(57)【要約】  吸蔵還元型ＮＯx触媒（１）の劣化判定を速やかに且つ正確に行なう。還元剤を供給する供給装置（５）と、触媒（１）よりも下流の排気中のＮＯx濃度を測定する測定装置（８）と、供給装置（５）から還元剤を供給するときに排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節する制御装置（１０）と、触媒（１）にＮＯxが吸蔵されているときであって、排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節しているときに、測定装置（８）により測定されるＮＯx濃度に基づいて触媒（１）の劣化を判定する判定装置（１０）と、を備える。
2012053076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられてＮＯxを吸蔵し、吸蔵していたＮＯxを還元剤の供給により還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化を判定する触媒劣化判定システムにおいて、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給することで該吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過する排気の空燃比を変化させる供給装置と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流の排気中のＮＯx濃度を測定する測定装置と、
前記供給装置から還元剤を供給するときに排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節する制御装置と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒にＮＯxが吸蔵されているときであって、前記制御装置により排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節しているときに、前記測定装置により測定されるＮＯx濃度に基づいて前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化を判定する判定装置と、
を備える触媒劣化判定システム。
【請求項２】
前記判定装置は、前記測定装置に測定されるＮＯx濃度の最大値が閾値以上のときに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していると判定する請求項１に記載の触媒劣化判定システム。
【請求項３】
前記判定装置は、前記測定装置に測定されるＮＯx濃度の積算値が閾値以上のときに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していると判定する請求項１に記載の触媒劣化判定システム。
【請求項４】
前記制御装置は、排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節する前に、排気の空燃比がＮＯxを還元させるリッチ空燃比となるように還元剤量を調節する請求項１から３の何れか１項に記載の触媒劣化判定システム。
【請求項５】
前記制御装置は、排気の空燃比がＮＯxを還元させるリッチ空燃比となるように還元剤量を調節した後であって、前記供給装置からの還元剤の供給を停止してから所定時間経過後に、排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節する請求項４に記載の触媒劣化判定システム。
【請求項６】
前記制御装置は、排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節するときには、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒によりＮＨ３が生成されない空燃比で且つ前記吸蔵還元型ＮＯx触媒によりＮＯ２が生成される空燃比となるようにする請求項１から５の何れか１項に記載の触媒劣化判定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒劣化判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単にＮＯx触媒ともいう。）に吸蔵されているＮＯxの還元制御を実行し、その後、ＮＯx触媒でのＮＯxの吸蔵量の推定値が基準値に達した時点で、ＮＯx触媒よりも下流側のＮＯxセンサによって検出されるＮＯx濃度が所定濃度以上であるときは、ＮＯx触媒が劣化していると判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。【０００３】
しかし、ＮＯx触媒に多くのＮＯxが吸蔵されるまで待たなくてはならず、ＮＯx触媒の劣化判定に要する時間が長くなる。このため、ＮＯx触媒が劣化している場合には、劣化判定が完了するまでの間はＮＯxが流出する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６２４６８号公報
【特許文献２】特開２００７−０４６５１５号公報
【特許文献３】特開２０００−０３４９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定を速やかに且つ正確に行なうことができる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による触媒劣化判定システムは、
内燃機関の排気通路に設けられてＮＯxを吸蔵し、吸蔵していたＮＯxを還元剤の供給により還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化を判定する触媒劣化判定システムにおいて、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給することで該吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過する排気の空燃比を変化させる供給装置と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流の排気中のＮＯx濃度を測定する測定装置と、
前記供給装置から還元剤を供給するときに排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節する制御装置と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒にＮＯxが吸蔵されているときであって、前記制御装置により排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節しているときに、前記測定装置により測定されるＮＯx濃度に基づいて前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化を判定する判定装置と、
を備える。【０００７】
吸蔵還元型ＮＯx触媒は、リーン空燃比のときにＮＯxを吸蔵し、吸蔵していたＮＯxを還元剤が存在するときに還元する。供給装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給することができる。還元剤は、排気通路を流通する排気中に供給してもよく、内燃機関から排出させるようにしてもよい。そして、還元剤を供給することで、排気の空燃比が低下する。【０００８】
ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化すると、還元剤を供給するときに吸蔵還元型ＮＯx触媒から脱離するＮＯ２がＮ２に還元されないままＮＯx触媒の下流に流出する。このため、還元剤供給時における吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流側のＮＯx濃度が、劣化の度合いに応じて高くなる。一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を供給すると、Ｈ２やＨＣがＮＯと反応してＮＨ３が生成されることがある。そして、測定装置はＮＨ３もＮＯxとして測定してしまう。このため、測定装置により測定されたＮＯx濃度が、たとえばＮＯ２を測定した結果なのか、またはＮＨ３を測定した結果なのか判別することができない。したがって、ＮＨ３が存在していると、ＮＯx濃度に基づいた吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定が困難となる。【０００９】
これに対し制御装置は、還元剤量を調節することにより、ＮＨ３が生成されないようにしている。すなわち、排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を制御することで、ＮＨ３は殆ど生成されなくなるので、このときに測定されるＮＯx濃度はＮＨ３の影響を受けていないＮＯx濃度となる。そして、このときのＮＯx濃度は、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いと相関関係にあるため、該ＮＯx濃度に基づいて吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化を判定することができる。このように、ＮＨ３の影響を受けないときに劣化判定を行うことで判定精度を高くすることができる。また、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量が多くなるまで待つ必要も無いため、速やかな劣化判定が可能となる。【００１０】
また、本発明においては、前記判定装置は、前記測定装置に測定されるＮＯx濃度の最大値が閾値以上のときに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していると判定することができる。【００１１】
ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いが高くなるほど、吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出されたＮＯxがＮ２に還元されないまま下流へと流れる量が多くなる。このため、測定装置により測定されるＮＯx濃度の最大値が大きくなる。このＮＯx濃度の最大値が許容できなくなる値として閾値を設定する。すなわち、閾値は、吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化しているときに測定されるＮＯx濃度の最大値の下限値とすることができる。そして、測定装置により測定されるＮＯx濃度の最大値と閾値とを比較することで、吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化しているか否か判定することができる。なお、ＮＯx濃度の最大値が閾値未満のときには、吸蔵還元型ＮＯx触媒は正常であると判定する。このように、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いと相関関係にあるＮＯx濃度の最大値を用いて劣化判定を行うことで、劣化判定を容易且つ正確に行うことができる。【００１２】
また、本発明においては、前記判定装置は、前記測定装置に測定されるＮＯx濃度の積算値が閾値以上のときに前記吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していると判定することができる。【００１３】
ＮＯx濃度の最大値と同様に、ＮＯx濃度の積算値も吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いに応じて大きくなる。積算値は、たとえば測定装置により測定されるＮＯx濃度を所定時間毎に加算していくことで得る。このＮＯx濃度の積算値が許容できなくなる値として閾値を設定しておく。そして、測定装置により測定されるＮＯx濃度の積算値と閾値とを比較することで、吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化しているか否か判定することができる。この場合、閾値は、吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化しているときに測定されるＮＯx濃度の積算値の下限値とすることができる。なお、ＮＯx濃度の積算値が閾値未満のときには、吸蔵還元型ＮＯx触媒は正常であると判定する。このように、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いと相関関係にあるＮＯx濃度の積算値を用いて劣化判定を行うことで、劣化判定を容易且つ正確に行うことができる。【００１４】
また、本発明においては、前記制御装置は、排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節する前に、排気の空燃比がＮＯxを還元させるリッチ空燃比となるように還元剤量を調節することができる。【００１５】
排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒からＮＯ２が流出する。それよりも前に排気の空燃比がリッチ空燃比となるように還元剤量を調節しておけば、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxが予め還元されるため、リーン空燃比としたときのＮＯ２の流出量を低減させることができる。また、リッチ空燃比としてもＮＯxの吸蔵量はすぐには零にならないため、その後にリーン空燃比としてもＮＯxが放出される。このように、予めＮＯxを還元しておくことによりＮＯxの吸蔵量を低減させておけば、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定時に該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出するＮＯx量を低減することができる。これにより、大気中へＮＯxが放出されることを抑制できる。【００１６】
また、本発明においては、前記制御装置は、排気の空燃比がＮＯxを還元させるリッチ空燃比となるように還元剤量を調節した後であって、前記供給装置からの還元剤の供給を停止してから所定時間経過後に、排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節することができる。【００１７】
排気の空燃比をリッチ空燃比とすることにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒からはＮＨ３が放出される。このＮＨ３の影響が無くなるまでの時間として所定時間を設定する。ＮＨ３の影響が無くなってから排気の空燃比をリーンとすることにより、劣化判定の精度を高めることができる。【００１８】
また、本発明においては、前記制御装置は、排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節するときには、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒によりＮＨ３が生成されない空燃比で且つ前記吸蔵還元型ＮＯx触媒によりＮＯ２が生成される空燃比となるようにすることができる。【００１９】
ＮＨ３は、リーン空燃比のときには殆ど生じない。一方、リーン空燃比のときにはＮＯ２が生じるが、空燃比が高くなりすぎると、ＮＯ２が殆ど生じなくなる。すなわち、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定時には、ＮＨ３が生成されず且つＮＯ２が生成される所定の範囲の空燃比となるように還元剤量を調節することで劣化判定の精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定を速やかに且つ正確に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ＮＯx触媒におけるＮＯxの吸蔵作用を説明するための図である。
【図３】ＮＯx触媒におけるＮＯxの還元作用を説明するための図である。
【図４】還元剤供給時の空燃比と下流側ＮＯxセンサの検出値との関係を示す図である。
【図５】実施例に係るリッチスパイク制御時の噴射信号と下流側ＮＯxセンサにより検出されるＮＯx濃度との推移を示したタイムチャートである。
【図６】ＮＯx触媒の劣化判定のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る触媒劣化判定システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本実施例に係る内燃機関とその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、４つの気筒を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。【００２４】
内燃機関１には、排気通路２が接続されている。この排気通路２の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒４（以下、ＮＯx触媒４という。）が備えられている。【００２５】
ＮＯx触媒４は、たとえばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を担体とし、その担体上に、たとえばバリウム（Ｂａ）及び白金（Ｐｔ）を担持して構成されている。【００２６】
このＮＯx触媒４は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有する。【００２７】
また、ＮＯx触媒４よりも上流の排気通路２には、排気中に還元剤を噴射する噴射弁５が取り付けられている。噴射弁５は、後述するＥＣＵ１０からの信号により開弁して排気中へ還元剤を噴射する。還元剤には、たとえば内燃機関１の燃料（軽油）が用いられるが、これに限らない。【００２８】
噴射弁５から排気通路２内へ噴射された燃料は、排気通路２の上流から流れてきた排気の空燃比を低下させる。そして、ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯxの還元時には、噴射弁５から燃料を噴射することにより、ＮＯx触媒４に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期で低下させる所謂リッチスパイク制御を実行する。噴射弁５から噴射させる還元剤量は、たとえば内燃機関１の運転状態（機関回転数及び燃料噴射量）に基づいて決定される。還元剤量と機関回転数と機関負荷との関係は予めマップ化しておくことができる。また、排気通路２に空燃比センサを取り付けて、該空燃比センサにより検出される空燃比が目標値となるように還元剤量をフィードバック制御してもよい。なお、本実施例においては噴射弁５が、本発明における供給装置に相当する。また、内燃機関１から未燃燃料を排出させることで還元剤を供給することもできる。すなわち、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁を備え、該筒内噴射弁から主噴射を行なった後の膨張行程中若しくは排気行程中に再度燃料を噴射する副噴射（ポスト噴射）を行なったり、筒内噴射弁からの燃料噴射時期を遅らせたりすることにより、内燃機関１から還元剤を多く含むガスを排出させることもできる。【００２９】
また、噴射弁５よりも上流の排気通路２には、排気中のＮＯx濃度を測定する上流側ＮＯxセンサ７が取り付けられている。また、ＮＯx触媒４よりも下流の排気通路２には、排気中のＮＯx濃度を測定する下流側ＮＯxセンサ８及び排気の温度を測定する温度センサ９が取り付けられている。なお、本実施例においては下流側ＮＯxセンサ８が、本発明における測定装置に相当する。【００３０】
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の運転状態を制御する。【００３１】
また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１２、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。【００３２】
一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁５が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により噴射弁５の開閉時期が制御される。なお、本実施例では噴射弁５から供給する還元量を調節するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。【００３３】
そして、ＥＣＵ１０は、排気の空燃比がリーンとなる範囲内で噴射弁５から還元剤を噴射させ、このときに下流側ＮＯxセンサ８により検出されるＮＯx濃度に基づいてＮＯx触媒４の劣化判定を行う。排気の空燃比をリーンとするのは、リッチとしてしまうとＮＯx触媒４からＮＨ３が流出するからである。ＮＨ３は、下流側ＮＯxセンサ８によりＮＯxとして検出されるため、排気の空燃比がリッチのときには、ＮＨ３が検出されたのか、またはＮＯ２が検出されたのか判別することができない。【００３４】
ここで、図２は、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの吸蔵作用を説明するための図である。また、図３は、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの還元作用を説明するための図である。【００３５】
ＮＯx触媒４は、排気の空燃比がリーンのときにＮＯをＰｔ上でＯ２と酸化させ、ＢａへＢａ（ＮＯ３）２として吸蔵する。一方、還元剤を供給して排気の空燃比を理論空燃比近傍のリッチとすると、Ｂａ（ＮＯ３）２がＮＯ２となって放出され、さらにＰｔ上でＮ２に還元される。【００３６】
しかし、ＮＯx触媒４が劣化すると、Ｐｔの表面積が小さくなるため、放出されたＮＯ２がＮ２に還元され難くなる。そうすると、たとえばＢａから脱離したＮＯ２の一部がＮＯx触媒４よりも下流へ流れ出る。このＮＯx触媒４よりも下流へ流れ出るＮＯ２の量は、ＮＯx触媒４の劣化の度合いに応じて多くなる。このようにしてＮＯx触媒４から流出するＮＯ２を下流側ＮＯxセンサ８で検出すれば、ＮＯx触媒４の劣化を判定することができる。【００３７】
しかし、排気の空燃比を理論空燃比近傍のリッチとすると、ＮＯx触媒４では、ＮＯとＨ２とが反応して、ＮＨ３とＨ２Ｏとが生成される。また、ＨＣとＮＯとが反応して、ＮＨ３とＨ２ＯとＣＯ２とが生成される。【００３８】
このようにして生成されたＮＨ３は、下流側ＮＯxセンサ８においてＯ２と反応してＮＯになるため、ＮＯxとして検出される。このように、下流側ＮＯxセンサ８では、ＮＨ３とＮＯ２とが検出される。そして、ＮＨ３は、ＮＯx触媒４が劣化しているか否かにかかわらず生成される。このため、ＮＯx触媒４よりも下流側のＮＯ２の濃度に基づいてＮＯx触媒４の劣化を判定するときに、ＮＨ３が検出されてしまうと、ＮＯx触媒４が劣化していないにもかかわらず劣化していると判定される虞がある。そこで、本実施例では、ＮＯx触媒４の劣化判定を行うときに、排気の空燃比がリーンとなるように還元剤量を調節する。【００３９】
ここで、図４は、還元剤供給時の空燃比と下流側ＮＯxセンサの検出値との関係を示す図である。図４中の実線で示される「ＮＯx」は、下流側ＮＯxセンサ８により測定されるＮＯx濃度である。また、一点鎖線で示される「ＮＨ３」は、ＮＯx触媒４よりも下流側の実際のＮＨ３濃度である。さらに、二点鎖線で示される「ＮＯ２」は、ＮＯx触媒４よりも下流側の実際のＮＯ２濃度である。【００４０】
理論空燃比近傍のリッチ空燃比となるように還元剤を供給する場合、ＮＯx触媒４において還元剤のＨ２及びＨＣと、ＮＯとが反応しＮＨ３が生成される。このＮＨ３の生成量は、空燃比が高くなるほど少なくなり、理論空燃比近傍で零となる。また、リッチ空燃比のときには、ＮＯ２はＮ２に還元され易いためにＮＯ２の濃度は低いが、全てのＮＯ２が還元される訳ではない。すなわち、リッチ空燃比のときには、下流側ＮＯxセンサ８にＮＨ３とＮＯ２とが検出され、空燃比が高くなるほど検出されるＮＯx濃度は低くなる。なお、ＮＯxを還元するための通常のリッチスパイク制御では、理論空燃比近傍のリッチ空燃比となるように還元剤が供給される。【００４１】
理論空燃比近傍よりも空燃比が高くなるように還元剤を供給すると、ＮＨ３は生成されなくなる。一方、還元されないままＮＯx触媒４から流出するＮＯ２量は多くなる。このため、リーンの範囲内でリッチスパイク制御を行うと、下流側ＮＯxセンサ８の検出値は実際のＮＯ２の濃度と略同じになる。そして、ＮＯx触媒４の劣化の度合いが高いほど、下流側ＮＯxセンサ８の検出値は大きくなる。なお、排気の空燃比を高くしすぎると、還元剤の不足によりＮＯ２が放出されなくなるため、ＮＯ２の濃度が低くなる。このため、ＮＯ２が放出される範囲内でリーンとする。【００４２】
そして、理論空燃比近傍では、ＮＯ２及びＮＨ３の生成量が共に少ないため、下流側ＮＯxセンサ８の検出値は最小になる。【００４３】
このようにＮＨ３が生成されなくなる空燃比、すなわち理論空燃比近傍よりもリーン側であれば、ＮＨ３の影響を排除することができる。【００４４】
次に、図５は、本実施例に係るリッチスパイク制御時の噴射信号と下流側ＮＯxセンサ８により検出されるＮＯx濃度との推移を示したタイムチャートである。噴射信号はＥＣＵ１０から噴射弁５に対して出力される信号である。噴射弁５は、噴射信号がＯＮのときに開弁して還元剤を噴射し、ＯＦＦのときに閉弁して還元剤の噴射を停止させる。そして、還元剤の噴射が行われることにより、ＮＯx触媒４に流入する排気の空燃比が低くなる。ここで、噴射弁５から還元剤を噴射している期間を長くするほど、還元剤の供給量が多くなり、空燃比の低下量は大きくなる。このため、還元剤の噴射期間を調節することにより排気の空燃比を調節することができる。【００４５】
ここで、図５においてＡで示される期間では、通常のリッチスパイク制御が行われる。この通常のリッチスパイク制御は、ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯxを還元させるための制御であり、噴射弁５の開弁時間を比較的長くすることで理論空燃比近傍のリッチ空燃比とされる。そうすると、ＮＯx触媒４からＮＨ３やＮＯxが流出するため、下流側ＮＯxセンサ８の検出値が大きくなる。ここで、ＮＯx触媒４の劣化判定時にリーンの範囲内で還元剤を供給すると、ＮＯ２が還元されないままＮＯx触媒４から流出する。これに対し、予め通常のリッチスパイク制御を行ってＮＯxの吸蔵量を低減させておけば、ＮＯx触媒４の劣化判定時にＮＯx触媒４から流出するＮＯx量を低減することができる。【００４６】
また、図５においてＢで示される期間では、排気の空燃比がリーンとなるようにリッチスパイク制御が行われる。すなわち、排気の空燃比がリーンとなるように噴射弁５の開弁時間を比較的短くする。そうすると、ＮＯx触媒４の劣化の度合いに応じてＮＯ２が放出される。このときの下流側ＮＯxセンサ８の検出値に基づいてＮＯx触媒４の劣化を判定することができる。たとえば、Ｂで示される期間において、下流側ＮＯxセンサ８により検出されるＮＯx濃度の最大値が閾値以上であれば、ＮＯx触媒４が劣化していると判定される。また、Ｂで示される期間において、下流側ＮＯxセンサ８により検出されるＮＯx濃度の積算値が閾値以上であれば、ＮＯx触媒４が劣化していると判定してもよい。なお、劣化判定時にはリッチスパイク制御を複数回行うことにより、劣化判定の精度を高くすることができる。【００４７】
図６は、ＮＯx触媒４の劣化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、所定の期間毎に実行される。【００４８】
ステップＳ１０１では、ＮＯx触媒４の劣化判定を行う前提条件が成立しているか否か判定される。たとえば下流側ＮＯxセンサ８が正常であるときに前提条件が成立していると判定される。この判定は、周知の技術により行うことができる。【００４９】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。【００５０】
ステップＳ１０２では、リッチスパイク実行条件が成立しているか否か判定される。リッチスパイク実行条件とは、ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯxを還元するための通常のリッチスパイク制御を行う条件である。たとえば、ＮＯx触媒４に所定量以上のＮＯxが吸蔵されており、且つＮＯx触媒４の温度がＮＯxの還元に適した温度となっているときにリッチスパイク実行条件が成立していると判定される。ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯx量は、上流側ＮＯxセンサ７により検出されるＮＯx濃度に基づいて算出される。ＮＯx触媒４の温度は、温度センサ９により検出される。【００５１】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。【００５２】
ステップＳ１０３では、通常のリッチスパイク制御が実行される。すなわち、理論空燃比近傍のリッチ空燃比となるように噴射弁５から還元剤が噴射される。このリッチスパイク制御は、ＮＯxの吸蔵量がある程度減少し得る時間だけ行なわれる。この通常のリッチスパイクの実行時間は予め設定しておいてもよい。【００５３】
ステップＳ１０４では、通常のリッチスパイク制御が終了してからの経過時間が所定時間Ｔ以上であるか否か判定される。この所定時間Ｔは、通常のリッチスパイク制御により放出されたＮＨ３が下流側ＮＯxセンサ８にて検出されなくなるまでの時間である。すなわち、通常のリッチスパイク制御により放出されたＮＨ３の影響がなくなるまでの時間である。通常のリッチスパイク制御が終了してからの経過時間は、噴射弁５からの還元剤の供給を停止してからの経過時間としてもよい。【００５４】
ステップＳ１０５では、ＮＯx触媒４の劣化判定用のリッチスパイク制御が行われる。すなわち、理論空燃比よりもリーンの範囲内でリッチスパイク制御が行われる。このときには、ＮＨ３が生成されない空燃比で且つＮＯ２が生成される空燃比に調節される。たとえば、図４においてＮＯ２濃度が最大となる付近の空燃比となるように還元剤量を調節してもよい。【００５５】
なお、図４において下流側ＮＯxセンサ８による検出値が最小となる空燃比が、理論空燃比から若干ずれることもある。この場合には、図４において下流側ＮＯxセンサ８の検出値が最小となる空燃比よりも高い側の空燃比となるように還元剤量を調節する。【００５６】
ステップＳ１０６では、下流側ＮＯxセンサ８により検出されるＮＯx濃度の最大値が閾値以上であるか否か判定される。この閾値は、ＮＯx触媒４が劣化しているときに検出されるＮＯx濃度の最大値の下限値として予め設定される。なお、本ステップでは、下流側ＮＯxセンサ８により検出されるＮＯx濃度の積算値が閾値以上であるか否か判定してもよい。【００５７】
ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、ＮＯx触媒４は劣化していると判定される。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Ｓ１０８へ進み、ＮＯx触媒４は正常であると判定される。なお、本実施例においてはステップＳ１０６からステップＳ１０８を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定装置に相当する。【００５８】
このようにして、リーン空燃比となるように還元剤を供給しているときの下流側ＮＯxセンサ８の検出値に基づいてＮＯx触媒４の劣化判定を行うことができる。このときには、ＮＨ３の影響が無いため、劣化判定の精度が高い。【００５９】
なお、本実施例では、理論空燃比よりもリーンの範囲内でリッチスパイク制御を行っているときの下流側ＮＯxセンサ８により検出されるＮＯx濃度の最大値が大きいほど、ＮＯx触媒４の劣化の度合いが高いと判定してもよい。同様に、下流側ＮＯxセンサ８により検出されるＮＯx濃度の積算値が大きいほど、ＮＯx触媒４の劣化の度合いが高いと判定してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１     内燃機関
２     排気通路
４     吸蔵還元型ＮＯx触媒
５     噴射弁
７     上流側ＮＯxセンサ
８     下流側ＮＯxセンサ
９     温度センサ
１０   ＥＣＵ
１１   アクセルペダル
１２   アクセル開度センサ
１３   クランクポジションセンサ
【図１】
2012053076.tif 000003
【図２】
2012053076.tif 000004
【図３】
2012053076.tif 000005
【図４】
2012053076.tif 000006
【図５】
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【図６】
2012053076.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月9日(2011.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられてＮＯｘを吸蔵し、吸蔵していたＮＯｘを還元剤の供給により還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化を判定する触媒劣化判定システムにおいて、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給することで該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を通過する排気の空燃比を変化させる供給装置と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の排気中のＮＯｘ濃度を測定する測定装置と、
前記供給装置から還元剤を供給するときに排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節する制御装置と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒にＮＯｘが吸蔵されているときであって、前記制御装置により排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節しているときに、前記測定装置により測定されるＮＯｘ濃度に基づいて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化を判定する判定装置と、
を備える触媒劣化判定システム。
【請求項２】
前記判定装置は、前記測定装置に測定されるＮＯｘ濃度の最大値が閾値以上のときに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する請求項１に記載の触媒劣化判定システム。
【請求項３】
前記判定装置は、前記測定装置に測定されるＮＯｘ濃度の積算値が閾値以上のときに前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する請求項１に記載の触媒劣化判定システム。
【請求項４】
前記制御装置は、排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節する前に、排気の空燃比がＮＯｘを還元させるリッチ空燃比となるように還元剤量を調節する請求項１から３の何れか１項に記載の触媒劣化判定システム。
【請求項５】
前記制御装置は、排気の空燃比がＮＯｘを還元させるリッチ空燃比となるように還元剤量を調節した後であって、前記供給装置からの還元剤の供給を停止してから所定時間経過後に、排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節する請求項４に記載の触媒劣化判定システム。
【請求項６】
前記制御装置は、排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節するときには、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒によりＮＨ３が生成されない空燃比で且つ前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒によりＮＯ２が生成される空燃比となるようにする請求項１から５の何れか１項に記載の触媒劣化判定システム。
【請求項７】
前記供給装置は、排気通路を流通する排気中に還元剤を供給することで、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する請求項１から６の何れか１項に記載の触媒劣化判定システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記判定装置により前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化を判定するときには、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化を判定する前よりも、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ流入する排気の空燃比が低くなり、且つ、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比となるように還元剤量を調節する請求項１から７の何れか１項に記載の触媒劣化判定システム。
【国際調査報告】
2012053076.tif 000009
2012053076.tif 000010
2012053076.tif 000011
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