JP6032183B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、車両用の内燃機関において、排気に含まれるＮＯｘの量を減少させる方法として、例えば触媒を利用してＮＯｘを浄化する方法などが知られている。
例えば特許文献１に記載の内燃機関は、ＮＯｘを浄化する排気浄化装置として、排気中のＮＯｘを浄化する触媒の一つである選択還元型のＮＯｘ浄化触媒と、このＮＯｘ浄化触媒でのＮＯｘ浄化に必要な還元剤を貯留するタンクと、タンク内に貯留された還元剤を排気通路内に添加する添加弁とを備えるようにしている。添加弁から排気通路内に添加された尿素水は、排気熱による加水分解によってアンモニアになる。このアンモニアはＮＯｘ浄化触媒に吸着され、その吸着されたアンモニアを利用して排気中のＮＯｘが還元浄化される。

また、同文献１に記載の装置では、添加弁が閉弁状態になっているときのタンク内の残量変化に基づき、添加弁からの還元剤の漏れを判定するようにしている。ここで、同文献１に記載の装置では、タンク内の還元剤残量を正確に検出するために、機関停止中であることを実行条件として、還元剤の漏れ判定を行うようにしている。

特開２０１０−２８５９５０号公報

上述した従来の装置では、機関停止中でなければ漏れ判定を行うことができないため、１トリップ（内燃機関を始動してから停止するまでの期間）が長期間に渡る場合には、漏れ判定の実行機会が少なくなる。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関運転中に添加弁からの還元剤漏れを判定することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記課題を解決する内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に還元剤を添加する弁であって、通電及び通電停止を切り替えることにより開閉状態の遷移がなされるように制御される添加弁と、添加された還元剤により排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、排気通路においてＮＯｘ浄化触媒よりも下流側に設けられた酸化触媒と、を備えている。

ここで、閉弁状態になっているはずの添加弁から還元剤が漏れている場合には、その漏出した還元剤はＮＯｘ浄化触媒を通過する過程で気化するため、ＮＯｘ浄化触媒内の雰囲気温度が低下する。そのため、添加弁からの還元剤漏れが発生している場合には、ＮＯｘ浄化触媒を通過する過程で排気の温度が低下する。従って、こうした排気温度の低下量がある程度大きければ、添加弁からの還元剤漏れが発生していると判定することが可能である。

そこで、この排気浄化装置は、添加弁が閉弁状態に遷移するように制御されているとき
に、つまり添加弁が閉弁状態になっているはずの期間中において、ＮＯｘ浄化触媒から流出する排気の温度が、ＮＯｘ浄化触媒に流入する前の排気の温度に対して所定の判定値以上に低下しているときには、添加弁からの還元剤漏れが発生していると判定する漏れ判定部を備えるようにしている。こうした漏れ判定部によれば、機関運転中であって排気通路内に排気が流れている状態において、添加弁が閉弁状態に遷移するように制御されているときであれば、還元剤漏れの判定を行うことができる。そのため、機関運転中に添加弁からの還元剤漏れを判定することができるようになる。なお、添加弁が閉弁状態に遷移するように制御される状況としては、ＮＯｘ浄化触媒が不活性状態であって還元剤添加によるＮＯｘ浄化効果が十分に得られない状況、例えば内燃機関を搭載した車両が市街地などを走行しており、内燃機関が軽負荷運転状態やアイドル運転状態などになりやすく、排気の温度が上がりにくい状況などが挙げられる。
また、上記排気浄化装置には、ＮＯｘ浄化触媒をすり抜けた還元剤由来の成分や、ＮＯｘ浄化触媒から脱離した還元剤由来の成分を浄化するために、排気通路においてＮＯｘ浄化触媒よりも下流側に酸化触媒が設けられている。この酸化触媒にて還元剤由来の成分が浄化されるときにはその反応過程において酸化熱が発生し、酸化触媒の温度は高くなる。この酸化触媒の温度上昇は排気通路等を介してＮＯｘ浄化触媒にも伝わり、ＮＯｘ浄化触媒の温度も高くなる。こうした酸化触媒の発熱に起因してＮＯｘ浄化触媒の温度が高くなると、ＮＯｘ浄化触媒を通過する過程での排気温度の低下量は少なくなるため、添加弁から還元剤が漏れているにもかかわらず、還元剤漏れが発生していないと誤判定されるおそれがある。
そこで、上記排気浄化装置は、酸化触媒が活性化していないとき、つまり酸化反応による酸化触媒の発熱が起きず、上述した酸化触媒の発熱に起因したＮＯｘ浄化触媒の温度上昇が起きないときに、上記漏れ判定部による還元剤漏れの判定を行う。こうした構成によれば、酸化触媒の発熱に起因した還元剤漏れの誤判定も抑えることができる。
また、上記排気浄化装置は、酸化触媒が活性化しているとき、つまり酸化反応による酸化触媒の発熱が起きて、上述した酸化触媒の発熱に起因したＮＯｘ浄化触媒の温度上昇が起きるときには、上記漏れ判定部による還元剤漏れの判定を禁止する。こうした構成によっても、酸化触媒の発熱に起因した還元剤漏れの誤判定を抑えることができる。

また、外気温度が高いときほどＮＯｘ浄化触媒の温度も高くなりやすいため、上述した排気温度の低下量は少なくなる。また、排気流量が多いときほど排気からＮＯｘ浄化触媒に移動する熱量が増えるため、ＮＯｘ浄化触媒の温度も高くなりやすく、上述した排気温度の低下量は少なくなる。このように、ＮＯｘ浄化触媒を通過する過程での排気温度の低下量は、外気温度や排気流量の影響を受けて変化する。そこで、上記判定値を、外気温度及び排気流量の少なくとも一方に応じて変更することにより、還元剤漏れに関する誤判定の発生を抑えることができる。なお、このようにして判定値を変更する場合には、外気温度が高いときほど判定値を小さくすることが好ましい。また、排気流量が多いときほど判定値を小さくすることが好ましい。

また、上記排気浄化装置が車両に搭載される場合には、車両の速度が低いときほど走行風による排気通路の冷却効果は低下するため、ＮＯｘ浄化触媒の温度は高くなりやすく、上述した排気温度の低下量は少なくなる。このように、ＮＯｘ浄化触媒を通過する過程での排気温度の低下量は、車両速度の影響を受けて変化する。そこで、上記判定値を、車両の速度に応じて変更することにより、還元剤漏れに関する誤判定の発生を抑えることができる。なお、このようにして判定値を変更する場合には、車両の速度が低いときほど判定値を小さくすることが好ましい。

内燃機関の排気浄化装置の第１実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。 同実施形態での漏れ判定処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態での排気流量及び外気温度と漏れ判定値との関係を示す概念図。 第２実施形態での漏れ判定処理の手順を示すフローチャート。 第１実施形態の変形例において車速と漏れ判定値との関係を示す表。

（第１実施形態）
以下、内燃機関の排気浄化装置を具体化した第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１に、排気浄化装置が適用された車両搭載用の内燃機関であるディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）、並びにエンジン１の周辺構成を示す。
エンジン１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが各気筒＃１〜＃４に対応して取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは各気筒＃１〜＃４の燃焼室に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。

燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。

吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１６が設けられている。

排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。
排気通路２６の途中には、気筒に導入される吸入空気を排気圧を利用して過給するターボチャージャ１１が設けられている。同ターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁１６との間の吸気通路３にはインタークーラ１８が設けられている。このインタークーラ１８によって、ターボチャージャ１１の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、ターボチャージャ１１の排気側タービンの排気下流には、排気を浄化する第１浄化部材３０が設けられている。この第１浄化部材３０の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒３１及びフィルタ３２が配設されている。

酸化触媒３１には、排気中のＨＣを酸化処理する触媒が担持されている。また、フィルタ３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する部材であって、多孔質のセラミックで構成されている。このフィルタ３２には、ＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されており、排気中のＰＭは、フィルタ３２の多孔質の壁を通過する際に捕集される。

また、エキゾーストマニホールド８の集合部近傍には、酸化触媒３１やフィルタ３２に添加剤として燃料を供給するための燃料添加弁５が設けられている。この燃料添加弁５は、燃料供給管２７を介して前記サプライポンプ１０に接続されている。なお、燃料添加弁５の配設位置は、排気系にあって第１浄化部材３０の上流側であれば適宜変更するも可能である。また、燃料の噴射時期を調整してポスト噴射を行うことにより、酸化触媒３１やフィルタ３２に添加剤として燃料を供給してもよい。

フィルタ３２に捕集されたＰＭの量が所定値を超えると、フィルタ３２の再生処理が開始されて燃料添加弁５からはエキゾーストマニホールド８内に向けて燃料が噴射される。この燃料添加弁５から噴射された燃料は、酸化触媒３１に達すると燃焼され、これにより排気温度の上昇が図られる。そして、酸化触媒３１にて昇温された排気がフィルタ３２に流入することにより、同フィルタ３２は昇温され、これによりフィルタ３２に堆積したＰＭが酸化処理されてフィルタ３２の再生が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、第１浄化部材３０の排気下流には、排気を浄化する第２浄化部材４０が設けられている。第２浄化部材４０の内部には、還元剤を利用して排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯＸ浄化触媒としての選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）４１が配設されている。

さらに、排気通路２６の途中にあって、第２浄化部材４０の排気下流には、排気を浄化する第３浄化部材５０が設けられている。第３浄化部材５０の内部には、排気中のアンモニアを浄化するアンモニア酸化触媒５１が配設されている。このアンモニア酸化触媒５１によって、ＳＣＲ触媒４１をすり抜けたアンモニアや、ＳＣＲ触媒４１から脱離したもののＮＯｘの浄化に利用されなかったアンモニアが浄化される。

エンジン１には、上記ＳＣＲ触媒４１に還元剤を添加する還元剤供給機構としての尿素水供給機構２００が設けられている。尿素水供給機構２００は、還元剤としての尿素水を貯留するタンク２１０、排気通路２６内に尿素水を噴射供給する尿素添加弁２３０、尿素添加弁２３０とタンク２１０とを接続する供給通路２４０、供給通路２４０の途中に設けられたポンプ２２０にて構成されている。

尿素添加弁２３０は、第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６に設けられており、その噴射孔はＳＣＲ触媒４１に向かって開口されている。この尿素添加弁２３０は、通電及び通電停止が切り替えられることにより開閉状態の遷移がなされるように制御される。具体的には、通電停止状態から通電状態に切り替えられると尿素添加弁２３０は開状態に遷移し、通電状態から通電停止状態に切り替えられると尿素添加弁２３０は閉状態に遷移する。尿素添加弁２３０が開弁されると、供給通路２４０を介して排気通路２６内に尿素水が噴射供給される。

ポンプ２２０は電動式のポンプであり、正回転時には、タンク２１０から尿素添加弁２３０に向けて尿素水を送液する。一方、逆回転時には、尿素添加弁２３０からタンク２１０に向けて尿素水を送液する。つまり、ポンプ２２０の逆回転時には、尿素添加弁２３０及び供給通路２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。

また、尿素添加弁２３０とＳＣＲ触媒４１との間の排気通路２６内には、尿素添加弁２３０から噴射された尿素水を分散させることにより同尿素水の霧化を促進する分散板６０が設けられている。

尿素添加弁２３０から噴射された尿素水は、排気の熱によって加水分解されてアンモニアとなる。このアンモニアはＳＣＲ触媒４１に吸着され、その吸着したアンモニアによってＮＯｘが還元浄化される。

この他、エンジン１には排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が備えられている。このＥＧＲ装置によって、排気の一部を吸入空気に導入する排気再循環処理（以下、ＥＧＲ処理という）を行うことにより、気筒内の燃焼温度が低下して、ＮＯｘの発生量が低減される。このＥＧＲ装置は、吸気通路３とエキゾーストマニホールド８とを連通するＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、及びＥＧＲクーラ１４等により構成されている。ＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより排気通路２６から吸気通路３に導入される排気還流量、いわゆる外部ＥＧＲ量が調量される。また、ＥＧＲクーラ１４によってＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度が低下される。

エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸入空気量ＧＡを検出する。絞り弁開度センサ２０は吸気絞り弁１６の開度を検出する。機関回転速度センサ２１はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出する。アクセルセンサ２２はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。外気温センサ２３は、外気温度ＴＨｏｕｔを検出する。車速センサ２４はエンジン１が搭載された車両の車速ＳＰＤを検出する。水温センサ２５は、エンジン１の冷却水温ＴＨＷを検出する。

また、酸化触媒３１の上流に設けられた第１排気温度センサ１００は、酸化触媒３１に流入する前の排気の温度である第１排気温度ＴＨ１を検出する。差圧センサ１１０は、フィルタ３２の上流及び下流の排気圧の圧力差ΔＰを検出する。

第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６にあって、尿素添加弁２３０の上流には、第２排気温度センサ１２０及び第１ＮＯｘセンサ１３０が設けられている。第２排気温度センサ１２０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気の温度である第２排気温度ＴＨ２を検出する。第１ＮＯｘセンサ１３０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気に含まれるＮＯｘの量、より具体的にはＮＯｘの濃度（単位：ｐｐｍ）である第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を検出する。

第２浄化部材４０と第３浄化部材５０との間の排気通路２６には、第３排気温度センサ１４０が設けられている。第３排気温度センサ１４０は、ＳＣＲ触媒４１を通過した後の排気の温度である第３排気温度ＴＨ３を検出する。

第３浄化部材５０よりも下流の排気通路２６には、ＳＣＲ触媒４１で浄化された排気のＮＯｘ濃度である第２ＮＯｘ濃度Ｎ２を検出する第２ＮＯｘセンサ１５０が設けられている。

これら各種センサ等の出力は、制御部を構成する制御装置８０に入力される。この制御装置８０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。

そして、この制御装置８０により、例えば燃料噴射弁４ａ〜４ｄや燃料添加弁５の燃料噴射制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、吸気絞り弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量制御等、エンジン１の各種制御が行われる。

また、上記フィルタ３２に捕集されたＰＭを燃焼させる上記再生処理等といった各種の排気浄化制御も同制御装置８０によって行われる。
制御装置８０は、排気浄化制御の一つとして、上記尿素添加弁２３０による尿素水の添加制御を行う。

この添加制御では、エンジン１から排出されるＮＯｘを還元処理するために必要な尿素量が機関運転状態等に基づいて算出される。また、ＳＣＲ触媒４１に吸着されているアンモニア量を予め定められた量に維持するために必要な尿素量が算出される。

そして、ＮＯｘを還元処理するために必要な尿素量とアンモニア吸着量を維持するために必要な尿素量との和が尿素添加量として算出され、その尿素添加量に相当する量の尿素水が尿素添加弁２３０から噴射されるように、尿素添加弁２３０の駆動状態が制御される。

なお、ＳＣＲ触媒４１が不活性状態であって尿素水添加によるＮＯｘ浄化効果が十分に得られない状況では、尿素添加弁２３０への通電が停止されて尿素水添加が中断される。ちなみにＳＣＲ触媒４１が不活性状態になる例としては、例えばエンジン１を搭載した車両が市街地などを走行しており、エンジン１が軽負荷運転状態やアイドル運転状態などになりやすく、排気の温度が上がりにくい状況等が挙げられる。また、ＳＣＲ触媒４１が不活性状態であるか否かは、第２排気温度ＴＨ２などの排気温度に基づいて判定可能である。

ところで、尿素添加弁２３０が閉状態に遷移するように制御されているとき、つまり尿素添加弁２３０への通電が停止されている期間中において、同尿素添加弁２３０の噴射孔が完全に閉じていないと、本来、閉弁状態になっているはずの尿素添加弁２３０から尿素水が漏れてしまう。こうした尿素添加弁２３０からの尿素水漏れは、例えば上述したようなタンク内の還元剤残量の変化等に基づいて検出することは可能だが、この場合には、尿素水漏れの判定機会が、機関停止中など、タンク内の尿素水残量をできる限り正確に検出することが可能なときに限られてしまい、尿素水漏れを判定する機会が少なくなる。特に、１トリップが長期間に渡る場合には、尿素水漏れを判定する機会がさらに少なくなる。

また、ＮＯｘ浄化率の変化等を利用して尿素添加弁２３０の異常を判定することも考えられるが、ＳＣＲ触媒に浄化異常が生じているときにもＮＯｘ浄化率は変化するため、ＮＯｘ浄化率の変化等を利用して尿素添加弁２３０の異常を特定することは困難である。

他方、閉弁状態になっているはずの尿素添加弁２３０から尿素水が漏れている場合、その漏出した尿素水はＳＣＲ触媒４１を通過する過程で気化するため、ＳＣＲ触媒４１内の雰囲気温度が低下する。そのため、尿素添加弁２３０からの尿素水漏れが発生している場合には、ＳＣＲ触媒４１を通過する過程で排気の温度が低下する。従って、こうした排気温度の低下量がある程度大きければ、尿素添加弁２３０からの尿素水漏れが発生していると判定することが可能である。

そこで、本実施形態では、そうした排気温度の低下量に基づいて尿素水漏れを判定するようにしている。
図２に、尿素水の漏れ判定処理についてその手順を示す。なお、本処理は、制御装置８０によって所定周期毎に実行される。また、この漏れ判定処理を実行する制御装置８０は、漏れ判定部を構成する。

本処理が開始されると、制御装置８０は、尿素添加弁２３０への通電停止中であるか否かを判定する（Ｓ１００）。なお、上述したように、ＳＣＲ触媒４１が不活性状態となっている場合などに、尿素添加弁２３０への通電は停止される。

そして、尿素添加弁２３０への通電停止中ではないとき（Ｓ１００：ＮＯ）、つまり尿素添加弁２３０への通電が行われており、尿素添加弁２３０が開状態に遷移するように制御されているときには、尿素水漏れの判定を行うことができないため、制御装置８０は、本処理を一旦終了する。

一方、尿素添加弁２３０への通電停止中であるとき（Ｓ１００：ＹＥＳ）、つまり尿素添加弁２３０が閉状態に遷移するように制御されているときには、制御装置８０は、第２排気温度ＴＨ２及び第３排気温度ＴＨ３に基づき、上述した排気温度の低下量に相当する温度低下量ＴＨＤＮを算出する（Ｓ１１０）。このステップＳ１１０では、第２排気温度ＴＨ２から第３排気温度ＴＨ３を減じた値が温度低下量ＴＨＤＮとして算出される。つまり、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気の温度（＝第２排気温度ＴＨ２）を基準にして、ＳＣＲ触媒４１から流出する排気の温度（＝第３排気温度ＴＨ３）がその基準からどれだけ低下しているのかを示す値として、上記温度低下量ＴＨＤＮが算出される。ちなみに、第３排気温度ＴＨ３が第２排気温度ＴＨ２よりも高いときには、温度低下量ＴＨＤＮは負の値になるが、温度低下量ＴＨＤＮが負の値になる場合には、制御装置８０は、本処理を一旦終了する。

次に、制御装置８０は、外気温度ＴＨｏｕｔ及び排気流量ＧＳに基づいて漏れ判定値ＬＫを設定する（Ｓ１２０）。排気流量ＧＳは、吸入空気量ＧＡ及び燃料噴射弁４ａ〜４ｄから噴射される燃料量に基づき、別途算出されている。なお、簡易的には、吸入空気量ＧＡのみで排気流量ＧＳを算出することも可能である。また、センサ等で排気流量ＧＳを実際に計測してもよい。

漏れ判定値ＬＫは、尿素添加弁２３０からの尿素水漏れが発生しているか否かを判定するための値であり、温度低下量ＴＨＤＮが漏れ判定値ＬＫ以上である場合には、制御装置８０は、尿素水漏れが発生していると判定する。

図３に示すように、漏れ判定値ＬＫは、外気温度ＴＨｏｕｔが高いときほど小さい値に設定される。また、漏れ判定値ＬＫは、排気流量ＧＳが多いときほど小さい値に設定される。

こうして漏れ判定値ＬＫが設定されると、制御装置８０は、温度低下量ＴＨＤＮが漏れ判定値ＬＫ以上であるか否かを判定する（Ｓ１３０）。そして、温度低下量ＴＨＤＮが漏れ判定値ＬＫ未満であるときには（Ｓ１３０：ＮＯ）、制御装置８０は、本処理を一旦終了する。

一方、温度低下量ＴＨＤＮが漏れ判定値ＬＫ以上であるときには（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、制御装置８０は、尿素添加弁２３０に尿素水漏れの異常有りと判定して（Ｓ１４０）、本処理を一旦終了する。

次に、上記漏れ判定処理による作用を説明する。
尿素添加弁２３０への通電停止期間中であって（Ｓ１００：ＹＥＳ）、尿素添加弁２３０が閉弁状態になっているはずの期間中において、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気の温度に対してＳＣＲ触媒４１から流出する排気の温度が漏れ判定値ＬＫ以上に低下しているときには（Ｓ１３０）、尿素水漏れが発生していると判定される（Ｓ１４０）。こうした漏れ判定によれば、機関運転中であって排気通路２６内に排気が流れている状態において、尿素添加弁２３０への通電が停止されている期間中であれば、つまり添加弁が閉弁状態に遷移するように制御されているときであれば、尿素水漏れの判定を行うことができる。そのため、機関運転中に尿素添加弁２３０からの尿素水漏れを判定することができるようになり、尿素水漏れの判定を行う条件として、機関停止中であることを条件にしている従来の装置に比べて尿素水漏れの判定機会が増えるようになる。

また、上述したＳＣＲ触媒４１での尿素水の気化量は、基本的にＳＣＲ触媒４１の温度に依存しており、ＳＣＲ触媒４１の浄化異常による影響をあまり受けない。従って、ＮＯｘ浄化率の変化等を利用して尿素添加弁２３０の異常判定を行う場合と比較して、より確実に尿素添加弁２３０の尿素水漏れを判定することができる。

また、外気温度ＴＨｏｕｔが高いときほどＳＣＲ触媒４１の温度も高くなりやすいため、上述した温度低下量ＴＨＤＮは少なくなる。また、排気流量ＧＳが多いときほど排気からＳＣＲ触媒４１に移動する熱量が増えるため、ＳＣＲ触媒４１の温度も高くなりやすく、上述した温度低下量ＴＨＤＮは少なくなる。このように、ＳＣＲ触媒４１を通過する過程での排気温度の低下量を示す温度低下量ＴＨＤＮは、外気温度ＴＨｏｕｔや排気流量ＧＳの影響を受けて変化する。

そこで、漏れ判定値ＬＫを、外気温度ＴＨｏｕｔ及び排気流量ＧＳに応じて変更するようにしている（Ｓ１２０）。より詳細には、上述したように、外気温度ＴＨｏｕｔが高いときほど温度低下量ＴＨＤＮは少なくなるために、こうした温度低下量ＴＨＤＮの減少に合わせて、外気温度ＴＨｏｕｔが高いときほど漏れ判定値ＬＫを小さくしている。また、上述したように、排気流量ＧＳが多いときほど温度低下量ＴＨＤＮは少なくために、こうした温度低下量ＴＨＤＮの減少に合わせて、排気流量ＧＳが多いときほど漏れ判定値ＬＫを小さくしている。こうした漏れ判定値ＬＫの可変設定により、尿素水漏れに関する誤判定の発生が抑えられる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）尿素添加弁２３０が閉弁状態に遷移するように制御されているとき（尿素添加弁２３０への通電停止期間中）に、ＳＣＲ触媒４１から流出する排気の温度（第３排気温度ＴＨ３）が、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気の温度（第２排気温度ＴＨ２）に対して漏れ判定値ＬＫ以上に低下しているときには（温度低下量ＴＨＤＮ≧漏れ判定値ＬＫ）、尿素水漏れが発生していると判定するようにしている。そのため、機関運転中に尿素添加弁２３０からの尿素水漏れを判定することができるようになり、例えば従来の装置に比べて尿素水漏れを判定する機会を増やすことも可能になる。

（２）漏れ判定値ＬＫを、外気温度ＴＨｏｕｔ及び排気流量ＧＳに応じて変更するようにしているため、尿素水漏れに関する誤判定の発生を抑えることができる。
（第２実施形態）
次に、内燃機関の排気浄化装置の第２実施形態について、図４を参照して説明する。

本実施形態では、排気通路２６においてＳＣＲ触媒４１よりも下流側に設けられたアンモニア酸化触媒５１について、同触媒５１活性化していないときには上述した尿素水漏れの判定を行い、同触媒５１活性化しているときには上述した尿素水漏れの判定を禁止するようにしており、この点のみが第１実施形態と異なっている。そこで、以下では、そうした相異点を中心に、本実施形態の漏れ判定処理を説明する。

図４に示すように、本実施形態の漏れ判定処理が開始されると、制御装置８０は、尿素添加弁２３０への通電停止中であるか否かを判定する（Ｓ１００）。なお、上述したように、ＳＣＲ触媒４１が不活性状態となっている場合などに、尿素添加弁２３０への通電は停止される。

そして、尿素添加弁２３０への通電停止中ではないとき（Ｓ１００：ＮＯ）、つまり尿素添加弁２３０への通電が行われており、尿素添加弁２３０が開状態に遷移するように制御されているときには、尿素水漏れの判定を行うことができないため、制御装置８０は、本処理を一旦終了する。

一方、尿素添加弁２３０への通電停止中であるとき（Ｓ１００：ＹＥＳ）、つまり尿素添加弁２３０が閉状態に遷移するように制御されているときには、制御装置８０は、アンモニア酸化触媒５１が活性化しているか否かを判定する（Ｓ２００）。このステップＳ２００では、アンモニア酸化触媒５１の活性化状態を維持することが可能な第２排気温度ＴＨ２の最低温度が閾値αとして設定されており、第２排気温度ＴＨ２が閾値α以上であるときには、アンモニア酸化触媒５１が活性化していると判定される。

なお、こうしたアンモニア酸化触媒５１の活性化判定は、適宜の態様で行うことができる。例えば、第２排気温度ＴＨ２や第３排気温度ＴＨ３等に基づいてアンモニア酸化触媒５１の床温を推定し、その推定された床温が、アンモニア酸化触媒５１の最低活性化温度β以上であるときに、アンモニア酸化触媒５１が活性化していると判定してもよい。また、アンモニア酸化触媒５１の床温を検出する温度センサを設け、その温度センサの検出値が最低活性化温度β以上であるときに、アンモニア酸化触媒５１が活性化していると判定してもよい。また、アンモニア酸化触媒５１の活性化状態を維持することが可能な第３排気温度ＴＨ３の最低温度を閾値γとして設定し、第３排気温度ＴＨ３が閾値γ以上であるときに、アンモニア酸化触媒５１が活性化していると判定してもよい。

ステップＳ２００にて、アンモニア酸化触媒５１が活性化していると判定されるときには（Ｓ２００：ＹＥＳ）、制御装置８０は、本処理を一旦終了する。つまり、第１実施形態の漏れ判定処理では、ステップＳ１００において肯定判定された場合、上述したステップＳ１１０以降の処理を順次実行して、尿素水漏れの判定処理を進めるようにした。一方、本実施形態では、ステップＳ１００において肯定判定された場合であっても、アンモニア酸化触媒５１が活性化しているときには、ステップＳ１１０以降の処理を禁止して、尿素水漏れの判定を禁止する。

上記ステップＳ２００にて、アンモニア酸化触媒５１が活性化していないと判定されるときには（Ｓ２００：ＮＯ）、制御装置８０は、上述したステップＳ１１０以降の処理を順次実行して、尿素水漏れの判定を行う。

次に、本実施形態の漏れ判定処理による作用を説明する。
アンモニア酸化触媒５１にてアンモニアが浄化されるときにはその反応過程において酸化熱が発生し、アンモニア酸化触媒５１の温度は高くなる。このアンモニア酸化触媒５１の温度上昇は排気通路２６等を介してＳＣＲ触媒４１にも熱伝導し、ＳＣＲ触媒４１の温度も高くなる。こうしたアンモニア酸化触媒５１の発熱に起因してＳＣＲ触媒４１の温度が高くなると、ＳＣＲ触媒４１を通過する過程での排気温度の低下量を示す上記温度低下量ＴＨＤＮは少なくなるため、尿素添加弁２３０から尿素水が漏れているにもかかわらず、尿素水漏れが発生していないと誤判定されるおそれがある。

この点、本実施形態の漏れ判定処理では、アンモニア酸化触媒５１が活性化していないとき（Ｓ２００：ＮＯ）、つまり酸化反応によるアンモニア酸化触媒５１の発熱が起きず、上述したアンモニア酸化触媒５１の発熱に起因したＳＣＲ触媒４１の温度上昇が起きないときに、ステップＳ１１０以降の処理を行って尿素水漏れの判定を行う。そのため、アンモニア酸化触媒５１の発熱に起因した尿素水漏れの誤判定が抑えられる。

また、アンモニア酸化触媒５１が活性化しているとき（Ｓ２００：ＹＥＳ）、つまり酸化反応によるアンモニア酸化触媒５１の発熱が起きて、上述したアンモニア酸化触媒５１の発熱に起因したＳＣＲ触媒４１の温度上昇が起きるときには、温度低下量ＴＨＤＮに基づいた尿素水漏れの判定が禁止される。そのため、これによっても、アンモニア酸化触媒５１の発熱に起因した尿素水漏れの誤判定が抑えられる。

以上説明した本実施形態によれば、上記（１）及び（２）に記載の効果に加えて、さらに次の効果を得ることができる。
（３）アンモニア酸化触媒５１が活性化していないときに尿素水漏れの判定を行うようにしているため、アンモニア酸化触媒５１の発熱に起因した尿素水漏れの誤判定を抑えることができる。

（４）アンモニア酸化触媒５１が活性化しているときには、尿素水漏れの判定を禁止するようにしているため、これによっても、アンモニア酸化触媒５１の発熱に起因した尿素水漏れの誤判定を抑えることができる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第１実施形態では、外気温度ＴＨｏｕｔ及び排気流量ＧＳに応じて漏れ判定値ＬＫを変更するようにした。この他、外気温度ＴＨｏｕｔのみに応じて漏れ判定値ＬＫを変更したり、排気流量ＧＳのみに応じて漏れ判定値ＬＫを変更したり、外気温度ＴＨｏｕｔ及び排気流量ＧＳ及びこれら各パラメータとは異なる別のパラメータに応じて漏れ判定値ＬＫを変更してもよい。

・車両の速度が低いときほど走行風による排気通路２６の冷却効果は低下する。そのため、車両の速度が低いときほどＳＣＲ触媒４１の温度は高くなりやすく、上述した温度低下量ＴＨＤＮは少なくなる。このように、ＳＣＲ触媒４１を通過する過程での排気温度の低下量は、車両速度の影響を受けて変化する。そこで、上述した漏れ判定値ＬＫを、車両の速度に応じて変更することにより、尿素水漏れに関する誤判定の発生を抑えることができる。

図５に示すように、このようにして漏れ判定値ＬＫを変更する場合には、車両の速度である車速ＳＰＤが低いときほど漏れ判定値ＬＫが小さくなるように、車速ＳＰＤに基づいて漏れ判定値ＬＫを可変設定することが好ましい。なお、第１実施形態で説明した外気温度ＴＨｏｕｔ及び排気流量ＧＳに応じた漏れ判定値ＬＫの変更に際して、この車速ＳＰＤに応じた漏れ判定値ＬＫの変更を組み合わせてもよい。また、外気温度ＴＨｏｕｔ及び排気流量ＧＳに応じた漏れ判定値ＬＫの変更に代えて、車速ＳＰＤに応じた漏れ判定値ＬＫの変更を行うようにしてもよい。また、外気温度ＴＨｏｕｔ及び車速ＳＰＤに応じた漏れ判定値ＬＫの変更や、排気流量ＧＳ及び車速ＳＰＤに応じた漏れ判定値ＬＫの変更を行うようにしてもよい。

・第２実施形態では、ステップＳ１００の処理を行った後に、ステップＳ２００の処理を行うようにしたが、漏れ判定処理におけるステップＳ２００の実行順序は、先の図１や図４に示したステップＳ１４０よりも前の段階であれば、適宜変更してもよい。例えばステップＳ２００の処理を行った後に、ステップＳ１００以降の処理を行ってもよいし、ステップＳ１３０の処理を行った後に、ステップＳ２００の処理を行ってもよい。

・尿素添加弁２３０は、通電時に開弁し、通電停止時に閉弁する、いわゆるノーマリークローズタイプの弁であった。この他、通電時に閉弁し、通電停止時に開弁する、いわゆるノーマリーオープンタイプの弁でもよく、この場合は、図２や図４に示した上記ステップＳ１００にて尿素添加弁２３０への通電中であるか否かを判定することにより、尿素添加弁２３０が閉状態に遷移するように制御されているか否かを判定する。そして、尿素添加弁２３０への通電中であり、同尿素添加弁２３０が閉状態に遷移するように制御されていると判定される場合には、図２に示したステップＳ１１０以降の処理や、図４に示したステップＳ２００以降の処理を実行するようにしてもよい。

・還元剤として尿素水を使用するようにしたが、この他の還元剤、例えばアンモニア水溶液などを使用するようにしてもよい。

１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…燃料添加弁、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホール、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…吸気絞り弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…絞り弁開度センサ、２１…機関回転速度センサ、２２…アクセルセンサ、２３…外気温センサ、２４…車速センサ、２５…水温センサ、２６…排気通路、２７…燃料供給管、３０…第１浄化部材、３１…酸化触媒、３２…フィルタ、４０…第２浄化部材、４１…選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）、５０…第３浄化部材、５１…アンモニア酸化触媒、６０…分散板、８０…制御装置、１００…第１排気温度センサ、１１０…差圧センサ、１２０…第２排気温度センサ、１３０…第１ＮＯｘセンサ、１４０…第３排気温度センサ、１５０…第２ＮＯｘセンサ、２００…尿素水供給機構、２１０…タンク、２２０…ポンプ、２３０…尿素添加弁、２４０…供給通路。

Claims (4)

1. 排気通路に還元剤を添加する弁であって、通電及び通電停止を切り替えることにより開閉状態の遷移がなされるように制御される添加弁と、添加された前記還元剤により排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、排気通路において前記ＮＯｘ浄化触媒よりも下流側に設けられた酸化触媒と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記添加弁が閉状態に遷移するように制御されているときに、前記ＮＯｘ浄化触媒から流出する排気の温度が、前記ＮＯｘ浄化触媒に流入する前の排気の温度に対して所定の判定値以上に低下しているときには、前記添加弁からの還元剤漏れが発生していると判定する漏れ判定部を備えており、
   前記酸化触媒が活性化していないときに、前記漏れ判定部による前記還元剤漏れの判定を行う
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 排気通路に還元剤を添加する弁であって、通電及び通電停止を切り替えることにより開閉状態の遷移がなされるように制御される添加弁と、添加された前記還元剤により排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、排気通路において前記ＮＯｘ浄化触媒よりも下流側に設けられた酸化触媒と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記添加弁が閉状態に遷移するように制御されているときに、前記ＮＯｘ浄化触媒から流出する排気の温度が、前記ＮＯｘ浄化触媒に流入する前の排気の温度に対して所定の判定値以上に低下しているときには、前記添加弁からの還元剤漏れが発生していると判定する漏れ判定部を備えており、
   前記酸化触媒が活性化しているときには、前記漏れ判定部による前記還元剤漏れの判定を禁止する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記判定値は、外気温度及び排気流量の少なくとも一方に応じて変更される
   請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 当該排気浄化装置は、車両に搭載される装置であり、
   前記判定値は、前記車両の速度に応じて変更される
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。