特許 6087866 排気浄化装置の異常診断装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6087866

(24)【登録日】2017年2月10日

(45)【発行日】2017年3月1日

(54)【発明の名称】排気浄化装置の異常診断装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/18 20060101AFI20170220BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20170220BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20170220BHJP

   B01D 53/86 20060101ALI20170220BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/18 CZAB

   F01N3/08 B

   F01N3/28 301C

   B01D53/86 222

【請求項の数】3

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-107402(P2014-107402)

(22)【出願日】2014年5月23日

(65)【公開番号】特開2015-222061(P2015-222061A)

(43)【公開日】2015年12月10日

【審査請求日】2015年6月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100100549

【弁理士】

【氏名又は名称】川口 嘉之

(74)【代理人】

【識別番号】100085006

【弁理士】

【氏名又は名称】世良 和信

(74)【代理人】

【識別番号】100113608

【弁理士】

【氏名又は名称】平川 明

(74)【代理人】

【識別番号】100123319

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 武彦

(74)【代理人】

【識別番号】100123098

【弁理士】

【氏名又は名称】今堀 克彦

(74)【代理人】

【識別番号】100143797

【弁理士】

【氏名又は名称】宮下 文徳

(72)【発明者】

【氏名】中村 好孝

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 怜

【審査官】 櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２４８９６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００ − ３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気通路に配置され、選択還元型触媒を具備する排気浄化装置と、
前記排気浄化装置へ流入する排気にアンモニア又はアンモニアの前駆体である添加剤を添加する添加装置と、
内燃機関の運転状態を示すパラメータを利用して、前記排気浄化装置へ流入するＮＯ_Ｘ量であるＮＯ_Ｘ流入量を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定されたＮＯ_Ｘ流入量をパラメータとして、前記排気浄化装置に吸着されているアンモニアの量であるＮＨ_３吸着量を取得する第一取得手段と、
前記第一取得手段により取得されるＮＨ_３吸着量をパラメータとして、前記添加装置から添加される添加剤の量を制御する制御手段と、
前記推定手段が推定したＮＯ_Ｘ流入量をパラメータとして、前記排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能に相関する物理量を演算し、その演算結果と所定の閾値とを比較することにより前記排気浄化装置が異常であるか否かを診断する診断手段と、
を備えた排気浄化装置の異常診断装置において、
前記推定手段によりＮＯ_Ｘ流入量が推定されたときの内燃機関の運転状態と同等の運転状態において、内燃機関から排出されるＮＯ_Ｘの量が最も多くなると想定した場合に前記排気浄化装置へ流入するＮＯ_Ｘ量である最大ＮＯ_Ｘ流入量をパラメータとして、前記排気浄化装置が正常であると想定した場合における前記排気浄化装置のＮＨ_３吸着量である最低ＮＨ_３吸着量を取得する第二取得手段をさらに備え、
前記診断手段は、前記最低ＮＨ_３吸着量が所定量以上であるときは前記物理量と第一閾値とを比較することにより前記排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化しているか否かを判定し、前記最低ＮＨ_３吸着量が前記所定量未満であるときは前記物理量と前記第一閾値より小さい第二閾値とを比較することにより前記排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われているか否かを判定することを特徴とする排気浄化装置の異常診断装置。

【請求項2】

請求項１において、前記診断手段は、前記最低ＮＨ_３吸着量が前記所定量より少ない下限値以下であるときは診断を行わないことを特徴とする排気浄化装置の異常診断装置。

【請求項3】

請求項１又は２において、前記最低ＮＨ_３吸着量が前記所定量以上である場合は、前記診断手段は、前記物理量を異なるタイミングで複数回演算し、複数回の演算結果の平均値が前記第一閾値より大きければ前記排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化していないと判定し、複数回の演算結果の平均値が前記第一閾値以下であれば前記排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化していると判定し、
前記最低ＮＨ_３吸着量が前記所定量未満である場合は、前記診断手段は、前記物理量を異なるタイミングで複数回演算し、複数回の演算結果のすべてが前記第二閾値以下であれば前記排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われていると判定し、複数回の演算結果の少なくとも一つが前記第二閾値より大きければ前記排気浄化装置が完全に失われてはいないと判定することを特徴とする排気浄化装置の異常診断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）の異常を診断する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の排気浄化装置として、ＳＣＲ触媒と、該ＳＣＲ触媒へ流入する排気にアンモニア（ＮＨ_３）又はＮＨ_３の前駆体である添加剤を添加する添加装置と、を備えたものが知られている。このような排気浄化装置の異常を検出する技術として、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量（以下、「ＮＯ_Ｘ流入量」と称する）をパラメータとして排気浄化装置の異常を診断する技術が知られている。たとえば、ＮＯ_Ｘ流入量をパラメータとしてＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率（ＮＯ_Ｘ流入量に対して、ＳＣＲ触媒により浄化されたＮＯ_Ｘの量の割合）を演算し、その演算結果に基づいて排気浄化装置の異常を診断する方法が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−３６８５７号公報

【特許文献2】特開２０１３−１８１４５３号公報

【特許文献3】特開２０１３−０３６３４５号公報

【特許文献4】特開２０１２−２５５３９７号公報

【特許文献5】特開２００９−０１９５２０号公報

【特許文献6】特開平０７−０２６９４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記したような排気浄化装置の異常診断方法において、ＮＯ_Ｘ流入量の推定値を用いることが考えられる。その際、ＮＯ_Ｘ流入量は、吸入空気量、燃料噴射量、燃料噴射時期、及び機関回転速度等のような内燃機関の運転状態を示すパラメータを用いて推定される。

【0005】

ところで、排気浄化装置へ実際に流入するＮＯ_Ｘの量（以下、「実ＮＯ_Ｘ流入量」と記す）は、上記したようなパラメータ以外の要因によって変化する場合がある。たとえば、混合気が燃焼する際に発生するＮＯ_Ｘの量は、湿度が低くなるほど多くなる傾向がある。そのため、実ＮＯ_Ｘ流入量は、湿度が低くなるほど多くなる。

【0006】

実ＮＯ_Ｘ流入量が内燃機関の運転状態以外の要因によって変化すると、ＮＯ_Ｘ流入量の推定値（以下、「推定ＮＯ_Ｘ流入量」と記す）と実ＮＯ_Ｘ流入量とのずれが大きくなる。また、吸入空気量の測定に用いられるエアフローメータの測定誤差が大きい場合も、推定ＮＯ_Ｘ流入量と実ＮＯ_Ｘ流入量とのずれが大きくなる。

【0007】

推定ＮＯ_Ｘ流入量と実ＮＯ_Ｘ流入量とのずれが大きいときに、推定ＮＯ_Ｘ流入量をパラメータとして排気浄化装置の異常診断が行われると、誤診断を招く可能性がある。特に、湿度の低下やエアフローメータの測定誤差によって推定ＮＯ_Ｘ流入量が実ＮＯ_Ｘ流入量より少なくなる場合は、推定ＮＯ_Ｘ流入量をパラメータとして算出されるＮＯ_Ｘ浄化率が実際のＮＯ_Ｘ浄化率より小さくなり、ＳＣＲ触媒が正常であるにもかかわらずＳＣＲ触媒が異常であると誤診断される可能性がある。

【0008】

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、推定ＮＯ_Ｘ
流入量をパラメータとして、ＳＣＲ触媒を具備する排気浄化装置の異常を診断する排気浄化装置の異常診断装置において、推定ＮＯ_Ｘ流入量が実ＮＯ_Ｘ流入量より少なくなる場合に、ＳＣＲ触媒が正常であるにもかかわらず異常であると誤診断されることを抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、推定ＮＯ_Ｘ流入量をパラメータとして、ＳＣＲ触媒を具備する排気浄化装置の異常診断を行う排気浄化装置の異常診断装置において、内燃機関の運転状態以外の要因によってＮＯ_Ｘ流入量が最も多くなる条件を想定した場合のＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量である最低ＮＨ_３吸着量を求め、その最低ＮＨ_３吸着量に応じて診断モードを変更するようにした。

【0010】

詳細には、本発明に係わる排気浄化装置の異常診断装置は、
内燃機関の排気通路に配置され、選択還元型触媒を具備する排気浄化装置と、
前記排気浄化装置へ流入する排気にアンモニア又はアンモニアの前駆体である添加剤を添加する添加装置と、
内燃機関の運転状態を示すパラメータを利用して、前記排気浄化装置へ流入するＮＯ_Ｘ量であるＮＯ_Ｘ流入量を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定されたＮＯ_Ｘ流入量をパラメータとして、前記排気浄化装置に吸着されているアンモニアの量であるＮＨ_３吸着量を取得する第一取得手段と、
前記第一取得手段により取得されるＮＨ_３吸着量をパラメータとして、前記添加装置から添加される添加剤の量を制御する制御手段と、
前記推定手段が推定したＮＯ_Ｘ流入量をパラメータとして、前記排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能に相関する物理量を演算し、その演算結果に基づいて前記排気浄化装置が異常であるか否かを診断する診断手段と、
を備えた排気浄化装置の異常診断装置において、
前記推定手段によりＮＯ_Ｘ流入量が推定されたときの内燃機関の運転状態と同等の運転状態において、前記排気浄化装置が正常であり、且つ内燃機関から排出されるＮＯ_Ｘの量が最も多くなると想定した場合の前記排気浄化装置のＮＨ_３吸着量である最低ＮＨ_３吸着量を取得する第二取得手段をさらに備え、
前記診断手段は、前記最低ＮＨ_３吸着量が所定量以上であるときは前記物理量と第一閾値とを比較することにより前記排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化しているか否かを判定し、前記最低ＮＨ_３吸着量が前記所定量未満であるときは前記物理量と前記第一閾値より小さい第二閾値とを比較することにより前記排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われているか否かを判定するようにした。

【0011】

ここでいう「排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われている」とは、排気浄化装置の劣化によって排気浄化装置が排気中のＮＯ_Ｘを全く浄化することができなくなっている状態に加え、排気浄化装置が排気通路から取り外されている状態も含むものとする。

【0012】

このように構成された排気浄化装置の異常診断装置において、診断手段は、推定手段によって推定されたＮＯ_Ｘ流入量（推定ＮＯ_Ｘ流入量）をパラメータとして、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能に相関する物理量を求め、その物理量に基づいて排気浄化装置の異常を診断する。たとえば、診断手段は、前記物理量が所定の閾値以下になると、排気浄化装置が異常であると診断する。ここでいう物理量は、たとえば、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化率、又は排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化量等である。そして、所定の閾値は、ＮＯ_Ｘ浄化率又はＮＯ_Ｘ浄化量が該閾値以下になると、排気浄化装置が異常であると考えられる値である。

【0013】

ところで、排気浄化装置へ流入するＮＯ_Ｘの量は、内燃機関の運転状態以外の要因によっても変化する。たとえば、混合気が燃焼する際に発生するＮＯ_Ｘの量は、湿度が低くな
るほど多くなる傾向がある。そのため、湿度が非常に低い環境（たとえば、１０％程度）で内燃機関が運転されるときは、該内燃機関から排出されるＮＯ_Ｘの量が非常に多くなり、それに伴って排気浄化装置へ流入するＮＯ_Ｘの量も非常に多くなる。そのような場合は、推定手段により推定される推定ＮＯ_Ｘ流入量は、実際のＮＯ_Ｘ流入量（実ＮＯ_Ｘ流入量）より少なくなる可能性がある。また、推定ＮＯ_Ｘ流入量を推定するためのパラメータがセンサによって測定される場合は、センサの測定誤差によって推定ＮＯ_Ｘ流入量が実ＮＯ_Ｘ流入量より少なくなる可能性がある。

【0014】

したがって、推定手段が推定ＮＯ_Ｘ流入量を推定したときの内燃機関の運転状態と同等の運転状態においても、湿度やセンサの測定誤差等によって推定ＮＯ_Ｘ流入量が実ＮＯ_Ｘ流入量より少なくなる可能性がある。

【0015】

ここで、第一取得手段は、推定手段により推定される推定ＮＯ_Ｘ流入量をパラメータとして、排気浄化装置のＮＨ_３吸着量を取得する。そして、制御手段は、第一取得手段によって取得されたＮＨ_３吸着量に応じて、添加装置から添加される添加剤の量を制御する。その際、推定ＮＯ_Ｘ流入量が実ＮＯ_Ｘ流入量より少なければ、第一取得手段により取得されるＮＨ_３吸着量（以下、「推定ＮＨ_３吸着量」と記す）が実際のＮＨ_３吸着量（以下、「実ＮＨ_３吸着量」と記す）より多くなる。推定ＮＨ_３吸着量が実ＮＨ_３吸着量より多いときに、推定ＮＨ_３吸着量に基づいて添加装置から添加される添加剤の量が制御されると、添加剤の添加量が実ＮＨ_３吸着量に見合った量より少なくなり、推定ＮＨ_３吸着量と実ＮＨ_３吸着量とのずれが拡大する。

【0016】

よって、推定ＮＨ_３吸着量に対して実ＮＨ_３吸着量が大幅に少ないときに、排気浄化装置の異常診断処理が実行される可能性がある。推定ＮＨ_３吸着量に対して実ＮＨ_３吸着量が大幅に少ないときに排気浄化装置の異常診断処理が実行されると、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常であっても、ＮＯ_Ｘ浄化性能に相関する物理量が所定の閾値以下になる可能性がある。たとえば、推定ＮＨ_３吸着量が予め定められた規定量以上であるときに異常診断処理が実行される方法においては、異常診断処理が実行される際の実ＮＨ_３吸着量が規定量より少なくなる可能性がある。その場合は、推定ＮＯ_Ｘ流入量をパラメータとして演算される物理量が所定の閾値以下となり、排気浄化装置が正常であるにもかかわらず異常であると誤診断されてしまう。また、異常診断処理が実行される時点の推定ＮＨ_３吸着量に応じて閾値が変更される方法においては、異常診断処理が実行される際の実ＮＨ_３吸着量が推定ＮＨ_３吸着量より少なくなる可能性がある。その場合は、推定ＮＯ_Ｘ流入量をパラメータとして演算される物理量が所定の閾値以下となり、排気浄化装置が正常であるにもかかわらず異常であると誤診断されてしまう。

【0017】

これに対し、本発明の排気浄化装置の異常診断装置は、前記推定手段によりＮＯ_Ｘ流入量が推定されたときの内燃機関の運転状態と同等の運転状態において、排気浄化装置が正常であり、且つ内燃機関から排出されるＮＯ_Ｘの量が最も多くなると想定した場合のＮＨ_３吸着量（最低ＮＨ_３吸着量）を求め、その最低ＮＨ_３吸着量が所定量以上であるときは前記物理量と第一閾値とを比較することにより排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化しているか否かを判定し、最低ＮＨ_３吸着量が所定量未満であるときは前記物理量と前記第一閾値より小さい第二閾値とを比較することにより排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われているか否かを判定する。

【0018】

ここでいう「所定量」は、正常な排気浄化装置のＮＨ_３吸着量が該所定量以上であるときはＮＯ_Ｘ浄化性能が十分に高くなり、正常な排気浄化装置のＮＨ_３吸着量が該所定量を下回るとＮＯ_Ｘ浄化性能が急激に低下すると考えられる量、又はその量に所定のマージンを加算した量である。また、「第一閾値」は、前記物理量が該第一閾値以下になると、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化しているとみなすことができる値である。
「第二閾値」は、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われている場合の前記物理量の値（たとえば、零）である。

【0019】

最低ＮＨ_３吸着量は、前述したように、推定手段によりＮＯ_Ｘ流入量が推定されたときの内燃機関の運転状態と同等の運転状態において、排気浄化装置が正常であり、且つ内燃機関から排出されるＮＯ_Ｘの量が最も多くなると想定した場合のＮＨ_３吸着量である。つまり、最低ＮＨ_３吸着量は、ＳＣＲ触媒が正常であるときに、実ＮＨ_３吸着量が取り得る下限に相当する。そのため、最低ＮＨ_３吸着量が所定量以上であるときに、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常であれば、実ＮＨ_３吸着量が所定量以上であるとみなすことができる。その結果、実ＮＨ_３吸着量が推定ＮＨ_３吸着量より少ないときに異常診断処理が実行されても、排気浄化装置が正常であれば、前記物理量が第一閾値以下になり難い。よって、排気浄化装置が正常であるにもかかわらず劣化していると誤診断され難くなる。

【0020】

一方、最低ＮＨ_３吸着量が所定量未満であるときは、排気浄化装置が正常であっても、実ＮＨ_３吸着量が所定量以上になる場合と実ＮＨ_３吸着量が所定量未満になる場合とが想定される。そのため、実ＮＨ_３吸着量が推定ＮＨ_３吸着量より少ないときに、前記物理量と前記第一閾値とが比較されると、排気浄化装置が正常であっても、前記物理量が第一閾値以下になる可能性がある。よって、最低ＮＨ_３吸着量が所定量未満である場合は、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化しているか否か（ＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われてはいないが、正常時よりＮＯ_Ｘ浄化性能が低下しているか否か）を正確に診断することは難しい。ただし、最低ＮＨ_３吸着量が所定量未満である場合であっても、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われているか否かを判別することは可能である。すなわち、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われてはいない場合は、前記物理量が零より大きくなる。一方、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われている場合は、前記物理量は、実ＮＨ_３吸着量にかかわらず零になる。よって、最低ＮＨ_３吸着量が所定量未満である場合に、前記物理量と第二閾値とを比較すれば、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われているか否かを判別することが可能となり、排気浄化装置が正常であるにもかかわらず異常であると誤診断されることも抑制される。

【0021】

したがって、本発明の排気浄化装置の異常診断装置によれば、推定ＮＨ_３吸着量に対して実ＮＨ_３吸着量が少なくなるときに排気浄化装置の異常診断処理が行われても、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常であるにもかかわらず異常であると誤診断されることが抑制される。

【0022】

本発明の排気浄化装置の異常診断装置において、診断手段は、最低ＮＨ_３吸着量が所定量より少ない下限値以下であるときは診断を行わないようにしてもよい。ここでいう下限値は、最低ＮＨ_３吸着量が該下限値以下になると、排気浄化装置が正常であっても前記物理量が第二閾値以下になると考えられるＮＨ_３吸着量（たとえば、零）である。

【0023】

最低ＮＨ_３吸着量が零になると、実ＮＨ_３吸着量も零になる可能性がある。実ＮＨ_３吸着量が零になると、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われてはいなくても、前記物理量が第二閾値以下になる可能性がある。よって、最低ＮＨ_３吸着量が前記下限値以下であるときに異常診断処理が実行されると、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われてはいないにもかかわらず、ＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われていると誤診断される可能性がある。

【0024】

これに対し、最低ＮＨ_３吸着量が下限値以下であるときに異常診断処理が実行されなければ、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われてはいないにもかかわらず、ＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われていると誤診断されることが抑制される。

【0025】

本発明の排気浄化装置の異常診断装置において、最低ＮＨ_３吸着量が所定量以上である場合は、診断手段は、前記物理量を異なるタイミングで複数回演算し、複数回の演算結果の平均値が前記第一閾値より大きければ前記排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化していないと判定し、複数回の演算結果の平均値が前記第一閾値以下であれば前記排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化していると判定してもよい。また、最低ＮＨ_３吸着量が所定量未満である場合は、診断手段は、前記物理量を異なるタイミングで複数回演算し、複数回の演算結果のすべてが前記第二閾値以下であれば排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われていると判定し、複数回の演算結果の少なくとも一つが前記第二閾値より大きければ排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われてはいないと判定してもよい。

【0026】

このような方法により故障診断が実施されると、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化していないにもかかわらず劣化していると誤判定されることがより確実に抑制される。さらに、排気浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われてはいないにもかかわらず完全に失われていると誤診断されることもより確実に抑制される。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、ＳＣＲ触媒を具備する排気浄化装置の異常診断装置において、ＳＣＲ触媒が正常であるにもかかわらず異常であると誤診断されることを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。

【図2】ＳＣＲ触媒を通過する排気の流量とＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率との関係を示す図である。

【図3】ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量とＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ_３濃度との関係を示す図である。

【図4】ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量とＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率との関係を示す図である。

【図5】最低ＮＨ_３吸着量に応じて診断モードを切り替える際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。

【図6】ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化しているかを診断する際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。

【図7】ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われているかを診断する際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。

【図8】ＳＣＲ触媒が正常であり、且つ内燃機関から排出されるＮＯ_Ｘの量が最も多くなる条件下における、ＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒が吸着可能なＮＨ_３量の上限値との関係を示す図である。

【図9】最低ＮＨ_３吸着量と診断モードとの関係を示す図である。

【図10】最低ＮＨ_３吸着量に応じて診断モードを切り替える際にＥＣＵが実行する処理ルーチンの他の例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】

【0029】

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。

【0030】

図１は、本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、希薄燃焼運転される圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。なお、内燃機関１は、希薄燃焼運転可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）で
あってもよい。

【0031】

内燃機関１には、気筒内から排出される既燃ガス（排気）を流通させるための排気管２が接続されている。排気管２の途中には、第一触媒ケーシング３が配置されている。第一触媒ケーシング３より下流の排気管２には、第二触媒ケーシング４が配置されている。

【0032】

第一触媒ケーシング３は、たとえば、筒状のケーシング内に酸化触媒とパティキュレートフィルタを内装している。その際、酸化触媒は、パティキュレートフィルタの上流に配置される触媒担体に担持されてもよく、或いはパティキュレートフィルタに担持されてもよい。なお、第一触媒ケーシング３は、酸化触媒の代わりに、三元触媒又は吸蔵還元型触媒を収容してもよい。

【0033】

第二触媒ケーシング４は、筒状のケーシング内に、ＳＣＲ触媒が担持された触媒担体を収容する。前記触媒担体は、たとえば、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼等から形成されるハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの基材に、アルミナ系又はゼオライト系の活性成分（担体）をコーティングしたものである。なお、第二触媒ケーシング４におけるＳＣＲ触媒の下流には、酸化触媒が担持された触媒担体が配置されてもよい。その場合の酸化触媒は、ＳＣＲ触媒へ供給されるＮＨ_３のうち、ＳＣＲ触媒をすり抜けたＮＨ_３を酸化するために設けられる。第二触媒ケーシング４は、本発明に係わる排気浄化装置に相当する。

【0034】

第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４との間の排気管２には、ＮＨ_３又はＮＨ_３の前駆体である添加剤を排気中へ添加（噴射）するための添加弁５が配置されている。添加弁５は、ポンプ５０を介して添加剤タンク５１に接続されている。ポンプ５０は、添加剤タンク５１に貯留されている添加剤を吸引するとともに、吸引された添加剤を添加弁５へ圧送する。添加弁５は、ポンプ５０から圧送されてくる添加剤を排気管２内へ噴射する。添加弁５とポンプ５０と添加剤タンク５１との組合せは、本発明に係わる添加装置に相当する。

【0035】

ここで、添加剤タンク５１に貯留される添加剤としては、ＮＨ_３ガス、又は尿素やカルバミン酸アンモニウム等の水溶液である。本実施例では、当該添加剤として尿素水溶液を用いるものとする。添加弁５から尿素水溶液が噴射されると、該尿素水溶液が排気とともに第二触媒ケーシング４へ流入する。その際、尿素水溶液が排気の熱を受けて熱分解され、又はＳＣＲ触媒により加水分解される。尿素水溶液が熱分解又は加水分解されると、ＮＨ_３が生成される。このようにして生成されたＮＨ_３は、ＳＣＲ触媒に吸着（又は吸蔵）される。ＳＣＲ触媒に吸着されたＮＨ_３は、排気中に含まれるＮＯ_Ｘと反応してＮ_２や水（Ｈ_２Ｏ）を生成する。つまり、ＮＨ_３は、ＮＯ_Ｘの還元剤として機能する。

【0036】

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８が併設
されている。ＥＣＵ８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ８には、ＮＯ_Ｘセンサ６、排気温度センサ７、クランクポジションセンサ９、アクセルポジションセンサ１０、及びエアフローメータ１１等の各種センサが電気的に接続されている。

【0037】

ＮＯ_Ｘセンサ６は、第二触媒ケーシング４より下流の排気管２に配置され、第二触媒ケーシング４から流出する排気のＮＯ_Ｘ濃度に相関する電気信号を出力する。なお、第二触媒ケーシング４がＳＣＲ触媒と酸化触媒とを収容している場合は、ＮＯ_Ｘセンサ６は、ＳＣＲ触媒と酸化触媒との間に配置されるものとする。排気温度センサ７は、第二触媒ケーシング４より下流の排気管２に配置され、第二触媒ケーシング４から流出する排気の温度と相関する電気信号を出力する。

【0038】

クランクポジションセンサ９は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１０は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１１は、内燃機関１に吸入される空気の量（質量）に相関する電気信号を出力する。

【0039】

また、ＥＣＵ８は、内燃機関１に取り付けられた各種機器（たとえば、燃料噴射弁等）、添加弁５、及びポンプ５０等と電気的に接続されている。ＥＣＵ８は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の各種機器、添加弁５、及びポンプ５０等を電気的に制御する。たとえば、ＥＣＵ８は、内燃機関１の燃料噴射制御等のような既知の制御に加え、添加弁５から間欠的に添加剤を噴射させる添加制御や第二触媒ケーシング４の異常を診断する処理（異常診断処理）を実行する。

【0040】

まず、添加制御においては、ＥＣＵ８は、第二触媒ケーシング４のＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ_３量の推定値（推定ＮＨ_３吸着量）を求め、その推定ＮＨ_３吸着量に基づいて添加弁５を制御する。

【0041】

推定ＮＨ_３吸着量は、ＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ_３（尿素水溶液が排気中で熱分解されて生成されるＮＨ_３と尿素水溶液がＳＣＲ触媒において加水分解されて生成されるＮＨ_３）の量から、ＳＣＲ触媒において消費されるＮＨ_３の量（ＮＯ_Ｘの還元に消費されるＮＨ_３の量）とＮＨ_３スリップ量とを減算した値を積算することによって求められる。

【0042】

ＳＣＲ触媒へ流入するＮＨ_３の量は、添加弁５から添加される尿素水溶液の量をパラメータとして演算される。

【0043】

ＳＣＲ触媒において消費されるＮＨ_３の量は、ＮＯ_Ｘ流入量とＮＯ_Ｘ浄化率とをパラメータとして演算される。その際、ＮＯ_Ｘ流入量は、内燃機関１から排出されるＮＯ_Ｘの量（内燃機関１において混合気が燃焼する際に発生するＮＯ_Ｘの量）に相関する。内燃機関１から排出されるＮＯ_Ｘの量は、混合気に含まれる酸素の量と、混合気に含まれる燃料の量と、燃料噴射時期と、機関回転速度とに相関する。混合気に含まれる酸素の量は、吸入空気量（エアフローメータ１１の出力信号）に相関する。混合気に含まれる燃料の量は、燃料噴射量に相関する。よって、ＥＣＵ８は、エアフローメータ１１の出力信号と、燃料噴射量と、燃料噴射時期と、機関回転速度と、をパラメータとして、ＮＯ_Ｘ流入量の推定値（推定ＮＯ_Ｘ流入量）を演算する。なお、上記した種々のパラメータと推定ＮＯ_Ｘ流入量との関係は、予め実験的に求めておき、それらの関係をマップや関数式の態様でＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておくようにしてもよい。このようにＥＣＵ８が推定ＮＯ_Ｘ流入量を求めることにより、本発明に係わる推定手段が実現される。また、ＮＯ_Ｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の流量（単位時間あたりの吸入空気量と単位時間あたりの燃料噴射量との総和）とＳＣＲ触媒の温度とをパラメータとして推定される。図２は、排気の流量（単位時間あたりの吸入空気量と単位時間あたりの燃料噴射量との総和）と、ＳＣＲ触媒の温度と、ＮＯ_Ｘ浄化率との関係を示す図である。ＮＯ_Ｘ浄化率は、排気流量が多くなるほど小さくなり、且つＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど大きくなる（ただし、ＳＣＲ触媒の温度が上限温度（たとえば、３５０℃）を超えると、ＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど小さくなる）傾向がある。よって、図２に示すような関係を規定したマップ又は関数式を予め求めておき、そのマップ又は関数式に基づいてＮＯ_Ｘ浄化率が求められる。

【0044】

ＮＨ_３スリップ量は、推定ＮＨ_３吸着量の前回の演算値と、ＳＣＲ触媒の温度と、単位時間あたりにＳＣＲ触媒を通過する排気の流量と、をパラメータとして求められる。図３は、ＳＣＲ触媒を通過する排気の流量が一定である場合において、ＮＨ_３吸着量とＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ_３濃度との関係を示す図である。図３に
おいて、ＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ_３濃度は、ＮＨ_３吸着量が多くなるほど濃くなり、且つＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど濃くなる。よって、ＳＣＲ触媒を通過する排気の流量が一定である場合は、ＮＨ_３スリップ量は、ＮＨ_３吸着量が多くなるほど、且つＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど多くなるといえる。一方、ＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ_３濃度が一定であれば、単位時間あたりにＳＣＲ触媒を通過する排気の流量が多くなるほど、単位時間あたりのＮＨ_３スリップ量が多くなる。そこで、ＥＣＵ８は、図３に示したような関係に基づいて、ＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ_３濃度を求め、該ＮＨ_３濃度に単位時間あたりの排気流量（単位時間あたりの吸入空気量と単位時間あたりの燃料噴射量との総和）を乗算することにより、ＮＨ_３スリップ量を算出する。

【0045】

ＥＣＵ８は、上記した方法により求められた推定ＮＨ_３吸着量が規定量より少なくなると、添加弁５から尿素水溶液を噴射させる。ここでいう「規定量」は、たとえば、ＳＣＲ触媒が吸着することができる最大のＮＨ_３量（ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着速度とＮＨ_３脱離速度とが平衡状態になるときのＮＨ_３吸着量）から所定のマージンを差し引いた量である。なお、ＥＣＵ８が上記した方法によって推定ＮＨ_３吸着量を求めることにより、本発明に係わる第一取得手段が実現される。また、ＥＣＵ８が上記した方法によって添加弁５を制御することにより、本発明に係わる制御手段が実現される。

【0046】

次に、前記した方法により求められた推定ＮＨ_３吸着量が規定量以上であるときに、ＥＣＵ８は、異常診断処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ８は、推定ＮＨ_３吸着量が規定量以上であるときに、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能に相関する物理量を求め、その物理量に基づいてＳＣＲ触媒の異常を診断する。

【0047】

ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能を示す物理量としては、たとえば、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率、又はＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化量等を用いることができる。以下では、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能に相関する物理量として、ＮＯ_Ｘ浄化率を用いる例について述べる。異常診断処理に用いられるＮＯ_Ｘ浄化率は、ＮＨ_３吸着量の推定に用いられるＮＯ_Ｘ浄化率とは異なる方法により求められる。すなわち、異常診断処理に用いられるＮＯ_Ｘ浄化率は、以下の式（１）により演算される。
Ｅｎｏｘ＝（Ａｎｏｘｉｎ−Ａｎｏｘｏｕｔ）／Ａｎｏｘｉｎ・・・（１）

【0048】

前記式（１）中のＥｎｏｘは、ＮＯ_Ｘ浄化率である。Ａｎｏｘｉｎは、ＮＯ_Ｘ流入量であり、前述したように、吸入空気量、燃料噴射量、燃料噴射時期、及び機関回転速度をパラメータとして演算される推定ＮＯ_Ｘ流入量が代入される。Ａｎｏｘｏｕｔは、ＳＣＲ触媒から流出するＮＯ_Ｘの量（以下、「ＮＯ_Ｘ流出量」と記す）であり、ＮＯ_Ｘセンサ６の出力信号（ＮＯ_Ｘ濃度）と単位時間あたりの排気流量（単位時間あたりの吸入空気量と単位時間あたりの燃料噴射量との総和）とを乗算することにより求められる値が代入される。

【0049】

前記式（１）によりＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが算出されると、ＥＣＵ８は、該ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが所定の閾値より大きいか否かを判別する。ここでいう「所定の閾値」は、ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが該閾値以下になると、ＳＣＲ触媒が異常であると考えられる値である。よって、ＥＣＵ８は、ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが所定の閾値より大きければ、ＳＣＲ触媒が正常であると診断し、ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが所定の閾値以下であれば、ＳＣＲ触媒が異常であると診断する。

【0050】

ところで、実際のＮＯ_Ｘ流入量（実ＮＯ_Ｘ流入量）は、推定ＮＯ_Ｘ流入量の推定に用いられるパラメータ（吸入空気量、燃料噴射量、燃料噴射時期、及び機関回転速度）以外の要因によっても変化する。たとえば、混合気が燃焼する際に発生するＮＯ_Ｘの量は、湿度が低くなるほど多くなる傾向がある。そのため、湿度が非常に低い環境（たとえば、１０
％程度）で内燃機関１が運転されるときは、該内燃機関１から排出されるＮＯ_Ｘの量が非常に多くなり、それに伴って実ＮＯ_Ｘ流入量も非常に多くなる。その結果、推定ＮＯ_Ｘ流入量に対して実ＮＯ_Ｘ流入量が多くなる可能性がある。また、推定ＮＯ_Ｘ流入量を推定するためのパラメータとして吸入空気量が用いられる場合は、吸入空気量を測定するセンサ（エアフローメータ１１）の測定誤差によって推定ＮＯ_Ｘ流入量が実ＮＯ_Ｘ流入量より少なくなる可能性がある。よって、推定ＮＯ_Ｘ流入量が推定されたときの内燃機関１の運転状態と同等の運転状態であっても、湿度の変化やセンサの測定誤差等によって実ＮＯ_Ｘ流入量が推定ＮＯ_Ｘ流入量より多くなる可能性がある。

【0051】

また、尿素水溶液の添加制御に用いられる推定ＮＨ_３吸着量は、推定ＮＯ_Ｘ流入量をパラメータとして求められる。そのため、推定ＮＯ_Ｘ流入量が実ＮＯ_Ｘ流入量より少なくなると、推定ＮＨ_３吸着量が実際のＮＨ_３吸着量より多くなる。推定ＮＨ_３吸着量が実ＮＨ_３吸着量より多いときに、推定ＮＨ_３吸着量に基づいて尿素水溶液の添加制御が行われると、尿素水溶液の添加量が実ＮＨ_３吸着量に見合った量より少なくなり、実ＮＨ_３吸着量が減少する。このような状態が続くと、推定ＮＨ_３吸着量と実ＮＨ_３吸着量とのずれが拡大する。

【0052】

その結果、推定ＮＨ_３吸着量に対して実ＮＨ_３吸着量が大幅に少ないときに、ＳＣＲ触媒の異常診断処理が実行される可能性がある。たとえば、推定ＮＨ_３吸着量が規定量以上であるときに異常診断処理が実行される方法において、異常診断処理が実行される際の実ＮＨ_３吸着量が規定量に対して大幅に少なくなる可能性がある。その場合、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常であっても、ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが所定の閾値以下になる可能性がある。その結果、ＳＣＲ触媒が正常であるにもかかわらず、ＳＣＲ触媒が異常であると誤診断される可能性がある。

【0053】

なお、内燃機関１から排出されるＮＯ_Ｘの量が最も多くなることを想定してＮＯ_Ｘ流入量を推定し、それに応じて推定ＮＨ_３吸着量の演算や尿素水溶液の添加制御を行うことが考えられる。しかしながら、湿度があまり低くない場合やエアフローメータ１１の測定誤差が小さい場合には、推定ＮＨ_３吸着量が実際のＮＨ_３吸着量より少なくなるため、尿素水溶液が過剰に添加されてしまい、尿素水溶液の消費量が不要に増加したり、ＮＨ_３スリップ量が不要に増加したりという問題がある。よって、添加制御に用いられる推定ＮＨ_３吸着量については、湿度の低下等を考慮せずに推定することが望ましい。

【0054】

そこで、本実施例では、異常診断処理においてのみ、ＮＯ_Ｘ流入量が最も多くなる場合を想定したＮＨ_３吸着量（最低ＮＨ_３吸着量）を求め、その最低ＮＨ_３吸着量に応じて診断モードを変更するようにした。ここでいう「最低ＮＨ_３吸着量」は、推定ＮＯ_Ｘ流入量が推定されたときの内燃機関１の運転状態と同等の運転状態において、ＳＣＲ触媒が正常であり、且つ内燃機関１から排出されるＮＯ_Ｘの量が最も多くなると想定した場合のＮＨ_３吸着量である。

【0055】

詳細には、異常診断処理の実行時における最低ＮＨ_３吸着量が所定量以上であるときは、ＮＯ_Ｘ浄化率と第一閾値とを比較することにより、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化しているか否かを判別する。また、異常診断処理の実行時における最低ＮＨ_３吸着量が前記所定量未満であるときは、ＮＯ_Ｘ浄化率と第二閾値とを比較することにより、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われている否かを判別する。

【0056】

前記所定量は、前記規定量より少ない量であり、正常なＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量が該所定量を下回ると、ＮＯ_Ｘ浄化率が急激に低下すると考えられるＮＨ_３吸着量である。言い換えると、所定量は、ＳＣＲ触媒が正常であり、且つＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量が該所定量以上であれば、ＮＨ_３吸着量が前記規定量以上であるときと略同等のＮＯ_Ｘ浄化率を
得ることができる量である。

【0057】

図４は、ＳＣＲ触媒が正常である場合における実ＮＨ_３吸着量とＮＯ_Ｘ浄化率との関係を示す図である。図４に示すように、実ＮＨ_３吸着量が所定量以上であるときは、ＮＯ_Ｘ浄化率が最大値に張り付く。これに対し、実ＮＨ_３吸着量が所定量未満であるときは、実ＮＨ_３吸着量が少なくなるほど、ＮＯ_Ｘ浄化率が小さくなる。なお、ＳＣＲ触媒が正常であっても、該ＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど実ＮＨ_３吸着量が少なくなるため、前記所定量はＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど大きな値に変更されることが望ましい。

【0058】

また、前記第一閾値は、ＮＯ_Ｘ浄化率が該第一閾値以下になると、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化しているとみなすことができる値であり、予め実験等を利用した適合処理によって定められた値である。前記第二閾値は、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われているときのＮＯ_Ｘ浄化率（たとえば、ＳＣＲ触媒の劣化によりＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に無くなったときのＮＯ_Ｘ浄化率、又はＳＣＲ触媒を収容した第二触媒ケーシング４が排気管２から取り外されているときのＮＯ_Ｘ浄化率）であり、零である。

【0059】

ここで、最低ＮＨ_３吸着量は、前述したように、推定ＮＯ_Ｘ流入量が推定されたときの内燃機関１の運転状態と同等の運転状態において、排気浄化装置が正常であり、且つ内燃機関から排出されるＮＯ_Ｘの量が最も多くなると想定した場合のＮＨ_３吸着量である。つまり、最低ＮＨ_３吸着量は、ＳＣＲ触媒が正常であるときに、実ＮＨ_３吸着量が取り得る下限に相当する。そのため、最低ＮＨ_３吸着量が所定量以上であり、且つＳＣＲ触媒が正常であるときは、実ＮＨ_３吸着量が所定量以上であるとみなすことができる。その結果、実ＮＨ_３吸着量が推定ＮＨ_３吸着量より少ないときに異常診断処理が実行されても、ＳＣＲ触媒が正常であれば、ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが第一閾値以下になり難い。よって、最低ＮＨ_３吸着量が所定量以上であるときは、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化しているか否かを精度よく判別することができる。

【0060】

一方、最低ＮＨ_３吸着量が所定量未満であるときは、排気浄化装置が正常であっても、実ＮＨ_３吸着量が所定量以上になる場合と実ＮＨ_３吸着量が所定量未満になる場合とが想定される。そのため、実ＮＨ_３吸着量が推定ＮＨ_３吸着量より少ないときに、ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘと第一閾値とが比較されると、ＳＣＲ触媒が正常であるにもかかわらず、ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが第一閾値以下になる可能性がある。よって、最低ＮＨ_３吸着量が所定量未満である場合において、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化した状態（ＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われてはいないが、正常時より劣化している状態）を正確に検出することは難しい。ただし、最低ＮＨ_３吸着量が所定量未満である場合であっても、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われているか否かを判別することは可能である。すなわち、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われてはいない場合は、ＮＯ_Ｘ浄化率が零より大きくなる。一方、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われている場合は、ＮＯ_Ｘ浄化率が零になる。よって、最低ＮＨ_３吸着量が所定量未満である場合に、ＮＯ_Ｘ浄化率と第二閾値とを比較すれば、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われているか否かを正確に判別することはできる。

【0061】

ここで、最低ＮＨ_３吸着量は、前述した推定ＮＨ_３吸着量と同様の方法によって求められる。ただし、ＳＣＲ触媒において消費されるＮＨ_３の量を求める際に使用されるＮＯ_Ｘ流入量は、推定ＮＯ_Ｘ流入量とは異なる値が用いられる。すなわち、内燃機関１から排出されるＮＯ_Ｘの量が最も多くなることを想定した値（以下、「最大ＮＯ_Ｘ流入量」と称する）が用いられる。最大ＮＯ_Ｘ流入量は、例えば、混合気の燃焼によって生成されるＮＯ_Ｘの量が最も多くなる湿度（たとえば、１０％程度）において、エアフローメータ１１の測定誤差が最も大きくなる場合のＮＯ_Ｘ流入量であり、前述した推定ＮＯ_Ｘ流入量に所定の係数（以下、「推定ずれ係数」と称する）を乗算して求められる。推定ずれ係数は、エ
アフローメータ１１の測定誤差、及び混合気の燃焼時に生成されるＮＯ_Ｘの量が最も多くなる湿度を考慮した係数であり、予め実験等を利用した適合処理によって定められている。

【0062】

以下、本実施例における異常診断処理の実行手順について図５乃至図７に基づいて説明する。図５は、最低ＮＨ_３吸着量に応じて診断モードを切り替える際にＥＣＵ８が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。図６は、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化しているかを診断する際にＥＣＵ８が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。図７は、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われているかを診断する際にＥＣＵ８が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。

【0063】

図５の処理ルーチンは、推定ＮＨ_３吸着量が規定量以上であるときにＥＣＵ８によって繰り返し実行される処理ルーチンであり、予めＥＣＵ８のＲＯＭに記憶されている。

【0064】

図５の処理ルーチンでは、ＥＣＵ８は、Ｓ１０１の処理において、最低ＮＨ_３吸着量を演算する。詳細には、ＥＣＵ８は、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＨ_３の量から、ＳＣＲ触媒において消費されるＮＨ_３の量とＮＨ_３スリップ量とを減算することにより算出する。その際、ＳＣＲ触媒において消費されるＮＨ_３の量は、最大ＮＯ_Ｘ流入量とＮＯ_Ｘ浄化率とをパラメータとして演算される。詳細には、ＥＣＵ８は、先ず、エアフローメータ１１の出力信号と、燃料噴射量と、燃料噴射時期と、機関回転速度と、をパラメータとして、推定ＮＯ_Ｘ流入量を演算する。続いて、ＥＣＵ８は、推定ＮＯ_Ｘ流入量に推定ずれ係数を乗算することにより、最大ＮＯ_Ｘ流入量を算出する。また、ＥＣＵ８は、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の流量とＳＣＲ触媒の温度とをパラメータとして、ＮＯ_Ｘ浄化率を演算する。そして、ＥＣＵ８は、最大ＮＯ_Ｘ流入量とＮＯ_Ｘ浄化率とを乗算することにより、ＳＣＲ触媒において浄化されるＮＯ_Ｘ量を演算し、そのＮＯ_Ｘ量をＮＨ_３の量（ＳＣＲ触媒において消費されるＮＨ_３の量）に換算する。

【0065】

Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ８は、Ｓ１０１の処理で求められた最低ＮＨ_３吸着量に上限ガード処理を施す。ＳＣＲ触媒が吸着可能なＮＨ_３量は、ＳＣＲ触媒の温度に応じて変化する。ここで、ＳＣＲ触媒が正常であり、且つ内燃機関１から排出されるＮＯ_Ｘの量が最も多くなる条件下における、ＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒が吸着可能なＮＨ_３量の上限値との関係を図８に示す。図８において、ＳＣＲ触媒の温度が第一温度ｔｅｍｐ１（たとえば、２５０℃）以下であるときは、ＳＣＲ触媒が吸着可能なＮＨ_３量の上限値は略一定となる。ＳＣＲ触媒の温度が第一温度ｔｅｍｐ１を上回ると、ＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど、ＳＣＲ触媒が吸着可能なＮＨ_３量の上限値が少なくなる。そして、ＳＣＲ触媒の温度が第一温度ｔｅｍｐ１より高い第二温度ｔｅｍｐ２（たとえば、４５０℃）以上になると、ＳＣＲ触媒が吸着可能なＮＨ_３量が零になる。そこで、ＥＣＵ８は、Ｓ１０２の処理で求められた最低ＮＨ_３吸着量とＳＣＲ触媒の温度から特定される上限値とを比較し、いずれか小さい方の値を最低ＮＨ_３吸着量に設定する。なお、ＳＣＲ触媒の温度としては、排気温度センサ７の測定値を用いてもよく、或いは内燃機関１の運転状態から推定される値を用いてもよい。

【0066】

ここで、ＥＣＵ８がＳ１０１及びＳ１０２の処理を実行することにより、本発明に係わる第二取得手段が実現される。

【0067】

Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０２の処理で設定された最低ＮＨ_３吸着量が所定量以上であるか否かを判別する。所定量は、前述したように、前記規定量より少ない量であり、正常なＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量が該所定量を下回ると、ＮＯ_Ｘ浄化率が急激に低下すると考えられるＮＨ_３吸着量である。

【0068】

前記Ｓ１０３の処理で肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０４の処理へ進み、劣化診断モードを選択する。ここでいう劣化診断モードは、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率と第一閾値とを比較することにより、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が正常時より劣化しているか否かを診断するモードである。

【0069】

一方、前記Ｓ１０３の処理で否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０５の処理へ進み、完全故障診断モードを選択する。ここでいう完全故障診断モードは、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率と第二閾値とを比較することにより、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われている否かを診断するモードである。

【0070】

図５の処理ルーチンにおいて劣化診断モードが選択された場合に、ＥＣＵ８は、図６の処理ルーチンを実行する。図６の処理ルーチンでは、ＥＣＵ８は、先ずＳ２０１の処理において、劣化診断処理の実行条件が成立しているか否かを判別する。ここでいう実行条件は、推定ＮＨ_３吸着量が規定量以上であること、且つＳＣＲ触媒の温度がＮＯ_Ｘの浄化に適した温度範囲（たとえば、２００℃〜３５０℃）に属していること、且つ内燃機関１の吸入空気量が比較的多いこと等である。

【0071】

Ｓ２０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ２０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ２０２の処理へ進む。

【0072】

Ｓ２０２の処理では、ＥＣＵ８は、推定ＮＯ_Ｘ流入量とＮＯ_Ｘセンサ６の測定値とエアフローメータ１１の測定値とをパラメータとして、ＮＯ_Ｘ浄化率を演算する。なお、ＮＯ_Ｘ浄化率は、異なるタイミングにおいて複数回にわたって演算される。その際、複数回の演算処理は、内燃機関１の運転条件が同等となるときに実施されることが望ましい。なお、複数回の演算処理が異なる運転条件下で実施された場合は、すべてのＮＯ_Ｘ浄化率が同一運転条件下の値となるように補正してもよい。

【0073】

Ｓ２０３の処理では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ２０２の処理で算出された複数のＮＯ_Ｘ浄化率の平均値（平均ＮＯ_Ｘ浄化率）を演算する。続いて、ＥＣＵ８は、Ｓ２０４の処理へ進み、前記平均ＮＯ_Ｘ浄化率が第一閾値より大きいか否かを判別する。

【0074】

前記Ｓ２０４の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ２０５の処理へ進み、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が劣化していないと判定（正常判定）する。一方、前記Ｓ２０４の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ２０６の処理へ進み、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が劣化していると判定（劣化判定）する。

【0075】

次に、図５の処理ルーチンにおいて完全故障診断モードが選択された場合に、ＥＣＵ８は、図７の処理ルーチンを実行する。図７の処理ルーチンでは、ＥＣＵ８は、先ずＳ３０１の処理において、完全故障診断処理の実行条件が成立しているか否かを判別する。ここでいう実行条件は、推定ＮＨ_３吸着量が規定量以上であること、且つＳＣＲ触媒の温度がＮＯ_Ｘの浄化に適した温度範囲（たとえば、２００℃〜３５０℃）に属していること、且つ内燃機関１の吸入空気量が比較的少ないこと等である。

【0076】

Ｓ３０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ３０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ３０２の処理へ進む。

【0077】

Ｓ３０２の処理では、ＥＣＵ８は、前述した図６のルーチンにおけるＳ２０２の処理と同様に、ＮＯ_Ｘ浄化率の演算を複数回行う。続いて、Ｓ３０３の処理では、ＥＣＵ８は、
前記Ｓ３０２の処理で算出された複数のＮＯ_Ｘ浄化率のうち、最も大きなＮＯ_Ｘ浄化率（最大ＮＯ_Ｘ浄化率）を抽出する。

【0078】

Ｓ３０４の処理では、ＥＣＵ８は、前記最大ＮＯ_Ｘ浄化率が第二閾値より大きいか否かを判別する。言い換えると、ＥＣＵ８は、前記Ｓ３０２の処理で求められた複数のＮＯ_Ｘ浄化率の内に、第二閾値より大きなＮＯ_Ｘ浄化率があるか否かを判別する。Ｓ３０４の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ３０５の処理へ進み、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われてはいないと判定（正常判定）する。一方、前記Ｓ３０４の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ３０６の処理へ進み、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われていると判定（完全故障判定）する。

【0079】

このようにＥＣＵ８が図６、７の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる診断手段が実現される。その結果、実ＮＨ_３吸着量が推定ＮＨ_３吸着量より少ないとき、特に実ＮＨ_３吸着量が所定量を下回るときに異常診断処理が実行されても、ＳＣＲ触媒が正常であるにもかかわらず異常であると誤診断されることが抑制される。

【0080】

なお、図９に示すように、最低ＮＨ_３吸着量が所定量以上であるときは劣化診断モードで異常診断処理が実行され、最低ＮＨ_３吸着量が所定量未満且つ下限値より大きいときは完全故障診断モードで異常診断処理が実行され、最低ＮＨ_３吸着量が下限値以下であるときは異常診断処理が禁止（禁止モード）されるようにしてもよい。ここでいう下限値は、最低ＮＨ_３吸着量が該下限値以下になると、ＳＣＲ触媒が正常であってもＮＯ_Ｘ浄化率が第二閾値以下になる可能性があるＮＨ_３吸着量（たとえば、零）である。

【0081】

最低ＮＨ_３吸着量が零になると、実ＮＨ_３吸着量が零になる可能性がある。実ＮＨ_３吸着量が零になると、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われてはいなくても、ＮＯ_Ｘ浄化率が第二閾値以下になる。よって、最低ＮＨ_３吸着量が下限値以下であるときに異常診断処理が実行されると、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われてはいないにもかかわらず、ＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われていると誤診断される可能性がある。

【0082】

これに対し、最低ＮＨ_３吸着量が下限値以下であるときに異常診断処理の実行が禁止あされると、上記したような誤診断が起こり難くなる。よって、ＳＣＲ触媒が正常であるときに、該ＳＣＲ触媒が異常であると誤診断されることをより確実に抑制することができる。ここで、禁止モードを含む診断モードの切り替える手順について図１０に沿って説明する。図１０において、前述した図５の処理ルーチンと同様の処理は同一の符号を付している。

【0083】

図１０の処理ルーチンでは、ＥＣＵ８は、Ｓ１０４の処理において否定判定された場合に、Ｓ４０１の処理へ進み、最低ＮＨ_３吸着量が下限値より大きいか否かを判別する。Ｓ４０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０６の処理へ進む。一方、Ｓ４０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ４０２の処理ヘ進み、異常診断処理の実行を禁止するモード（禁止モード）を選択する。禁止モードが選択された場合は、ＥＣＵ８は、異常診断処理を実行しないため、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われてはいないにもかかわらず、ＮＯ_Ｘ浄化性能が完全に失われていると誤診断されることが抑制される。

【符号の説明】

【0084】

１ 内燃機関
２ 排気管
３ 第一触媒ケーシング
４ 第二触媒ケーシング
５ 添加弁
６ ＮＯ_Ｘセンサ
７ 排気温度センサ
８ ＥＣＵ
５０ ポンプ
５１ 添加剤タンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】