排気浄化システムの異常検出装置
【課題】本発明は、選択還元型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化システムにおいて、より好適に、選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と尿素供給装置の異常とを区別して検出することを目的とする。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、還元剤となるアンモニアを生成するための尿素を選択還元型ＮＯｘ触媒に供給する尿素供給装置と、を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ浄化率が所定浄化率以下となったときに、選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加する条件が成立している時のＮＯｘ浄化率に基づいて選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と前記尿素供給装置の異常とを区別して判定する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、還元剤となるアンモニアを生成するための尿素を選択還元型ＮＯｘ触媒に供給する尿素供給装置と、を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ浄化率が所定浄化率以下となったときに、選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加する条件が成立している時のＮＯｘ浄化率に基づいて選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と前記尿素供給装置の異常とを区別して判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、選択還元型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化システムの異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化システムが提案されている。このような排気浄化システムでは、選択還元型ＮＯｘ触媒に尿素が供給される場合がある。この場合、尿素が加水分解することで生じたアンモニアが還元剤となり、選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘの還元が行なわれる。
【０００３】
また、上記のような排気浄化システムの異常を検出するための手法も提案されている。例えば、特許文献１に記載の技術では、実ＮＯｘ浄化率が目標ＮＯｘ浄化率よりも低い場合に、選択還元型ＮＯｘ触媒に供給される尿素の添加量を増量し、その増量前後におけるＮＯｘ浄化率の変化に基づいて、尿素の添加量不足又はアンモニアスリップの発生の有無を判定する。
【０００４】
また、特許文献１に記載の技術では、選択還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたＮＯｘ及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサのセンサ値が閾値を超えたときに、還元剤の噴射量を要求噴射量よりも増加又は減少させ、所定時間経過後のセンサ値を閾値と比較することによって還元剤の実噴射量の過不足を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９３７４３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３３３５４号公報
【特許文献３】特開２００９−１２７４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
選択還元型ＮＯｘ触媒に流入したＮＯｘ量に対する該触媒において還元されたＮＯｘ量の比率であるＮＯｘ浄化率は、該触媒の劣化が進むと低下する。一方、ＮＯｘ浄化率は、選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化したときのみならず、選択還元型ＮＯｘ触媒に尿素を供給する尿素供給装置に異常が生じたときも低下する場合がある。そのため、単にＮＯｘ浄化率の低下を検知するのみでは、選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と尿素供給装置の異常とを区別して検出することは困難である。
【０００７】
また、上記した特許文献１に記載の技術のように、異常検出のために尿素の供給量を増加すると、尿素の消費量が増加することになる。また、選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元に寄与せずに、該選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する尿素（若しくは、アンモニア、又は、尿素がアンモニアに変化する途中で生成される中間生成物）が増加することで、排気特性の悪化を招く虞もある。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、選択還元型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化システムにおいて、より好適に、選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と尿素供給装置の異常とを区別して検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触
媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加する条件が成立している時のＮＯｘ浄化率に基づいて選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と前記尿素供給装置の異常とを区別して判定するものである。
【００１０】
より詳しくは、本発明に係る排気浄化システムの異常検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
アンモニアを生成するための尿素を前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給する尿素供給装置と、を有する内燃機関の排気浄化システムの異常検出装置であって、
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ＮＯｘ浄化率算出手段によって算出されたＮＯｘ浄化率が第一所定浄化率以下となったときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であれば該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加する条件である弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と前記尿素供給装置の異常とを区別して判定する判定手段と、
を備える。
【００１１】
本発明に係る排気浄化システムにおいては、尿素供給装置から供給された尿素が加水分解することで生じたアンモニアが選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着する。このとき、アンモニアは、選択還元型ＮＯｘ触媒における弱酸点と強酸点とのそれぞれに吸着する。そして、ＮＯｘの還元に寄与するのは、主に弱酸点に吸着したアンモニアである。そのため、アンモニアの弱酸点吸着量が増加すればＮＯｘ浄化率が上昇する。
【００１２】
ここで、第一所定浄化率とは、選択還元型ＮＯｘ触媒又は尿素供給装置に異常が発生していると判断できる閾値となるＮＯｘ浄化率である。ＮＯｘ浄化率がこの第一所定浄化率以下の場合であっても、弱酸点吸着量増加条件が成立し、選択還元型ＮＯｘ触媒における実際のアンモニアの弱酸点吸着量が増加すれば、ＮＯｘ浄化率が上昇する。しかしながら、選択還元型ＮＯｘ触媒に劣化等の異常が生じていれば、弱酸点吸着量増加条件が成立しても選択還元型ＮＯｘ触媒における実際のアンモニアの弱酸点吸着量が増加しないため、ＮＯｘ浄化率は上昇しない。
【００１３】
このようなことから、ＮＯｘ浄化率が第一所定浄化率以下となったときに、その原因が選択還元型ＮＯｘ触媒の異常であるのか尿素供給装置の異常であるのかを、弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率に基づいて判定することができる。
【００１４】
例えば、本発明において、判定手段は、弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率が、選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量に基づいて定まる第二所定浄化率以上のときは尿素供給装置の異常と判定し、該第二所定浄化率より低いときは選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と判定してもよい。ここで、第二所定浄化率とは、選択還元型ＮＯｘ触媒は正常であると判断できる閾値となる浄化率である。
【００１５】
また、本発明において、判定手段は、弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率が、選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量の増加に応じて上昇するときは尿素供給装置の異常と判定し、選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加しても上昇しないときは前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と判定してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化システムにおいて、尿素の消費量の増加や排気特性の悪化を伴うことなく、選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と尿素供給装置の異常とを区別して検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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。
【図２】選択還元型ＮＯｘ触媒ＮＯｘ触媒における尿素及びアンモニアの吸着態様を説明するためのイメージ図である。
【図３】実施例に係る、内燃機関を搭載した車両の速度（車速）と、ＮＯｘ触媒における、尿素の吸着量並びにアンモニアの強酸点吸着量及び弱酸点吸着量との関係を示す図である。
【図４】実施例に係る、内燃機関を搭載した車両の速度（車速）と、ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量と、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図５】実施例に係る排気浄化システムの異常検出のフローを示すフローチャートである。
【図６】実施例の変形例に係る排気浄化システムの異常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】
【００１８】
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。
【００１９】
＜実施例＞
ここでは、本発明を、車両駆動用のディーゼルエンジンの排気浄化システムに適用した場合を例に挙げて説明する。ただし、本発明に係る内燃機関はディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。
【００２０】
［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。
【００２１】
排気通路２には、酸化触媒３、パティキュレートフィルタ４、及び選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と称する）５が上流から順に設けられている。パティキュレートフィルタ４は排気中の粒子状物質を捕集するフィルタである。パティキュレートフィルタ４には酸化触媒が担持されていてもよい。
【００２２】
また、本実施例に係る内燃機関１の排気系には尿素添加装置７が設けられている。尿素添加装置７は、パティキュレートフィルタ４より下流側且つＮＯｘ触媒５より上流側の排気通路２を流れる排気中に尿素水を添加するための装置である。尿素添加装置７は、尿素添加弁７１、尿素通路７２、尿素タンク７３、及び電動ポンプ７４を備えている。
【００２３】
尿素添加弁７１は、パティキュレートフィルタ４より下流側且つＮＯｘ触媒５より上流側の排気通路２に設けられている。尿素添加弁７１には尿素通路７２の一端が接続されている。尿素通路７２の他端は尿素タンク７３に接続されている。尿素タンク７３には尿素水が貯留されている。尿素通路７２には電動ポンプ７４が設けられている。電動ポンプ７４が駆動することで、尿素タンク７３から尿素通路７２を通して尿素添加弁７１に尿素水
が供給される。そして、尿素添加弁７１に供給された尿素水が、該尿素添加弁７１に形成された噴射孔から排気中に添加される。
【００２４】
尿素添加弁７１から排気中に尿素水が添加されることで、ＮＯｘ触媒５に尿素が供給される。この尿素が加水分解することでアンモニアが生じる。そして、ＮＯｘ触媒５において、このアンモニアが還元剤となって排気中のＮＯｘが還元される。
【００２５】
ＮＯｘ触媒５より下流側の排気通路２には、ＮＯｘセンサ１１及び温度センサ１２が設けられている。ＮＯｘセンサ１１は、ＮＯｘ触媒５から流出した排気のＮＯｘ濃度を検出するセンサである。温度センサ１２は、ＮＯｘ触媒５から流出した排気の温度を検出するセンサである。
【００２６】
内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、ＮＯｘセンサ１１、温度センサ１２、クランクポジションセンサ１３、及び内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１４が電気的に接続されている。そして、各センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００２７】
ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１３の出力値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１４の出力値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。
【００２８】
また、ＥＣＵ１０には、尿素添加弁７１、及び電動ポンプ７４が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ１０によってこれらの装置が制御される。
【００２９】
［アンモニアの吸着態様］
上述したように、本実施例では、尿素添加弁７１から尿素水が添加されることでＮＯｘ触媒５に尿素が供給され、該尿素が加水分解することで生成されたアンモニアを還元剤としてＮＯｘ触媒５において排気中のＮＯｘが還元される。
【００３０】
図２は、ＮＯｘ触媒５における尿素及びアンモニアの吸着態様を説明するためのイメージ図である。図２に示すように、尿素添加弁７１から添加された尿素はＮＯｘ触媒５に物理的に吸着する。この吸着した尿素が加水分解することで気相のアンモニアが生じる。尚、尿素添加弁７１から添加された尿素がＮＯｘ触媒５に吸着することなく、加水分解することでアンモニアが生じる場合もある。
【００３１】
尿素が加水分解することで生成されたアンモニアはＮＯｘ触媒５に吸着する。このとき、アンモニアは、ＮＯｘ触媒５における弱酸点と強酸点とのそれぞれに吸着する。ただし、弱酸点に吸着したアンモニアが一旦脱離し強酸点に再度吸着する場合もあり、逆に、強酸点に吸着したアンモニアが一旦脱離し弱酸点に再度吸着する場合もある。
【００３２】
ここで、ＮＯｘ触媒５において、強酸点に吸着したアンモニアは弱酸点に吸着したアンモニアに比べて脱離し難い。そのため、ＮＯｘの還元に寄与するのは主に弱酸点に吸着したアンモニアである。
【００３３】
［排気浄化システムの異常検出］
ここで、ＮＯｘ触媒５に流入したＮＯｘ量に対する該ＮＯｘ触媒５において還元されたＮＯｘ量の比率をＮＯｘ浄化率とする。ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率はＮＯｘ触媒５の劣化が進むと低下する。一方、尿素添加弁７１の詰まり等の尿素添加装置７の異常が生じた場合においても、ＮＯｘ触媒５に十分な量の尿素が供給されないことに起因して、
ＮＯｘ浄化率が低下する場合もある。そのため、単にＮＯｘ浄化率の低下を検知するのみでは、ＮＯｘ触媒５の異常（即ち、過度な劣化）と尿素添加装置７の異常とを区別して検出することは困難である。
【００３４】
また、異常検出を目的として、ＮＯｘ触媒５への尿素の供給量を増量すべく排気中への尿素水の添加量を増量すると、尿素水の消費量が増加することになる。さらに、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘの還元に寄与せずに、該ＮＯｘ触媒５から流出する尿素（若しくは、アンモニア、又は、尿素がアンモニアに変化する途中で生成される中間生成物）が増加することで、排気特性の悪化を招く虞もある。
【００３５】
そこで、本実施例においては、ＮＯｘ浄化率がＮＯｘ触媒５又は尿素添加装置７に異常が発生していると判断できる閾値（以下、この閾値を第一所定浄化率と称する）以下となった場合に、ＮＯｘ触媒５が正常であれば該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加する条件（以下、この条件を弱酸点吸着量増加条件と称する）が成立している時のＮＯｘ浄化率に基づいてＮＯｘ触媒５の異常と尿素添加装置７の異常とを区別して検出する。
【００３６】
図２に示したように、ＮＯｘ触媒５の弱酸点には、尿素が加水分解して生成されたアンモニアおよび強酸点から脱離したアンモニアが吸着される。そのため、ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量は、（ａ）強酸点に吸着したアンモニアの脱離量が多いとき、（ｂ）尿素の加水分解が活発なとき、に増加する。（ａ）の場合、強酸点から脱離したアンモニアが弱酸点に再度吸着することで、弱酸点吸着量が増加する。（ｂ）の場合、尿素が加水分解して生成されるアンモニアの量が増加することで、弱酸点吸着量が増加する。そして、排気の温度が上昇することで、ＮＯｘ触媒５の温度が上昇すると、（ａ）および／または（ｂ）の状態が成立する。そのため、ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加する。
【００３７】
図３は、内燃機関１を搭載した車両の速度（車速）と、ＮＯｘ触媒５における、尿素の吸着量並びにアンモニアの強酸点吸着量及び弱酸点吸着量との関係を示す図である。車両の速度が上昇すると、内燃機関１の機関負荷が上昇し排気温度が上がる。そのため、図３に示すように、車両の速度が上昇すると、ＮＯｘ触媒５においては、アンモニアの弱酸点吸着量が増加する。このとき、尿素の物理的な吸着量およびアンモニアの強酸点吸着量は減少する。
【００３８】
図４は、内燃機関１を搭載した車両の速度（車速）と、ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量と、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。図４における弱酸点吸着量およびＮＯｘ浄化率を示すグラフにおいて、実線はＮＯｘ触媒５が正常な場合を示しており、破線はＮＯｘ触媒５が異常な場合（即ち、過度に劣化している場合）を示している。
【００３９】
上記のように、車両の速度が上昇すると、ＮＯｘ触媒５が正常であれば、該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加する。これにより、ＮＯｘの還元に寄与するアンモニアが増加する。そのため、図４に示すように、ＮＯｘ浄化率が上昇する。
【００４０】
しかしながら、ＮＯｘ触媒５が異常であると、車両の速度が上昇した時のように弱酸点吸着量増加条件が成立している場合であっても、図４において破線で示すように、ＮＯｘ触媒５における実際のアンモニアの弱酸点吸着量は増加しなくなる。その結果、ＮＯｘ浄化率も上昇しないこととなる。
【００４１】
従って、ＮＯｘ浄化率が第一所定浄化率以下となった場合であっても、その原因が尿素
添加装置７の異常であり、ＮＯｘ触媒５は正常であれば、弱酸点吸着量増加条件が成立すると、ＮＯｘ浄化率が第一所定浄化率以下の範囲で上昇する。一方、ＮＯｘ浄化率が第一所定浄化率以下となった場合に、その原因が尿素添加装置７の異常ではなくＮＯｘ触媒５の異常であれば、弱酸点吸着量増加条件が成立しても、ＮＯｘ浄化は上昇しない。このようなことから、弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率に基づいてＮＯｘ触媒５の異常と尿素添加装置７の異常とを区別して検出することができる。
【００４２】
図５は、本実施例に係る排気浄化システムの異常検出のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００４３】
本フローでは、先ずステップＳ１０１において、ＮＯｘ触媒５における現時点のＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが算出される。本実施例では、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度（以下、流入排気ＮＯｘ濃度と称する）が内燃機関１の運転状態に基づいて推定され、ＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度（以下、流出排気ＮＯｘ濃度と称する）がＮＯｘセンサ１１によって検出される。そして、推定された流入排気ＮＯｘ濃度及び検出された流出排気ＮＯｘ濃度に基づいてＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが算出される。尚、ＮＯｘ触媒５より上流側の排気通路２にもＮＯｘセンサを設け、流出排気ＮＯｘ濃度を該ＮＯｘセンサによって検出してもよい。
【００４４】
次に、ステップＳ１０２において、Ｓ１０１で算出されたＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが第一所定浄化率Ｒｎｏｘ１以下であるか否かが判別される。上述したように、第一所定浄化率Ｒｎｏｘ１は、ＮＯｘ浄化率がＮＯｘ触媒５又は尿素添加装置７に異常が発生していると判断できる閾値である。このような第一所定浄化率Ｒｎｏｘ１は、実験等に基づいて予め求めることができる。第一所定浄化率Ｒｎｏｘ１は、一定値であってもよく、また、内燃機関１の運転状態、温度センサ１２よって検出される排気温度、および排気の流量（吸入空気量）等の少なくともいずれかに基づいて定められる値であってもよい。
【００４５】
ステップＳ１０２において否定判定された場合、即ちＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが第一所定浄化率Ｒｎｏｘ１より高い場合、ＮＯｘ触媒５及び尿素添加装置７はいずれも正常であると判断できる。この場合、本フローの実行は一旦終了される。
【００４６】
一方、ステップＳ１０２において肯定判定された場合、ＮＯｘ触媒５又は尿素添加装置７のいずれかが異常であると判断できる。この場合、次にステップＳ１０３の処理が実行される。ステップＳ１０３においては、弱酸点吸着量増加条件が成立しているか否かが判別される。
【００４７】
尚、弱酸点吸着量増加条件としては、上述したように車両の速度が上昇しているときが例示できるが、これに限られるものではなく、上記（ａ）および／または（ｂ）の状態が成立する条件であればよい。例えば、温度センサ１２よって検出される排気温度が上昇していることを、弱酸点吸着量増加条件としてもよい。また、内燃機関１の運転状態、尿素添加装置７に対する尿素水の添加量の指令値、および温度センサ１２よって検出される排気温度等の履歴に基づいて、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合のＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量を推定し、その推定値が増加していることを弱酸点吸着量増加条件としてもよい。
【００４８】
ステップＳ１０３において否定判定された場合、該ステップＳ１０３の処理が再度実行される。つまり、この時点では、選択還元型ＮＯｘ触媒の異常が発生しているのか又は尿素供給装置の異常が発生しているのかの判定が保留される。
【００４９】
一方、ステップＳ１０３において肯定判定された場合、次にステップＳ１０４の処理が実行される。ステップＳ１０４では、ステップＳ１０１と同様の方法により、ＮＯｘ触媒５における現時点のＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが算出される。
【００５０】
次に、ステップＳ１０５において、Ｓ１０４で算出されたＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが第二所定浄化率Ｒｎｏｘ２以上であるか否かが判別される。ここで、第二所定浄化率Ｒｎｏｘ２は、ＮＯｘ触媒５が正常であると判断できる閾値である。第二所定浄化率Ｒｎｏｘ２は、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合の該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量に基づいて定まる値である。つまり、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合の該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量が多いほど、第二所定浄化率Ｒｎｏｘ２は大きい値に設定される。
【００５１】
また、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合の該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量は上記のような方法により推定することができる。そのため、その推定値に基づいて第二所定浄化率Ｒｎｏｘ２を定めてもよい。また、上記のように、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合の該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量は、内燃機関１の運転状態や排気温度等のパラメータと相関がある。そのため、これらのパラメータに基づいて第二所定浄化率Ｒｎｏｘ２を定めてもよい。
【００５２】
そして、ステップＳ１０５において肯定判定された場合、ステップＳ１０６において、尿素添加装置７が異常であると判定される。一方、ステップＳ１０５において否定判定された場合、ステップＳ１０７において、ＮＯｘ触媒５が異常であると判定される。
【００５３】
本実施例に係る異常検出方法によれば、ＮＯｘ触媒５の異常と尿素添加装置７の異常とを区別して検出することができる。また、異常検出を目的として尿素添加装置７により尿素水の添加量を増加させる必要がない。そのため、尿素水の消費量の増加や排気特性の悪化を抑制することができる。
【００５４】
［変形例］
本実施例の変形例に係る排気浄化システムの異常検出の方法について図６に基づいて説明する。図６は、本実施例の変形例に係る排気浄化システムの異常検出のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローは、図５に示すフローにおけるステップＳ１０５をステップＳ２０５に置き換えたものである。そのため、ステップＳ２０５の処理についてのみ説明し、その他のステップの処理についての説明は省略する。
【００５５】
本フローにおけるステップＳ２０５では、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合の該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量の増加に応じてＮＯｘ浄化率が上昇しているか否かが判別される。尚、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合の該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量の値自体を推定しなくとも、内燃機関１の運転状態や排気温度等の該弱酸点吸着量と相関のあるパラメータが該弱酸点吸着量が増加する方向に変化しているときにＮＯｘ浄化率が上昇していれば、ステップＳ２０５において肯定判定することができる。
【００５６】
図４に示すように、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合の該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量の増加に応じてＮＯｘ浄化率が上昇していれば、ＮＯｘ触媒５における実際のアンモニアの弱酸点吸着量も増加していると判断できる。つまり、ＮＯｘ触媒５は正常であると判断できる。
【００５７】
そのため、ステップＳ２０５において肯定判定された場合、ステップＳ１０６において
、尿素添加装置７が異常であると判定される。一方、ステップＳ１０５において否定判定された場合、ステップＳ１０７において、ＮＯｘ触媒５が異常であると判定される。
【００５８】
本変形例に係る異常検出方法によっても、尿素水の消費量の増加や排気特性の悪化を伴うことなく、ＮＯｘ触媒５の異常と尿素添加装置７の異常とを区別して検出することができる。
【符号の説明】
【００５９】
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
５・・・選択還元型ＮＯｘ触媒
７・・・尿素添加装置
７１・・尿素添加弁
１０・・ＥＣＵ
１１・・ＮＯｘセンサ
１２・・温度センサ
１３・・クランクポジションセンサ
１４・・アクセル開度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、選択還元型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化システムの異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化システムが提案されている。このような排気浄化システムでは、選択還元型ＮＯｘ触媒に尿素が供給される場合がある。この場合、尿素が加水分解することで生じたアンモニアが還元剤となり、選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘの還元が行なわれる。
【０００３】
また、上記のような排気浄化システムの異常を検出するための手法も提案されている。例えば、特許文献１に記載の技術では、実ＮＯｘ浄化率が目標ＮＯｘ浄化率よりも低い場合に、選択還元型ＮＯｘ触媒に供給される尿素の添加量を増量し、その増量前後におけるＮＯｘ浄化率の変化に基づいて、尿素の添加量不足又はアンモニアスリップの発生の有無を判定する。
【０００４】
また、特許文献１に記載の技術では、選択還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたＮＯｘ及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサのセンサ値が閾値を超えたときに、還元剤の噴射量を要求噴射量よりも増加又は減少させ、所定時間経過後のセンサ値を閾値と比較することによって還元剤の実噴射量の過不足を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９３７４３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３３３５４号公報
【特許文献３】特開２００９−１２７４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
選択還元型ＮＯｘ触媒に流入したＮＯｘ量に対する該触媒において還元されたＮＯｘ量の比率であるＮＯｘ浄化率は、該触媒の劣化が進むと低下する。一方、ＮＯｘ浄化率は、選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化したときのみならず、選択還元型ＮＯｘ触媒に尿素を供給する尿素供給装置に異常が生じたときも低下する場合がある。そのため、単にＮＯｘ浄化率の低下を検知するのみでは、選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と尿素供給装置の異常とを区別して検出することは困難である。
【０００７】
また、上記した特許文献１に記載の技術のように、異常検出のために尿素の供給量を増加すると、尿素の消費量が増加することになる。また、選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元に寄与せずに、該選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する尿素（若しくは、アンモニア、又は、尿素がアンモニアに変化する途中で生成される中間生成物）が増加することで、排気特性の悪化を招く虞もある。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、選択還元型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化システムにおいて、より好適に、選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と尿素供給装置の異常とを区別して検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触
媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加する条件が成立している時のＮＯｘ浄化率に基づいて選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と前記尿素供給装置の異常とを区別して判定するものである。
【００１０】
より詳しくは、本発明に係る排気浄化システムの異常検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
アンモニアを生成するための尿素を前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給する尿素供給装置と、を有する内燃機関の排気浄化システムの異常検出装置であって、
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ＮＯｘ浄化率算出手段によって算出されたＮＯｘ浄化率が第一所定浄化率以下となったときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であれば該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加する条件である弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と前記尿素供給装置の異常とを区別して判定する判定手段と、
を備える。
【００１１】
本発明に係る排気浄化システムにおいては、尿素供給装置から供給された尿素が加水分解することで生じたアンモニアが選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着する。このとき、アンモニアは、選択還元型ＮＯｘ触媒における弱酸点と強酸点とのそれぞれに吸着する。そして、ＮＯｘの還元に寄与するのは、主に弱酸点に吸着したアンモニアである。そのため、アンモニアの弱酸点吸着量が増加すればＮＯｘ浄化率が上昇する。
【００１２】
ここで、第一所定浄化率とは、選択還元型ＮＯｘ触媒又は尿素供給装置に異常が発生していると判断できる閾値となるＮＯｘ浄化率である。ＮＯｘ浄化率がこの第一所定浄化率以下の場合であっても、弱酸点吸着量増加条件が成立し、選択還元型ＮＯｘ触媒における実際のアンモニアの弱酸点吸着量が増加すれば、ＮＯｘ浄化率が上昇する。しかしながら、選択還元型ＮＯｘ触媒に劣化等の異常が生じていれば、弱酸点吸着量増加条件が成立しても選択還元型ＮＯｘ触媒における実際のアンモニアの弱酸点吸着量が増加しないため、ＮＯｘ浄化率は上昇しない。
【００１３】
このようなことから、ＮＯｘ浄化率が第一所定浄化率以下となったときに、その原因が選択還元型ＮＯｘ触媒の異常であるのか尿素供給装置の異常であるのかを、弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率に基づいて判定することができる。
【００１４】
例えば、本発明において、判定手段は、弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率が、選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量に基づいて定まる第二所定浄化率以上のときは尿素供給装置の異常と判定し、該第二所定浄化率より低いときは選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と判定してもよい。ここで、第二所定浄化率とは、選択還元型ＮＯｘ触媒は正常であると判断できる閾値となる浄化率である。
【００１５】
また、本発明において、判定手段は、弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率が、選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量の増加に応じて上昇するときは尿素供給装置の異常と判定し、選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加しても上昇しないときは前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と判定してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化システムにおいて、尿素の消費量の増加や排気特性の悪化を伴うことなく、選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と尿素供給装置の異常とを区別して検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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。
【図２】選択還元型ＮＯｘ触媒ＮＯｘ触媒における尿素及びアンモニアの吸着態様を説明するためのイメージ図である。
【図３】実施例に係る、内燃機関を搭載した車両の速度（車速）と、ＮＯｘ触媒における、尿素の吸着量並びにアンモニアの強酸点吸着量及び弱酸点吸着量との関係を示す図である。
【図４】実施例に係る、内燃機関を搭載した車両の速度（車速）と、ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量と、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図５】実施例に係る排気浄化システムの異常検出のフローを示すフローチャートである。
【図６】実施例の変形例に係る排気浄化システムの異常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】
【００１８】
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。
【００１９】
＜実施例＞
ここでは、本発明を、車両駆動用のディーゼルエンジンの排気浄化システムに適用した場合を例に挙げて説明する。ただし、本発明に係る内燃機関はディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。
【００２０】
［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。
【００２１】
排気通路２には、酸化触媒３、パティキュレートフィルタ４、及び選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と称する）５が上流から順に設けられている。パティキュレートフィルタ４は排気中の粒子状物質を捕集するフィルタである。パティキュレートフィルタ４には酸化触媒が担持されていてもよい。
【００２２】
また、本実施例に係る内燃機関１の排気系には尿素添加装置７が設けられている。尿素添加装置７は、パティキュレートフィルタ４より下流側且つＮＯｘ触媒５より上流側の排気通路２を流れる排気中に尿素水を添加するための装置である。尿素添加装置７は、尿素添加弁７１、尿素通路７２、尿素タンク７３、及び電動ポンプ７４を備えている。
【００２３】
尿素添加弁７１は、パティキュレートフィルタ４より下流側且つＮＯｘ触媒５より上流側の排気通路２に設けられている。尿素添加弁７１には尿素通路７２の一端が接続されている。尿素通路７２の他端は尿素タンク７３に接続されている。尿素タンク７３には尿素水が貯留されている。尿素通路７２には電動ポンプ７４が設けられている。電動ポンプ７４が駆動することで、尿素タンク７３から尿素通路７２を通して尿素添加弁７１に尿素水
が供給される。そして、尿素添加弁７１に供給された尿素水が、該尿素添加弁７１に形成された噴射孔から排気中に添加される。
【００２４】
尿素添加弁７１から排気中に尿素水が添加されることで、ＮＯｘ触媒５に尿素が供給される。この尿素が加水分解することでアンモニアが生じる。そして、ＮＯｘ触媒５において、このアンモニアが還元剤となって排気中のＮＯｘが還元される。
【００２５】
ＮＯｘ触媒５より下流側の排気通路２には、ＮＯｘセンサ１１及び温度センサ１２が設けられている。ＮＯｘセンサ１１は、ＮＯｘ触媒５から流出した排気のＮＯｘ濃度を検出するセンサである。温度センサ１２は、ＮＯｘ触媒５から流出した排気の温度を検出するセンサである。
【００２６】
内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、ＮＯｘセンサ１１、温度センサ１２、クランクポジションセンサ１３、及び内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１４が電気的に接続されている。そして、各センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００２７】
ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１３の出力値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１４の出力値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。
【００２８】
また、ＥＣＵ１０には、尿素添加弁７１、及び電動ポンプ７４が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ１０によってこれらの装置が制御される。
【００２９】
［アンモニアの吸着態様］
上述したように、本実施例では、尿素添加弁７１から尿素水が添加されることでＮＯｘ触媒５に尿素が供給され、該尿素が加水分解することで生成されたアンモニアを還元剤としてＮＯｘ触媒５において排気中のＮＯｘが還元される。
【００３０】
図２は、ＮＯｘ触媒５における尿素及びアンモニアの吸着態様を説明するためのイメージ図である。図２に示すように、尿素添加弁７１から添加された尿素はＮＯｘ触媒５に物理的に吸着する。この吸着した尿素が加水分解することで気相のアンモニアが生じる。尚、尿素添加弁７１から添加された尿素がＮＯｘ触媒５に吸着することなく、加水分解することでアンモニアが生じる場合もある。
【００３１】
尿素が加水分解することで生成されたアンモニアはＮＯｘ触媒５に吸着する。このとき、アンモニアは、ＮＯｘ触媒５における弱酸点と強酸点とのそれぞれに吸着する。ただし、弱酸点に吸着したアンモニアが一旦脱離し強酸点に再度吸着する場合もあり、逆に、強酸点に吸着したアンモニアが一旦脱離し弱酸点に再度吸着する場合もある。
【００３２】
ここで、ＮＯｘ触媒５において、強酸点に吸着したアンモニアは弱酸点に吸着したアンモニアに比べて脱離し難い。そのため、ＮＯｘの還元に寄与するのは主に弱酸点に吸着したアンモニアである。
【００３３】
［排気浄化システムの異常検出］
ここで、ＮＯｘ触媒５に流入したＮＯｘ量に対する該ＮＯｘ触媒５において還元されたＮＯｘ量の比率をＮＯｘ浄化率とする。ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率はＮＯｘ触媒５の劣化が進むと低下する。一方、尿素添加弁７１の詰まり等の尿素添加装置７の異常が生じた場合においても、ＮＯｘ触媒５に十分な量の尿素が供給されないことに起因して、
ＮＯｘ浄化率が低下する場合もある。そのため、単にＮＯｘ浄化率の低下を検知するのみでは、ＮＯｘ触媒５の異常（即ち、過度な劣化）と尿素添加装置７の異常とを区別して検出することは困難である。
【００３４】
また、異常検出を目的として、ＮＯｘ触媒５への尿素の供給量を増量すべく排気中への尿素水の添加量を増量すると、尿素水の消費量が増加することになる。さらに、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘの還元に寄与せずに、該ＮＯｘ触媒５から流出する尿素（若しくは、アンモニア、又は、尿素がアンモニアに変化する途中で生成される中間生成物）が増加することで、排気特性の悪化を招く虞もある。
【００３５】
そこで、本実施例においては、ＮＯｘ浄化率がＮＯｘ触媒５又は尿素添加装置７に異常が発生していると判断できる閾値（以下、この閾値を第一所定浄化率と称する）以下となった場合に、ＮＯｘ触媒５が正常であれば該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加する条件（以下、この条件を弱酸点吸着量増加条件と称する）が成立している時のＮＯｘ浄化率に基づいてＮＯｘ触媒５の異常と尿素添加装置７の異常とを区別して検出する。
【００３６】
図２に示したように、ＮＯｘ触媒５の弱酸点には、尿素が加水分解して生成されたアンモニアおよび強酸点から脱離したアンモニアが吸着される。そのため、ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量は、（ａ）強酸点に吸着したアンモニアの脱離量が多いとき、（ｂ）尿素の加水分解が活発なとき、に増加する。（ａ）の場合、強酸点から脱離したアンモニアが弱酸点に再度吸着することで、弱酸点吸着量が増加する。（ｂ）の場合、尿素が加水分解して生成されるアンモニアの量が増加することで、弱酸点吸着量が増加する。そして、排気の温度が上昇することで、ＮＯｘ触媒５の温度が上昇すると、（ａ）および／または（ｂ）の状態が成立する。そのため、ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加する。
【００３７】
図３は、内燃機関１を搭載した車両の速度（車速）と、ＮＯｘ触媒５における、尿素の吸着量並びにアンモニアの強酸点吸着量及び弱酸点吸着量との関係を示す図である。車両の速度が上昇すると、内燃機関１の機関負荷が上昇し排気温度が上がる。そのため、図３に示すように、車両の速度が上昇すると、ＮＯｘ触媒５においては、アンモニアの弱酸点吸着量が増加する。このとき、尿素の物理的な吸着量およびアンモニアの強酸点吸着量は減少する。
【００３８】
図４は、内燃機関１を搭載した車両の速度（車速）と、ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量と、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。図４における弱酸点吸着量およびＮＯｘ浄化率を示すグラフにおいて、実線はＮＯｘ触媒５が正常な場合を示しており、破線はＮＯｘ触媒５が異常な場合（即ち、過度に劣化している場合）を示している。
【００３９】
上記のように、車両の速度が上昇すると、ＮＯｘ触媒５が正常であれば、該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加する。これにより、ＮＯｘの還元に寄与するアンモニアが増加する。そのため、図４に示すように、ＮＯｘ浄化率が上昇する。
【００４０】
しかしながら、ＮＯｘ触媒５が異常であると、車両の速度が上昇した時のように弱酸点吸着量増加条件が成立している場合であっても、図４において破線で示すように、ＮＯｘ触媒５における実際のアンモニアの弱酸点吸着量は増加しなくなる。その結果、ＮＯｘ浄化率も上昇しないこととなる。
【００４１】
従って、ＮＯｘ浄化率が第一所定浄化率以下となった場合であっても、その原因が尿素
添加装置７の異常であり、ＮＯｘ触媒５は正常であれば、弱酸点吸着量増加条件が成立すると、ＮＯｘ浄化率が第一所定浄化率以下の範囲で上昇する。一方、ＮＯｘ浄化率が第一所定浄化率以下となった場合に、その原因が尿素添加装置７の異常ではなくＮＯｘ触媒５の異常であれば、弱酸点吸着量増加条件が成立しても、ＮＯｘ浄化は上昇しない。このようなことから、弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率に基づいてＮＯｘ触媒５の異常と尿素添加装置７の異常とを区別して検出することができる。
【００４２】
図５は、本実施例に係る排気浄化システムの異常検出のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００４３】
本フローでは、先ずステップＳ１０１において、ＮＯｘ触媒５における現時点のＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが算出される。本実施例では、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度（以下、流入排気ＮＯｘ濃度と称する）が内燃機関１の運転状態に基づいて推定され、ＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度（以下、流出排気ＮＯｘ濃度と称する）がＮＯｘセンサ１１によって検出される。そして、推定された流入排気ＮＯｘ濃度及び検出された流出排気ＮＯｘ濃度に基づいてＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが算出される。尚、ＮＯｘ触媒５より上流側の排気通路２にもＮＯｘセンサを設け、流出排気ＮＯｘ濃度を該ＮＯｘセンサによって検出してもよい。
【００４４】
次に、ステップＳ１０２において、Ｓ１０１で算出されたＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが第一所定浄化率Ｒｎｏｘ１以下であるか否かが判別される。上述したように、第一所定浄化率Ｒｎｏｘ１は、ＮＯｘ浄化率がＮＯｘ触媒５又は尿素添加装置７に異常が発生していると判断できる閾値である。このような第一所定浄化率Ｒｎｏｘ１は、実験等に基づいて予め求めることができる。第一所定浄化率Ｒｎｏｘ１は、一定値であってもよく、また、内燃機関１の運転状態、温度センサ１２よって検出される排気温度、および排気の流量（吸入空気量）等の少なくともいずれかに基づいて定められる値であってもよい。
【００４５】
ステップＳ１０２において否定判定された場合、即ちＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが第一所定浄化率Ｒｎｏｘ１より高い場合、ＮＯｘ触媒５及び尿素添加装置７はいずれも正常であると判断できる。この場合、本フローの実行は一旦終了される。
【００４６】
一方、ステップＳ１０２において肯定判定された場合、ＮＯｘ触媒５又は尿素添加装置７のいずれかが異常であると判断できる。この場合、次にステップＳ１０３の処理が実行される。ステップＳ１０３においては、弱酸点吸着量増加条件が成立しているか否かが判別される。
【００４７】
尚、弱酸点吸着量増加条件としては、上述したように車両の速度が上昇しているときが例示できるが、これに限られるものではなく、上記（ａ）および／または（ｂ）の状態が成立する条件であればよい。例えば、温度センサ１２よって検出される排気温度が上昇していることを、弱酸点吸着量増加条件としてもよい。また、内燃機関１の運転状態、尿素添加装置７に対する尿素水の添加量の指令値、および温度センサ１２よって検出される排気温度等の履歴に基づいて、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合のＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量を推定し、その推定値が増加していることを弱酸点吸着量増加条件としてもよい。
【００４８】
ステップＳ１０３において否定判定された場合、該ステップＳ１０３の処理が再度実行される。つまり、この時点では、選択還元型ＮＯｘ触媒の異常が発生しているのか又は尿素供給装置の異常が発生しているのかの判定が保留される。
【００４９】
一方、ステップＳ１０３において肯定判定された場合、次にステップＳ１０４の処理が実行される。ステップＳ１０４では、ステップＳ１０１と同様の方法により、ＮＯｘ触媒５における現時点のＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが算出される。
【００５０】
次に、ステップＳ１０５において、Ｓ１０４で算出されたＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが第二所定浄化率Ｒｎｏｘ２以上であるか否かが判別される。ここで、第二所定浄化率Ｒｎｏｘ２は、ＮＯｘ触媒５が正常であると判断できる閾値である。第二所定浄化率Ｒｎｏｘ２は、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合の該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量に基づいて定まる値である。つまり、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合の該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量が多いほど、第二所定浄化率Ｒｎｏｘ２は大きい値に設定される。
【００５１】
また、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合の該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量は上記のような方法により推定することができる。そのため、その推定値に基づいて第二所定浄化率Ｒｎｏｘ２を定めてもよい。また、上記のように、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合の該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量は、内燃機関１の運転状態や排気温度等のパラメータと相関がある。そのため、これらのパラメータに基づいて第二所定浄化率Ｒｎｏｘ２を定めてもよい。
【００５２】
そして、ステップＳ１０５において肯定判定された場合、ステップＳ１０６において、尿素添加装置７が異常であると判定される。一方、ステップＳ１０５において否定判定された場合、ステップＳ１０７において、ＮＯｘ触媒５が異常であると判定される。
【００５３】
本実施例に係る異常検出方法によれば、ＮＯｘ触媒５の異常と尿素添加装置７の異常とを区別して検出することができる。また、異常検出を目的として尿素添加装置７により尿素水の添加量を増加させる必要がない。そのため、尿素水の消費量の増加や排気特性の悪化を抑制することができる。
【００５４】
［変形例］
本実施例の変形例に係る排気浄化システムの異常検出の方法について図６に基づいて説明する。図６は、本実施例の変形例に係る排気浄化システムの異常検出のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローは、図５に示すフローにおけるステップＳ１０５をステップＳ２０５に置き換えたものである。そのため、ステップＳ２０５の処理についてのみ説明し、その他のステップの処理についての説明は省略する。
【００５５】
本フローにおけるステップＳ２０５では、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合の該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量の増加に応じてＮＯｘ浄化率が上昇しているか否かが判別される。尚、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合の該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量の値自体を推定しなくとも、内燃機関１の運転状態や排気温度等の該弱酸点吸着量と相関のあるパラメータが該弱酸点吸着量が増加する方向に変化しているときにＮＯｘ浄化率が上昇していれば、ステップＳ２０５において肯定判定することができる。
【００５６】
図４に示すように、ＮＯｘ触媒５が正常であると仮定した場合の該ＮＯｘ触媒５におけるアンモニアの弱酸点吸着量の増加に応じてＮＯｘ浄化率が上昇していれば、ＮＯｘ触媒５における実際のアンモニアの弱酸点吸着量も増加していると判断できる。つまり、ＮＯｘ触媒５は正常であると判断できる。
【００５７】
そのため、ステップＳ２０５において肯定判定された場合、ステップＳ１０６において
、尿素添加装置７が異常であると判定される。一方、ステップＳ１０５において否定判定された場合、ステップＳ１０７において、ＮＯｘ触媒５が異常であると判定される。
【００５８】
本変形例に係る異常検出方法によっても、尿素水の消費量の増加や排気特性の悪化を伴うことなく、ＮＯｘ触媒５の異常と尿素添加装置７の異常とを区別して検出することができる。
【符号の説明】
【００５９】
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
５・・・選択還元型ＮＯｘ触媒
７・・・尿素添加装置
７１・・尿素添加弁
１０・・ＥＣＵ
１１・・ＮＯｘセンサ
１２・・温度センサ
１３・・クランクポジションセンサ
１４・・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、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
アンモニアを生成するための尿素を前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給する尿素供給装置と、を有する内燃機関の排気浄化システムの異常検出装置であって、
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ＮＯｘ浄化率算出手段によって算出されたＮＯｘ浄化率が第一所定浄化率以下となったときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であれば該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加する条件である弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と前記尿素供給装置の異常とを区別して判定する判定手段と、
を備える排気浄化システムの異常検出装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量に基づいて定まる第二所定浄化率以上のときは前記尿素供給装置の異常と判定し、該第二所定浄化率より低いときは前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と判定する請求項１に記載の排気浄化システムの異常検出装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量の増加に応じて上昇するときは前記尿素供給装置の異常と判定し、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加しても上昇しないときは前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と判定する請求項１に記載の排気浄化システムの異常検出装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
アンモニアを生成するための尿素を前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給する尿素供給装置と、を有する内燃機関の排気浄化システムの異常検出装置であって、
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ＮＯｘ浄化率算出手段によって算出されたＮＯｘ浄化率が第一所定浄化率以下となったときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であれば該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加する条件である弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と前記尿素供給装置の異常とを区別して判定する判定手段と、
を備える排気浄化システムの異常検出装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量に基づいて定まる第二所定浄化率以上のときは前記尿素供給装置の異常と判定し、該第二所定浄化率より低いときは前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と判定する請求項１に記載の排気浄化システムの異常検出装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記弱酸点吸着量増加条件が成立している時のＮＯｘ浄化率が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量の増加に応じて上昇するときは前記尿素供給装置の異常と判定し、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの弱酸点吸着量が増加しても上昇しないときは前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常と判定する請求項１に記載の排気浄化システムの異常検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９２０５６（Ｐ２０１３−９２０５６Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３２８３９（Ｐ２０１１−２３２８３９）
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【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１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【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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