JP5888282B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、酸化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
内燃機関の排気浄化装置が備える酸化触媒は、排気内の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化することによって排気を浄化する。なお、ゼオライトやアルミナ等が用いられた酸化触媒は、その温度が触媒の活性温度よりも低い所定の温度範囲にあるときは、排気内の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸着し、また、排気内のＨＣを還元剤として用いてＮＯｘを副次的に還元することが知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
ところで、排気内のＮＯｘを浄化する選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）を備える排気浄化装置は、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサをＳＣＲ触媒の上流側に備える場合がある。この種の排気浄化装置では、ＮＯｘセンサが正常に作動していることが重要になるため、内燃機関の運転中にＮＯｘセンサの故障診断が行われる（例えば、特許文献３、４参照。）。この故障診断においては、ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ濃度の検出値と、このＮＯｘセンサの位置におけるＮＯｘ濃度の推定値と、が比較される。この推定値としては、内燃機関から排出される排気のＮＯｘ濃度の推定値が一般に用いられる。そして、ＮＯｘセンサによる検出値とＮＯｘ濃度の推定値の差が故障判定のための所定の閾値を超えるときにＮＯｘセンサが故障していると判定される。
特開平８−２６１０５２号公報 特開２００９−４１４５４号公報 特開２０１０−２６５７８１号公報 特開２０１１−２４１７３７号公報
上述のように、ＮＯｘセンサの故障診断においては、ＮＯｘセンサによる検出値と内燃機関から排出された排気のＮＯｘ濃度の推定値との乖離が故障判定のための所定の閾値（以下、故障判定閾値ともいう。）を超えるときにセンサが故障していると判定される。ここで、このＮＯｘセンサがＳＣＲ触媒の上流側であって酸化触媒の下流側に配置されている場合には、内燃機関から排出された排気のＮＯｘ濃度は、排気がＮＯｘセンサに到達する前に酸化触媒の影響によって変化する場合がある。仮に、酸化触媒の影響によってＮＯｘ濃度が過度に変化した場合には、ＮＯｘセンサによって検出されるＮＯｘ濃度の検出値が、内燃機関から排出された排気のＮＯｘ濃度の推定値から過度に乖離するときがある。そのため、このときにＮＯｘセンサの故障診断が実行されると、ＮＯｘセンサが正常に機能している場合であっても、ＮＯｘ濃度の検出値と推定値との乖離が故障判定閾値を超えることを理由に、センサ故障と誤判定される可能性がある。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、酸化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、酸化触媒の影響による排気のＮＯｘ濃度の変化を推定すること、また、当該排気浄化装置が酸化触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサを更に備える場合には、当該ＮＯｘセンサの故障診断をより高精度に行うことを目的とする。
上記した課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能力を有する酸化触媒であって、その温度が所定の温度範囲内にある場合に、流入する排気内のＮＯｘを吸着する作用と、流入する排気内の炭化水素を還元剤として用いて該排気内のＮＯｘを還元する作用と、を示す酸化触媒と、
前記酸化触媒の温度が前記所定の温度範囲内にある場合において、前記酸化触媒に流入する排気内の炭化水素流量と前記酸化触媒の温度に基づいて、前記酸化触媒に単位時間当たりに吸着するＮＯｘの量である吸着速度と、前記酸化触媒から単位時間当たりに脱離するＮＯｘの量である脱離速度と、を推定する推定部と、
を備えるようにした。
ゼオライトやアルミナ等が用いられた酸化触媒は、触媒の温度（床温）が、酸化触媒の酸化能力が十分に発揮される温度範囲よりも低い上記所定の温度範囲内にある場合は、排気内の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸着する作用を示す。また、酸化触媒は、床温がこの所定の温度範囲内にあるときは、排気を介して流入する炭化水素（ＨＣ）を還元剤として用いて排気内のＮＯｘを還元する作用も示す。
ここで、本願の発明者は、酸化触媒の床温が上述の所定の温度範囲内にある場合は、排気を介して酸化触媒に流入するＨＣによって、酸化触媒へのＮＯｘの吸着が阻害され、また、酸化触媒に吸着しているＮＯｘの脱離が促進されるという知見を得た。より詳細には、酸化触媒に流入する排気内のＨＣ流量と、酸化触媒に単位時間当たりに吸着するＮＯｘの量である吸着速度との間、及び、このＨＣ流量と、酸化触媒から単位時間当たりに脱離するＮＯｘの量である脱離速度との間には、それぞれ相関関係があることを見出した。また、本願の発明者は、酸化触媒の床温が上述の所定の温度範囲内にある場合は、床温と吸着速度との間、及び、床温と脱離速度との間にも相関関係があることを見出した。
ゆえに、本発明によれば、酸化触媒の温度が上述の所定の温度範囲内にある場合において、酸化触媒に流入する排気内のＨＣ流量と酸化触媒の温度とに基づいて、吸着速度と脱離速度とを推定する推定部を備えるため、酸化触媒に吸着するＮＯｘ量と、酸化触媒から脱離するＮＯｘ量とを推定することができる。これにより、酸化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、酸化触媒から流出する排気における酸化触媒の影響によるＮＯｘ濃度の変化を推定することが可能になる。
なお、ＨＣ流量と吸着速度との間、及び、ＨＣ流量と脱離速度との間の相関関係においては、ＨＣ流量が多いほど、吸着速度が低くなり、かつ、脱離速度が高くなる。ゆえに、本発明においては、上述の推定部は、酸化触媒の温度が所定の温度範囲内にある場合において、ＨＣ流量が多いときは、少ないときに比べて、吸着速度を低く推定し、かつ、脱離速度を高く推定するようにするとよい。
また、酸化触媒の温度と吸着速度との間、及び、酸化触媒の温度と脱離速度との間の相関関係においては、温度が低いほど、吸着速度が低くなり、かつ、脱離速度が高くなる。ゆえに、本発明においては、上述の推定部は、酸化触媒の温度が所定の温度範囲内にある場合において、該温度が低いときは、高いときに比べて、吸着速度を低く推定し、かつ、脱離速度を高く推定するようにするとよい。
なお、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置が、酸化触媒より下流側に設けられ、排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ濃度の検出値と、このＮＯｘセンサの位置における排気のＮＯｘ濃度の推定値と、の比較に基づいてＮＯｘセンサの故障判定を実行する故障判定部と、を更に備え、酸化触媒の温度が上述の所定の温度範囲内にある場合であって、吸着速度と脱離速度から取得されたＮＯｘの
正味の脱離量が所定量以上のときは、故障判定部がＮＯｘセンサの故障判定を停止するようにしてもよい。ここで、ＮＯｘの正味の脱離量とは、所定の時間内に酸化触媒から脱離するＮＯｘの量から、同時間内に酸化触媒に吸着されるＮＯｘの量を減算した値である。酸化触媒から脱離するＮＯｘの正味の脱離量が多いほど、酸化触媒を通過した排気のＮＯｘ濃度がより大きく変化するため、故障判定部によって誤判定が下される可能性が高くなる。したがって、本発明によれば、ＮＯｘの正味の脱離量が所定量以上であることによって誤判定が下される可能性が高いときには、故障判定部がＮＯｘセンサの故障判定を停止する。これにより、故障判定部によって誤判定が下される虞があるときに故障判定が実行されることが回避されるため、ＮＯｘセンサの故障診断をより高精度に実行することが可能になる。
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置が、酸化触媒より下流側に設けられ、排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ濃度の検出値と、このＮＯｘセンサの位置における排気のＮＯｘ濃度の推定値と、の比較に基づいてＮＯｘセンサの故障判定を実行する故障判定部と、を更に備え、酸化触媒の温度が上述の所定の温度範囲内にある場合は、故障判定部が、推定値に代えて、吸着速度と脱離速度に基づいて補正された推定値を用いるようにしてもよい。これにより、ＮＯｘセンサによる検出値と比較されるＮＯｘ濃度の推定値に、酸化触媒の影響による変化が反映される。ゆえに、故障判定部によって誤判定が下されることが回避されるため、ＮＯｘセンサの故障診断をより高精度に実行することが可能になる。
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置が、酸化触媒より下流側に設けられ、排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ濃度の検出値と、このＮＯｘセンサの位置における排気のＮＯｘ濃度の推定値と、の差が所定の閾値以上のときにＮＯｘセンサを故障と判定する故障判定部と、を更に備え、酸化触媒の温度が所定の温度範囲内にある場合は、故障判定部が、吸着速度と脱離速度に基づいて当該所定の閾値を補正するようにしてもよい。これにより、故障判定のための所定の閾値に、酸化触媒の影響によるＮＯｘ濃度の変化が反映される。ゆえに、故障判定部によって誤判定が下されることが回避されるため、ＮＯｘセンサの故障診断をより高精度に実行することが可能になる。
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能力を有する酸化触媒であって、その温度が所定の温度範囲内にある場合に、流入する排気内のＮＯｘを吸着する作用と、流入する排気内の炭化水素を還元剤として用いて該排気内のＮＯｘを還元する作用と、を示す酸化触媒と、
前記酸化触媒より下流側に設けられ、排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、
前記ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ濃度の検出値と、前記ＮＯｘセンサの位置における排気のＮＯｘ濃度の推定値と、の比較に基づいて前記ＮＯｘセンサの故障判定を実行する故障判定部と、
を備え、
前記酸化触媒の温度が前記所定の温度範囲内にある場合であって、前記酸化触媒に流入する排気内の炭化水素流量と前記酸化触媒の温度が所定の条件を満たすときは、前記故障判定部が前記ＮＯｘセンサの故障判定を停止する、
ようにしてもよい。
ここで、炭化水素流量と酸化触媒の温度の所定の条件としては、故障判定部が誤判定を下す可能性が生じる程度に酸化触媒を通過した排気のＮＯｘ濃度が変化するときにおける炭化水素流量と酸化触媒の温度のそれぞれの範囲とすればよい。これにより、酸化触媒におけるＮＯｘの吸着速度と脱離速度を取得しなくても、故障判定部によって誤判定が下される虞があるときに故障判定が実行されることを回避することができるため、ＮＯｘセン
サの故障診断をより高精度に実行することが可能になる。
本発明によれば、酸化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、酸化触媒の影響による排気のＮＯｘ濃度の変化を推定することができる。また、排気浄化装置が酸化触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサを更に備える場合には、当該ＮＯｘセンサの故障診断をより高精度に行うことができる。
実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。 実施例１に係る酸化触媒の上流側と下流側のＮＯｘ濃度の推移を示したタイムチャートである。 実施例１に係るＮＯｘセンサの故障診断のフローを示すフローチャートである。 実施例１に係る酸化触媒のＮＯｘの最大吸着量と床温との関係を示す図である。 実施例２に係るＮＯｘセンサの故障診断のフローを示すフローチャートである。 実施例３に係るＮＯｘセンサの故障診断のフローを示すフローチャートである。 実施例４に係るＮＯｘセンサの故障診断のフローを示すフローチャートである。
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。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り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。
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の構成について説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関とその排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１０は、複数の気筒を有する自動車用の圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。
内燃機関１０には、排出される排気を流通させるための排気通路１１が接続されている。排気通路１１には、上流側から順に、燃料添加弁１２、酸化触媒１３、排気温度センサ１４、第１ＮＯｘセンサ１５、尿素添加弁１６、選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）１７及び第２ＮＯｘセンサ１８が配置されている。また、内燃機関１０には、内燃機関１０を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１００が併設されている。上述の燃料添加弁１２等の機器類は、ＥＣＵ１００に電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によって電気的に制御される。また、ＥＣＵ１００には、上述の排気温度センサ１４等のセンサ類に加えて、機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１９や運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセル開度センサ２０が電気配線を介して接続されており、これらの出力信号がＥＣＵ１００に入力される。なお。ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ１９やアクセル開度センサ２０等からの出力値に基づいて内燃機関１０の運転状態を推定し、推定された運転状態から内燃機関１０から排出される排気のＮＯｘ濃度を推定する。
燃料添加弁１２は、排気温度を上昇させる場合などに、ＥＣＵ１００からの指令に基づいて排気通路１１内を流通する排気に燃料を噴射して酸化触媒１３に燃料を供給する。な
お、燃料添加弁１２のかわりに、内燃機関１０が備える燃料噴射弁によるアフター噴射やポスト噴射によって、酸化触媒１３に燃料を供給してもよい。
酸化触媒１３は、ゼオライトやアルミナを触媒担体として備え、内燃機関１０から排出される未燃の燃料や一酸化炭素等を酸化し、これらが大気へ排出されることを抑制する。また、酸化触媒１３は、燃料添加弁１２によって燃料が供給された際には、これを酸化して排気温度を上昇させる。なお、酸化触媒１３は、その温度（床温）が所定の温度範囲内にあるときは、炭化水素である燃料を還元剤として用いて、内燃機関１０から排出されたＮＯｘを選択還元して浄化することもできる（詳細は後述）。また、排気温度センサ１４は、酸化触媒１３から流出する排気の温度を検出する。
尿素添加弁１６は、ＥＣＵ１００からの指令に基づいて排気通路１１内を流通する排気に尿素水を噴射し、アンモニアの前駆体としての尿素をＳＣＲ触媒１７に供給する。ＳＣＲ触媒１７は、尿素から生成されたアンモニアを還元剤として用いて排気内のＮＯｘを浄化する。ここで、ＥＣＵ１００は、ＳＣＲ触媒１７の上流側に配置された第１ＮＯｘセンサ１５と、下流側に配置された第２ＮＯｘセンサ１８によって検出される排気のＮＯｘ濃度に基づいて、ＳＣＲ触媒１７においてＮＯｘが効果的に還元されるように、尿素添加弁１６による尿素水の添加量を制御する。
以上のように構成された内燃機関１０の排気浄化装置においては、ＳＣＲ触媒１７において効果的にＮＯｘの還元が行われるためには、両ＮＯｘセンサが正常に作動していることが重要となる。そのため、ＥＣＵ１００は、両ＮＯｘセンサの故障診断を定期的に、または、必要に応じて実行する。ここで、ＳＣＲ触媒１７の上流側に配置された第１ＮＯｘセンサ１５の故障診断においては、第１ＮＯｘセンサ１５によって検出されるＮＯｘ濃度の検出値と、内燃機関１０から排出される排気のＮＯｘ濃度の推定値と、が比較される。なお、この推定値は、第１ＮＯｘセンサ１５の位置における排気のＮＯｘ濃度の推定値として、内燃機関１０の運転状態に応じてＥＣＵ１００によって推定される値である。そして、両者の差が故障判定のための閾値（以下、故障判定閾値ともいう）を超える場合に、第１ＮＯｘセンサ１５が故障していると判定される。ここで、この故障判定閾値は、内燃機関１０から排出された排気が第１ＮＯｘセンサ１５に到達するまでに生じ得るＮＯｘ濃度の変化を考慮して設定されている。しかしながら、内燃機関１０から排出された排気のＮＯｘ濃度が、第１ＮＯｘセンサ１５の上流側に配置された酸化触媒１３の影響によって過度に変化した場合には、第１ＮＯｘセンサ１５が正常であったとしても、ＮＯｘ濃度の推定値と実際の検出値との乖離が故障判定閾値を超えることを理由に、センサ故障と誤判定される可能性がある。そこで、本実施例においては、第１ＮＯｘセンサ１５の故障診断が実行される前に、酸化触媒１３の影響による排気のＮＯｘ濃度の変化が推定される。そして、排気のＮＯｘ濃度が過度に変化すると予測されるときには、第１ＮＯｘセンサ１５の故障判定が停止される。以下、酸化触媒１３の影響による排気のＮＯｘ濃度の変化の推定方法について説明する。
酸化触媒１３は、その床温が所定の温度範囲内にある場合は、流入する排気内のＮＯｘを吸着する作用と、流入する排気内の炭化水素（ＨＣ）を還元剤として用いて排気内のＮＯｘを還元する作用を示す。なお、この所定の温度範囲（以下、還元温度範囲ともいう）は、実験等によって求めればよいが、一般に、酸化触媒１３の酸化能力が十分に発揮される温度範囲よりも低い温度範囲である。ここで、本願の発明者は、酸化触媒１３の床温が還元温度範囲内にある場合に、排気を介してＨＣが酸化触媒１３に流入すると、流入したＨＣの作用によって、酸化触媒１３へのＮＯｘの吸着が阻害され、また、酸化触媒１３に吸着しているＮＯｘの脱離が促進されることを見出した。以下、このＨＣの作用について図２を用いて説明する。
図２は、酸化触媒１３の上流側と下流側の排気のＮＯｘ濃度の推移を示したタイムチャートである。なお、酸化触媒１３の床温は、上述の還元温度範囲内にある。図２では、破線グラフが酸化触媒１３の上流側、即ち、酸化触媒１３に流入する排気のＮＯｘ濃度（酸化触媒前ＮＯｘ）の推移を示しており、実線グラフが酸化触媒１３の下流側、即ち、酸化触媒１３から流出する排気のＮＯｘ濃度（酸化触媒後ＮＯｘ）の推移を示している。なお、図２に示される「燃料添加実行フラグ」は、燃料添加弁１２による燃料添加の実行タイミングを示している。
図２に示されるように、酸化触媒１３に流入する排気のＮＯｘ濃度が略一定で推移しているときであっても、酸化触媒１３から流出する排気のＮＯｘ濃度は、燃料添加弁１２による燃料添加の実行タイミングに合わせて急激に増大している。これは、ＨＣである燃料が排気を介して酸化触媒１３に供給されることによって、酸化触媒１３に吸着されているＮＯｘが脱離していることを意味する。
ＨＣによるこの作用は、次のようにして説明される。酸化触媒１３に用いられるゼオライトは、その細孔内にＮＯｘやＨＣの分子を取り込んで吸着することができる。ここで、燃料に含まれるＨＣ分子は、その径がＮＯｘ分子の径よりも大きく、ゼオライトの細孔の径により近いため、ＨＣ分子の吸着力は、ＮＯｘ分子のそれよりも強くなる。ゆえに、酸化触媒１３にＨＣが流入すると、ゼオライトの細孔内に吸着されているＮＯｘ分子は、より吸着力の強いＨＣ分子によって押し出されるようにして脱離する。そのため、ＨＣ分子が流入すると、酸化触媒１３から脱離するＮＯｘの量は増大する。なお、酸化触媒１３にＨＣが流入すると、ゼオライトの空いている細孔にはＨＣ分子が優先的に吸着されるため、酸化触媒１３に吸着するＮＯｘ分子の数が減少する。そのため、ＨＣ分子が流入すると、酸化触媒１３に吸着するＮＯｘの量は減少する。
また、ＨＣによるＮＯｘを脱離させる作用は、次のようにしても説明される。酸化触媒１３に用いられるアルミナは、酸化触媒１３の床温が上述の還元温度範囲内にあるときは、表面にＮＯｘ分子を吸着し、また、ＨＣを還元剤として用いて吸着しているＮＯｘ分子を還元することができる。ただし、酸化触媒１３の床温によっては、アルミナの活性が低くなるためにＨＣを用いたＮＯｘの還元反応が十分に進行しないことがある。この場合には、不十分な還元反応によって、吸着しているＮＯｘ（例えばＮＯ３）から、窒素（Ｎ２）ではなく他のＮＯｘ（例えばＮＯ２やＮＯ）が生成されやすい。ここで、これらの他のＮＯｘは、吸着力が弱いためにアルミナから脱離しやすい。そのため、酸化触媒１３にＨＣが流入すると、吸着されていたＮＯｘが、不十分に還元されたＮＯｘとして脱離することによって、酸化触媒１３から脱離するＮＯｘの量が増大する現象が生じる。なお、酸化触媒１３の床温が、還元温度範囲内において低下するほど、酸化触媒１３の活性が低下してＨＣによるＮＯｘの還元反応が十分に進行しなくなるため、ＮＯｘとして脱離するＮＯｘの量が増大する。また、酸化触媒１３の床温が低くなると、酸化触媒１３の活性が低下することによって酸化触媒１３から脱離するＮＯｘの総量が減少するため、酸化触媒１３に新たに吸着するＮＯｘの量も減少する。
以上のように、その床温が還元温度範囲内にある酸化触媒１３にＨＣが流入すると、酸化触媒１３へのＮＯｘの吸着が阻害され、また、酸化触媒１３に付着しているＮＯｘの脱離が促進される。この作用は、酸化触媒１３に流入するＨＣの流量が多いほど、また、酸化触媒１３の温度が低いほど生じやすい。つまり、酸化触媒１３に単位時間当たりに吸着するＮＯｘの量を吸着速度とし、酸化触媒１３から単位時間当たりに脱離するＮＯｘの量を脱離速度とすると、ＨＣ流量が多いほど、吸着速度が低くなり、かつ、脱離速度が高くなる。また、酸化触媒１３の床温が上述の還元温度範囲内にある場合は、その床温が低いほど、吸着速度が低くなり、かつ、脱離速度が高くなる。ゆえに、これらの相関関係に基づけば、酸化触媒１３に吸着するＮＯｘの吸着速度と、酸化触媒１３から脱離するＮＯｘ
の脱離速度とを、酸化触媒１３に流入する排気内のＨＣ流量と、酸化触媒１３の床温とから推定することが可能になる。
次に、図面を用いて、本実施例に係るＮＯｘセンサの故障診断のフローについて説明する。図３は、本実施例に係るＮＯｘセンサの故障診断のフローを示すフローチャートである。このフローは、ＥＣＵ１００によって、所定の時間毎に、または、必要に応じて実行される。
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１００は、酸化触媒１３の床温が、上述の還元温度範囲内にあるか否かを判定する。なお、酸化触媒１３の床温としては、排気温度センサ１４によって検出される排気温度を用いて推定すればよい。本ステップにおいて否定判定がなされた場合は、酸化触媒１３が、排気内のＮＯｘを吸着する作用や、排気内のＨＣを還元剤として用いて排気内のＮＯｘを還元する作用を概ね示さないことを意味する。つまり、この場合には、排気が酸化触媒１３内を通過しても、排気のＮＯｘ濃度が過度に変化することはないと考えられるため、第１ＮＯｘセンサ１５の故障判定が実行されても誤判定が下される可能性は低い。そこで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１０に進んで、第１ＮＯｘセンサ１５の故障判定を実行する。つまり、ＥＣＵ１００は、上述のように、第１ＮＯｘセンサ１５によって検出されるＮＯｘ濃度と、内燃機関１０から排出される排気のＮＯｘ濃度の推定値とを比較し、両者の差が故障判定閾値を超える場合に、第１ＮＯｘセンサ１５が故障していると判定する。なお、ステップＳ１１０において、第１ＮＯｘセンサ１５の故障判定を実行するＥＣＵ１００が、本発明における故障判定部に相当する。
これに対して、ステップＳ１０１において肯定判定がなされた場合は、酸化触媒１３を通過した排気のＮＯｘ濃度は、酸化触媒１３の影響によって過度に変化する可能性がある。そこで、ＥＣＵ１００は、ＮＯｘ濃度の変化を推定するためにステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、酸化触媒１３の床温から酸化触媒１３が吸着することができるＮＯｘの最大量である最大吸着量を算出する。ここで、この最大吸着量と酸化触媒１３の床温との間には、図４に示されるグラフのような相関関係がある。そこで、予め図４に示されるグラフをＥＣＵ１００内にマップや関数として記憶させておくことで、酸化触媒１３の床温に基づいて、ＮＯｘの最大吸着量を取得することができる。
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１００は、触媒劣化度から前ステップで取得された最大吸着量を補正する。酸化触媒１３は、一般に、劣化が進行するとＮＯｘ分子を吸着しにくくなる。そこで、例えば、内燃機関１０が搭載される車両の走行距離や酸化触媒１３の温度履歴から推定される酸化触媒１３の劣化度に基づいて、取得された最大吸着量が補正される。
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１００は、本フローの実行時に酸化触媒１３に吸着しているＮＯｘ量（以下、現在吸着量ともいう）と前ステップで補正された最大吸着量とからＮＯｘの脱離速度と吸着速度を算出する。ここで、現在吸着量と脱離速度との間には相関関係があり、現在吸着量が大きいほど、脱離速度は大きくなる。また、現在吸着量と最大吸着量との差と吸着速度との間にも相関関係があり、この差が大きいほど、吸着速度は大きくなる。そのため、ＥＣＵ１００は、これらの相関関係に基づいて、ＮＯｘの脱離速度と吸着速度を算出する。
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１００は、酸化触媒１３に流入するＮＯｘ量（以下、入ＮＯｘ量ともいう）に基づいて前ステップで取得された脱離速度と吸着速度を補正す
る。脱離速度や吸着速度は、酸化触媒１３内を通過する排気内のＮＯｘ量と酸化触媒１３の細孔内に吸着されているＮＯｘ量との差に応じて定まる物理量である。そこで、ＥＣＵ１００は、入ＮＯｘ量が大きいほど、吸着速度が大きく、また、脱離速度が小さくなるように補正を行う。なお、入ＮＯｘ量は、内燃機関１０から排出される排気のＮＯｘ濃度の推定値から推定すればよい。
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１００は、酸化触媒１３に流入するＨＣ流量と酸化触媒１３の床温に基づいて、ＮＯｘの脱離速度と吸着速度を補正する。上述したように、酸化触媒１３に流入するＨＣ流量が多いほど、また、酸化触媒１３の床温が低いほど、酸化触媒１３へのＮＯｘの吸着は阻害され、かつ、酸化触媒１３からのＮＯｘの脱離が促進される。そのため、ＥＣＵ１００は、ＨＣの流量が多いほど、脱離速度が大きく、かつ、吸着速度が小さくなるように補正を行う。また、ＥＣＵ１００は、酸化触媒１３の床温が低いほど、脱離速度が大きく、かつ、吸着速度が小さくなるように補正を行う。これにより、酸化触媒１３から流出する排気における酸化触媒１３の影響によるＮＯｘ濃度の変化を精度よく推定することが可能になる。ここで、このような補正方法によってＮＯｘの脱離速度と吸着速度を推定するＥＣＵ１００が、本発明における推定部に相当する。なお、酸化触媒１３に流入するＨＣ流量は、燃料添加弁１２からの燃料の添加量や内燃機関１０の運転状態から推定される。また、脱離速度や吸着速度の具体的な補正量は、予め実験やシミュレーション等によって求められた数値や関数をＥＣＵ１００内に記憶させておけばよい。
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ１００は、前ステップにおいて補正された脱離速度と吸着速度とに基づいて、酸化触媒１３から脱離するＮＯｘ量である脱離量と、酸化触媒１３に吸着するＮＯｘ量である吸着量を算出する。この脱離量と吸着量は、例えば、脱離速度と吸着速度を本フローの実行間隔で時間積分することによって求められる。
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ１００は、前ステップで算出された脱離量から吸着量を減算して酸化触媒１３から脱離するＮＯｘの正味の脱離量を取得する。そして、取得された正味の脱離量が所定量以上であるか否かを判定する。この所定量は、酸化触媒１３の影響によって排気のＮＯｘ濃度が過度に変化したか否かを判定するために設定される量である。本ステップで肯定判定がなされた場合は、酸化触媒１３の影響によって排気のＮＯｘ濃度が過度に変化したことを意味する。この場合には、第１ＮＯｘセンサ１５が正常であったとしても、ＮＯｘ濃度の実際の検出値とＮＯｘ濃度の推定値との乖離が上述の故障判定閾値を超えることを理由に、センサ故障と誤判定される可能性がある。そのため、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０９に進んで、本フローの実行時における第１ＮＯｘセンサ１５の故障判定の実行を停止する。
一方、ステップＳ１０８において、否定判定がなされた場合は、酸化触媒１３の影響によって排気のＮＯｘ濃度が過度に変化していないことを意味する。この場合には、故障判定において誤判定が下される可能性が低いため、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１０に進んで第１ＮＯｘセンサ１５の故障判定を実行する。
以上のように、本実施例によれば、酸化触媒１３の影響による排気のＮＯｘ濃度の変化が推定され、ＮＯｘ濃度が過度に変化したと推定される場合には、第１ＮＯｘセンサ１５の故障判定が停止される。これにより、ＥＣＵ１００によって誤判定が下されることが回避されるため、第１ＮＯｘセンサ１５の故障診断をより高精度に実行することが可能になる。
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例について、図５を用いて説明する。図５は、本実施例にお
いて実行される第１ＮＯｘセンサ１５の故障診断のフローを示すフローチャートである。本実施例は、酸化触媒１３の影響によって排気のＮＯｘ濃度が変化すると予測される場合には、ＮＯｘ濃度の推定値に代えて、ＮＯｘ濃度の変化が反映された推定値を用いて第１ＮＯｘセンサ１５の故障判定が実行される点で上述の実施例１とは異なる。具体的には、図５に示されるように、本実施例のフローは、ステップＳ１０７の後にステップＳ２０８からステップＳ２１１が実行される点で上述の実施例１のフローと異なる。そのため、以下においては、上述の実施例１と同様の構成については説明を省略する。
ステップＳ１０７において、酸化触媒１３から脱離するＮＯｘの脱離量と、酸化触媒１３に吸着するＮＯｘの吸着量が算出されると、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０８において、この脱離量と吸着量に基づいて内燃機関１０から排出される排気のＮＯｘ濃度の推定値を補正する。つまり、酸化触媒１３の影響によって酸化触媒１３から流出する排気のＮＯｘ濃度が変化すると予測されるため、ＥＣＵ１００は、算出された脱離量が大きいほど、また、吸着量が小さいほど、この推定値が大きくなるように補正を行う。
ステップＳ２０９において、ＥＣＵ１００は、第１ＮＯｘセンサ１５によるＮＯｘ濃度の検出値と、前ステップで補正されたＮＯｘ濃度の推定値とを比較し、両者の差が所定の閾値以上であるか否かを判定する。この閾値は、第１ＮＯｘセンサ１５の故障を判定するための閾値であり、実施例１における故障判定閾値であってもよい。本ステップで肯定判定がなされた場合は、酸化触媒１３の影響による排気のＮＯｘ濃度の変化を加味したとしても、ＮＯｘ濃度の推定値と実際の検出値とが過度に乖離していることを意味する。そこで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１０に進んで、第１ＮＯｘセンサ１５は故障していると判定して本フローを終了する。
一方、ステップＳ２０９において、否定判定がなされた場合は、酸化触媒１３の影響による排気のＮＯｘ濃度の変化を加味すれば、ＮＯｘ濃度の推定値と実際の検出値とが過度に乖離していないと判断できることを意味する。そこで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１１に進んで、第１ＮＯｘセンサ１５は正常と判定して本フローを終了する。
以上のように、本実施例によれば、第１ＮＯｘセンサ１５による検出値と比較されるＮＯｘ濃度の推定値に、酸化触媒１３の影響による変化が反映される。ゆえに、ＥＣＵ１００によって誤判定が下されることが回避されるため、ＮＯｘセンサの故障診断をより高精度に実行することが可能になる。
［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例について、図６を用いて説明する。図６は、本実施例において実行される第１ＮＯｘセンサ１５の故障診断のフローを示すフローチャートである。本実施例は、酸化触媒１３の影響によって排気のＮＯｘ濃度が変化すると予測される場合に、内燃機関１０から排出される排気のＮＯｘ濃度の推定値を補正する代わりに、故障判定閾値を変更する点で、上述の実施例２とは異なる。具体的には、図６に示されるように、本実施例のフローは、ステップＳ１０７の後にステップＳ３０８とステップＳ３０９が実行される点で上述の実施例２のフローと異なる。そのため、以下においては、上述の実施例２と同様の構成については説明を省略する。
ステップＳ１０７において、酸化触媒１３から脱離するＮＯｘの脱離量と、酸化触媒１３に吸着するＮＯｘの吸着量が算出されると、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３０８において、この脱離量と吸着量に基づいて上述の故障判定閾値を補正する。つまり、酸化触媒１３の影響によって酸化触媒１３から流出する排気のＮＯｘ濃度が変化すると予測されるため、ＥＣＵ１００は、算出された脱離量が大きいほど、また、吸着量が小さいほど、この故障判定閾値が大きくなるように補正を行う。
ステップＳ３０９において、ＥＣＵ１００は、第１ＮＯｘセンサ１５によるＮＯｘ濃度の検出値と、ＮＯｘ濃度の推定値とを比較し、両者の差が前ステップで補正された故障判定閾値以上であるか否かを判定する。本ステップで肯定判定がなされた場合は、酸化触媒１３の影響による排気のＮＯｘ濃度の変化を故障判定閾値に加味したとしても、ＮＯｘ濃度の推定値と実際の検出値とが過度に乖離していることを意味する。そこで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１０に進んで、第１ＮＯｘセンサ１５は故障していると判定して本フローを終了する。
一方、ステップＳ３０９において、否定判定がなされた場合は、酸化触媒１３の影響による排気のＮＯｘ濃度の変化を加味すれば、ＮＯｘ濃度の推定値と実際の検出値とが過度に乖離していないことを意味する。そこで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１１に進んで、第１ＮＯｘセンサ１５は正常と判定して本フローを終了する。
以上のように、本実施例によれば、故障判定閾値に、酸化触媒１３の影響によるＮＯｘ濃度の変化が反映される。ゆえに、ＥＣＵ１００によって誤判定が下されることが回避されるため、ＮＯｘセンサの故障診断をより高精度に実行することが可能になる。
［実施例４］
次に、本発明の第４の実施例について、図７を用いて説明する。図７は、本実施例において実行される第１ＮＯｘセンサ１５の故障診断のフローを示すフローチャートである。本実施例は、酸化触媒１３に流入するＨＣ流量と酸化触媒１３の床温が所定の条件を満たす場合には、ＮＯｘの脱離速度と吸着速度とを推定することなく第１ＮＯｘセンサ１５の故障判定を停止する点で、上述の実施例１とは異なる。具体的には、図７に示されるように、本実施例のフローは、ステップＳ１０２からステップＳ１０８の代わりにステップＳ４０２が実行される点で上述の実施例１のフローと異なる。そのため、以下においては、上述の実施例１と同様の構成については説明を省略する。
ステップＳ１０１において肯定判定がなされた場合は、酸化触媒１３を通過した排気のＮＯｘ濃度が酸化触媒１３の影響によって過度に変化する可能性があるため、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４０２において、酸化触媒１３に流入するＨＣ流量と酸化触媒１３の床温とを取得する。そして、ＥＣＵ１００は、取得されたＨＣ流量と床温とが所定の条件を満たすか否かを判定する。この所定の条件とは、ＥＣＵ１００が誤判定を下す可能性が生じる程度に酸化触媒１３を通過する排気のＮＯｘ濃度が変化するときにおけるＨＣ流量と床温のそれぞれの範囲とすればよい。なお、このＨＣ流量と床温の範囲は、内燃機関１０の運転状態や酸化触媒１３におけるＮＯｘの現在吸着量に関連付けて、予め実験やシミュレーション等によって求めておけばよい。
ステップＳ４０２において肯定判定がなされた場合は、本フローにおける故障判定において誤判定が下される可能性があるため、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０９に進んで本フローの実行時における第１ＮＯｘセンサ１５の故障判定の実行を停止する。一方、本ステップにおいて、否定判定がなされた場合は、本フローにおける故障判定において誤判定が下される可能性が低いため、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１０に進んで第１ＮＯｘセンサ１５の故障判定を実行する。
本実施例によれば、酸化触媒１３におけるＮＯｘの吸着速度と脱離速度を取得する処理を実行しなくても、ＥＣＵ１００によって誤判定が下される虞があるときに故障判定が実行されることを回避することができる。そのため、ＥＣＵ１００による処理負担を軽減しながら、第１ＮＯｘセンサ１５の故障診断をより高精度に実行することが可能になる。
１０ 内燃機関
１１ 排気通路
１３ 酸化触媒
１５ 第１ＮＯｘセンサ
１００ ＥＣＵ

Claims (7)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能力を有する酸化触媒であって、その温度が前記酸化触媒の酸化能力が十分に発揮される温度範囲よりも低い所定の温度範囲内にある場合に、流入する排気内のＮＯｘを吸着する作用と、流入する排気内の炭化水素を還元剤として用いて該排気内のＮＯｘを還元する作用と、を示す酸化触媒と、
    前記酸化触媒の温度が前記所定の温度範囲内にある場合において、前記酸化触媒に流入する排気内の炭化水素流量と前記酸化触媒の温度に基づいて、前記酸化触媒に単位時間当たりに吸着するＮＯｘの量である吸着速度と、前記酸化触媒から単位時間当たりに脱離するＮＯｘの量である脱離速度と、を推定する推定部と、
    を備える内燃機関の排気浄化装置。
  2. 請求項１において、
    前記推定部は、前記炭化水素流量が多いときは、少ないときに比べて、前記吸着速度を低く推定し、かつ、前記脱離速度を高く推定する、内燃機関の排気浄化装置。
  3. 請求項１または２において、
    前記推定部は、前記酸化触媒の温度が低いときは、高いときに比べて、前記吸着速度を低く推定し、かつ、前記脱離速度を高く推定する、内燃機関の排気浄化装置。
  4. 請求項１から３の何れか１項において、
    前記酸化触媒より下流側に設けられ、排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、
    前記ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ濃度の検出値と、前記ＮＯｘセンサの位置における排気のＮＯｘ濃度の推定値と、の比較に基づいて前記ＮＯｘセンサの故障判定を実行する故障判定部と、
    を更に備え、
    前記酸化触媒の温度が前記所定の温度範囲内にある場合であって、前記吸着速度と前記脱離速度から取得されたＮＯｘの正味の脱離量が所定量以上のときは、前記故障判定部が前記ＮＯｘセンサの故障判定を停止する、内燃機関の排気浄化装置。
  5. 請求項１から３の何れか１項において、
    前記酸化触媒より下流側に設けられ、排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、
    前記ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ濃度の検出値と、前記ＮＯｘセンサの位置における排気のＮＯｘ濃度の推定値と、の比較に基づいて前記ＮＯｘセンサの故障判定を実行する故障判定部と、
    を更に備え、
    前記酸化触媒の温度が前記所定の温度範囲内にある場合は、前記故障判定部が、前記推定値に代えて、前記吸着速度と前記脱離速度に基づいて補正された前記推定値を用いる、内燃機関の排気浄化装置。
  6. 請求項１から３の何れか１項において、
    前記酸化触媒より下流側に設けられ、排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、
    前記ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ濃度の検出値と、前記ＮＯｘセンサの位置における排気のＮＯｘ濃度の推定値と、の差が所定の閾値以上のときに前記ＮＯｘセンサを故障と判定する故障判定部と、
    を更に備え、
    前記酸化触媒の温度が前記所定の温度範囲内にある場合は、前記故障判定部が、前記吸着速度と前記脱離速度に基づいて前記閾値を補正する、内燃機関の排気浄化装置。
  7. 内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能力を有する酸化触媒であって、その温度が前記酸化触媒の酸化能力が十分に発揮される温度範囲よりも低い所定の温度範囲内にある場合に、流入する排気内のＮＯｘを吸着する作用と、流入する排気内の炭化水素を還元剤として用いて該排気内のＮＯｘを還元する作用と、を示す酸化触媒と、
    前記酸化触媒より下流側に設けられ、排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、
    前記ＮＯｘセンサによって検出されたＮＯｘ濃度の検出値と、前記ＮＯｘセンサの位置における排気のＮＯｘ濃度の推定値と、の比較に基づいて前記ＮＯｘセンサの故障判定を実行する故障判定部と、
    を備え、
    前記酸化触媒の温度が前記所定の温度範囲内にある場合であって、前記酸化触媒に流入する排気内の炭化水素流量と前記酸化触媒の温度が、前記故障判定部が誤判定を下す可能性が生じる程度に前記酸化触媒を通過した排気のＮＯｘ濃度が変化する条件として予め設定されている所定の条件を満たすときは、前記故障判定部が前記ＮＯｘセンサの故障判定を停止する、内燃機関の排気浄化装置。
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