本发明涉及内燃机和内燃机的控制方法。
背景技术：
已知在进行使混合气体的空燃比高于理论空燃比的稀空燃比的稀薄燃烧运转的内燃机的排气通路中，作为排气净化催化剂设置吸藏还原型nox催化剂的技术。吸藏还原型nox催化剂具有当其周围气氛的空燃比为稀空燃比时吸藏排气中的nox，当其周围气氛的空燃比为低于理论空燃比的浓空燃比且存在还原剂时将吸藏了的nox还原的功能。再者，本说明书中，将“吸藏”这一用语作为也包含“吸附”的状态的用语使用。
另外，日本特开2014-202126公开了一种涉及吸藏还原型nox催化剂的劣化判定方法的技术。该日本特开2014-202126公开的的技术中，以与经年劣化相应的吸藏还原型nox催化剂中的吸藏映射(映像，map)为基础求得理想nox吸藏量，并且基于在排气通路设置的nox传感器的检测值求得实际nox吸藏量。然后，在理想nox吸藏量和实际nox吸藏量之差大于阈值时，实行用于除去吸藏还原型nox催化剂所吸藏的sox的脱硫控制。然后，实行脱硫控制后，再次求得理想nox吸藏量和实际nox吸藏量。此时，如果再次求得的理想nox吸藏量和实际nox吸藏量之差小于阈值，则判断为通过脱硫控制而使吸藏还原型nox催化剂的sox中毒已恢复，判定为吸藏还原型nox催化剂没有异常。另一方面，如果再次求得的理想nox吸藏量和实际nox吸藏量之差大于阈值，则判定为吸藏还原型nox催化剂已热劣化。
另外，日本特开2015-042856公开了一种技术，由在吸藏还原型nox催化剂的上游侧的排气通路设置的燃料添加阀(烃供给阀)，以预定范围内的周期添加燃料，由此在吸藏还原型nox催化剂中生成还原性中间体，由所述还原性中间体将排气中的nox还原。
另外，日本特开2016-079852公开了一种技术，涉及在吸藏还原型nox催化剂的下游侧的排气通路设置的选择还原型nox催化剂的异常判断。另外，日本特开2015-190427公开了一种技术，涉及捕捉排气中的nox的nox捕捉部的劣化判断。
技术实现要素：
如果吸藏还原型nox催化剂的劣化推进，则所述吸藏还原型nox催化剂所吸藏的nox量减少。另外，基于向吸藏还原型nox催化剂流入的nox流入量和来自所述吸藏还原型nox催化剂的nox流出量，能够推定所述吸藏还原型nox催化剂中的nox吸藏量。因此，如上述的日本特开2014-202126记载的技术那样，有时使用nox吸藏量的推定值进行吸藏还原型nox催化剂的异常判断。但是，当吸藏还原型nox催化剂的劣化程度比较小的情况下，与其劣化相伴的所述吸藏还原型nox催化剂中的nox吸藏量的减少程度也比较小。因此，使用nox吸藏量的推定值的以往的异常判断方法中，有时难以在其劣化程度比较小的阶段判断出吸藏还原型nox催化剂的异常。
本发明在内燃机的排气通路所设置的吸藏还原型nox催化剂的异常判断中，即使在其劣化程度比较小的阶段也可判断出所述吸藏还原型nox催化剂的异常。
本发明的第1方式是一种内燃机。所述内燃机包括：排气通路；排气净化系统，其包含在所述排气通路设置的吸藏还原型nox催化剂、和在所述吸藏还原型nox催化剂的上游侧的所述排气通路设置的燃料添加阀，所述燃料添加阀用于向排气中添加燃料；以及电子控制单元。
所述电子控制单元对所述吸藏还原型nox催化剂中的nox吸藏量进行推定。所述电子控制单元取得来自所述吸藏还原型nox催化剂的nox流出量。所述电子控制单元在所述吸藏还原型nox催化剂的温度低于预定温度、并且由所述电子控制单元推定的nox吸藏量为预定吸藏量以上时，开始预定的燃料添加处理，通过从所述燃料添加阀以预定周期反复添加燃料来使所述吸藏还原型nox催化剂的温度上升。所述电子控制单元对所述吸藏还原型nox催化剂是正常还是异常进行判断。所述电子控制单元以所述预定的燃料添加处理的实行中维持为稀空燃比的方式，设定预定的燃料添加量和所述预定周期。所述稀空燃比是所述吸藏还原型nox催化剂所吸藏的nox脱离，并且流入所述吸藏还原型nox催化剂中的排气的平均空燃比高于理论空燃比的空燃比。所述预定的所述燃料添加量是所述预定的燃料添加处理中的一次的燃料添加量。当高温侧nox累计量比低温侧nox累计量多的情况下，所述电子控制单元判断为所述吸藏还原型nox催化剂正常。所述低温侧nox累计量，是从所述预定的所述燃料添加处理开始后直到所述吸藏还原型nox催化剂的温度达到所述预定温度为止之间，由所述电子控制单元取得的nox流出量的累计值。所述高温侧nox累计量，是所述预定的所述燃料添加处理的实行中所述吸藏还原型nox催化剂的温度达到所述预定温度之后，由所述电子控制单元取得的nox流出量的累计值。当所述高温侧nox累计量为所述低温侧nox累计量以下的情况下，所述电子控制单元判断为所述吸藏还原型nox催化剂异常。
对于吸藏还原型nox催化剂异常时的低温脱离nox的量和高温脱离nox的量的相对关系，即使吸藏还原型nox催化剂的劣化程度比较小，在预定的燃料添加处理的实行中高温脱离nox的量也为低温脱离nox的量以下。因此，根据上述技术方案，即使在吸藏还原型nox催化剂的劣化程度比较小的阶段，也能够判断出所述吸藏还原型nox催化剂的异常。
另外，根据上述技术方案，基于实行预定的燃料添加处理时的低温侧nox累计量和高温侧nox累计量的比较，对吸藏还原型nox催化剂是正常还是异常进行判断。因此，即使假设在预定的燃料添加处理的开始时吸藏还原型nox催化剂中的实际nox吸藏量、和由所述电子控制单元推定的nox吸藏量之间存在一些误差，也能够以高精度进行吸藏还原型nox催化剂的异常判断。
在此，在预定的燃料添加处理的开始时刻的nox吸藏量多时，与所述nox吸藏量少时相比，在向吸藏还原型nox催化剂供给燃料时nox容易从所述吸藏还原型nox催化剂脱离。因此，在预定的燃料添加处理的开始时刻的nox吸藏量多时，与所述nox吸藏量少时相比，低温脱离nox容易变多。因此，在所述所述内燃机中，所述电子控制单元可以构成为：以所述预定的所述燃料添加处理的开始时刻的nox吸藏量越多，所述预定的所述燃料添加量就越少的方式，设定所述预定的所述燃料添加量，实行所述预定的所述燃料添加处理，所述预定的所述燃料添加处理的开始时刻的nox吸藏量是由所述电子控制单元推定的。根据上述技术方案，能够抑制尽管吸藏还原型nox催化剂正常，实行预定的燃料添加处理时高温侧nox累计量也成为低温侧nox累计量以下的情况。因此，能够抑制尽管吸藏还原型nox催化剂正常，由判断部误判断为吸藏还原型nox催化剂异常的情况。
在所述内燃机中，所述电子控制单元可以构成为：将所述预定的所述燃料添加量和所述预定周期设定在能够通过向所述吸藏还原型nox催化剂供给燃料而生成还原性中间体的范围内，并且使得所述还原性中间体的生成量成为与所述预定的所述燃料添加处理的实行中向所述吸藏还原型nox催化剂流入的nox流入量相应的量，从而实行所述预定的所述燃料添加处理。通过将预定的燃料添加处理中的一次燃料添加的燃料添加量和预定周期设定在适当范围内，能够在吸藏还原型nox催化剂中生成还原性中间体。并且，能够通过还原性中间体来还原在预定的燃料添加处理的实行中与排气一同向吸藏还原型nox催化剂新流入的nox。其结果，能够尽可能地抑制在预定的燃料添加处理的实行中由取得部取得的nox流出量中，包含由于实行所述预定的燃料添加处理而从吸藏还原型nox催化剂脱离的nox以外的nox(即在所述预定的燃料添加处理的实行中与排气一同向吸藏还原型nox催化剂新流入的nox)。因此，能够进一步提高基于实行预定的燃料添加处理时的低温侧nox累计量和高温侧nox累计量的比较的、吸藏还原型nox催化剂的异常判断的精度。
所述内燃机中，所述高温侧nox累计量，可以是所述预定的所述燃料添加处理的实行中所述吸藏还原型nox催化剂的温度达到所述预定温度后直到经过预定期间为止之间，由所述电子控制单元取得的所述nox流出量的累计值。
所述内燃机中，所述预定期间可以以下的i)、ii)和iii)之中的任一个。i)所述预定的所述燃料添加处理的开始时刻的所述吸藏还原型nox催化剂中所吸藏的所述nox全部脱离的期间，ii)基于所述预定的所述燃料添加处理的开始时刻的所述吸藏还原型nox催化剂中的nox吸藏量的推定值确定的期间，iii)所述预定的所述燃料添加处理开始后，直到所述吸藏还原型nox催化剂的所述温度达到能够使所述吸藏还原型nox催化剂吸藏所述nox的温度的上限值为止的期间。
本发明的第2形态是一种内燃机的控制方法。所述内燃机包括：排气通路；排气净化系统，其包含在所述排气通路设置的吸藏还原型nox催化剂、和在所述吸藏还原型nox催化剂的上游侧的所述排气通路设置的燃料添加阀，所述燃料添加阀用于向排气中添加燃料；以及电子控制单元。所述控制方法包括：由所述电子控制单元推定所述吸藏还原型nox催化剂中的nox吸藏量；由所述电子控制单元取得来自所述吸藏还原型nox催化剂的nox流出量；在所述吸藏还原型nox催化剂的温度低于预定温度、并且由所述电子控制单元推定的nox吸藏量为预定吸藏量以上时，由所述电子控制单元开始预定的燃料添加处理，通过从所述燃料添加阀以预定周期反复添加燃料来使所述吸藏还原型nox催化剂的温度上升；由所述电子控制单元判断所述吸藏还原型nox催化剂是正常还是异常；以所述预定的燃料添加处理的实行中维持为稀空燃比的方式，由所述电子控制单元设定预定的燃料添加量和所述预定周期，所述稀空燃比是所述吸藏还原型nox催化剂中所吸藏的nox脱离、并且向所述吸藏还原型nox催化剂流入的排气的平均空燃比比理论空燃比高的空燃比，所述预定的燃料添加量是所述预定的燃料添加处理中的一次的燃料添加量；当高温侧nox累计量比低温侧nox累计量多的情况下，由所述电子控制单元判断为所述吸藏还原型nox催化剂正常，所述低温侧nox累计量是从所述预定的所述燃料添加处理开始后直到所述吸藏还原型nox催化剂的温度达到所述预定温度为止之间，由所述电子控制单元取得的nox流出量的累计值，所述高温侧nox累计量是所述预定的所述燃料添加处理的实行中所述吸藏还原型nox催化剂的温度达到所述预定温度之后，由所述电子控制单元取得的nox流出量的累计值；以及当所述高温侧nox累计量为所述低温侧nox累计量以下的情况下，由所述电子控制单元判断为所述吸藏还原型nox催化剂异常。
对于吸藏还原型nox催化剂的异常时低温脱离nox的量和高温脱离nox的量和的相对关系，即使吸藏还原型nox催化剂的劣化程度比较小，在预定的燃料添加处理的实行中，高温脱离nox的量也为低温脱离nox的量以下。因此，根据上述技术方案，即使在吸藏还原型nox催化剂的劣化程度比较小的阶段，也能够判断出所述吸藏还原型nox催化剂的异常。
另外，根据上述技术方案，基于实行预定的燃料添加处理时的低温侧nox累计量和高温侧nox累计量的比较，对吸藏还原型nox催化剂是正常还是异常进行判断。因此，即使假设预定的燃料添加处理的开始时的吸藏还原型nox催化剂中的实际nox吸藏量、和由所述电子控制单元推定的nox吸藏量之间存在一些误差，也能够以高精度进行吸藏还原型nox催化剂的异常判断。
根据本发明，在进行稀薄燃烧运转的内燃机的排气通路所设置的吸藏还原型nox催化剂的异常判断中，即使在其劣化程度比较小的阶段，也能够判断出所述吸藏还原型nox催化剂的异常。
附图说明
以下，参照附图来描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，附图中相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1是表示实施例涉及的内燃机的进排气系统的概略构成的图。
图2是表示实施例涉及的预定的燃料添加处理实行时的、燃料添加定时、流入排气的空燃比a/fin和吸藏还原型nox催化剂的温度tc的时间的推移的时间图。
图3是表示吸藏还原型nox催化剂的温度和所述吸藏还原型nox催化剂的饱和nox吸藏量的相关性的图。
图4是用于说明实施例涉及的预定的燃料添加处理实行时的流出排气的nox浓度rnoxout的时间推移的第1时间图。
图5是用于说明实施例涉及的预定的燃料添加处理实行时的流出排气的nox浓度rnoxout的时间推移的第2时间图。
图6是表示实施例涉及的吸藏还原型nox催化剂的异常判断的流程的流程图。
图7是表示实施例的变形例1涉及的、开始吸藏量qnox和预定的燃料添加处理的一次添加量fadd的相关性的图。
图8是表示实施例的变形例2涉及的预定的燃料添加处理进行时推测为吸藏还原型nox催化剂中发生的氧化还原反应的第1图。
图9是表示实施例的变形例2涉及的预定的燃料添加处理进行时推测为吸藏还原型nox催化剂中发生的氧化还原反应的第2图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的具体实施方式进行说明。本实施例所记载的构成部品的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要不特别记载就不将发明的技术范围仅限定于此。
在此，对将本发明应用于车辆驱动用的柴油发动机的情况举例说明。图1是表示本实施例涉及的内燃机的进排气系统的概略构成的图。内燃机1是车辆驱动用的柴油发动机。其中，本发明也能够应用于进行稀薄燃烧运转的汽油发动机。
在内燃机1连接有进气通路2和排气通路3。在进气通路2设置有气体流量计4。气体流量计4检测内燃机1的吸入空气量。另外，在气体流量计4的下游侧的进气通路2设置有节流阀5。节流阀5通过变更进气通路2的流路截面积，控制内燃机1的吸入空气量。
在排气通路3设置有吸藏还原型nox催化剂(以下记为nsr催化剂)6作为排气净化催化剂。再者，在排气通路3除了nsr催化剂6以外，还可以设置选择还原型nox催化剂和微粒过滤器。在nsr催化剂6的上游侧的排气通路3设置有燃料添加阀7。燃料添加阀7向排气中添加燃料。从燃料添加阀7添加的燃料与排气一同向nsr催化剂6供给。
另外，在燃料添加阀7的下游侧并且nsr催化剂6的上游侧的排气通路3，设置有上游侧nox传感器13和空燃比传感器14。上游侧nox传感器13检测向nsr催化剂6流入的排气(以下记为流入排气)的nox浓度。空燃比传感器14检测流入排气的空燃比。另外，在nsr催化剂6的下游侧的排气通路3，设置有下游侧nox传感器15和温度传感器16。下游侧nox传感器15检测从nsr催化剂6流出的排气(以下记为流出排气)的nox浓度。温度传感器16检测流出排气的温度。
在内燃机1一并设置有用于控制所述内燃机1的电子控制单元(ecu)10。在ecu10电连接有气体流量计4、上游侧nox传感器13、空燃比传感器14、下游侧nox传感器15和温度传感器16。而且，在ecu10电连接有曲轴转角传感器11和油门踏板开度传感器12。曲轴转角传感器11输出与内燃机1的曲轴转角有相关性的信号。油门踏板开度传感器12输出与内燃机1搭载的车辆的油门踏板开度有相关性的信号。
并且，上述各传感器的检测值输入ecu10。ecu10基于曲轴转角传感器11的检测值导出内燃机1的内燃机转速。另外，ecu10基于油门踏板开度传感器12的检测值导出内燃机1的内燃机载荷。另外，ecu10基于气体流量计4和上游侧nox传感器13的检测值，算出向nsr催化剂6流入的nox量即nox流入量。另外，ecu10基于气体流量计4和下游侧nox传感器15的检测值，算出从nsr催化剂6流出的nox量即nox流出量。另外，ecu10基于温度传感器16的检测值算出nsr催化剂6的温度。
此外，在ecu10电连接有内燃机1的燃料喷射阀(省略图示)、节流阀5和燃料添加阀7。通过ecu10控制这些装置。
在本实施例涉及的排气净化系统中，进行nsr催化剂6的异常判断。以下，对于本实施例涉及的nsr催化剂的异常判断方法进行说明。在此，本实施例中，如上所述，通过ecu10，算出向nsr催化剂6流入的nox流入量和来自nsr催化剂6的nox流出量。而且，ecu10可以基于nox流入量和nox流出量的算出值，推定nsr催化剂6中的nox吸藏量。也就是说，可以将nox流入量设为nox吸藏量的增加量，将nox流出量设为nox吸藏量的减少量，将它们累计，由此推定nsr催化剂6中的nox吸藏量。并且，如果nsr催化剂6的劣化推进，则即使nox流入量为相同量，所述nsr催化剂6中所吸藏的nox量也减少。其结果，nsr催化剂6中的nox吸藏量的推定值也减少。因此，认为能够基于nsr催化剂6中的nox吸藏量的推定值进行所述nsr催化剂6的异常判断。但是，当nsr催化剂6的劣化程度比较小的情况下，与其劣化相伴的所述nsr催化剂中的nox吸藏量的减少程度也比较小。因此，有时仅靠nox吸藏量的推定值，在其劣化程度比较小的阶段难以判断出nsr催化剂6的异常。因此，本实施例涉及的nsr催化剂的异常判断中，着眼于当在nsr催化剂的温度低并且所述nsr催化剂中吸藏有nox的状态下以预定周期向所述nsr催化剂反复供给燃料的情况下，nsr催化剂为正常时和异常时，来自所述nsr催化剂的nox脱离形态的不同。
本实施例中，在nsr催化剂6的异常判断时，所述nsr催化剂6的温度比预定温度低，并且所述nsr催化剂6中的nox吸藏量为预定吸藏量以上时，通过ecu10实行预定的燃料添加处理，从燃料添加阀7以预定周期反复添加燃料。图2是实行本实施例涉及的预定的燃料添加处理时，表示燃料添加定时、流入排气的空燃比a/fin和nsr催化剂6的温度tc的时间推移的时间图。
如图2所示，如果实行预定的燃料添加处理，则流入排气的空燃比a/fin根据来自燃料添加阀7的燃料添加的周期而下降。此时，设定一次燃料添加的燃料添加量(以下记为一次添加量)和预定周期，以使得已下降时的流入排气的空燃比a/fin成为浓空燃比，另一方面预定的燃料添加处理的实行中的流入排气的平均空燃比a/fin被维持为稀空燃比。另外，如果实行预定的燃料添加处理，则nsr催化剂6的温度tc由于所述nsr催化剂6中的燃料的氧化反应而逐渐上升。其结果，nsr催化剂6的温度变得比预定温度高。
在此，对于nsr催化剂的温度和所述nsr催化剂的饱和nox吸藏量的相关性，基于图3进行说明。在图3中，横轴表示nsr催化剂的温度，纵轴表示饱和nox吸藏量。另外，在图3中，线l1表示nsr催化剂正常时两者的相关性，线l2表示nsr催化剂异常时两者的相关性。如图3所示，nsr催化剂的饱和nox吸藏量在所述nsr催化剂的温度超过某一温度tcx时急剧减少。并且，通过nsr催化剂的温度从低于温度tcx的状态逐渐上升从而超过所述温度tcx，饱和nox吸藏量减少，其结果，饱和nox吸藏量低于所述nsr催化剂中的nox吸藏量，该情况下，即使所述nsr催化剂正常，吸藏了的nox也会发生脱离。也就是说，会产生高温脱离nox。另外，如图3所示，饱和nox吸藏量急剧减少的nsr催化剂的温度tcx无论所述nsr催化剂是正常还是异常都变化不大。
另一方面，即使nsr催化剂中的nox吸藏量为饱和nox吸藏量以下，如果向所述nsr催化剂供给作为还原剂的燃料，也会发生吸藏了的nox的脱离。因此，即使在nsr催化剂6的温度为温度tcx以下，且其nox吸藏量为饱和nox吸藏量以下的状态下，如果实行预定的燃料添加处理，则通过向所述nsr催化剂6供给燃料，也会发生吸藏了的nox的脱离。也就是说，会产生低温脱离nox。
因此，本实施例中，将预定的燃料添加处理的开始条件涉及的预定温度，设定为nsr催化剂6的饱和nox吸藏量急剧减少的图3中的温度tcx。由此，从预定的燃料添加处理开始后直到nsr催化剂6的温度达到预定温度tcx之间从所述nsr催化剂6脱离的nox可以作为低温脱离nox被捕捉。另外，预定的燃料添加处理的实行中nsr催化剂6的温度上升到预定温度tcx以上后从所述nsr催化剂6脱离的nox可以作为高温脱离nox被捕捉。
另外，产生低温脱离nox的状态下，nsr催化剂6的温度低，因此即使是还原剂(燃料)存在的状态也无法充分发挥所述nsr催化剂6的还原能力。因此，如果实行预定的燃料添加处理而产生低温脱离nox，则其一部分不被还原而从nsr催化剂6流出。另外，如上所述，预定的燃料添加处理中，设定一次添加量和预定周期，以使得所述预定的燃料添加处理的实行中，流入排气的平均空燃比被维持为稀空燃比。因此，在预定的燃料添加处理实行中，单位时间向nsr催化剂6供给的燃料量比较少。因此，在高于饱和nox吸藏量的量的nox从nsr催化剂6脱离的高温脱离nox产生的状态下，相对于脱离的nox的量，供给的还原剂(燃料)的量成为不足够的状态。因此，在预定的燃料添加处理的实行中如果产生高温脱离nox，则其一部分不被还原而从nsr催化剂6流出。也就是说，在预定的燃料添加处理的实行中，即使在产生了低温脱离nox或高温脱离nox的任一种情况时，脱离了的nox的一部分也会从nsr催化剂6流出。并且，从nsr催化剂6流出的nox被下游侧nox传感器15检测。
另外，如果nsr催化剂6劣化，则在其内部难以吸藏nox，容易在其表层部吸藏nox。因此，如果nsr催化剂6劣化，则所述nsr催化剂6中的nox的吸藏形态成为容易脱离的形态。因此，nsr催化剂6异常时，与所述nsr催化剂6正常时相比，吸藏的nox减少，同时实行预定的燃料添加处理时容易产生低温脱离nox。并且，在预定的燃料添加处理的实行中从nsr催化剂6脱离的nox的总量中，如果低温脱离nox的比例变多，则相应地高温脱离nox的比例变少。因此，如果nsr催化剂6异常，则在预定的燃料添加处理的实行中从nsr催化剂脱离的nox的总量中，低温脱离nox的比例容易变多，高温脱离nox的比例容易变少。
另一方面，如果nsr催化剂6正常，则实行预定的燃料添加处理时难以产生低温脱离nox。并且，在预定的燃料添加处理的实行中从nsr催化剂脱离的nox的总量中，如果低温脱离nox的比例变少，则相应地高温脱离nox的比例变多。因此，如果nsr催化剂6正常，则在预定的燃料添加处理的实行中从nsr催化剂6脱离的nox的总量中，低温脱离nox的比例容易变少，高温脱离nox的比例容易变多。因此，本实施例中，预定的燃料添加处理中的一次添加量和预定周期被预先设定，以使得如果nsr催化剂6正常，则在所述预定的燃料添加处理的实行中高温脱离nox的量比低温脱离nox的量多，如果nsr催化剂6异常，则在所述预定的燃料添加处理的实行中高温脱离nox的量为低温脱离nox的量以下。这样预定的燃料添加处理中的一次添加量和预定周期可以基于实验等求得。
图4、5是用于说明本实施例涉及的预定的燃料添加处理实行时的流出排气的nox浓度rnoxout的时间推移的时间图。图4表示nsr催化剂6正常时的推移，图5表示nsr催化剂6异常时的推移。再者，图4、5所示的流出排气的nox浓度rnoxout的推移仅仅是各自情况下的推移的一例。另外，在图4、5中，直到时间t1为止的期间，不进行来自燃料添加阀7的燃料添加，成为nsr催化剂6中吸藏nox的期间。在该nox吸藏期间，排气中的nox的大致全部被吸藏于nsr催化剂6中，因此流出排气的nox浓度rnoxout为零。并且，在时间t1开始预定的燃料添加处理。然后，在时间t2，nsr催化剂6的温度tc达到预定温度tcx。
在图4中，在时间t1开始预定的燃料添加处理之后，流出排气的nox浓度rnoxout的值从零上升。这是因为通过预定的燃料添加处理实行而产生的低温脱离nox从nsr催化剂6流出的缘故。并且，流出排气的nox浓度rnoxout的值达到峰值后暂且下降。这是因为来自nsr催化剂6的低温脱离nox的流出量减少的缘故。另外，如上所述，如果nsr催化剂6正常则难以产生低温脱离nox。因此，在图4中，时间t2以前的流出排气的nox浓度rnoxout的峰值没有达到那么大的值。并且，在时间t2以后，流出排气的nox浓度rnoxout的值再次上升。这是因为通过nsr催化剂6的温度tc超过预定温度tcx而产生的高温脱离nox从nsr催化剂6流出的缘故。并且，在时间t2以后，高温脱离nox从nsr催化剂6流出后期间，流出排气的nox浓度rnoxout的值成为大于零的值。
因此，在图4中表示流出排气的nox浓度rnoxout的推移的坐标图中，从时间t1到时间t2期间的用斜线表示的部分(斜线部al1)的面积，与预定的燃料添加处理的实行中的低温脱离nox的量具有相关性，时间t2以后的用斜线表示的部分(斜线部ah1)的面积，与预定的燃料添加处理的实行中的高温脱离nox的量具有相关性。并且，图4中，斜线部ah1的面积比斜线部al1的面积大。也就是说，图4表示nsr催化剂6正常时，预定的燃料添加处理的实行中高温脱离nox的量比低温脱离nox的量多。
另外，在图5中，在时间t1开始预定的燃料添加处理之后，低温脱离nox从nsr催化剂6流出，因此流出排气的nox浓度rnoxout的值从零上升。并且，如上所述，如果nsr催化剂6异常则容易产生低温脱离nox。因此，在图5中，时间t2以前的流出排气的nox浓度rnoxout的值与图4的情况相比大大上升。并且，图5的情况下，流出排气的nox浓度rnoxout的值在时间t2以前迎来峰值之后下降到零。并且，在时间t2以后，流出排气的nox浓度rnoxout的值变为零。这是因为在预定的燃料添加处理的开始时刻nsr催化剂6中所吸藏的nox的大致全部已作为低温脱离nox脱离，因此不产生高温脱离nox的缘故。并且，图5中表示流出排气的nox浓度rnoxout的推移的坐标图中，从时间t1到时间t2之间的用斜线表示的部分(斜线部al2)的面积，与预定的燃料添加处理的实行中的低温脱离nox的量具有相关性。因此，图5示出nsr催化剂6异常时，在预定的燃料添加处理的实行中高温脱离nox的量比低温脱离nox的量少。
在此，从燃料添加阀7周期性地添加燃料时，如果燃料添加时的流入排气的空燃比变得过浓、或者所述流入排气成为浓空燃比的期间过长，则nsr催化剂6的温度上升速度变得过大。该情况下，变得难以区分由于向nsr催化剂6供给还原剂(燃料)而从所述nsr催化剂6脱离的nox、和由于nsr催化剂6的温度上升而从所述nsr催化剂6脱离的nox。而且，如果存在相对于脱离的nox的量为足够量的还原剂(燃料)，则其大部分被还原，有时无法由下游侧nox传感器15检测出脱离了的nox。如果出现这些情况，则难以按图4和5所示的形态将低温脱离nox和高温脱离nox区别地检测出。因此，在nsr催化剂6的异常判断时，需要进行如上所述的预定的燃料添加处理。
并且，本实施例中，ecu10通过累计预定的燃料添加处理开始后直到nsr催化剂6的温度tc达到预定温度tcx之间的来自所述nsr催化剂6的nox流出量，由此算出低温侧nox累计量。另外，ecu10通过累计在预定的燃料添加处理的实行中nsr催化剂6的温度tc达到了预定温度tcx之后的来自所述nsr催化剂6的nox流出量，由此算出高温侧nox累计量。此时，如果在预定的燃料添加处理的实行中高温脱离nox的量比低温脱离nox的量多，则高温侧nox累计量比低温侧nox累计量多。另一方面，如果在预定的燃料添加处理的实行中高温脱离nox的量为低温脱离nox的量以下，则高温侧nox累计量为低温侧nox累计量以下。因此，ecu10通过比较低温侧nox累计量和高温侧nox累计量来进行nsr催化剂6是正常或异常的判断。也就是说，当高温侧nox累计量比低温侧nox累计量多的情况下，ecu10判断为nsr催化剂正常。另一方面，当高温侧nox累计量为低温侧nox累计量以下的情况下，ecu10判断为nsr催化剂异常。
接着，对于本实施例涉及的nsr催化剂的异常判断的流程，基于图6所示的流程图进行说明。本实施例中，通过实行ecu10所存储的预定程序，实现本流程。
本流程中，首先，在s101中，判别nsr催化剂6的异常判断的实行条件是否成立。具体而言，判别是否nsr催化剂6的温度tcx低于预定温度tcx、并且所述nsr催化剂6中的nox吸藏量为预定吸藏量以上。再者，预定吸藏量是比nsr催化剂6异常、且温度为预定温度tc时的饱和nox吸藏量少的量，是实行了预定的燃料添加处理时，如上所述的nsr催化剂6正常时和异常时的nox的脱离形态的不同能够通过下游侧nox传感器15检测出的程度的吸藏量。这样的预定吸藏量可以基于实验等预先确定。另外，如上所述，nsr催化剂6的温度和所述nsr催化剂6中的nox吸藏量，在内燃机1的运转中由ecu10推定。另外，异常判断的实行条件中也可以包含内燃机1的运转状态为稳定状态、以及nsr催化剂6的异常判断在上次实行后经过预定期间以上等。s101中进行否定判定的情况下，本流程暂且终止。
另一方面，如果s101中进行肯定判定，则在s102中，开始上述预定的燃料添加处理。再者，为了进行nsr催化剂6的异常判断，也可以通过实行所谓浓峰(richspike)处理来使所述nsr催化剂6中所吸藏的nox一次全部还原。并且，其后，可以使nsr催化剂6再次吸藏nox，在所述nsr催化剂6的温度低于预定温度的状态下在nox吸藏量达到预定吸藏量后开始预定的燃料添加处理。
如果在s102中开始预定的燃料添加处理，则在s103中，开始nox流出量qnoxout的累计。并且，由此算出低温侧nox累计量inoxl。接着，在s104中，判别nsr催化剂6的温度tc是否上升到预定温度tcx。当s104中进行否定判定的情况下，即，当nsr催化剂6的温度tc尚未达到预定温度tcx的情况下，再次实行s103的处理。也就是说，在nsr催化剂6的温度tc达到预定温度tcx为止反复进行s103中的nox流出量qnoxout的累计，由此，算出低温侧nox累计量inoxl。
另一方面，当s104中进行肯定判定的情况下，在s105中，开始nsr催化剂6的温度tc达到预定温度tcx后的nox流出量qnoxout的累计。并且，由此算出高温侧nox累计量inoxh。接着，在s106中，判别预定的燃料添加处理开始后是否经过预定的添加实行期间dtadd。在此，预定的添加实行期间dtadd作为对于在预定的燃料添加处理的开始时刻nsr催化剂6中所吸藏的nox全部脱离来说足够的期间被设定。预定的添加实行期间dtadd可以是基于实验等预先确定的恒定值。另外，预定的添加实行期间dtadd也可以基于预定的燃料添加处理的开始时刻的nsr催化剂6中的nox吸藏量的推定值确定。另外，预定的燃料添加处理开始后，可以将nsr催化剂6的温度tc达到能够使所述nsr催化剂6吸藏nox的温度的上限值为止的期间，作为预定的添加实行期间dtadd。并且，当s106中进行否定判定的情况下，再次实行s105的处理。也就是说，预定的燃料添加处理开始后直到经过预定的添加实行期间dtadd为止反复进行s105中的nox流出量qnoxout的累计，由此，算出高温侧nox累计量inoxh。
另一方面，当s106中进行肯定判定的情况下，在s107中，停止预定的燃料添加处理。接着，在s108中，判别s107中算出的高温侧nox累计量inoxh是否比s103中算出的低温侧nox累计量inoxl多。并且，当s108中进行肯定判定的情况下，在s109中判断为nsr催化剂6正常。另一方面，当s108中进行否定判定的情况下，也就是说，当高温侧nox累计量inoxh为低温侧nox累计量inoxl以下的情况下，在s110中判断为nsr催化剂6异常。
再者，上述流程中，nsr催化剂6的温度tc达到预定温度tcx后，从该预定的燃料添加处理的开始时刻起的经过时间成为预定的添加实行期间dtadd为止的期间，累计nox流出量qnoxout，由此，算出高温侧nox累计量inoxh。并且，其后，比较低温侧nox累计量inoxl和高温侧nox累计量inoxh。但是，在从预定的燃料添加处理的开始时刻起的经过时间达到预定的添加实行期间dtadd之前，nsr催化剂6的温度tc达到预定温度tcx后的nox流出量qnoxout的累计值也有时超过s103中算出的低温侧nox累计量inox。该情况下，也可以在nsr催化剂6的温度tc达到预定温度tcx后的nox流出量qnoxout的累计值超过低温侧nox累计量inox的时刻，判定为nsr催化剂6正常。并且，也可以在该时刻停止预定的燃料添加处理。
如上所述，如果nsr催化剂6正常，则在预定的燃料添加处理的实行中高温脱离nox的量比低温脱离nox的量多。另一方面，即使是nsr催化剂6的劣化程度比较小的状态下，实行预定的燃料添加处理时低温脱离nox也容易增加。因此，即使是nsr催化剂6的劣化程度比较小的状态下，低温脱离nox的量和高温脱离nox的量的相对关系也成为上述的nsr催化剂6异常时的关系。也就是说，即使nsr催化剂6的劣化程度比较小，在预定的燃料添加处理的实行中高温脱离nox的量也成为低温脱离nox的量以下。并且，低温脱离nox的量和高温脱离nox的量的相对关系被低温侧nox累计量inoxl和高温侧nox累计量inoxh的相对关系所反映。因此，根据本实施例涉及的nsr催化剂6的异常判断方法，通过基于低温侧nox累计量inoxl和高温侧nox累计量inoxh的相对关系进行异常判断，即使在nsr催化剂6的劣化程度比较小的阶段，也能够判断出所述nsr催化剂6的异常。
另外，假定由ecu10算出的nsr催化剂6中的nox吸藏量的推定值和实际的nox吸藏量之间存在一些误差，与nsr催化剂6的状态相应的低温侧nox累计量inoxl和高温侧nox累计量inoxh的相对关系也没有变化。也就是说，如果nsr催化剂6正常则两者的相对关系成为正常时的关系，如果nsr催化剂6异常则两者的相对关系成为异常时的关系，这没有变化。因此，根据本实施例涉及的nsr催化剂6的异常判断的方法，即使nsr催化剂6中的nox吸藏量的推定值和实际的nox吸藏量之间存在一些误差，也能够以高精度进行nsr催化剂6的异常判断。
再者，在本实施例中，通过ecu10推定nsr催化剂6中的nox吸藏量，实现本发明涉及的推定部。另外，通过ecu10算出nox流出量来实现本发明涉及的取得部。另外，通过ecu10使用燃料添加阀7进行预定的燃料添加处理来实现本发明涉及的燃料添加处理实行部。另外，通过ecu10实行图6所示的流程的s109或s110的处理来实现本发明涉及的判断部。
另外，本实施例涉及的预定的燃料添加处理中的一次添加量和预定周期未必是恒定值。例如，可以与预定的燃料添加处理的开始时刻的nsr催化剂6中的nox吸藏量(以下，将该时刻的nox吸藏量记为“开始吸藏量”)相应地设定所述预定的燃料添加处理中的一次添加量。图7是表示本变形例涉及的开始吸藏量qnox和一次添加量fadd的相关性的图。如图7所示，本变形例中，开始吸藏量qnox越多就将一次添加量fadd设定为越少的量。
在此，开始吸藏量多时与所述开始吸藏量少时相比，向nsr催化剂6供给燃料时nox容易从所述nsr催化剂6脱离。因此，开始吸藏量多时与所述开始吸藏量少时相比，低温脱离nox容易变多。并且，当nsr催化剂6正常的情况下，如果实行预定的燃料添加处理时低温脱离nox的量变得过多，则存在尽管nsr催化剂6正常，高温侧nox累计量也成为低温侧nox累计量以下的顾虑。因此，本变形例中，如上所述，开始吸藏量qnox越多将一次添加量fadd设定为越少的量，进行预定的燃料添加处理。
如果一次添加量fadd变少，则难以产生低温脱离nox。因此，通过开始吸藏量qnox越多将一次添加量fadd设为越少的量，能够抑制nsr催化剂6正常时低温脱离nox的量变得过多。其结果，能够抑制尽管nsr催化剂6正常，高温侧nox累计量也变为低温侧nox累计量以下的情况。由此，能够抑制尽管nsr催化剂6正常，也误判断为所述nsr催化剂6异常的情况。
另外，通过将预定的燃料添加处理中的一次添加量和预定周期设定在适当范围内，能够在nsr催化剂6中生成还原性中间体。并且，能够通过生成的还原性中间体来还原nox。以下，对其机理基于图8和9进行说明。
图8和9示出nsr催化剂6的催化剂载体50的表面部分。另外，图8和9示出将一次添加量和预定周期设定在本变形例涉及的范围内进行了预定的燃料添加处理时推测产生的反应。图8示出从燃料添加阀7添加的燃料没有向nsr催化剂6供给时，即，流入排气的空燃比为稀空燃比之时。另一方面，图9示出从燃料添加阀7添加的燃料向nsr催化剂6供给时，即，流入排气的空燃比为浓空燃比之时。
在nsr催化剂6中，例如在由氧化铝构成的催化剂载体50上担载有由铂pt构成的贵金属催化剂51。而且，在催化剂载体50上形成有碱性层53，碱性层53包含选自钾k、钠na、铯cs之类的碱金属、钡ba、钙ca之类的碱土族金属、镧之类的稀土族和银ag、铜cu、铁fe、铱ir之类的能够向nox供给电子的金属中的至少一种。再者，在催化剂载体50上除了铂pt以外还可以担载铑rh或钯pd。
流入排气的空燃比为稀空燃比时，如图8所示，排气中的no的一部分在催化剂载体50所担载的铂pt51上被氧化从而成为no2，该no2进一步被氧化成为no3。另外，no2的一部分成为no2-。因此，在铂pt上会生成no2-和no3。在nsr催化剂6上附着的no和铂pt51上生成的no2-和no3的活性强。以下，将这些no、no2-和no3称为活性nox*。
另一方面，如果通过向nsr催化剂6供给从燃料添加阀7添加的燃料而使流入排气的空燃比成为浓空燃比，则燃料所含的烃hc的大部分通过氧化反应而燃烧，但所述烃hc的一部分被改性而成为自由基。因此，如图9所示，活性nox*周围的烃浓度变高。并且，活性nox*生成之后，所述活性nox*周围的氧浓度高的状态如果持续一定时间以上则活性nox*被氧化，以硝酸根离子no3-的形式被吸收到碱性层53内。但是，在经过这一定时间之前如果活性nox*周围的烃浓度再次变高，则如图9所示，活性nox*在铂pt51上与自由基状的烃hc反应，由此生成还原性中间体。该还原性中间体在碱性层53的表面上附着(attacheded)或吸附(absorbeded)。
再者，认为此时最初生成的还原性中间体为硝基化合物r-no2。如果生成该硝基化合物r-no2则变为腈化合物r-cn，该腈化合物r-cn在该状态下仅可以瞬时存在，因此立即变为异氰酸酯化合物r-nco。如果该异氰酸酯化合物r-nco水解则变为胺化合物r-nh2。该情况下，认为水解的是异氰酸酯化合物r-nco的一部分。因此，如图9所示，认为在碱性层53的表面上附着或吸附的还原性中间体的大部分是异氰酸酯化合物r-nco和胺化合物r-nh2。
另一方面，如图9所示，在生成的还原性中间体的周围附着有烃hc时，还原性中间体被烃hc阻碍，反应不会进一步推进。该情况下，流入排气中的烃hc的浓度下降，接着在还原性中间体的周围附着着的烃hc被氧化从而消失。如果由此还原性中间体周围的氧浓度变高，则还原性中间体与排气中的nox、活性nox*反应、或与周围的氧反应、或自己分解。由此，还原性中间体r-nco、r-nh2转换为n2、co2、h2o。由此，nox被还原性中间体还原。
如以上说明那样，在nsr催化剂6中，由于流入排气的烃浓度变高而生成还原性中间体，而且，其后，流入排气的烃浓度下降，其氧浓度变高时nox被还原性中间体还原。因此，在nsr催化剂6中，为了生成还原性中间体，通过所述还原性中间体将nox还原，需要使流入排气的烃浓度周期性地变化。
此外，该情况下，需要提高流入排气的烃浓度直到对于生成还原性中间体来说足够高的浓度为止，并且，需要使流入排气的烃浓度下降直到对于使生成的还原性中间体与排气中的nox、活性nox*、氧反应、或自己分解来说足够低的浓度为止。另外，如果延长烃hc的供给周期，则供给所述烃hc之后，在接着供给烃hc为止之间氧浓度变高的期间变长，其结果，活性nox*不会生成还原性中间体而是以硝酸盐的形式被吸收到碱性层53内。因此，为了通过还原性中间体还原nox，需要使流入排气的空燃比以适当的振幅以及适当的周期变化。因此，本变形例中，以流入排气的空燃比以适当的振幅以及适当的周期变化的方式，设定预定的燃料添加处理中的一次添加量和预定周期。
此外，本变形例中，以用于还原nox的还原性中间体的生成量成为与预定的燃料添加处理的实行中向nsr催化剂6流入的nox流入量对应的量的方式，设定预定的燃料添加处理中的一次添加量和预定周期。在此，当通过预定的燃料添加处理在nsr催化剂6中生成还原性中间体的情况下，所述预定的燃料添加处理中的一次添加量越多，还原性中间体的生成量就越多。另外，预定的燃料添加处理中的燃料添加的周期越短，还原性中间体的生成量就越多。因此，基于实验等预先求得预定的燃料添加处理中的一次添加量以及预定周期与还原性中间体的生成量的相关性，将该相关性作为映射(map)或函数预先存储到ecu10中。并且，ecu10使用该映射或函数设定预定的燃料添加处理中的一次添加量和预定周期。
通过以还原性中间体的生成量成为与预定的燃料添加处理的实行中的nox流入量对应的量的方式实行预定的燃料添加处理，能够通过还原性中间体将所述预定的燃料添加处理的实行中与排气一同新流入nsr催化剂6的nox还原。其结果，能够抑制新流入nsr催化剂6的nox通过所述nsr催化剂6从所述nsr催化剂6流出从而被下游侧nox传感器15检测出。由此，在预定的燃料添加处理的实行中，能够尽可能地抑制基于下游侧nox传感器15的检测值算出的nox流出量中，包含通过实行所述预定的燃料添加处理而从nsr催化剂6脱离的nox以外的nox(即，在所述预定的燃料添加处理的实行中与排气一同新流入nsr催化剂6的nox)。其结果，预定的燃料添加处理的实行中的低温脱离nox的量和低温侧nox累计量的相关性变得更高。另外，预定的燃料添加处理的实行中的高温脱离nox的量和高温侧nox累计量的相关性变得更高。因此，能够基于实行预定的燃料添加处理时的低温侧nox累计量和高温侧nox累计量的比较进一步提高nsr催化剂6的异常判断的精度。