(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】
(24)【登録日】2022-12-19
(45)【発行日】2022-12-27
(54)【発明の名称】診断装置及び内燃機関の排気浄化装置
(51)【国際特許分類】
F01N 3/20 20060101AFI20221220BHJP
F01N 3/08 20060101ALI20221220BHJP
F01N 3/24 20060101ALI20221220BHJP
B01D 53/94 20060101ALI20221220BHJP
【ＦＩ】
F01N3/20 C
F01N3/08 A
F01N3/08 B
F01N3/24 C
B01D53/94 222
B01D53/94 280
B01D53/94 245
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2018247017
(22)【出願日】2018-12-28
(65)【公開番号】P2020106002
(43)【公開日】2020-07-09
【審査請求日】2021-11-10
(73)【特許権者】
【識別番号】000003333
【氏名又は名称】ボッシュ株式会社
(72)【発明者】
【氏名】田辺 隆裕
(72)【発明者】
【氏名】岡崎 寿子
(72)【発明者】
【氏名】赤羽 康彰
(72)【発明者】
【氏名】久柴 尚裕
【審査官】増岡 亘
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１０５１４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－７９８５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２２０１２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１２５３２３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｎ ３／２０
Ｆ０１Ｎ ３／０８
Ｆ０１Ｎ ３／２４
Ｂ０１Ｄ ５３／９４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関の排気通路に上流側から順にＮＯＸ吸蔵触媒とＮＯＸ選択還元触媒とを備えた排気浄化装置における前記ＮＯＸ選択還元触媒の異常を診断する診断装置において、前記ＮＯＸ選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のＮＯＸ濃度の推定値である下流側ＮＯＸ濃度推定値を算出する下流側ＮＯＸ濃度推定部と、
前記ＮＯＸ選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたＮＯＸ濃度センサのセンサ値を取得するセンサ値検出部と、
前記ＮＯ Ｘ 吸蔵触媒よりも下流側、かつ、前記ＮＯ Ｘ 選択還元触媒よりも上流側の排気通路内のアンモニア濃度の推定値である上流側アンモニア濃度推定値を求める上流側アンモニア濃度推定部と、
前記上流側アンモニア濃度推定値、前記下流側ＮＯＸ濃度推定値及び前記センサ値に基づいて前記ＮＯＸ選択還元触媒の欠落又は劣化を判定する判定部と、
を備える、診断装置。
【請求項2】
前記判定部は、前記上流側アンモニア濃度推定値の積算値、前記下流側ＮＯＸ濃度推定値の積算値及び前記センサ値の積算値を用いて、前記ＮＯＸ選択還元触媒の欠落及び劣化を判定する、請求項１に記載の診断装置。
【請求項3】
前記判定部は、前記ＮＯＸ吸蔵触媒からアンモニアが流出する期間における前記上流側アンモニア濃度推定値、前記下流側ＮＯＸ濃度推定値及び前記センサ値を用いて前記ＮＯＸ選択還元触媒の欠落及び劣化を判定する、請求項１又は２に記載の診断装置。
【請求項4】
内燃機関の排気通路に備えられたＮＯＸ吸蔵触媒と、前記ＮＯＸ吸蔵触媒よりも下流側の排気通路に備えられたＮＯＸ選択還元触媒と、
前記ＮＯＸ選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたＮＯＸ濃度センサと、
前記ＮＯＸ選択還元触媒の異常を診断する診断装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記診断装置は、
前記ＮＯＸ選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のＮＯＸ濃度の推定値である下流側ＮＯＸ濃度推定値を算出する下流側ＮＯＸ濃度推定部と、
前記ＮＯＸ選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたＮＯＸ濃度センサのセンサ値を取得するセンサ値検出部と、
前記ＮＯ Ｘ 吸蔵触媒よりも下流側、かつ、前記ＮＯ Ｘ 選択還元触媒よりも上流側の排気通路内のアンモニア濃度の推定値である上流側アンモニア濃度推定値を求める上流側アンモニア濃度推定部と、
前記上流側アンモニア濃度推定値、前記下流側ＮＯＸ濃度推定値及び前記センサ値に基づいて前記ＮＯＸ選択還元触媒の欠落又は劣化を判定する判定部と、
を備える、内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、診断装置及び内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯX）を還元して排気を浄化する部材として、ＮＯX吸蔵触媒及びＮＯX選択還元触媒が知られている。ＮＯX吸蔵触媒は、内燃機関で燃焼される混合気が理論空燃比（ストイキ）に対して燃料希薄（リーン）状態のときに排気中のＮＯXを吸蔵し、混合気がストイキ状態又は燃料過濃（リッチ）状態のときにＮＯXを放出して、排気中の未燃炭化水素（ＨＣ：Hydrocarbon）と反応させることにより、ＮＯXを窒素（Ｎ2）に還元する。ＮＯX選択還元触媒は、ＮＯXの還元成分としてのアンモニア（ＮＨ3）を吸着する機能を有し、流入する排気中のＮＯXをＮＨ3と反応させることにより、ＮＯXをＮ2に還元する。
【0003】
例えば、特許文献１には、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置の一態様として、ＮＯX吸蔵触媒及びＮＯX選択還元触媒をともに備えた排気浄化装置が開示されている。具体的に、特許文献１に開示された排気浄化装置では、ＮＯX吸蔵触媒とＮＯX選択還元触媒とがこの順に排気通路の上流側から順に配置されている。かかる排気浄化装置においては、ＮＯX吸蔵触媒でのＮＯXとＨＣとの反応によりＮＨ3が生成される場合に、ＮＯX選択還元触媒が当該ＮＨ3を吸着する。そして、ＮＯX吸蔵触媒からＮＯXが流出する場合に、ＮＯX選択還元触媒はＮＨ3を用いてＮＯXを還元する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特表２００６－５２２２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ここで、特許文献１に開示された排気浄化装置では、ＮＯX選択還元触媒の劣化が進んだ場合やＮＯX選択還元触媒が欠落（未装着）している場合、大気中へのＮＯXやＮＨ3の放出量が増大するおそれがある。このため、ＮＯX選択還元触媒の欠落又は劣化を検出可能な診断機能があれば有意義である。
【0006】
例えば、ＮＯX選択還元触媒が熱容量を持つことを利用して、ＮＯX選択還元触媒よりも下流側に温度センサを設け、ＮＯX選択還元触媒の熱容量を考慮して作成した温度モデルと温度センサによる検出温度とを比較することにより、ＮＯX選択還元触媒の欠落を判定することが考えられる。
【0007】
しかしながら、温度モデルと検出温度とを比較する方法の場合、診断結果の精度を高めるには、排気の温度変化が比較的少ない運転状態で診断を実行する必要があり、診断を実行可能な運転状態が限定的となる。また、ＮＯX選択還元触媒が劣化しても熱容量の変化は少ないことから、温度モデルと検出温度とを比較する方法の場合、ＮＯX選択還元触媒の欠落を検出することができる一方、ＮＯX選択還元触媒の劣化を検出することは困難である。
【0008】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ＮＯX吸蔵触媒よりも下流側の排気通路に備えられたＮＯX選択還元触媒の欠落や劣化等の異常の検出精度を向上可能な診断装置及び内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、内燃機関の排気通路に上流側から順にＮＯＸ吸蔵触媒とＮＯＸ選択還元触媒とを備えた排気浄化装置におけるＮＯＸ選択還元触媒の異常を診断する診断装置において、ＮＯＸ選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のＮＯＸ濃度の推定値である下流側ＮＯＸ濃度推定値を算出する下流側ＮＯＸ濃度推定部と、ＮＯＸ選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたＮＯＸ濃度センサのセンサ値を取得するセンサ値検出部と、ＮＯ
Ｘ
吸蔵触媒よりも下流側、かつ、ＮＯ
Ｘ
選択還元触媒よりも上流側の排気通路内のアンモニア濃度の推定値である上流側アンモニア濃度推定値を求める上流側アンモニア濃度推定部と、上流側アンモニア濃度推定値、下流側ＮＯＸ濃度推定値及びセンサ値に基づいてＮＯＸ選択還元触媒の欠落又は劣化を判定する判定部と、を備える、診断装置が提供される。
【0010】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、内燃機関の排気通路に備えられたＮＯＸ吸蔵触媒と、ＮＯＸ吸蔵触媒よりも下流側の排気通路に備えられたＮＯＸ選択還元触媒と、ＮＯＸ選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたＮＯＸ濃度センサと、ＮＯＸ選択還元触媒の異常を診断する診断装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、診断装置は、ＮＯＸ選択還元触媒よりも下流側の排気通路内のＮＯＸ濃度の推定値である下流側ＮＯＸ濃度推定値を算出する下流側ＮＯＸ濃度推定部と、ＮＯＸ選択還元触媒よりも下流側の排気通路に備えられたＮＯＸ濃度センサのセンサ値を取得するセンサ値検出部と、ＮＯ
Ｘ
吸蔵触媒よりも下流側、かつ、ＮＯ
Ｘ
選択還元触媒よりも上流側の排気通路内のアンモニア濃度の推定値である上流側アンモニア濃度推定値を求める上流側アンモニア濃度推定部と、上流側アンモニア濃度推定値、下流側ＮＯＸ濃度推定値及びセンサ値に基づいてＮＯＸ選択還元触媒の欠落又は劣化を判定する判定部と、を備える、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【0011】
以上説明したように本発明によれば、ＮＯX吸蔵触媒よりも下流側の排気通路に備えられたＮＯX選択還元触媒の欠落や劣化等の異常の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本実施形態に係る排気浄化装置の構成例を示す模式図である。
【図2】診断装置（制御装置）の構成例を示すブロック図である。
【図3】下流側ＮＯX濃度検出値の積算値の変化を示す説明図である。
【図4】診断装置（制御装置）の動作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】
【0013】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0014】
＜１．内燃機関の排気浄化装置の全体構成＞
本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成例について説明する。図１は、排気浄化装置１０の構成例を示す模式図である。
本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成例について説明する。図１は、排気浄化装置１０の構成例を示す模式図である。
【0015】
排気浄化装置１０は、ディーゼルエンジン等に代表される内燃機関５の排気系に備えられる。本実施形態において、内燃機関５がディーゼルエンジンである例を説明する。内燃機関５は、各気筒に供給される燃料を噴射する燃料噴射システムを備える。燃料噴射システムは、例えば高圧の燃料を保持するコモンレールと、コモンレールに接続された複数の燃料噴射弁とを含むコモンレールシステムであってよい。ただし、内燃機関５は上記の構成例に限定されない。
【0016】
内燃機関５の運転状態は、制御装置１００により制御される。内燃機関５では、燃焼される混合気の空燃比が、運転条件に応じてストイキ状態、燃料リーン状態又は燃料リッチ状態に切り換えられる。内燃機関５の排気には、ＮＯX、粒子状物質（ＰＭ）、一酸化炭素（ＣＯ）又はＨＣ等が含まれる。
【0017】
排気浄化装置１０は、内燃機関５の排気管１１に配設された酸化触媒１９と、ＮＯX吸蔵触媒１５と、パティキュレートフィルタ１７と、ＮＯX選択還元触媒１３と、ＮＯX濃度センサ２３とを備える。酸化触媒１９、ＮＯX吸蔵触媒１５、パティキュレートフィルタ１７及びＮＯX選択還元触媒１３は、排気の流れの上流側からこの順に排気管１１に配設されている。
【0018】
酸化触媒１９は、排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ又はＮＯ等を酸化する。例えば、ＨＣ、ＣＯ又はＮＯは、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2又はＮＯ2に酸化される。パティキュレートフィルタ１７は、排気中のＰＭを捕集するフィルタである。パティキュレートフィルタ１７に捕集されたＰＭは、適宜の時期に燃焼させられる。例えば内燃機関５の排気中に含まれる未燃のＨＣを増加させて酸化触媒１９で当該ＨＣが酸化する際に生じる酸化熱により排気温度を上昇させて、パティキュレートフィルタ１７に捕集されたＰＭを燃焼させる。なお、パティキュレートフィルタ１７に捕集されたＰＭを燃焼させる方法は、上記の例に限られない。
【0019】
ＮＯX吸蔵触媒１５は、排気中のＮＯXをＨＣ及びＣＯと反応させることにより、ＮＯXをＮ2に変換する。具体的に、ＮＯX吸蔵触媒１５は、内燃機関５が燃料リーン状態のときに排気中のＮＯXを吸蔵し、内燃機関５が燃料リッチ状態のときに吸蔵していたＮＯXを放出して排気中のＨＣ及びＣＯによってＮＯXをＮ2へと変換する。ＮＯX吸蔵触媒１５におけるＮＯXの浄化時にはＮＨ3も生成される。
【0020】
ＮＯX選択還元触媒１３は、排気中のＮＯXをＮＨ3と反応させることにより、ＮＯXをＮ2に還元する。具体的に、ＮＯX選択還元触媒１３は、ＮＯX吸蔵触媒１５で生成されたＮＨ3を吸着し、流入する排気中のＮＯXをＮＨ3によってＮ2へと還元する。ＮＯX選択還元触媒１３は、触媒温度が高いほどＮＨ3の吸着可能量が減少する特性を有する。また、ＮＯX選択還元触媒１３は、ＮＨ3吸着量が多いほどＮＯXの還元効率が高くなる特性を有する。
【0021】
ＮＯX濃度センサ２３は、ＮＯX選択還元触媒１３よりも下流の排気管１１に設けられ、主としてＮＯX選択還元触媒１３から流出する排気中のＮＯX濃度を検出するために用いられる。ＮＯX濃度センサ２３のセンサ信号S_noxは、制御装置１００に送信される。ＮＯX濃度センサ２３のセンサ信号S_noxの情報は、ＮＯX選択還元触媒１３の異常診断に用いられる。
【0022】
ＮＯX濃度センサ２３は、ＮＯXだけでなくＮＨ3にも反応することが知られている。ただし、ＮＯX選択還元触媒１３が正常に機能している場合、ＮＯX選択還元触媒１３よりも下流側へのＮＨ3の流出はほぼゼロか極めて少量となる。このため、本実施形態に係る排気浄化装置１０では、ＮＯX濃度センサ２３のセンサ信号S_noxは基本的に排気ガス中のＮＯX濃度を示すものとして構築されている。
【0023】
この他、排気管１１の適宜の位置に、排気温度を検出する一つ又は複数の排気温度センサが備えられていてもよい。排気温度センサのセンサ信号S_tgは制御装置１００に送信される。排気温度センサが設けられた位置での排気温度の情報は、ＮＯX吸蔵触媒１５又はＮＯX選択還元触媒１３の温度の推定に用いることができる。
【0024】
＜２．診断装置（制御装置）＞
次に、本実施形態に係る診断装置として機能する制御装置１００の構成例について説明する。図２は、制御装置１００の構成例を示すブロック図である。図示した制御装置１００は、内燃機関５の運転状態を制御する制御装置１００である。なお、制御装置１００は、１つの制御装置から構成されていてもよく、あるいは、複数の制御装置が互いに通信可能に接続されて構成されていてもよい。
次に、本実施形態に係る診断装置として機能する制御装置１００の構成例について説明する。図２は、制御装置１００の構成例を示すブロック図である。図示した制御装置１００は、内燃機関５の運転状態を制御する制御装置１００である。なお、制御装置１００は、１つの制御装置から構成されていてもよく、あるいは、複数の制御装置が互いに通信可能に接続されて構成されていてもよい。
【0025】
制御装置１００はそれぞれＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサと電気回路等を備えて構成され、プロセッサがコンピュータプログラムを実行することにより種々の機能が実現される装置であってよい。なお、制御装置１００の一部又は全部は、例えば、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサユニット等で構成されていてもよく、また、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよく、また、ＣＰＵ等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。
【0026】
制御装置１００は、上流側ＮＯX濃度取得部１１２と、上流側アンモニア濃度推定部１１３と、下流側ＮＯX濃度推定部１１４と、センサ値検出部１１６と、判定部１１８とを備えている。これらの各部は、プロセッサによるコンピュータプログラムの実行により実現される機能であってよい。また、制御装置１００は、ＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）等の１つ又は複数の記憶素子を含む図示しない記憶部を備えている。記憶部は、プロセッサにより実行されるコンピュータプログラム、演算に用いられる制御パラメータ、プロセッサによる演算結果、及び取得したセンサ値等を記憶する。記憶部は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やストレージ装置等を含んでいてもよい。
【0027】
（上流側ＮＯX濃度取得部）
上流側ＮＯX濃度取得部１１２は、ＮＯX吸蔵触媒１５よりも下流側、かつ、ＮＯX選択還元触媒１３よりも上流側の排気通路内のＮＯX濃度の推定値（上流側ＮＯX濃度推定値）N_us_modを算出する。ＮＯX選択還元触媒１３よりも上流側の排気に含まれるＮＯXは、ＮＯX吸蔵触媒１５において浄化されずに流出したＮＯXである。
上流側ＮＯX濃度取得部１１２は、ＮＯX吸蔵触媒１５よりも下流側、かつ、ＮＯX選択還元触媒１３よりも上流側の排気通路内のＮＯX濃度の推定値（上流側ＮＯX濃度推定値）N_us_modを算出する。ＮＯX選択還元触媒１３よりも上流側の排気に含まれるＮＯXは、ＮＯX吸蔵触媒１５において浄化されずに流出したＮＯXである。
【0028】
ＮＯXの変換効率は、ＮＯX吸蔵触媒１５の温度や排気ガスの状態によって変動し得る。このため、上流側ＮＯX濃度取得部１１２は、例えばあらかじめ記憶部に格納されたマップを参照し、ＮＯX吸蔵触媒１５の温度や内燃機関５の運転条件に基づいて、計算に用いるＮＯX吸蔵触媒１５におけるＮＯXの変換効率を設定する。ＮＯX吸蔵触媒１５の温度は、例えば排気温度に基づいて推定することができる。
【0029】
具体的に、上流側ＮＯX濃度取得部１１２は、ＮＯX吸蔵触媒１５の温度、内燃機関５が燃料リッチ状態に切り換えられたときのＮＯX吸蔵触媒１５におけるＮＯX吸蔵量、内燃機関５の燃料リッチ状態でのリッチ度合（空燃比）、及び内燃機関５のリッチ燃焼時間等の情報に基づいて上流側ＮＯX濃度N_us_modを算出する。内燃機関５の燃料リッチ状態におけるＮＯX吸蔵量、リッチ度合、及びリッチ燃焼時間は、内燃機関５の運転条件に基づいて推定することができる。
【0030】
なお、ＮＯX吸蔵触媒１５よりも下流側、かつ、ＮＯX選択還元触媒１３よりも上流側の排気通路内のＮＯX濃度を検出するＮＯX濃度センサを備える場合、上流側ＮＯX濃度取得部１１２は、当該ＮＯX濃度センサのセンサ信号に基づいて上流側ＮＯX濃度N_us_modを取得してもよい。
【0031】
（上流側アンモニア濃度推定部）
上流側アンモニア濃度推定部１１３は、ＮＯX吸蔵触媒１５よりも下流側、かつ、ＮＯX選択還元触媒１３よりも上流側の排気通路内のＮＨ3濃度の推定値（上流側ＮＨ3濃度推定値）NH3_us_modを算出する。
上流側アンモニア濃度推定部１１３は、ＮＯX吸蔵触媒１５よりも下流側、かつ、ＮＯX選択還元触媒１３よりも上流側の排気通路内のＮＨ3濃度の推定値（上流側ＮＨ3濃度推定値）NH3_us_modを算出する。
【0032】
ＮＯX選択還元触媒１３よりも上流側の排気に含まれるＮＨ3は、ＮＯX吸蔵触媒１５において生成されたＮＨ3である。ＮＯX吸蔵触媒１５では、下記反応式（１）にしたがってＮＨ3が生成される。
３．５Ｈ2＋ＮＯ2→ＮＨ3＋２Ｈ2Ｏ … （１）
３．５Ｈ2＋ＮＯ2→ＮＨ3＋２Ｈ2Ｏ … （１）
【0033】
例えば、上流側アンモニア濃度推定部１１３は、ＮＯX吸蔵触媒１５の温度、内燃機関５がリッチ燃焼状態に切り換えられたときのＮＯX吸蔵量、内燃機関５のリッチ燃焼状態でのリッチ度合（空燃比）及び内燃機関５のリッチ燃焼時間等の情報に基づいて上流側ＮＨ3濃度NH3_us_modを算出する。ＮＯX吸蔵触媒１５の温度は、例えば排気温度に基づいて推定することができる。内燃機関５のリッチ燃焼状態におけるＮＯX吸蔵量、リッチ度合、及びリッチ燃焼時間は、例えば内燃機関５の運転条件に基づいて推定することができる。
【0034】
なお、ＮＯX吸蔵触媒１５よりも下流側、かつ、ＮＯX選択還元触媒１３よりも上流側の排気通路内のＮＨ3濃度を検出するアンモニア濃度センサを備える場合、上流側アンモニア濃度推定部１１３は、当該アンモニア濃度センサのセンサ信号に基づいて上流側ＮＨ3濃度NH3_us_modを取得してもよい。
【0035】
（下流側ＮＯX濃度推定部）
下流側ＮＯX濃度推定部１１４は、ＮＯX選択還元触媒１３よりも下流側の排気通路内のＮＯX濃度の推定値（下流側ＮＯX濃度推定値）N_ds_modを算出する。ＮＯX選択還元触媒１３よりも下流側の排気に含まれるＮＯXは、ＮＯX吸蔵触媒１５で浄化されずに流出したＮＯXのうち、さらにＮＯX選択還元触媒１３においても還元されずに流出したＮＯXである。ＮＯX選択還元触媒１３が正常に機能している場合、ＮＯX選択還元触媒１３から流出するＮＯXは極僅かである。このため、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modは比較的小さい値となる。
下流側ＮＯX濃度推定部１１４は、ＮＯX選択還元触媒１３よりも下流側の排気通路内のＮＯX濃度の推定値（下流側ＮＯX濃度推定値）N_ds_modを算出する。ＮＯX選択還元触媒１３よりも下流側の排気に含まれるＮＯXは、ＮＯX吸蔵触媒１５で浄化されずに流出したＮＯXのうち、さらにＮＯX選択還元触媒１３においても還元されずに流出したＮＯXである。ＮＯX選択還元触媒１３が正常に機能している場合、ＮＯX選択還元触媒１３から流出するＮＯXは極僅かである。このため、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modは比較的小さい値となる。
【0036】
上述のとおり、ＮＯX選択還元触媒１３におけるＮＨ3の最大吸着量は、ＮＯX選択還元触媒１３の温度が高いほど減少する。また、ＮＯX選択還元触媒１３におけるＮＯXの還元効率は、上記吸着率が高いほど高くなる。このため、下流側ＮＯX濃度推定部１１４は、例えばあらかじめ記憶部に格納されたマップを参照し、ＮＯX選択還元触媒１３の温度やＮＨ3の吸着率に基づいて、計算に用いるＮＯX選択還元触媒１３におけるＮＯXの還元効率を設定する。ＮＯX選択還元触媒１３の温度は、例えば排気温度に基づいて推定することができる。ＮＨ3の吸着率は、上流側ＮＯX濃度N_us_mod、上流側ＮＨ3濃度NH3_us_mod、排気流量及びＮＯX選択還元触媒１３の温度に基づいて推定することができる。
【0037】
ＮＨ3の吸着率は、例えば以下のように推定することができる。
ＮＯX選択還元触媒１３では、下記反応式（２）にしたがってＮＯXの還元反応が生じる。
４ＮＨ3＋３ＮＯ2→３．５Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ … （２）
下流側ＮＯX濃度推定部１１４は、ＮＯX選択還元触媒１３に流入するＮＯX量及びＮＨ3量と、ＮＯX選択還元触媒１３の温度とを用いてＮＯX選択還元触媒１３におけるＮＨ3の吸着量を算出することができる。
ＮＯX選択還元触媒１３では、下記反応式（２）にしたがってＮＯXの還元反応が生じる。
４ＮＨ3＋３ＮＯ2→３．５Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ … （２）
下流側ＮＯX濃度推定部１１４は、ＮＯX選択還元触媒１３に流入するＮＯX量及びＮＨ3量と、ＮＯX選択還元触媒１３の温度とを用いてＮＯX選択還元触媒１３におけるＮＨ3の吸着量を算出することができる。
【0038】
ＮＯX選択還元触媒に流入するＮＯX量及びＮＨ3量は、それぞれ上流側ＮＯX濃度N_us_mod及び上流側アンモニア濃度NH3_usに排気流量をかけることで求めることができる。下流側ＮＯX濃度推定部１１４は、所定の演算サイクルごとに、各演算サイクル中にＮＯX選択還元触媒１３に流入するＮＯX量及びＮＨ3量を算出する。そして、下流側ＮＯX濃度推定部１１４は、算出したＮＯX量のＮＯXを還元するために必要なＮＨ3量を、算出したＮＨ3量から引き、得られた値を演算サイクルごとに積算し続ける。これにより、下流側ＮＯX濃度推定部１１４は、ＮＯX選択還元触媒１３におけるＮＨ3の吸着量の変化を見ることができる。
【0039】
このようにしてＮＨ3の吸着量が算出されると、ＮＯX選択還元触媒１３の温度に応じた最大吸着量に対するＮＨ3の吸着率が求められる。下流側ＮＯX濃度推定部１１４は、ＮＨ3の吸着率に応じたＮＯX選択還元触媒１３におけるＮＯXの還元効率を上流側ＮＯX濃度N_us_modにかけることで、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modを算出することができる。
【0040】
（センサ値検出部）
センサ値検出部１１６は、ＮＯX濃度センサ２３のセンサ信号S_noxに基づいて、センサ値としての下流側ＮＯX濃度（下流側ＮＯX濃度検出値）N_ds_detを検出する。この下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detは、基本的にはＮＯX濃度の値を示すが、ＮＯX選択還元触媒１３の下流側にＮＨ3が流出している状態ではＮＨ3濃度の値を示すことになる。
センサ値検出部１１６は、ＮＯX濃度センサ２３のセンサ信号S_noxに基づいて、センサ値としての下流側ＮＯX濃度（下流側ＮＯX濃度検出値）N_ds_detを検出する。この下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detは、基本的にはＮＯX濃度の値を示すが、ＮＯX選択還元触媒１３の下流側にＮＨ3が流出している状態ではＮＨ3濃度の値を示すことになる。
【0041】
（判定部）
判定部１１８は、少なくとも下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_mod及び下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detに基づいてＮＯX選択還元触媒１３の異常を判定する。本実施形態では、判定部１１８は、上流側ＮＯX濃度N_us_mod、上流側ＮＨ3濃度NH3_us_mod、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_mod及び下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detに基づいて、ＮＯX選択還元触媒１３の欠落及び劣化を判定する。
判定部１１８は、少なくとも下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_mod及び下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detに基づいてＮＯX選択還元触媒１３の異常を判定する。本実施形態では、判定部１１８は、上流側ＮＯX濃度N_us_mod、上流側ＮＨ3濃度NH3_us_mod、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_mod及び下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detに基づいて、ＮＯX選択還元触媒１３の欠落及び劣化を判定する。
【0042】
ＮＯX選択還元触媒１３に欠落や劣化等の異常がない場合、ＮＯX濃度センサ２３のセンサ信号S_noxに基づいて得られる下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detは、下流側ＮＯX濃度推定部１１４で推定される下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modに近似する。一方、ＮＯX選択還元触媒１３に欠落や劣化等の異常が生じている場合、ＮＯX選択還元触媒１３におけるＮＨ3の最大吸着量は減少するために、ＮＯX選択還元触媒１３の下流側へのＮＨ3の流出量が増加する。
【0043】
このため、ＮＯX選択還元触媒１３の異常時において、ＮＯX濃度センサ２３を用いて検出される下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detは、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modよりも大きい値となる。このような現象を利用して、判定部１１８は、下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detと下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modとを比較することにより、ＮＯX選択還元触媒１３の異常の有無を判定することができる。
【0044】
また、ＮＯX選択還元触媒１３が欠落している場合と劣化している場合とでは、下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの値に差が生じる。本実施形態において、判定部１１８は、ＮＯX選択還元触媒１３の劣化又は欠落を判別する。具体的に、ＮＯX選択還元触媒１３が欠落している場合、ＮＯX選択還元触媒１３に吸着されるＮＨ3の量はゼロであり、すべてのＮＨ3がＮＯX濃度センサ２３の設置位置に到達する。一方、ＮＯX選択還元触媒１３が劣化している場合、ＮＯX選択還元触媒１３に流入するＮＨ3の一部はＮＯX選択還元触媒１３に吸着され、又はＮＯXの還元反応に用いられる。
【0045】
したがって、ＮＯX選択還元触媒１３の欠落時にＮＯX濃度センサ２３を用いて検出される下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detは、ＮＯX選択還元触媒１３の劣化時に検出される下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detに比べて大きい値になる。判定部１１８は、ＮＯX選択還元触媒１３の異常時に、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modに対する下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detのずれ幅に基づいて、ＮＯX選択還元触媒１３の欠落又は劣化を判定することができる。
【0046】
このとき判定部１１８は、所定期間における下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの積算値と、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの積算値とを比較してもよい。それぞれの積算値を比較することにより、下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detと、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modとのずれ幅がより判別しやすくなる。
【0047】
図３は、ＮＯX選択還元触媒１３の正常時、欠落時、及び劣化時における下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの違いを示す説明図である。図３は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間における下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_det及び下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの積算値の例を示している。
【0048】
ＮＯX選択還元触媒１３が正常に機能している場合、下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detは下流側ＮＯX濃度推定値NH3_ds_modに近似する。このため、ＮＯX選択還元触媒１３の正常時において、下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの積算値は、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの積算値とほぼ同じように推移する。
【0049】
一方、ＮＯX選択還元触媒１３が欠落している場合、ＮＯX吸蔵触媒１５で生成されたＮＨ3がＮＯX濃度センサ２３により検出されるため、下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detは、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modに比べて大きい値になる。このため、ＮＯX選択還元触媒１３の欠落時において、下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの積算値は、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの積算値を大きく上回りながら推移する。
【0050】
また、ＮＯX選択還元触媒１３が劣化している場合、ＮＯX吸蔵触媒１５で生成されたＮＨ3の一部がＮＯX選択還元触媒１３の下流側に流出するために、下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detは、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modに比べて大きい値になる。ただし、このときの下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detは、ＮＯX選択還元触媒１３の欠落時の値に比べて小さい値になる。このため、ＮＯX選択還元触媒１３の劣化時において、下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの積算値は、ＮＯX選択還元触媒１３の正常時の積算値と欠落時の積算値との間を推移する。
【0051】
このように、判定部１１８は、時刻ｔ２における下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの積算値と下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの積算値との差が小さい場合には、ＮＯX選択還元触媒１３が正常に機能していると判定することができる。また、時刻ｔ２における下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの積算値と下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの積算値との差が大きい場合には、判定部１１８は、ＮＯX選択還元触媒１３が異常であると判定する。
【0052】
さらに、判定部１１８は、例えば時刻ｔ２における下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの積算値（Ｘ）に対する下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの積算値（Ｙ）の比（Ｙ／Ｘ）が、あらかじめ設定した閾値βを超える場合に、ＮＯX選択還元触媒１３が欠落していると判定してもよい。閾値βは、例えば、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの積算値（Ｘ）に対する上流側ＮＨ3濃度推定値NH3_us_modの積算値（Ｚ）の比（Ｚ／Ｘ）とすることができる。
【0053】
ＮＯX選択還元触媒１３が欠落している場合、ＮＯX濃度センサ２３の設置位置には、ＮＯX吸蔵触媒１５で生成されたＮＨ3と併せてＮＯX吸蔵触媒１５から流出したＮＯXが到達する。このため、ＮＯX選択還元触媒１３の欠落時のＮＯX濃度センサ２３の検出値（下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_mod）は、少なくとも上流側ＮＨ3濃度推定値NH3_us_modを上回る。したがって、閾値βを、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの積算値（Ｘ）に対する上流側ＮＨ3濃度推定値NH3_us_modの積算値（Ｚ）の比（Ｚ／Ｘ）とすることで、ＮＯX選択還元触媒１３の欠落を判別することができる。
【0054】
ＮＯX選択還元触媒１３の欠落時には、ＮＯX選択還元触媒１３が意図的に除去されていることも考えられるため、判定部１１８は、例えば内燃機関５を強制的に停止させる処置を取るようにしてもよい。また、ＮＯX選択還元触媒１３の劣化時には、判定部１１８は、例えば警告ランプを点灯させたり警報を鳴らしたりすることで、運転者等にＮＯX選択還元触媒１３の交換を促すようにしてもよい。
【0055】
＜３．診断装置の動作例＞
次に、図４のフローチャートを参照して、診断装置として機能する制御装置１００の動作例を説明する。
次に、図４のフローチャートを参照して、診断装置として機能する制御装置１００の動作例を説明する。
【0056】
まず、制御装置１００の上流側アンモニア濃度推定部１１３、下流側ＮＯX濃度推定部１１４及びセンサ値検出部１１６は、上流側ＮＨ3濃度推定値NH3_us_mod、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_mod、及び下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの積算を開始する（ステップＳ１１）。例えば、各部は、内燃機関５が燃料リーン状態から燃料リッチ状態に切り換えられたときに上記積算を開始してもよい。これにより、ＮＯX吸蔵触媒１５でＮＨ3が生成される期間を利用した診断を行うことができ、診断結果の信頼性を向上させることができる。
【0057】
次いで、上流側アンモニア濃度推定部１１３及び下流側ＮＯX濃度推定部１１４は、それぞれ上流側ＮＨ3濃度推定値NH3_us_mod及び下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modを算出し、センサ値検出部１１６は下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detを検出する（ステップＳ１３）。
【0058】
次いで、上流側アンモニア濃度推定部１１３、下流側ＮＯX濃度推定部１１４及びセンサ値検出部１１６は、それぞれステップＳ１３で得られた上流側ＮＨ3濃度推定値NH3_us_mod、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_mod及び下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detを積算する（ステップＳ１５）。
【0059】
次いで、上流側アンモニア濃度推定部１１３、下流側ＮＯX濃度推定部１１４及びセンサ値検出部１１６は、積算を開始してからの経過時間が、あらかじめ設定された所定時間を経過したか否かを判別する（ステップＳ１７）。所定時間は、診断結果の信頼性の許容範囲等を考慮して、適宜の時間に設定されてよい。
【0060】
経過時間が所定時間を経過していない場合（Ｓ１７／Ｎｏ）、上流側アンモニア濃度推定部１１３、下流側ＮＯX濃度推定部１１４及びセンサ値検出部１１６は、ステップＳ１３に戻って、上流側ＮＨ3濃度推定値NH3_us_mod、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_mod及び下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの算出あるいは検出、及び積算を繰り返す。
【0061】
一方、経過時間が所定時間を経過した場合（Ｓ１７／Ｙｅｓ）、制御装置１００の判定部１１８は、下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの積算値∫N_ds_detと下流側ＮＯX濃度推定値NH3_ds_modの積算値∫NH3_ds_modとの差が閾値αを超えているか否かを判別する（ステップＳ１９）。閾値αは、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの誤差や、積算を行う所定時間の長さ等を考慮して、適切な値に設定することができる。
【0062】
差｜∫N_ds_det－∫N_ds_mod｜が閾値α以下の場合（Ｓ１９／Ｎｏ）、判定部１１８は、ＮＯX選択還元触媒１３が正常に機能している（異常無し）と判定し（ステップＳ２７）、本ルーチンを終了する。一方、差｜∫N_ds_det－∫N_ds_mod｜が閾値αを超える場合（Ｓ１９／Ｙｅｓ）、判定部１１８は、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの積算値∫N_ds_modに対する下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの積算値∫N_ds_detの比が閾値βを超えているか否かを判別する（ステップＳ２１）。閾値βは、例えば下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの積算値∫N_ds_modに対する上流側ＮＨ3濃度推定値NH3_us_modの積算値∫NH3_us_modの比の値であってもよい。
【0063】
下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの積算値∫N_ds_modに対する下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの積算値∫N_ds_detの比が閾値βを超える場合（Ｓ２１／Ｙｅｓ）、判定部１１８は、ＮＯX選択還元触媒１３が欠落していると判定し（ステップＳ２３）、本ルーチンを終了する。一方、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの積算値∫N_ds_modに対する下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの積算値∫N_us_detの比が閾値β以下の場合（Ｓ２１／Ｎｏ）、判定部１１８は、ＮＯX選択還元触媒１３が劣化していると判定し（ステップＳ２５）、本ルーチンを終了する。
【0064】
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関５の排気浄化装置１０は、排気通路の上流側から順にＮＯX吸蔵触媒１５及びＮＯX選択還元触媒１３を備えるとともに、ＮＯX選択還元触媒１３よりも下流側にＮＯX濃度センサ２３を備えている。かかる排気浄化装置１０のＮＯX選択還元触媒１３の異常を診断する診断装置として機能する制御装置１００は、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_mod及び下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detに基づいてＮＯX選択還元触媒１３の異常の有無を判定する。したがって、制御装置１００は、ＮＯX選択還元触媒１３が正常に機能していない異常状態を検知することができる。
【0065】
また、本実施形態において、制御装置１００は、ＮＯX選択還元触媒１３の異常時に、さらに上流側ＮＨ3濃度推定値NH3_us_mod、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_mod及び下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detに基づいて、ＮＯX選択還元触媒１３の欠落又は劣化を判定する。したがって、制御装置１００は、ＮＯX選択還元触媒１３の異常の状態に応じた処理を実行することができる。
【0066】
また、本実施形態において、制御装置１００は、上流側ＮＨ3濃度推定値NH3_us_modの積算値∫NH3_us_mod、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modの積算値∫N_ds_mod及び下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの積算値∫N_ds_detを用いてＮＯX選択還元触媒１３の異常を判定する。したがって、下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detと、上流側ＮＨ3濃度推定値NH3_us_modあるいは下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_modとの差をより判別しやすくなって、ＮＯX選択還元触媒１３の異常診断結果の信頼性を向上させることができる。
【0067】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0068】
例えば上記実施形態において、上流側ＮＨ3濃度推定値NH3_us_mod、下流側ＮＯX濃度推定値N_ds_mod及び下流側ＮＯX濃度検出値N_ds_detの積算は、必ずしも連続する期間において行われなくてもよい。上記積算は、内燃機関５が燃料リーン状態から燃料リッチ状態に切り換えられた後に行われ、途中燃料リーン状態に切り換えられたときに一旦中断されて、その後再び燃料リーン状態に切り換えられたときに再開されてもよい。
【0069】
また、上記実施形態では、制御装置１００がＮＯX選択還元触媒１３の異常の有無を判別するだけでなく、ＮＯX選択還元触媒１３の欠落又は劣化を判別するようになっていたが、本発明はかかる例に限定されない。制御装置１００は、ＮＯX選択還元触媒１３の異常の有無のみを判別するようになっていてもよい。
【符号の説明】
【0070】
５・・・内燃機関、１０・・・排気浄化装置、１１・・・排気管、１３・・・ＮＯX選択還元触媒、１５・・・ＮＯX吸蔵触媒、２３・・・アンモニア濃度センサ、１００・・・制御装置（診断装置）、１１２・・・上流側ＮＯX濃度取得部、１１３・・・上流側アンモニア濃度推定部、１１４・・・下流側ＮＯX濃度推定部、１１６・・・センサ値検出部、１１８・・・判定部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】