排気浄化システムの故障検出装置
【課題】内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化システムの故障をより高い精度で検出することを目的とする。
【解決手段】還元剤供給手段からＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時の、活性温度以上且つＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度であるＮＯｘ浄化率低下温度以下の温度におけるＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ浄化率低下温度より高い温度におけるＮＯｘ浄化率との差ΔＰｎｏｘに基づいて、還元剤供給手段の故障を検出する。
【解決手段】還元剤供給手段からＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時の、活性温度以上且つＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度であるＮＯｘ浄化率低下温度以下の温度におけるＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ浄化率低下温度より高い温度におけるＮＯｘ浄化率との差ΔＰｎｏｘに基づいて、還元剤供給手段の故障を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化システムの故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に排気浄化触媒として選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と称する場合もある）を設ける技術が知られている。ＮＯｘ触媒は、主にアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有する。また、ＮＯｘ触媒は、ＨＣが供給された場合、該ＨＣを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能も有する。
【０００３】
特許文献１及び２には、ＮＯｘ触媒の劣化によってＮＯｘ浄化率が低下したのか、尿素水の供給量や質の異常によってＮＯｘ浄化率が低下したのかを判別するための技術が開示されている。特許文献１に記載の技術では、複数の触媒温度でのＮＯｘ浄化率を検出する。そして、触媒温度の上昇に伴いＮＯｘ浄化率が上昇すれば触媒劣化が生じており、変化しなければ尿素水の供給量や質に異常があると判断される。また、特許文献２に記載の技術においても、触媒温度に対するＮＯｘ浄化率の変化に基づいて上記判別が行われる。
【０００４】
特許文献３には、ＮＯｘ触媒より上流側且つ還元剤添加弁より下流側の排気通路に温度センサを設けた構成において、還元剤添加弁から還元剤が添加されたことによるＮＯｘ触媒上流側の排気通路の温度低下量に基づいて還元剤添加弁の状態を判断する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献４には、還元剤添加弁より下流側且つＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に設けられた温度センサとＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設けられた温度センサとによって検出された排気温度が所定温度以上のときに、ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設けられたＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて排気浄化システムの異常の有無を判定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３８６２４号公報
【特許文献２】特開２００９−１３８６２６号公報
【特許文献３】特開２００９−１２７４９７号公報
【特許文献４】特開２００３−３１４２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒を備えた排気浄化システムの故障をより高い精度で検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第一の発明は、還元剤供給手段からＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時の、活性温度以上且つＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度であるＮＯｘ浄化率低下温度以下の温度におけるＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ浄化率低下温度より高い温度におけるＮＯｘ浄化率との差に基づいて、還元剤供給手段の故障を検出するものである。
【０００９】
より詳しくは、第一の発明に係る排気浄化システムの故障検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた排気浄化システムの故障検出装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得手段と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出手段と、を備え、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度をＮＯｘ浄化率低下温度とし、
前記還元剤供給手段によって前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時における、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が活性温度以上且つ前記ＮＯｘ浄化率低下温度以下である第一所定温度の時のＮＯｘ浄化率と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記ＮＯｘ浄化率低下温度より高い第二所定温度の時のＮＯｘ浄化率との差が、所定判定値以下の場合、前記還元剤供給手段が故障していると判定する判定手段をさらに備えている。
【００１０】
ここで、ＮＯｘ浄化率とは、ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量に対するＮＯｘ触媒によって還元されるＮＯｘ量の割合である。
【００１１】
ＮＯｘ触媒は、アンモニアやＨＣ等の還元剤が供給されることでＮＯｘを還元する機能を有すると共に、還元剤を酸化する機能も有する。ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元能力及び還元剤酸化能力はいずれも該ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じて高くなる。ただし、ＮＯｘ触媒の温度が比較的低いときは、ＮＯｘ還元能力の方が還元剤酸化能力よりも高い。そして、ＮＯｘ触媒の温度がある温度を超えると、還元剤酸化能力の方がＮＯｘ還元能力よりも高くなる。ＮＯｘ触媒の還元剤酸化能力がＮＯｘ還元能力よりも高くなると、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元能力が還元剤酸化能力より高いときに比べてＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下する。
【００１２】
従って、ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されている場合、ＮＯｘ触媒の温度が、還元剤酸化能力の方がＮＯｘ還元能力よりも高くなる温度に達すると、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める。該ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度をＮＯｘ浄化率低下温度とする。ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されている状態では、ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ浄化率低下温度より高いときのＮＯｘ浄化率が、ＮＯｘ触媒の温度が活性温度以上且つＮＯｘ浄化率低下温度以下であるときのＮＯｘ浄化率よりも低くなる。
【００１３】
しかしながら、還元剤供給手段が故障しており、ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されるべき時に、実際には還元剤が供給されていない場合は、ＮＯｘ触媒においてＮＯｘの還元も還元剤の酸化も行われないため、ＮＯｘ浄化率低下温度の前後の温度におけるＮＯｘ浄化率の値に変化が生じないことになる。また、還元剤供給手段が故障しているために、ＮＯｘ触媒に供給される還元剤の量が本来供給されるべき量より少ない場合は、ＮＯｘ浄化率低下温度の前後の温度におけるＮＯｘ浄化率の差が小さくなる。
【００１４】
そこで、本発明では、ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時における、ＮＯｘ触媒の温度が活性温度以上且つＮＯｘ浄化率低下温度以下である第一所定温度の時のＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ浄化率低下温度より高い第二所定温度の時のＮＯｘ浄化率との差が、所定判定値以下の場合、判定手段によって、還元剤供給手段が故障していると判定する。
【００１５】
ＮＯｘ触媒の温度が同一であっても、ＮＯｘ浄化率算出手段によって算出されるＮＯｘ浄化率の値にはばらつきが生じる場合がある。本発明では、ＮＯｘ浄化率の絶対値ではなく、ＮＯｘ触媒の温度が第一所定温度の時と第二所定温度の時とのＮＯｘ浄化率の差に基づいて、還元剤供給手段が故障しているか否かを判別する。従って、還元剤供給手段の故障をより高い精度で検出することができる。
【００１６】
尚、ＮＯｘ浄化率低下温度は、実験等に基づいて予め求めることができる。また、ＮＯｘ触媒の劣化度合いを推定し、推定された劣化度合いに応じてＮＯｘ浄化率低下温度を変化させてもよい。この場合、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが高いほど、ＮＯｘ浄化率低下温度が低くなる。
【００１７】
また、本発明における所定判定値は、還元剤供給手段が故障していると判断することができる閾値であって、実験等に基づいて予め定めることができる。
【００１８】
また、排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ触媒よりも上流側の排気通路に、酸化機能を有する前段触媒を設ける場合がある。この場合、本発明における還元剤供給手段は、前段触媒よりもさらに上流側から還元剤たるＨＣを供給するものであってもよい。還元剤供給手段から供給されるＨＣは、先ず前段触媒に流入する。そして、前段触媒において酸化されずに該前段触媒から流出したＨＣがＮＯｘ触媒に供給される。
【００１９】
そして、このような構成の場合、排気浄化システムの故障検出装置は、還元剤供給手段からＨＣが供給されているべき時に、前段触媒において酸化されずにＮＯｘ触媒に供給されるＨＣ供給量を推定する推定手段と、該推定手段によって推定されたＨＣ供給量に基づいて前記所定判定値を決定する決定手段と、をさらに備えてもよい。
【００２０】
上記のような構成の場合、還元剤供給手段から前段触媒よりも上流側に供給されるＨＣ量が同一であっても、前段触媒において酸化されるＨＣ酸化量に応じて、ＮＯｘ触媒に供給されるＨＣ供給量が変化する。そして、ＮＯｘ触媒に供給されるＨＣ供給量が変化すると、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率も変化する。そのため、上記のように、推定手段によって推定されたＮＯｘ触媒へのＨＣ供給量に基づいて前記所定判定値を決定することで、還元剤供給手段の故障検出の精度をより向上させることができる。
【００２１】
第二の発明は、ＮＯｘ浄化率が所定浄化率より低いときにおいて、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ触媒の温度上昇量に対するＮＯｘ浄化率の低下量の割合（以下、該割合をＮＯｘ浄化率の低下率と称する場合もある）に基づいて、還元剤供給手段の故障とＮＯｘ触媒の劣化とを区別して検出するものである。
【００２２】
より詳しくは、本発明に係る排気浄化システムの故障検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤たるアンモニアを供給する還元剤供給手段と、を備えた排気浄化システムの故障検出装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得手段と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出手段と、
前記還元剤供給手段によって前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時にＮＯｘ浄化率が所定浄化率より低いときにおいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときの前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度上昇量に対するＮＯｘ浄化率の低下量の割合が、所定割合以下の場合は、前記還元剤供給手段が故障していると判定し、前記所定割合より大きい場合は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が
劣化していると判定する判定手段と、をさらに備えている。
【００２３】
ここで、「選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化している」状態とは、「ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値より大きい」状態のことをいう。ＮＯｘ触媒の劣化度合いの許容範囲は、実験等に基づいて予め定めることができる。
【００２４】
また、所定浄化率とは、還元剤供給手段及びＮＯｘ触媒のいずれも正常であると判断できる閾値である。該所定浄化率は、実験等に基づいて予め定めることができる。
【００２５】
上述したように、還元剤供給手段が故障した場合、ＮＯｘ浄化率低下温度の前後の温度におけるＮＯｘ浄化率の差が正常時よりも小さくなる。従って、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める時点におけるＮＯｘ浄化率の低下率が正常時よりも小さくなる。一方、ＮＯｘ触媒が劣化した場合は、ＮＯｘ浄化率低下温度の前後の温度におけるＮＯｘ浄化率の差が正常時よりも大きくなる。従って、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率が正常時よりも大きくなる。
【００２６】
そこで、本発明では、ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時にＮＯｘ浄化率が所定浄化率より低いときにおいて、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めるときのＮＯｘ浄化率の低下率が所定割合以下の場合は、判定手段によって、還元剤供給手段が故障していると判定し、該ＮＯｘ浄化率の低下率が所定割合より大きい場合は、判定手段によって、ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する。
【００２７】
ここで、所定浄化率とは、還元剤供給手段及びＮＯｘ触媒のいずれも正常であると判断できる閾値である。また、所定割合とは、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率が、該所定割合以下の場合は、還元剤供給手段が故障していると判断でき、該所定割合より大きい場合は、ＮＯｘ触媒が劣化していると判断できる閾値である。該所定割合は、還元剤供給手段及びＮＯｘ触媒のいずれも正常である場合における、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率であってもよい。
【００２８】
本発明によれば、還元剤供給手段の故障とＮＯｘ触媒の劣化とを区別して検出することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒を備えた排気浄化システムにおける、還元剤供給手段の故障又はＮＯｘ触媒の劣化をより高い精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る、尿素添加弁から尿素水溶液が添加されることでＮＯｘ触媒にアンモニアが供給されているときの、ＮＯｘ触媒の温度と、ＮＯｘ触媒のアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力との関係を示す図である。
【図３】実施例１に係る、ＮＯｘ触媒にアンモニアが供給されているときの、ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図４】実施例１に係る尿素添加弁の故障検出のフローを示すフローチャートである。
【図５】実施例２に係る、尿素添加弁から尿素水溶液が添加されることでＮＯｘ触媒にアンモニアが供給され、且つ、燃料添加弁から燃料が添加されることでＮＯｘ触媒にＨＣが供給されているときの、ＮＯｘ触媒の温度と、ＮＯｘ触媒の、アンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力、アンモニア酸化能力、ＨＣを還元剤とするＮＯｘ還元能力及びＨＣ酸化能力と、ＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図６】実施例２に係る燃料添加弁の故障検出のフローを示すフローチャートである。
【図７】実施例３に係る、ＮＯｘ触媒の温度と、ＮＯｘ触媒のアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力との関係を示す図である。
【図８】実施例３に係る、尿素添加弁から尿素水溶液が添加されることでＮＯｘ触媒にアンモニアが供給されているときの、ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図９】実施例３に係る尿素添加弁及びＮＯｘ触媒の故障検出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】
【００３１】
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。
【００３２】
＜実施例１＞
［内燃機関の排気系の概略構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関の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。ただし、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジン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。内燃機関１には、排気通路２が接続されている。
【００３３】
排気通路２には、パティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称する）４が設けられている。フィルタ４は排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。フィルタ４より上流側の排気通路２には、前段触媒として酸化触媒３が設けられている。尚、前段触媒は、酸化触媒に限られるものではなく、酸化機能を有する触媒（例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）であればよい。酸化触媒３より上流側の排気通路２には、燃料添加弁６が設けられている。燃料添加弁６は、排気中に燃料を添加する。
【００３４】
また、フィルタ４より下流側の排気通路２には、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と称する）５が設けられている。フィルタ４より下流側且つＮＯｘ触媒５より上流側には、尿素添加弁７及び温度センサ８が設けられている。尿素添加弁７は、排気中に尿素水溶液を添加する。尿素添加弁７から尿素水溶液が添加されることで、ＮＯｘ触媒５に還元剤たるアンモニアが供給される。温度センサ８が、ＮＯｘ触媒５に流入する排気の温度を検出する。尚、ＮＯｘ触媒５より下流側の排気通路２に、アンモニアを酸化するための触媒を設けてもよい。
【００３５】
ＮＯｘ触媒５より下流側の排気通路２には、ＮＯｘセンサ９が設けられている。ＮＯｘセンサ９は、ＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度を検出する。
【００３６】
また、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（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、温度センサ８及びＮＯｘセンサ９に加えて、クランクポジションセンサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ１１は、内燃機関１のクランク角を検出する。アクセル開度センサ１２は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００３７】
ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を算出する。また、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１２の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を算出する。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ８によって検出される排気の温度に基づいてＮＯｘ触媒５の温度を算出する。
【００３８】
さらに、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁６及び尿素添加弁７が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これらの装置の動作が制御される。
【００３９】
［ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係］
次に、ＮＯｘ触媒５の温度とＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率との関係について、図２及び３に基づいて説明する。尚、ＮＯｘ浄化率とは、ＮＯｘ触媒５に流入するＮＯｘ量に対するＮＯｘ触媒５によって還元されるＮＯｘ量の割合である。
【００４０】
ＮＯｘ触媒５は、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する機能のみならず、アンモニアを酸化する機能も有する。図２は、尿素添加弁７から尿素水溶液が添加されることでＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されているときの、ＮＯｘ触媒５の温度と、ＮＯｘ触媒５のアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力との関係を示す図である。図２において、横軸はＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃを表しており、縦軸はＮＯｘ触媒５のアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力又はアンモニア酸化能力を表している。
【００４１】
図２において、実線Ｌ１及びＬ２はＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力を示している。実線Ｌ１は、尿素添加弁７が正常な状態であって、尿素添加弁７から目標添加量の尿素水溶液が添加されているとき、即ちＮＯｘ触媒５に目標量（即ち、本来供給されるべき量）のアンモニアが供給されているときのＮＯｘ還元能力を示している。一方、実線Ｌ２は、尿素添加弁７が故障しており、尿素添加弁７からの尿素水溶液の添加量が目標添加量より少ないとき、即ちＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が目標量よりも減少しているときのＮＯｘ還元能力を示している。また、図２において、破線Ｌ３及びＬ４はＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を示している。破線Ｌ３は、尿素添加弁７が正常な状態であってＮＯｘ触媒５に目標量のアンモニアが供給されているときのアンモニア酸化能力を示している。一方、破線Ｌ４は、尿素添加弁７が故障しており、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が目標量よりも減少しているときのアンモニア酸化能力を示している。
【００４２】
図３は、ＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されているときの、ＮＯｘ触媒５の温度とＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。図３において、横軸はＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃを表しており、縦軸はＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率又はＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を表している。
【００４３】
図３において、実線Ｌ５及びＬ６はＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率を示している。実線Ｌ５は、尿素添加弁７が正常な状態であってＮＯｘ触媒５に目標量のアンモニアが供給されているときのＮＯｘ浄化率を示している。一方、実線Ｌ６は、尿素添加弁７が故障しており、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が目標量よりも減少しているときのＮＯｘ浄化率を示している。また、図３において、破線Ｌ３及びＬ４は、図２と同様、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を示している。図２と同様、破線Ｌ３は、尿素添加弁７が正常な状態のときのアンモニア酸化能力を示しており、破線Ｌ４は、尿素添加弁７が故障しているときのアンモニア酸化能力を示している。
【００４４】
図２に示すように、ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力はいずれも該ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じて高くなる。ただし、ＮＯｘ触媒５の温度が比較的低いときは、ＮＯｘ還元能力の方がアンモニア酸化能力よりも高い。そして、ＮＯｘ触媒５の温度がある温度（Ｔｃ１）以上となると、アンモニア酸化能力の方がＮＯｘ還元能力よ
りも高くなる。また、尿素添加弁７が故障することで、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が減少すると、ＮＯｘ触媒５において還元されるＮＯｘの量及びＮＯｘ触媒５において酸化されるアンモニアの量のいずれも必然的に減少する。つまり、ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力はいずれも低下する。
【００４５】
アンモニアが酸化されるとＮＯｘが生成される。そのため、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力がＮＯｘ還元能力よりも高くなると、ＮＯｘ触媒５から流出するＮＯｘ量が増加する。つまり、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率が低下する。従って、ＮＯｘ触媒５の温度が、アンモニア酸化能力がＮＯｘ還元能力を超える温度に達すると、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める。
【００４６】
図２において、アンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力とアンモニア酸化能力とが同等となるＮＯｘ触媒５の温度をＴｃ１とする。このとき、図３に示すように、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒５の温度がＴｃ１を超えると、その温度の上昇に応じて低下する。以下、ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度Ｔｃ１をＮＯｘ浄化率低下温度と称する。
【００４７】
ここで、上述したように、尿素添加弁７が故障することで、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が減少すると、ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力はいずれも低下する。そのため、ＮＯｘ触媒５の温度上昇量に対するＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力の上昇量の割合（即ち、図２及び３における破線の傾き）が小さくなる。その結果、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１を超えることでＮＯｘ浄化率が低下したときの、ＮＯｘ触媒５の温度上昇量に対するＮＯｘ浄化率の低下量の割合（即ち、図３における触媒温度がＴｃ１より高いときの実線の傾き）が小さくなる。
【００４８】
従って、尿素添加弁７が故障することで、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が減少すると、図３に示すように、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時のＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１より高い所定温度Ｔｃ２の時のＮＯｘ浄化率との差ΔＰｎｏｘが、尿素添加弁７が正常な状態のときに比べて小さくなる。また、尿素添加弁７が故障することで、実際にはＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されていない場合は、ＮＯｘ触媒５においてＮＯｘの還元もアンモニアの酸化も行われない。そのため、ＮＯｘ触媒５の温度に関わらずＮＯｘ浄化率は零となる。従って、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時と所定温度Ｔｃ２の時のＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘは零となる。
【００４９】
［尿素添加弁の故障検出］
そこで、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時と所定温度Ｔｃ２の時とのＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘに基づいて、尿素添加弁７の故障を検出する。つまり、ＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されているべき時において、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時と所定温度Ｔｃ２の時とのＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘを算出する。そして、該ＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘが所定判定値以下の場合、尿素添加弁７が故障していると判定する。
【００５０】
以下、本実施例に係る尿素添加弁の故障検出のフローについて、図４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。
【００５１】
本フローでは、先ずステップＳ１０１において、尿素添加弁７からの尿素添加の実行条件が成立しているか否かが判別される。即ち、ＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されているべき時であるか否かが判別される。尿素添加弁７からの尿素添加の実行条件は予め定め
られている。該実行条件としては、ＮＯｘ触媒５の温度が活性温度以上であること等を例示できる。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。
【００５２】
一方、ステップＳ１０１において肯定判定された場合、次にステップＳ１０２において、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが算出される。ここでは、周知のどのような方法を用いて該劣化度合いを算出してもよい。例えば、ＮＯｘ触媒５の温度履歴に基づいてその劣化度合いを算出してもよい。
【００５３】
次に、ステップＳ１０３において、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いに基づいてＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１が算出される。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高いほど、ＮＯｘ触媒５のアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力が低下する。そのため、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高いほど、ＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１は低くなる。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いとＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１との関係は実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ１０３では、該マップ又は関数を用いてＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１が算出される。
【００５４】
次に、ステップＳ１０４において、上述したような、尿素添加弁７の故障を検出するために用いるＮＯｘ浄化率を算出すべき温度である所定温度Ｔｃ２が算出される。ここで、所定温度Ｔｃ２は、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時と該所定温度Ｔｃ２の時のＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘの値に、尿素添加弁７の故障時と正常時とで明確な差異が生じる温度である。該所定温度Ｔｃ２は、ステップＳ１０３で算出されたＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１よりも一定温度分高い温度として算出される。
【００５５】
次に、ステップＳ１０５において、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時のＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ１が算出される。該ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ１は、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時における、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度とＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて算出される。ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度は、内燃機関１の運転状態に基づいて推定することができる。また、ＮＯｘ触媒５より上流側の排気通路２にＮＯｘセンサを設け、該ＮＯｘセンサによって、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度を検出してもよい。ＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度は、ＮＯｘセンサ９によって検出することができる。
【００５６】
次に、ステップＳ１０６において、ＮＯｘ触媒５の温度が所定温度Ｔｃ２の時のＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ２が算出される。該ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ２は、ＮＯｘ触媒５の温度が所定温度Ｔｃ２の時における、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度とＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて算出される。
【００５７】
次に、ステップＳ１０７において、ステップＳ１０５で算出されたＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ１からステップＳ１０６で算出されたＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ２を減算することで、ＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘが算出される。
【００５８】
次に、ステップＳ１０８において、ステップＳ１０７で算出されたＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘが所定判定値ΔＰｎｏｘ０以下であるか否かが判別される。所定判定値ΔＰｎｏｘ０は、尿素添加弁７が故障していると判定することができる閾値である。該所定判定値ΔＰｎｏｘ０は、実験等に基づいて予め定められ、ＥＣＵ１０に記憶されている。
【００５９】
ステップＳ１０８において肯定判定された場合、ステップＳ１０９において、尿素添加弁７が故障していると判定される。一方、ステップＳ１１０において否定判定された場合
、ステップＳ１１０において、尿素添加弁７は正常であると判定される。
【００６０】
尿素添加弁７の個体差によって尿素添加量にばらつきが生じる場合がある。また、ＮＯｘセンサ９の個体差によってＮＯｘ濃度の検出値にばらつきが生じる場合もある。そのため、ＮＯｘ触媒５の温度が同一であっても、ＥＣＵ１０によって算出されるＮＯｘ浄化率の値にはばらつきが生じる場合がある。しかしながら、本実施例によれば、上述したように、ＮＯｘ浄化率の絶対値ではなく、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時と所定温度Ｔｃ２の時とのＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘに基づいて、尿素添加弁７が故障しているか否かが判別される。従って、ＮＯｘ浄化率の絶対値にばらつきが生じたとしても、尿素添加弁７が故障しているか否かを安定して判別することができる。よって、尿素添加弁７の故障をより高い精度で検出することができる。
【００６１】
尚、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時と所定温度Ｔｃ２の時とのＮＯｘ浄化率の差に基づいて、尿素添加弁７が故障しているか否かを判別した。しかしながら、図３に示すように、ＮＯ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１より低くても、ＮＯｘ触媒５が活性温度以上であれば、ＮＯｘ浄化率は、所定温度Ｔｃ２の時に比べて十分に高くなっている。そのため、所定温度Ｔｃ２を第二所定温度Ｔｃ２とすると、ＮＯｘ触媒５の温度が活性温度以上且つＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１より低い第一所定温度の時のＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒５の温度が第二所定温度Ｔｃ２の時のＮＯｘ浄化率との差に基づいて、尿素添加弁７が故障しているか否かを判別することもできる。
【００６２】
＜実施例２＞
本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成は実施例１と同様である。本実施例では、フィルタ４に捕集されたＰＭを除去すべきときに、フィルタ再生処理が実行される。フィルタ再生処理は、燃料添加弁６から排気中に燃料（ＨＣ）が添加されることで実現される。燃料添加弁６から添加された燃料は酸化触媒３において酸化される。この燃料の酸化によって生じる酸化熱によってフィルタ４の温度が上昇する。その結果、フィルタ４に捕集されたＰＭが酸化され除去される。
【００６３】
フィルタ再生処理が実行された際に、燃料添加弁６から添加された燃料の一部が、酸化触媒３において酸化されずに酸化触媒３よりも下流側の排気通路２に流出する場合がある。この場合、酸化触媒３から流出した燃料がＮＯｘ触媒５に供給される。これによって、ＮＯｘ触媒５にＨＣが還元剤として供給されることになる。従って、ＮＯｘ触媒５においては、アンモニアを還元剤とするＮＯｘの還元に加えて、ＨＣを還元剤とするＮＯｘの還元が行われる。また、ＮＯｘ触媒５において、アンモニアの酸化に加えて、ＨＣの酸化が行われる。
【００６４】
尚、前段触媒として酸化触媒３に代えて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を設けた場合、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ又はＳＯｘを還元する際にも燃料添加弁６から燃料が添加される。このような場合も、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を通過した燃料がＮＯｘ触媒に供給される。その結果、ＮＯｘ触媒５にＨＣが還元剤として供給されることになる。
【００６５】
［ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係］
ここで、ＮＯｘ触媒５に還元剤としてアンモニアのみならずＨＣが供給された場合のＮＯｘ触媒５の温度とＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率との関係について、図５に基づいて説明する。図５は、尿素添加弁７から尿素水溶液が添加されることでＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給され、且つ、燃料添加弁６から燃料が添加されることでＮＯｘ触媒５にＨＣが供給されているときの、ＮＯｘ触媒５の温度と、ＮＯｘ触媒５の、アンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力、アンモニア酸化能力、ＨＣを還元剤とするＮＯｘ還元能力及び
ＨＣ酸化能力と、ＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。図５において、横軸はＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃを表しており、縦軸はＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力、アンモニア酸化能力、ＨＣ酸化能力、又はＮＯｘ浄化率を表している。
【００６６】
図５において、実線Ｌ１は、図２と同様、尿素添加弁７が正常な状態であってＮＯｘ触媒５に目標量のアンモニアが供給されているときの、アンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力を示している。また、破線Ｌ３は、図２と同様、尿素添加弁７が正常な状態であってＮＯｘ触媒５に目標量のアンモニアが供給されているときのアンモニア酸化能力を示している。そして、実線Ｌ７は、燃料添加弁６が正常な状態であって、該燃料添加弁６から燃料が添加されることでＮＯｘ触媒５にＨＣが供給されているときの、ＨＣを還元剤とするＮＯｘ還元能力を示している。また、破線Ｌ８は、燃料添加弁６が正常な状態であって、該燃料添加弁６から燃料が添加されることでＮＯｘ触媒５にＨＣが供給されているときの、ＨＣ酸化能力を示している。また、実線Ｌ９は、尿素添加弁７及び燃料添加弁６のいずれも正常な状態であるときの、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率を示している。つまり、実線Ｌ９によって示されているＮＯｘ浄化率は、アンモニア及びＨＣの両方が還元剤としてＮＯｘ触媒５に供給されているときのＮＯｘ浄化率である。
【００６７】
図５に示すように、ＮＯｘ触媒５のＨＣを還元剤とするＮＯｘ還元能力及びＨＣ酸化能力は、アンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力と同様、いずれも該ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じて高くなる。また、ＮＯｘ触媒５の温度が比較的低いときは、ＮＯｘ還元能力の方がＨＣ酸化能力よりも高い。そして、ＮＯｘ触媒５の温度がある温度（Ｔｃ３）以上となると、ＨＣ酸化能力の方がＨＣを還元剤とするＮＯｘ還元能力よりも高くなる。その結果、ＮＯｘ触媒５の温度が該温度に達すると、アンモニア酸化能力の方がアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力よりも高くなったときと同様、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める。
【００６８】
図５において、アンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力とアンモニア酸化能力とが同等となるＮＯｘ触媒５の温度をＴｃ１とする。また、ＨＣを還元剤とするＮＯｘ還元能力とＨＣ酸化能力とが同等となるＮＯｘ触媒５の温度をＴｃ３とする。尚、本実施例においては、Ｔｃ３＜Ｔｃ１となっている。このとき、図５に示すように、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒５の温度がＴｃ３を超えると、その温度の上昇に応じて低下する。従って、本実施例においては、該温度Ｔｃ３がＮＯｘ浄化率低下温度となる。
【００６９】
ここで、燃料添加弁６が故障することで、該燃料添加弁６から添加される燃料が減少し、その結果、ＮＯｘ触媒５に供給されるＨＣの量が減少すると、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が減少した場合と同様、ＮＯｘ触媒５の温度上昇量に対するＮＯｘ触媒５のＨＣ酸化能力の上昇量の割合（即ち、図５における破線Ｌ８の傾き）が小さくなる。その結果、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３を超えることでＮＯｘ浄化率が低下したときの、ＮＯｘ触媒５の温度上昇量に対するＮＯｘ浄化率の低下量の割合（即ち、図５における触媒温度がＴｃ３より高いときの実線の傾き）が小さくなる。
【００７０】
従って、燃料添加弁６が故障することで、ＮＯｘ触媒５に供給されるＨＣの量が減少すると、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時のＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３より高い所定温度の時のＮＯｘ浄化率との差ΔＰｎｏｘが、燃料添加弁６が正常な状態のときに比べて小さくなる。また、燃料添加弁６が故障することで、実際にはＮＯｘ触媒５にＨＣが供給されていない場合は、ＮＯｘ触媒５においてＨＣを還元剤とするＮＯｘの還元もＨＣの酸化も行われない。そのため、ＮＯｘ触媒５の温度に関わらず、ＮＯｘ浄化率は、アンモニアのみがＮＯｘ触媒５に供給されているときのＮＯｘ浄化率となる。従って、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３以上となっても、その温度がＴｃ１に達するまでは、ＮＯｘ浄化率は低下しない
。
【００７１】
［燃料添加弁の故障検出］
そこで、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時のＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３より高く且つＴｃ１以下の所定温度Ｔｃ４の時のＮＯｘ浄化率との差ΔＰｎｏｘに基づいて、燃料添加弁６の故障を検出する。つまり、ＮＯｘ触媒５にＨＣが供給されているべき時において、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時と所定温度Ｔｃ４の時とのＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘを算出する。そして、該ＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘが所定判定値以下の場合、燃料添加弁６が故障していると判定する。
【００７２】
以下、本実施例に係る燃料添加弁の故障検出のフローについて、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。
【００７３】
本フローでは、先ずステップＳ２０１において、燃料添加弁６からの燃料添加の実行条件が成立しているか否かが判別される。燃料添加弁６からの燃料添加の実行条件は予め定められている。例えば、フィルタ再生処理の実行条件が成立しているときは、燃料添加弁６からの燃料添加の実行条件が成立していると判定される。ステップＳ２０１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。
【００７４】
ステップＳ２０１おいて肯定判定された場合、次にステップＳ２０２において、燃料添加弁６から目標添加量の燃料が実際に添加されていると仮定した場合にＮＯｘ触媒５に供給されるＨＣ量Ｑｈｃが算出される。酸化触媒３において酸化される燃料の量は、該酸化触媒３及び排気の流量に応じて変化する。従って、ＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量Ｑｈｃは、燃料添加弁６からの目標添加量、酸化触媒３の温度、排気の流量に基づいて算出される。尚、酸化触媒３の温度は、内燃機関１の運転状態及び温度センサ８の検出値等に基づいて推定できる。また、排気の流量は、内燃機関１の吸入空気量等に基づいて推定できる。ＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量Ｑｈｃと、燃料添加弁６からの目標添加量、酸化触媒３の温度及び排気の流量との関係は、実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ２０２では、該マップ又は関数を用いてＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量Ｑｈｃが算出される。
【００７５】
次に、ステップＳ２０３において、ステップＳ２０２で算出されたＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量Ｑｈｃが所定ＨＣ供給量Ｑｈｃ０以上であるか否かが判別される。ＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量が少ないと、燃料添加弁６の正常時と故障時とにおけるＮＯｘ浄化率の差が小さくなる。この差が過剰に小さいと、燃料添加弁６の故障検出を高精度で行うことは困難である。ここで、所定ＨＣ供給量Ｑｈｃ０とは、燃料添加弁６の故障検出を高精度で行うことが可能な閾値である。該所定ＨＣ供給量Ｑｈｃ０は、実験等に基づいて予め定めることができる。ステップＳ２０３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。
【００７６】
一方、ステップＳ２０３おいて肯定判定された場合、次にステップＳ２０４において、図４に示すフローのステップＳ１０２と同様の方法により、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが算出される。
【００７７】
次に、ステップＳ２０５において、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いに基づいてＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３が算出される。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高いほど、ＮＯｘ触媒５のＨＣを還元剤とするＮＯｘ還元能力が低下する。そのため、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高いほど、ＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３は低くなる。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いとＮＯｘ浄
化率低下温度Ｔｃ３との関係は実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ２０５では、該マップ又は関数を用いてＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３が算出される。
【００７８】
次に、ステップＳ２０６において、上述したような、燃料添加弁６の故障を検出するために用いるＮＯｘ浄化率を算出すべき温度である所定温度Ｔｃ４が算出される。ここで、所定温度Ｔｃ４は、上述したように、ＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３より高く且つアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力とアンモニア酸化能力とが同等となる温度Ｔｃ１以下の温度である。また、該所定温度Ｔｃ４は、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時と該所定温度Ｔｃ４の時のＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘの値に、燃料添加弁６の故障時と正常時とで明確な差異が生じる温度である。該所定温度Ｔｃ４は、ステップＳ２０５で算出されたＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３よりも一定温度分高い温度として算出されてもよい。また、本実施例では。Ｔｃ３＜Ｔｃ１であるため、所定温度Ｔｃ４＝Ｔｃ１としてもよい。
【００７９】
次に、ステップＳ２０７において、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時のＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ３が算出される。該ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ３は、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時における、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度とＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて算出される。
【００８０】
次に、ステップＳ２０８において、ＮＯｘ触媒５の温度が所定温度Ｔｃ４の時のＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ４が算出される。該ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ４は、ＮＯｘ触媒５の温度が所定温度Ｔｃ４の時における、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度とＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて算出される。
【００８１】
次に、ステップＳ２０９において、ステップＳ２０７で算出されたＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ３からステップＳ２０８で算出されたＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ４を減算することで、ＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘが算出される。
【００８２】
次に、ステップＳ２１０において、ステップＳ２０２で算出されたＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量Ｑｈｃに基づいて所定判定値ΔＰｎｏｘ１が算出される。次に、ステップＳ２１１において、ステップＳ２０９で算出されたＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘが、ステップＳ２１０で算出された所定判定値ΔＰｎｏｘ１以下であるか否かが判別される。
【００８３】
ここで、所定判定値ΔＰｎｏｘ１は、燃料添加弁６が故障していると判断することができる閾値である。ＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量Ｑｈｃが少ないほど所定判定値ΔＰｎｏｘ１は小さくなる。このような、ＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量Ｑｈｃと所定判定値ΔＰｎｏｘ１との関係は実験等も基づいて予め定められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ２１０においては、該マップ又は関数を用いて所定判定値ΔＰｎｏｘ１が算出される。
【００８４】
ステップＳ２１１において肯定判定された場合、ステップＳ２１２において、燃料添加弁６が故障していると判定される。一方、ステップＳ２１１において否定判定された場合、ステップＳ２１３において、燃料添加弁６は正常であると判定される。
【００８５】
本実施例によれば、ＮＯｘ浄化率の絶対値ではなく、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時と所定温度Ｔｃ４の時とのＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘに基づいて、燃料添加弁６が故障しているか否かが判別される。従って、ＮＯｘ浄化率の絶対値にばらつきが生じたとしても、燃料添加弁６が故障しているか否かを安定して判別することが
できる。よって、燃料添加弁６の故障をより高い精度で検出することができる。
【００８６】
尚、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時と所定温度Ｔｃ４の時とのＮＯｘ浄化率の差に基づいて、燃料添加弁６が故障しているか否かを判別した。しかしながら、ＮＯ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３より低くても、ＮＯｘ触媒５が活性温度以上であれば、ＮＯｘ浄化率は、所定温度Ｔｃ４の時に比べて十分に高い。そのため、所定温度Ｔｃ４を第二所定温度Ｔｃ２とすると、ＮＯｘ触媒５の温度が活性温度以上且つＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３より低い第一所定温度の時のＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒５の温度が第二所定温度Ｔｃ４の時のＮＯｘ浄化率との差に基づいて、燃料添加弁６が故障しているか否かを判別することもできる。
【００８７】
また、本実施例においては、燃料添加弁６からの燃料添加に代えて、内燃機関１において主燃料噴射より後のタイミングで副燃料噴射を実行することで、酸化触媒３及びＮＯｘ触媒５に燃料（ＨＣ）を供給してもよい。この場合、上述した燃料添加弁６の故障検出方法と同様の方法によって、内燃機関１の燃料噴射弁を含む燃料噴射システムの故障を検出することができる。
【００８８】
＜実施例３＞
本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成は実施例１と同様である。本実施例においては、尿素添加弁７の故障とＮＯｘ触媒５の劣化とを区別して検出する。尚、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値より大きいときに、ＮＯｘ触媒５が劣化していると判断する。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いの許容範囲は、実験等に基づいて予め定めることができる。
【００８９】
［ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係］
図７は、ＮＯｘ触媒５の温度と、ＮＯｘ触媒５のアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力との関係を示す図である。図７において、横軸はＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃを表しており、縦軸はＮＯｘ触媒５のアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力又はアンモニア酸化能力を表している。図７において、実線Ｌ１及びＬ１０はＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力を示している。実線Ｌ１は、図２と同様、ＮＯｘ触媒５が初期状態のときのＮＯｘ還元能力を示しており、実線Ｌ２は、ＮＯｘ触媒５が劣化しているときのＮＯｘ還元能力を示している。ここで、初期状態とは、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが車両搭載時と同等の状態、つまり、ＮＯｘ触媒５の熱劣化がほとんど進行していない状態のことである。図２のおける矢印は、ＮＯｘ触媒５の劣化の進行に応じたＮＯｘ還元能力の推移の方向を示している。また、図７において、破線Ｌ３は、図２と同様、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を示している。
【００９０】
図８は、尿素添加弁７から尿素水溶液が添加されることでＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されているときの、ＮＯｘ触媒５の温度とＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。図８において、横軸はＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃを表しており、縦軸はＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率又はＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を表している。
【００９１】
図８において、実線Ｌ５及びＬ６は、図３と同様、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率を示している。図３と同様、実線Ｌ５は、尿素添加弁７が正常な状態であってＮＯｘ触媒５に目標量のアンモニアが供給されているときのＮＯｘ浄化率を示している。一方、実線Ｌ６は、尿素添加弁７が故障しており、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が目標量よりも減少しているときのＮＯｘ浄化率を示している。また、図８において、破線Ｌ３及びＬ４は、図２及び３と同様、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を示している。図２及び３と同様、破線Ｌ３は、尿素添加弁７が正常な状態のときのアンモニア酸化能力を示
しており、破線Ｌ４は、尿素添加弁７が故障しているときのアンモニア酸化能力を示している。また、図８において、実線Ｌ１１は、尿素添加弁７は正常な状態であるが、ＮＯｘ触媒５が劣化しているときのＮＯｘ浄化率を示している。
【００９２】
ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力は、ＮＯｘ触媒５の劣化が進むにつれて低下する。つまり、ＮＯｘ触媒５の温度を同一とすると、ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力は、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高い場合、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが低い場合に比べて低い。そのため、ＮＯｘ触媒５の温度に対するＮＯｘ還元能力は、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いの上昇に応じて、図７において矢印で示す方向（実線Ｌ１から実線Ｌ２に向かう方向）に推移する。
【００９３】
一方、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力は、ＮＯｘ触媒５の劣化が進んでも低下し難い。そのため、ＮＯｘ触媒５の温度の温度が同一であれば、ＮＯｘ触媒５の劣化度合い関わらず、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力は同等となる。そのため、ＮＯｘ触媒５の劣化が進んでも、ＮＯｘ触媒５の温度とＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力との関係は、図７において破線Ｌ３で示すような関係に維持される。その結果、図７に示すように、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高くなると、アンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力とアンモニア酸化能力とが同等となるＮＯｘ触媒５の温度は低くなる。図７においては、ＮＯｘ触媒５が劣化している場合においてアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力とアンモニア酸化能力とが同等となるＮＯｘ触媒５の温度をＴｃ５とする。
【００９４】
従って、図８に示すように、ＮＯｘ触媒５が劣化している場合、ＮＯｘ触媒５の温度が、ＮＯｘ触媒５が正常であるときのＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１より低いＴｃ５に達すると、その温度の上昇に応じて低下する。つまり、ＮＯｘ触媒５が劣化すると、ＮＯｘ浄化率低下温度が低下することになる。そして、ＮＯｘ触媒５が劣化したために、該ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ５を超えることでＮＯｘ浄化率が低下したときのＮＯｘ浄化率の低下率（ＮＯｘ触媒５の温度上昇量に対するＮＯｘ浄化率の低下量の割合）は、ＮＯｘ触媒５が正常な状態であるときに、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１を超えることでＮＯｘ浄化率が低下したときのＮＯｘ浄化率の低下率よりも大きくなる。
【００９５】
一方、上述したように、尿素添加弁７が故障することで、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が減少した場合、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１を超えることでＮＯｘ浄化率が低下したときのＮＯｘ浄化率の低下率は、尿素添加弁７が正常な状態にあるときに、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１を超えることでＮＯｘ浄化率が低下したときの該ＮＯｘ浄化率の低下率よりも小さくなる。
【００９６】
［尿素添加弁の故障検出及びＮＯｘ触媒の劣化検出］
そこで、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度を超えることでＮＯｘ浄化率が低下したときのＮＯｘ浄化率の低下率に基づいて、尿素添加弁７の故障とＮＯｘ触媒５の劣化とを区別して検出する。つまり、ＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されているべき時にＮＯｘ浄化率が所定浄化率以下のときにおいて、ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率を算出する。そして、該ＮＯｘ浄化率の低下率が、所定低下率以下の場合は、尿素添加弁７が故障していると判定し、所定低下率より大きい場合は、ＮＯｘ触媒５が劣化していると判定する。
【００９７】
以下、本実施例に係る尿素添加弁及びＮＯｘ触媒の故障検出のフローについて、図９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。
【００９８】
本フローでは、先ずステップＳ３０１において、図４に示すフローのステップＳ１０１と同様、尿素添加弁７からの尿素添加の実行条件が成立しているか否かが判別される。即ち、ＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されているべき時であるか否かが判別される。ステップＳ３０１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。
【００９９】
次に、ステップ３０２において、現時点のＮＯｘ触媒５の温度に応じた所定浄化率Ｐｎｏｘ＿ｌｉｍｉｔが算出される。ここで、所定浄化率Ｐｎｏｘ＿ｌｉｍｉｔとは、尿素添加弁７及びＮＯｘ触媒５のいずれも正常であると判断できる閾値である。ＮＯｘ触媒５の温度と所定浄化率Ｐｎｏｘ＿ｌｉｍｉｔとの関係は、実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ３０２では、該マップ又は関数を用いて所定浄化率Ｐｎｏｘ＿ｌｉｍｉｔが算出される。
【０１００】
次に、ステップＳ３０３において、現時点のＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘが算出される。該ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘは、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度とＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて算出される。
【０１０１】
次に、ステップＳ３０４において、ステップＳ３０３で算出されたＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘが、ステップＳ３０２で算出された所定浄化率Ｐｎｏｘ＿ｌｉｍｉｔより低いか否かが判別される。ステップＳ３０４において否定判定された場合、尿素添加弁７及びＮＯｘ触媒５のいずれも正常であると判断できる。この場合、本フローの実行が一旦終了される。
【０１０２】
一方、ステップＳ３０４において肯定判定された場合、尿素添加弁７が故障している又はＮＯｘ触媒５が劣化していると判断できる。この場合、次にステップＳ３０５において、ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率Ｒｐｎｏｘが算出される。ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒５の各温度でのＮＯｘ浄化率を算出し、ＮＯｘ触媒５の温度変化に応じたＮＯｘ浄化率の推移をマップとして記憶する。ステップＳ３０５においては、該マップに基づいて、ＮＯｘ浄化率低下温度が検出され、さらに、ＮＯｘ触媒５の温度が該ＮＯｘ浄化率低下温度を超えたとき（即ち、ＮＯｘ触媒５の温度上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたとき）のＮＯｘ浄化率の低下率Ｒｐｎｏｘが算出される。
【０１０３】
次に、ステップＳ３０６において、ステップＳ３０５で算出されたＮＯｘ浄化率の低下率Ｒｐｎｏｘが所定低下率Ｒｐｎｏｘ０以下であるか否なかが判別される。ここで、所定低下率Ｒｐｎｏｘ０とは、ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率が、該所定低下率Ｒｐｎｏｘ０以下の場合は、尿素添加弁７が故障していると判断でき、該所定低下率Ｒｐｎｏｘ０より大きい場合は、ＮＯｘ触媒５が劣化していると判断できる閾値である。該所定低下率Ｒｐｎｏｘ０は、実験等に基づいて予め求められており、ＥＣＵ１０に記憶されている。例えば、該所定低下率Ｒｐｎｏｘ０は、尿素添加弁７及びＮＯｘ触媒５のいずれも正常である場合にＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率であってもよい。
【０１０４】
ステップＳ３０６において肯定判定された場合、ステップＳ３０７において、尿素添加弁７が故障していると判定される。一方、ステップＳ３０７において否定判定された場合、ステップＳ３０８において、ＮＯｘ触媒５が劣化していると判定される。
【０１０５】
上述したように、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率は、尿素添加弁７が故障することでＮＯｘ触媒５へのアンモニアの供給量が減少したときのみならず、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが進むことによっても低下する。そのため、ＮＯｘ浄化率の絶対値のみに基づいて
尿素添加弁７の故障とＮＯｘ触媒５の劣化とを区別して検出することは困難である。
【０１０６】
本実施例によれば、ＮＯｘ触媒５の温度上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率に基づいて故障検出を行うことで、尿素添加弁７の故障とＮＯｘ触媒５の劣化とを区別して検出することができる。従って、尿素添加弁７の故障又はＮＯｘ触媒５の劣化をより高精度で検出することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１・・・内燃機関
２・・・排気通路
３・・・酸化触媒
４・・・パティキュレートフィルタ（フィルタ）
５・・・選択還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
６・・・燃料添加弁
７・・・尿素添加弁
８・・・温度センサ
９・・・ＮＯｘセンサ
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランクポジションセンサ
１２・・アクセル開度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化システムの故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に排気浄化触媒として選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と称する場合もある）を設ける技術が知られている。ＮＯｘ触媒は、主にアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有する。また、ＮＯｘ触媒は、ＨＣが供給された場合、該ＨＣを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能も有する。
【０００３】
特許文献１及び２には、ＮＯｘ触媒の劣化によってＮＯｘ浄化率が低下したのか、尿素水の供給量や質の異常によってＮＯｘ浄化率が低下したのかを判別するための技術が開示されている。特許文献１に記載の技術では、複数の触媒温度でのＮＯｘ浄化率を検出する。そして、触媒温度の上昇に伴いＮＯｘ浄化率が上昇すれば触媒劣化が生じており、変化しなければ尿素水の供給量や質に異常があると判断される。また、特許文献２に記載の技術においても、触媒温度に対するＮＯｘ浄化率の変化に基づいて上記判別が行われる。
【０００４】
特許文献３には、ＮＯｘ触媒より上流側且つ還元剤添加弁より下流側の排気通路に温度センサを設けた構成において、還元剤添加弁から還元剤が添加されたことによるＮＯｘ触媒上流側の排気通路の温度低下量に基づいて還元剤添加弁の状態を判断する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献４には、還元剤添加弁より下流側且つＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に設けられた温度センサとＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設けられた温度センサとによって検出された排気温度が所定温度以上のときに、ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設けられたＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて排気浄化システムの異常の有無を判定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３８６２４号公報
【特許文献２】特開２００９−１３８６２６号公報
【特許文献３】特開２００９−１２７４９７号公報
【特許文献４】特開２００３−３１４２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒を備えた排気浄化システムの故障をより高い精度で検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第一の発明は、還元剤供給手段からＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時の、活性温度以上且つＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度であるＮＯｘ浄化率低下温度以下の温度におけるＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ浄化率低下温度より高い温度におけるＮＯｘ浄化率との差に基づいて、還元剤供給手段の故障を検出するものである。
【０００９】
より詳しくは、第一の発明に係る排気浄化システムの故障検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた排気浄化システムの故障検出装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得手段と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出手段と、を備え、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度をＮＯｘ浄化率低下温度とし、
前記還元剤供給手段によって前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時における、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が活性温度以上且つ前記ＮＯｘ浄化率低下温度以下である第一所定温度の時のＮＯｘ浄化率と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記ＮＯｘ浄化率低下温度より高い第二所定温度の時のＮＯｘ浄化率との差が、所定判定値以下の場合、前記還元剤供給手段が故障していると判定する判定手段をさらに備えている。
【００１０】
ここで、ＮＯｘ浄化率とは、ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量に対するＮＯｘ触媒によって還元されるＮＯｘ量の割合である。
【００１１】
ＮＯｘ触媒は、アンモニアやＨＣ等の還元剤が供給されることでＮＯｘを還元する機能を有すると共に、還元剤を酸化する機能も有する。ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元能力及び還元剤酸化能力はいずれも該ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じて高くなる。ただし、ＮＯｘ触媒の温度が比較的低いときは、ＮＯｘ還元能力の方が還元剤酸化能力よりも高い。そして、ＮＯｘ触媒の温度がある温度を超えると、還元剤酸化能力の方がＮＯｘ還元能力よりも高くなる。ＮＯｘ触媒の還元剤酸化能力がＮＯｘ還元能力よりも高くなると、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元能力が還元剤酸化能力より高いときに比べてＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下する。
【００１２】
従って、ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されている場合、ＮＯｘ触媒の温度が、還元剤酸化能力の方がＮＯｘ還元能力よりも高くなる温度に達すると、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める。該ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度をＮＯｘ浄化率低下温度とする。ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されている状態では、ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ浄化率低下温度より高いときのＮＯｘ浄化率が、ＮＯｘ触媒の温度が活性温度以上且つＮＯｘ浄化率低下温度以下であるときのＮＯｘ浄化率よりも低くなる。
【００１３】
しかしながら、還元剤供給手段が故障しており、ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されるべき時に、実際には還元剤が供給されていない場合は、ＮＯｘ触媒においてＮＯｘの還元も還元剤の酸化も行われないため、ＮＯｘ浄化率低下温度の前後の温度におけるＮＯｘ浄化率の値に変化が生じないことになる。また、還元剤供給手段が故障しているために、ＮＯｘ触媒に供給される還元剤の量が本来供給されるべき量より少ない場合は、ＮＯｘ浄化率低下温度の前後の温度におけるＮＯｘ浄化率の差が小さくなる。
【００１４】
そこで、本発明では、ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時における、ＮＯｘ触媒の温度が活性温度以上且つＮＯｘ浄化率低下温度以下である第一所定温度の時のＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒の温度がＮＯｘ浄化率低下温度より高い第二所定温度の時のＮＯｘ浄化率との差が、所定判定値以下の場合、判定手段によって、還元剤供給手段が故障していると判定する。
【００１５】
ＮＯｘ触媒の温度が同一であっても、ＮＯｘ浄化率算出手段によって算出されるＮＯｘ浄化率の値にはばらつきが生じる場合がある。本発明では、ＮＯｘ浄化率の絶対値ではなく、ＮＯｘ触媒の温度が第一所定温度の時と第二所定温度の時とのＮＯｘ浄化率の差に基づいて、還元剤供給手段が故障しているか否かを判別する。従って、還元剤供給手段の故障をより高い精度で検出することができる。
【００１６】
尚、ＮＯｘ浄化率低下温度は、実験等に基づいて予め求めることができる。また、ＮＯｘ触媒の劣化度合いを推定し、推定された劣化度合いに応じてＮＯｘ浄化率低下温度を変化させてもよい。この場合、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが高いほど、ＮＯｘ浄化率低下温度が低くなる。
【００１７】
また、本発明における所定判定値は、還元剤供給手段が故障していると判断することができる閾値であって、実験等に基づいて予め定めることができる。
【００１８】
また、排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ触媒よりも上流側の排気通路に、酸化機能を有する前段触媒を設ける場合がある。この場合、本発明における還元剤供給手段は、前段触媒よりもさらに上流側から還元剤たるＨＣを供給するものであってもよい。還元剤供給手段から供給されるＨＣは、先ず前段触媒に流入する。そして、前段触媒において酸化されずに該前段触媒から流出したＨＣがＮＯｘ触媒に供給される。
【００１９】
そして、このような構成の場合、排気浄化システムの故障検出装置は、還元剤供給手段からＨＣが供給されているべき時に、前段触媒において酸化されずにＮＯｘ触媒に供給されるＨＣ供給量を推定する推定手段と、該推定手段によって推定されたＨＣ供給量に基づいて前記所定判定値を決定する決定手段と、をさらに備えてもよい。
【００２０】
上記のような構成の場合、還元剤供給手段から前段触媒よりも上流側に供給されるＨＣ量が同一であっても、前段触媒において酸化されるＨＣ酸化量に応じて、ＮＯｘ触媒に供給されるＨＣ供給量が変化する。そして、ＮＯｘ触媒に供給されるＨＣ供給量が変化すると、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率も変化する。そのため、上記のように、推定手段によって推定されたＮＯｘ触媒へのＨＣ供給量に基づいて前記所定判定値を決定することで、還元剤供給手段の故障検出の精度をより向上させることができる。
【００２１】
第二の発明は、ＮＯｘ浄化率が所定浄化率より低いときにおいて、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ触媒の温度上昇量に対するＮＯｘ浄化率の低下量の割合（以下、該割合をＮＯｘ浄化率の低下率と称する場合もある）に基づいて、還元剤供給手段の故障とＮＯｘ触媒の劣化とを区別して検出するものである。
【００２２】
より詳しくは、本発明に係る排気浄化システムの故障検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤たるアンモニアを供給する還元剤供給手段と、を備えた排気浄化システムの故障検出装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得手段と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出手段と、
前記還元剤供給手段によって前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時にＮＯｘ浄化率が所定浄化率より低いときにおいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときの前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度上昇量に対するＮＯｘ浄化率の低下量の割合が、所定割合以下の場合は、前記還元剤供給手段が故障していると判定し、前記所定割合より大きい場合は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が
劣化していると判定する判定手段と、をさらに備えている。
【００２３】
ここで、「選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化している」状態とは、「ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値より大きい」状態のことをいう。ＮＯｘ触媒の劣化度合いの許容範囲は、実験等に基づいて予め定めることができる。
【００２４】
また、所定浄化率とは、還元剤供給手段及びＮＯｘ触媒のいずれも正常であると判断できる閾値である。該所定浄化率は、実験等に基づいて予め定めることができる。
【００２５】
上述したように、還元剤供給手段が故障した場合、ＮＯｘ浄化率低下温度の前後の温度におけるＮＯｘ浄化率の差が正常時よりも小さくなる。従って、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める時点におけるＮＯｘ浄化率の低下率が正常時よりも小さくなる。一方、ＮＯｘ触媒が劣化した場合は、ＮＯｘ浄化率低下温度の前後の温度におけるＮＯｘ浄化率の差が正常時よりも大きくなる。従って、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率が正常時よりも大きくなる。
【００２６】
そこで、本発明では、ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時にＮＯｘ浄化率が所定浄化率より低いときにおいて、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めるときのＮＯｘ浄化率の低下率が所定割合以下の場合は、判定手段によって、還元剤供給手段が故障していると判定し、該ＮＯｘ浄化率の低下率が所定割合より大きい場合は、判定手段によって、ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する。
【００２７】
ここで、所定浄化率とは、還元剤供給手段及びＮＯｘ触媒のいずれも正常であると判断できる閾値である。また、所定割合とは、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率が、該所定割合以下の場合は、還元剤供給手段が故障していると判断でき、該所定割合より大きい場合は、ＮＯｘ触媒が劣化していると判断できる閾値である。該所定割合は、還元剤供給手段及びＮＯｘ触媒のいずれも正常である場合における、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率であってもよい。
【００２８】
本発明によれば、還元剤供給手段の故障とＮＯｘ触媒の劣化とを区別して検出することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒を備えた排気浄化システムにおける、還元剤供給手段の故障又はＮＯｘ触媒の劣化をより高い精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る、尿素添加弁から尿素水溶液が添加されることでＮＯｘ触媒にアンモニアが供給されているときの、ＮＯｘ触媒の温度と、ＮＯｘ触媒のアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力との関係を示す図である。
【図３】実施例１に係る、ＮＯｘ触媒にアンモニアが供給されているときの、ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図４】実施例１に係る尿素添加弁の故障検出のフローを示すフローチャートである。
【図５】実施例２に係る、尿素添加弁から尿素水溶液が添加されることでＮＯｘ触媒にアンモニアが供給され、且つ、燃料添加弁から燃料が添加されることでＮＯｘ触媒にＨＣが供給されているときの、ＮＯｘ触媒の温度と、ＮＯｘ触媒の、アンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力、アンモニア酸化能力、ＨＣを還元剤とするＮＯｘ還元能力及びＨＣ酸化能力と、ＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図６】実施例２に係る燃料添加弁の故障検出のフローを示すフローチャートである。
【図７】実施例３に係る、ＮＯｘ触媒の温度と、ＮＯｘ触媒のアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力との関係を示す図である。
【図８】実施例３に係る、尿素添加弁から尿素水溶液が添加されることでＮＯｘ触媒にアンモニアが供給されているときの、ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図９】実施例３に係る尿素添加弁及びＮＯｘ触媒の故障検出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】
【００３１】
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。
【００３２】
＜実施例１＞
［内燃機関の排気系の概略構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関の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。ただし、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジン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。内燃機関１には、排気通路２が接続されている。
【００３３】
排気通路２には、パティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称する）４が設けられている。フィルタ４は排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。フィルタ４より上流側の排気通路２には、前段触媒として酸化触媒３が設けられている。尚、前段触媒は、酸化触媒に限られるものではなく、酸化機能を有する触媒（例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）であればよい。酸化触媒３より上流側の排気通路２には、燃料添加弁６が設けられている。燃料添加弁６は、排気中に燃料を添加する。
【００３４】
また、フィルタ４より下流側の排気通路２には、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と称する）５が設けられている。フィルタ４より下流側且つＮＯｘ触媒５より上流側には、尿素添加弁７及び温度センサ８が設けられている。尿素添加弁７は、排気中に尿素水溶液を添加する。尿素添加弁７から尿素水溶液が添加されることで、ＮＯｘ触媒５に還元剤たるアンモニアが供給される。温度センサ８が、ＮＯｘ触媒５に流入する排気の温度を検出する。尚、ＮＯｘ触媒５より下流側の排気通路２に、アンモニアを酸化するための触媒を設けてもよい。
【００３５】
ＮＯｘ触媒５より下流側の排気通路２には、ＮＯｘセンサ９が設けられている。ＮＯｘセンサ９は、ＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度を検出する。
【００３６】
また、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（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、温度センサ８及びＮＯｘセンサ９に加えて、クランクポジションセンサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ１１は、内燃機関１のクランク角を検出する。アクセル開度センサ１２は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００３７】
ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を算出する。また、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１２の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を算出する。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ８によって検出される排気の温度に基づいてＮＯｘ触媒５の温度を算出する。
【００３８】
さらに、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁６及び尿素添加弁７が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これらの装置の動作が制御される。
【００３９】
［ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係］
次に、ＮＯｘ触媒５の温度とＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率との関係について、図２及び３に基づいて説明する。尚、ＮＯｘ浄化率とは、ＮＯｘ触媒５に流入するＮＯｘ量に対するＮＯｘ触媒５によって還元されるＮＯｘ量の割合である。
【００４０】
ＮＯｘ触媒５は、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する機能のみならず、アンモニアを酸化する機能も有する。図２は、尿素添加弁７から尿素水溶液が添加されることでＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されているときの、ＮＯｘ触媒５の温度と、ＮＯｘ触媒５のアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力との関係を示す図である。図２において、横軸はＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃを表しており、縦軸はＮＯｘ触媒５のアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力又はアンモニア酸化能力を表している。
【００４１】
図２において、実線Ｌ１及びＬ２はＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力を示している。実線Ｌ１は、尿素添加弁７が正常な状態であって、尿素添加弁７から目標添加量の尿素水溶液が添加されているとき、即ちＮＯｘ触媒５に目標量（即ち、本来供給されるべき量）のアンモニアが供給されているときのＮＯｘ還元能力を示している。一方、実線Ｌ２は、尿素添加弁７が故障しており、尿素添加弁７からの尿素水溶液の添加量が目標添加量より少ないとき、即ちＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が目標量よりも減少しているときのＮＯｘ還元能力を示している。また、図２において、破線Ｌ３及びＬ４はＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を示している。破線Ｌ３は、尿素添加弁７が正常な状態であってＮＯｘ触媒５に目標量のアンモニアが供給されているときのアンモニア酸化能力を示している。一方、破線Ｌ４は、尿素添加弁７が故障しており、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が目標量よりも減少しているときのアンモニア酸化能力を示している。
【００４２】
図３は、ＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されているときの、ＮＯｘ触媒５の温度とＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。図３において、横軸はＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃを表しており、縦軸はＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率又はＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を表している。
【００４３】
図３において、実線Ｌ５及びＬ６はＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率を示している。実線Ｌ５は、尿素添加弁７が正常な状態であってＮＯｘ触媒５に目標量のアンモニアが供給されているときのＮＯｘ浄化率を示している。一方、実線Ｌ６は、尿素添加弁７が故障しており、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が目標量よりも減少しているときのＮＯｘ浄化率を示している。また、図３において、破線Ｌ３及びＬ４は、図２と同様、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を示している。図２と同様、破線Ｌ３は、尿素添加弁７が正常な状態のときのアンモニア酸化能力を示しており、破線Ｌ４は、尿素添加弁７が故障しているときのアンモニア酸化能力を示している。
【００４４】
図２に示すように、ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力はいずれも該ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じて高くなる。ただし、ＮＯｘ触媒５の温度が比較的低いときは、ＮＯｘ還元能力の方がアンモニア酸化能力よりも高い。そして、ＮＯｘ触媒５の温度がある温度（Ｔｃ１）以上となると、アンモニア酸化能力の方がＮＯｘ還元能力よ
りも高くなる。また、尿素添加弁７が故障することで、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が減少すると、ＮＯｘ触媒５において還元されるＮＯｘの量及びＮＯｘ触媒５において酸化されるアンモニアの量のいずれも必然的に減少する。つまり、ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力はいずれも低下する。
【００４５】
アンモニアが酸化されるとＮＯｘが生成される。そのため、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力がＮＯｘ還元能力よりも高くなると、ＮＯｘ触媒５から流出するＮＯｘ量が増加する。つまり、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率が低下する。従って、ＮＯｘ触媒５の温度が、アンモニア酸化能力がＮＯｘ還元能力を超える温度に達すると、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める。
【００４６】
図２において、アンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力とアンモニア酸化能力とが同等となるＮＯｘ触媒５の温度をＴｃ１とする。このとき、図３に示すように、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒５の温度がＴｃ１を超えると、その温度の上昇に応じて低下する。以下、ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度Ｔｃ１をＮＯｘ浄化率低下温度と称する。
【００４７】
ここで、上述したように、尿素添加弁７が故障することで、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が減少すると、ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力はいずれも低下する。そのため、ＮＯｘ触媒５の温度上昇量に対するＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力の上昇量の割合（即ち、図２及び３における破線の傾き）が小さくなる。その結果、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１を超えることでＮＯｘ浄化率が低下したときの、ＮＯｘ触媒５の温度上昇量に対するＮＯｘ浄化率の低下量の割合（即ち、図３における触媒温度がＴｃ１より高いときの実線の傾き）が小さくなる。
【００４８】
従って、尿素添加弁７が故障することで、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が減少すると、図３に示すように、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時のＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１より高い所定温度Ｔｃ２の時のＮＯｘ浄化率との差ΔＰｎｏｘが、尿素添加弁７が正常な状態のときに比べて小さくなる。また、尿素添加弁７が故障することで、実際にはＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されていない場合は、ＮＯｘ触媒５においてＮＯｘの還元もアンモニアの酸化も行われない。そのため、ＮＯｘ触媒５の温度に関わらずＮＯｘ浄化率は零となる。従って、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時と所定温度Ｔｃ２の時のＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘは零となる。
【００４９】
［尿素添加弁の故障検出］
そこで、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時と所定温度Ｔｃ２の時とのＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘに基づいて、尿素添加弁７の故障を検出する。つまり、ＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されているべき時において、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時と所定温度Ｔｃ２の時とのＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘを算出する。そして、該ＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘが所定判定値以下の場合、尿素添加弁７が故障していると判定する。
【００５０】
以下、本実施例に係る尿素添加弁の故障検出のフローについて、図４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。
【００５１】
本フローでは、先ずステップＳ１０１において、尿素添加弁７からの尿素添加の実行条件が成立しているか否かが判別される。即ち、ＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されているべき時であるか否かが判別される。尿素添加弁７からの尿素添加の実行条件は予め定め
られている。該実行条件としては、ＮＯｘ触媒５の温度が活性温度以上であること等を例示できる。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。
【００５２】
一方、ステップＳ１０１において肯定判定された場合、次にステップＳ１０２において、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが算出される。ここでは、周知のどのような方法を用いて該劣化度合いを算出してもよい。例えば、ＮＯｘ触媒５の温度履歴に基づいてその劣化度合いを算出してもよい。
【００５３】
次に、ステップＳ１０３において、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いに基づいてＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１が算出される。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高いほど、ＮＯｘ触媒５のアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力が低下する。そのため、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高いほど、ＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１は低くなる。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いとＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１との関係は実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ１０３では、該マップ又は関数を用いてＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１が算出される。
【００５４】
次に、ステップＳ１０４において、上述したような、尿素添加弁７の故障を検出するために用いるＮＯｘ浄化率を算出すべき温度である所定温度Ｔｃ２が算出される。ここで、所定温度Ｔｃ２は、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時と該所定温度Ｔｃ２の時のＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘの値に、尿素添加弁７の故障時と正常時とで明確な差異が生じる温度である。該所定温度Ｔｃ２は、ステップＳ１０３で算出されたＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１よりも一定温度分高い温度として算出される。
【００５５】
次に、ステップＳ１０５において、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時のＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ１が算出される。該ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ１は、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時における、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度とＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて算出される。ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度は、内燃機関１の運転状態に基づいて推定することができる。また、ＮＯｘ触媒５より上流側の排気通路２にＮＯｘセンサを設け、該ＮＯｘセンサによって、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度を検出してもよい。ＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度は、ＮＯｘセンサ９によって検出することができる。
【００５６】
次に、ステップＳ１０６において、ＮＯｘ触媒５の温度が所定温度Ｔｃ２の時のＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ２が算出される。該ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ２は、ＮＯｘ触媒５の温度が所定温度Ｔｃ２の時における、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度とＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて算出される。
【００５７】
次に、ステップＳ１０７において、ステップＳ１０５で算出されたＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ１からステップＳ１０６で算出されたＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ２を減算することで、ＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘが算出される。
【００５８】
次に、ステップＳ１０８において、ステップＳ１０７で算出されたＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘが所定判定値ΔＰｎｏｘ０以下であるか否かが判別される。所定判定値ΔＰｎｏｘ０は、尿素添加弁７が故障していると判定することができる閾値である。該所定判定値ΔＰｎｏｘ０は、実験等に基づいて予め定められ、ＥＣＵ１０に記憶されている。
【００５９】
ステップＳ１０８において肯定判定された場合、ステップＳ１０９において、尿素添加弁７が故障していると判定される。一方、ステップＳ１１０において否定判定された場合
、ステップＳ１１０において、尿素添加弁７は正常であると判定される。
【００６０】
尿素添加弁７の個体差によって尿素添加量にばらつきが生じる場合がある。また、ＮＯｘセンサ９の個体差によってＮＯｘ濃度の検出値にばらつきが生じる場合もある。そのため、ＮＯｘ触媒５の温度が同一であっても、ＥＣＵ１０によって算出されるＮＯｘ浄化率の値にはばらつきが生じる場合がある。しかしながら、本実施例によれば、上述したように、ＮＯｘ浄化率の絶対値ではなく、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時と所定温度Ｔｃ２の時とのＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘに基づいて、尿素添加弁７が故障しているか否かが判別される。従って、ＮＯｘ浄化率の絶対値にばらつきが生じたとしても、尿素添加弁７が故障しているか否かを安定して判別することができる。よって、尿素添加弁７の故障をより高い精度で検出することができる。
【００６１】
尚、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時と所定温度Ｔｃ２の時とのＮＯｘ浄化率の差に基づいて、尿素添加弁７が故障しているか否かを判別した。しかしながら、図３に示すように、ＮＯ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１より低くても、ＮＯｘ触媒５が活性温度以上であれば、ＮＯｘ浄化率は、所定温度Ｔｃ２の時に比べて十分に高くなっている。そのため、所定温度Ｔｃ２を第二所定温度Ｔｃ２とすると、ＮＯｘ触媒５の温度が活性温度以上且つＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１より低い第一所定温度の時のＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒５の温度が第二所定温度Ｔｃ２の時のＮＯｘ浄化率との差に基づいて、尿素添加弁７が故障しているか否かを判別することもできる。
【００６２】
＜実施例２＞
本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成は実施例１と同様である。本実施例では、フィルタ４に捕集されたＰＭを除去すべきときに、フィルタ再生処理が実行される。フィルタ再生処理は、燃料添加弁６から排気中に燃料（ＨＣ）が添加されることで実現される。燃料添加弁６から添加された燃料は酸化触媒３において酸化される。この燃料の酸化によって生じる酸化熱によってフィルタ４の温度が上昇する。その結果、フィルタ４に捕集されたＰＭが酸化され除去される。
【００６３】
フィルタ再生処理が実行された際に、燃料添加弁６から添加された燃料の一部が、酸化触媒３において酸化されずに酸化触媒３よりも下流側の排気通路２に流出する場合がある。この場合、酸化触媒３から流出した燃料がＮＯｘ触媒５に供給される。これによって、ＮＯｘ触媒５にＨＣが還元剤として供給されることになる。従って、ＮＯｘ触媒５においては、アンモニアを還元剤とするＮＯｘの還元に加えて、ＨＣを還元剤とするＮＯｘの還元が行われる。また、ＮＯｘ触媒５において、アンモニアの酸化に加えて、ＨＣの酸化が行われる。
【００６４】
尚、前段触媒として酸化触媒３に代えて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を設けた場合、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ又はＳＯｘを還元する際にも燃料添加弁６から燃料が添加される。このような場合も、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を通過した燃料がＮＯｘ触媒に供給される。その結果、ＮＯｘ触媒５にＨＣが還元剤として供給されることになる。
【００６５】
［ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係］
ここで、ＮＯｘ触媒５に還元剤としてアンモニアのみならずＨＣが供給された場合のＮＯｘ触媒５の温度とＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率との関係について、図５に基づいて説明する。図５は、尿素添加弁７から尿素水溶液が添加されることでＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給され、且つ、燃料添加弁６から燃料が添加されることでＮＯｘ触媒５にＨＣが供給されているときの、ＮＯｘ触媒５の温度と、ＮＯｘ触媒５の、アンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力、アンモニア酸化能力、ＨＣを還元剤とするＮＯｘ還元能力及び
ＨＣ酸化能力と、ＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。図５において、横軸はＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃを表しており、縦軸はＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力、アンモニア酸化能力、ＨＣ酸化能力、又はＮＯｘ浄化率を表している。
【００６６】
図５において、実線Ｌ１は、図２と同様、尿素添加弁７が正常な状態であってＮＯｘ触媒５に目標量のアンモニアが供給されているときの、アンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力を示している。また、破線Ｌ３は、図２と同様、尿素添加弁７が正常な状態であってＮＯｘ触媒５に目標量のアンモニアが供給されているときのアンモニア酸化能力を示している。そして、実線Ｌ７は、燃料添加弁６が正常な状態であって、該燃料添加弁６から燃料が添加されることでＮＯｘ触媒５にＨＣが供給されているときの、ＨＣを還元剤とするＮＯｘ還元能力を示している。また、破線Ｌ８は、燃料添加弁６が正常な状態であって、該燃料添加弁６から燃料が添加されることでＮＯｘ触媒５にＨＣが供給されているときの、ＨＣ酸化能力を示している。また、実線Ｌ９は、尿素添加弁７及び燃料添加弁６のいずれも正常な状態であるときの、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率を示している。つまり、実線Ｌ９によって示されているＮＯｘ浄化率は、アンモニア及びＨＣの両方が還元剤としてＮＯｘ触媒５に供給されているときのＮＯｘ浄化率である。
【００６７】
図５に示すように、ＮＯｘ触媒５のＨＣを還元剤とするＮＯｘ還元能力及びＨＣ酸化能力は、アンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力と同様、いずれも該ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じて高くなる。また、ＮＯｘ触媒５の温度が比較的低いときは、ＮＯｘ還元能力の方がＨＣ酸化能力よりも高い。そして、ＮＯｘ触媒５の温度がある温度（Ｔｃ３）以上となると、ＨＣ酸化能力の方がＨＣを還元剤とするＮＯｘ還元能力よりも高くなる。その結果、ＮＯｘ触媒５の温度が該温度に達すると、アンモニア酸化能力の方がアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力よりも高くなったときと同様、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める。
【００６８】
図５において、アンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力とアンモニア酸化能力とが同等となるＮＯｘ触媒５の温度をＴｃ１とする。また、ＨＣを還元剤とするＮＯｘ還元能力とＨＣ酸化能力とが同等となるＮＯｘ触媒５の温度をＴｃ３とする。尚、本実施例においては、Ｔｃ３＜Ｔｃ１となっている。このとき、図５に示すように、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒５の温度がＴｃ３を超えると、その温度の上昇に応じて低下する。従って、本実施例においては、該温度Ｔｃ３がＮＯｘ浄化率低下温度となる。
【００６９】
ここで、燃料添加弁６が故障することで、該燃料添加弁６から添加される燃料が減少し、その結果、ＮＯｘ触媒５に供給されるＨＣの量が減少すると、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が減少した場合と同様、ＮＯｘ触媒５の温度上昇量に対するＮＯｘ触媒５のＨＣ酸化能力の上昇量の割合（即ち、図５における破線Ｌ８の傾き）が小さくなる。その結果、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３を超えることでＮＯｘ浄化率が低下したときの、ＮＯｘ触媒５の温度上昇量に対するＮＯｘ浄化率の低下量の割合（即ち、図５における触媒温度がＴｃ３より高いときの実線の傾き）が小さくなる。
【００７０】
従って、燃料添加弁６が故障することで、ＮＯｘ触媒５に供給されるＨＣの量が減少すると、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時のＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３より高い所定温度の時のＮＯｘ浄化率との差ΔＰｎｏｘが、燃料添加弁６が正常な状態のときに比べて小さくなる。また、燃料添加弁６が故障することで、実際にはＮＯｘ触媒５にＨＣが供給されていない場合は、ＮＯｘ触媒５においてＨＣを還元剤とするＮＯｘの還元もＨＣの酸化も行われない。そのため、ＮＯｘ触媒５の温度に関わらず、ＮＯｘ浄化率は、アンモニアのみがＮＯｘ触媒５に供給されているときのＮＯｘ浄化率となる。従って、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３以上となっても、その温度がＴｃ１に達するまでは、ＮＯｘ浄化率は低下しない
。
【００７１】
［燃料添加弁の故障検出］
そこで、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時のＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３より高く且つＴｃ１以下の所定温度Ｔｃ４の時のＮＯｘ浄化率との差ΔＰｎｏｘに基づいて、燃料添加弁６の故障を検出する。つまり、ＮＯｘ触媒５にＨＣが供給されているべき時において、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時と所定温度Ｔｃ４の時とのＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘを算出する。そして、該ＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘが所定判定値以下の場合、燃料添加弁６が故障していると判定する。
【００７２】
以下、本実施例に係る燃料添加弁の故障検出のフローについて、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。
【００７３】
本フローでは、先ずステップＳ２０１において、燃料添加弁６からの燃料添加の実行条件が成立しているか否かが判別される。燃料添加弁６からの燃料添加の実行条件は予め定められている。例えば、フィルタ再生処理の実行条件が成立しているときは、燃料添加弁６からの燃料添加の実行条件が成立していると判定される。ステップＳ２０１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。
【００７４】
ステップＳ２０１おいて肯定判定された場合、次にステップＳ２０２において、燃料添加弁６から目標添加量の燃料が実際に添加されていると仮定した場合にＮＯｘ触媒５に供給されるＨＣ量Ｑｈｃが算出される。酸化触媒３において酸化される燃料の量は、該酸化触媒３及び排気の流量に応じて変化する。従って、ＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量Ｑｈｃは、燃料添加弁６からの目標添加量、酸化触媒３の温度、排気の流量に基づいて算出される。尚、酸化触媒３の温度は、内燃機関１の運転状態及び温度センサ８の検出値等に基づいて推定できる。また、排気の流量は、内燃機関１の吸入空気量等に基づいて推定できる。ＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量Ｑｈｃと、燃料添加弁６からの目標添加量、酸化触媒３の温度及び排気の流量との関係は、実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ２０２では、該マップ又は関数を用いてＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量Ｑｈｃが算出される。
【００７５】
次に、ステップＳ２０３において、ステップＳ２０２で算出されたＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量Ｑｈｃが所定ＨＣ供給量Ｑｈｃ０以上であるか否かが判別される。ＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量が少ないと、燃料添加弁６の正常時と故障時とにおけるＮＯｘ浄化率の差が小さくなる。この差が過剰に小さいと、燃料添加弁６の故障検出を高精度で行うことは困難である。ここで、所定ＨＣ供給量Ｑｈｃ０とは、燃料添加弁６の故障検出を高精度で行うことが可能な閾値である。該所定ＨＣ供給量Ｑｈｃ０は、実験等に基づいて予め定めることができる。ステップＳ２０３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。
【００７６】
一方、ステップＳ２０３おいて肯定判定された場合、次にステップＳ２０４において、図４に示すフローのステップＳ１０２と同様の方法により、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが算出される。
【００７７】
次に、ステップＳ２０５において、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いに基づいてＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３が算出される。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高いほど、ＮＯｘ触媒５のＨＣを還元剤とするＮＯｘ還元能力が低下する。そのため、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高いほど、ＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３は低くなる。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いとＮＯｘ浄
化率低下温度Ｔｃ３との関係は実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ２０５では、該マップ又は関数を用いてＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３が算出される。
【００７８】
次に、ステップＳ２０６において、上述したような、燃料添加弁６の故障を検出するために用いるＮＯｘ浄化率を算出すべき温度である所定温度Ｔｃ４が算出される。ここで、所定温度Ｔｃ４は、上述したように、ＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３より高く且つアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力とアンモニア酸化能力とが同等となる温度Ｔｃ１以下の温度である。また、該所定温度Ｔｃ４は、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時と該所定温度Ｔｃ４の時のＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘの値に、燃料添加弁６の故障時と正常時とで明確な差異が生じる温度である。該所定温度Ｔｃ４は、ステップＳ２０５で算出されたＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３よりも一定温度分高い温度として算出されてもよい。また、本実施例では。Ｔｃ３＜Ｔｃ１であるため、所定温度Ｔｃ４＝Ｔｃ１としてもよい。
【００７９】
次に、ステップＳ２０７において、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時のＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ３が算出される。該ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ３は、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時における、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度とＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて算出される。
【００８０】
次に、ステップＳ２０８において、ＮＯｘ触媒５の温度が所定温度Ｔｃ４の時のＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ４が算出される。該ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ４は、ＮＯｘ触媒５の温度が所定温度Ｔｃ４の時における、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度とＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて算出される。
【００８１】
次に、ステップＳ２０９において、ステップＳ２０７で算出されたＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ３からステップＳ２０８で算出されたＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘ４を減算することで、ＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘが算出される。
【００８２】
次に、ステップＳ２１０において、ステップＳ２０２で算出されたＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量Ｑｈｃに基づいて所定判定値ΔＰｎｏｘ１が算出される。次に、ステップＳ２１１において、ステップＳ２０９で算出されたＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘが、ステップＳ２１０で算出された所定判定値ΔＰｎｏｘ１以下であるか否かが判別される。
【００８３】
ここで、所定判定値ΔＰｎｏｘ１は、燃料添加弁６が故障していると判断することができる閾値である。ＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量Ｑｈｃが少ないほど所定判定値ΔＰｎｏｘ１は小さくなる。このような、ＮＯｘ触媒５へのＨＣ供給量Ｑｈｃと所定判定値ΔＰｎｏｘ１との関係は実験等も基づいて予め定められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ２１０においては、該マップ又は関数を用いて所定判定値ΔＰｎｏｘ１が算出される。
【００８４】
ステップＳ２１１において肯定判定された場合、ステップＳ２１２において、燃料添加弁６が故障していると判定される。一方、ステップＳ２１１において否定判定された場合、ステップＳ２１３において、燃料添加弁６は正常であると判定される。
【００８５】
本実施例によれば、ＮＯｘ浄化率の絶対値ではなく、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時と所定温度Ｔｃ４の時とのＮＯｘ浄化率の差ΔＰｎｏｘに基づいて、燃料添加弁６が故障しているか否かが判別される。従って、ＮＯｘ浄化率の絶対値にばらつきが生じたとしても、燃料添加弁６が故障しているか否かを安定して判別することが
できる。よって、燃料添加弁６の故障をより高い精度で検出することができる。
【００８６】
尚、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３の時と所定温度Ｔｃ４の時とのＮＯｘ浄化率の差に基づいて、燃料添加弁６が故障しているか否かを判別した。しかしながら、ＮＯ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３より低くても、ＮＯｘ触媒５が活性温度以上であれば、ＮＯｘ浄化率は、所定温度Ｔｃ４の時に比べて十分に高い。そのため、所定温度Ｔｃ４を第二所定温度Ｔｃ２とすると、ＮＯｘ触媒５の温度が活性温度以上且つＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ３より低い第一所定温度の時のＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ触媒５の温度が第二所定温度Ｔｃ４の時のＮＯｘ浄化率との差に基づいて、燃料添加弁６が故障しているか否かを判別することもできる。
【００８７】
また、本実施例においては、燃料添加弁６からの燃料添加に代えて、内燃機関１において主燃料噴射より後のタイミングで副燃料噴射を実行することで、酸化触媒３及びＮＯｘ触媒５に燃料（ＨＣ）を供給してもよい。この場合、上述した燃料添加弁６の故障検出方法と同様の方法によって、内燃機関１の燃料噴射弁を含む燃料噴射システムの故障を検出することができる。
【００８８】
＜実施例３＞
本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成は実施例１と同様である。本実施例においては、尿素添加弁７の故障とＮＯｘ触媒５の劣化とを区別して検出する。尚、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値より大きいときに、ＮＯｘ触媒５が劣化していると判断する。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いの許容範囲は、実験等に基づいて予め定めることができる。
【００８９】
［ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係］
図７は、ＮＯｘ触媒５の温度と、ＮＯｘ触媒５のアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力との関係を示す図である。図７において、横軸はＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃを表しており、縦軸はＮＯｘ触媒５のアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力又はアンモニア酸化能力を表している。図７において、実線Ｌ１及びＬ１０はＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力を示している。実線Ｌ１は、図２と同様、ＮＯｘ触媒５が初期状態のときのＮＯｘ還元能力を示しており、実線Ｌ２は、ＮＯｘ触媒５が劣化しているときのＮＯｘ還元能力を示している。ここで、初期状態とは、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが車両搭載時と同等の状態、つまり、ＮＯｘ触媒５の熱劣化がほとんど進行していない状態のことである。図２のおける矢印は、ＮＯｘ触媒５の劣化の進行に応じたＮＯｘ還元能力の推移の方向を示している。また、図７において、破線Ｌ３は、図２と同様、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を示している。
【００９０】
図８は、尿素添加弁７から尿素水溶液が添加されることでＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されているときの、ＮＯｘ触媒５の温度とＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。図８において、横軸はＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃを表しており、縦軸はＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率又はＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を表している。
【００９１】
図８において、実線Ｌ５及びＬ６は、図３と同様、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率を示している。図３と同様、実線Ｌ５は、尿素添加弁７が正常な状態であってＮＯｘ触媒５に目標量のアンモニアが供給されているときのＮＯｘ浄化率を示している。一方、実線Ｌ６は、尿素添加弁７が故障しており、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が目標量よりも減少しているときのＮＯｘ浄化率を示している。また、図８において、破線Ｌ３及びＬ４は、図２及び３と同様、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を示している。図２及び３と同様、破線Ｌ３は、尿素添加弁７が正常な状態のときのアンモニア酸化能力を示
しており、破線Ｌ４は、尿素添加弁７が故障しているときのアンモニア酸化能力を示している。また、図８において、実線Ｌ１１は、尿素添加弁７は正常な状態であるが、ＮＯｘ触媒５が劣化しているときのＮＯｘ浄化率を示している。
【００９２】
ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力は、ＮＯｘ触媒５の劣化が進むにつれて低下する。つまり、ＮＯｘ触媒５の温度を同一とすると、ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力は、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高い場合、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが低い場合に比べて低い。そのため、ＮＯｘ触媒５の温度に対するＮＯｘ還元能力は、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いの上昇に応じて、図７において矢印で示す方向（実線Ｌ１から実線Ｌ２に向かう方向）に推移する。
【００９３】
一方、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力は、ＮＯｘ触媒５の劣化が進んでも低下し難い。そのため、ＮＯｘ触媒５の温度の温度が同一であれば、ＮＯｘ触媒５の劣化度合い関わらず、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力は同等となる。そのため、ＮＯｘ触媒５の劣化が進んでも、ＮＯｘ触媒５の温度とＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力との関係は、図７において破線Ｌ３で示すような関係に維持される。その結果、図７に示すように、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高くなると、アンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力とアンモニア酸化能力とが同等となるＮＯｘ触媒５の温度は低くなる。図７においては、ＮＯｘ触媒５が劣化している場合においてアンモニアを還元剤とするＮＯｘ還元能力とアンモニア酸化能力とが同等となるＮＯｘ触媒５の温度をＴｃ５とする。
【００９４】
従って、図８に示すように、ＮＯｘ触媒５が劣化している場合、ＮＯｘ触媒５の温度が、ＮＯｘ触媒５が正常であるときのＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１より低いＴｃ５に達すると、その温度の上昇に応じて低下する。つまり、ＮＯｘ触媒５が劣化すると、ＮＯｘ浄化率低下温度が低下することになる。そして、ＮＯｘ触媒５が劣化したために、該ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ５を超えることでＮＯｘ浄化率が低下したときのＮＯｘ浄化率の低下率（ＮＯｘ触媒５の温度上昇量に対するＮＯｘ浄化率の低下量の割合）は、ＮＯｘ触媒５が正常な状態であるときに、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１を超えることでＮＯｘ浄化率が低下したときのＮＯｘ浄化率の低下率よりも大きくなる。
【００９５】
一方、上述したように、尿素添加弁７が故障することで、ＮＯｘ触媒５に供給されるアンモニアの量が減少した場合、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１を超えることでＮＯｘ浄化率が低下したときのＮＯｘ浄化率の低下率は、尿素添加弁７が正常な状態にあるときに、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１を超えることでＮＯｘ浄化率が低下したときの該ＮＯｘ浄化率の低下率よりも小さくなる。
【００９６】
［尿素添加弁の故障検出及びＮＯｘ触媒の劣化検出］
そこで、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度を超えることでＮＯｘ浄化率が低下したときのＮＯｘ浄化率の低下率に基づいて、尿素添加弁７の故障とＮＯｘ触媒５の劣化とを区別して検出する。つまり、ＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されているべき時にＮＯｘ浄化率が所定浄化率以下のときにおいて、ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率を算出する。そして、該ＮＯｘ浄化率の低下率が、所定低下率以下の場合は、尿素添加弁７が故障していると判定し、所定低下率より大きい場合は、ＮＯｘ触媒５が劣化していると判定する。
【００９７】
以下、本実施例に係る尿素添加弁及びＮＯｘ触媒の故障検出のフローについて、図９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。
【００９８】
本フローでは、先ずステップＳ３０１において、図４に示すフローのステップＳ１０１と同様、尿素添加弁７からの尿素添加の実行条件が成立しているか否かが判別される。即ち、ＮＯｘ触媒５にアンモニアが供給されているべき時であるか否かが判別される。ステップＳ３０１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。
【００９９】
次に、ステップ３０２において、現時点のＮＯｘ触媒５の温度に応じた所定浄化率Ｐｎｏｘ＿ｌｉｍｉｔが算出される。ここで、所定浄化率Ｐｎｏｘ＿ｌｉｍｉｔとは、尿素添加弁７及びＮＯｘ触媒５のいずれも正常であると判断できる閾値である。ＮＯｘ触媒５の温度と所定浄化率Ｐｎｏｘ＿ｌｉｍｉｔとの関係は、実験等に基づいて予め求められており、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ３０２では、該マップ又は関数を用いて所定浄化率Ｐｎｏｘ＿ｌｉｍｉｔが算出される。
【０１００】
次に、ステップＳ３０３において、現時点のＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘが算出される。該ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘは、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度とＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて算出される。
【０１０１】
次に、ステップＳ３０４において、ステップＳ３０３で算出されたＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘが、ステップＳ３０２で算出された所定浄化率Ｐｎｏｘ＿ｌｉｍｉｔより低いか否かが判別される。ステップＳ３０４において否定判定された場合、尿素添加弁７及びＮＯｘ触媒５のいずれも正常であると判断できる。この場合、本フローの実行が一旦終了される。
【０１０２】
一方、ステップＳ３０４において肯定判定された場合、尿素添加弁７が故障している又はＮＯｘ触媒５が劣化していると判断できる。この場合、次にステップＳ３０５において、ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率Ｒｐｎｏｘが算出される。ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒５の各温度でのＮＯｘ浄化率を算出し、ＮＯｘ触媒５の温度変化に応じたＮＯｘ浄化率の推移をマップとして記憶する。ステップＳ３０５においては、該マップに基づいて、ＮＯｘ浄化率低下温度が検出され、さらに、ＮＯｘ触媒５の温度が該ＮＯｘ浄化率低下温度を超えたとき（即ち、ＮＯｘ触媒５の温度上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたとき）のＮＯｘ浄化率の低下率Ｒｐｎｏｘが算出される。
【０１０３】
次に、ステップＳ３０６において、ステップＳ３０５で算出されたＮＯｘ浄化率の低下率Ｒｐｎｏｘが所定低下率Ｒｐｎｏｘ０以下であるか否なかが判別される。ここで、所定低下率Ｒｐｎｏｘ０とは、ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率が、該所定低下率Ｒｐｎｏｘ０以下の場合は、尿素添加弁７が故障していると判断でき、該所定低下率Ｒｐｎｏｘ０より大きい場合は、ＮＯｘ触媒５が劣化していると判断できる閾値である。該所定低下率Ｒｐｎｏｘ０は、実験等に基づいて予め求められており、ＥＣＵ１０に記憶されている。例えば、該所定低下率Ｒｐｎｏｘ０は、尿素添加弁７及びＮＯｘ触媒５のいずれも正常である場合にＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率であってもよい。
【０１０４】
ステップＳ３０６において肯定判定された場合、ステップＳ３０７において、尿素添加弁７が故障していると判定される。一方、ステップＳ３０７において否定判定された場合、ステップＳ３０８において、ＮＯｘ触媒５が劣化していると判定される。
【０１０５】
上述したように、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率は、尿素添加弁７が故障することでＮＯｘ触媒５へのアンモニアの供給量が減少したときのみならず、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが進むことによっても低下する。そのため、ＮＯｘ浄化率の絶対値のみに基づいて
尿素添加弁７の故障とＮＯｘ触媒５の劣化とを区別して検出することは困難である。
【０１０６】
本実施例によれば、ＮＯｘ触媒５の温度上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときのＮＯｘ浄化率の低下率に基づいて故障検出を行うことで、尿素添加弁７の故障とＮＯｘ触媒５の劣化とを区別して検出することができる。従って、尿素添加弁７の故障又はＮＯｘ触媒５の劣化をより高精度で検出することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１・・・内燃機関
２・・・排気通路
３・・・酸化触媒
４・・・パティキュレートフィルタ（フィルタ）
５・・・選択還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
６・・・燃料添加弁
７・・・尿素添加弁
８・・・温度センサ
９・・・ＮＯｘセンサ
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランクポジションセンサ
１２・・アクセル開度センサ
【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た選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた排気浄化システムの故障検出装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得手段と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出手段と、を備え、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度をＮＯｘ浄化率低下温度とし、
前記還元剤供給手段によって前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時における、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が活性温度以上且つ前記ＮＯｘ浄化率低下温度以下である第一所定温度の時のＮＯｘ浄化率と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記ＮＯｘ浄化率低下温度より高い第二所定温度の時のＮＯｘ浄化率との差が、所定判定値以下の場合、前記還元剤供給手段が故障していると判定する判定手段をさらに備えた排気浄化システムの故障検出装置。
【請求項２】
前記還元剤供給手段が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側の排気通路に設けられた酸化機能を有する前段触媒よりもさらに上流側から還元剤たるＨＣを供給するものであって、
前記還元剤供給手段からＨＣが供給されているべき時に、前記前段触媒において酸化されずに前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるＨＣ供給量を推定する推定手段と、
前記推定手段によって推定されたＨＣ供給量に基づいて前記所定判定値を決定する決定手段と、
をさらに備えた請求項１に記載の排気浄化システムの故障検出装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤たるアンモニアを供給する還元剤供給手段と、を備えた排気浄化システムの故障検出装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得手段と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出手段と、
前記還元剤供給手段によって前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時にＮＯｘ浄化率が所定浄化率より低いときにおいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときの前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度上昇量に対するＮＯｘ浄化率の低下量の割合が、所定割合以下の場合は、前記還元剤供給手段が故障していると判定し、前記所定割合より大きい場合は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する判定手段と、をさらに備えた排気浄化システムの故障検出装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた排気浄化システムの故障検出装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得手段と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出手段と、を備え、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度をＮＯｘ浄化率低下温度とし、
前記還元剤供給手段によって前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時における、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が活性温度以上且つ前記ＮＯｘ浄化率低下温度以下である第一所定温度の時のＮＯｘ浄化率と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記ＮＯｘ浄化率低下温度より高い第二所定温度の時のＮＯｘ浄化率との差が、所定判定値以下の場合、前記還元剤供給手段が故障していると判定する判定手段をさらに備えた排気浄化システムの故障検出装置。
【請求項２】
前記還元剤供給手段が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側の排気通路に設けられた酸化機能を有する前段触媒よりもさらに上流側から還元剤たるＨＣを供給するものであって、
前記還元剤供給手段からＨＣが供給されているべき時に、前記前段触媒において酸化されずに前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるＨＣ供給量を推定する推定手段と、
前記推定手段によって推定されたＨＣ供給量に基づいて前記所定判定値を決定する決定手段と、
をさらに備えた請求項１に記載の排気浄化システムの故障検出装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤たるアンモニアを供給する還元剤供給手段と、を備えた排気浄化システムの故障検出装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得手段と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出手段と、
前記還元剤供給手段によって前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤が供給されているべき時にＮＯｘ浄化率が所定浄化率より低いときにおいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始めたときの前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度上昇量に対するＮＯｘ浄化率の低下量の割合が、所定割合以下の場合は、前記還元剤供給手段が故障していると判定し、前記所定割合より大きい場合は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する判定手段と、をさらに備えた排気浄化システムの故障検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２３３４６３（Ｐ２０１２−２３３４６３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０４５２０（Ｐ２０１１−１０４５２０）
【出願日】平成２３年５月９日（２０１１．５．９）
【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２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月９日（２０１１．５．９）
【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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