WO2013042190A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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小木曽　誠人
一哉 高岡
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine.
  • an accumulation amount of an intermediate product generated in the course of the reaction from urea to ammonia in the exhaust passage Is known to prohibit the supply of urea water when the amount reaches the upper limit (see, for example, Patent Document 1).
  • the reducing agent can be supplied to the NOx catalyst until the accumulation amount of the intermediate product in the exhaust passage reaches the upper limit amount.
  • a filter for collecting particulate matter (hereinafter also simply referred to as “PM”) may be provided in the exhaust passage. Further, in order to determine the failure of the filter, a PM sensor that detects the amount of PM in the exhaust gas may be provided. If the intermediate product adheres to the electrode or cover of the PM sensor, it may be difficult to accurately detect the PM amount. As a result, the accuracy of the filter failure determination may be lowered.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to suppress a decrease in the accuracy of filter failure determination due to a decrease in detection accuracy of the PM sensor.
  • an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprises: A selective reduction type NOx catalyst for reducing NOx by a reducing agent provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and supplied; A supply device for supplying urea water as a reducing agent from the upstream side of the selective reduction type NOx catalyst; A PM sensor for detecting the amount of particulate matter in the exhaust gas downstream of the selective reduction NOx catalyst; When the amount of particulate matter is detected by the PM sensor, intermediate products from urea water supplied to the ammonia to ammonia are generated rather than when the amount of particulate matter is not detected by the PM sensor. A control unit to reduce the amount, Is provided.
  • the urea water supplied into the exhaust gas from the supply device changes to ammonia (NH 3 ).
  • ammonia NH 3
  • intermediate products ranging from urea water supplied from the supply device to ammonia finally produced pass through the selective reduction type NOx catalyst and adhere to the PM sensor. There are things to do. If an intermediate product adheres to the PM sensor, the output value of the PM sensor changes, making it difficult to accurately detect PM. On the other hand, when the amount of particulate matter is detected by the PM sensor, the control unit reduces the amount of intermediate product generated.
  • the internal combustion engine is controlled so that the amount of intermediate products generated is reduced. Therefore, since it can suppress that the detection value of PM sensor changes with an intermediate product, it can suppress that the precision of the failure determination of a filter falls.
  • the control unit when the amount of particulate matter is detected by the PM sensor, the control unit reduces the supply amount of urea water compared to when the amount of particulate matter is not detected by the PM sensor. be able to.
  • reducing the supply amount of urea water includes stopping the supply of urea water.
  • control unit can set the time for reducing the supply amount of urea water to be equal to or less than the specified time before the detection of the amount of particulate matter by the PM sensor.
  • the specified time may be a time during which the average value of the NOx emission amount is within the allowable range.
  • a filter is provided in an exhaust passage upstream of the PM sensor and collects particulate matter in the exhaust gas, and the control unit is configured to detect the intermediate product when determining a failure of the filter. The amount produced can be reduced.
  • the filter failure determination can be performed in a state where the detection accuracy of the PM sensor is high, the failure determination accuracy can be increased.
  • detection of particulate matter by the PM sensor is started when the amount of ammonia adsorbed by the selective reduction NOx catalyst is equal to or less than a predetermined amount, and the predetermined amount is determined by the internal combustion engine.
  • the upper limit of the amount of ammonia that can be adsorbed by the selective reduction NOx catalyst calculated based on the degree of deterioration of the selective reduction NOx catalyst obtained during the previous operation of the particulate matter, and detection of particulate matter by the PM sensor It may be calculated based on the amount of ammonia adsorbed by the selective reduction NOx catalyst.
  • the selective reduction type NOx catalyst cannot adsorb NH 3 and the intermediate product flows downstream. Therefore, if the amount of NH 3 adsorbed by the selective reduction NOx catalyst does not exceed the limit when detecting the PM amount, the detection accuracy of the PM sensor can be increased. That is, the PM amount may be detected when the amount of NH 3 adsorbed by the selective reduction type NOx catalyst is relatively small. For this reason, detection of PM by the PM sensor is started when the amount of NH 3 adsorbed by the selective reduction NOx catalyst is equal to or less than a predetermined amount. This predetermined amount is set as an adsorption amount at which the adsorbed NH 3 amount does not reach the upper limit even if the selective reduction type NOx catalyst adsorbs NH 3 thereafter.
  • the predetermined amount may be determined according to the degree of deterioration of the selective reduction type NOx catalyst.
  • the amount of NH 3 adsorbed by the selective reduction type NOx catalyst before a certain amount of PM adheres to the PM sensor varies depending on the operating state of the internal combustion engine. That is, the amount of NH 3 adsorbed by the selective reduction type NOx catalyst varies depending on the amount of NOx discharged from the internal combustion engine. For this reason, the predetermined amount may be determined according to the amount of NH 3 adsorbed by the selective reduction type NOx catalyst during detection of PM. This amount of NH 3 can be calculated based on, for example, the amount of NOx discharged from the internal combustion engine until a certain amount of PM adheres to the PM sensor and the NOx purification rate.
  • the amount of intermediate product produced can be increased by increasing the temperature of the selective reduction NOx catalyst or the exhaust temperature, reducing the exhaust flow rate, or reducing the amount of reducing agent adsorbed on the selective reduction NOx catalyst. May be reduced.
  • the present invention it is possible to suppress a decrease in the accuracy of filter failure determination due to a decrease in detection accuracy of the PM sensor.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a flow of filter failure determination according to the first embodiment.
  • 6 is a time chart showing the transition of the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst.
  • 10 is a flowchart illustrating a flow of filter failure determination according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment.
  • the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a diesel engine, but may be a gasoline engine.
  • An intake passage 2 and an exhaust passage 3 are connected to the internal combustion engine 1.
  • An air flow meter 11 that detects the amount of intake air flowing through the intake passage 2 is provided in the intake passage 2.
  • an oxidation catalyst 4 a filter 5, an injection valve 6, and a selective reduction type NOx catalyst 7 (hereinafter referred to as NOx catalyst 7) are provided in order from the upstream side in the exhaust flow direction.
  • the oxidation catalyst 4 may be any catalyst having oxidation ability, and may be, for example, a three-way catalyst.
  • the oxidation catalyst 4 may be carried on the filter 5.
  • the filter 5 collects PM in the exhaust.
  • the filter 5 may carry a catalyst. As PM is collected by the filter 5, PM gradually accumulates on the filter 5. Then, by performing a so-called regeneration process of the filter 5 that forcibly increases the temperature of the filter 5, the PM deposited on the filter 5 can be oxidized and removed.
  • the temperature of the filter 5 can be raised by supplying HC to the oxidation catalyst 4.
  • the temperature of the filter 5 may be raised by discharging hot gas from the internal combustion engine 1.
  • the injection valve 6 injects a reducing agent.
  • a reducing agent for example, an ammonia-derived one such as urea water is used.
  • the urea water injected from the injection valve 6 is hydrolyzed by the heat of the exhaust to become ammonia (NH 3 ), and part or all of it is adsorbed on the NOx catalyst 7.
  • NH 3 ammonia
  • the injection valve 6 corresponds to the supply device in the present invention.
  • the NOx catalyst 7 reduces NOx in the exhaust when a reducing agent is present. For example, if ammonia (NH 3 ) is previously adsorbed on the NOx catalyst 7, NOx can be reduced with ammonia when NOx passes through the NOx catalyst 7.
  • a reducing agent for example, if ammonia (NH 3 ) is previously adsorbed on the NOx catalyst 7, NOx can be reduced with ammonia when NOx passes through the NOx catalyst 7.
  • a first exhaust temperature sensor 12 for detecting the exhaust temperature is provided in the exhaust passage 3 upstream of the oxidation catalyst 4.
  • a second exhaust temperature sensor 13 for detecting the temperature of the exhaust gas is provided in the exhaust passage 3 downstream of the oxidation catalyst 4 and upstream of the filter 5.
  • the exhaust passage 3 downstream of the filter 5 and upstream of the injection valve 6 is provided with a third exhaust temperature sensor 14 for detecting the exhaust temperature and a first NOx sensor 15 for detecting the NOx concentration in the exhaust. Yes.
  • a second NOx sensor 16 for detecting the NOx concentration in the exhaust and a PM sensor 17 for detecting the PM amount in the exhaust are provided in the exhaust passage 3 downstream of the NOx catalyst 7. All of these sensors are not essential and can be provided as needed.
  • the internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an ECU 10 that is an electronic control unit for controlling the internal combustion engine 1.
  • the ECU 10 controls the internal combustion engine 1 in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine 1 and the driver's request.
  • the ECU 10 includes an accelerator opening sensor 18 that outputs an electric signal corresponding to the amount of depression of the accelerator pedal and can detect the engine load, and a crank position sensor 19 that detects the engine speed via electric wiring. And the output signals of these sensors are input to the ECU 10.
  • the injection valve 6 is connected to the ECU 10 via electric wiring, and the injection valve 6 is controlled by the ECU 10.
  • the ECU 10 performs a regeneration process of the filter 5 when the amount of PM accumulated on the filter 5 exceeds a predetermined amount.
  • the regeneration process of the filter 5 may be performed when the travel distance of the vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted becomes equal to or greater than a predetermined distance. In addition, the regeneration process of the filter 5 may be performed every specified period.
  • the ECU 10 determines a failure of the filter 5 based on the PM amount detected by the PM sensor 17.
  • the PM sensor 17 determines a failure of the filter 5 based on the PM amount detected by the PM sensor 17.
  • a failure such as breakage of the filter 5 occurs, the amount of PM passing through the filter 5 increases. If this increase in PM amount is detected by the PM sensor 17, the failure of the filter 5 can be determined.
  • the failure determination of the filter 5 is based on the integrated value of the PM amount calculated during a predetermined period calculated based on the detection value of the PM sensor 17 and the PM during the predetermined period when the filter 5 is assumed to be in a predetermined state. This is done by comparing the integrated value of the quantity.
  • the failure determination of the filter 5 may be performed based on the amount of increase in the detection value of the PM sensor 17 during a predetermined period. For example, it may be determined that the filter 5 has failed when the amount of increase in the detection value of the PM sensor 17 during a predetermined period is equal to or greater than a threshold value.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the PM sensor 17.
  • the PM sensor 17 is a sensor that outputs an electrical signal corresponding to the amount of PM deposited on itself.
  • the PM sensor 17 includes a pair of electrodes 171 and an insulator 172 provided between the pair of electrodes 171.
  • the electrical resistance between the pair of electrodes 171 changes. Since this change in electrical resistance has a correlation with the amount of PM in the exhaust, the amount of PM in the exhaust can be detected based on the change in the electrical resistance.
  • This amount of PM may be the mass of PM per unit time, or may be the mass of PM in a predetermined time.
  • the configuration of the PM sensor 17 is not limited to that shown in FIG. That is, any PM sensor may be used as long as it detects PM and changes the detection value due to the influence of the reducing agent.
  • FIG. 3 is a time chart showing the transition of the detection value of the PM sensor 17.
  • the period indicated by A immediately after the start of the internal combustion engine 1 is a period during which water condensed in the exhaust passage 3 may adhere to the PM sensor 17. If water adheres to the PM sensor 17, the detection value of the PM sensor 17 changes or the PM sensor 17 breaks down. Therefore, the PM amount is not detected by the PM sensor 17 during this period.
  • PM removal processing processing for removing PM adhering to the PM sensor 17 during the previous operation of the internal combustion engine 1
  • This PM removal process is performed by raising the temperature of the PM sensor 17 to a temperature at which PM is oxidized. Even during the period indicated by B, the PM amount is not detected by the PM sensor 17.
  • the period indicated by C after the period indicated by B is a period required to reach a temperature suitable for PM detection. That is, since the temperature of the PM sensor 17 becomes higher than the temperature suitable for PM detection in the period indicated by B, the process waits until the temperature decreases and becomes a temperature suitable for PM detection. Even during the period indicated by C, the PM amount is not detected by the PM sensor 17.
  • the detected value does not increase until a certain amount of PM is deposited on the PM sensor 17. That is, the detection value starts increasing after a certain amount of PM is deposited and a current flows between the pair of electrodes 171. Thereafter, the detected value increases in accordance with the amount of PM in the exhaust gas.
  • the PM sensor 17 is provided on the downstream side of the filter 5. Therefore, PM that has passed through the filter 5 adheres to the PM sensor 17 without being collected by the filter 5. Therefore, the PM accumulation amount in the PM sensor 17 is an amount corresponding to the integrated value of the PM amount that has passed through the filter 5.
  • FIG. 4 is a time chart showing the transition of the detection value of the PM sensor 17 when the filter 5 is normal and when it is malfunctioning.
  • PM accumulates early on the PM sensor 17, so that the time point E at which the detection value starts increasing is earlier than that of the normal filter 5. For this reason, for example, if the detected value when the predetermined time F has elapsed since the start of the internal combustion engine 1 is equal to or greater than the threshold value, it can be determined that the filter 5 has failed.
  • the predetermined time F is a time when the detection value of the PM sensor 17 does not increase if the filter 5 is normal, and the detection value of the PM sensor 17 increases if the filter 5 is faulty. is there.
  • This predetermined time F is obtained by experiments or the like.
  • the threshold value is obtained in advance by experiments or the like as the lower limit value of the detection value of the PM sensor 17 when the filter 5 is out of order.
  • the PM sensor 17 is provided downstream of the filter 5 and upstream of the NOx catalyst 7.
  • the distance from the filter 5 to the PM sensor 17 is shortened.
  • PM that has passed through the cracked portion of the filter 5 reaches the periphery of the PM sensor 17 without being dispersed in the exhaust gas.
  • PM hardly adheres to the PM sensor 17, so PM may not be detected, and the accuracy of failure determination may be reduced.
  • the PM sensor 17 is provided downstream of the NOx catalyst 7, the distance from the filter 5 to the PM sensor 17 is long. For this reason, PM that has passed through the filter 5 is dispersed in the exhaust around the PM sensor 17. Therefore, PM can be detected regardless of the position where the filter 5 is broken.
  • the PM sensor 17 is provided on the downstream side of the injection valve 6, the reducing agent injected from the injection valve 6 may adhere to the PM sensor 17.
  • the reducing agent adhering to the PM sensor 17 is, for example, urea and intermediate products (biuret, cyanuric acid) from urea to ammonia. If the reducing agent adheres to the PM sensor 17 in this way, the detection value of the PM sensor 17 may change.
  • FIG. 5 is a time chart showing the transition between when the detection value of the PM sensor 17 is normal and when it is abnormal.
  • the abnormal detection value can be a detection value when the reducing agent adheres to the PM sensor 17.
  • the normal detection value increases over time, or the detection value does not change. That is, the detected value increases in accordance with the amount of PM attached to the PM sensor 17.
  • an abnormal detection value may decrease as well as increase in the detection value.
  • biuret which is an intermediate product, is produced at 132-190 ° C., and vaporizes when the temperature becomes higher than that.
  • cyanuric acid which is an intermediate product, is produced at 190 to 360 ° C., and vaporizes when the temperature becomes higher than that.
  • the intermediate product is vaporized at a low temperature as compared with PM. For this reason, the intermediate product adhering to the PM sensor 17 is vaporized when the temperature of the exhaust gas from the internal combustion engine 1 is high. As a result, the amount of intermediate product deposited decreases, and the detection value of the PM sensor 17 decreases. This is a phenomenon that does not occur when only PM is deposited on the PM sensor 17.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the supply amount of urea water and the adhesion amount of the intermediate product to the PM sensor 17. As shown in FIG. 6, the larger the amount of urea water supplied, the greater the amount of intermediate product attached to the PM sensor 17. Therefore, the amount of intermediate product attached to the PM sensor 17 can be reduced by reducing the supply amount of urea water.
  • the urea water supply amount may be adjusted so that the average value of the NOx emission amount when the vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted travels a predetermined distance is within the allowable range. Further, the urea water supply amount may be adjusted so that the NOx emission amount per unit time is within the allowable range. Further, by limiting the time for adjusting the supply amount of urea water, the time for the NOx purification rate to decrease may be shortened.
  • FIG. 7 is a time chart showing the transition of the supply amount of urea water and the discharge amount of NOx into the atmosphere.
  • a request for failure determination of the filter 5 is made.
  • the request for determining the failure of the filter 5 is made, for example, every predetermined traveling distance or after the regeneration processing of the filter 5. Then, after the time point indicated by G, the supply amount of urea water is decreased.
  • the NOx emission increases as the urea water supply decreases.
  • the supply amount of urea water is controlled so that the NOx emission amount is equal to or less than the upper limit value of the allowable range (hereinafter referred to as the allowable upper limit value).
  • This allowable upper limit value may be the upper limit value of the allowable range of the NOx emission amount per unit time. Further, the allowable upper limit value may be an upper limit value of the NOx emission amount per unit time such that the average value of the NOx emission amount is within the allowable range.
  • the supply amount of urea water may be set based on the engine speed and the engine load. The relationship between the supply amount of urea water, the engine speed and the engine load may be obtained in advance by experiments or the like. Further, the supply amount of urea water may be feedback controlled based on the NOx concentration in the exhaust gas detected by the second NOx sensor 16.
  • the internal combustion engine 1 may be controlled so that the amount of NOx generated in the internal combustion engine 1 is reduced. Furthermore, when the PM amount is detected by the PM sensor 17, another control that makes it difficult for the intermediate product (biuret, cyanuric acid) to adhere to the PM sensor 17 may be combined.
  • the internal combustion engine 1 may be controlled so that the temperature of the NOx catalyst 7 or the temperature of the exhaust gas becomes higher. Further, the internal combustion engine 1 may be controlled so that the flow rate of the exhaust gas decreases or the flow rate of the exhaust gas decreases. Further, the internal combustion engine 1 may be controlled so that the adsorption rate of NH 3 in the NOx catalyst 7 is lowered or the adsorption amount of NH 3 is reduced.
  • the reaction such as thermal decomposition of urea takes time, so that it passes through the NOx catalyst 7 before the reaction of urea is completed. Therefore, the intermediate product can be prevented from flowing out of the NOx catalyst 7 by increasing the temperature of the NOx catalyst 7 or the exhaust gas.
  • the flow rate of the exhaust gas is large, the time for urea to contact the NOx catalyst 7 is shortened, so that it passes through the NOx catalyst 7 before the urea reaction is completed. Therefore, it is possible to suppress the intermediate product from flowing out of the NOx catalyst 7 by reducing the flow rate of the exhaust gas.
  • the exhaust flow rate may be lowered, or the intake air amount of the internal combustion engine 1 may be reduced.
  • the NH 3 adsorption rate is a ratio of the amount of NH 3 adsorbed on the NOx catalyst 7 to the amount of NH 3 that can be adsorbed to the NOx catalyst 7 to the maximum.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow for determining the failure of the filter 5 according to the present embodiment. This routine is executed by the ECU 10 when a failure determination request for the filter 5 is made.
  • step S101 it is determined whether a specified time (for example, 5 minutes) has elapsed since the supply amount of urea water was reduced. That is, it is determined whether the specified time has elapsed since the NOx emission amount increased.
  • a specified time for example, 5 minutes
  • the supply amount of the urea water is an amount that can suppress the generation of the intermediate product.
  • the supply amount of urea water may be zero. That is, the supply of the reducing agent may be stopped.
  • Specified time is set as the time when the average value of NOx emissions is within the allowable range even if the amount of NOx emissions increases. That is, even if the NOx emission amount increases when the failure of the filter 5 is determined, if the NOx emission amount is small at other times, the average value of the NOx emission amount is within the allowable range. Thus, even if the supply amount of urea water is decreased, the specified time is set as the time during which the average value of the NOx emission amount is within the allowable range. This specified time is obtained in advance by experiments or the like and stored in the ECU 10.
  • step S101 If a negative determination is made in step S101, the process proceeds to step S102.
  • step S102 the supply amount of urea water is adjusted.
  • step S103 it is determined whether the average value of the NOx emission amount from the NOx catalyst 7 is within the allowable range. In this step, it may be determined whether the NOx emission amount per unit time is equal to or less than the allowable upper limit value shown in FIG. The NOx emission amount per unit time is obtained based on the detection value of the second NOx sensor 16. If a positive determination is made in step S103, the process returns to step S101. On the other hand, if a negative determination is made in step S103, the process returns to step S102. Thus, the supply amount of urea water is adjusted in step S102 until the average value of the NOx emission amount from the NOx catalyst 7 falls within the allowable range.
  • the ECU 10 that processes steps S101 to S103 corresponds to the control unit in the present invention.
  • step S104 it is determined whether or not it is within a predetermined time (for example, 60 seconds) after the regeneration processing of the filter 5 is performed.
  • the regeneration process of the filter 5 is performed by raising the temperature of the filter 5 to a temperature at which PM is oxidized. By raising the temperature of the filter 5 in this way, the temperature of the PM sensor 17 also rises, and the intermediate product adhering to the PM sensor 17 is removed. Therefore, if the failure determination of the filter 5 is performed at this time, the detection value of the PM sensor 17 is not affected by the intermediate product, so that the accuracy of the failure determination is increased. Therefore, when an affirmative determination is made in step S104, the process proceeds to step S105, and a failure determination of the filter 5 is performed.
  • step S106 the internal combustion engine 1 is controlled so that the temperature of the NOx catalyst 7 or the temperature of the exhaust downstream of the NOx catalyst 7 becomes a temperature at which the intermediate product vaporizes (for example, 360 ° C.).
  • the temperature of the NOx catalyst 7 or the downstream of the NOx catalyst 7. Increase the exhaust temperature.
  • the cover of the PM sensor 17 may be heated to 360 ° C. with a heater.
  • the intermediate product can be removed from the PM sensor 17.
  • biuret which is an intermediate product is vaporized at 190 ° C. or higher
  • cyanuric acid is vaporized at 360 ° C. or higher.
  • the temperature of the PM sensor 17 is set to 360 ° C. or higher to vaporize the intermediate product. If the failure determination of the filter 5 is performed thereafter, the detection value of the PM sensor 17 is not affected by the intermediate product, and therefore the accuracy of the failure determination is increased.
  • step S106 when an affirmative determination is made in step S106, the process proceeds to step S105, and a failure determination of the filter 5 is performed. On the other hand, if a negative determination is made in step S106, the process proceeds to step S107, the temperature of the exhaust gas is further increased, and the process returns to step S106.
  • the supply amount of the reducing agent is decreased as compared with the case where it is not performed, so that the reducing agent is prevented from adhering to the PM sensor 17. it can. For this reason, it can suppress that the precision of the detection value of PM sensor 17 falls by the reducing agent adhering to PM sensor 17. Therefore, the accuracy of the failure determination of the filter 5 can be increased.
  • detection of the PM amount by the PM sensor 17 when the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 is equal to or less than a predetermined amount may be started when the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 is equal to or less than a predetermined amount.
  • the detected value increases faster than when only PM adheres.
  • the detection value of the PM sensor 17 may decrease due to the vaporization of the intermediate product attached to the PM sensor 17.
  • the time when the detection value starts increasing is delayed.
  • the NOx catalyst 7 adsorbs a lot of NH 3 , the progress of hydrolysis of urea becomes slow, so that the intermediate product passes through the NOx catalyst 7. Therefore, when the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 is small, the detection value of the PM sensor 17 is hardly affected by the intermediate product. For example, if the failure determination of the filter 5 is performed after NH 3 is desorbed from the NOx catalyst 7 and before the amount of adsorption of NH 3 increases again, the determination accuracy is increased.
  • the amount of NH 3 that can be adsorbed by the NOx catalyst 7 is limited.
  • the upper limit value of the amount of NH 3 that can be adsorbed by the NOx catalyst 7 is hereinafter referred to as “upper limit adsorption amount”.
  • the temperature of the NOx catalyst 7 becomes about 400 ° C., and NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 is desorbed.
  • the PM sensor 17 cannot detect the amount of PM unless a certain amount of PM adheres.
  • the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 reaches the upper limit adsorption amount before a certain amount of PM adheres to the PM sensor 17, the intermediate product passes through the NOx catalyst 7, The accuracy of the detection value of the PM sensor 17 is lowered.
  • detection of the PM amount is started when the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 is smaller than a predetermined amount.
  • FIG. 9 is a time chart showing the transition of the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 (NH 3 adsorption amount).
  • FIG. 9 shows the transition of the NH 3 adsorption amount during the period indicated by D in FIG.
  • FIG. 9 may be a time chart showing the transition of the NH 3 adsorption amount from the time point H when the PM amount can be detected by the PM sensor 17. That is, the time point indicated by H may be a time point when the PM sensor 17 can detect the PM amount.
  • a time point indicated by J indicates a time point at which the failure determination of the filter 5 is performed.
  • the difference between the detection value of the PM sensor 17 at the time point indicated by J and the detection value of the PM sensor 17 at the time point indicated by H is calculated as an integrated value of the PM amount in the period from H to J. .
  • a failure determination of the filter 5 can be performed. Further, the failure determination of the filter 5 can be performed as described with reference to FIG. 4 at the same time point J in FIG. 9 and F in FIG.
  • the solid line indicates a case where the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 does not reach the upper limit adsorption amount at time J when the failure determination of the filter 5 is performed.
  • the alternate long and short dash line indicates a case where the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 exceeds the upper limit adsorption amount at the time J when the failure determination of the filter 5 is performed.
  • the NOx catalyst 7 is adsorbed at the time indicated by H so that the NH 3 amount adsorbed by the NOx catalyst 7 at the time J when the failure determination of the filter 5 is performed does not reach the upper limit adsorption amount.
  • the amount of NH 3 is set to a predetermined amount or less.
  • NH 3 to NOx catalyst 7 is adsorbed Adjust the amount.
  • This predetermined amount, NOx catalyst 7 can be the upper limit of the amount of NH 3 amount NH 3 adsorbed does not reach the upper limit adsorption amount when a point J to perform failure determination of the filter 5.
  • the failure determination of the filter 5 may be performed after the condition for desorbing NH 3 from the NOx catalyst 7 is established.
  • NH 3 is desorbed from the NOx catalyst 7, so that the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 decreases.
  • the filter 5 when the filter 5 is regenerated, the temperature of the NOx catalyst 7 rises to a temperature at which NH 3 is desorbed. Then, after the regeneration of the filter 5, the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 is equal to or less than a predetermined amount.
  • a process of removing NH 3 from the NOx catalyst 7 is periodically performed. At this time, NH 3 is desorbed from the NOx catalyst 7 by increasing the temperature of the NOx catalyst 7. Even after this, since the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 is equal to or less than the predetermined amount, failure determination of the filter 5 may be performed at this time.
  • the temperature of gas discharged from the internal combustion engine 1 is increased by performing post injection or increasing the amount of EGR gas, or the oxidation catalyst. 4 is supplied with HC. Further, the temperature of the filter 5 or the NOx catalyst 7 can be raised by supplying HC into the exhaust gas from the upstream side of the oxidation catalyst 4. After these controls are performed, the failure determination of the filter 5 can be performed.
  • the amount of urea water supplied from the injection valve 6 is less than the amount required for the reduction of NOx in the exhaust, NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 is consumed by the NOx in the exhaust and decreases. . Therefore, by reducing the amount of urea water supplied from the injection valve 6, the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 may be reduced to a predetermined amount or less.
  • the predetermined amount may be a specified value, but may be changed according to the degree of deterioration of the NOx catalyst 7.
  • the upper limit adsorption amount decreases. That is, the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 tends to exceed the upper limit adsorption amount. Therefore, the predetermined amount may be reduced as the degree of deterioration of the NOx catalyst 7 increases. That is, by reducing the adsorbed NH 3 amount at the time indicated by H in FIG. 9, to reduce the adsorbed NH 3 amount at the time represented by J in FIG.
  • the predetermined amount may be set as follows.
  • the NOx purification rate in the NOx catalyst 7 is calculated during the previous operation of the internal combustion engine 1, and the degree of deterioration of the NOx catalyst 7 is obtained from the NOx purification rate.
  • the NOx purification rate can be calculated as the ratio of the NOx amount purified by the NOx catalyst 7 to the NOx amount flowing into the NOx catalyst 7. This NOx amount may be the NOx concentration.
  • the amount of NOx purified by the NOx catalyst 7 can be calculated from the value obtained by subtracting the detection value of the second NOx sensor 16 from the detection value of the first NOx sensor 15.
  • the NOx purification rate can be calculated by dividing the value obtained by subtracting the detection value of the second NOx sensor 16 from the detection value of the first NOx sensor 15 by the detection value of the first NOx sensor 15. Since the NOx purification rate and the degree of deterioration of the NOx catalyst 7 have a correlation, if this relationship is obtained in advance, the degree of deterioration can be obtained from the NOx purification rate.
  • the upper limit value (upper limit adsorption amount) of the amount of NH 3 that can be adsorbed by the NOx catalyst 7 can be obtained from the degree of deterioration of the NOx catalyst 7. Since the degree of deterioration of the NOx catalyst 7 and the upper limit adsorption amount have a correlation, if this relationship is obtained in advance, the upper limit adsorption amount can be obtained from the degree of deterioration.
  • the PM adhesion amount necessary for determining the failure of the filter 5 is hereinafter referred to as “necessary adhesion amount”.
  • This required adhesion amount is determined by, for example, the specification of the PM sensor 17. Then, until the amount of PM adhering to the PM sensor 17 reaches the required amount of attachment, the predetermined amount is determined so that the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 does not exceed the upper limit adsorption amount.
  • the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 changes according to the amount of NOx in the exhaust.
  • the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 at the time point J at which the failure determination of the filter 5 is performed changes in accordance with the total amount of NOx discharged from the internal combustion engine 1 in the period from H to J in FIG. .
  • the load of the internal combustion engine 1 required until the PM amount adhering to the PM sensor 17 becomes the required adhesion amount is obtained.
  • the amount of PM increases according to the load of the internal combustion engine 1. Therefore, the amount of PM discharged from the internal combustion engine 1 is calculated until the amount of PM attached to the PM sensor 17 reaches the required amount of attachment.
  • the amount of PM discharged from the internal combustion engine 1 is obtained in advance by experiments or the like.
  • the load of the internal combustion engine 1 corresponding to the amount of PM discharged from the internal combustion engine 1 is calculated. For example, this load may be obtained as the total amount of intake air.
  • the relationship between the amount of PM discharged from the internal combustion engine 1 and the load on the internal combustion engine 1 is obtained in advance by experiments or the like.
  • the total amount of intake air may be a specified value.
  • the total amount of NOx discharged from the internal combustion engine 1 when the internal combustion engine 1 is operated with this load is calculated. Since the NOx amount discharged from the internal combustion engine 1 has a correlation with the operation state of the internal combustion engine 1, the total NOx amount can be calculated from the operation state of the internal combustion engine 1. Since urea water is supplied from the injection valve 6 according to the total NOx amount, there is a correlation between the total NOx amount and the urea water supply amount. If the NOx purification rate in the NOx catalyst 7 is taken into consideration, the amount of NH 3 consumed in the NOx catalyst 7 can be calculated. Furthermore, it is possible to calculate the supply amount of the urea water from the NH 3 amount and the consumed amount NH 3 to NOx catalyst 7 are adsorbed (hereinafter referred to. Total adsorption).
  • the predetermined amount is determined so that (predetermined amount ⁇ upper limit adsorption amount ⁇ total adsorption amount). That is, the predetermined amount is determined so that the upper limit adsorption amount is not reached even if the total adsorption amount is added to the predetermined amount. Then, the amount of NH 3 adsorbed on the NOx catalyst 7 does not exceed the upper limit adsorption amount until the amount of PM adhering to the PM sensor 17 reaches the required amount of adhesion.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a flow for determining the failure of the filter 5 according to the present embodiment. This routine is executed by the ECU 10 every predetermined time.
  • step S201 it is determined whether or not the regeneration process of the filter 5 has been performed. In this step, it is determined whether or not the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 is sufficiently small. If NH 3 is not adsorbed on the NOx catalyst 7, it is after the regeneration processing of the filter 5 is performed.
  • step S201 If an affirmative determination is made in step S201, the process proceeds to step S202. On the other hand, if a negative determination is made, the intermediate product may adhere to the PM sensor 17, so this routine is terminated.
  • step S202 the upper limit adsorption amount is calculated.
  • the upper limit value of the amount of NH 3 that can be adsorbed by the NOx catalyst 7 is calculated based on the NOx purification rate calculated during the previous operation.
  • the NOx purification rate is stored in the ECU 10 every time the internal combustion engine 1 is operated. The relationship between the NOx purification rate and the upper limit adsorption amount may be obtained in advance through experiments or the like and stored in the ECU 10.
  • step S203 the total adsorption amount is calculated. That is, based on the NOx purification rate and the urea water supply amount, the amount of NH 3 adsorbed by the NOx catalyst 7 at the time J when the failure determination of the filter 5 is performed is estimated. These relationships may be obtained in advance through experiments or the like, mapped, and stored in the ECU 10.
  • step S204 a predetermined amount is calculated.
  • a value obtained by subtracting a certain margin from the value obtained by subtracting the total adsorption amount from the upper limit adsorption amount is defined as a predetermined amount.
  • step S205 it is determined whether the amount of PM deposited on the filter 5 is equal to or greater than a specified value.
  • This specified value is set as a value that increases the accuracy of the failure determination of the filter 5. That is, immediately after the regeneration process of the filter 5 is performed, PM hardly passes through the filter 5 because PM hardly accumulates on the filter 5. For this reason, there is a possibility that the accuracy of the failure determination of the filter 5 may be lowered.
  • step S205 If an affirmative determination is made in step S205, the process proceeds to step S206. On the other hand, if a negative determination is made, the process returns to step S202.
  • step S206 it is determined whether or not the amount of NH 3 (actual adsorption amount) actually adsorbed by the NOx catalyst 7 is equal to or less than a predetermined amount. That is, it is determined whether the NH 3 amount adsorbed by the NOx catalyst 7 does not exceed the upper limit adsorption amount until the failure determination of the filter 5 is completed.
  • step S206 If an affirmative determination is made in step S206, the process proceeds to step S207. On the other hand, if a negative determination is made, this routine is terminated because the accuracy of the failure determination of the filter 5 may be lowered.
  • step S207 the OBD execution flag is turned ON.
  • This OBD execution flag is a flag that is turned on when the failure determination of the filter 5 can be performed, and is turned off when it cannot be performed.
  • step S208 failure determination of the filter 5 is performed. That is, it is determined whether or not the filter 5 has failed based on the detection value of the PM sensor 17.

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Abstract

　ＰＭセンサの検出精度の低下により、フィルタの故障判定の精度が低下することを抑制する。このため、内燃機関の排気通路に設けられ供給される還元剤によりＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側から還元剤として尿素水を供給する供給装置と、選択還元型ＮＯx触媒よりも下流側で排気中の粒子状物質の量を検出するＰＭセンサと、ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、検出しないときよりも、記供給装置から供給される尿素水からアンモニアに至るまでの中間生成物の生成量を少なくする制御部と、を備える。

Description

内燃機関の排気浄化装置
　本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
　選択還元型ＮＯx触媒（以下、単に「ＮＯx触媒」ともいう。）に対して尿素を供給する排気浄化装置において、尿素からアンモニアへの反応途中に生成される中間生成物の排気通路内における蓄積量が上限量に達すると、尿素水の供給を禁止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、中間生成物の排気通路内における蓄積量が上限量に達するまでは、還元剤をＮＯx触媒に供給することができる。
　ところで、排気通路には、粒子状物質（以下、単に「ＰＭ」ともいう。）を捕集するためのフィルタを備えることがある。さらに、このフィルタの故障を判定するために、排気中のＰＭ量を検出するＰＭセンサを備えることがある。このＰＭセンサの電極またはカバーに前記中間生成物が付着すると、ＰＭ量を正確に検出することが困難となる虞がある。そうすると、フィルタの故障判定の精度が低くなる虞がある。
特開２００９－０８５１７２号公報
　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、ＰＭセンサの検出精度の低下により、フィルタの故障判定の精度が低下す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供給される還元剤によりＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
　前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側から還元剤として尿素水を供給する供給装置と、
　前記選択還元型ＮＯx触媒よりも下流側で排気中の粒子状物質の量を検出するＰＭセンサと、
　前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出しないときよりも、前記供給装置から供給される尿素水からアンモニアに至るまでの中間生成物の生成量を少なくする制御部と、
　を備える。
　ここで、供給装置から排気中に供給される尿素水は、アンモニア（ＮＨ３）に変化する。しかし、排気や選択還元型ＮＯx触媒の状態によっては、供給装置から供給される尿素水から最終的に生成されるアンモニアに至るまでの中間生成物が選択還元型ＮＯx触媒を通り抜けてＰＭセンサに付着することがある。ＰＭセンサに中間生成物が付着すると、該ＰＭセンサの出力値が変化してしまい、ＰＭを正確に検出することが困難となる。これに対し制御部は、ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、中間生成物の生成量を少なくする。
　例えば中間生成物の生成量が少なくなるように、内燃機関を制御する。これにより、ＰＭセンサの検出値が中間生成物により変化することを抑制できるため、フィルタの故障判定の精度が低下することを抑制できる。
　また、本発明においては、前記制御部は、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出しないときよりも、尿素水の供給量を少なくすることができる。
　尿素水の供給量を少なくすることにより、中間生成物の生成量が少なくなるので、ＰＭセンサに中間生成物が付着することを抑制できる。なお、尿素水の供給量を少なくすることには、尿素水の供給を停止することも含む。
　また、本発明においては、前記制御部は、尿素水の供給量を少なくする時間を、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量の検出を開始する前の規定時間以下とすることができる。
　ここで、尿素水の供給量を少なくすることにより、選択還元型ＮＯx触媒において還元剤が不足して、ＮＯx浄化率が低下する虞がある。これに対し、供給する尿素水の量を少なくする時間を規定時間以下とすることで、ＮＯx浄化率が低下する期間が長くなることを抑制できる。規定時間は、ＮＯx排出量の平均値が許容範囲内となる時間としてもよい。
　また、本発明においては、前記ＰＭセンサよりも上流の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、前記制御部は、前記フィルタの故障判定時に、前記中間生成物の生成量を少なくすることができる。
　そうすると、ＰＭセンサの検出精度が高い状態でフィルタの故障判定を行うことができるため、故障判定の精度を高くすることができる。
　また、本発明においては、前記ＰＭセンサによる粒子状物質の検出は、前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているアンモニアの量が所定量以下のときに開始し、該所定量は、前記内燃機関の前回の運転時において得た前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いに基づいて算出される該選択還元型ＮＯx触媒が吸着可能なアンモニア量の上限値と、前記ＰＭセンサによる粒子状物質の検出中に前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着するアンモニア量と、に基づいて算出してもよい。
　ここで、ＰＭセンサにある程度のＰＭが付着するまではＰＭ量を正確に検出することが困難である。このため、ＰＭセンサよりＰＭ量を検出するには時間がかかる。この間に、中間生成物がＰＭセンサに付着すると、該ＰＭセンサの検出値が中間生成物からの影響を受けて変化してしまう。したがって、ＰＭ量を検出しているときに、中間生成物が選択還元型ＮＯx触媒から流出しないようにすれば、ＰＭセンサの検出精度を高くすることができる。
　ところで、選択還元型ＮＯx触媒が吸着可能なＮＨ３量には限度ある。この限度を超えると、選択還元型ＮＯx触媒がＮＨ３を吸着することができなくなり、下流へ中間生成物が流出する。したがって、ＰＭ量を検出するときに選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量が限度を超えないようにすれば、ＰＭセンサの検出精度を高くすることができる。すなわち、選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量が比較的少ないときに、ＰＭ量を検出すればよい。このため、ＰＭセンサによるＰＭの検出を、選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量が所定量以下のときに開始する。この所定量は、その後に選択還元型ＮＯx触媒がＮＨ３を吸着しても、吸着しているＮＨ３量が上限値に達することのない吸着量として設定される。
　なお、選択還元型ＮＯx触媒が吸着可能なＮＨ３量の上限値は、該選択還元型ＮＯx触媒の劣化の進行と共に小さくなる。したがって、所定量は、選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いに応じて決定してもよい。
　また、ＰＭセンサにある程度のＰＭが付着するまでの間に、選択還元型ＮＯx触媒が吸着するＮＨ３量は、内燃機関の運転状態によって変わる。すなわち、内燃機関からの排出されるＮＯxの量により、選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量が変化する。このため、所定量は、ＰＭを検出中に選択還元型ＮＯx触媒が吸着するＮＨ３量に応じて決定するとよい。このＮＨ３量は、例えば、ＰＭセンサにある程度のＰＭが付着するまでの間に内燃機関から排出されるＮＯx量と、ＮＯx浄化率と、に基づいて算出することができる。
　なお、選択還元型ＮＯx触媒の温度または排気の温度を高くしたり、排気の流量を少なくしたり、選択還元型ＮＯx触媒における還元剤の吸着量を少なくしたりして、中間生成物の生成量を少なくしてもよい。
　本発明によれば、ＰＭセンサの検出精度の低下により、フィルタの故障判定の精度が低下することを抑制できる。
実施例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。 ＰＭセンサの概略構成図である。 ＰＭセンサの検出値の推移を示したタイムチャートである。 フィルタが正常な場合と故障している場合とのＰＭセンサの検出値の推移を示したタイムチャートである。 ＰＭセンサの検出値が正常な場合と、異常な場合との推移を示したタイムチャートである。 尿素水の供給量とＰＭセンサへの中間生成物の付着量との関係を示した図である。 尿素水の供給量と、大気中へのＮＯxの排出量と、の推移を示したタイムチャートである。 実施例１に係るフィルタの故障判定のフローを示したフローチャートである。 ＮＯx触媒が吸着しているＮＨ３量の推移を示したタイムチャートである。 実施例２に係るフィルタの故障判定のフローを示したフローチャートである。
　以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
　図１は、本実施例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。図１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関であるが、ガソリン機関であってもよい。
　内燃機関１には、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。吸気通路２には、該吸気通路２を流通する吸気の量を検出するエアフローメータ１１が設けられている。一方、排気通路３には、排気の流れ方向の上流側から順に、酸化触媒４、フィルタ５、噴射弁６、選択還元型ＮＯx触媒７（以下、ＮＯx触媒７という。）が設けられている。
　酸化触媒４は、酸化能を有する触媒であればよく、たとえば三元触媒であってもよい。酸化触媒４は、フィルタ５に担持されていてもよい。
　フィルタ５は、排気中のＰＭを捕集する。なお、フィルタ５には、触媒が担持されていてもよい。フィルタ５によってＰＭが捕集されることで、該フィルタ５にＰＭが徐々に堆積する。そして、フィルタ５の温度を強制的に上昇させる、所謂フィルタ５の再生処理を実行することで、該フィルタ５に堆積したＰＭを酸化させて除去することができる。たとえば、酸化触媒４にＨＣを供給することでフィルタ５の温度を上昇させることができる。また、酸化触媒４を備えずに、フィルタ５の温度を上昇させる他の装置を備えていてもよい。さらに、内燃機関１から高温のガスを排出させることでフィルタ５の温度を上昇させてもよい。
　噴射弁６は、還元剤を噴射する。還元剤には、例えば、尿素水等のアンモニア由来のものが用いられる。例えば、噴射弁６から噴射された尿素水は、排気の熱で加水分解されアンモニア（ＮＨ３）となり、その一部又は全部がＮＯx触媒７に吸着する。以下では、噴射弁６から還元剤として尿素水を噴射するものとする。なお、本実施例においては噴射弁６が、本発明における供給装置に相当する。
　ＮＯx触媒７は、還元剤が存在するときに、排気中のＮＯxを還元する。例えば、ＮＯx触媒７にアンモニア（ＮＨ３）を予め吸着させておけば、ＮＯx触媒７をＮＯxが通過するときにＮＯxをアンモニアにより還元させることができる。
　酸化触媒４よりも上流の排気通路３には、排気の温度を検出する第一排気温度センサ１２が設けられている。酸化触媒４よりも下流で且つフィルタ５よりも上流の排気通路３には、排気の温度を検出する第二排気温度センサ１３が設けられている。フィルタ５よりも下流で且つ噴射弁６よりも上流の排気通路３には、排気の温度を検出する第三排気温度センサ１４及び排気中のＮＯx濃度を検出する第一ＮＯxセンサ１５が設けられている。ＮＯx触媒７よりも下流の排気通路３には、排気中のＮＯx濃度を検出する第二ＮＯxセンサ１６及び排気中のＰＭ量を検出するＰＭセンサ１７が設けられている。これらセンサの全てが必須というわけではなく、必要に応じて設けることができる。
　以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
　ＥＣＵ１０には、上記センサの他、アクセルペダルの踏込量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１８、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１９が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁６が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により噴射弁６が制御される。
　ＥＣＵ１０は、フィルタ５に堆積しているＰＭ量が所定量以上になると、前記フィルタ５の再生処理を実施する。なお、フィルタ５の再生処理は、内燃機関１が搭載されている車両の走行距離が所定距離以上となったときに行ってもよい。また、規定期間ごとにフィルタ５の再生処理を実施してもよい。
　また、ＥＣＵ１０は、ＰＭセンサ１７により検出されるＰＭ量に基づいて、フィルタ５の故障判定を行う。ここで、フィルタ５が割れる等の故障が発生すると、該フィルタ５を通り抜けるＰＭ量が増加する。このＰＭ量の増加をＰＭセンサ１７により検出すれば、フィルタ５の故障を判定することができる。
　例えば、フィルタ５の故障判定は、ＰＭセンサ１７の検出値に基づいて算出される所定期間中のＰＭ量の積算値と、フィルタ５が所定の状態であると仮定した場合における所定期間中のＰＭ量の積算値とを比較することで行われる。なお、所定期間におけるＰＭセンサ１７の検出値の増加量に基づいて、フィルタ５の故障判定を行ってもよい。例えば、所定期間におけるＰＭセンサ１７の検出値の増加量が閾値以上のときに、フィルタ５が故障していると判定してもよい。
　ここで図２は、ＰＭセンサ１７の概略構成図である。ＰＭセンサ１７は、自身に堆積したＰＭ量に対応する電気信号を出力するセンサである。ＰＭセンサ１７は、一対の電極１７１と、該一対の電極１７１の間に設けられる絶縁体１７２と、を備えて構成されている。一対の電極１７１の間にＰＭが付着すると、該一対の電極１７１の間の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化は、排気中のＰＭ量と相関関係にあるため、該電気抵抗の変化に基づいて、排気中のＰＭ量を検出することができる。このＰＭ量は、単位時間当たりのＰＭの質量としてもよく、所定時間におけるＰＭの質量としてもよい。なお、ＰＭセンサ１７の構成は、図２に示したものに限らない。すなわち、ＰＭを検出し、且つ、還元剤の影響により検出値に変化が生じるＰＭセンサであればよい。
　次に、図３は、ＰＭセンサ１７の検出値の推移を示したタイムチャートである。内燃機関１の始動直後のＡで示される期間は、排気通路３内で凝縮する水がＰＭセンサ１７に付着する虞がある期間である。ＰＭセンサ１７に水か付着すると、該ＰＭセンサ１７の検出値が変化したり、ＰＭセンサ１７が故障したりするため、この期間ではＰＭセンサ１７によるＰＭ量の検出は行われない。
　Ａで示される期間の後のＢで示される期間では、前回の内燃機関１の運転時にＰＭセンサ１７に付着したＰＭを除去する処理（以下、ＰＭ除去処理という。）を行う。このＰＭ除去処理は、ＰＭセンサ１７の温度を、ＰＭが酸化する温度まで上昇させることにより行われる。このＢで示される期間においても、ＰＭセンサ１７によるＰＭ量の検出は行われない。
　Ｂで示される期間の後のＣで示される期間は、ＰＭの検出に適した温度となるまでに要する期間である。すなわち、Ｂで示される期間においてＰＭセンサ１７の温度がＰＭの検出に適した温度よりも高くなるため、温度が低下してＰＭの検出に適した温度となるまで待っている。このＣで示される期間においても、ＰＭセンサ１７によるＰＭ量の検出は行われない。
　そして、Ｃで示される期間の後のＤで示される期間でＰＭの検出が行われる。なお、Ｄで示される期間であっても、ＰＭセンサ１７にある程度のＰＭが堆積するまでは、検出値が増加しない。すなわち、ある程度のＰＭが堆積して、一対の電極１７１の間に電流が流れるようになってから検出値が増加を始める。その後は、排気中のＰＭ量に応じて検出値が増加していく。
　ここで、ＰＭセンサ１７は、フィルタ５よりも下流側に設けられている。そのため、ＰＭセンサ１７には、フィルタ５に捕集されずに、該フィルタ５を通過したＰＭが付着する。従って、ＰＭセンサ１７におけるＰＭ堆積量は、フィルタ５を通過したＰＭ量の積算値に対応した量となる。
　ここで、図４は、フィルタ５が正常な場合と故障している場合とのＰＭセンサ１７の検出値の推移を示したタイムチャートである。フィルタ５が故障している場合には、ＰＭセンサ１７にＰＭが早く堆積するため、検出値の増加が始まる時点Ｅが、正常なフィルタ５と比較して早くなる。このため、例えば、内燃機関１の始動後から所定時間Ｆが経過したときの検出値が閾値以上であれば、フィルタ５が故障していると判定できる。この所定時間Ｆは、正常なフィルタ５であればＰＭセンサ１７の検出値が増加しておらず、且つ、故障しているフィルタ５であればＰＭセンサ１７の検出値が増加している時間である。この所定時間Ｆは、実験等により求められる。また、閾値は、フィルタ５が故障しているときのＰＭセンサ１７の検出値の下限値として予め実験等により求められる。
　ところで、ＰＭセンサ１７をフィルタ５よりも下流で且つＮＯx触媒７よりも上流に設けることも考えられる。しかし、このような位置にＰＭセンサ１７を設けると、フィルタ５からＰＭセンサ１７までの距離が短くなる。このため、フィルタ５の割れている箇所を通過したＰＭが排気中に分散しないままＰＭセンサ１７の周辺に到達する虞がある。そうすると、フィルタ５が割れている位置によっては、ＰＭセンサ１７にＰＭがほとんど付着しないために、ＰＭが検出されないこともあり、故障判定の精度が低下する虞がある。
　これに対して本実施例では、ＮＯx触媒７よりも下流にＰＭセンサ１７を設けているため、フィルタ５からＰＭセンサ１７までの距離が長い。このため、ＰＭセンサ１７の周辺では、フィルタ５を通過したＰＭが排気中に分散している。したがって、フィルタ５の割れている位置によらずにＰＭを検出することができる。しかし、噴射弁６よりも下流側にＰＭセンサ１７を設けているため、該噴射弁６から噴射される還元剤がＰＭセンサ１７に付着する虞がある。このＰＭセンサ１７に付着する還元剤は、たとえば、尿素、及び、尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物（ビウレット、シアヌル酸）である。このようにＰＭセンサ１７に還元剤が付着すると、ＰＭセンサ１７の検出値が変化する虞がある。
　ここで図５は、ＰＭセンサ１７の検出値が正常な場合と、異常な場合との推移を示したタイムチャートである。異常な検出値は、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着したときの検出値とすることができる。
　正常な検出値は、時間の経過とともに検出値が増加するか、または検出値が変化しない。すなわち、ＰＭセンサ１７に付着したＰＭ量に応じて検出値が増加していく。一方、異常な検出値は、検出値が増加するだけでなく減少する場合がある。ここで、ＰＭセンサ１７に前記中間生成物が付着して所定量以上堆積すると、ＰＭが堆積したときと同じように、ＰＭセンサ１７の検出値が増加する。ここで、中間生成物であるビウレットは、１３２－１９０℃のときに生成され、それよりも温度が高くなると気化する。また、中間生成物であるシアヌル酸は、１９０－３６０℃で生成され、それよりも温度が高くなると気化する。このように、ＰＭと比較すると中間生成物は低温で気化する。このため、ＰＭセンサ１７に付着していた中間生成物は、内燃機関１の排気の温度が高いときに気化する。そうすると、中間生成物の堆積量が減少するため、ＰＭセンサ１７の検出値が減少する。これは、ＰＭセンサ１７にＰＭのみが堆積しているときには起こらない現象である。
　また、ＰＭセンサ１７のカバーに中間生成物が付着して堆積すると、該カバーを閉塞させる虞がある。このカバーが中間生成物により閉塞されると、ＰＭが一対の電極１７１に到達できなくなるので、ＰＭが検出されにくくなる。したがって、ＰＭセンサ１７の検出値の増加が始まる時期が、正常な場合よりも遅くなる。このため、フィルタ５の故障判定の精度が低下する虞がある。
　このように、ＮＯx触媒７を還元剤が通り抜けると、フィルタ５の故障判定が困難となる虞がある。そこで、本実施例では、ＰＭセンサ１７によりＰＭ量を検出するときには、検出しないときよりも、尿素からアンモニアに至るまでの中間生成物（ビウレット、シアヌル酸）がＰＭセンサ１７に付着し難くなるように内燃機関１を制御する。具体的には、尿素水の供給量を減少させる。
　ここで、図６は、尿素水の供給量とＰＭセンサ１７への中間生成物の付着量との関係を示した図である。図６に示されるように、尿素水の供給量が多いほど、ＰＭセンサ１７への中間生成物の付着量が多くなる。したがって、尿素水の供給量を減少させることにより、ＰＭセンサ１７への中間生成物の付着量を減少させることができる。
　しかし、尿素水の供給量を減少させることにより、ＮＯx触媒７において還元剤が不足して、ＮＯx浄化率が低下する虞がある。そこで、ＰＭセンサ１７によりＰＭ量を検出するとき、または、フィルタ５の故障判定を行うときには、大気中へのＮＯxの排出量が許容範囲内となるように尿素水の供給量を調整するとよい。例えば、内燃機関１が搭載された車両が所定距離を走行したときのＮＯx排出量の平均値が許容範囲内となるように尿素水の供給量を調整してもよい。また、単位時間当たりのＮＯx排出量が許容範囲内となるように尿素水の供給量を調整してもよい。さらに、尿素水の供給量を調整する時間を制限することで、ＮＯx浄化率が低下する時間を短くしてもよい。
　図７は、尿素水の供給量と、大気中へのＮＯxの排出量と、の推移を示したタイムチャートである。Ｇで示される時点において、フィルタ５の故障判定の要求がなされている。フィルタ５の故障判定の要求は、例えば、所定の走行距離毎またはフィルタ５の再生処理の後になされる。そして、Ｇで示される時点の後に、尿素水の供給量が減少される。
　図７に示されるように、尿素水の供給量が減少するにしたがって、ＮＯxの排出量は増加する。そして、本実施例では、ＮＯxの排出量が、許容範囲の上限値（以下、許容上限値という。）以下となるように尿素水の供給量が制御される。この許容上限値は、単位時間当たりのＮＯx排出量の許容範囲の上限値としてもよい。また、許容上限値は、ＮＯx排出量の平均値が許容範囲内となるような単位時間当たりのＮＯx排出量の上限値としてもよい。なお、尿素水の供給量は、機関回転数及び機関負荷に基づいて設定してもよい。尿素水の供給量と、機関回転数及び機関負荷との関係は、予め実験等により求めておいてもよい。また、第二ＮＯxセンサ１６により検出される排気中のＮＯx濃度に基づいて、尿素水の供給量をフィードバック制御してもよい。
　また、フィルタ５の故障判定を行うときには、内燃機関１でのＮＯxの発生量が少なくなるように、内燃機関１を制御してもよい。さらに、ＰＭセンサ１７によりＰＭ量を検出するときには、中間生成物（ビウレット、シアヌル酸）がＰＭセンサ１７に付着し難くなるような他の制御を組み合わせてもよい。
　例えば、ＮＯx触媒７の温度または排気の温度が高くなるように内燃機関１を制御してもよい。また、排気の流量が少なくなるように、または排気の流速が低くなるように内燃機関１を制御してもよい。さらに、ＮＯx触媒７におけるＮＨ３の吸着率が低くなるように、またはＮＨ３の吸着量が少なくなるように内燃機関１を制御してもよい。
　ここで、ＮＯx触媒７または排気の温度が低いと、尿素の熱分解などの反応に時間がかかるので、尿素の反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過してしまう。したがって、ＮＯx触媒７または排気の温度を高くすることにより、中間生成物がＮＯx触媒７から流出することを抑制できる。
　また、排気の流量が多いと、尿素がＮＯx触媒７と接する時間が短くなるため、尿素の反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過してしまう。したがって、排気の流量を少なくすることにより、中間生成物がＮＯx触媒７から流出することを抑制できる。なお、排気の流速を低くするか、または、内燃機関１の吸入空気量を減少させてもよい。
　さらに、ＮＯx触媒７に吸着しているＮＨ３量が多いほど、加水分解が進み難くなるので、尿素の反応が完了する前にＮＯx触媒７を通過しやすくなる。したがって、ＮＯx触媒７に吸着しているＮＨ３量を減少させることにより、中間生成物がＮＯx触媒７から流出することを抑制できる。なお、ＮＨ３吸着率を低くしてもよい。ＮＨ３吸着率は、ＮＯx触媒７に最大限吸着可能なＮＨ３量に対する、ＮＯx触媒７に吸着しているＮＨ３量の比である。
　図８は、本実施例に係るフィルタ５の故障判定のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、フィルタ５の故障判定の要求がなされたときに、ＥＣＵ１０により実行される。
　ステップＳ１０１では、尿素水の供給量が減少されてから規定時間（例えば５分間）が経過したか否か判定される。すなわち、ＮＯx排出量が増加してから規定時間が経過したか否か判定される。本ステップでは、尿素水の供給量が、中間生成物の生成を抑制することのできる量となっているか否か判定している。なお、尿素水の供給量は０としてもよい。すなわち、還元剤の供給を停止してもよい。
　規定時間は、ＮＯx排出量が増加したとしても、ＮＯx排出量の平均値が許容範囲内となる時間として設定される。すなわち、フィルタ５の故障判定時にはＮＯx排出量が多くなっても、他の時間においてＮＯx排出量が少なければ、ＮＯx排出量の平均値は許容範囲内となる。このように、尿素水の供給量を減少させてもＮＯx排出量の平均値が許容範囲内となる時間として規定時間が設定される。この規定時間は、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。
　ステップＳ１０１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２では、尿素水の供給量が調整される。
　そして、ステップＳ１０３では、ＮＯx触媒７からのＮＯx排出量の平均値が許容範囲内であるか否か判定される。本ステップでは、単位時間当たりのＮＯx排出量が、図７で示した許容上限値以下となっているか否か判定してもよい。単位時間当たりのＮＯx排出量は、第二ＮＯxセンサ１６の検出値に基づいて得る。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０１へ戻る。一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。このように、ＮＯx触媒７からのＮＯx排出量の平均値が許容範囲内となるまで、ステップＳ１０２において尿素水の供給量が調整される。なお、本実施例ではステップＳ１０１からステップＳ１０３を処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御部に相当する。
　また、ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４では、フィルタ５の再生処理が実施されてから所定時間（例えば、６０秒）以内であるか否か判定される。ここで、フィルタ５の再生処理は、フィルタ５の温度をＰＭが酸化される温度まで上昇させることにより実施される。このようにフィルタ５の温度を上昇させることにより、ＰＭセンサ１７の温度も上昇し、該ＰＭセンサ１７に付着していた中間生成物が除去される。したがって、このときにフィルタ５の故障判定を実施すれば、ＰＭセンサ１７の検出値は中間生成物による影響を受けないため、故障判定の精度が高くなる。したがって、ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進んで、フィルタ５の故障判定を実施する。
　一方、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６では、ＮＯx触媒７の温度、または、ＮＯx触媒７よりも下流の排気の温度が、中間生成物の気化する温度（例えば、３６０℃）となるように、内燃機関１が制御される。たとえば、内燃機関１から排出されるガスの温度を上昇させるか、内燃機関１からＨＣを排出させて酸化触媒４で反応させることにより、ＮＯx触媒７の温度、または、ＮＯx触媒７よりも下流の排気の温度を上昇させる。なお、ＰＭセンサ１７のカバーをヒータで加熱して例えば３６０℃としてもよい。
　そうすると、ＰＭセンサ１７の温度が、中間生成物の気化する温度まで上昇するため、該ＰＭセンサ１７から中間生成物を除去することができる。ここで、中間生成物であるビウレットは、１９０℃以上で気化し、シアヌル酸は、３６０℃以上で気化する。このため、本実施例では、ＰＭセンサ１７の温度を３６０℃以上として中間生成物を気化させる。そして、この後にフィルタ５の故障判定を実施すれば、ＰＭセンサ１７の検出値は中間生成物による影響を受けないため、故障判定の精度が高くなる。
　すなわち、ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０５へ進んでフィルタ５の故障判定を実施する。一方、ステップＳ１０６で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進んで排気の温度がさらに上昇されて、ステップＳ１０６へ戻る。
　以上説明したように、本実施例によれば、フィルタ５の故障判定を行うときには、行わないときよりも、還元剤の供給量を減少させるので、ＰＭセンサ１７に還元剤が付着することを抑制できる。このため、ＰＭセンサ１７に付着した還元剤によりＰＭセンサ１７の検出値の精度が低くなることを抑制できる。したがって、フィルタ５の故障判定の精度を高めることができる。
　本実施例では、実施例１で説明した還元剤の供給量を減少させることに加えて、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が所定量以下のときにＰＭセンサ１７によるＰＭ量の検出を開始する。なお、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が所定量以下のときに、フィルタ５の故障判定を開始するとしてもよい。
　ここで、ＮＯx触媒７を通り抜けた中間生成物が、ＰＭセンサ１７の一対の電極１７１の間に付着すると、ＰＭのみが付着した場合と比較して、検出値が速く増加する。また、ＰＭセンサ１７に付着していた中間生成物が気化することにより、ＰＭセンサ１７の検出値が減少する場合もある。一方、ＮＯx触媒７を通り抜けた中間生成物が、ＰＭセンサ１７のカバーに付着すると、検出値の増加が始まる時期が遅くなる。
　ＮＯx触媒７が多くのＮＨ３を吸着していると、尿素の加水分解の進行が緩慢となるため、ＮＯx触媒７を中間生成物が通り抜ける。したがって、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３の量が少ないときには、ＰＭセンサ１７の検出値が中間生成物からの影響を受け難い。例えば、ＮＯx触媒７からＮＨ３が脱着した後、該ＮＨ３の吸着量が再び多くなるまでの間に、フィルタ５の故障判定を実施すれば、判定精度が高くなる。なお、ＮＯx触媒７が吸着可能なＮＨ３量には限りがある。ここで、ＮＯx触媒７が吸着可能なＮＨ３量の上限値を以下、「上限吸着量」という。
　そして、例えば、内燃機関１が高負荷で運転されれば、ＮＯx触媒７の温度は約４００℃となり、ＮＯx触媒７が吸着していたＮＨ３が脱着する。しかし、このような運転状態を長期間継続することは困難である。また、ＰＭセンサ１７は、図３で説明したように、ある程度のＰＭが付着しなければＰＭ量を検出することができない。しかし、ＰＭセンサ１７にある程度のＰＭが付着するまでの間に、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が上限吸着量に達すると、中間生成物がＮＯx触媒７を通り抜けるようになるため、ＰＭセンサ１７の検出値の精度が低くなる。
　そこで、本実施例では、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が所定量よりも少ないときに、ＰＭ量の検出を開始する。
　ここで、図９は、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量（ＮＨ３吸着量）の推移を示したタイムチャートである。図９は、図３のＤで示される期間におけるＮＨ３吸着量の推移を示している。なお、図９は、ＰＭセンサ１７でＰＭ量を検出可能な状態となった時点Ｈからの、ＮＨ３吸着量の推移を示したタイムチャートとしてもよい。すなわち、Ｈで示される時点は、ＰＭセンサ１７でＰＭ量を検出可能な状態となった時点としてもよい。また、Ｊで示される時点は、フィルタ５の故障判定を行う時点を示している。例えば、Ｊで示される時点におけるＰＭセンサ１７の検出値と、Ｈで示される時点におけるＰＭセンサ１７の検出値と、の差が、ＨからＪまでの期間におけるＰＭ量の積算値として算出される。この積算値を所定値と比較して、フィルタ５の故障判定を行うことができる。また、図９のＪと図４のＦとが同じ時点として、図４で説明したようにして、フィルタ５の故障判定を行うこともできる。
　図９において、実線は、フィルタ５の故障判定を行う時点ＪにおいてＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が上限吸着量に達していない場合を示している。一方、一点鎖線は、フィルタ５の故障判定を行う時点ＪにおいてＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が上限吸着量を超えている場合を示している。
　本実施例では、フィルタ５の故障判定を行う時点ＪにおいてＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が上限吸着量に達しないように、Ｈで示される時点においてＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量を所定量以下としている。
　すなわち、ＰＭセンサ１７でＰＭ量を検出可能な状態となった時点Ｈにおいて、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が所定量以下となるように、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量を調整する。この所定量は、フィルタ５の故障判定を行う時点ＪとなったときにＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が上限吸着量に達しないＮＨ３量の上限値とすることができる。
　ここで、内燃機関１が高負荷運転されれば、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量を減少させることができるが、高負荷運転を長時間継続させることは困難である。そこで、ＮＯx触媒７からＮＨ３が脱着する条件が成立した後に、フィルタ５の故障判定を行うようにしてもよい。ここで、ＮＯx触媒７の温度が高くなると、ＮＯx触媒７からＮＨ３が脱着するため、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が減少する。
　例えば、フィルタ５の再生時には、ＮＯx触媒７の温度がＮＨ３の脱着する温度まで上昇する。そして、フィルタ５の再生後には、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が所定量以下となっているので、このときにフィルタ５の故障判定を行えばよい。
　また、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量を把握しやすくするために、ＮＯx触媒７からＮＨ３を除去する処理が定期的に実施される。このときには、ＮＯx触媒７の温度を高くすることで、ＮＯx触媒７からＮＨ３を脱着させている。この後でも、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が所定量以下となっているので、このときにフィルタ５の故障判定を行えばよい。
　なお、フィルタ５又はＮＯx触媒７の温度を上昇させるためには、例えば、ポスト噴射又はＥＧＲガス量の増量などを行うことで、内燃機関１から排出されるガスの温度を上昇させたり、酸化触媒４にＨＣを供給したりする。また、酸化触媒４よりも上流から排気中にＨＣを供給することで、フィルタ５又はＮＯx触媒７の温度を上昇させることもできる。これらの制御を行った後であれば、フィルタ５の故障判定を行うことができる。
　また、噴射弁６から供給する尿素水の量を排気中のＮＯxの還元に必要となる量よりも少なくすると、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３が排気中のＮＯxにより消費されて減少する。したがって、噴射弁６から供給する尿素水の量を減少させることにより、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量を所定量以下まで減少させてもよい。
　また、所定量は、規定値であってもよいが、ＮＯx触媒７の劣化の度合いに応じて変えてもよい。ここで、ＮＯx触媒７の劣化の度合いが高くなるにしたがって、上限吸着量が少なくなる。すなわち、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が、上限吸着量を超えやすくなる。したがって、ＮＯx触媒７の劣化の度合いが高くなるにしたがって、所定量を小さくしてもよい。すなわち、図９のＨで示される時点においてＮＨ３吸着量を少なくすることで、図９のＪで示される時点におけるＮＨ３吸着量を少なくする。所定量は、以下のようにして設定してもよい。
　例えば、内燃機関１の前回の運転時にＮＯx触媒７におけるＮＯx浄化率を算出し、該ＮＯx浄化率からＮＯx触媒７の劣化の度合いを求めておく。なお、ＮＯx浄化率は、ＮＯx触媒７に流入するＮＯx量に対して、ＮＯx触媒７で浄化されるＮＯx量の割合として算出することができる。このＮＯx量は、ＮＯx濃度としてもよい。例えば、第一ＮＯxセンサ１５の検出値から第二ＮＯxセンサ１６の検出値を減算した値から、ＮＯx触媒７で浄化されるＮＯx量を算出することができる。また、第一ＮＯxセンサ１５の検出値から第二ＮＯxセンサ１６の検出値を減算した値を、第一ＮＯxセンサ１５の検出値で除算することにより、ＮＯx浄化率を算出することができる。ＮＯx浄化率とＮＯx触媒７の劣化の度合いとは、相関関係があるため、この関係を予め求めておけば、ＮＯx浄化率から、劣化の度合いを求めることができる。
　そして、ＮＯx触媒７の劣化の度合いから、ＮＯx触媒７が吸着可能なＮＨ３量の上限値（上限吸着量）を求めることができる。ＮＯx触媒７の劣化の度合いと上限吸着量とは、相関関係があるため、この関係を予め求めておけば、劣化の度合いから、上限吸着量を求めることができる。
　また、フィルタ５の故障判定を行うには、ＰＭセンサ１７にある程度のＰＭが付着する必要がある。なお、フィルタ５の故障判定を行うために必要となるＰＭの付着量を以下、「必要付着量」という。この必要付着量は、例えば、ＰＭセンサ１７の仕様などにより決まる。そして、ＰＭセンサ１７に付着するＰＭ量が必要付着量に達するまでは、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が上限吸着量を超えないように所定量を決定する。ここで、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量は、排気中のＮＯx量に応じて変化する。すなわち、フィルタ５の故障判定を行う時点ＪにおいてＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量は、図９のＨからＪまでの期間に内燃機関１から排出される総ＮＯx量に応じて変化する。
　この総ＮＯx量を算出するために、ＰＭセンサ１７に付着するＰＭ量が必要付着量となるまでに必要となる内燃機関１の負荷を求める。ここで、内燃機関１の負荷に応じてＰＭ量が増加する。そこで、ＰＭセンサ１７に付着するＰＭ量が必要付着量となるまでの間に内燃機関１から排出されるＰＭ量を算出する。内燃機関１から排出されるＰＭ量は、予め実験等により求めておく。そして、この内燃機関１から排出されるＰＭ量に応じた内燃機関１の負荷を算出する。この負荷は、例えば、吸入空気量の総量として求めてもよい。内燃機関１から排出されるＰＭ量と、内燃機関１の負荷と、の関係は、予め実験等により求めておく。また、吸入空気量の総量は、規定値であってもよい。
　そして、この負荷で内燃機関１が運転されたときに該内燃機関１から排出される総ＮＯx量を算出する。内燃機関１から排出されるＮＯx量は、内燃機関１の運転状態と相関関係にあるため、内燃機関１の運転状態から総ＮＯx量を算出することができる。この総ＮＯx量に応じて噴射弁６から尿素水を供給するため、総ＮＯx量と尿素水の供給量とには相関関係がある。そして、ＮＯx触媒７におけるＮＯx浄化率を考慮すれば、ＮＯx触媒７において消費されるＮＨ３量を算出することができる。さらに、尿素水の供給量と、消費されるＮＨ３量とから、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量（以下、総吸着量という。）を算出することができる。
　そして、（所定量＜上限吸着量－総吸着量）となるように、所定量を決定する。すなわち、所定量に総吸着量を加算しても、上限吸着量に達しないように、所定量を決定する。そうすると、ＰＭセンサ１７に付着しているＰＭ量が必要付着量となるまでは、ＮＯx触媒７に吸着されているＮＨ３量が上限吸着量を超えない。
　図１０は、本実施例に係るフィルタ５の故障判定のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に、ＥＣＵ１０により実行される。
　ステップＳ２０１では、フィルタ５の再生処理が実施された後であるか否か判定される。本ステップでは、ＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が十分に少ないか否か判定している。ＮＯx触媒７にＮＨ３が吸着する前であれば、フィルタ５の再生処理が実施された後とする。
　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ＰＭセンサ１７に中間生成物が付着する虞があるため、本ルーチンを終了させる。
　ステップＳ２０２では、上限吸着量が算出される。すなわち、前回の運転時において算出されたＮＯx浄化率に基づいて、ＮＯx触媒７が吸着可能なＮＨ３量の上限値が算出される。なお、ＮＯx浄化率は、内燃機関１が運転される毎に、ＥＣＵ１０に記憶させておく。ＮＯx浄化率と上限吸着量との関係を予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。
　ステップＳ２０３では、総吸着量が算出される。すなわち、ＮＯx浄化率及び尿素水の供給量に基づいて、フィルタ５の故障判定を行う時点ＪにおいてＮＯx触媒７が吸着しているＮＨ３量が推定される。これらの関係は、予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。
　ステップＳ２０４では、所定量が算出される。上限吸着量から総吸着量を減算した値からある程度の余裕分を減算した値を所定量とする。
　ステップＳ２０５では、フィルタ５に堆積しているＰＭ量が規定値以上であるか否か判定される。この規定値は、フィルタ５の故障判定の精度が高くなる値として設定される。すなわち、フィルタ５の再生処理を実施した直後では、フィルタ５にＰＭがほとんど堆積していないために、ＰＭがフィルタ５を通り抜けやすい。このため、フィルタ５の故障判定の精度が低くなる虞があるので、フィルタ５に堆積しているＰＭ量が規定値以上となるまで待っている。
　ステップＳ２０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ戻る。
　ステップＳ２０６では、ＮＯx触媒７が実際に吸着しているＮＨ３量（実吸着量）が、所定量以下であるか否か判定される。すなわち、フィルタ５の故障判定が完了するまでの間に、ＮＯx触媒７が吸着するＮＨ３量が、上限吸着量を超えないか否か判定している。
　ステップＳ２０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはフィルタ５の故障判定の精度が低くなる虞があるため本ルーチンを終了させる。
　ステップＳ２０７では、ＯＢＤ実施フラグがＯＮとされる。このＯＢＤ実施フラグは、フィルタ５の故障判定を実施可能なときにＯＮとされ、実施することができないときにＯＦＦとされるフラグである。
　ステップＳ２０８では、フィルタ５の故障判定が実施される。すなわち、ＰＭセンサ１７の検出値に基づいてフィルタ５が故障しているか否かが判定される。
　以上説明したように本実施例によれば、ＰＭセンサ１７に付着するＰＭ量が十分に多くなるまでの間に、ＮＯx触媒７から中間生成物が流出することを抑制できる。したがって、ＰＭセンサ１７に中間生成物が付着することを抑制できるため、ＰＭセンサ１７の検出値が中間生成物の影響を受けて変化することを抑制できる。これにより、フィルタ５の故障判定の精度をより高めることができる。
１     内燃機関
２     吸気通路
３     排気通路
４     酸化触媒
５     フィルタ
６     噴射弁
７     選択還元型ＮＯx触媒
１０   ＥＣＵ
１１   エアフローメータ
１２   第一排気温度センサ
１３   第二排気温度センサ
１４   第三排気温度センサ
１５   第一ＮＯxセンサ
１６   第二ＮＯxセンサ
１７   ＰＭセンサ
１８   アクセル開度センサ
１９   クランクポジションセンサ

Claims (5)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられ供給される還元剤によりＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
    　前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側から還元剤として尿素水を供給する供給装置と、
    　前記選択還元型ＮＯx触媒よりも下流側で排気中の粒子状物質の量を検出するＰＭセンサと、
    　前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出しないときよりも、前記供給装置から供給される尿素水からアンモニアに至るまでの中間生成物の生成量を少なくする制御部と、
    　を備える内燃機関の排気浄化装置。
  2. 　前記制御部は、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出するときには、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量を検出しないときよりも、尿素水の供給量を少なくする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 　前記制御部は、尿素水の供給量を少なくする時間を、前記ＰＭセンサにより粒子状物質の量の検出を開始する前の規定時間以下とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 　前記ＰＭセンサよりも上流の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、前記制御部は、前記フィルタの故障判定時に、前記中間生成物の生成量を少なくする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 　前記ＰＭセンサによる粒子状物質の検出は、前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着しているアンモニアの量が所定量以下のときに開始し、該所定量は、前記内燃機関の前回の運転時において得た前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いに基づいて算出される該選択還元型ＮＯx触媒が吸着可能なアンモニア量の上限値と、前記ＰＭセンサによる粒子状物質の検出中に前記選択還元型ＮＯx触媒が吸着するアンモニア量と、に基づいて算出される請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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