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JP6037036B2 - 排気浄化装置の異常診断装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排気浄化装置の異常診断装置に関する。
内燃機関からの排気中に含まれるＮＯｘを、アンモニアを還元剤として浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」ともいう。）が知られている。ＮＯｘ触媒よりも上流の排気中には、アンモニア又はアンモニアの前駆体（例えば、尿素）が供給される。また、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの浄化が正常に行われているか否かを判断するとき、または、ＮＯｘ触媒が正常であるか否かを判断するときに、該ＮＯｘ触媒よりも下流に設けられるＮＯｘセンサの出力値を用いることがある。
ここで、ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量が増加したにも関わらず、ＮＯｘ触媒よりも下流に設けられるＮＯｘセンサの出力値が減少傾向にある場合には、ＮＯｘ触媒からアンモニアが流出するアンモニアスリップが生じており、アンモニアの供給量が過多であると判断することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
なお、ＮＯｘセンサは、ＮＯｘと同様にアンモニアも検知してしまうため、ＮＯｘセンサの出力値は、排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度に応じた値となる。このため、アンモニアが添加されているときには、ＮＯｘセンサの検知精度が低下するとして、ＮＯｘセンサによるＮＯｘの検知を停止させることが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
また、ＮＯｘ触媒を直列に２つ設け、上流側のＮＯｘ触媒と、下流側のＮＯｘ触媒と、の間のアンモニア濃度が所定濃度となるように、上流側のＮＯｘ触媒へアンモニアを供給することが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
なお、ＮＯｘ触媒は、劣化するにしたがって、アンモニアの吸着性能が低下する。また、アンモニアの吸着性能が低下することにより、ＮＯｘ触媒に吸着されるアンモニア量が減少すると、ＮＯｘの浄化性能が低下する。さらに、アンモニアの吸着性能が低下することにより、ＮＯｘ触媒へアンモニアを供給したときの該ＮＯｘ触媒から流出するアンモニア量が増加する。そして、ＮＯｘ触媒よりも下流におけるアンモニア濃度の実測値と推定値との差が所定値以上であれば、ＮＯｘ触媒が劣化していると判定することが知られている（例えば、特許文献４参照。）。
特開２０１１−０９４５４０号公報 国際公開第２０１１／０３３６２０号 国際公開第２０１０／０９５２２１号 国際公開第２００６／０４６３３９号
ここで、ＮＯｘセンサに流入する排気中にＮＯｘ及びアンモニアが存在していると、ＮＯｘセンサにおいてＮＯｘがアンモニアによって還元される。このＮＯｘには、ＮＯｘセンサよりも上流の排気中に含まれていたＮＯｘ、及び、ＮＯｘセンサにおいてアンモニアが酸化されることで生じたＮＯｘが含まれる。そして、ＮＯｘとアンモニアとがＮＯｘセンサにおいて反応することにより、ＮＯｘ及びアンモニアが減少する。ＮＯｘセンサの出力値は、ＮＯｘ及びアンモニアが減少した後の、残りのＮＯｘ及びアンモニアに応じた値となる。したがって、ＮＯｘ触媒よりも下流にＮＯｘセンサを設けた場合のＮＯｘセンサの出力値は、ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘ及びアンモニアの濃度よりも低くなり得る。
したがって、排気中にＮＯｘ及びアンモニアが存在しているときに、ＮＯｘセンサの出力値に基づいてＮＯｘ触媒の異常診断を実施すると、診断精度が低くなる虞がある。
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、選択還元型ＮＯｘ触媒の異常診断において誤った診断がなされることを抑制することにある。
上記課題を達成するために本発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤とする選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側で、該選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する供給部と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側に設けられ、該選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ及びアンモニアを検知するとともに、ＮＯｘとアンモニアとが反応するセンサと、
を備えた内燃機関の排気浄化装置における該排気浄化装置の異常診断装置において、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定部と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のアンモニア濃度を推定するアンモニア濃度推定部と、
前記ＮＯｘ濃度推定部により推定されるＮＯｘ濃度と、前記アンモニア濃度推定部により推定されるアンモニア濃度と、に基づいて、前記センサにおいてＮＯｘとアンモニアとが反応することによる前記センサの出力低下量を算出する算出部と、
前記センサの出力値に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の診断を実施する診断部と、
前記算出部により算出される前記センサの出力低下量に基づいて、前記診断部における診断を制御する診断制御部と、
を備える。
ＮＯｘ触媒は、排気中のアンモニアを吸着し、それを還元剤としてＮＯｘを選択的に還元する。供給装置は、アンモニア又はアンモニアの前駆体（例えば、尿素）を供給する。ＮＯｘ触媒に流入したアンモニアは、該ＮＯｘ触媒に例えば吸着される。
ここで、ＮＯｘ触媒の下流側には、該ＮＯｘ触媒から流れ出る排気中のＮＯｘを検知するセンサが設けられている。このセンサは、アンモニアの干渉を受ける。すなわち、排気中にアンモニアが含まれる場合には、そのアンモニアもＮＯｘとして検知する特性を有する。したがって、センサの出力値は、排気中に含まれるＮＯｘおよびアンモニアに依拠することとなる。そして、診断部は、このセンサの出力値を利用してＮＯｘ触媒の異常診断を実施する。異常とは、例えば、ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着性能またはＮＯｘ浄化率が、許容範囲よりも低くなったことをいう。劣化の度合いが許容範囲を超えた場合に、ＮＯｘ触媒が異常であるとしてもよい。
ここで、ＮＯｘ触媒が劣化すると、アンモニア吸着性能やＮＯｘ浄化率が低下することにより、ＮＯｘ触媒からＮＯｘ及びアンモニアが流出することがある。このため、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ及びアンモニアの流出が多い場合には、ＮＯｘ触媒に異常があると診断することができる。このＮＯｘ及びアンモニアは、ＮＯｘ触媒よりも下流に設けられるセンサで検知される。しかし、センサにおいて、ＮＯｘとアンモニアとが反応するため、ＮＯｘ及びアンモニアが減少して、センサの出力が低下する。このため、実際のＮＯｘ及びアンモニアの濃度よりも、センサで検知される濃度のほうが低くなる。この場合、センサの出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が見かけ上、高くなる。このような状態のときに、センサの出力値、または、センサの出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率に基づいて異常診断を実施すると、誤診断の虞がある。
そこで、診断制御部は、センサの出力低下量に基づいて、診断部における診断を制御する。ここで、センサの出力低下量は、ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘ及びアンモニアの濃度と関連している。このため、ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘ及びアンモニアの濃度に基づいて、センサの出力低下量を求めることができる。そして、センサの出力低下量が分かれば、該出力低下量に基づいて、例えば異常診断時に使用される閾値または各種の値を補正することができる。また、センサの出力低下量に基づいて、異常診断を実施するか否か判断することもできる。これにより、ＮＯｘ触媒の異常診断の精度を向上させることができる。なお、診断部における診断を制御することには、閾値を補正すること、センサ出力値を補正すること、センサ出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率を補正すること、または、診断を実施するか否か判定することを含む。
そして、前記診断制御部は、
前記算出部により算出される前記センサの出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量が、所定量以下の場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常診断を実施し、
前記算出部により算出される前記センサの出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量が、前記所定量よりも大きい場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常診断を実施しなくてもよい。
ＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒に流入する排気中のＮＯｘ濃度に対する、ＮＯｘ触媒で浄化されることにより減少するＮＯｘ濃度の比である。ＮＯｘ触媒に流入する排気中のＮＯｘ濃度は、例えば内燃機関の運転状態に基づいて推定することや、ＮＯｘ触媒よりも上流に例えばＮＯｘセンサを取り付けることにより検知することができる。また、ＮＯｘ触媒で浄化されることにより減少するＮＯｘ濃度は、ＮＯｘ触媒に流入する排気中のＮＯｘ濃度から、ＮＯｘ触媒よりも下流に設けられるセンサにより検知されるＮＯｘ濃度を減算することにより求めることができる。このセンサは、アンモニアの影響を受けるため、センサの出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率もアンモニアの影響を受ける。そして、排気中に含まれるＮＯｘ及びアンモニアの影響によりセンサの出力値が低下すると、算出されるＮＯｘ浄化率が上昇する。
ここで、内燃機関の運転状態によっては、ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘ及びアンモニアの濃度が高くなるため、算出部により算出されるセンサの出力低下量が大きくなる。そして、センサの出力低下量が大きい場合には、センサの出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量が大きくなり、ＮＯｘ触媒が異常であっても、算出されるＮＯｘ浄化率が大きくなる。このため、ＮＯｘ触媒の異常時と正常時とで算出されるＮＯｘ浄化率の差が小さくなるので、ＮＯｘ浄化率に基づいたＮＯｘ触媒の異常診断の精度が低下し得る。また、後述のように、ＮＯｘ浄化率の上昇量に基づいて閾値等を変更した場合には、ＮＯｘ浄化率の上昇量が大きくなるほど、閾値の変更量も大きくなる。そして、ＮＯｘ浄化率の上昇量が大きくなるほど、閾値が、ＮＯｘ触媒が正常である場合のＮＯｘ浄化率に近付く。したがって、ＮＯｘ触媒が正常であるにも関わらず、ＮＯｘ浄化率が閾値よりも小さくなり、ＮＯｘ触媒が異常であると診断される虞がある。このような場合には、異常診断を実施しないようにすれば、ＮＯｘ触媒の異常診断の精度が低下することを抑制し得る。なお、所定量は、異常診断の精度が許容できる範囲内となるように決定される。異常診断を実施しないことには、例えば、センサの出力値を読み込むが、この出力値を用いて異常診断を実施しないことを含む。また、異常診断を実施しないことには、例えば、センサの出力値に基づいて異常診断を実施するが、この診断結果をキャンセルすることを含む。また、異常診断を実施しないことには、例えば、センサの出力値を読み込まないことを含む。
また、前記診断部は、
前記センサの出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、閾値以上の場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると診断し、
前記センサの出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、前記閾値よりも小さい場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断し、
前記診断制御部は、前記閾値または前記ＮＯｘ浄化率を、前記算出部により算出される前記センサの出力低下量に基づいて補正するようにしてもよい。
すなわち、診断部は、センサの出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率と、閾値と、を比較することで、ＮＯｘ触媒の異常診断を実施する。ここで、センサの出力値は、ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘ及びアンモニアの実際の濃度よりも低くなっている。そして、センサの出力値の低下により、算出されるＮＯｘ浄化率が高くなるので、ＮＯｘ触媒が異常であるにも関わらず、算出されるＮＯｘ浄化率が閾値よりも大きくなり得る。これに対し、センサの出力低下量に基づいて、閾値またはＮＯｘ浄化率を補正すれば、ＮＯｘ触媒が異常であるにも関わらず、ＮＯｘ浄化率が閾値よりも大きくなることを抑制できる。なお、閾値は、ＮＯｘ触媒が正常であるときのＮＯｘ浄化率の下限値として決定される。
また、前記診断制御部は、前記閾値に、前記出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量を加算することで該閾値を補正することができる。
すなわち、ＮＯｘ浄化率の上昇量の分だけ閾値を大きくすることにより、ＮＯｘ触媒が異常であるにも関わらず、ＮＯｘ浄化率が閾値よりも大きくなることを抑制できる。なお、閾値に、ＮＯｘ浄化率の上昇量に基づいた補正係数を乗算することにより該閾値を補正してもよい。
また、前記診断制御部は、前記センサの出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率から、前記出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量を減算することで該ＮＯｘ浄化率を補正することができる。
すなわち、ＮＯｘ浄化率の上昇量の分だけＮＯｘ浄化率を小さくすることにより、ＮＯｘ触媒が異常であるにも関わらず、ＮＯｘ浄化率が閾値よりも大きくなることを抑制できる。なお、ＮＯｘ浄化率に、ＮＯｘ浄化率の上昇量に基づいた補正係数を乗算することにより該ＮＯｘ浄化率を補正してもよい。
また、前記ＮＯｘ濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度を推定し、
前記アンモニア濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のアンモニア濃度を推定し、
前記算出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量を算出し、
前記診断制御部は、前記閾値に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量を加算することで、該閾値を補正することができる。
ここで、ＮＯｘ触媒が正常であるときよりも異常であるときのほうが、ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ及びアンモニアの濃度が高くなるため、センサの出力低下量が大きくなる。このようにセンサの出力低下量が大きくなる状態であると仮定して、センサの出力低下量を算出し、さらにＮＯｘ浄化率の上昇量を算出する。このようにして算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量に基づいて閾値を補正すると、ＮＯｘ触媒が実際に異常である場合に、ＮＯｘ浄化率が大きく上昇しても、閾値以上となることを抑制できる。これにより、ＮＯｘ触媒が異常であると診断することができる。なお、算出部は、ＮＯｘ触媒が所定の劣化状態にあると仮定した場合のＮＯｘ浄化率の上昇量を算出してもよい。なお、ＮＯｘ浄化率の上昇量を閾値に加算して閾値を補正することに代えて、ＮＯｘ浄化率からＮＯｘ浄化率の上昇量を減算してＮＯｘ浄化率を補正してもよい。さらに、閾値またはＮＯｘ浄化率に補正係数を乗算して閾値またはＮＯｘ浄化率を補正してもよい。
また、前記ＮＯｘ濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度と、を推定し、
前記アンモニア濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のアンモニア濃度と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のアンモニア濃度と、を推定し、
前記算出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の前記出力低下量を算出し、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量を算出し、
前記診断制御部は、前記閾値に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量以上で、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の前記出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量と、の合計値以下の値を加算することで、該閾値を補正することができる。
ここで、ＮＯｘ触媒が正常であっても、ＮＯｘ触媒からＮＯｘ及びアンモニアが流出する場合もある。ただし、センサの出力の低下は、ＮＯｘ触媒が正常であるときよりも異常であるときのほうが、より顕著となる。そして、ＮＯｘ触媒が正常であると仮定したときのセンサの出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量をさらに考慮することで、ＮＯｘ触媒が正常である場合と異常である場合との両方の状態のセンサ出力の低下を考慮するこができるため、異常診断の精度を高めることができる。なお、算出部は、ＮＯｘ触媒が正常である場合と異常である場合との夫々において、ＮＯｘ触媒が所定の劣化状態にあると仮定した場合のＮＯｘ浄化率の上昇量を夫々算出してもよい。
そして、前記診断制御部は、
前記算出部により算出される前記センサの出力低下量が、所定量以下の場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常診断を実施し、
前記算出部により算出される前記センサの出力低下量が、前記所定量よりも大きい場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常診断を実施しなくてもよい。
ここで、内燃機関の運転状態によっては、ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘ及びアンモニアの濃度が高くなるため、算出部により算出されるセンサの出力低下量が大きくなる。そして、センサの出力低下量が大きい場合には、ＮＯｘ触媒が異常であっても、センサの実際の出力値が小さくなる。このため、ＮＯｘ触媒の異常時と正常時とでセンサの実際の出力値の差が小さくなるので、センサの出力値に基づいたＮＯｘ触媒の異常診断の精度が低下し得る。また、後述のように、センサの出力低下量に基づいて閾値等を変更した場合には、センサの出力低下量が大きくなるほど、閾値の変更量も大きくなる。そして、センサの出力低下量が大きくなるほど、閾値が、ＮＯｘ触媒が正常である場合のセンサの出力値に近付く。したがって、ＮＯｘ触媒が正常であるにも関わらず、ＮＯｘ触媒が異常であると診断される虞がある。このような場合には、異常診断を実施しないようにすれば、ＮＯｘ触媒の異常診断の精度が低下することを抑制し得る。なお、所定量は、異常診断の精度が許容できる範囲内となるように決定される。異常診断を実施しないことには、例えば、センサの出力値を読み込むが、この出力値を用いて異常診断を実施しないことを含む。また、異常診断を実施しないことには、例えば、センサの出力値に基づいて異常診断を実施するが、この診断結果をキャンセルすることを含む。また、異常診断を実施しないことには、例えば、センサの出力値を読み込まないことを含む。
また、前記診断部は、
前記センサの出力値が、閾値以下の場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると診断し、
前記センサの出力値が、前記閾値よりも大きい場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断し、
前記診断制御部は、前記閾値または前記センサの出力値を、前記算出部により算出される前記センサの出力低下量に基づいて補正してもよい。
すなわち、診断部は、センサの実際の出力値と、閾値と、を比較することで、ＮＯｘ触媒の異常診断を実施する。ここで、センサの実際の出力値は、ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘ及びアンモニアの実際の濃度よりも低くなっている。そして、センサの出力値の低下により、ＮＯｘ触媒が異常であるにも関わらず、センサの実際の出力値が閾値よりも小さくなり得る。これに対し、センサの出力低下量に基づいて、閾値またはセンサの出力値を補正すれば、ＮＯｘ触媒が異常であるにも関わらず、センサの実際の出力値が閾値よりも小さくなることを抑制できる。なお、閾値は、ＮＯｘ触媒が正常であるときのセンサ出力値の上限値として決定される。
また、前記診断制御部は、前記閾値から前記出力低下量を減算することで該閾値を補正することができる。
すなわち、センサの出力低下量の分だけ閾値を小さくすることにより、ＮＯｘ触媒が異常であるにも関わらず、センサの実際の出力値が閾値よりも小さくなることを抑制できる。なお、閾値に、センサの出力低下量に基づいた補正係数を乗算することにより該閾値を補正してもよい。
また、前記診断制御部は、前記センサの出力値に前記出力低下量を加算することで該センサの出力値を補正することができる。
すなわち、センサの出力低下量の分だけセンサの出力値を大きくすることにより、ＮＯｘ触媒が異常であるにも関わらず、センサの実際の出力値が閾値よりも小さくなることを抑制できる。なお、センサの出力値に、センサの出力低下量に基づいた補正係数を乗算することにより該センサの出力値を補正してもよい。
また、前記ＮＯｘ濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度を推定し、
前記アンモニア濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のアンモニア濃度を推定し、
前記算出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量を算出し、
前記診断制御部は、前記閾値から、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量を減算することで、該閾値を補正することができる。
ここで、ＮＯｘ触媒が正常であるときよりも異常であるときのほうが、ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ及びアンモニアの濃度が高くなるため、センサの出力低下量が大きくなる。このようにセンサの出力低下量が大きくなる状態であると仮定して、センサの出力低下量を算出する。そうすると、ＮＯｘ触媒が実際に異常である場合に、センサの実際の出力値が大きく低下しても、閾値以下となることを抑制できる。これにより、ＮＯｘ触媒が異常であると診断することができる。なお、算出部は、ＮＯｘ触媒が所定の劣化状態にあると仮定した場合のセンサの出力低下量を算出してもよい。なお、閾値から出力低下量を減算して閾値を補正することに代えて、センサの出力値に出力低下量を加算してセンサの出力値を補正してもよい。さらに、閾値またはセンサの出力値に補正係数を乗算して閾値またはセンサの出力値を補正してもよい。
また、前記ＮＯｘ濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度と、を推定し、
前記アンモニア濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のアンモニア濃度と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のアンモニア濃度と、を推定し、
前記算出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の前記出力低下量を算出し、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量を算出し、
前記診断制御部は、前記閾値から、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量以上で、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の前記出力低下量と、の合計値以下、の値を減算することで、該閾値を補正することができる。
ここで、ＮＯｘ触媒が正常であっても、ＮＯｘ触媒からＮＯｘ及びアンモニアが流出する場合もある。ただし、センサの出力の低下は、ＮＯｘ触媒が正常であるときよりも異常であるときのほうが、より顕著となる。そして、ＮＯｘ触媒が正常であると仮定したときのセンサの出力低下量をさらに考慮することで、ＮＯｘ触媒が正常である場合と異常である場合との両方の状態のセンサ出力の低下を考慮するこができるため、異常診断の精度を高めることができる。なお、算出部は、ＮＯｘ触媒が正常である場合と異常である場合との夫々において、ＮＯｘ触媒が所定の劣化状態にあると仮定した場合のセンサの出力低下量を夫々算出してもよい。
また、前記診断部は、前記供給部からアンモニア又はアンモニアの前駆体が供給されている場合に異常診断を実施することができる。
ＮＯｘ触媒へアンモニア又はアンモニアの前駆体が供給されているときには、ＮＯｘ触媒からアンモニアが流出し易い。特に、ＮＯｘ触媒が異常である場合には、ＮＯｘ触媒からのアンモニアの流出が顕著になる。これにより、ＮＯｘ触媒が異常である場合には、センサの実際の出力値が大きくなる。そうすると、ＮＯｘ触媒が正常な場合と異常な場合とのセンサの実際の出力値の差が大きくなるので、ＮＯｘ触媒の異常診断が容易になる。これにより、異常診断の精度を向上させることができる。
また、前記供給部は、前記診断部により異常診断を実施する場合には、前記診断部により異常診断を実施しない場合よりも、アンモニア又はアンモニアの前駆体の供給量を多くすることができる。
すなわち、異常診断時にＮＯｘ触媒へより多くのアンモニアを供給する。これにより、ＮＯｘ触媒が異常の場合には、ＮＯｘ触媒から流出するアンモニアがより多くなる。すなわち、ＮＯｘ触媒が異常の場合には、センサの実際の出力値が大きくなる。そうすると、ＮＯｘ触媒が正常な場合と異常な場合とのセンサの実際の出力値の差が大きくなるので、ＮＯｘ触媒の異常診断が容易になる。これにより、異常診断の精度を向上させることができる。なお、異常診断を実施しない場合とは、ＮＯｘを還元するためのアンモニアをＮＯｘ触媒へ供給する場合とすることができる。
本発明によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒の異常診断において誤った診断がなされることを抑制することができる。
実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系と、の概略構成を示す図である。 実施例に係る下流側ＮＯｘセンサの検知部の概略構成を示した図である。 ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘ濃度（ＳＣＲ出ＮＯｘ）、ＮＯｘ触媒から流出するアンモニア濃度（ＮＨ３スリップ）、下流側ＮＯｘセンサの感度（ＮＯｘセンサ感度）の推移を示した図である。 アンモニア（ＮＨ３）濃度と、ＮＯｘ濃度と、下流側ＮＯｘセンサの出力低下量と、の関係を示した図である。 温度と、下流側ＮＯｘセンサの出力低下量との関係を示した図である。 排気の流速と、下流側ＮＯｘセンサの出力低下量との関係を示した図である。 ＮＯｘ触媒の正常時と異常時との下流側ＮＯｘセンサの出力値を示した図である。 補正前の閾値と、補正後の閾値と、の関係を示した図である。 実施例１に係るＮＯｘ触媒の異常診断のフローを示したフローチャートである。 実施例２に係るＮＯｘ触媒の異常診断のフローを示したフローチャートである。 実施例２に係るＮＯｘ触媒の異常診断のフローを示した他のフローチャートである。 ＮＯｘ触媒の正常時と異常時とのＮＯｘ浄化率を示した図である。 補正前の閾値と、補正後の閾値と、の関係を示した図である。 実施例３に係るＮＯｘ触媒の異常診断のフローを示したフローチャートである。 実施例４に係るＮＯｘ触媒の異常診断のフローを示したフローチャートである。 実施例４に係るＮＯｘ触媒の異常診断のフローを示した他のフローチャートである。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
（実施例１）
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系と、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。内燃機関１には排気通路２が接続されている。排気通路２には、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒３（以下、「ＮＯｘ触媒３」という。）が設けられている。
また、ＮＯｘ触媒３よりも上流の排気通路２には、還元剤を供給する噴射弁４が設けられている。還元剤には、アンモニア（ＮＨ３）が用いられる。なお、噴射弁４は、アンモニアを噴射してもよく、アンモニアの前駆体である尿素水を噴射してもよい。噴射弁４から噴射された尿素水は、排気の熱またはＮＯｘ触媒３からの熱により加水分解されてアンモニアとなり、ＮＯｘ触媒３に吸着する。このアンモニアは、ＮＯｘ触媒３において還元剤として利用される。すなわち、噴射弁４からは、アンモニアに変化する物質、または、アンモニアを供給すればよい。これらは、気体、液体、固体の何れの状態で供給してもよい。なお、本実施例においては噴射弁４が、本発明における供給部に相当する。
さらに、ＮＯｘ触媒３の上流側には、ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘを検知する上流側ＮＯｘセンサ７が設けられている。また、ＮＯｘ触媒３の下流側には、ＮＯｘ触媒３から流れ出る排気中のＮＯｘを検知する下流側ＮＯｘセンサ８と、排気温度を検知する温度センサ９と、が設けられている。なお、本実施例においては下流側ＮＯｘセンサ８が、本発明におけるセンサに相当する。なお、下流側ＮＯｘセンサ８よりも下流側に、さらに選択還元型ＮＯｘ触媒を設けることもできる。
また、内燃機関１には、吸気通路５が接続されている。吸気通路５の途中には、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル６が設けられている。また、スロットル６よりも上流の吸気通路５には、内燃機関１の吸入空気量を検知するエアフローメータ１５が取り付けられている。
そして、内燃機関１には電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態や排気浄化装置等を制御する。ＥＣＵ１０には、上述した上流側ＮＯｘセンサ７、下流側ＮＯｘセンサ８、温度センサ９、エアフローメータ１５の他、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、各センサの出力値がＥＣＵ１０に渡される。
したがって、ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の検知に基づく機関回転数や、アクセル開度センサ１２の検知に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。なお、本実施例では、ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘは上流側ＮＯｘセンサ７によって検知可能であるが、内燃機関１から排出される排気（ＮＯｘ触媒３に浄化される前の排気であり、すなわちＮＯｘ触媒３に流れ込む排気）に含まれるＮＯｘは、内燃機関の運転状態と関連性を有することから、上記内燃機関１の運転状態に基づいて、推定することも可能である。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ９若しくはＮＯｘ触媒３よりも上流に設けられた温度センサによって検知される排気温度に基づいて、ＮＯｘ触媒３の温度を推定することが可能である。また、内燃機関１の運転状態に基づいて、ＮＯｘ触媒３の温度を推定することも可能である。
そして、検知または推定される排気中のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ量としてもよい。）に応じて、ＥＣＵ１０は噴射弁４に指示を出し、ＮＯｘの還元に必要な量の還元剤が排気中に供給される。
また、ＥＣＵ１０は、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値の推移に基づいて、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施する。ここで、ＮＯｘ触媒３の劣化が進行するに伴って、アンモニアの吸着性能やＮＯｘの浄化性能が低下する。そして、アンモニアの吸着性能が低下することにより、ＮＯｘ触媒３から流れ出るアンモニアの量が増加する。また、ＮＯｘの浄化性能が低下することにより、ＮＯｘ触媒３から流れ出るＮＯｘの量が増加する。したがって、ＮＯｘ触媒３の劣化と共に、ＮＯｘ触媒３よりも下流の排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度が高まる。
そこで、ＥＣＵ１０は、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が、閾値よりも大きい場合にはＮＯｘ触媒３が異常であると診断し、閾値よりも小さい場合にはＮＯｘ触媒３が正常であると診断する。ここで、ＮＯｘ触媒３が異常であるとは、アンモニアの吸着性能の低下の度合いが許容範囲を超えた場合をいう。また、ＮＯｘ触媒３の劣化の度合いが許容範囲を超えた場合としもよい。閾値は、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境にあるときの下流側ＮＯｘセンサ８の出力値である。また、閾値は、ＮＯｘ触媒３が正常である場合の、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値の上限値としてもよい。ＮＯｘ触媒３が異常とは、ＮＯｘ触媒３からのＮＯｘの排出量が許容範囲または規制値を超えるまで該ＮＯｘ触媒３が劣化した状態をいう。なお、閾値は、ある程度の余裕を持たせてもよい。なお、ＮＯｘ触媒３の異常診断に先立って、噴射弁４や下流側ＮＯｘセンサ８などの他の機器が正常であることを周知の技術により確認しておいてもよい。
ここで、下流側ＮＯｘセンサ８は、アンモニアの干渉を受ける。アンモニアは、下流側ＮＯxセンサ８においてＯ２と反応してＮＯになるため、ＮＯxとして検知される。このため、下流側ＮＯｘセンサ８の検知部に流れ込む排気中にアンモニア分子が含まれていると、それをＮＯｘとして検知してしまう。したがって、ＮＯｘ触媒３からアンモニアが流れ出ると、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が大きくなる。すなわち、ＮＯｘ触媒３の劣化に伴ってＮＯｘ触媒３からＮＯｘ及びアンモニアが流出すると、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が大きくなる。このため、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が閾値を超えた場合に、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断することができる。
一方、Ｐｔ系の電極が用いられている一般的な下流側ＮＯｘセンサ８では、該電極においてＮＯｘとアンモニアとが反応するため、ＮＯｘ及びアンモニアが減少する。ここで、図２は、本実施例に係る下流側ＮＯｘセンサ８の検知部の概略構成を示した図である。下流側ＮＯｘセンサ８は、排気通路２から排気が流入する第一室８１、第一室８１に接続される第二室８２を備えて構成される。第一室８１には、酸素ポンプ（電極）８３が設けられており、第二室８２には、モニタセル（電極）８４が設けられている。第一室８１において、酸素ポンプ８３により排気中の酸素が取り除かれる。また、第一室８１においては、排気中のＮＯ２がＮＯに還元される。したがって、ＮＯが第二室８２に流入する。そして、第二室８２において、ＮＯをＮ２とＯ２に分解し、このときに発生する酸素の量をモニタセル８４により測定する。また、上述のように、アンモニアは、下流側ＮＯxセンサ８においてＯ２と反応してＮＯになるため、ＮＯxとして検知される。このため、モニタセル８４に流れる電流は、ＮＯｘ及びアンモニアの濃度に応じた値になる。しかし、排気中にＮＯｘ及びアンモニアが含まれていると、酸素ポンプ８３上でＮＯとアンモニアとが反応してしまう。そして、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値は、酸素ポンプ８３上において減少した後のＮＯｘ及びアンモニアに応じた値となる。このため、排気中にＮＯｘ及びアンモニアが存在すると、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値は、排気中の実際のＮＯｘ濃度とアンモニア濃度とを合わせた値よりも低くなる。この現象は、図２に示した構造のセンサに限らず、アンモニアとＮＯｘとが反応し得るセンサにおいて生じ得る。
ここで、図３は、ＮＯｘ触媒３から流出するＮＯｘ濃度（ＳＣＲ出ＮＯｘ）、ＮＯｘ触媒３から流出するアンモニア濃度（ＮＨ３スリップ）、下流側ＮＯｘセンサ８の感度（ＮＯｘセンサ感度）の推移を示した図である。横軸は、時間である。下流側ＮＯｘセンサ８の感度とは、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値を、実際のＮＯｘ濃度と実際のアンモニア濃度との合計値で除算した値である。ＮＯｘ触媒３から流出するＮＯｘ濃度、及びＮＯｘ触媒３から流出するアンモニア濃度が、実際の濃度である。
下流側ＮＯｘセンサ８が、ＮＯｘ及びアンモニアの濃度を正確に検知することができれば、下流側ＮＯｘセンサ８の感度は１となる。しかし、実際には、ＮＯｘ及びアンモニアが存在しているときに、下流側ＮＯｘセンサ８の感度が１よりも小さくなる。すなわち、ＮＯｘとアンモニアとが反応して減少した分だけ、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が低下するため、下流側ＮＯｘセンサ８の感度が低下する。
そして、排気中にＮＯｘ及びアンモニアが含まれているときに、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施すると、下流側ＮＯｘセンサ８の電極におけるＮＯｘ及びアンモニアの減少により、ＮＯｘ触媒３が異常であるにも関わらず、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が閾値以下となる虞がある。すなわち、ＮＯｘ触媒３が異常であるにも関わらず、正常であると診断される虞がある。そこで、ＥＣＵ１０は、排気中にＮＯｘ及びアンモニアが含まれている場合には、ＮＯｘ及びアンモニアの濃度に応じて、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を求め、該出力低下量に基づいてＮＯｘ触媒３の異常診断を実施するときの閾値を補正する。この出力低下量は、下流側ＮＯｘセンサ８に流入するＮＯｘ及びアンモニアの濃度の合計値に対応する出力からの低下量である。下流側ＮＯｘセンサ８に流入するＮＯｘ及びアンモニアの濃度は、ＮＯｘ触媒３から流出するＮＯｘ及びアンモニアの濃度と等しいものとすることができる。この出力低下量は、下流側ＮＯｘセンサ８においてＮＯｘ及びアンモニアが反応して減少した分の出力に相当する。
ここで、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量は、下流側ＮＯｘセンサ８におけるＮＯｘ及びアンモニアの反応速度と関連している。反応速度は、反応物質の濃度と、下流側ＮＯｘセンサ８の材料などによって決まる係数と、で表すことができる。なお、下流側ＮＯｘセンサ８においてアンモニアと反応するＮＯｘは、もともと排気中に含まれていたＮＯｘと、下流側ＮＯｘセンサ８の酸素ポンプ８３においてアンモニアが酸化されて生じたＮＯｘと、が含まれる。
まず、アンモニアが酸化されて生じたＮＯｘと、アンモニアと、の反応について説明する。アンモニアが酸化されて生じたＮＯｘと、アンモニアとが反応することによる下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量は、アンモニアがＮＯｘへ酸化される速度と、このＮＯｘが他のアンモニアにより還元される速度と、に関連している。そして、アンモニア濃度が高いほど、アンモニアの酸化速度が高くなる。このため、アンモニアが酸化されるときの酸化速度は以下の式で表すことができる。
酸化速度＝ｋ１［ＮＨ３］・・・（式１）
なお、ｋ１は、係数でありセンサの材料などによって決まる値である。また、［ＮＨ３］はアンモニアの濃度を示している。
また、ＮＯｘの還元速度が高いほど、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が大きくなる。そして、ＮＯｘまたはアンモニアの濃度が高いほど、アンモニアによりＮＯｘが還元され易くなるので、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が大きくなる。
すなわち、アンモニアが酸化されて生じたＮＯｘと、アンモニアとが反応するときの還元速度は、以下の式で表すことができる。
還元速度＝ｋ２（ｋ１［ＮＨ３］×［ＮＨ３］）・・・（式２）
ｋ２は係数でありセンサの材料などによって決まる値である。
次に、もともと排気中に含まれていたＮＯｘ（すなわち、ＮＯｘ触媒３から流出したＮＯｘ）と、アンモニアと、の反応について説明する。もともと排気中に含まれていたＮＯｘが、アンモニアにより還元される場合には、ＮＯｘ濃度が高いほど、また、アンモニア濃度が高いほど、反応速度が高くなるため、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が大きくなる。このため、もともと排気中に含まれていたＮＯｘが、アンモニアにより還元されるときの還元速度は、以下の式で表すことができる。
還元速度＝ｋ３［ＮＯｘ］×［ＮＨ３］・・・（式３）
なお、ｋ３は係数でありセンサの材料などによって決まる値である。また、［ＮＯｘ］はＮＯｘの濃度を示している。
そして、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量は、ｋ１、ｋ２、ｋ３、［ＮＯｘ］、［ＮＨ３］に関連する値として、以下の式で表すことができる。
出力低下量＝Ｆ（ｋ１、ｋ２、ｋ３、［ＮＯｘ］、［ＮＨ３］）・・・（式４）
ｋ１、ｋ２、ｋ３は、予め求めておくことができるため、ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ及びアンモニアの濃度に基づいて、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を算出することができる。この関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。
図４は、アンモニア（ＮＨ３）濃度と、ＮＯｘ濃度と、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量と、の関係を示した図である。ＮＯｘ濃度が高いほど、また、アンモニア濃度が高いほど、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が大きくなる。例えば、図４に示した関係を予め実験またはシミュレーションにより求めておいてマップ化しＥＣＵ１０に記憶させておけば、走行時にＮＯｘ触媒３から流出するＮＯｘ及びアンモニアの濃度に基づいて、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を算出することができる。
ＮＯｘ触媒３から流出するＮＯｘ及びアンモニアの濃度は、ＥＣＵ１０により推定される。例えば、内燃機関１の運転状態と、内燃機関１からの排気中のＮＯｘ濃度と、には関連があるため、内燃機関１の運転状態に基づいて、該内燃機関１からの排気中のＮＯｘ濃度、すなわち、ＮＯｘ触媒３に流入する排気中のＮＯｘ濃度を推定することができる。また、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定した場合または異常であると仮定した場合に、該ＮＯｘ触媒３でＮＯｘが浄化されることによるＮＯｘ濃度の低下量を推定することもできる。例えば、ＮＯｘ触媒３が正常である場合と異常である場合とで、夫々、ＮＯｘ浄化率を設定しておき、該ＮＯｘ浄化率に基づいて、ＮＯｘ濃度の低下量を夫々算出することができる。なお、ＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒３の温度、及び、ＮＯｘ触媒３を通過する排気の流速によっても変わるため、これらの影響を考慮して、ＮＯｘ浄化率を設定してもよい。このように、ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ濃度を、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定した場合または異常であると仮定した場合の夫々について推定することができる。これらの関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めておくことができる。
また、ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のアンモニア濃度は、噴射弁４から噴射されるアンモニア量、排気の温度、ＮＯｘ触媒３の劣化の度合いによって変化する。例えば、噴射弁４から噴射されるアンモニア量が多いほど、排気の温度が高いほど、ＮＯｘ触媒３の劣化の度合いが高いほど、ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のアンモニア濃度が高くなる。したがって、これらの関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のアンモニア濃度を、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定した場合または異常であると仮定した場合の夫々について推定することができる。
なお、ｋ１、ｋ２、ｋ３は、夫々、実験またはシミュレーション等により求めることができる。ｋ１、ｋ２、ｋ３は、一定の値としてもよい。また、ｋ１、ｋ２、ｋ３を、排気の温度、下流側ＮＯｘセンサ８のセンサ素子の温度、排気の流速（排気の流量としてもよい）などに応じて補正してもよい。
ここで、図５は、温度と、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量との関係を示した図である。温度は、下流側ＮＯｘセンサ８を通過する排気の温度、下流側ＮＯｘセンサ８近傍の排気の温度、又は、下流側ＮＯｘセンサ８のセンサ素子の温度とすることができる。
下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量は、温度をＴとすると、一般的には「ｅｘｐ（−Ｅ／Ｔ）」に比例する値となる。すなわち、温度が高くなるほど、ＮＯｘとアンモニアとの反応が活発になるため、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量は大きくなる。ただし、温度が高くなるほど、温度の上昇に対する下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量の上昇の度合いは小さくなる。
したがって、「ｅｘｐ（−Ｅ／Ｔ）」に比例するように、ｋ１、ｋ２、ｋ３を補正するか、または、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を補正すれば、温度に応じた補正が可能となる。
例えば、温度に対する下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を補正するための係数を予め実験またはシミュレーションなどにより求めてマップ化しておけば、温度から下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を補正するための係数を求めることができる。そして、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に係数を乗算することで、温度に応じた補正が可能となる。また、温度と、ｋ１、ｋ２、ｋ３との関係を予め実験またはシミュレーションなどにより求めてマップ化しておいてもよい。
また、図６は、排気の流速と、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量との関係を示した図である。排気の流速は、下流側ＮＯｘセンサ８のセンサ内の排気の流速である。ただし、下流側ＮＯｘセンサ８のセンサ内の排気の流速が、下流側ＮＯｘセンサ８近傍の排気の流速と相関関係にある場合には、図６の排気の流速は、下流側ＮＯｘセンサ８近傍の排気の流速としてもよい。
ここで、排気の流速によって、排気がセンサ素子に接する時間が変わるため、ＮＯｘ及びアンモニアが反応可能な時間も変わる。そして、ＮＯｘ及びアンモニアの反応時間が短くなるほど、ＮＯｘ及びアンモニアの減少量が小さくなる。すなわち、排気の流速が速くなるほど、反応時間が短くなるため、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が小さくなる。
したがって、図６に示した関係となるように、ｋ１、ｋ２、ｋ３を補正するか、または、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を補正すれば、排気の流速に応じた補正が可能となる。
例えば、排気の流速に対する下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を補正するための係数を予め実験またはシミュレーションなどにより求めてマップ化しておけば、排気の流速から下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を補正するための係数を求めることができる。そして、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に係数を乗算することで、排気の流速に応じた補正が可能となる。また、排気の流速と、ｋ１、ｋ２、ｋ３との関係を予め実験またはシミュレーションなどにより求めてマップ化しておいてもよい。また、排気の流速は、エアフローメータ１５により検知される吸入空気量に基づいて求めることができる。
このようにして下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を求めることができる。そして、ＥＣＵ１０は、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に基づいてＮＯｘ触媒３の異常診断を実施するときの閾値を補正する。
ここで、図７は、ＮＯｘ触媒３の正常時と異常時との下流側ＮＯｘセンサ８の出力値を示した図である。実線は、下流側ＮＯｘセンサ８近傍の実際のＮＯｘ及びアンモニアの濃度を示している。なお、実線は、ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ及びアンモニアの濃度としてもよい。また、破線は、下流側ＮＯｘセンサ８においてＮＯｘとアンモニアとが反応した場合の下流側ＮＯｘセンサ８の出力値を示しており、下流側ＮＯｘセンサ８の実際の出力値を示している。
図７における「ＮＨ３」は、アンモニアによる出力増加分であり、排気中のアンモニア濃度を示している。また、「ＮＯｘ」は、ＮＯｘによる出力増加分であり、排気中のＮＯｘ濃度を示している。閾値は、ＮＯｘ触媒３が正常であるか、又は、異常であるかを診断するための閾値であり、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が閾値以下であればＮＯｘ触媒３が正常であり、閾値よりも大きければＮＯｘ触媒３が異常であると診断される。なお、図７に示した閾値は、補正前の閾値である。補正前の閾値は、内燃機関１の運転状態（例えば、機関回転数及び機関負荷）と関連しているため、内燃機関１の運転状態と、閾値と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。また、ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ及びアンモニアの濃度は、ＮＯｘ触媒３の温度、及び、ＮＯｘ触媒３を通過する排気の流速によっても変わるため、これらの影響を考慮して、閾値を設定してもよい。
下流側ＮＯｘセンサ８においてＮＯｘとアンモニアとが反応した場合の下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を、ＮＯｘ触媒３が正常の場合にはＡで示しており、ＮＯｘ触媒３が異常の場合にはＢで示している。
上述のように、ＥＣＵ１０は、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が閾値よりも大きい場合にＮＯｘ触媒３が異常であると診断する。そして、ＮＯｘ触媒３が正常である場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が閾値以下となる。このため、ＮＯｘ触媒３は正常であると正確に診断することができる。一方、ＮＯｘ触媒３が異常である場合には、ＮＯｘ触媒３から流出するＮＯｘ及びアンモニアの量が多くなる。このため、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が大きくなるので、下流側ＮＯｘセンサ８の実際の出力値が閾値よりも低くなり得る。そうすると、ＮＯｘ触媒３が異常であるにも関わらず、ＮＯｘ触媒３が正常であると誤った診断がなされる虞がある。これに対し、本実施例では、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に応じて閾値を補正している。
ここで、図８は、補正前の閾値と、補正後の閾値と、の関係を示した図である。補正後の閾値は、補正前の閾値よりも小さい値に設定される。補正前の閾値は、ＮＯｘ触媒３が正常である場合の、下流側ＮＯｘセンサ８近傍のアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との合計値の上限値として設定している。すなわち、補正前の閾値は、ＮＯｘ触媒３の劣化の度合いが許容範囲内となる場合に、ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ及びアンモニアの濃度である。一方、補正後の閾値は、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂに基づいて決定される。例えば、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して、該ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ及びアンモニアの濃度を推定する。そして、このＮＯｘ及びアンモニアの濃度の推定値に基づいて、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂを算出する。ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定した場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下が顕著になるため、この出力低下量に基づいて閾値を補正することにより、ＮＯｘ触媒３の異常診断の精度を高めることができる。
例えば、補正後の閾値は、「補正前の閾値」から、「ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂ」を減算した値とすることができる。このように、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂを、閾値の補正量とすることができる。
なお、「ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂ」は、「ＮＯｘ触媒３の劣化の度合いが許容範囲を超えた所定の劣化の度合いであると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量」としてもよく、また、「ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境にあると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量」としてもよい。
また、「ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂ」と、「ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ａ」と、の合計値（Ａ＋Ｂ）を、閾値の補正量としてもよい。すなわち、補正後の閾値は、補正前の閾値から、前記合計値（Ａ＋Ｂ）を減算した値としてもよい。例えば、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定して、該ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ及びアンモニアの濃度を推定する。そして、このＮＯｘ及びアンモニアの濃度の推定値に基づいて、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ａを算出する。
下流側ＮＯｘセンサ８の出力値の閾値は、ＮＯｘ触媒３が正常であるときの出力値以上で、且つ、ＮＯｘ触媒３が異常であるときの出力値よりも小さくなるように設定されるべきである。ここで、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量は、内燃機関１の運転条件等によって変化する。そして、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂのみに基づいて閾値を補正した場合、内燃機関１の運転条件等によっては、補正後の閾値が、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定した場合に算出される下流側ＮＯｘセンサ８の出力値よりも小さくなることもある。この場合、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値の閾値を、ＮＯｘ触媒３が正常であるときの出力値以上で、且つ、ＮＯｘ触媒３が異常であるときの出力値よりも小さくなるように設定することができない。これに対し、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定した場合に算出された下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ａをさらに考慮することで、上記の範囲に閾値を設定することができる。また、ＮＯｘ触媒３が異常であるのにもかかわらず正常であると誤判定されることを抑制するためには、閾値が小さいほうがよい。このため、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ａをさらに考慮して、閾値をさらに小さくすることにより、ＮＯｘ触媒４が異常であるのにもかかわらず正常であると誤判定されることを抑制することができる。
また、閾値の補正量は、「ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂ」以上で、且つ、「前記合計値（Ａ＋Ｂ）」以下の値としてもよい。すなわち、以下の関係を満たすように、閾値の補正量を設定してもよい。
Ｂ≦閾値の補正量≦Ａ＋Ｂ
以上説明したように閾値を補正することにより、ＮＯｘ触媒３が正常である場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の実際の出力値は補正後の閾値以下となる。このため、ＮＯｘ触媒３は正常であると診断することができる。また、ＮＯｘ触媒３が異常である場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の実際の出力値が補正後の閾値よりも大きくなる。このため、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断することができる。
図９は、本実施例に係るＮＯｘ触媒３の異常診断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。
ステップＳ１０１では、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施する前提条件が成立しているか否か判定される。本ステップでは、ＮＯｘ触媒３の異常診断が正確に実施可能な状態であるか否か判定される。例えば、ＮＯｘ触媒３が正常であればＮＯｘの浄化率が高くなる状態であり、且つ、下流側ＮＯｘセンサ８においてＮＯｘ及びアンモニアが検知される状態であることを前提条件とする。例えば、ＮＯｘ触媒３が活性している場合、下流側ＮＯｘセンサ８が活性している場合、内燃機関１の暖機が完了している場合、の何れにも該当する場合に、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施する前提条件が成立していると判定される。ＮＯｘ触媒３の温度は、温度センサ９により検知することができる。また、下流側ＮＯｘセンサ８が活性しているか否かは、公知の技術を用いることができる。また、本ステップでは、噴射弁４からアンモニア又はアンモニアの前駆体が供給されていることを前提条件に加えることもできる。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ステップＳ１０８へ進む。
ステップＳ１０２では、ＮＯｘ触媒３から流出するＮＯｘ及びアンモニアの濃度が推定される。このＮＯｘ及びアンモニアの濃度は、内燃機関１の運転状態などに基づいて得られる値であり、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定した場合の値である。さらに、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定した場合の値を推定してもよい。なお、本実施例においてはステップＳ１０２を処理するＥＣＵ１０が、本発明におけるＮＯｘ濃度推定部及びアンモニア濃度推定部に相当する。
ステップＳ１０３では、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が算出される。この出力低下量は、ステップＳ１０２で推定されるＮＯｘ触媒３から流出するＮＯｘ及びアンモニアの濃度の推定値に基づいて、上記式４により算出される。
式４、及び、係数ｋ１、ｋ２、ｋ３は予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。本ステップでは、さらに、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定した場合の下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を算出してもよい。なお、本実施例においてはステップＳ１０３を処理するＥＣＵ１０が、本発明における算出部に相当する。
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で算出される下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に基づいて、ＮＯｘ触媒３の異常診断時に用いる閾値が補正される。補正前の閾値は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。そして、補正前の閾値から、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂを減算することで、補正後の閾値を算出することができる。なお、補正後の閾値は、「補正前の閾値」から、「ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂと、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ａと、の合計値（Ａ＋Ｂ）」を減算した値としてもよい。また、補正後の閾値は、「補正前の閾値」から、「ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂ」以上で、且つ、「ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂと、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ａと、の合計値（Ａ＋Ｂ）」以下の値を減算した値としてもよい。
ステップＳ１０５では、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が補正後の閾値以下であるか否か判定される。すなわち、ＮＯｘ触媒３の異常診断が実施される。ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６へ進んで、ＮＯｘ触媒３は正常であると診断される。一方、ステップＳ１０５で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進んで、ＮＯｘ触媒３は異常であると診断される。なお、本実施例においてはステップＳ１０４を処理するＥＣＵ１０が、本発明における診断制御部に相当し、ステップＳ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における診断部に相当する。
一方、ステップＳ１０８では、ＮＯｘ触媒３の異常診断に適した状態ではないため、ＮＯｘ触媒３の異常診断が禁止される。すなわち、ＮＯｘ触媒３の異常診断は実施されない。異常診断を実施しないことには、例えば、ＥＣＵ１０が下流側ＮＯｘセンサ８の出力値を読み込むが、この出力値を用いて異常診断を実施しないことを含む。また、異常診断を実施しないことには、例えば、ＥＣＵ１０がＮＯｘセンサ８の出力値に基づいて異常診断を実施するが、この診断結果をキャンセルすることを含む。また、異常診断を実施しないことには、例えば、ＥＣＵ１０が下流側ＮＯｘセンサ８の出力値を読み込まないことを含む。
なお、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値を、温度または排気の流速に応じて決定される補正係数を用いて補正する場合がある。このような場合には、閾値を補正する代わりに、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値の補正係数を補正してもよい。
なお、本実施例に係るＮＯｘ触媒３の異常診断は、ＮＯｘ触媒３からアンモニアが流れ出るような状況であっても実施可能である。したがって、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施するときに、ＮＯｘ触媒３に、通常よりも多くのアンモニアを供給してもよい。ここで、通常とは、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施しない場合である。また、通常とは、ＮＯｘ触媒３においてＮＯｘを浄化するために、該ＮＯｘ触媒３に流入するＮＯｘに応じてアンモニアを供給する場合としてもよい。すなわち、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘの還元のためにＮＯｘ触媒３に流入するＮＯｘ量に応じた量のアンモニアを供給するが、異常診断時には、これよりも多い量のアンモニアを供給してもよい。また、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施するときに供給するアンモニアの量は、ＮＯｘ触媒３が正常であれば該ＮＯｘ触媒３からアンモニアが殆ど流出せず、且つ、ＮＯｘ触媒３が異常であれば該ＮＯｘ触媒３からアンモニアが流出するように設定してもよい。
このように、アンモニアの供給量を増加させることで、ＮＯｘ触媒３が異常であれば該ＮＯｘ触媒３から流出するアンモニアが増加する。ＮＯｘ触媒３が正常であれば、アンモニアの供給量が増加することで、ＮＯｘ浄化率が向上する。このため、ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ及びアンモニアの濃度が減少する。一方、ＮＯｘ触媒３が異常であれば、アンモニアの吸着性能が低下しているため、アンモニアの供給量が増加することで、ＮＯｘ触媒３から流出するアンモニアが増加する。したがって、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が大きくなる。これにより、ＮＯｘ触媒３が正常の場合と異常の場合とで下流側ＮＯｘセンサ８の出力値の差が大きくなるので、異常診断の精度を向上させることができる。
また、本実施例に係るＮＯｘ触媒３の異常診断は、排気中にアンモニアが存在しない場合にも用いることができる。この場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値の低下がないものとして考える。同様に、本実施例に係るＮＯｘ触媒３の異常診断は、ＮＯｘ触媒３に供給するアンモニア量が前記通常よりも少ない場合にも用いることができる。この場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が小さいものとして考える。
なお、本実施例においては、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値の閾値を、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に基づいて補正しているが、これに代えて、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値を、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に基づいて補正してもよい。すなわち、閾値から、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂを減算することで、閾値を補正することに代えて、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値に出力低下量Ｂを加算することにより、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値を補正してもよい。また、補正後の下流側ＮＯｘセンサ８の出力値は、「補正前の出力値」に、「出力低下量Ｂ以上であって、且つ、出力低下量Ａと出力低下量Ｂとの合計値以下の値」を加算した値としてもよい。この場合、上記ステップＳ１０４において閾値を補正する代わりに、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値を補正し、ステップＳ１０５において下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が補正後の閾値以下であるか否か判定する代わりに、補正後の下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が閾値以下であるか否か判定する。また、本実施例においては、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値の閾値から、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を減算して補正を行っているが、これに代えて、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値の閾値に、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に基づいた補正係数を乗算することで補正を行ってもよい。また、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値を補正する場合にも、補正係数を乗算することにより補正を行ってもよい。
以上説明したように、本実施例では、下流側ＮＯｘセンサ８においてＮＯｘとアンモニアとが反応することで、該下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が低下することを考慮してＮＯｘ触媒３の異常診断を実施することで、異常診断の精度を向上させることができる。
（実施例２）
実施例１では、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に応じて閾値を補正してＮＯｘ触媒３の異常診断を実施した。一方、本実施例では、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に基づいて、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施するか否かを判定する。
ここで、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値と閾値とを比較してＮＯｘ触媒３の異常診断を実施する場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が大きくなるほど、ＮＯｘ触媒３の異常診断に用いる閾値が小さくなる。閾値が小さくなりすぎると、閾値がＮＯｘ触媒３の正常時の下流側ＮＯｘセンサ８の出力値に近付く。すなわち、閾値が小さくなることにより、ＮＯｘ触媒３が正常であっても、下流側ＮＯｘセンサ８の実際の出力値が閾値よりも大きくなり得る。このため、ＮＯｘ触媒３が正常であるにも関わらず、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断される虞がある。
ところで、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が小さい場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値は、実際の濃度に対応する値と近い値になるため、閾値を補正する必要がない。一方、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が大きくなると、上記の通り診断の精度が低下する。そこで、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が所定量以下である場合に限り、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施すれば、異常診断の精度低下を抑制できる。所定量は、ＮＯｘ触媒３の異常診断の精度が許容範囲内となる場合の下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量の上限値である。また、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が所定量よりも大きな場合には、ＮＯｘ触媒３の診断を禁止することにより、誤診断を抑制することができる。
図１０は、本実施例に係るＮＯｘ触媒３の異常診断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、前記ルーチンと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。本ルーチンでは、前記ルーチンのステップＳ１０４に代わり、ステップＳ２０１が実施される。
すなわち、本実施例では、ステップＳ１０３の後に、ステップＳ２０１が処理される。ステップＳ２０１では、ステップＳ１０３で算出される下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が、所定量以下であるか否か判定される。所定量は、ＮＯｘ触媒３の異常診断の精度が許容範囲内となる場合の下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量の上限値である。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。
ステップＳ２０２では、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が閾値以下であるか否か判定される。即ち、ＮＯｘ触媒３の診断が実施される。この閾値は、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に基づいた補正を行っていない値である。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６へ進んで、ＮＯｘ触媒３は正常であると診断される。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Ｓ１０７へ進んで、ＮＯｘ触媒３は異常であると診断される。なお、本実施例においてはステップＳ２０１，Ｓ１０８を処理するＥＣＵが、本発明における診断制御部に相当し、ステップＳ２０２，Ｓ１０６，Ｓ１０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における診断部に相当する。
なお、本実施例では、前記ルーチンのステップＳ１０４を併せて実施してもよい。図１１は、本実施例に係るＮＯｘ触媒３の異常診断のフローを示した他の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、前記ルーチンと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。本ルーチンでは、前記ルーチンのステップＳ１０４及びステップＳ２０１が実施される。そして、ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。このような場合には、ステップＳ２０１，Ｓ１０４，Ｓ１０８を処理するＥＣＵ１０が、本発明における診断制御部に相当し、ステップＳ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における診断部に相当する。
以上説明したように、本実施例によれば、下流側ＮＯｘセンサ８においてＮＯｘとアンモニアとが反応することによる該下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が小さいときに限りＮＯｘ触媒３の異常診断を実施することで、異常診断の精度を向上させることができる。
（実施例３）
上記実施例では、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値と、出力値の閾値と、を比較することで、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施しているが、以下の実施例では、ＮＯｘ触媒３におけるＮＯｘ浄化率と、ＮＯｘ浄化率の閾値と、を比較することで、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施する。
ＥＣＵ１０は、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、閾値よりも小さい場合にはＮＯｘ触媒３が異常であると診断し、閾値以上の場合にはＮＯｘ触媒３が正常であると診断する。ＮＯｘ浄化率の閾値は、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境にあるときのＮＯｘ浄化率である。また、この閾値は、ＮＯｘ触媒３が正常である場合の、ＮＯｘ浄化率の下限値としてもよい。なお、閾値は、ある程度の余裕を持たせてもよい。
ＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒３に流入する排気中のＮＯｘ濃度に対する、ＮＯｘ触媒３において浄化されることにより減少するＮＯｘ濃度の比である。ＮＯｘ触媒３に流入する排気中のＮＯｘ濃度から、ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ濃度を減算した値が、ＮＯｘ触媒３において浄化されることにより減少するＮＯｘ濃度である。そして、ＮＯｘ触媒３に流入する排気中のＮＯｘ濃度は、上流側ＮＯｘセンサ７に基づいて検知するか、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３から流出する排気中のＮＯｘ濃度は、下流側ＮＯｘセンサ８に基づいて検知する。したがって、算出されるＮＯｘ浄化率も、排気中のアンモニアの影響を受ける。
ここで、排気中にＮＯｘ及びアンモニアが含まれているときに、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施すると、下流側ＮＯｘセンサ８の電極におけるＮＯｘ及びアンモニアの減少により、ＮＯｘ触媒３が異常であるにも関わらず、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が閾値以上となる虞がある。すなわち、ＮＯｘ触媒３が異常であるにも関わらず、正常であると診断される虞がある。そこで、ＥＣＵ１０は、排気中にＮＯｘ及びアンモニアが含まれている場合には、ＮＯｘ及びアンモニアの濃度に応じて、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を求め、該出力低下量に基づいてＮＯｘ触媒３の異常診断を実施するときの閾値を補正する。ＮＯｘとアンモニアとが反応することで、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が低下するため、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率は、実際のＮＯｘ浄化率よりも高くなる。したがって、ＮＯｘ及びアンモニアの影響によりＮＯｘ浄化率が高くなった分だけ、ＮＯｘ浄化率の閾値を大きくすることで、ＮＯｘ触媒３の異常診断の精度を向上させることができる。
ここで、図１２は、ＮＯｘ触媒３の正常時と異常時とのＮＯｘ浄化率を示した図である。実線は、ＮＯｘ触媒３の実際のＮＯｘ浄化率を示している。また、破線は、下流側ＮＯｘセンサ８においてＮＯｘとアンモニアとが反応した場合の下流側ＮＯｘセンサ８の出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率を示している。
図１２における閾値は、ＮＯｘ触媒３が正常であるか、又は、異常であるかを診断するための閾値であり、ＮＯｘ浄化率が閾値以上であればＮＯｘ触媒３が正常であり、閾値よりも小さければＮＯｘ触媒３が異常であると診断される。なお、図１２に示した閾値は、補正前の閾値である。補正前の閾値は、内燃機関１の運転状態（例えば、機関回転数及び機関負荷）と関連しているため、内燃機関１の運転状態と、閾値と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。また、ＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒３の温度、及び、ＮＯｘ触媒３を通過する排気の流速によっても変わるため、これらの影響を考慮して、閾値を設定してもよい。
図１２において、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の、実際のＮＯｘ浄化率からの上昇量を、ＮＯｘ触媒３が正常の場合にはＡＡで示しており、ＮＯｘ触媒３が異常の場合にはＢＢで示している。
上述のように、ＥＣＵ１０は、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が閾値よりも小さい場合にＮＯｘ触媒３が異常であると診断する。そして、ＮＯｘ触媒３が正常である場合には、ＮＯｘ浄化率が上昇したとしても、ＮＯｘ浄化率が閾値以上であることには変わらないため、ＮＯｘ触媒３は正常であると正確に診断することができる。一方、ＮＯｘ触媒３が異常である場合には、ＮＯｘ触媒３から流出するＮＯｘ及びアンモニアの量が多くなる。このため、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が大きくなり、ＮＯｘ浄化率の上昇量が大きくなるので、算出されるＮＯｘ浄化率が閾値よりも高くなり得る。そうすると、ＮＯｘ触媒３が異常であるにも関わらず、ＮＯｘ触媒３が正常であると誤った診断がなされる虞がある。これに対し、本実施例では、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に応じて閾値を補正している。
ここで、図１３は、補正前の閾値と、補正後の閾値と、の関係を示した図である。補正後の閾値は、補正前の閾値よりも大きい値に設定される。補正前の閾値は、ＮＯｘ触媒３が正常である場合の、ＮＯｘ浄化率の下限値として設定している。すなわち、補正前の閾値は、ＮＯｘ触媒３の劣化の度合いが許容範囲内となる場合の、ＮＯｘ触媒３のＮＯｘ浄化率である。一方、補正後の閾値は、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出したＮＯｘ浄化率の上昇量ＢＢに基づいて決定される。ＮＯｘ浄化率の上昇量ＢＢは、ＮＯｘ触媒３に流入する排気中のＮＯｘ濃度に対する、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定した場合の下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂの比である。例えば、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して、該ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ及びアンモニアの濃度を推定する。そして、このＮＯｘ及びアンモニアの濃度の推定値に基づいて、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂを算出する。ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定した場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下が顕著になるため、この出力低下量に基づいて閾値を補正することにより、ＮＯｘ触媒３の異常診断の精度を高めることができる。
例えば、補正後の閾値は、「補正前の閾値」に、「ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出したＮＯｘ浄化率の上昇量ＢＢ」を加算した値とすることができる。このように、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出したＮＯｘ浄化率の上昇量ＢＢを、閾値の補正量とすることができる。
なお、「ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出したＮＯｘ浄化率の上昇量」は、「ＮＯｘ触媒３の劣化の度合いが許容範囲を超えた所定の劣化の度合いであると仮定して算出したＮＯｘ浄化率の上昇量」としてもよく、また、「ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境にあると仮定して算出したＮＯｘ浄化率の上昇量」としてもよい。
また、「ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出したＮＯｘ浄化率の上昇量ＢＢ」と、「ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定して算出したＮＯｘ浄化率の上昇量ＡＡ」と、の合計値（ＡＡ＋ＢＢ）を、閾値の補正量としてもよい。すなわち、補正後の閾値は、補正前の閾値に、前記合計値（ＡＡ＋ＢＢ）を加算した値としてもよい。例えば、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定して、該ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ及びアンモニアの濃度を推定する。そして、このＮＯｘ及びアンモニアの濃度の推定値に基づいて、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ａを算出し、該下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ａに基づいて、ＮＯｘ浄化率の上昇量ＡＡを算出する。
ＮＯｘ浄化率の閾値は、ＮＯｘ触媒３が異常であるときのＮＯｘ浄化率よりも大きく、且つ、ＮＯｘ触媒３が正常であるときのＮＯｘ浄化率以下となるように設定されるべきである。ここで、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量は、内燃機関１の運転条件等によって変化する。そして、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出したＮＯｘ浄化率の上昇量ＢＢのみに基づいて閾値を補正した場合、内燃機関１の運転条件等によっては、補正後の閾値が、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定した場合に算出されるＮＯｘ浄化率よりも大きくなることもある。この場合、ＮＯｘ浄化率の閾値を、ＮＯｘ触媒３が異常であるときのＮＯｘ浄化率よりも大きく、且つ、ＮＯｘ触媒３が正常であるときのＮＯｘ浄化率以下となるように設定することができない。これに対し、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定した場合に算出されたＮＯｘ浄化率の上昇量ＡＡをさらに考慮することで、上記の範囲に閾値を設定することができる。また、ＮＯｘ触媒３が異常であるのにもかかわらず正常であると誤判定されることを抑制するためには、閾値が大きいほうがよい。このため、ＮＯｘ浄化率の上昇量ＡＡをさらに考慮して、閾値をさらに大きくすることにより、ＮＯｘ触媒３が異常であるのにもかかわらず正常であると誤判定されることを抑制することができる。
また、閾値の補正量は、「ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出したＮＯｘ浄化率の上昇量ＢＢ」以上で、且つ、「前記合計値（ＡＡ＋ＢＢ）」以下の値としてもよい。すなわち、以下の関係を満たすように、閾値の補正量を設定してもよい。
ＢＢ≦閾値の補正量≦ＡＡ＋ＢＢ
以上説明したように閾値を補正することにより、ＮＯｘ触媒３が正常である場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率は補正後の閾値以上となる。このため、ＮＯｘ触媒３は正常であると診断することができる。また、ＮＯｘ触媒３が異常である場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が補正後の閾値よりも小さくなる。このため、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断することができる。
図１４は、本実施例に係るＮＯｘ触媒３の異常診断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。
ステップＳ１１０１では、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施する前提条件が成立しているか否か判定される。本ステップでは、ＮＯｘ触媒３の異常診断が正確に実施可能な状態であるか否か判定される。例えば、ＮＯｘ触媒３が正常であればＮＯｘの浄化率が高くなる状態であり、且つ、下流側ＮＯｘセンサ８においてＮＯｘ及びアンモニアが検知される状態であることを前提条件とする。例えば、ＮＯｘ触媒３が活性している場合、下流側ＮＯｘセンサ８が活性している場合、内燃機関１の暖機が完了している場合、の何れにも該当する場合に、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施する前提条件が成立していると判定される。ＮＯｘ触媒３の温度は、温度センサ９により検知することができる。また、下流側ＮＯｘセンサ８が活性しているか否かは、公知の技術を用いることができる。また、本ステップでは、噴射弁４からアンモニア又はアンモニアの前駆体が供給されていることを前提条件に加えることもできる。ステップＳ１１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１０８へ進む。
ステップＳ１１０２では、ＮＯｘ触媒３から流出するＮＯｘ及びアンモニアの濃度が推定される。このＮＯｘ及びアンモニアの濃度は、内燃機関１の運転状態などに基づいて得られる値であり、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定した場合の値である。さらに、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定した場合の値を推定してもよい。なお、本実施例においてはステップＳ１１０２を処理するＥＣＵ１０が、本発明におけるＮＯｘ濃度推定部及びアンモニア濃度推定部に相当する。
ステップＳ１１０３では、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が算出される。この出力低下量は、ステップＳ１１０２で推定されるＮＯｘ触媒３から流出するＮＯｘ及びアンモニアの濃度の推定値に基づいて、上記式４により算出される。
式４、及び、係数ｋ１、ｋ２、ｋ３は予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。本ステップでは、さらに、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定した場合の下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量を算出してもよい。なお、本実施例においてはステップＳ１１０３を処理するＥＣＵ１０が、本発明における算出部に相当する。
ステップＳ１１０４では、ステップＳ１１０３で算出される下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に基づいて、ＮＯｘ触媒３の異常診断時に用いる閾値が補正される。補正前の閾値は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。そして、補正前の閾値に、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出した下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量Ｂに基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量ＢＢを加算することで、補正後の閾値を算出することができる。なお、補正後の閾値は、「補正前の閾値」に、「ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出したＮＯｘ浄化率の上昇量ＢＢと、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定して算出したＮＯｘ浄化率の上昇量ＡＡと、の合計値（ＡＡ＋ＢＢ）」を加算した値としてもよい。また、補正後の閾値は、「補正前の閾値」に、「ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出したＮＯｘ浄化率の上昇量ＢＢ」以上で、且つ、「上記合計値（ＡＡ＋ＢＢ）」以下の値を加算した値としてもよい。
ステップＳ１１０５では、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が補正後の閾値以上であるか否か判定される。すなわち、ＮＯｘ触媒３の異常診断が実施される。ステップＳ１１０５で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１１０６へ進んで、ＮＯｘ触媒３は正常であると診断される。一方、ステップＳ１１０５で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１１０７へ進んで、ＮＯｘ触媒３は異常であると診断される。なお、本実施例においてはステップＳ１１０４を処理するＥＣＵ１０が、本発明における診断制御部に相当し、ステップＳ１１０５，Ｓ１１０６，Ｓ１１０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における診断部に相当する。
一方、ステップＳ１１０８では、ＮＯｘ触媒３の異常診断に適した状態ではないため、ＮＯｘ触媒３の異常診断が禁止される。すなわち、ＮＯｘ触媒３の異常診断は実施されない。異常診断を実施しないことには、例えば、ＥＣＵ１０が下流側ＮＯｘセンサ８の出力値を読み込むが、この出力値を用いて異常診断を実施しないことを含む。また、異常診断を実施しないことには、例えば、ＥＣＵ１０がＮＯｘセンサ８の出力値に基づいて異常診断を実施するが、この診断結果をキャンセルすることを含む。また、異常診断を実施しないことには、例えば、ＥＣＵ１０が下流側ＮＯｘセンサ８の出力値を読み込まないことを含む。
なお、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値を、温度または排気の流速に応じて決定される補正係数を用いて補正する場合がある。このような場合には、閾値を補正する代わりに、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値の補正係数を補正してもよい。
なお、本実施例に係るＮＯｘ触媒３の異常診断は、ＮＯｘ触媒３からアンモニアが流れ出るような状況であっても実施可能である。したがって、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施するときに、ＮＯｘ触媒３に、通常よりも多くのアンモニアを供給してもよい。ここで、通常とは、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施しない場合である。また、通常とは、ＮＯｘ触媒３においてＮＯｘを浄化するために、該ＮＯｘ触媒３に流入するＮＯｘに応じてアンモニアを供給する場合としてもよい。すなわち、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘの還元のためにＮＯｘ触媒３に流入するＮＯｘ量に応じた量のアンモニアを供給するが、異常診断時には、これよりも多い量のアンモニアを供給してもよい。また、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施するときに供給するアンモニアの量は、ＮＯｘ触媒３が正常であれば該ＮＯｘ触媒３からアンモニアが殆ど流出せず、且つ、ＮＯｘ触媒３が異常であれば該ＮＯｘ触媒３からアンモニアが流出するように設定してもよい。
このように、アンモニアの供給量を増加させることで、ＮＯｘ触媒３が異常であれば該ＮＯｘ触媒３から流出するアンモニアが増加する。ＮＯｘ触媒３が正常であれば、アンモニアの供給量が増加することで、ＮＯｘ浄化率が向上する。このため、ＮＯｘ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ及びアンモニアの濃度が減少する。一方、ＮＯｘ触媒３が異常であれば、アンモニアの吸着性能が低下しているため、アンモニアの供給量が増加することで、ＮＯｘ触媒３から流出するアンモニアが増加する。したがって、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が大きくなり、算出されるＮＯｘ浄化率は小さくなる。これにより、ＮＯｘ触媒３が正常の場合と異常の場合とでＮＯｘ浄化率の差が大きくなるので、異常診断の精度を向上させることができる。
また、本実施例に係るＮＯｘ触媒３の異常診断は、排気中にアンモニアが存在しない場合にも用いることができる。この場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値の低下がないものとして考える。同様に、本実施例に係るＮＯｘ触媒３の異常診断は、ＮＯｘ触媒３に供給するアンモニア量が前記通常よりも少ない場合にも用いることができる。この場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が小さいものとして考える。
なお、本実施例においては、ＮＯｘ浄化率の閾値を、ＮＯｘ浄化率の上昇量に基づいて補正しているが、これに代えて、算出されるＮＯｘ浄化率を、ＮＯｘ浄化率の上昇量に基づいて補正してもよい。すなわち、閾値に、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量ＢＢを加算することで、閾値を補正することに代えて、算出されるＮＯｘ浄化率からＮＯｘ浄化率の上昇量ＢＢを減算することにより、ＮＯｘ浄化率を補正してもよい。また、補正後のＮＯｘ浄化率は、「補正前のＮＯｘ浄化率」に、「ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定して算出したＮＯｘ浄化率の上昇量ＢＢ」以上で、且つ、「前記合計値（ＡＡ＋ＢＢ）」以下の値を減算した値としてもよい。この場合、上記ステップＳ１１０４において閾値を補正する代わりに、ＮＯｘ浄化率を補正し、ステップＳ１１０５においてＮＯｘ浄化率が補正後の閾値以上であるか否か判定する代わりに、補正後のＮＯｘ浄化率が閾値以上であるか否か判定する。また、本実施例においては、ＮＯｘ浄化率の閾値に、ＮＯｘ浄化率の上昇量を加算して補正を行っているが、これに代えて、ＮＯｘ浄化率の閾値に、ＮＯｘ浄化率の上昇量または下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に基づいた補正係数を乗算することで補正を行ってもよい。また、ＮＯｘ浄化率を補正する場合にも、補正係数を乗算することにより補正を行ってもよい。
以上説明したように、本実施例では、下流側ＮＯｘセンサ８においてＮＯｘとアンモニアとが反応することで、該下流側ＮＯｘセンサ８の出力値が低下することを考慮してＮＯｘ触媒３の異常診断を実施することで、異常診断の精度を向上させることができる。
（実施例４）
実施例３では、ＮＯｘ浄化率の上昇量に応じて閾値を補正してＮＯｘ触媒３の異常診断を実施した。一方、本実施例では、ＮＯｘ浄化率の上昇量に基づいて、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施するか否かを判定する。
ここで、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率と閾値とを比較してＮＯｘ触媒３の異常診断を実施する場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が大きくなるほど、ＮＯｘ浄化率の上昇量が大きくなり、ＮＯｘ触媒３の異常診断に用いる閾値が大きくなる。閾値が大きくなりすぎると、閾値がＮＯｘ触媒３の正常時のＮＯｘ浄化率に近付く。すなわち、閾値が大きくなることにより、ＮＯｘ触媒３が正常であっても、算出されるＮＯｘ浄化率が閾値よりも小さくなり得る。このため、ＮＯｘ触媒３が正常であるにも関わらず、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断される虞がある。
ところで、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が小さい場合には、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値は、実際の濃度に対応する値と近い値になるため、閾値を補正する必要がない。一方、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量が大きくなり、ＮＯｘ浄化率の上昇量が大きくなると、上記の通り診断の精度が低下する。そこで、ＮＯｘ浄化率の上昇量が所定量以下である場合に限り、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施すれば、異常診断の精度低下を抑制できる。所定量は、ＮＯｘ触媒３の異常診断の精度が許容範囲内となる場合のＮＯｘ浄化率の上昇量の上限値である。また、ＮＯｘ浄化率の上昇量が所定量よりも大きな場合には、ＮＯｘ触媒３の診断を禁止することにより、誤診断を抑制することができる。
図１５は、本実施例に係るＮＯｘ触媒３の異常診断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、前記ルーチンと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。本ルーチンでは、前記ルーチンのステップＳ１１０４に代わり、ステップＳ１２０１が実施される。
すなわち、本実施例では、ステップＳ１１０３の後に、ステップＳ１２０１が処理される。ステップＳ１２０１では、ステップＳ１１０３で算出される下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量が、所定量以下であるか否か判定される。所定量は、ＮＯｘ触媒３の異常診断の精度が許容範囲内となる場合のＮＯｘ浄化率の上昇量の上限値である。ステップＳ１２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１０８へ進む。
ステップＳ１２０２では、下流側ＮＯｘセンサ８の出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が閾値以上であるか否か判定される。即ち、ＮＯｘ触媒３の診断が実施される。この閾値は、下流側ＮＯｘセンサ８の出力低下量に基づいた補正を行っていない値である。ステップＳ１２０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１１０６へ進んで、ＮＯｘ触媒３は正常であると診断される。一方、ステップＳ１２０２で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１１０７へ進んで、ＮＯｘ触媒３は異常であると診断される。なお、本実施例においてはステップＳ１２０１，Ｓ１１０８を処理するＥＣＵが、本発明における診断制御部に相当し、ステップＳ１２０２，Ｓ１１０６，Ｓ１１０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における診断部に相当する。
なお、本実施例では、前記ルーチンのステップＳ１１０４を併せて実施してもよい。図１６は、本実施例に係るＮＯｘ触媒３の異常診断のフローを示した他の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、前記ルーチンと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。本ルーチンでは、前記ルーチンのステップＳ１１０４及びステップＳ１２０１が実施される。すなわち、ステップＳ１２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１０８へ進む。このような場合には、ステップＳ１２０１，Ｓ１１０４，Ｓ１１０８を処理するＥＣＵ１０が、本発明における診断制御部に相当し、ステップＳ１１０５，Ｓ１１０６，Ｓ１１０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における診断部に相当する。
以上説明したように、本実施例によれば、下流側ＮＯｘセンサ８においてＮＯｘとアンモニアとが反応することによるＮＯｘ浄化率の上昇量が小さいときに限りＮＯｘ触媒３の異常診断を実施することで、異常診断の精度を向上させることができる。
１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 選択還元型ＮＯｘ触媒
４ 噴射弁
５ 吸気通路
６ スロットル
７ 上流側ＮＯｘセンサ
８ 下流側ＮＯｘセンサ
９ 温度センサ
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
１５ エアフローメータ

Claims (15)

  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する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側で、該選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する供給部と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側に設けられ、該選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ及びアンモニアを検知するとともに、ＮＯｘとアンモニアとが反応するセンサと、
    を備えた内燃機関の排気浄化装置における該排気浄化装置の異常診断装置において、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定部と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のアンモニア濃度を推定するアンモニア濃度推定部と、
    前記ＮＯｘ濃度推定部により推定されるＮＯｘ濃度と、前記アンモニア濃度推定部により推定されるアンモニア濃度と、に基づいて、前記センサにおいてＮＯｘとアンモニアとが反応することによる前記センサの出力低下量を算出する算出部と、
    前記センサの出力値に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の診断を実施する診断部と、
    前記算出部により算出される前記センサの出力低下量に基づいて、前記診断部における診断を制御する診断制御部と、
    を備える排気浄化装置の異常診断装置。
  2. 前記診断制御部は、
    前記算出部により算出される前記センサの出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量が、所定量以下の場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常診断を実施し、
    前記算出部により算出される前記センサの出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量が、前記所定量よりも大きい場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常診断を実施しない
    請求項１に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
  3. 前記診断部は、
    前記センサの出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、閾値以上の場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると診断し、
    前記センサの出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率が、前記閾値よりも小さい場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断し、
    前記診断制御部は、前記閾値または前記ＮＯｘ浄化率を、前記算出部により算出される前記センサの出力低下量に基づいて補正する
    請求項１または２に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
  4. 前記診断制御部は、前記閾値に、前記出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量を加算することで該閾値を補正する請求項３に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
  5. 前記診断制御部は、前記センサの出力値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率から、前記出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量を減算することで該ＮＯｘ浄化率を補正する請求項３に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
  6. 前記ＮＯｘ濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度を推定し、
    前記アンモニア濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のアンモニア濃度を推定し、
    前記算出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量を算出し、
    前記診断制御部は、前記閾値に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量を加算することで、該閾値を補正する請求項４に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
  7. 前記ＮＯｘ濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度と、を推定し、
    前記アンモニア濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のアンモニア濃度と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のアンモニア濃度と、を推定し、
    前記算出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の前記出力低下量を算出し、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量を算出し、
    前記診断制御部は、前記閾値に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量以上で、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の前記出力低下量に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の上昇量と、の合計値以下の値を加算することで、該閾値を補正する請求項４に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
  8. 前記診断制御部は、
    前記算出部により算出される前記センサの出力低下量が、所定量以下の場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常診断を実施し、
    前記算出部により算出される前記センサの出力低下量が、前記所定量よりも大きい場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常診断を実施しない
    請求項１に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
  9. 前記診断部は、
    前記センサの出力値が、閾値以下の場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると診断し、
    前記センサの出力値が、前記閾値よりも大きい場合には、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断し、
    前記診断制御部は、前記閾値または前記センサの出力値を、前記算出部により算出される前記センサの出力低下量に基づいて補正する
    請求項１または８に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
  10. 前記診断制御部は、前記閾値から前記出力低下量を減算することで該閾値を補正する請求項９に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
  11. 前記診断制御部は、前記センサの出力値に前記出力低下量を加算することで該センサの出力値を補正する請求項９に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
  12. 前記ＮＯｘ濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度を推定し、
    前記アンモニア濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のアンモニア濃度を推定し、
    前記算出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量を算出し、
    前記診断制御部は、前記閾値から、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量を減算することで、該閾値を補正する請求項１０に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
  13. 前記ＮＯｘ濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度と、を推定し、
    前記アンモニア濃度推定部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のアンモニア濃度と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のアンモニア濃度と、を推定し、
    前記算出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の前記出力低下量を算出し、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量を算出し、
    前記診断制御部は、前記閾値から、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量以上で、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると仮定した場合の前記出力低下量と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定した場合の前記出力低下量と、の合計値以下、の値を減算することで、該閾値を補正する請求項１０に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
  14. 前記診断部は、前記供給部からアンモニア又はアンモニアの前駆体が供給されている場合に異常診断を実施する請求項１から１３の何れか１項に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
  15. 前記供給部は、前記診断部により異常診断を実施する場合には、前記診断部により異常診断を実施しない場合よりも、アンモニア又はアンモニアの前駆体の供給量を多くする請求項１４に記載の排気浄化装置の異常診断装置。
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