JP6436075B2 - 排気浄化システムの故障診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化システムの故障診断装置に関する。

内燃機関の排気通路に、ＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）がフィルタに担持された構成のＳＣＲフィルタを設ける技術が知られている。ここで、ＳＣＲ触媒は、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有する。また、フィルタは、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、「ＰＭ」と称する場合もある。）を捕集する機能を有する。このようなＳＣＲフィルタを備えた内燃機関の排気浄化システムでは、排気通路に設けられたアンモニア供給装置により該ＳＣＲフィルタに還元剤たるアンモニアが供給される。

また、特許文献１には、排気通路に設けられたＳＣＲ触媒を備えた排気浄化システムの故障診断装置に関する技術が開示されている。この特許文献１に記載の技術では、排気浄化システムが正常であるときの浄化特性と排気浄化システムが故障しているときの浄化特性との中間特性に基づいて、故障診断のための所定の閾値および補正係数が設定される。そして、設定された補正係数により、ＳＣＲ触媒からのＮＯｘ流出量をパラメータとして算出されたＮＯｘ浄化率が補正される。この補正後のＮＯｘ浄化率と所定の閾値とを比較することで、排気浄化システムが故障しているか否かを診断する。

また、非特許文献１には、ＳＣＲフィルタにおけるＰＭ堆積量が増加すると、該ＳＣＲフィルタに担持されたＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニア量であるアンモニア吸着量が増加し易くなる傾向にあることが開示されている。

特開２０１５−０１０５８９号公報

"Physico-Chemical Modeling of an Integrated SCR on DPF (SCR/DPF) System," SAE International Journal of Engines, August 2012 vol. 5 no. 3, 958-974

ＳＣＲフィルタを備えた排気浄化システムが故障しているか否かを、該ＳＣＲフィルタにおけるＮＯｘ浄化率（ＳＣＲフィルタに流入するＮＯｘ量に対するＳＣＲフィルタにおいて還元されるＮＯｘ量の割合）に基づいて診断する技術が知られている。ここで、上述した先行技術文献に開示されているように、ＳＣＲフィルタにおいては、ＰＭの堆積状況の影響により、該ＳＣＲフィルタに担持されたＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量が変動する場合がある。ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量が変動すると、それに伴って、ＳＣＲフィルタにおけるＮＯｘ浄化率が変動することになる。そのため、ＳＣＲフィルタにおけるＮＯｘ浄化率を用いて排気浄化システムの故障診断を高精度で行うためには、該ＳＣＲフィルタにおけるＰＭの堆積状況の影響を考慮する必要がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＳＣＲフィルタを備えた排気浄化システムが故障しているか否かを診断する際の診断精度を向上させることを目的とする。

ＳＣＲフィルタには、排気中のＰＭが捕集され、捕集されたＰＭが徐々に堆積する。このとき、ＳＣＲフィルタにおいては、先ず、隔壁内（すなわち、隔壁に形成された細孔内）にＰＭが堆積する。そして、隔壁内におけるＰＭの堆積量が上限値に達した後、隔壁の表面上にＰＭが堆積する。以下、ＳＣＲフィルタの隔壁内にＰＭが堆積することを「壁内ＰＭ堆積」と称し、壁内ＰＭ堆積が進行している期間を「壁内ＰＭ堆積期間」と称する場合もある。また、ＳＣＲフィルタの隔壁内におけるＰＭの堆積量を「壁内ＰＭ堆積量」と称する場合もある。また、ＳＣＲフィルタの隔壁の表面上にＰＭが堆積することを「表層ＰＭ堆積」と称し、表層ＰＭ堆積が進行している期間を「表層ＰＭ堆積期間」と称する場合もある。また、ＳＣＲフィルタの隔壁の表面上におけるＰＭの堆積量を「表層ＰＭ堆積量」と称する場合もある。

上述したように、従来、ＳＣＲフィルタにおけるＰＭ堆積量が増加すると、該ＳＣＲフィルタに担持されたＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量が増加し易くなる傾向にあると考えられていた。ただし、ＳＣＲフィルタにおけるＰＭの堆積状況と、ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量の増加傾向との詳細な相関関係については、これまで不明であった。しかしながら、本発明の発明者は、ＳＣＲフィルタにおける壁内ＰＭ堆積量が多いときは該壁内ＰＭ堆積量が少ないときに比べてＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量が増加し易くなるが、その一方で、ＳＣＲフィルタにおける表層ＰＭ堆積量の増減はＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量の増減に対してほとんど影響しない、といった傾向にあることを新たに見出した。ここで、壁内ＰＭ堆積量が多いときは該壁内ＰＭ堆積量が少ないときに比べてＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量が増加し易くなるのは、壁内ＰＭ堆積量が増加すると該ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの飽和吸着量が増加し、それに伴って、該ＳＣＲ触媒から脱離するアンモニア量が減少するためだと考えられる。一方で、表層ＰＭ堆積量が変化しても、該ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの飽和吸着量はほとんど変化しないため、該ＳＣＲ触媒から脱離するアンモニア量もほとんど変化しない。そのために、表層ＰＭ堆積量の増減はＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量の増減に対してほとんど影響しないと考えられる。本発明は、以上のような新たな知見を、ＳＣＲフィルタにおけるＮＯｘ浄化率を用いる排気浄化システムの故障診断に反映させたものである。

より詳細には、本発明に係る排気浄化システムの故障診断装置は、内燃機関の排気通路に設けられており、ＳＣＲ触媒がフィルタに担持された構成のＳＣＲフィルタであって、前記ＳＣＲ触媒は、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有し、前記フィルタは、排気中の粒子状物質を捕集する機能を有するＳＣＲフィルタと、前記ＳＣＲフィルタにアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、を有する排気浄化システムが故障しているか否かを診断する排気浄化システムの故障診断装置において、前記ＳＣＲフィルタよりも下流側の排気通路に設けられたＮＯｘセンサと、前記ＮＯｘセンサの検出値を用いて前記ＳＣＲフィルタにおけるＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出部と、前記ＮＯｘ浄化率算出部によって算出されたＮＯｘ浄化率と所定の判定浄化率とを比較することで前記排気浄化システムが故障しているか否かを判別する故障診断を実行する診断部と、を備え、前記ＳＣＲフィルタの上流と下流との間の排気圧力の差を前記ＳＣＲフィルタに流入する排気の流量が一定と仮定した場合の値に変換した変換値を差圧変換値とし、前記差圧変換値以外のパラメータに基づいて推定される前記ＳＣＲフィルタにおける粒子状物質の堆積量をフィルタＰＭ堆積量としたときの、前記フィルタＰＭ堆積量の単位増加量当たりの前記差圧変換値の増加量を差圧変化率とし、前記ＮＯｘ浄化率算出部によるＮＯｘ浄化率の算出に用いられる前記ＮＯｘセンサの検出値が検出された時期をセンサ検出時期とし、前記診断部が、前記センサ検出時期における前記差圧変化率が所定の閾値以上のときは前記故障診断を実行せずに、該差圧変化率が該所定の閾値より小さいときに前記故障診断を実行する。

本発明に係る排気浄化システムにおいては、アンモニア供給装置によってＳＣＲフィルタに還元剤たるアンモニアが供給される。そして、供給されたアンモニアが、ＳＣＲフィルタに担持されたＳＣＲ触媒に吸着する。なお、アンモニア供給装置は、アンモニアを気体または液体として供給するものでもよく、また、アンモニアの前駆体を供給するものであってもよい。

また、ＳＣＲフィルタに担持されたＳＣＲ触媒の劣化等により該ＳＣＲフィルタのＮＯｘ浄化機能が低下すると、該ＳＣＲフィルタにおけるＮＯｘ浄化率が低下する。また、アンモニア供給装置に異常が生じることで、ＳＣＲフィルタに供給されるアンモニア量が所望の量よりも少なくなった場合も、該ＳＣＲフィルタにおけるＮＯｘ浄化率が低下する。そのため、本発明に係る排気浄化システムの故障には、ＳＣＲフィルタのＮＯｘ浄化機能の低下のみならず、アンモニア供給装置の異常も含まれる。

本発明においては、ＮＯｘ浄化率算出部によって、ＳＣＲフィルタより下流側の排気通路に設けられたＮＯｘセンサの検出値を用いてＳＣＲフィルタにおけるＮＯｘ浄化率が算出される。そして、算出されたＮＯｘ浄化率と所定の判定浄化率とを比較することで排気浄化システムが故障しているか否かを判別する故障診断が診断部によって実行される。ここで、判定浄化率は、ＳＣＲフィルタにおけるＮＯｘ浄化率が該判定浄化率以下にまで低下した場合、排気浄化システムが故障していると判定すべき閾値として設定される値である。

上述した新たな知見によれば、ＳＣＲフィルタのＮＯｘ浄化機能自体は同一の状態であり、且つ、ＳＣＲフィルタに供給されるアンモニア量が同一であっても、ＳＣＲフィルタにおける壁内ＰＭ堆積量が異なると、ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量が異なる量となる場合がある。具体的には、ＳＣＲフィルタにおける壁内ＰＭ堆積量が多いほど、ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量が多くなる傾向にある。そして、ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量以外のＮＯｘ浄化率と相関のあるパラメータが同一であれば、ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量が多いほどＳＣＲフィルタにおけるＮＯｘ浄化率が高くなる。

そのため、ＳＣＲフィルタのＮＯｘ浄化機能自体は同一の状態であり、且つ、ＳＣＲフィルタに供給されるアンモニア量が同一であっても、すなわち、排気浄化システムの状態が同一であっても、ＳＣＲフィルタにおける壁内ＰＭ堆積量が変動する壁内ＰＭ堆積期間中においては、壁内ＰＭ堆積量が異なることに起因して、ＮＯｘ浄化率算出部によって算出されるＮＯｘ浄化率が異なる値となる場合がある。

一方、表層ＰＭ堆積期間中は壁内ＰＭ堆積量が上限値で一定となっている。また、上述した新たな知見によれば、ＳＣＲフィルタにおける表層ＰＭ堆積量の増減はＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量の増減に対してほとんど影響しない。したがって、ＳＣＲフィルタにおける表層ＰＭ堆積量の増減は、ＳＣＲフィルタのＮＯｘ浄化率に対してほとんど影響しない。そのため、表層ＰＭ堆積期間中においては、排気浄化システムの状態が同一であり、ＮＯｘ浄化率と相関のある他のパラメータが同一の値であれば、ＳＣＲフィルタにおけるＰＭ堆積量に関わらず（表層ＰＭ堆積量に関わらず）、ＮＯｘ浄化率算出部によって算出されるＮＯｘ浄化率は一定の値となる。

そこで、本発明では、センサ検出時期が、壁内ＰＭ堆積期間中であるのか、表層ＰＭ堆積期間中であるのかに応じて、ＮＯｘ浄化率を用いた排気浄化システムの故障診断の実行可否が決定される。ここで、センサ検出時期は、ＳＣＲフィルタにおけるＮＯｘ浄化率の算出に用いられたＮＯｘセンサの検出値が検出された時期である。

具体的には、診断部が、センサ検出時期における差圧変化率が所定の閾値以上のときは故障診断を実行せずに、該差圧変化率が該所定の閾値より小さいときに故障診断を実行する。ここで、差圧変化率は、フィルタＰＭ堆積量の単位増加量当たりの差圧変換値の増加量である。なお、フィルタＰＭ堆積量は、差圧変換値以外のパラメータに基づいて推定される値である。このように定義される差圧変化率は、表層ＰＭ堆積期間中においては、壁内ＰＭ堆積期間中に比べて小さい値となる。そこで、本発明に係る所定の閾値は、壁内ＰＭ堆積期間中であるのか、表層ＰＭ堆積期間中であるのかを区別可能な値に定められている。

なお、ＳＣＲフィルタにおけるＰＭ堆積は、壁内ＰＭ堆積が上限値に達した後で表層ＰＭ堆積に推移するが、一方で、ＳＣＲフィルタにおけるＰＭの酸化は隔壁内および隔壁の表面上のいずれにおいても起こり得る。したがって、ＳＣＲフィルタにおけるＰＭ堆積が一旦表層ＰＭ堆積に移行した後であっても、壁内ＰＭ堆積量が隔壁内のＰＭの酸化によって減少する場合がある。この場合、ＰＭの堆積が再開すると、隔壁内にＰＭが再度堆積することになる（つまり、表層ＰＭ堆積から壁内ＰＭ堆積に移行する。）。そのため、ＳＣＲフィルタにＰＭが堆積し始めた時点からの経過時間や、フィルタＰＭ堆積量（ＳＣＲフィルタ全体でのＰＭ堆積量）のみに基づいて、壁内ＰＭ堆積期間中であるか表層ＰＭ堆積期間中であるかを正確に区別することは困難である。そのため、本発明では、壁内ＰＭ堆積期間中であるのか、表層ＰＭ堆積期間中であるのかを区別するためのパラメータとして差圧変化率が用いられる。

排気浄化システムの故障診断の実行可否が上記のように決定されることで、該故障診断が、センサ検出時期が壁内ＰＭ堆積期間中のときは実行されず、センサ検出時期が表層ＰＭ堆積期間中のときに実行されることになる。したがって、本発明によれば、ＳＣＲフィルタを備えた排気浄化システムの故障診断の診断精度を向上させることができる。

本発明によれば、ＳＣＲフィルタを備えた排気浄化システムが故障しているか否かを診断する際の診断精度を向上させることができる。

本発明の実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 本発明の実施例に係るＥＣＵにおけるＰＭ堆積量算出部の機能を示すブロック図である。 本発明の実施例に係るＥＣＵにおける吸着量算出部の機能を示すブロック図である。 ＳＣＲフィルタにおけるＰＭの堆積状況が該ＳＣＲフィルタに担持されたＳＣＲ触媒のアンモニアの飽和吸着量に与える影響について説明するための図である。 ＳＣＲフィルタにおけるＰＭの堆積状況と、ＳＣＲ触媒のアンモニアの飽和吸着量との相関を示す図である。 フィルタＰＭ堆積量の増加に応じた差圧変換値の推移を示す図である。 本発明の実施例に係る排気浄化システムの故障診断のフローを示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式の内燃機関にも適用することができる。

内燃機関１は、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。なお、内燃機関１が火花点火式の内燃機関である場合は、燃料噴射弁３は、吸気ポートへ燃料を噴射するように構成されてもよい。

内燃機関１は吸気通路４と接続されている。吸気通路４には、エアフローメータ４０およびスロットル弁４１が設けられている。エアフローメータ４０は、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。スロットル弁４１は、吸気通路４におけるエアフローメータ４０よりも下流側に配置されている。スロットル弁４１は、吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。

内燃機関１は排気通路５と接続されている。排気通路５には、酸化触媒５０、ＳＣＲフィルタ５１、燃料添加弁５２、および尿素水添加弁５３が設けられている。ＳＣＲフィルタ５１は、多孔質の基材により形成されたウォールフロー型のフィルタに、ＳＣＲ触媒５１ａが担持されて構成されている。フィルタは、排気中のＰＭを捕集する機能を有する。ＳＣＲ触媒５１ａは、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有する。そのため、ＳＣＲフィルタ５１は、ＰＭ捕集機能およびＮＯｘ浄化機能を有している。酸化触媒５０は、ＳＣＲフィルタ５１よりも上流側の排気通路５に設けられている。燃料添加弁５２は、酸化触媒５０よりもさらに上流側の排気通路５に設けられている。燃料添加弁５２は、排気通路５内を流れる排気中に燃料を添加する。尿素水添加弁５３は、酸化触媒５０よりも下流側且つＳＣＲフィルタ５１よりも上流側の排気通路５に設けられている。尿素水添加弁５３は、排気通路５内を流れる排気中に尿素水を添加する。尿素水添加弁５３から排気中に尿素水が添加されると、該尿素水がＳＣＲフィルタ５１に供給される。つまり、ＳＣＲフィルタ５１に、アンモニアの前駆体である尿素が供給される。ＳＣＲフィルタ５１においては、供給された尿素が加水分解されることで生成されたアンモニアがＳＣＲ触媒５１ａに吸着する。そして、このＳＣＲ触媒５１ａに吸着したアンモニアを還元剤として、排気中のＮＯｘが還元される。なお、尿素水添加弁５３に代えて、アンモニアガスを排気中に添加するアンモニア添加弁を設けてもよい。

酸化触媒５０よりも下流側且つ尿素水添加弁５３よりも上流側の排気通路５には、Ｏ_２センサ５４、上流側温度センサ５５および上流側ＮＯｘセンサ５７が設けられている。ＳＣＲフィルタ５１より下流側の排気通路５には下流側温度センサ５６および下流側ＮＯｘセンサ５８が設けられている。Ｏ_２センサ５４は排気のＯ_２濃度に応じた電気信号を出力する。上流側温度センサ５５および下流側温度センサ５６は排気の温度に応じた電気信号を出力する。上流側ＮＯｘセンサ５７および下流側ＮＯｘセンサ５８は排気のＮＯｘ濃度に応じた電気信号を出力する。また、排気通路５には、差圧センサ５９が設けられている。差圧センサ５９は、ＳＣＲフィルタ５１の上流と下流との間の排気圧力の差（以下、「フィルタ差圧」と称する場合もある。）に応じた電気信号を出力する。

そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上記のエアフローメータ４０、Ｏ_２センサ５４、上流側温度センサ５５、上流側ＮＯｘセンサ５７、下流側温度センサ５６、下流側ＮＯｘセンサ５８、および差圧センサ５９に加え、アクセルポジションセンサ７およびクランクポジションセンサ８等の各種センサが電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ７は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に対応した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ８は
、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に対応した電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、下流側温度センサ５６の出力値に基づいてＳＣＲフィルタ５１の温度（以下、「フィルタ温度」と称する場合もある。）を推定する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４０の出力値に基づいて、ＳＣＲフィルタ５１に流入する排気の流量（以下、単に「排気流量」と称する場合もある。）を推定する。

また、ＥＣＵ１０には、上記の燃料噴射弁３、スロットル弁４１、燃料添加弁５２、および尿素水添加弁５３等の各種機器が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０は、上記のような各センサの出力信号に基づいて、上記の各種機器を制御する。例えば、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量を所定の目標吸着量に維持または調整すべく、尿素水添加弁５３からの尿素水添加量を制御する。なお、所定の目標吸着量は、ＳＣＲフィルタ５１において所望のＮＯｘ浄化率を確保でき、且つ、ＳＣＲフィルタ５１からのアンモニアの流出量を許容範囲内に抑制することができる値として実験等に基づき予め定められた値である。

また、ＥＣＵ１０は、後述する方法により推定されるＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭ堆積量（以下、「フィルタＰＭ堆積量」と称する場合もある。）が所定堆積量に達したときに、燃料添加弁５２から燃料を添加することでフィルタ再生処理を実行する。フィルタ再生処理では、燃料添加弁５２から添加された燃料が酸化触媒５０において酸化されることで生じる酸化熱によって、ＳＣＲフィルタ５１が昇温される。その結果、ＳＣＲフィルタ５１に堆積したＰＭが燃焼し除去される。

（フィルタＰＭ堆積量の推定）
本実施例においては、ＥＣＵ１０によってフィルタＰＭ堆積量が所定の演算周期で繰り返し算出される。図２は、ＥＣＵ１０におけるＰＭ堆積量算出部の機能を示すブロック図である。ＰＭ堆積量算出部１１０は、フィルタＰＭ堆積量を算出するための機能部であり、ＥＣＵ１０において所定のプログラムが実行されることによって実現される。なお、本実施例に係るＰＭ堆積量算出部１１０は、後述する、差圧センサ５９によって検出されるフィルタ差圧を排気流量が一定と仮定した場合の値に変換した変換値である差圧変換値を用いることなくフィルタＰＭ堆積量を算出する。また、本実施例に係るＰＭ堆積量算出部１１０においては、ＳＣＲフィルタ５１のＰＭ捕集機能が正常な状態であると仮定して、フィルタＰＭ堆積量が算出される。

ＰＭ堆積量算出部１１０においては、ＳＣＲフィルタ５１によって捕集されるＰＭ量であるＰＭ捕集量と、ＳＣＲフィルタ５１において酸化されるＰＭの量であるＰＭ酸化量とを積算することで、現在のフィルタＰＭ堆積量が算出される。詳細には、ＰＭ堆積量算出部１１０は、ＰＭ捕集量算出部１１１とＰＭ酸化量算出部１１２とを有する。ＰＭ捕集量算出部１１１は、フィルタＰＭ堆積量の演算周期に応じた第１所定期間中にＳＣＲフィルタ５１によって捕集されるＰＭ量をＰＭ捕集量として算出する。ＰＭ酸化量算出部１１２は、第１所定期間中にＳＣＲフィルタ５１において酸化されるＰＭの量をＰＭ酸化量として算出する。

ＰＭ捕集量算出部１１１には、第１所定期間中に内燃機関１から排出されるＰＭ量（以下、単に「ＰＭ排出量」と称する場合もある。）が入力される。ＰＭ排出量は内燃機関１の運転状態に基づいて推定することができる。ＰＭ捕集量算出部１１１では、入力されたＰＭ排出量に対して所定のＰＭ捕集率（ＳＣＲフィルタ５１に流入するＰＭ量に対するＳＣＲフィルタ５１に捕集されるＰＭ量の割合）が乗算されることで、ＰＭ捕集量が算出される。なお、所定のＰＭ捕集率は、排気流量に基づいて推定される値であってもよい。

一方、ＰＭ酸化量算出部１１２には、フィルタ温度、ＳＣＲフィルタ５１に流入する排気のＯ_２濃度（以下、「流入Ｏ_２濃度」と称する場合もある。）、および、ＳＣＲフィルタ５１に流入する排気のＮＯ_２濃度（以下、「流入ＮＯ_２濃度」と称する場合もある。）が入力される。フィルタ温度は下流側温度センサ５６の出力値に基づいて推定することができる。流入Ｏ_２濃度はＯ_２センサ５４によって検出される。なお、流入Ｏ_２濃度は、排気の空燃比や内燃機関１の運転状態等に基づいて推定することもできる。流入ＮＯ_２濃度は、エアフローメータ４０の出力値、上流側温度センサ５５の出力値、および、上流側ＮＯｘセンサ５７の出力値等に基づいて推定することができる。より詳細には、上流側ＮＯｘセンサ５７の出力値および排気流量に基づいて、排気中のＮＯｘ量を推定することができる。また、上流側温度センサ５５の出力値に基づいて推定される酸化触媒５０の温度、および、排気流量に基づいて、排気中におけるＮＯｘ量のうちのＮＯ_２量の割合を推定することができる。そして、これら排気中のＮＯｘ量、および、排気中におけるＮＯｘ量のうちのＮＯ_２量の割合の推定値等に基づいて、流入ＮＯ_２濃度を推定することができる。さらに、ＰＭ酸化量算出部１１２には、前回の演算で算出されたフィルタＰＭ堆積量（以下、「堆積量前回値」と称する場合もある。）が入力される。そして、ＰＭ酸化量算出部１１２においては、入力された、フィルタ温度、流入Ｏ_２濃度、流入ＮＯ_２濃度、および、堆積量前回値に基づいて、ＰＭ酸化量が算出される。

そして、ＰＭ堆積量算出部１１０においては、堆積量前回値に対し、増加分であるＰＭ捕集量を加算するとともに、減少分であるＰＭ酸化量を減算することで、今回のフィルタＰＭ堆積量（現在のフィルタＰＭ堆積量）が算出される。算出された今回のフィルタＰＭ堆積量が、次回の演算の際に堆積量前回値として用いられる。

なお、本発明に係るフィルタＰＭ堆積量の算出方法は、上記のような方法に限られるものではない。本発明に係るフィルタＰＭ堆積量としては、後述する差圧変換値以外のパラメータを用いた算出方法であれば、公知のどのような方法を採用してもよい。

（アンモニア吸着量の推定）
また、本実施例においては、ＥＣＵ１０によって、ＳＣＲ触媒５１ａに吸着しているアンモニア量であるアンモニア吸着量が所定の演算周期で繰り返し算出される。図３は、ＥＣＵ１０における吸着量算出部の機能を示すブロック図である。吸着量算出部１２０は、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量を算出するための機能部であり、ＥＣＵ１０において所定のプログラムが実行されることによって実現される。なお、本実施例に係る吸着量算出部１２０においては、ＳＣＲフィルタ５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると仮定してアンモニア吸着量が算出される。また、本実施例に係る吸着量算出部１２０においては、ＳＣＲフィルタ５１にＰＭが堆積していないと仮定してアンモニア吸着量が算出される（つまり、吸着量算出部１２０により算出されるアンモニア吸着量の値は、後述するようなＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭ堆積状況によるＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量への影響が考慮されていない値である。）。

吸着量算出部１２０においては、ＳＣＲフィルタ５１に供給されるアンモニア量であるアンモニア供給量と、ＳＣＲ触媒５１ａにおけるＮＯｘの還元に消費されるアンモニア量であるアンモニア消費量と、ＳＣＲ触媒５１ａから脱離するアンモニア量であるアンモニア脱離量とを積算することで現在のアンモニア吸着量が算出される。詳細には、吸着量算出部１２０は、消費量算出部１２１と脱離量算出部１２２とを有する。消費量算出部１２１は、アンモニア吸着量の演算周期に応じた第２所定期間中にＳＣＲ触媒５１ａにおけるＮＯｘの還元に消費されるアンモニア量をアンモニア消費量として算出する。脱離量算出部１２２は、第２所定期間中にＳＣＲ触媒から脱離するアンモニア量をアンモニア脱離量として算出する。また、吸着量算出部１２０では、第２所定期間中にＳＣＲフィルタ５１に供給されるアンモニア量がアンモニア供給量として推定される。上述したように、ＳＣ
Ｒフィルタ５１に供給されるアンモニアは、尿素水添加弁５３から添加された尿素水に含まれる尿素が加水分解することで生成されたものである。そのため、アンモニア供給量は、第２所定期間中に尿素水添加弁５３から添加された尿素水量に基づいて推定することができる。

消費量算出部１２１には、ＳＣＲフィルタ５１に流入する排気のＮＯｘ濃度（以下、「流入ＮＯｘ濃度」と称する場合もある。）、排気流量、フィルタ温度、および、前回の演算で算出されたＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量（以下、「吸着量前回値」と称する場合もある。）が入力される。流入ＮＯｘ濃度は上流側ＮＯｘセンサ５７によって検出される。ここで、ＳＣＲ触媒５１ａでのＮＯｘ浄化率は、排気流量、フィルタ温度、および、該ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量と相関がある。そこで、消費量算出部１２１では、入力された、排気流量、フィルタ温度、および、吸着量前回値に基づいて、現時点においてＳＣＲ触媒５１ａにおいて発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率（以下、「推定ＮＯｘ浄化率」と称する場合もある。）が算出される。さらに、消費量算出部１２１では、入力された、流入ＮＯｘ濃度と、排気流量と、に基づいて、第２所定期間中にＳＣＲフィルタ５１に流入するＮＯｘ量（以下、「流入ＮＯｘ量」と称する場合もある。）が算出される。そして、算出された推定ＮＯｘ浄化率および流入ＮＯｘ量に基づいて、アンモニア消費量が算出される。

一方、脱離量算出部１２２には、フィルタ温度、および、吸着量前回値が入力される。ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量が同一であれば、フィルタ温度が高いほどアンモニア脱離量が多くなる。また、フィルタ温度が同一であれば、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量が多いほどアンモニア脱離量が多くなる。脱離量算出部１２２では、これらの相関関係を踏まえて、入力された、フィルタ温度と、吸着量前回値とに基づいて、アンモニア脱離量が算出される。

そして、吸着量算出部１２０においては、吸着量前回値に対し、増加分であるアンモニア供給量を加算するとともに、減少分であるアンモニア消費量およびアンモニア脱離量を減算することで、今回のＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量が算出される。

（ＰＭ堆積状況とアンモニア吸着量との関係）
ここで、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭ堆積状況とＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量との関係について説明する。上述したように、本発明の発明者は、ＳＣＲフィルタにおけるＰＭの堆積状況と、ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量の増加傾向との相関関係について新たな知見を見出した。この知見によれば、フィルタ温度およびＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量が同一であっても、ＳＣＲフィルタ５１の隔壁内のＰＭ堆積量（壁内ＰＭ堆積量）が多いときは、該壁内ＰＭ堆積量が少ないときに比べて、アンモニア脱離量が少なくなる。その結果、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量の増加量に係る他のパラメータの値が同一であっても、壁内ＰＭ堆積量が多いときは壁内ＰＭ堆積量が少ないときに比べてＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量が増加し易くなる。また、ＳＣＲフィルタ５１における壁内ＰＭ堆積量が上限値に達しており、該ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭ堆積が壁内ＰＭ堆積から表層ＰＭ堆積に移行した後においては、フィルタ温度およびＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量が同一であれば、フィルタＰＭ堆積量（すなわち、表層ＰＭ堆積量）が変化してもアンモニア脱離量はほとんど変化しない。そのため、表層ＰＭ堆積量の増減はＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量の増減に対してほとんど影響しない。

このような、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭの堆積状況に対するＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量の変動傾向は、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭの堆積状況と、ＳＣＲ触媒５１ａにおけるアンモニアの飽和吸着量（ＳＣＲ触媒５１ａに吸着可能なアンモニ
ア量の上限値である。以下、単に「飽和吸着量」と称する場合もある。）との相関関係に起因していると考えられる。図４は、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭの堆積状況がＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量に与える影響について説明するための図である。図４において、横軸はフィルタ温度を表しており、縦軸はＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量を表している。そして、図４において、線Ｌ１は、ＳＣＲフィルタ５１にＰＭが堆積していない状態のときのフィルタ温度と飽和吸着量との相関を示している。一方、図４において、線Ｌ２は、ＳＣＲフィルタ５１にＰＭが堆積している状態のときのフィルタ温度と飽和吸着量との相関を示している。フィルタ温度が高いほど（すなわち、ＳＣＲ触媒５１ａの温度が高いほど）、ＳＣＲ触媒５１ａからアンモニアが脱離し易くなる。そのため、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量はフィルタ温度が高いほど少なくなる。換言すれば、フィルタ温度が低いほどＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量は多くなる。このとき、図４に示すように、フィルタ温度が同一であれば、ＳＣＲフィルタ５１にＰＭが堆積している状態のときは、ＳＣＲフィルタ５１にＰＭが堆積していない状態のときに比べて、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量は多くなる。

ここで、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭの堆積状況とＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量とのより詳細な相関関係について図５に基づいて説明する。図５は、想定される、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭの堆積状況と、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量との相関を示す図である。図５において、横軸はフィルタＰＭ堆積量を表しており、縦軸はＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量を表している。なお、図５は、フィルタ温度が一定の下でのＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量の推移を示している。

図５に示すように、ＳＣＲフィルタ５１にＰＭが堆積する際には、先ず、隔壁内（すなわち、隔壁に形成された細孔内）にＰＭが堆積する。そして、壁内ＰＭ堆積量が上限値に達した後、隔壁の表面上にＰＭが堆積する。つまり、壁内ＰＭ堆積量が上限値に達してから、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭ堆積が壁内ＰＭ堆積から表層ＰＭ堆積に移行する。このとき、図５に示すように、壁内ＰＭ堆積期間中は、フィルタＰＭ堆積量（すなわち、壁内ＰＭ堆積量）の増加に応じて、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量が増加する。一方で、表層ＰＭ堆積期間中は、フィルタＰＭ堆積量（すなわち、表層ＰＭ堆積量）が増加しても、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量は増加しない。ただし、表層ＰＭ堆積期間中は、壁内ＰＭ堆積量は上限値となっている。そのため、表層ＰＭ堆積期間中は、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量は、壁内ＰＭ堆積量が上限値に達しているときの量で一定となる。つまり、図４に示すような、ＳＣＲフィルタ５１にＰＭが堆積している状態のときと、ＳＣＲフィルタ５１にＰＭが堆積していない状態のときとの、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量の差異は、壁内ＰＭ堆積に起因して生じるものと考えられる。

そして、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量が多くなると、該ＳＣＲ触媒５１ａからアンモニアが脱離し難くなる。そのため、アンモニア脱離量と相関のある他のパラメータであるフィルタ温度およびＳＣＲ触媒５１ａにおけるアンモニア吸着量が同一の状態であれば、壁内ＰＭ堆積量が多いときは壁内ＰＭ堆積量が少ないときに比べてアンモニア脱離量が少なくなる。したがって、壁内ＰＭ堆積量が変動する壁内ＰＭ堆積期間中においては、フィルタ温度およびＳＣＲ触媒５１ａにおけるアンモニア吸着量が同一の状態であっても、壁内ＰＭ堆積量に応じてアンモニア脱離量が異なる量となる。そのために、壁内ＰＭ堆積期間においては、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量の増加量に係る他のパラメータの値が同一であっても、壁内ＰＭ堆積量に応じてＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量が異なる量となる。

一方、上述したように、表層ＰＭ堆積期間中は、壁内ＰＭ堆積量は上限値で一定となるため、フィルタＰＭ堆積量が増加しても（すなわち、表層ＰＭ堆積量の増加）ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量は増加しない。したがって、表層ＰＭ堆積期間中においては、フィル
タ温度およびＳＣＲ触媒５１ａにおけるアンモニア吸着量が同一の状態であれば、表層ＰＭ堆積量が変化してもアンモニア脱離量は変化しない。そのために、表層ＰＭ堆積期間中においては、フィルタＰＭ堆積量の増減はＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量の増減に対してほとんど影響しないと考えられる。

（故障診断）
本実施例においては、ＳＣＲ触媒５１ａの劣化等によりＳＣＲフィルタ５１のＮＯｘ浄化機能が低下すると、該ＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率が低下する。また、尿素水添加弁５３に異常が生じることで尿素水添加量が減少し、それによって、ＳＣＲフィルタ５１に供給されるアンモニア量が所望の量よりも少なった場合も、ＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率が低下する。そこで、本実施例では、ＳＣＲフィルタ５１のＮＯｘ浄化機能の低下および尿素水添加弁５３の異常のいずれも、ＳＣＲフィルタ５１および尿素水添加弁５３を含んだ排気浄化システム６０の故障として検出する。以下、本実施例に係る、排気浄化システム６０の故障を検出するための故障診断について説明する。

本実施例においては、ＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率に基づいて排気浄化システム６０が故障しているか否かが判別される。より詳しくは、上流側ＮＯｘセンサ５７の検出値（すなわち、流入ＮＯｘ濃度）と、下流側ＮＯｘセンサ５８の検出値（すなわち、流出ＮＯｘ濃度）とに基づいてＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率が算出される。なお、流入ＮＯｘ濃度は内燃機関１の運転状態に基づいて推定することもできる。そして、ＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率が所定の判定浄化率以下のときは排気浄化システム６０が故障していると判定される。ここで、判定浄化率は、ＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率が該判定浄化率以下にまで低下した場合、排気浄化システム６０が故障していると判定すべき閾値として設定される値である。

ここで、上流側ＮＯｘセンサ５７および下流側ＮＯｘセンサ５８の検出値に基づいて算出されるＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率は、これらの検出値が検出された時期であるセンサ検出時期におけるＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量に応じて異なる値となる。つまり、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量が多いほど、該ＳＣＲ触媒５１ａにおいて還元されるＮＯｘ量は多くなる。そのため、アンモニア吸着量以外のＮＯｘ浄化率と相関のあるパラメータが同一であれば、アンモニア吸着量が多いほどＮＯｘ浄化率が高くなる。そして、上述したように、壁内ＰＭ堆積期間においては、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量の増加量に係る他のパラメータの値が同一であっても、壁内ＰＭ堆積量に応じてＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量が異なる量となる。そのために、ＳＣＲフィルタ５１のＮＯｘ浄化機能自体は同一の状態であり、且つ、ＳＣＲフィルタ５１に供給されるアンモニア量が同一であっても、すなわち、排気浄化システム６０の状態が同一であっても、壁内ＰＭ堆積期間中においては、センサ検出時期の壁内ＰＭ堆積量が異なることに起因して、ＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率の算出値が異なる値となる場合がある。つまり、ＳＣＲフィルタ５１のＮＯｘ浄化機能が同程度に低下しているとき、または、尿素水添加弁５３の異常によりＳＣＲフィルタ５１へのアンモニア供給量が同程度に減少しているときであっても、ＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率の算出値が異なる値となる場合がある。したがって、センサ検出時期が壁内ＰＭ堆積期間中のときのＮＯｘ浄化率に基づいて排気浄化システム６０の故障診断を実行すると、誤診断を招く虞がある。

一方、上述したように、表層ＰＭ堆積期間中においては、フィルタＰＭ堆積量の増減はＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量の増減に対してほとんど影響しない。したがって、ＳＣＲフィルタ５１における表層ＰＭ堆積量の増減は、ＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率に対してほとんど影響しない。そのため、表層ＰＭ堆積期間中においては、排気浄化システム６０の状態が同一であり、ＮＯｘ浄化率と相関のある他のパラメータの値
が同一であれば、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭ堆積量に関わらず（表層ＰＭ堆積量に関わらず）、ＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率の算出値は一定の値となる。したがって、センサ検出時期が表層ＰＭ堆積期間中のときのＮＯｘ浄化率に基づいて排気浄化システム６０の故障診断を実行することで、安定した診断結果を得ることができる。

そこで、本実施例では、排気浄化システム６０の故障診断における誤診断を抑制するために、センサ検出時期が、壁内ＰＭ堆積期間中であるのか、表層ＰＭ堆積期間中であるのかに応じて、ＮＯｘ浄化率を用いた排気浄化システムの故障診断の実行可否が決定される。つまり、センサ検出時期が壁内ＰＭ堆積期間中のときは排気浄化システム６０の故障診断を実行せずに、センサ検出時期が表層ＰＭ堆積期間中のときに排気浄化システム６０の故障診断を実行する。

次に、本実施例に係る、壁内ＰＭ堆積期間中であるのか表層ＰＭ堆積期間中であるのかを区別する手法について図６に基づいて説明する。図６は、フィルタＰＭ堆積量の増加に応じた差圧変換値の推移を示す図である。図６において、横軸はフィルタＰＭ堆積量を表しており、縦軸は差圧変換値を表している。

ここで、差圧変換値は、差圧センサ５９によって検出されるフィルタ差圧を排気流量が一定と仮定した場合の値に変換した変換値である。より詳細には、本実施例に係る差圧変換値は下記式１により表される。
Ａｐ＝ｄＰ／Ｑｇ ・・・式１
Ａｐ：差圧変換値
ｄＰ：フィルタ差圧（差圧センサ５９の検出値）
Ｑｇ：排気流量

また、フィルタＰＭ堆積量の単位増加量当たりの差圧変換値の増加量（すなわち、図６における線の傾き）を差圧変化率と定義する。この差圧変化率は下記式２により表される。
Ｒｐ＝ｄＡｐ／ｄＱｐｍ ・・・式２
Ｒｐ：差圧変化率
ｄＡｐ：第３所定期間中における差圧変換値の増加量
ｄＱｐｍ：第３所定期間中におけるフィルタＰＭ堆積量の増加量
ここで、第３所定期間の長さは、差圧変化率を算出するために演算周期に基づいて予め定められている。また、ｄＡｐおよびｄＱｐｍは、同一時期における第３所定期間中の差圧変換値の増加量およびフィルタＰＭ堆積量の増加量である。

図６に示すように、フィルタＰＭ堆積量が増加すると差圧変換値が大きくなる。ここで、ＳＣＲフィルタ５１においては、隔壁内にＰＭが堆積したときの方が、隔壁の表面上にＰＭが堆積した場合に比べて、フィルタ差圧に対する影響が大きい。そのため、ＰＭ堆積量の増加量が同一であれば、壁内ＰＭ堆積量が増加したときの方が、表層ＰＭ堆積量が増加したときに比べて、差圧変換値の増加幅は大きい。したがって、図６に示すように、壁内ＰＭ堆積期間中は、表層ＰＭ堆積期間中に比べて差圧変化率が大きい。換言すれば、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭ堆積が壁内ＰＭ堆積から表層ＰＭ堆積に移行すると差圧変化率が小さくなる。つまり、差圧変化率に基づいて、壁内ＰＭ堆積期間中であるのか表層ＰＭ堆積期間中であるのかを区別することができる。具体的には、差圧変化率が所定の閾値以上であれば、壁内ＰＭ堆積期間中であると判断できる。また、差圧変化率が所定の閾値より小さければ、表層ＰＭ堆積期間中であると判断できる。

なお、上述したように、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭ堆積は壁内ＰＭ堆積から表層ＰＭ堆積の順に推移する。ただし、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭの酸化は隔壁内およ
び隔壁の表面上のいずれにおいても起こり得る。そのため、一旦表層ＰＭ堆積に移行した後であっても、壁内ＰＭ堆積量が酸化によって減少する場合がある。そして、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭ堆積が再開される際には、先ず、隔壁内にＰＭが堆積することになる。このときは、隔壁の表面上にＰＭが残っている状態で、壁内ＰＭ堆積が進行する場合もある。したがって、ＳＣＲフィルタ５１にＰＭが堆積し始めた時点からの経過時間（例えば、フィルタ再生処理が終了した時点からの経過時間）や、フィルタＰＭ堆積量（ＳＣＲフィルタ５１全体でのＰＭ堆積量）のみに基づいて、壁内ＰＭ堆積期間中であるか表層ＰＭ堆積期間中であるかを正確に区別することは困難である。そのため、壁内ＰＭ堆積期間中であるか表層ＰＭ堆積期間中であるかを区別するパラメータとして差圧変化率を用いることで、これらをより高精度で区別することができる。

（故障診断フロー）
以下、本実施例に係る排気浄化システムの故障診断のフローについて図７に基づいて説明する。図７は、本実施例に係る排気浄化システムの故障診断のフローを示すフローチャートである。本フローにしたがって、ＥＣＵ１０によって、排気浄化システム６０の故障診断が、内燃機関１の運転中に実行される。

本フローでは、先ずＳ１０１において、排気浄化システム６０の故障診断の実行条件が成立したか否かが判別される。排気浄化システム６０の故障診断の実行条件は予め定められている。この実行条件は、排気浄化システム６０が正常な状態のときのＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率と、排気浄化システム６０が故障しているときのＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率との差がある程度明確に表れる条件として設定されている。具体的には、この実行条件としては、内燃機関１の運転状態が定常状態であること、上流側ＮＯｘセンサ５７および下流側ＮＯｘセンサ５８が正常であること、排気流量が所定範囲内であること、流入ＮＯｘ濃度が所定範囲内であること、フィルタ温度が所定範囲内であること、および、吸着量算出部１２０によって算出されるＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量が所定範囲内であること等を例示することができる。

なお、上流側ＮＯｘセンサ５７および下流側ＮＯｘセンサ５８が正常であるか否かの診断は、本フローとは異なるフローにしたがってＥＣＵ１０によって行われており、その診断結果がＥＣＵ１０に記憶されている。また、上述したように、吸着量算出部１２０によって算出されたＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量（以下、この算出値を「基準吸着量」と称する場合もある。）は、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭ堆積状況によるＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量への影響が考慮されていない値である。そのため、この基準吸着量は、実際のＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量とはずれている可能性もある。ただし、基準吸着量と実際のアンモニア吸着量とにはある程度の相関がある。そして、排気浄化システム６０の故障診断の実行条件が成立したか否かの判別に際しては、ＳＣＲ触媒５１ａに排気浄化システム６０の故障診断が可能な程度の量のアンモニアが吸着しているか否かが判別できればよい。つまり、排気浄化システム６０の故障診断の実行条件が成立したか否かの判別に、必ずしも、正確なＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量を用いる必要はない。そこで、Ｓ１０１において、排気浄化システム６０の故障診断の実行可否を決めるためのパラメータの一つとして基準吸着量を用いることができる。また、上述したように、ＳＣＲフィルタ５１におけるアンモニア吸着量は、排気流量およびフィルタ温度の影響を受ける。そのため、ＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率に基づいて排気浄化システム６０の故障診断を行う際には、排気流量およびフィルタ温度がいずれも所定範囲内であることが好ましい。

Ｓ１０１において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一方、Ｓ１０１において肯定判定された場合、次にＳ１０２の処理が実行される。Ｓ１０２においては判定浄化率Ｒｎｏｘｔｈが算出される。ここで、判定浄化率Ｒｎｏｘｔｈは、ＳＣＲフ
ィルタ５１における壁内ＰＭ堆積量が上限値に達していると仮定した場合の判定浄化率として算出される。つまり、判定浄化率Ｒｎｏｘｔｈは、壁内ＰＭ堆積量が上限値に達している状態のＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率が該判定浄化率Ｒｎｏｘｔｈ以下にまで低下した場合、排気浄化システム６０が故障していると判定すべき閾値である。

なお、判定浄化率Ｒｎｏｘｔｈは、吸着量算出部１２０によって算出される基準吸着量に基づいて算出される。ただし、基準吸着量は、ＳＣＲフィルタ５１にＰＭが堆積しないと仮定して算出される値である。そのため、ＳＣＲフィルタ５１における壁内ＰＭ堆積量が上限値に達しているときのＳＣＲ触媒５１ａにおけるアンモニア吸着量は基準吸着量よりも多くなる。したがって、壁内ＰＭ堆積量が上限値に達しているときのＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒５１ａにおけるアンモニア吸着量が基準吸着量であるときのＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率よりも高くなる。そこで、本実施例では、以上のような、壁内ＰＭ堆積量が上限値に達しているときのＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率と基準吸着量との相関（具体的には、壁内ＰＭ堆積量が上限値に達しているときのＮＯｘ浄化率と、ＳＣＲフィルタ５１にＰＭが堆積しないときのＮＯｘ浄化率との差）を踏まえて予め定められた基準吸着量と判定浄化率Ｒｎｏｘｔｈとの相関がＥＣＵ１０にマップまたは関数として記憶されている。Ｓ１０２では、このマップまたは関数を用いて判定浄化率Ｒｎｏｘｔｈが算出される。

次に、Ｓ１０３において、ＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが算出される。ここでは、上述したように、上流側ＮＯｘセンサ５７の検出値である流入ＮＯｘ濃度および下流側ＮＯｘセンサ５８の検出値である流出ＮＯｘ濃度に基づいて、ＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが算出される。

次に、Ｓ１０４において、上記式２を用いて、センサ検出時期における差圧変化率Ｒｐが算出される。ここでのセンサ検出時期は、Ｓ１０３におけるＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘの算出に用いられた上流側ＮＯｘセンサ５７および下流側ＮＯｘセンサ５８の検出値が検出された時期である。次に、Ｓ１０５において、Ｓ１０４で算出された差圧変化率Ｒｐが所定の閾値Ｒｐｔｈより小さいか否かが判別される。ここで、所定の閾値Ｒｐｔｈは、センサ検出時期が壁内ＰＭ堆積期間中であるか表層ＰＭ堆積期間中であるかを区別するための閾値である。この所定の閾値Ｒｐｔｈは、実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ１０に記憶されている。

Ｓ１０５において肯定判定された場合、センサ検出時期が表層ＰＭ堆積期間中であると判断できる。そのため、この場合は、排気浄化システム６０の故障診断が実行される。そこで、Ｓ１０５において肯定判定された場合、次にＳ１０６において、Ｓ１０３で算出されたＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが、Ｓ１０２で算出された判定浄化率Ｒｎｏｘｔｈより大きいか否かが判別される。Ｓ１０６において肯定判定された場合、次にＳ１０７において、排気浄化システム６０は正常であると判定される。一方、Ｓ１０６において否定判定された場合、すなわち、ＳＣＲフィルタ５１におけるＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが判定浄化率Ｒｎｏｘｔｈ以下の場合、次にＳ１０８において、排気浄化システム６０が故障していると判定される。Ｓ１０７において排気浄化システム６０は正常であると判定された後、または、Ｓ１０８において排気浄化システム６０が故障していると判定された後、本フローの実行が終了される。

一方、Ｓ１０５において否定判定された場合、センサ検出時期が壁内ＰＭ堆積期間中であると判断できる。そのため、この場合は、本フローの実行が一旦終了される。つまり、Ｓ１０５において否定判定された場合、排気浄化システム６０の故障診断は実行されない。

上記の故障診断フローによれば、センサ検出時期の壁内ＰＭ堆積量が異なることに起因してＮＯｘ浄化率の算出値が異なる値となる可能性がある、センサ検出時期が壁内ＰＭ堆積期間中のときは、排気浄化システム６０の故障診断が実行されない。そして、安定した診断結果を得ることができる、センサ検出時期が表層ＰＭ堆積期間中のときに、排気浄化システム６０の故障診断が実行される。そのため、排気浄化システム６０の故障診断の診断精度を向上させることができる。

本実施例においては、ＳＣＲフィルタ５１が本発明に係る「ＳＣＲフィルタ」に相当し、尿素水添加弁５３が本発明に係る「アンモニア供給装置」に相当する。また、本実施例においては、下流側ＮＯｘセンサ５８が本発明に係る「ＮＯｘセンサ」に相当する。また、本実施例においては、ＥＣＵ１０が、図７に示す故障診断フローにおけるＳ１０５からＳ１０８の処理を実行することにより、本発明に係る「診断部」が実現される。

１・・・内燃機関
４・・・吸気通路
５・・・排気通路
５０・・酸化触媒
５１・・ＳＣＲフィルタ
５１ａ・・ＳＣＲ触媒
５３・・尿素水添加弁
５７・・上流側ＮＯｘセンサ
５８・・下流側ＮＯｘセンサ
５９・・差圧センサ
１０・・ＥＣＵ

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に設けられており、ＳＣＲ触媒がフィルタに担持された構成のＳＣＲフィルタであって、前記ＳＣＲ触媒は、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有し、前記フィルタは、排気中の粒子状物質を捕集する機能を有するＳＣＲフィルタと、前記ＳＣＲフィルタにアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、を有する排気浄化システムが故障しているか否かを診断する排気浄化システムの故障診断装置において、
   前記ＳＣＲフィルタよりも下流側の排気通路に設けられたＮＯｘセンサと、
   前記ＮＯｘセンサの検出値を用いて前記ＳＣＲフィルタにおけるＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出部と、
   前記ＮＯｘ浄化率算出部によって算出されたＮＯｘ浄化率と所定の判定浄化率とを比較することで前記排気浄化システムが故障しているか否かを判別する故障診断を実行する診断部と、を備え、
   前記ＳＣＲフィルタの上流と下流との間の排気圧力の差を前記ＳＣＲフィルタに流入する排気の流量が一定と仮定した場合の値に変換した変換値を差圧変換値とし、前記差圧変換値以外のパラメータに基づいて推定される前記ＳＣＲフィルタにおける粒子状物質の堆積量をフィルタＰＭ堆積量としたときの、前記フィルタＰＭ堆積量の単位増加量当たりの前記差圧変換値の増加量を差圧変化率とし、
   前記ＮＯｘ浄化率算出部によるＮＯｘ浄化率の算出に用いられる前記ＮＯｘセンサの検出値が検出された時期をセンサ検出時期とし、
   前記診断部が、前記センサ検出時期における前記差圧変化率が所定の閾値以上のときは前記故障診断を実行せずに、該差圧変化率が該所定の閾値より小さいときに前記故障診断を実行する排気浄化システムの故障診断装置。

Images