適値を求めておく。なお、内燃機関１の気筒内に燃料噴射が複数回行われる場合には、主噴射に相当する燃料噴射の時期及び量を変更する。
【００６７】
また、燃料噴射圧を高くすることで排気の温度を低下させてもよい。これにより、気筒壁面に付着する燃料が多くなるので、排気の温度が低下する。なお、燃料噴射圧は、予め実験等により最適値を求めておく。
【００６８】
また、燃料の主噴射の後にアフター噴射を実施している場合には、アフター噴射を停止させることで、排気の温度が低下する。さらに、排気弁の閉弁時期を変更可能な場合には、排気弁の閉弁時期を遅くすることによっても、排気の温度が低下する。排気弁の閉弁時期は、予め実験等により最適値を求めておく。なお、上記制御を組み合わせて排気の温度を低下させてもよい。
【００６９】
図４は、本実施例に係るＰＭセンサ１７の故障判定の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３に示したフローのステップＳ１０７とステップＳ１０８との間の処理が異なるだけなので、この個所についてのみ説明する。
【００７０】
ステップＳ２０１では、排気の温度が低くなるように内燃機関１が制御される。たとえば、内燃機関１の気筒内への燃料噴射時期を進角し、且つ、燃料噴射量を減量する。
【００７１】
ステップＳ２０２では、ＰＭセンサ１７の温度が３６０℃未満であるか否か判定される。すなわち、中間生成物の気化する温度よりも低いか否か判定される。なお、ＰＭセンサ１７の温度は、第三排気温度センサ１４により推定してもよい。また、ＮＯx触媒７の温
度がＰＭセンサ１７の温度と等しいとしてもよい。さらに、ＰＭセンサ１７の温度を検出するセンサを備えていてもよい。
【００７２】
ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０８へ進む。一方、ステップＳ２０２で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０３へ進む。
【００７３】
ステップＳ２０３では、還元剤の過剰供給を行わず所定の時間待機し、その後、ステップＳ２０２へ戻る。すなわち、ＰＭセンサ１７の温度が低下するまで、還元剤の過剰供給を行わないようにしている。なお、還元剤の過剰供給を行わないで待機している時間が閾値を超えた場合には、本ルーチンを終了させてもよい。そして、次回の内燃機関１の始動時に、還元剤の過剰供給を行ってもよい。ここで、内燃機関１の始動時であれば、ＮＯx
触媒７やＰＭセンサ１７の温度が低いため、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着しやすい。
【００７４】
なお、本実施例では、図３におけるステップＳ１０８からステップＳ１１１、ステップＳ１１４、図４におけるステップＳ２０１からステップＳ２０３を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定部に相当する。
【００７５】
また、本実施例においては、排気の温度が低くなるように内燃機関１を制御することに代えて、ＮＯx触媒７の温度が低くなるように内燃機関１を制御してもよい。また、排気
の流量が多くなるように、または排気の流速が高くなるように内燃機関１を制御してもよい。さらに、ＮＯx触媒７におけるＮＨ３の吸着率が高くなるように、またはＮＨ３の吸
着量が多くなるように内燃機関１を制御してもよい。また、これらを組み合わせてもよい。
【００７６】
例えば、ＮＯx触媒７または排気の温度が所定値以下となるように内燃機関１を制御し
てもよい。また、排気の流量が所定値以上となるように、または排気の流速が所定値以上となるように内燃機関１を制御してもよい。さらに、ＮＯx触媒７におけるＮＨ３の吸着
率が所定値以上となるように、またはＮＨ３の吸着量が所定値以上となるように内燃機関１を制御してもよい。これら所定値は、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着する値として、予め実験等により求めることができる。
【００７７】
ここで、ＮＯx触媒７または排気の温度が低いと、尿素の熱分解などの反応に時間がか
かるので、尿素の反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過する。したがって、ＮＯx触媒７または排気の温度を低くすることにより、中間生成物をＮＯx触媒７から流出させて、Ｐ
Ｍセンサ１７に付着させることができる。
【００７８】
また、排気の流量が多いと、尿素がＮＯx触媒７と接する時間が短くなるため、尿素の
反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過する。したがって、排気の流量を多くすることに
より、中間生成物をＮＯx触媒７から流出させることができる。なお、排気の流速を高く
するか、または、内燃機関１の吸入空気量を増加させてもよい。
【００７９】
さらに、ＮＯx触媒７に吸着しているＮＨ３量が多いほど、加水分解が進み難くなるの
で、尿素の反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過する。したがって、ＮＯx触媒７に吸着しているＮＨ３量を増加させることにより、中間生成物をＮＯx触媒７から流出させるこ
とができる。なお、ＮＨ３吸着率を高くしてもよい。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。
【００８０】
以上説明したように本実施例によれば、ＰＭセンサ１７に速やかに還元剤を付着させることができるため、ＰＭセンサ１７の故障検出を速やかに完了させることができる。
【符号の説明】
【００８１】
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
【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】
内燃機関の排気通路に、粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのフィルタを備えることがある。そして、このフィルタよりも上流側で検出されるＰＭ量と、フィルタよりも下流側で検出されるＰＭ量と、に基づいてフィルタの故障判定を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、フィルタの再生直後に該フィルタを通り抜けるＰＭ量を用いてＰＭセンサの異常を判定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
また、内燃機関の始動直後に発生する凝縮水を用いてＰＭセンサの異常を判定する技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
また、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４参照。）。
【０００６】
ところで、ＰＭセンサにより検出されるＰＭ量を利用してフィルタの故障を判定するときに、該ＰＭセンサが故障していると、ＰＭ量を正確に検出することができない。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】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１３２２９０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７５９７７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２７５９１７号公報
【特許文献４】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】
【０００８】
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センサの故障判定を精度よく行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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供給される還元剤によりＮＯxを還元する選択還元型Ｎ
Ｏx触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側から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ＰＭセンサの故障判定を行うときには、前記ＰＭセンサの故障検出を行わないときよりも、前記供給装置から供給する還元剤の量を多くし、該供給装置から供給する還元剤の量を多くしたときに前記ＰＭセンサの検出値が変化した場合に、前記ＰＭセンサが正常であると判定する判定部と、
を備える。
【００１０】
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。これに対して判定部は、この特性を利用してＰＭセンサの故障判定を行う。
【００１１】
このため、判定部は、ＰＭセンサの故障判定行うときには、行わないときよりも、還元剤の供給量を増加させる。そうすると、還元剤が選択還元型ＮＯx触媒を通り抜けやすく
なる。そして、選択還元型ＮＯx触媒を通り抜けた還元剤は、ＰＭセンサに付着する。こ
こで、ＰＭセンサが正常であれば、還元剤の付着により検出値が変化する。一方、ＰＭセンサが故障している場合には、還元剤が付着しても検出値が変化しない場合もある。すなわち、還元剤の供給量を増加させたときに、ＰＭセンサの検出値が変化すれば、ＰＭセンサが正常であると判定できる。このように、ＰＭセンサへ還元剤を積極的に付着させることで、ＰＭセンサの故障判定を精度よく行うことができる。
【００１２】
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。
【００１３】
たとえば、供給装置から尿素水を供給する場合には、尿素水は、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、尿素水からアンモ
ニアに変化するまでの間に生成される中間生成物が選択還元型ＮＯx触媒を通り抜けてＰ
Ｍセンサに付着することがある。ＰＭセンサに中間生成物が付着すると、該ＰＭセンサの出力値が変化する。そして、判定部は、ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、中間生成物の生成量を多くしてもよい。
【００１４】
また、本発明においては、前記判定部は、前記ＰＭセンサの故障判定を行うときに、前記選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けるように前記供給装置から供給する還元剤の
量を調整することができる。
【００１５】
一般に、選択還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給するときには、還元剤が選択還元型ＮＯx触媒を通り抜けないように、排気中のＮＯx量に応じて、供給量が決定される。これに対
し、排気中のＮＯx量に対して過剰な量の還元剤を供給することで、選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜ける。これにより、ＰＭセンサに還元剤を付着させることができるため、ＰＭセンサの故障検出を精度よく行うことができる。なお、還元剤の量を調整するときには、単位時間当たりの供給量を調整してもよく、還元剤の供給時間を調整してもよい。また、当量比を１０として還元剤を供給してもよい。
【００１６】
また、例えば中間生成物の生成量が多くなるように、内燃機関を制御してもよい。これにより、ＰＭセンサが正常であれば検出値が変化するため、ＰＭセンサの故障判定の精度を高めることができる。
【００１７】
そして、本発明においては、前記判定部は、前記ＰＭセンサの故障判定を行うときに、前記選択還元型ＮＯx触媒の温度が所定値以下、排気の温度が所定値以下、排気の流量が
所定値以上、前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量が所定値以上の少なくと
も１つに該当するように、前記内燃機関を制御してもよい。
【００１８】
ここで、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は、
選択還元型ＮＯx触媒を還元剤が通り抜けやすくなる。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
このため、選択還元型ＮＯx触媒の温度が所定値以下の場合、排気の温度が所定値以下
の場合、排気の流量が所定値以上の場合、選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量
が所定値以上の場合の少なくとも１つに該当する場合には、ＰＭセンサに還元剤が付着するものとして、ＰＭセンサの故障判定を行うことができる。
【００２２】
なお、ここでいう選択還元型ＮＯx触媒の温度における所定値は、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故障判定に必要な量となる選択還元型ＮＯx触媒の温度を所定値としてもよい。
【００２３】
また、排気の温度における所定値は、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故障判定に必要な量となる排気の温度を所定値としてもよい。
【００２４】
また、排気の流量における所定値は、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故障判定に必要な量となる流量を所定値としてもよい。なお、排気の流量に代えて排気の流速としてもよい。
【００２５】
また、還元剤の吸着量における所定値は、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故障判定に必要な量となる吸着量を所定値としてもよい。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。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＰＭセンサの故障判定を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】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２】ＰＭセンサの概略構成図である。
【図３】実施例１に係るＰＭセンサの故障判定のフローを示したフローチャートである。
【図４】実施例２に係るＰＭセンサの故障判定のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
＜実施例１＞
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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５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。
【００３３】
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。例えば、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（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、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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１
６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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、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。
【００３８】
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５の再生処理を実施する。なお、フィルタ５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５の再生処理を実施してもよい。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
ところで、ＰＭセンサ１７の故障によりＰＭセンサ１７の検出値が変化しないと、フィルタ５が故障しているにもかかわらず正常であると判定される虞がある。これに対してＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ１７の故障判定を行う。
【００４２】
ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ１７の故障判定を行うときに、還元剤がＮＯx触媒７を通り
抜けるような制御を行う。そして、本実施例では、還元剤の供給量を増加させることにより、還元剤がＮＯx触媒７を通り抜けるようにする。このときには、ＮＯxの還元に必要となる量よりも多い還元剤を供給する。すなわち、ＮＯx触媒７で還元剤が消費されるより
も多い量の還元剤を供給する。なお、ＰＭセンサ１７の故障判定を行わないときには、排気中のＮＯx量に応じて還元剤が供給される。すなわち、排気中のＮＯxの還元に必要なる量だけ還元剤が供給される。したがって、ＰＭセンサ１７の故障判定を行うときには、行わないときよりも、還元剤の供給量が増加される。例えば当量比を１０程度とすることで、ＮＯx触媒７に対して過剰な還元剤を供給する。これにより、ＰＭセンサ１７に還元剤
を付着させる。
【００４３】
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。
【００４４】
そして、本実施例では、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。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。すなわち、ＰＭセンサ１７が正常であれば、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着することにより、検出値が変化する。このため、還元剤を過剰に供給したときに、検出値が変化（増加）すれば、ＰＭセンサ１７が正常であると判定することができる。一方、ＰＭセンサ１７が故障している場合には、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着しても、検出値が変化しない。このため、還元剤を過剰に供給したときに、検出値が変化しなければ、ＰＭセンサ１７が故障していると判定することができる。
【００４５】
このように、本実施例では、ＰＭセンサ１７の故障判定を行うときには、故障判定を行わないときよりも、還元剤がＰＭセンサ１７に付着しやすくしている。
【００４６】
図３は、本実施例に係るＰＭセンサ１７の故障判定の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。
【００４７】
ステップＳ１０１では、フィルタ５の故障判定を行う要求があるか否か判定される。すなわち、フィルタ５の故障判定を行う時期であるか否か判定される。例えば、フィルタ５の再生処理をした後や、内燃機関１が始動してから規定時間が経過したとき、さらには、内燃機関１を搭載する車両の走行距離が規定距離に達したときなど、フィルタ５の故障判定が必要となる条件を予め設定しておき、該条件が成立したときに、フィルタ５の故障判定を行う要求があると判定される。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、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００４８】
ステップＳ１０２では、ＰＭセンサ１７によりＰＭが検出される。すなわち、ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ１７からの出力信号を取得する。
【００４９】
ステップＳ１０３では、ＰＭセンサ１７から信号の出力があるか否か判定される。ここで、ＰＭセンサ１７が正常であれば、該ＰＭセンサ１７にＰＭまたは還元剤が付着すれば、該ＰＭセンサ１７から信号の出力がある。したがって、ＰＭセンサ１７から信号の出力があれば、ＰＭセンサ１７は正常であると判定できる。そして、ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０４へ進む。
【００５０】
ステップＳ１０４では、フィルタ５が故障していると仮の判定がなされる。ここで、ＰＭセンサ１７から信号の出力があったときに、その信号がＰＭによるものであれば、フィルタ５が故障していると判定してもよいが、還元剤によるものであれば、フィルタ５は正常であると判定しなくてはならない。現時点では、ＰＭセンサ１７で検出されたものが、ＰＭまたは還元剤の何れであるのか判定できない。そこで、ステップＳ１０４では、フィルタ５が故障していると仮に判定し、以降のステップにおいて、フィルタ５が本当に故障しているのか否か検証する。
【００５１】
ステップＳ１０５では、ＰＭセンサ１７から還元剤を除去する処理が行われる。例えば、ＮＯx触媒７の温度、または、ＮＯx触媒７よりも下流の排気の温度が、中間生成物の気化する温度（例えば、３６０℃）となるように、内燃機関１が制御される。例えば、内燃機関１から排出されるガスの温度を上昇させるか、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、ＮＯx触媒７の温度、または、ＮＯx触媒７よりも下流の排気の温度を上昇させる。なお、ＰＭセンサ１７のカバーをヒータで加熱して例えば３６０℃としてもよい。
【００５２】
そうすると、ＰＭセンサ１７の温度が、中間生成物の気化する温度まで上昇するため、該ＰＭセンサ１７から中間生成物を除去することができる。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、本実施例では、ＰＭセンサ１７の温度を３６０℃以上として中間生成物を気化させる。そして、この後にフィルタ５の故障判定を実施すれば、ＰＭセンサ１７の検出値は中間生成物による影響を受けないため、故障判定の精度が高くなる。
【００５３】
そして、ステップＳ１０６では、フィルタ５の故障判定を実施する。例えば、ＰＭセンサ１７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される。
【００５４】
一方、ＰＭセンサ１７から信号の出力がない場合には、ＰＭセンサ１７にＰＭ及び還元剤が付着していないために出力がないのか、または、ＰＭセンサ１７が故障しているために出力がないのか判断する必要がある。このため、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進む。
【００５５】
ステップＳ１０７では、ＰＭセンサ１７の故障判定の要求がなされる。そして、ステップＳ１０８では、還元剤が過剰に供給される。すなわち、ＮＯxの還元に必要となるより
も多くの還元剤が供給される。このときは、予め設定された規定量を供給してもよい。また、第一ＮＯxセンサ１５または第二ＮＯxセンサ１６の検出値に基づいて、ＮＯxの還元
に必要となる還元剤量を算出し、それよりも多くの還元剤を供給してもよい。たとえば、排気中のＮＯxを還元するために必要となる還元剤量の１０倍の還元剤量を供給してもよ
い。噴射弁６から噴射させる単位時間当たりの還元剤量を増加させてもよく、噴射弁６から還元剤を噴射する時間を延長してもよい。このときに供給する還元剤量は、ＰＭセンサ１７に中間生成物が速やかに析出するような値としてもよい。
【００５６】
ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８で還元剤の供給を開始してから所定時間が経過したか否か判定される。本ステップでは、ＰＭセンサ１７に付着している還元剤量が十分な量となる時間が経過したか否か判定される。すなわち、本ステップでは、ＰＭセンサ１７に十分な量の還元剤が付着しているか否か判定している。この所定時間は予め実験等により求めることができる。なお、ステップＳ１０８で供給される還元剤量に応じて、所定時間を変更してもよい。また、設定される所定時間に応じて、ステップＳ１０８で供給される還元剤量を変更してもよい。また、所定時間は、例えば１０分間としてもよい。
【００５７】
ステップＳ１０９で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１１０へ進む。一方、ステップＳ１０９で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０８へ戻る。すなわち、ＰＭセンサ１７に十分な量の還元剤が付着するまで、ステップＳ１０８とステップＳ１０９とが繰り返し実行される。
【００５８】
ステップＳ１１０では、ＰＭセンサ１７によりＰＭが検出される。すなわち、ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ１７からの出力信号を取得する。
【００５９】
ステップＳ１１１では、ＰＭセンサ１７から信号の出力があるか否か判定される。ＰＭセンサ１７には、多くの還元剤が付着しているために、ＰＭセンサ１７が正常であれば、該ＰＭセンサ１７から信号の出力がある。したがって、ＰＭセンサ１７から信号の出力が
あれば、ＰＭセンサ１７は正常であると判定できる。
【００６０】
そして、ステップＳ１１１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１１２へ進み、ＰＭセンサ１７は正常であると判定される。次いで、ステップＳ１１３では、ＰＭセンサ１７から還元剤を除去する処理が行われる。本ステップでは、ステップＳ１０５と同じ処理がなされる。
【００６１】
一方、ステップＳ１１１で否定判定がなされた場合には、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着しているのにもかかわらず、ＰＭセンサ１７から信号が出力されていない状態であるので、ステップＳ１１４へ進み、ＰＭセンサ１７が故障していると判定される。
【００６２】
なお、本実施例では、ステップＳ１０８からステップＳ１１１、及びステップＳ１１４を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定部に相当する。
【００６３】
以上説明したように、本実施例によれば、還元剤を過剰に供給することで、ＰＭセンサ１７が故障しているか否か精度よく判定することができる。
【００６４】
＜実施例２＞
本実施例では、実施例１で説明した還元剤を過剰に供給することに加えて、ＰＭセンサ１７に還元が付着しやすいように内燃機関１を制御する。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。
【００６５】
ここで、還元剤を過剰に供給してＰＭセンサ１７に還元剤を付着させたとしても、例えば排気の温度が高くなることにより該還元剤が気化してしまうこともある。そこで本実施例では、排気の温度が低くなるように内燃機関１を制御する。
【００６６】
例えば、内燃機関１の気筒内への燃料噴射時期を進角し、且つ、燃料噴射量を減量することで排気の温度が低下する。このときには、トルクが変化しないように燃料噴射時期及び燃料噴射量を決定してもよい。燃料噴射時期及び燃料噴射量は、予め実験等により最適値を求めておく。なお、内燃機関１の気筒内に燃料噴射が複数回行われる場合には、主噴射に相当する燃料噴射の時期及び量を変更する。
【００６７】
また、燃料噴射圧を高くすることで排気の温度を低下させてもよい。これにより、気筒壁面に付着する燃料が多くなるので、排気の温度が低下する。なお、燃料噴射圧は、予め実験等により最適値を求めておく。
【００６８】
また、燃料の主噴射の後にアフター噴射を実施している場合には、アフター噴射を停止させることで、排気の温度が低下する。さらに、排気弁の閉弁時期を変更可能な場合には、排気弁の閉弁時期を遅くすることによっても、排気の温度が低下する。排気弁の閉弁時期は、予め実験等により最適値を求めておく。なお、上記制御を組み合わせて排気の温度を低下させてもよい。
【００６９】
図４は、本実施例に係るＰＭセンサ１７の故障判定の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３に示したフローのステップＳ１０７とステップＳ１０８との間の処理が異なるだけなので、この個所についてのみ説明する。
【００７０】
ステップＳ２０１では、排気の温度が低くなるように内燃機関１が制御される。たとえば、内燃機関１の気筒内への燃料噴射時期を進角し、且つ、燃料噴射量を減量する。
【００７１】
ステップＳ２０２では、ＰＭセンサ１７の温度が３６０℃未満であるか否か判定される。すなわち、中間生成物の気化する温度よりも低いか否か判定される。なお、ＰＭセンサ１７の温度は、第三排気温度センサ１４により推定してもよい。また、ＮＯx触媒７の温
度がＰＭセンサ１７の温度と等しいとしてもよい。さらに、ＰＭセンサ１７の温度を検出するセンサを備えていてもよい。
【００７２】
ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０８へ進む。一方、ステップＳ２０２で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０３へ進む。
【００７３】
ステップＳ２０３では、還元剤の過剰供給を行わず所定の時間待機し、その後、ステップＳ２０２へ戻る。すなわち、ＰＭセンサ１７の温度が低下するまで、還元剤の過剰供給を行わないようにしている。なお、還元剤の過剰供給を行わないで待機している時間が閾値を超えた場合には、本ルーチンを終了させてもよい。そして、次回の内燃機関１の始動時に、還元剤の過剰供給を行ってもよい。ここで、内燃機関１の始動時であれば、ＮＯx
触媒７やＰＭセンサ１７の温度が低いため、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着しやすい。
【００７４】
なお、本実施例では、図３におけるステップＳ１０８からステップＳ１１１、ステップＳ１１４、図４におけるステップＳ２０１からステップＳ２０３を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定部に相当する。
【００７５】
また、本実施例においては、排気の温度が低くなるように内燃機関１を制御することに代えて、ＮＯx触媒７の温度が低くなるように内燃機関１を制御してもよい。また、排気
の流量が多くなるように、または排気の流速が高くなるように内燃機関１を制御してもよい。さらに、ＮＯx触媒７におけるＮＨ３の吸着率が高くなるように、またはＮＨ３の吸
着量が多くなるように内燃機関１を制御してもよい。また、これらを組み合わせてもよい。
【００７６】
例えば、ＮＯx触媒７または排気の温度が所定値以下となるように内燃機関１を制御し
てもよい。また、排気の流量が所定値以上となるように、または排気の流速が所定値以上となるように内燃機関１を制御してもよい。さらに、ＮＯx触媒７におけるＮＨ３の吸着
率が所定値以上となるように、またはＮＨ３の吸着量が所定値以上となるように内燃機関１を制御してもよい。これら所定値は、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着する値として、予め実験等により求めることができる。
【００７７】
ここで、ＮＯx触媒７または排気の温度が低いと、尿素の熱分解などの反応に時間がか
かるので、尿素の反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過する。したがって、ＮＯx触媒７または排気の温度を低くすることにより、中間生成物をＮＯx触媒７から流出させて、Ｐ
Ｍセンサ１７に付着させることができる。
【００７８】
また、排気の流量が多いと、尿素がＮＯx触媒７と接する時間が短くなるため、尿素の
反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過する。したがって、排気の流量を多くすることに
より、中間生成物をＮＯx触媒７から流出させることができる。なお、排気の流速を高く
するか、または、内燃機関１の吸入空気量を増加させてもよい。
【００７９】
さらに、ＮＯx触媒７に吸着しているＮＨ３量が多いほど、加水分解が進み難くなるの
で、尿素の反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過する。したがって、ＮＯx触媒７に吸着しているＮＨ３量を増加させることにより、中間生成物をＮＯx触媒７から流出させるこ
とができる。なお、ＮＨ３吸着率を高くしてもよい。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。
【００８０】
以上説明したように本実施例によれば、ＰＭセンサ１７に速やかに還元剤を付着させることができるため、ＰＭセンサ１７の故障検出を速やかに完了させることができる。
【符号の説明】
【００８１】
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
【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Ｎ
Ｏx触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側から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ＰＭセンサの故障判定を行うときには、前記ＰＭセンサの故障検出を行わないときよりも、前記供給装置から供給する還元剤の量を多くし、該供給装置から供給する還元剤の量を多くしたときに前記ＰＭセンサの検出値が変化した場合に、前記ＰＭセンサが正常であると判定する判定部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記ＰＭセンサの故障判定を行うときに、前記選択還元型ＮＯx触媒を
還元剤が通り抜けるように前記供給装置から供給する還元剤の量を調整する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記ＰＭセンサの故障判定を行うときに、前記選択還元型ＮＯx触媒の
温度が所定値以下、排気の温度が所定値以下、排気の流量が所定値以上、前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量が所定値以上の少なくとも１つに該当するように、前
記内燃機関を制御する請求項１または２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Ｎ
Ｏx触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側から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ＰＭセンサの故障判定を行うときには、前記ＰＭセンサの故障検出を行わないときよりも、前記供給装置から供給する還元剤の量を多くし、該供給装置から供給する還元剤の量を多くしたときに前記ＰＭセンサの検出値が変化した場合に、前記ＰＭセンサが正常であると判定する判定部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記ＰＭセンサの故障判定を行うときに、前記選択還元型ＮＯx触媒を
還元剤が通り抜けるように前記供給装置から供給する還元剤の量を調整する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記ＰＭセンサの故障判定を行うときに、前記選択還元型ＮＯx触媒の
温度が所定値以下、排気の温度が所定値以下、排気の流量が所定値以上、前記選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量が所定値以上の少なくとも１つに該当するように、前
記内燃機関を制御する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−９６２８５（Ｐ２０１３−９６２８５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８９４６（Ｐ２０１１−２３８９４６）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【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２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【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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