(57)【要約】【課題】選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が変化する場合であっても、劣化判定処理を精度良く行えるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、ＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒の上流にアンモニアの前駆体又はアンモニアを還元剤として供給する還元剤供給装置と、アンモニアスリップ濃度を検出するセンサと、触媒劣化時にアンモニアスリップが発現する量の還元剤をＳＣＲ触媒に供給しつつ、検出されるアンモニアスリップ濃度が判定閾値を超える場合にＳＣＲ触媒が劣化していると判定する劣化判定処理を実行する判定装置と、を備える。判定装置は、正常時濃度上限値が劣化時濃度下限値を下回るという判定条件が成立するときに劣化判定処理を実行する。判定閾値は、正常時濃度上限値以上、かつ、劣化時濃度下限値未満である。【選択図】図８
2020045796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、アンモニアによって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側において前記排気通路に配置され、前記排気通路内にアンモニアの前駆体又はアンモニアを還元剤として供給する還元剤供給装置と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流を流れる排気中のアンモニア濃度であるアンモニアスリップ濃度を検出するセンサと、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化している場合にアンモニアスリップが発現する量の前記還元剤を前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給しつつ、前記センサにより検出される前記アンモニアスリップ濃度が判定閾値を超える場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する劣化判定処理を実行する判定装置と、
を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記判定装置は、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を考慮して推定される前記アンモニアスリップ濃度の上限値を正常時濃度上限値と称し、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が所定の劣化度で劣化していると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を考慮して推定される前記アンモニアスリップ濃度の下限値を劣化時濃度下限値と称した場合、
前記正常時濃度上限値が前記劣化時濃度下限値を下回るという判定条件が成立するときに前記劣化判定処理を実行し、
前記判定閾値は、前記正常時濃度上限値以上、かつ、前記劣化時濃度下限値未満である
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、より詳細には、内燃機関の排気通路に選択還元型ＮＯｘ触媒を備える排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、内燃機関の排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置は、排気通路に配置された選択還元型ＮＯｘ触媒と、ＮＯｘの還元剤としてのアンモニアの前駆体である尿素水を選択還元型ＮＯｘ触媒の上流に供給する還元剤供給装置とを備えている。そして、排気浄化装置は、選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化判定処理を実行する。
【０００３】
具体的には、上記の劣化判定処理では、選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの浄化に必要な消費アンモニア量と、選択還元型ＮＯｘ触媒の下流を流れる排気中のアンモニア量であるアンモニアスリップ量とが算出される。そして、消費アンモニア量とアンモニアスリップ量との比較結果に基づいて、選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化の有無が判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２７９３０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２０１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が高い場合には、触媒が正常であっても、アンモニアスリップが生じ易くなる。逆に、触媒の温度が低い場合には、触媒の劣化が進んでいたとしても、アンモニアスリップは生じにくくなる。このように、アンモニアスリップの発現の仕方は、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度によって変化する。しかしながら、特許文献１に記載の劣化判定処理には、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が判定に与える影響が考慮されていない。このため、当該触媒の温度次第では、触媒の劣化の有無を誤判定してしまう可能性がある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が変化する場合であっても劣化判定処理を精度良く行えるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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配置され、アンモニアによって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側において前記排気通路に配置され、前記排気通路内にアンモニアの前駆体又はアンモニアを還元剤として供給する還元剤供給装置と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流を流れる排気中のアンモニア濃度であるアンモニアスリップ濃度を検出するセンサと、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化している場合にアンモニアスリップが発現する量の前記還元剤を前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給しつつ、前記センサにより検出される前記アンモニアスリップ濃度が判定閾値を超える場合に前記選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する劣化判定処理を実行する判定装置と、を備える。
前記判定装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常であると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を考慮して推定される前記アンモニアスリップ濃度の上限値を正常時濃度上限値と称し、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が所定の劣化度で劣化していると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を考慮して推定される前記アンモニアスリップ濃度の下限値を劣化時濃度下限値と称した場合、前記正常時濃度上限値が前記劣化時濃度下限値を下回るという判定条件が成立するときに前記劣化判定処理を実行する。
前記判定閾値は、前記正常時濃度上限値以上、かつ、前記劣化時濃度下限値未満である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化判定処理は、正常時濃度上限値が劣化時濃度下限値を下回るという判定条件が成立する場合に実行される。つまり、劣化判定処理は、仮に選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化しているとしたならば、正常触媒想定時に生じ得るアンモニアスリップ濃度の上限値（正常時濃度上限値）よりも高いアンモニアスリップ濃度が得られると考えられる状況下において実行されることになる。また、正常時濃度上限値及び劣化時濃度下限値は、それぞれ、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を考慮して推定されている。
【０００９】
そのうえで、本発明に係る劣化判定処理では、上記の判定条件が成立する場合において、検出されるアンモニアスリップ濃度が正常時濃度上限値以上かつ劣化時濃度下限値未満である判定閾値を超える場合に、選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定される。このような処理によれば、正常時濃度上限値よりも高いアンモニアスリップ濃度が検出されない限り、選択還元型ＮＯｘ触媒が正常である場合に劣化判定がなされないようにすることができる。また、劣化時濃度下限値以上のアンモニアスリップ濃度が検出されない限り、選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化している場合に正常判定がなされないようにすることができる。
【００１０】
したがって、本発明に係る劣化判定処理によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度変化を考慮しつつ、適切な判定時期において適切な判定閾値を用いて選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化の有無を判定できるようになる。このため、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が変化する場合であっても劣化判定処理を精度良く行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置のシステム構成例を説明するための図である。
【図２】正常触媒のＳＣＲ床温とＮＨ３吸着量との関係を示す図である。
【図３】劣化触媒のＳＣＲ床温とＮＨ３吸着量との関係を示す図である。
【図４】ＮＨ３吸着量の推定手法の一例を説明するためのブロック図である。
【図５】通常時におけるＯＢＤアクティブ添加の実施に伴うＮＨ３スリップ濃度の挙動の一例を表したタイムチャートである。
【図６】ＯＢＤアクティブ添加の実施後にＳＣＲ床温が変化する状況下におけるＮＨ３スリップ濃度の挙動の一例を表したタイムチャートである。
【図７】本発明の実施の形態に係る劣化判定処理の特徴部（判定時期の選定及び判定閾値の算出方法）を説明するためのタイムチャートである。
【図８】本発明の実施の形態に係る選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化判定処理に関するルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００１３】
１．システム構成例
図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置のシステム構成例を説明するための図である。図１に示すシステムは、一例として圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）１０を備えている。内燃機関１０は、例えば、車両に搭載される。内燃機関１０の各気筒には、排気通路１２が連通している。排気通路１２には、上流側から順に、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）１４、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１６、及び選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）１８が配置されている。
【００１４】
ＤＯＣ１４は、排気中の未燃焼ガスであるＨＣ等を酸化処理するように構成されている。ＤＰＦ１６は、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する部材であって、例えば多孔質セラミックで構成されている。ＤＰＦ１６には、ＰＭの酸化を促進するための触媒が担持されている。ＤＯＣ１４の上流（排気マニホールド）には、ＤＯＣ１４及びＤＰＦ１６に未燃燃料を供給するための燃料添加弁２０が設置されている。
【００１５】
ＤＰＦ１６の下流側かつＳＣＲ触媒１８の上流側の排気通路１２には、「還元剤供給装置」の一例である尿素添加弁２２が設置されている。尿素添加弁２２は、アンモニア（ＮＨ３）の前駆体である尿素水を排気通路１２内に供給する添加弁であり、図示しない尿素水タンクに接続されている。尿素添加弁２２から排気通路１２に噴射された尿素水は、加水分解されてＮＨ３となり、ＳＣＲ触媒１８に供給される。ＳＣＲ触媒１８は、供給された尿素水由来のＮＨ３を還元剤として、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する。なお、ＮＯｘの還元のために、尿素水に代えてアンモニア自体が添加されてもよい。
【００１６】
ＤＯＣ１４よりも上流側の排気通路１２には、第１ＮＯｘセンサ２４が設置されている。また、ＤＰＦ１６よりも下流側かつＳＣＲ触媒１８よりも上流側の排気通路１２には、第２ＮＯｘセンサ２６と排気温度センサ２８とが設置されている。ＮＯｘセンサ２４、２６は、それぞれ、各気筒から排出された排気中のＮＯｘ濃度、及びＳＣＲ触媒１８に流入する排気中のＮＯｘ濃度を検出するためのセンサの一例として用いられる。排気温度センサ２８は、排気の温度に応じた信号を出力し、本実施形態ではＳＣＲ触媒１８の温度（以下、「ＳＣＲ床温」とも称する）を推定するためのセンサの一例として用いられる。
【００１７】
また、ＳＣＲ触媒１８よりも下流側の排気通路１２には、第３ＮＯｘセンサ３０が設置されている。第３ＮＯｘセンサ３０は、ＳＣＲ触媒１８の下流を流れる排気中のＮＯｘ濃度に応じた信号を出力し、本実施形態ではＳＣＲ触媒１８の下流を流れる排気中のＮＨ３濃度を検出するためのセンサ（本発明に係る「センサ」に相当）の一例として用いられる。このＮＨ３濃度は、第３ＮＯｘセンサ３０に代え、ＮＨ３センサを用いて検出されてもよい。さらに、内燃機関１０の吸気通路３２の入口付近には、エアフローセンサ３４が設置されている。エアフローセンサ３４は、吸気通路３２を流れる空気の流量に応じた信号を出力し、本実施形態ではＳＣＲ触媒１８を通過する排気の流量を検出するためのセンサの一例として用いられる。
【００１８】
図１に示すシステムは、さらに電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、ＮＯｘセンサ２４、２６、３０、排気温度センサ２８及びエアフローセンサ３４とともに、内燃機関１０に搭載された各種センサ（図示省略）が電気的に接続されている。また、ＥＣＵ４０には、燃料添加弁２０及び尿素添加弁２２とともに、内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータ（図示省略）が電気的に接続されている。
【００１９】
ＥＣＵ４０は、プロセッサ４０ａとメモリ４０ｂとを有する。メモリ４０ｂには、上記
の各種アクチュエータを制御するためのプログラム及びマップが記憶されている。また、ＥＣＵ４０には、上記の各種センサから様々な情報が入力される。プロセッサ４０ａは、これらの情報を利用しつつ、プログラムをメモリから読み出して実行することにより、各アクチュエータの操作量を決定する。その結果、ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の制御装置として機能する。
【００２０】
２．ＳＣＲ触媒の劣化判定処理
２−１．劣化判定処理の基本構成
上述のＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１８に関する「劣化判定処理」を行う「判定装置」の一例としても機能する。すなわち、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１８の劣化の有無を自己診断するＯＢＤ（On-Board Diagnostics）機能を有する。図２は、正常触媒のＳＣＲ床温とＮＨ３吸着量との関係を示す図であり、図３は、劣化触媒のＳＣＲ床温とＮＨ３吸着量との関係を示す図である。ここでいう「正常触媒」とは、新品の（すなわち、浄化性能の劣化が生じていない）ＳＣＲ触媒を意味し、「劣化触媒」とは、所定の検出目標の劣化度で浄化性能に劣化が生じているＳＣＲ触媒を意味する。
【００２１】
図２中に実線で示す曲線は、正常触媒が吸着可能なＮＨ３の上限値である最大吸着量を表している。一方、図３中に実線で示す曲線は、劣化触媒が吸着可能なＮＨ３吸着量の上限値である最大吸着量を示している。ＮＨ３がＳＣＲ触媒１８から脱離する現象であるＮＨ３スリップは、正常触媒又は劣化触媒のそれぞれにおいてＮＨ３吸着量が上記曲線を超える場合に発現すると考えられる。
【００２２】
劣化判定処理では、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１８が劣化している場合にのみＮＨ３スリップが発現するように決定された量（以下、「アクティブ供給ＮＨ３量Ａ」と称する）でＮＨ３をＳＣＲ触媒１８に対して供給する「ＯＢＤアクティブ添加」を実行する。そして、ＥＣＵ４０は、このＯＢＤアクティブ添加を行った結果としてＮＨ３スリップが発現するか否かに基づいて、ＳＣＲ触媒１８の劣化の有無を判定する。
【００２３】
より具体的には、ＯＢＤアクティブ添加によるＮＨ３の供給量であるアクティブ供給ＮＨ３量Ａは、ＮＯｘの浄化を目的として供給されるＮＨ３量よりも多い（余剰な）量である。また、図２、３に示すようにＮＨ３吸着量はＳＣＲ床温に応じて変化するため、アクティブ供給ＮＨ３量Ａは、ＳＣＲ床温に応じた値として算出される。なお、本実施形態では、ＯＢＤアクティブ添加は、一例として、アクティブ供給ＮＨ３量Ａを満足する量の尿素水の供給によって実行される。
【００２４】
ＳＣＲ触媒１８が正常触媒である場合には、図２に示されるように、最大吸着量が大きいため、現在の推定ＮＨ３吸着量と最大吸着量との差が大きくなる。このため、アクティブ供給ＮＨ３量ＡのＮＨ３が供給された場合であっても、図２に例示されるように最大吸着量を超える事態は起こりにくく、ＮＨ３スリップは発現しないと考えられる。一方、ＳＣＲ触媒１８が劣化触媒である場合には、図３に示されるように、最大吸着量が小さいため、現在の推定ＮＨ３吸着量と最大吸着量との差が小さくなる。このため、ＮＯｘの浄化で消費されるＮＨ３量よりも多いＮＨ３が供給されれば、ＮＨ３スリップが生じ易い。このため、図３に例示されるように、ＯＢＤアクティブ添加によってアクティブ供給ＮＨ３量ＡのＮＨ３が供給されると、劣化触媒のＮＨ３吸着量が最大吸着量に達し、ＮＨ３スリップが発現する。このように、ＯＢＤアクティブ添加を行った結果としてＳＣＲ触媒１８の下流でＮＨ３スリップが発現するか否かに基づいて、ＳＣＲ触媒１８の劣化の有無を判定できる。
【００２５】
ＮＨ３スリップが発現すると、スリップしたＮＨ３は、ＳＣＲ触媒１８の下流側に流出することになる。このため、ＮＨ３スリップの発現の有無は、ＳＣＲ触媒１８の下流側に排出される排気中のＮＨ３濃度（ＮＨ３スリップ濃度）が判定閾値よりも高いか否かに基づいて判定できる。
【００２６】
付け加えると、図２、３に示すように、ＳＣＲ床温が高くなるとＮＨ３吸着量が減少する。したがって、同一量のＮＨ３を供給した場合、ＳＣＲ床温が高い環境である場合ほど、ＳＣＲ触媒１８下流へのＮＨ３スリップが発現し易くなる。また、図２、３を比較すると分かるように、ＳＣＲ床温の変化に応じたＮＨ３吸着量の変化の大きさは、劣化触媒よりも正常触媒の方が大きくなる。
【００２７】
２−２．ＯＢＤアクティブ添加の実行条件
図２中に破線で示す曲線は、ＳＣＲ触媒１８が正常である場合にＮＨ３スリップが発現しないＮＨ３吸着量の下限値に相当する。より詳細には、この下限値は、正常触媒において生じ得る誤差を加味した場合に得られる最大吸着量（実線）の下限値に相当する。したがって、ＳＣＲ触媒１８が正常であれば、ＮＨ３スリップは、この下限値を上回らない限り発現しないと考えられる。
【００２８】
図３中に破線で示す曲線は、ＳＣＲ触媒１８が劣化している場合にＮＨ３スリップが確実に発現するＮＨ３吸着量の上限値に相当する。より詳細には、この上限値は、劣化触媒において生じ得る誤差を加味した場合に得られる最大吸着量（実線）の上限値に相当する。上述のアクティブ供給ＮＨ３量Ａは、現在の推定ＮＨ３吸着量と上記の上限値（破線）との差分よりも確実に大きくなる値に設定される。これにより、ＳＣＲ触媒１８が劣化している場合にＯＢＤアクティブ添加によって確実にＮＨ３スリップを生じさせることができる。
【００２９】
図２中の「限界アクティブ供給ＮＨ３量Ｂ」は、現在のＳＣＲ床温Ｔ１におけるＮＨ３吸着量と上記の下限（破線）との差分に相当する。この限界アクティブ供給ＮＨ３量Ｂは、ＳＣＲ触媒１８が正常であればＮＨ３スリップが発現せずに正常判定がなされるアクティブ供給ＮＨ３量Ａの範囲内の上限値を意味する。換言すると、限界アクティブ供給ＮＨ３量Ｂよりも多くのＮＨ３が供給された場合には、正常触媒であってもＮＨ３スリップが発現する可能性がある。したがって、本実施形態の劣化判定処理では、アクティブ供給ＮＨ３量Ａが限界アクティブ供給ＮＨ３量Ｂよりも多いこと（アクティブ供給ＮＨ３量Ａ＜限界アクティブ供給ＮＨ３量Ｂ）がＯＢＤアクティブ添加の実行条件とされる。これにより、ＳＣＲ触媒１８が正常である場合に、劣化が生じていると誤判定されることを回避できる。
【００３０】
２−３．ＮＨ３吸着量の推定手法
上述したＯＢＤアクティブ添加の実行条件（アクティブ供給ＮＨ３量Ａ＜限界アクティブ供給ＮＨ３量Ｂ）の成立の有無の判断のためには、ＳＣＲ触媒１８のＮＨ３吸着量を把握する必要がある。ＮＨ３吸着量の算出（推定）は、オンボードでＥＣＵ４０によって行われる。
【００３１】
図４は、ＮＨ３吸着量の推定手法の一例を説明するためのブロック図である。本推定手法によれば、以下の（１）式に示すように、ＮＨ３吸着量は、供給ＮＨ３量から消費ＮＨ３量及び脱離ＮＨ３量を減じることにより算出される。
ＮＨ３吸着量＝供給ＮＨ３量−消費ＮＨ３量−脱離ＮＨ３量  ・・・（１）
【００３２】
まず、（１）式中の供給ＮＨ３量は、尿素添加弁２２による尿素水の添加量に応じた値として算出される。尿素水の添加量は、ＳＣＲ触媒１８を用いてＮＯｘを浄化させる場合にはＮＯｘの浄化を目的として供給されるＮＨ３量に応じた値となるように決定され、ＯＢＤアクティブ添加を行う場合には上述のアクティブ供給ＮＨ３量Ａに応じた値となるように決定される。
【００３３】
次に、消費ＮＨ３量は、ＳＣＲ流入ＮＯｘ量とＳＣＲ触媒１８によるＮＯｘ浄化率とに応じた値となるように算出される。ＳＣＲ流入ＮＯｘ量は、ＳＣＲ触媒１８に流入するＮＯｘの量である。ＮＯｘ浄化率は、例えば、空気量（ＳＣＲ触媒１８に流入する排気の流量）と、ＳＣＲ床温と、ＮＨ３吸着量（メモリ４０ｂに記憶された前回値）とを引数とするＮＯｘ浄化率マップを用いて算出できる。
【００３４】
より詳細には、ＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒１８が正常であるか劣化しているかに応じて異なる。そこで、本推定手法では、ＳＣＲ触媒１８が正常触媒である場合と劣化触媒である場合の両方が想定され、正常触媒及び劣化触媒のそれぞれの特性に応じてＮＯｘ浄化率のマップが個別に準備される。ＥＣＵ４０は、それぞれのマップを用いて、ＳＣＲ触媒１８が正常であると想定した場合の消費ＮＨ３量と、それが劣化していると想定した場合の消費ＮＨ３量とをそれぞれ算出する。
【００３５】
次に、脱離ＮＨ３量（ＮＨ３スリップ量）は、空気量と脱離ＮＨ３濃度（ＮＨ３スリップ濃度）とに応じた値となるように算出される。ここで、脱離ＮＨ３濃度とＳＣＲ床温とＮＨ３吸着量とは相関を有している。より詳細には、ＮＨ３吸着量が同一であれば、ＳＣＲ床温が高いほど脱離ＮＨ３濃度も多くなり、ＳＣＲ床温が同一であれば、ＮＨ３吸着量が多いほど脱離ＮＨ３量も多くなる。具体的な相関関係は、予め実験等により求めることができる。ここでは、このような相関関係を一例として利用して、脱離ＮＨ３量は、ＳＣＲ床温と、ＮＨ３吸着量（メモリ４０ｂに記憶された前回値）とを引数とする脱離ＮＨ３濃度マップを用いて算出される。そして、このように算出される脱離ＮＨ３量に対して空気量を乗算することで、脱離ＮＨ３量を算出できる。
【００３６】
上述のＮＯｘ浄化率と同様に、脱離ＮＨ３濃度も、ＳＣＲ触媒１８が正常であるか劣化しているかに応じて異なる。そこで、本推定手法では、ＳＣＲ触媒１８が正常触媒である場合と異常劣化触媒である場合の両方が想定され、正常触媒及び異常劣化触媒のそれぞれの特性に応じて脱離ＮＨ３濃度マップが個別に準備される。ＥＣＵ４０は、それぞれのマップを用いて、ＳＣＲ触媒１８が正常であると想定した場合の脱離ＮＨ３濃度と、それが劣化していると想定した場合の脱離ＮＨ３濃度とをそれぞれ算出する。
【００３７】
ＮＨ３吸着量は、以上説明したように算出される供給ＮＨ３量、消費ＮＨ３量及び脱離ＮＨ３量を上記（１）式に代入することにより算出される。本実施形態の劣化判定処理では、このように算出されるＮＨ３吸着量がＮＨ３吸着量の推定値として用いられる。
【００３８】
２−４．ＳＣＲ触媒の劣化判定に関する課題
上述のように、本実施形態の「劣化判定処理」は、ＳＣＲ触媒１８が劣化している場合にのみＮＨ３スリップが発現するように実行されるＯＢＤアクティブ添加を利用して、ＮＨ３スリップ濃度が判定閾値を超えたか否かに基づいて実行される。ここで、以下に図５、６を参照して例示するように、ＮＨ３スリップの発現の仕方は、ＳＣＲ床温（より詳細には、劣化判定のためのＯＢＤアクティブ添加の実行後のＳＣＲ床温の変化）によって変化する。
【００３９】
図５は、通常時（ＳＣＲ床温の変化が比較的緩やかな条件）におけるＯＢＤアクティブ添加の実施に伴うＮＨ３スリップ濃度の挙動の一例を表したタイムチャートである。図５に示す例では、ＯＢＤアクティブ添加は、ＯＢＤアクティブ添加実施フラグがＯＮとなっている時に実行される。ＯＢＤアクティブ添加による尿素水の添加量（アクティブ供給ＮＨ３量Ａ）は、このＯＢＤアクティブ添加実施フラグがＯＮとなった時のＳＣＲ床温及び推定ＮＨ３吸着量に基づいて算出される。
【００４０】
図２、３を参照して既述したように、ＳＣＲ触媒１８のＮＨ３吸着量はＳＣＲ床温によって変化する。このため、ＮＨ３スリップが発現するＮＨ３吸着量は、ＳＣＲ床温によって変化する。図５に示す例では、ＯＢＤアクティブ添加による尿素水の添加量の算出の前後における車速の変化は比較的緩やかであり、その結果、ＳＣＲ床温の変化も比較的緩やかなものとなっている。このようにＳＣＲ床温が安定している状況下では、ＳＣＲ触媒１８が正常であればＮＨ３スリップが発現せず、一方、ＳＣＲ触媒１８が劣化しているとＮＨ３スリップが発現すると考えられる。このため、本実施形態の劣化判定処理により、ＳＣＲ触媒１８の劣化の有無を正確に判定できる。
【００４１】
図６は、ＯＢＤアクティブ添加の実施後にＳＣＲ床温が変化する状況下におけるＮＨ３スリップ濃度の挙動の一例を表したタイムチャートである。より詳細には、図６に示す例では、ＯＢＤアクティブ添加の実施後に急加速に伴ってＳＣＲ床温が急上昇している。このような例では、ＯＢＤアクティブ添加実施フラグがＯＮとなった時のＳＣＲ床温に応じた尿素水の添加量（アクティブ供給ＮＨ３量Ａ）が用いられると、ＳＣＲ床温の急上昇後にＮＨ３スリップが発現し易くなる。このため、図６に示す例では、ＳＣＲ触媒１８が劣化している場合だけでなく、それが正常である場合であっても、ＮＨ３スリップが発現してしまっている。このような例では、ＳＣＲ触媒１８が正常であっても、ＳＣＲ触媒１８が劣化しているという誤判定がなされてしまう。
【００４２】
また、図６に示す例とは逆にＯＢＤアクティブ添加の実行後にＳＣＲ床温が急低下した状況下では、ＳＣＲ触媒１８が劣化している場合であっても、ＮＨ３スリップが発現しなくなることがある。このような例では、ＳＣＲ触媒１８が劣化していても、ＳＣＲ触媒１８が正常であるという誤判定がなされてしまう。
【００４３】
２−５．劣化判定処理の特徴部
図７は、本発明の実施の形態に係る劣化判定処理の特徴部（判定時期の選定及び判定閾値の算出方法）を説明するためのタイムチャートである。図７には、ＯＢＤアクティブ添加がなされる状況下（ＯＢＤアクティブ添加実施フラグＯＮ）における５つの推定ＮＨ３スリップ濃度の波形１〜５が表されている。
【００４４】
波形１は、所定の検出目標の劣化度を有する劣化触媒を対象として、「生じ得る誤差」を考慮していない場合の推定ＮＨ３スリップ濃度の波形に相当する。このような波形１は、劣化触媒用のマップを利用しつつ図４に示す推定手法を用いて推定ＮＨ３スリップ濃度を算出することにより得られる。なお、ここでいう「生じ得る誤差」とは、具体的には、尿素添加弁２２による尿素水の添加量の誤差、及びＳＣＲ流入ＮＯｘ量の誤差等を意味する。
【００４５】
波形２は、上記の劣化触媒を対象として、「生じ得る誤差」を考慮した場合に確実に生じ得る推定ＮＨ３スリップ濃度の下限値の波形に相当する。このような波形２は、劣化触媒用のマップを利用しつつ図４に示す推定手法により算出される推定ＮＨ３スリップ濃度を「生じ得る誤差」に基づく所定の補正量によって補正することにより得られる。この波形２のＮＨ３スリップ濃度は、本発明に係る「劣化時濃度下限値」の一例に相当する。
【００４６】
波形３は、正常触媒を対象として、「生じ得る誤差」を考慮していない場合の推定ＮＨ３スリップ濃度の波形に相当する。このような波形３は、正常触媒用のマップを利用しつつ図４に示す推定手法を用いて推定ＮＨ３スリップ濃度を算出することにより得られる。したがって、当該推定ＮＨ３スリップ濃度は実質的にゼロとなる。
【００４７】
波形４は、正常触媒を対象として、「生じ得る誤差」を考慮した場合に生じ得る推定ＮＨ３スリップ濃度の上限値の波形に相当する。このような波形４は、正常触媒用のマップを利用しつつ図４に示す推定手法により算出される推定ＮＨ３スリップ濃度を「生じ得る誤差」に基づく所定の補正量によって補正することにより得られる。この波形４のＮＨ３スリップ濃度は、本発明に係る「正常時濃度上限値」の一例に相当する。
【００４８】
上述の課題に鑑み、本実施形態に係る劣化判定処理は、上述の「正常時濃度上限値」が「劣化時濃度下限値」を下回るという「判定条件」が成立する場合に実行される。図７中に示す「判定時期」は、ＯＢＤアクティブ添加の実行に伴い、波形２（劣化触媒；生じ得る誤差の考慮あり）の値（すなわち、劣化時濃度下限値）が波形４（正常触媒；生じ得る誤差の考慮あり）の値（すなわち、正常時濃度上限値）よりも大きくなる期間に相当する。したがって、劣化判定処理は、図７中の判定時期が到来した場合に実行されることになる。
【００４９】
また、図７中の波形５は、波形２の劣化時濃度下限値と波形４の正常時濃度上限値との平均値の波形に相当する。本実施形態では、上記判定時期における波形５のＮＨ３スリップ濃度の値（上記平均値）が、劣化判定処理の判定閾値として用いられる。そして、第３ＮＯｘセンサ３０により検出された（実）ＮＨ３スリップ濃度がこの判定閾値を超える場合に、ＳＣＲ触媒１８が劣化していると判定される。
【００５０】
なお、ＯＢＤアクティブ添加の実施後のＳＣＲ床温の変化代が大きいために上記の判定時期が成立しない場合には、劣化判定処理は実施されない。
【００５１】
２−６．判定装置（ＥＣＵ）の処理
図８は、本発明の実施の形態に係るＳＣＲ触媒１８の劣化判定処理に関するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１０の運転中に繰り返し実行される。
【００５２】
図８に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１８の現在の（推定）ＮＨ３吸着量を算出する（ステップＳ１００）。具体的には、図４に示す推定手法を利用して、触媒正常想定時と触媒劣化想定時の双方についての推定ＮＨ３吸着量を算出する。
【００５３】
次に、ＥＣＵ４０は、ＯＢＤアクティブ添加の実施に関する予備条件が成立するか否かを判定する（ステップＳ１０２）。この予備条件は、劣化判定に関連する部品の異常が検出されていないこと、車両のバッテリ電圧がＥＣＵ４０の所定の必要電圧値以上であること、触媒制御モードが通常モードであること（ＰＭ再生実施中でないこと）、大気圧が劣化判定に用いられるセンサの信頼性の確保に必要な所定値以上であること、劣化判定に用いられるＮＯｘセンサ２６、３０が活性状態にあること、及び、１トリップ内でＯＢＤアクティブ添加及び劣化判定の何れも未実施であること（意図したＮＨ３スリップが劣化時に発現することを保証するため）を含む。
【００５４】
ステップＳ１０２の判定結果が否定的である場合には、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。一方、ＥＣＵ４０がステップＳ１０２において予備条件が成立すると判定した場合には、処理はステップＳ１０４に進む。
【００５５】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ４０は、ＯＢＤアクティブ添加の実施が可能であるか否かを判定する。具体的には、上述のＯＢＤアクティブ添加の実行条件（アクティブ供給ＮＨ３量Ａ＜限界アクティブ供給ＮＨ３量Ｂ）の成立の有無が判定される。その結果、ステップＳ１０４の判定結果が否定的である場合には、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。
【００５６】
ＥＣＵ４０がステップＳ１０４においてＯＢＤアクティブ添加の実行条件が成立すると判定した場合には、処理はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、ＥＣＵ４０は、上述のＯＢＤアクティブ添加を実行する。
【００５７】
次に、ＥＣＵ４０は、上述の判定条件（正常時濃度上限値＜劣化時濃度下限値）が成立するか否かを判定する（ステップＳ１０８）。その結果、ステップＳ１０８の判定結果が否定的である場合（つまり、図７に示す判定時期が到来していない場合）には、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。
【００５８】
一方、ＥＣＵ４０がステップＳ１０８において判定条件が成立すると判定した場合（つまり、上記判定時期が到来している場合）には、処理はステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、ＥＣＵ４０は、（実）ＮＨ３スリップ濃度が上述の判定閾値以下であるか否かを判定する。
【００５９】
ステップＳ１１０の判定結果が肯定的である場合（ＮＨ３スリップ濃度≦判定閾値）には、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１８が正常であると判定する（ステップＳ１１２）。一方、ステップＳ１１０の判定結果が否定的である場合（ＮＨ３スリップ濃度＞判定閾値）には、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１８が劣化していると判定する（ステップＳ１１４）。
【００６０】
３．効果
以上説明したように、本実施形態の劣化判定処理は、上述の「正常時濃度上限値」が「劣化時濃度下限値」を下回るという「判定条件」が成立する場合に実行される。つまり、劣化判定処理は、仮にＳＣＲ触媒１８が劣化しているとしたならば、正常触媒想定時に生じ得るＮＨ３スリップ濃度の上限値よりも高いＮＨ３スリップ濃度が得られると考えられる状況下において実行されることになる。また、正常時濃度上限値及び劣化時濃度下限値の算出の基礎とされる推定ＮＨ３スリップ濃度の算出には、図４を参照して説明した推定手法の利用によってＳＣＲ床温の影響が逐次考慮される。
【００６１】
そのうえで、本実施形態の劣化判定処理では、上記の「判定条件」が成立する場合において、（実）ＮＨ３スリップ濃度が、劣化時濃度下限値と正常時濃度上限値との平均値である「判定閾値」を超える場合に、ＳＣＲ触媒１８が劣化していると判定される。このような処理によれば、正常時濃度上限値よりも大きな判定閾値が利用されるため、ＳＣＲ触媒１８が正常である場合に劣化判定がなされないようにすることができる。また、劣化時濃度下限値よりも小さな判定閾値が利用されるため、ＳＣＲ触媒１８が劣化している場合に正常判定がなされないようにすることができる。
【００６２】
したがって、本実施形態の劣化判定処理によれば、ＳＣＲ床温の変化を考慮しつつ、適切な判定時期において適切な判定閾値を用いてＳＣＲ触媒１８の劣化の有無を判定できるようになる。このため、ＳＣＲ床温が変化する場合であっても劣化判定処理を精度良く行えるようになる。
【００６３】
ところで、上述した実施の形態１においては、劣化判定処理で用いられる「判定閾値」の一例として、劣化時濃度下限値と正常時濃度上限値との平均値が用いられた。しかしながら、本発明に係る「判定閾値」は、正常時濃度上限値以上、かつ、劣化時濃度下限値未満となる範囲内の値であれば、上記の平均値以外の任意の値であってもよい。また、判定閾値は、例えば、次のように設定されてもよい。すなわち、車両の積算走行距離が短い場合（すなわち、ＳＣＲ触媒１８が新品に近い状態である場合）には、判定閾値として正常時濃度上限値が用いられ、積算走行距離が長くなるにつれ、劣化時濃度下限値に近づくように判定閾値が変更されてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０  内燃機関
１２  排気通路
１８  選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
２２  尿素添加弁
２４、２６、３０  ＮＯｘセンサ
２８  排気温度センサ
３４  エアフローセンサ
４０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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