JP4930018B2

JP4930018B2 - 還元剤添加弁の異常検出装置

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Publication number: JP4930018B2
Application number: JP2006325874A
Authority: JP
Inventors: 大介柴田; 裕澤田; 悟前田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2026-12-01
Also published as: JP2008138603A

Description

本発明は、ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復させるための還元剤を排気通路に添加する還元剤添加弁の異常検出装置に関する。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下「ＮＯｘ触媒」という。）の浄化能力を回復させるために、該ＮＯｘ吸蔵触媒の上流の排気通路に還元剤を添加する還元剤添加弁（以下「添加弁」ということもある。）を備えた装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この装置によれば、添加弁から添加される還元剤添加量を空燃比センサ出力に基づいて推定し、この推定された添加量を指示添加量と比較することにより、添加弁の異常判定が実行されている。

特開２００５−５４７２３号公報特開２０００−１０４５３６号公報特開２００２−１９５０２５号公報特開２００４−２５７３０２号公報

しかしながら、リッチスパイク実施時、すなわち、ＮＯｘ触媒の還元時には、ＮＯｘ触媒において酸素が発生し、この発生した酸素がＮＯｘ触媒下流に排出される場合がある。ＮＯｘ触媒下流に設けられた空燃比センサを用いて上記添加量の推定を行う場合、ＮＯｘ触媒から排出された酸素により、空燃比センサ出力がずれてしまう可能性がある。そうすると、推定された添加量にも誤差が生じるため、添加弁の異常検出を精度良く実行することができなくなる可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、空燃比センサ出力のずれを低減することで、還元剤添加弁の異常検出を精度良く実行することが可能な還元剤添加弁の異常検出装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復させるために該ＮＯｘ触媒の上流に還元剤を添加する還元剤添加弁の異常を検出する異常検出装置であって、
前記還元剤添加弁に対して還元剤の添加量を指示する添加量指示手段と、
前記ＮＯｘ触媒の下流の排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記排気空燃比に基づいて、前記還元剤添加弁から添加された還元剤の添加量を計測する添加量計測手段と、
前記添加量指示手段により指示された添加量と、前記添加量計測手段により計測された添加量とを比較することにより、前記還元剤添加弁の異常を検出する異常検出手段とを備え、
前記異常検出手段は、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が基準値よりも小さいときに、異常検出を実行することを特徴とする。

また、第２の発明は、ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復させるために該ＮＯｘ触媒の上流に還元剤を添加する還元剤添加弁の異常を検出する異常検出装置であって、
前記還元剤添加弁に対して還元剤の添加量を指示する添加量指示手段と、
前記ＮＯｘ触媒の下流の排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記排気空燃比に基づいて、前記還元剤添加弁から添加された還元剤の添加量を計測する添加量計測手段と、
前記添加量指示手段により指示された添加量と、前記添加量計測手段により計測された添加量とを比較することにより、前記還元剤添加弁の異常を検出する異常検出手段とを備え、
前記添加量指示手段は、前記ＮＯｘ触媒入口の空燃比が理論空燃比よりもリーン側となるように、前記還元剤を添加することを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記異常検出手段は、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が基準値よりも小さいときに、異常検出を実行することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１又は第３の発明において、
前記異常検出手段により異常検出を実行する前に、還元剤の添加インターバルを短縮する添加インターバル短縮手段を更に備えたことを特徴とする。

また、第５の発明は、第１又は第３の発明において、
前記異常検出手段は、ＮＯｘ触媒床温が前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能が基準値よりも小さい温度領域内である場合に、異常検出を実行することを特徴とする。

第１の発明によれば、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が基準値よりも小さいときに、還元剤添加弁の異常検出が実行される。ＮＯｘ吸蔵量が小さいほど、ＮＯｘ触媒の還元反応により生じる酸素量が少なくなるため、ＮＯｘ触媒から排出される酸素量が少なくなる。よって、空燃比検出手段による排気空燃比の検出誤差を抑制することができるため、添加量計測手段によって還元剤の添加量を精度良く検出することができる。これにより、還元剤添加弁の異常検出を精度良く実行することができる。

第２の発明によれば、還元剤添加弁の異常検出時に、排気空燃比が理論空燃比よりもリーン側となるように、還元剤が添加される。排気空燃比がリーン側である場合には、ＮＯｘ触媒における還元反応が起こりにくいため、ＮＯｘ触媒から排出される酸素量が小さくされる。よって、空燃比検出手段による排気空燃比の検出誤差を抑制することができるため、添加量計測手段によって還元剤の添加量を精度良く計測することができる。これにより、還元剤添加弁の異常検出を精度良く実行することができる。

第３の発明によれば、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を基準値よりも小さくした状態で、還元剤添加弁の異常検出が実行される。ここで、還元剤添加弁により還元剤が液状に添加されると、ＮＯｘ触媒において空燃比リッチ部分が局所的に存在し得る。かかる場合においても、ＮＯｘ吸蔵量を小さくすることで、ＮＯｘ触媒における還元反応により発生する酸素量を大幅に抑制することができる。よって、添加量計測手段による添加量計測精度を大幅に向上させることができるため、還元剤添加弁の異常検出精度を大幅に向上させることができる。

第４の発明によれば、還元剤添加弁の異常検出を実行する前に、添加インターバル短縮手段によって還元剤の添加インターバルが短縮される。これにより、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を小さくした状態で、還元剤添加弁の異常検出を実行することができる。よって、還元剤添加弁の異常検出時に、ＮＯｘ触媒から排出される酸素量を抑えることができる。

第５の発明によれば、ＮＯｘ触媒床温がＮＯｘ吸蔵能が基準値よりも小さくなる温度領域内である場合に、還元剤添加弁の異常検出が実行される。該温度領域内では、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が小さくなる。これは、例えば、低温側の領域では、ＮＯｘ触媒の活性が低いため、ＮＯｘ吸蔵反応が起こりにくいためであり、高温側の領域では、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘが離脱するためである。従って、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を小さくした状態で、還元剤添加弁の異常検出を実行することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１として、４サイクルのディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）を備えている。ディーゼルエンジン１は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。図１に示すディーゼルエンジン１は直列４気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

ディーゼルエンジン１の各気筒２のピストンは、クランク機構を介してクランク軸４に連結されている。クランク軸４の近傍には、クランク軸４の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ５が設けられている。

ディーゼルエンジン１の各気筒２には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ６が設置されている。各気筒のインジェクタ６は、共通のコモンレール７に接続されている。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ８によって所定の燃圧まで加圧される。この加圧された燃料は、コモンレール７内に蓄えられ、コモンレール７から各インジェクタ６に供給される。インジェクタ６は、任意のタイミングで燃料を筒内に噴射することができる。

ディーゼルエンジン１の吸気ポート１０には、吸気バルブ１２が設けられている。この吸気バルブ１２の開弁特性（開弁時期、リフト量、作用角）は、図示しない公知の可変動弁機構により変更可能である。

吸気ポート１０は、吸気マニホールド１６を介して吸気通路１８に接続されている。吸気通路１８の途中には、吸気絞り弁２０が設けられている。吸気絞り弁２０は、アクセル開度センサ２１により検出されるアクセル開度AAに基づき、その開度が決定される電子制御弁である。吸気絞り弁２０の上流には、インタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の上流にはターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａが設けられている。コンプレッサ２４ａは、排気通路３８のタービン２４ｂと連結軸により連結されている。

コンプレッサ２４ａの上流には、吸入空気量Gaを検出するエアフロメータ２６が設けられている。エアフロメータ２６の上流にはエアクリーナ２８が設けられている。

このような構成によれば、ターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａにより圧縮された吸入空気は、インタークーラ２２で冷却される。インタークーラ２２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド１６によって各気筒の吸気ポート１０に分配される。

また、ディーゼルエンジン１の排気ポート３０には、排気バルブ３２が設けられている。この排気バルブ３２の開弁特性（開弁時期、リフト量、作用角）は、図示しない公知の可変動弁機構により変更可能である。

排気ポート３０は、排気マニホールド３６を介して排気通路３８に接続されている。排気通路３８には、ターボ過給機２４のタービン２４ｂが設けられている。タービン２４ｂの下流には、前処理触媒である酸化触媒４０が設けられている。酸化触媒４０は、ＨＣやＣＯを酸化する機能を有する触媒である。

酸化触媒４０の下流には、ＮＯｘ触媒４２が設けられている。ＮＯｘ触媒４２は、空燃比が理論空燃比より大きい雰囲気中、つまり理論空燃比よりリーンな雰囲気中では排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比以下の雰囲気中、つまり理論空燃比以下のリッチの雰囲気中では吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して放出する機能を有している。

このＮＯｘ触媒４２は、ＮＯｘを吸蔵還元する機能のみを有するものでもよく、あるいは、排気ガス中のすすを捕集する機能を併せ持つＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)のようなものでもよい。また、ＮＯｘ触媒４２は、すすを捕集すること以外の機能を併せ持つものでもよい。なお、酸化触媒４０とＮＯｘ触媒４２とは、１つの容器内に収納されていてもよい。

ＮＯｘ触媒４２には、触媒床温センサ４４が設けられている。この触媒床温センサ４４は、ＮＯｘ触媒４２の床温（以下「触媒床温」という。）Tcを検出するように構成されている。

また、酸化触媒４０とＮＯｘ触媒４２の間には、ＮＯｘ触媒４２に流入する排気ガス温度Texgを検出する排気温センサ４５が設けられている。タービン２４ｂと酸化触媒４０との間には、排気ガス中に還元剤である燃料を添加する排気燃料添加弁（以下「添加弁」という。）４６が設けられている。添加弁４６は、図示しない燃料供給管を介して上記サプライポンプ８と連通している。

ＮＯｘ触媒４２の下流には、空燃比センサ４８が設けられている。この空燃比センサ４８は、該下流における排気空燃比を検出するように構成されている。

吸気通路１８の吸気マニホールド１６の近傍には、外部ＥＧＲ通路５２の一端が接続されている。外部ＥＧＲ通路５２の他端は、排気通路３８の排気マニホールド３６近傍に接続されている。本システムでは、この外部ＥＧＲ通路５２を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路１８に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。

外部ＥＧＲ通路５２の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５４が設けられている。外部ＥＧＲ通路５２におけるＥＧＲクーラ５４の下流には、ＥＧＲ弁５６が設けられている。このＥＧＲ弁５６の開度を大きくするほど、外部ＥＧＲ通路５２を通る排気ガス量（すなわち、外部ＥＧＲ量もしくは外部ＥＧＲ率）を増大させることができる。

また、本実施の形態１のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ６、サプライポンプ８、吸気絞り弁２０、添加弁４６、ＥＧＲ弁５６等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ５、アクセル開度センサ２１、エアフロメータ２６、触媒床温センサ４４、排気温センサ４５、空燃比センサ４８等が接続されている。

また、ＥＣＵ６０は、クランク角センサ５の出力に基づいて、機関回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ６０は、アクセル開度AA等に基づいて、機関負荷KLを算出する。また、ＥＣＵ６０は、この機関負荷KLに基づいて、インジェクタ６からの燃料噴射量（筒内噴射量）Qinjを算出する。ＥＣＵ６０は、各センサからの信号に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼルエンジン１の運転状態を制御する。

［本実施の形態１の特徴］
上記システムにおけるＮＯｘ触媒４２のＮＯｘ吸蔵量が所定値を超えると、ＮＯｘを還元・放出させるため、いわゆるリッチスパイクが実施される。すなわち、添加弁４６から還元剤である燃料の添加が行われ、この還元剤によりＮＯｘ触媒４２の浄化能力回復処理（再生処理）が行われる。本実施の形態１では、以下に説明するように、この添加弁４６の異常（故障）を検出する手法について提案する。

図２は、添加弁４６の異常を判別する方法を説明するための図である。図２における横軸は、ＥＣＵ６０から添加弁４６に対して指示される添加量（以下「指示添加量」という。）であり、縦軸は後述する方法により計測（推定）される添加量（以下「計測添加量」という。）である。
図２に示すように、指示添加量と計測添加量とを比較することで、添加弁４６の異常検出を行うことができる。指示添加量に対する計測添加量の比率Rが１である場合、すなわち、ＥＣＵ６０から指示された量だけ添加弁４６から還元剤が添加されると計測された場合には、当然ながら添加弁４６は正常であると判定される。さらに、添加弁４６のばらつき・経時変化を考慮して、比率Rが図２に示すような基準範囲内であれば、添加弁４６は正常であると判定される。例えば、指示添加量がAである場合、計測添加量がA±Dthの範囲内であれば、添加弁４６は正常であると判定される。
一方、比率Rがこの基準範囲外であれば、添加弁４６は異常（故障）であると判定される。なお、この基準範囲は、車種に応じて予め設定しておくことができる。

図３は、リッチスパイク実施時の空燃比センサ４８の出力（以下「空燃比センサ出力」という。）A/Fsの変化を示す図である。
添加弁４６よりも上流の排気空燃比は、図３において一点鎖線で示すような空燃比A/Fcalとなる。この空燃比A/Fcalは、後述する式(1)に従って計算することができる。なお、この空燃比（以下「計算空燃比」という。）A/Fcalの代わりに、還元剤添加前（リッチスパイク非実施時）の空燃比センサ出力A/Fs(NRS)を用いることもできる。

一方、ＮＯｘ触媒４２下流の空燃比センサ４８の出力A/Fsは、リッチスパイク非実施時（添加弁４６から燃料添加が行われていない時）には上記計算空燃比A/Fcalと略同一である。しかしながら、空燃比センサ出力A/Fcalは、リッチスパイク実施時（添加弁４６から燃料添加が行われている時）には、添加された燃料の分だけ、上記計算空燃比A/Fcalと相違する。具体的には、空燃比センサ出力A/Fsは、図３において実線で示されるように変化する。

後述するように、これらの計算空燃比A/Fcalと空燃比センサ出力A/Fsを用いて、添加弁４６から添加された燃料量（すなわち、上記計測添加量）を計測（推定）することができる。

図４は、計算空燃比A/Fcalと空燃比センサ出力A/Fsに基づいて、添加弁４６から添加された燃料量を計測する方法を説明するための図である。図４において、上記図３と同様に、符号「A/Fcal」は計算により求められた添加弁４６上流の排気空燃比を、符号「A/Fs」は空燃比センサ４８の出力を、それぞれ表している。

計算空燃比A/Fcalは、次式(1)に従って算出することができる。次式(1)において、「Ga」は吸入空気量であり、「Qinj」は筒内燃料噴射量である。
A/Fcal=Ga/Qinj・・・(1)
上式(1)を変形すると、次式(2)が得られる。
Qinj=Ga/(A/Fcal)・・・(2)

また、リッチスパイク実施時の空燃比センサ出力A/Fsは、次式(3)のように表すことができる。次式(3)において、「Qex」は添加弁４６から添加された燃料量である。
A/Fs=Ga/(Qinj+Qex)・・・(3)
上式(3)を変形すると、次式(4)が得られる。
Qinj+Qex=Ga/(A/Fs)・・・(4)

上式(4)から上式(2)を減算することにより次式(5)が得られ、さらに次式(5)を変形することにより次式(6)が得られる。
Qex=Ga×{1/(A/Fs)-1/(A/Fcal)}・・・(5)
=Ga×{(A/Fcal)-(A/Fs)}/(A/Fcal)/(A/Fs)・・・(6)

よって、吸入空気量Gaと、計算空燃比A/Fcalと、空燃比センサ出力A/Fsとを用いて、上式(5)又は(6)に従って、リッチスパイク実施中における瞬時（ある時刻）の添加燃料量Qexが算出される。この添加燃料量Qexを、図４に示すリッチスパイク時間t_rsの間だけ積算することで、リッチスパイク実施時に添加弁４６から添加された燃料量を計測することができる。すなわち、計測添加量が求められる。

ところで、リッチスパイク実施時には、ＮＯｘ触媒４２から酸素が排出される。これは、ＮＯｘ触媒４２において、次式(7)で表されるように、硝酸塩(Ba(NO₃)₂)と還元剤(H₂)とが反応した結果、酸素が発生することによる。
Ba(NO₃)₂+2H₂→BaO+O₂+3H₂O+N₂・・・(7)

ＮＯｘ触媒４２下流に配置された空燃比センサ４８は、酸素濃度に基づいて空燃比を検出するものである。よって、ＮＯｘ触媒４２から排出された酸素により、空燃比センサ出力A/Fsがリーン側にシフトする可能性がある。そうすると、計測添加量が実際よりも少なく算出される可能性がある。従って、添加弁４６の異常検出を精度良く実行することができなくなる虞がある。

図５は、ＮＯｘ吸蔵量が小さい場合と大きい場合とにおける空燃比センサ出力A/Fsの変化を示す図である。図５に示す例では、ＮＯｘ触媒４２入口の空燃比が理論空燃比よりも弱リッチ側の13.9となるように、添加弁４６から還元剤が添加されている。
図５に示すように、ＮＯｘ吸蔵量が小さい場合には、大きい場合に比して、空燃比センサ出力A/Fsのリーン側へのずれ量が小さい。これは、ＮＯｘ吸蔵量が小さい場合の方が、ＮＯｘ触媒４２で発生される酸素量が少なく、ＮＯｘ触媒４２から排出される酸素量が少ないためである。
なお、図５において、リッチスパイク前半にＮＯｘ吸蔵量が大きい場合と小さい場合とも理論空燃比近傍となっているのは、ＮＯｘ還元反応により発生した酸素によるものである。

図６は、ＮＯｘ吸蔵量が最小の場合と最大の場合とにおける計測添加量の一例を示す図である。図６で示す例では、還元剤添加パターンが250[mm³]×3[回]とされている。この例では、ＮＯｘ吸蔵量が最大である場合と最小である場合とでは、計測添加量が１１％もずれている。このずれは、図５に示したように、ＮＯｘ触媒４２で発生した酸素による空燃比センサ出力A/Fsのずれ量の相違に起因するものである。

そこで、本実施の形態１によれば、ＮＯｘ吸蔵量が所定の基準値よりも小さい場合に、添加弁４６の異常検出を実行することとする。より具体的には、添加弁４６の異常検出を実行する前に、通常のＮＯｘ還元用リッチスパイクのインターバルを短縮することで、ＮＯｘ吸蔵量を小さくする。

図７は、リッチスパイク実施時の還元剤の添加インターバルを示す図である。詳細には、図７（Ａ）は、通常のＮＯｘ還元時の添加インターバルを示す図であり、図７（Ｂ）は、添加弁４６の異常検出前の添加インターバルを示す図である。図７（Ｂ）に示すように、添加弁４６の異常検出前は、図７（Ａ）に示す通常のリッチスパイクに比して、還元剤の添加インターバルが短縮される。

図８は、リッチスパイク実施時におけるＮＯｘ触媒４２の出ガスＮＯｘ濃度の変化を示す図である。この出ガスＮＯｘ濃度は、ＮＯｘ吸蔵量と相関を有している。また、図８には、ＮＯｘ触媒４２の入ガスＮＯｘ濃度が併せて示されている。この入ガスＮＯｘ濃度は一定に制御されている。
図８における時刻t1以前は、リッチスパイクが実施されておらず、ＮＯｘ触媒４２によりＮＯｘが吸蔵されている。ＮＯｘ吸蔵量が大きくなるに連れて、出ガスＮＯｘ濃度が高くなる。
時刻t1以降、ＮＯｘ還元のためのリッチスパイクを頻繁に繰り返すと、すなわち、図７（Ｂ）に示すように還元剤の添加インターバルを短縮してリッチスパイクを繰り返すと、出ガスＮＯｘ濃度が低くなる。かかる出ガスＮＯｘ濃度が低くなるに連れて、ＮＯｘ吸蔵量が小さくなる。そして、ＮＯｘ吸蔵量が小さい状態で、添加弁４６の異常検出が実行される。

［実施の形態１における具体的処理］
（ＮＯｘ還元の基本制御）
先ず、ＮＯｘ還元用リッチスパイクの基本制御について説明する。
図９は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するＮＯｘ還元の基本制御ルーチンを示すフローチャートである。

図９に示すルーチンによれば、先ず、エンジン１から排出されるＮＯｘ量（以下「ＮＯｘ排出量」という。）Gnoxを算出する（ステップ１００）。このステップ１００では、例えば、機関回転数NEと筒内噴射量Qinjとの関係でＮＯｘ排出量Gnoxが定められたマップを参照することで、ＮＯｘ排出量Gnoxを算出することができる。

次に、上記ステップ１００で算出されたＮＯｘ排出量Gnoxを用いて、次式(8)に従ってＮＯｘ吸蔵量変化量（ΔGst）を算出する（ステップ１０２）。すなわち、ＮＯｘ吸蔵量変化量ΔGstは、ＮＯｘ排出量Gnoxに係数kを乗ずることによって算出される。この係数kは、触媒通過空気量、触媒床温Tc、排気ガス温度Texg、ＮＯｘ吸蔵量Gst等（以下「触媒通過空気量等」という。）に対して相関を有している。ＥＣＵ６０には、この係数kと触媒通過空気量等との関係を規定したマップが予め記憶されている。ＥＣＵ６０は、該マップを参照して、対応する係数kを読み出すことができる。
ΔGst=Gnox×k・・・(8)

次に、ＮＯｘ吸蔵量Gstを算出する（ステップ１０４）。このステップ１０４では、次式(9)で表されるように、前回算出されたＮＯｘ吸蔵量Gst(k-1)と、上記ステップ１０２で算出されたＮＯｘ吸蔵量変化量ΔGstとを加算することによって、ＮＯｘ吸蔵量Gstが算出される。
Gts=Gst(k-1)+ΔGst・・・(9)

その後、上記ステップ１０４で算出されたＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst1よりも大きいか否かを判別する（ステップ１０６）。このステップ１０６では、ＮＯｘ還元用のリッチスパイクを実施するか否かが判別される。この基準値Gst1により、還元剤の添加インターバルが決定される。具体的には、この基準値Gst1が小さいほど、還元剤の添加インターバルが短くされる。

上記ステップ１０６でＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst1よりも大きいと判別された場合には、通常のＮＯｘ還元用のリッチスパイクを実施する（ステップ１０８）。このステップ１０８では、ＮＯｘ触媒入口の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側となるように、添加弁４６から還元剤が添加される。図５に示す例では、ＮＯｘ触媒入口の空燃比が１３．９となるように、還元剤が添加されている。その後、本ルーチンを一旦終了する。

一方、上記ステップ１０６でＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst1以下であると判別された場合には、ＮＯｘ還元用のリッチスパイクの実施は不要であると判断される。この場合、そのまま本ルーチンを一旦終了する。

以上説明した図９のルーチンとは独立したタイミングで、ＥＣＵ６０は、図１０及び図１１のルーチンを実行することにより、添加弁４６の異常検出を実行する。

（排気燃料添加弁の異常検出）
図１０は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図１０に示すルーチンによれば、添加弁４６の異常検出要求があるか否かを判別する（ステップ１１０）。このステップ１１０において、ＥＣＵ６０は、例えば、前回異常検出を実行してから所定距離又は所定時間だけ走行した場合や、前回異常検出を実行してからの添加弁４６への指示添加量の積算値（積算指示添加量）が所定値を超えた場合に、異常検出要求が有ると判別することができる。このステップ１１０で異常検出要求が無いと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

上記ステップ１１０で異常検出要求が有ると判別された場合には、触媒床温Tcが基準値T1よりも高いか否かを判別する（ステップ１１２）。この基準値T1は、ＮＯｘ触媒４２の暖機完了（活性化）を判別するための温度であり、例えば、２５０℃である。このステップ１１２で触媒床温Tcが基準値T1以下であると判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

一方、上記ステップ１１２で触媒床温Tcが基準値T1よりも高いと判別された場合には、ＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst2よりも小さいか否かを判別する（ステップ１１４）。このステップ１１４では、例えば、図９のルーチンのステップ１０４で算出されたＮＯｘ吸蔵量Gstが読み込まれ、この読み込まれたＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst2よりも小さいか否かが判別される。この基準値Gst2は、通常のＮＯｘ還元用リッチスパイクの実施の要否を決定する上記基準値Gst1よりも小さい値に設定されている。

上記ステップ１１４でＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst2よりも大きいと判別された場合には、ＮＯｘ還元リッチスパイクのインターバルを短縮する（ステップ１１６）。このステップ１１６では、具体的には、図９に示すルーチンのステップ１０６における上記基準値Gst1が減少せしめられる。これにより、図７に示すように、還元剤の添加インターバルが短縮される。

その後、ＮＯｘ還元リッチスパイクが実施された直後であるか否かを判別する（ステップ１１８）。このステップ１１８でリッチスパイクの実施直後でないと判別された場合には、リッチスパイクが実施されるまで、上記ステップ１１８の処理を繰り返す。一方、上記ステップ１１８でリッチスパイクの実施直後であると判別された場合には、上記ステップ１１４の判別処理に戻る。
その後、上記ステップ１１４でＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst2よりも大きいと再度判別された場合には、上記ステップ１１６，１１８の処理を再度実行する。ここで、ステップ１１６の処理を再度実行する場合、Gst1を減らす量は前回と同じでもよく、前回よりも少なくてもよい。

一方、上記ステップ１１４でＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst2よりも小さいと判別された場合には、図１１に示すルーチンを実行する。図１１は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行する添加弁異常検出の詳細ルーチンを示すフローチャートである。

図１１に示すルーチンによれば、先ず、積算計測添加量をゼロにする（ステップ１２０）。このステップ１２０では、前回までに下記ステップ１３６において積算された積算計測添加量がリセットされる。その後、積算指示添加量をゼロにする（ステップ１２２）。このステップ１２２では、前回までに下記ステップ１３０において積算された積算指示添加量がリセットされる。

次に、計測完了フラグをＯＦＦにする（ステップ１２４）。この計測完了フラグは、積算計測添加量と積算指示添加量から供給割合を求める直前に、すなわち、積算計測添加量と積算指示添加量の算出が完了したときに、下記ステップ１４４においてＯＮに設定されるフラグである。

次に、積算指示添加量が基準値よりも大きいか否かを判別する（ステップ１２６）。この基準値は、添加弁４６の異常を判定するために噴射することが必要な最低限の還元剤量である。このステップ１２６で積算添加量が基準値以下であると判別された場合には、ＮＯｘ触媒入口の空燃比がリッチ側となるように還元剤を添加する（ステップ１２８）。図５に示す例では、ＮＯｘ触媒入口の空燃比が１３．９となるように、還元剤が添加されている。このステップ１２８でＥＣＵ６０から添加弁４６に対して与えられる添加量は、上記の指示添加量である。この還元剤の添加によって、添加弁４６の異常検出用のリッチスパイクが実施されることとなる。
なお、ＮＯｘ触媒入口の空燃比は、吸入空気量Gaと筒内燃料噴射量Qinjと排気添加量Qex等を用いて公知の手法により算出することができる（以下同様）。

次に、上記ステップ１２８で算出された指示添加量を、前回算出された積算指示添加量に加算した値を、積算指示添加量として設定する（ステップ１３０）。このステップ１３０では、上記ステップ１２８で算出された指示添加量だけ積算指示添加量がインクリメントされる。
そして、吸入空気量Gaと筒内燃料噴射量Qinjとを用いて、上式(1)に従って、計算空燃比A/Fcalを算出する（ステップ１３２）。

次に、吸入空気量Gaと、上記ステップ１３２で算出された計算空燃比A/Fcalと、空燃比センサ４８により検出された空燃比A/Fsとを用いて、上式(5)に従って、計測添加量を算出する（ステップ１３４）。
そして、上記ステップ１３４で算出された計測添加量を、前回までに積算された積算計測添加量に加算した値を、積算計測添加量として設定する（ステップ１３６）。このステップ１３６では、上記ステップ１３４で算出された計測添加量だけ積算計測添加量がインクリメントされる。その後、上記ステップ１２６の判別処理に戻る。

上記ステップ１２６で積算指示添加量が基準値よりも大きいと判別された場合には、上記ステップ１３２と同様の方法により、計算空燃比A/Fcalを算出する（ステップ１３８）。そして、上記ステップ１３８で算出された計算空燃比A/Fcalから空燃比センサ４８により検出された空燃比A/Fsを減算することで、空燃比差ΔA/Fを算出する（ステップ１４０）。

次に、上記ステップ１４０で算出された空燃比差ΔA/Fが基準値よりも小さいか否かを判別する（ステップ１４２）。この基準値は、添加弁４６の異常検出用のリッチスパイクを終了するか否かを判別するための閾値である。このステップ１４２で空燃比差ΔA/Fが基準値以上であると判別された場合には、上記ステップ１２６の処理に戻る。

一方、上記ステップ１４２で空燃比差ΔA/Fが基準値よりも小さいと判別された場合には、添加弁異常検出用のリッチスパイクを終了すると判断される。この場合、計測完了フラグがＯＮに設定される（ステップ１４４）。その後、上記積算指示添加量に対する上記積算計測添加量の比率Rを求め、該比率Rを供給割合として設定する（ステップ１４６）。

次に、上記ステップ１４６で求められた供給割合が、例えば、図２に示すような基準範囲内であるか否かを判別する（ステップ１４８）。このステップ１４８で供給割合が基準範囲内である場合には、添加弁４６は正常であると判断される。この場合、添加弁異常フラグがＯＦＦに設定される（ステップ１５０）。一方、上記ステップ１４８で供給割合が基準範囲外である場合には、添加弁４６は故障していると判断される。この場合、添加弁異常フラグがＯＮに設定される（ステップ１５２）。その後、本ルーチンを終了すると同時に、図１０に示すルーチンも終了する。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、添加弁４６の異常検出に先立って、ＮＯｘ還元時に添加される還元剤の添加インターバルが短縮される。これにより、添加弁４６の異常検出前に、ＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst2よりも小さくされる。よって、ＮＯｘ吸蔵量Gstが小さい状態で、添加弁４６の異常検出を実行することができる。従って、添加弁４６の異常検出用のリッチスパイク時に、ＮＯｘ触媒４２から排出される酸素量を小さくすることができるため、空燃比センサ４８の出力ずれを抑えることができる。よって、計測添加量を精度良く算出することができるため、添加弁４６の異常検出を精度良く実行することができる。

ところで、本実施の形態１では、機関回転数NEと筒内噴射量Qinjとの関係でＮＯｘ排出量Gnoxが定められたマップを参照することで、ＮＯｘ排出量Gnoxを算出しているが（ステップ１００）、ＮＯｘ排出量Gnoxの算出方法はこの手法に限定されない。他の手法として、ＮＯｘ触媒４２上流にＮＯｘセンサを設け、該ＮＯｘセンサにより検出する方法や、筒内圧センサにより検出された筒内圧から推定する手法を用いることができる。

また、本実施の形態１では、添加弁４６がタービン４２ｂと酸化触媒４０との間に設けられているが、その設定位置はＮＯｘ触媒４２よりも上流側であれば変更可能である。例えば、酸化触媒４０とＮＯｘ触媒４２との間や、タービン４２ｂ上流の排気通路３８や、排気マニホールド３６に、添加弁４６を設置してもよい。

尚、本実施の形態１においては、ＮＯｘ触媒４２が第１の発明における「ＮＯｘ触媒」に、添加弁４６が第１の発明における「還元剤添加弁」に、空燃比センサ４８が第１の発明における「空燃比検出手段」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１２８，１３０の処理を実行することにより第１の発明における「添加量指示手段」が、ステップ１３４，１３６の処理を実行することにより第１の発明における「添加量計測手段」が、ステップ１４６，１４８，１５０の処理を実行することにより第１及び第３の発明における「異常検出手段」が、ステップ１１６の処理を実行することにより第４の発明における「添加インターバル短縮手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態２のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図１３に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１では、添加弁４６の異常検出に先立って、ＮＯｘ還元用のリッチスパイク時の還元剤の添加インターバルが短縮されている（図１０のステップ１１６）。

ところで、触媒床温Tcによっては、ＮＯｘ吸蔵能が低下するため、ＮＯｘ吸蔵量Gstが小さくなる。図１２は、触媒床温TcとＮＯｘ吸蔵量Gstとの関係を示す図である。すなわち、図１２は、ＮＯｘ吸蔵量Gstの触媒床温依存性を示す図である。
図１２に示すように、触媒床温Tcが低温側と高温側においては、ＮＯｘ吸蔵量Gstが小さくなる。これは、低温側（例えば、暖機過程等）では、触媒活性が低く、ＮＯｘ吸蔵反応が起こりにくいためである。また、高温側（例えば、ＤＰＮＲ触媒のＰＭ再生後やＳ再生後等）では、ＮＯｘ触媒４２に一旦吸蔵されたＮＯｘが離脱してしまうためである。

そこで、本実施の形態２では、触媒床温Tcが基準値T3よりも低温側もしくは基準値T2よりも高温側である場合に、すなわち、ＮＯｘ吸蔵能が基準値よりも小さい場合に、添加弁４６の異常検出を実行することとする。これにより、上記実施の形態１と同様に、ＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst2よりも小さい状態で、添加弁４６の異常検出が実行される。

［実施の形態２における具体的処理］
図１３は、本実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図１３のルーチンは、図１０のルーチンのステップ１１２に代えて、ステップ１６０，１６２が加えられたものである。
図１３に示すルーチンによれば、先ず、図１０に示すルーチンと同様に、添加弁４６の異常検出要求があるか否かを判別する（ステップ１１０）。

次に、触媒床温Tcが基準値T2よりも高いか否かを判別する（ステップ１６０）。この基準値T2は、図１２に示すようにＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst2となる高温側の触媒床温であり、例えば、５００℃である。このステップ１６０で触媒床温Tcが基準値T2以下であると判別された場合には、触媒床温Tcが基準値T3よりも低いか否かを判別する（ステップ１６２）。この基準値T3は、図１２に示すようにＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst2となる低温側の触媒床温であり、例えば、２００℃である。

上記ステップ１６２で触媒床温Tcが基準値T3以上であると判別された場合、すなわち、触媒床温Tcが基準値T3以上基準値T2以下の範囲内である場合には、触媒床温TcがＮＯｘ吸蔵量Gstが小さくなる温度ではないと判断される。この場合、図１０に示すルーチンと同様に、ステップ１１４〜１１６の処理を実行する。これにより、ＮＯｘ還元用リッチスパイクで添加される還元剤の添加インターバルを短縮することで、ＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst2よりも小さくされる。その後、図１１に示すルーチンが実行される。

一方、上記ステップ１６０で触媒床温Tcが基準値T2よりも高いと判別された場合、もしくは、上記ステップ１６２で触媒床温Tcが基準値T3よりも低いと判別された場合には、触媒床温TcがＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst2よりも小さくなる温度であると判断される。この場合、上記のような添加インターバルの短縮をすることなく、図１１に示すルーチンを実行する。

以上説明したように、本実施の形態２によれば、触媒床温Tcが基準値T2より高い場合もしくは基準値Tcよりも低い場合に、添加弁４６の異常検出が実行される。すなわち、ＮＯｘ吸蔵量Gstが小さくなる触媒床温Tcの温度領域で、添加弁４６の異常検出が実行される。よって、還元剤添加インターバルを短縮する必要がないため、添加弁４６の異常検出を即座に実行することができる。
また、触媒床温Tcが基準値T3以上基準値T2以下である場合には、上記実施の形態１と同様に、添加弁４６の異常検出に先立って、ＮＯｘ還元時に添加される還元剤の添加インターバルが短縮される。

このように、リッチスパイク実施時にＮＯｘ触媒４２から排出される酸素量を小さくすることができるため、空燃比センサ４８の出力ずれを抑えることができる。よって、計測添加量を精度良く算出することができるため、添加弁４６の異常検出を精度良く実行することができる。

尚、本実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１６０，１６２の処理を実行することにより第５の発明における「異常検出手段」が、ステップ１１６の処理を実行することにより第４の発明における「添加インターバル短縮手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態３．
次に、図１４から図１６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施の形態３のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図１６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態３の特徴］
上記実施の形態１では、添加弁４６の異常検出に先立って、ＮＯｘ還元用のリッチスパイク時の還元剤の添加インターバルを短縮することで、ＮＯｘ吸蔵量が基準値よりも小さくされている。
さらに、ＮＯｘ還元用のリッチスパイク時と同様に、添加弁４６異常検出用のリッチスパイク時においても、図１４において実線L1で示すように、ＮＯｘ触媒入口の空燃比がリッチ側となるように還元剤が添加されている。

ところで、ＮＯｘ触媒４２におけるＮＯｘ還元反応は、通常は、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側である場合に起こる。よって、ＮＯｘ触媒入口の空燃比を理論空燃比よりもリーン側とすることで、ＮＯｘ触媒４２においてＮＯｘ還元反応は起こりにくくなる。

そこで、本実施の形態３では、図１４において破線L2で示すように、添加弁４６の異常検出時に、ＮＯｘ触媒入口の空燃比が理論空燃比よりもリーン側となるように、還元剤を添加する。図１４は、本実施の形態３において、還元剤の添加量を説明するための図である。還元剤の添加量を上記実施の形態１，２に比して少なくして、ＮＯｘ触媒入口の空燃比が理論空燃比よりもリーン側となるようにする。リーン側の空燃比としては、例えば、１４．９とすることができ、また排気エミッションが許容されれば１８以上とすることもできる。これにより、添加弁４６の異常検出用のリッチスパイク実施時に、ＮＯｘ触媒４２においてＮＯｘ還元反応を起こりにくくすることができる。

従って、添加弁４６の異常検出用のリッチスパイク実施時に、ＮＯｘ触媒４２から排出される酸素量を小さくすることができるため、空燃比センサ４８の出力ずれを抑えることができる。よって、計測添加量を精度良く算出することができるため、添加弁４６の異常検出を精度良く実行することができる。

また、本発明者等の知見によれば、ＮＯｘ触媒入口の空燃比をリーン側としても、ＮＯｘ吸蔵量Gstが大きい場合には、小さい場合に比して、図１５に示すように、空燃比センサ出力A/Fsがずれてしまう可能性がある。図１５は、本実施の形態３において、ＮＯｘ吸蔵量が大きい場合と小さい場合の空燃比センサ出力A/Fsを示す図である。図１５に示す例では、ＮＯｘ触媒入口の空燃比が１４．９となるように、還元剤が添加されている。

図１５に示すように、ＮＯｘ吸蔵量が小さい場合には、ＮＯｘ触媒上流の空燃比を１４．９とすることで、ＮＯｘ触媒４２におけるＮＯｘ還元反応がほとんど起こらないため、空燃比センサ出力A/Fsのずれをほとんど無くすことができる。

一方、ＮＯｘ吸蔵量が大きい場合には、ＮＯｘ吸蔵量が小さい場合に比して、空燃比センサ出力A/Fsがわずかにリーン側にずれている。
この理由について説明する。添加弁４６から添加される還元剤は液状に添加されるため、ＮＯｘ触媒４２全体としては空燃比がリーンであるにも関わらず、該ＮＯｘ触媒４２において空燃比がリッチな部分が局所的に存在する。ＮＯｘ吸蔵量が大きい場合には、この局所的なリッチ部分において、ＮＯｘ還元反応が起こってしまうため、ＮＯｘ触媒４２において酸素が発生してしまう。その結果、図１５に示すように、ＮＯｘ吸蔵量が大きい場合には、空燃比センサ出力A/Fsがわずかにリーン側にずれてしまう。なお、この場合の空燃比センサ出力A/Fsのずれは、図５及び図６において説明したずれに比して、非常に少ない。

そこで、本実施の形態３では、ＮＯｘ吸蔵量Gstを小さくした後、ＮＯｘ触媒入口の空燃比が理論空燃比よりもリーン側となるように、還元剤を添加する。これにより、添加弁４６から還元剤が液状に添加され、ＮＯｘ触媒４２において空燃比がリッチな部分が局所的に存在することとなっても、ＮＯｘ触媒４２における酸素の発生を抑制することができる。

［実施の形態３における具体的処理］
図１６に示すルーチンを実行する前に、先ず、図１０に示すルーチンのステップ１１０〜１１８の処理を実行する。これらの処理により、ＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst2よりも小さくされる。そして、上記ステップ１１４の処理でＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst2よりも小さいと判別された場合には、図１１に示すルーチンの代わりに、図１６に示すルーチンを実行する。

図１６は、本実施の形態３において、ＥＣＵ６０が実行する添加弁異常検出の詳細ルーチンを示すフローチャートである。図１６に示すルーチンは、図１１に示すルーチンのステップ１２８の代わりに、ステップ１７０が加えられたものである。以下、この相違点を中心に説明する。

図１６に示すルーチンによれば、図１１に示すルーチンと同様に、ステップ１２０〜１２６の処理を順次実行する。このステップ１２６で積算指示添加量が基準値以下であると判別された場合には、ＮＯｘ触媒入口の空燃比がリーン側となるように還元剤を添加する（ステップ１７０）。図１５に示す例では、ＮＯｘ触媒入口の空燃比が１４．９となるように、添加剤が添加されている。
その後、図１１に示すルーチンと同様に、ステップ１３０以下の処理を順次実行する。

以上説明したように、本実施の形態３によれば、添加弁４６の異常検出時に、ＮＯｘ触媒入口の空燃比がリーン側となるように還元剤が添加される。これにより、ＮＯｘ触媒４２においてＮＯｘ還元反応が起こりにくい状態で、すなわち、ＮＯｘ触媒４２から排出される酸素量が少ない状態で、計測添加量が算出される。このとき、空燃比センサ４８の出力ずれを抑えることができるため、計測添加量を精度良く算出することができる。よって、添加弁４６の異常検出を精度良く実行することができる。

また、本実施の形態３によれば、還元剤の添加に先立って、ＮＯｘ吸蔵量Gstが小さくされる。よって、ＮＯｘ触媒４２において空燃比がリッチな部分が局所的に存在することとなっても、ＮＯｘ触媒４２における酸素の発生を抑制することができる。

ところで、本実施の形態３では、図１６に示すルーチンを実行する前に、図１０に示すルーチンを実行しているが、図１３に示すルーチンを実行してもよい。すなわち、触媒床温Tcが基準値T3以上基準値T2以下である場合には、還元剤添加インターバルを短縮することなく、図１６に示すルーチンを実行してもよい。この場合も、ＮＯｘ吸蔵量Gstが基準値Gst2よりも小さい状態で、図１６に示すルーチンが実行されるため、上記実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

尚、本実施の形態３においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１７０の処理を実行することにより第２の発明における「添加量指示手段」が、ステップ１３４，１３６の処理を実行することにより第２の発明における「添加量計測手段」が、ステップ１４６，１４８，１５０の処理を実行することにより第２及び第３の発明における「異常検出手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１によるシステム構成を説明するための図である。排気燃料添加弁４６の異常を判別する方法を説明するための図である。リッチスパイク実施時の空燃比センサ４８の出力A/Fsの変化を示す図である。計算空燃比A/Fcalと空燃比センサ出力A/Fsに基づいて、添加弁４６から添加された燃料量を計測する方法を説明するための図である。ＮＯｘ吸蔵量が小さい場合と大きい場合とにおける空燃比センサ出力A/Fsの変化を示す図である。ＮＯｘ吸蔵量が最小の場合と最大の場合とにおける計測添加量の一例を示す図である。リッチスパイク実施時の還元剤の添加インターバルを示す図である。リッチスパイク実施時におけるＮＯｘ触媒４２の出ガスのＮＯｘ濃度の変化を示す図である。本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するＮＯｘ還元の基本制御ルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行する添加弁異常検出の詳細ルーチンを示すフローチャートである。触媒床温TcとＮＯｘ吸蔵量Gstとの関係を示す図である。本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施の形態３において、還元剤の添加量を説明するための図である。本発明の実施の形態３において、ＮＯｘ吸蔵量が大きい場合と小さい場合の空燃比センサ出力A/Fsを示す図である。本発明の実施の形態３において、ＥＣＵ６０が実行する添加弁異常検出の詳細ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１内燃機関
４２ＮＯｘ触媒
４４触媒床温センサ
４５排気温センサ
４６排気燃料添加弁
４８空燃比センサ
６０ＥＣＵ

Claims

ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復させるために該ＮＯｘ触媒の上流に還元剤を添加する還元剤添加弁の異常を検出する異常検出装置であって、
前記還元剤添加弁に対して還元剤の添加量を指示する添加量指示手段と、
前記ＮＯｘ触媒の下流の排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記排気空燃比に基づいて、前記還元剤添加弁から添加された還元剤の添加量を計測する添加量計測手段と、
前記添加量指示手段により指示された添加量と、前記添加量計測手段により計測された添加量とを比較することにより、前記還元剤添加弁の異常を検出する異常検出手段とを備え、
前記添加量指示手段は、前記還元剤添加弁の異常を検出するときに、前記ＮＯｘ触媒入口の空燃比が理論空燃比よりもリーン側となるように、前記還元剤を添加することを特徴とする還元剤添加弁の異常検出装置。
請求項１に記載の還元剤添加弁の異常検出装置において、
前記ＮＯｘ触媒の再生処理が必要となるＮＯｘ吸蔵量に応じて設定される一の基準値を判定基準として、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が前記一の基準値よりも大きいときに前記還元剤添加弁を作動させ、前記ＮＯｘ吸蔵量が前記一の基準値以下のときに前記還元剤添加弁を停止させる添加制御手段を備え、
前記異常検出手段は、前記一の基準値よりも小さな基準値として設定され、かつ、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの影響で前記還元剤の添加量の計測値に生じるずれを許容範囲に抑えるようなＮＯｘ吸蔵量に応じて設定される他の基準値を有し、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が前記他の基準値よりも小さいときに、異常検出を実行することを特徴とする還元剤添加弁の異常検出装置。
請求項２に記載の還元剤添加弁の異常検出装置において、
前記異常検出手段により異常検出を実行する前に、還元剤の添加インターバルを短縮する添加インターバル短縮手段を更に備えたことを特徴とする還元剤添加弁の異常検出装置。
請求項２に記載の還元剤添加弁の異常検出装置において、
前記異常検出手段は、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が前記他の基準値よりも小さくなる所定の温度領域を判定基準として、前記ＮＯｘ触媒の床温が前記温度領域内である場合に、異常検出を実行することを特徴とする還元剤添加弁の異常検出装置。