(57)【要約】【課題】選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化度が高い場合であっても、劣化判定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、ＳＣＲ触媒が劣化していると仮定した場合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に基づいてＳＣＲ触媒の劣化の有無を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、還元剤の供給開始からの所定の積算期間中のＳＣＲ触媒からのアンモニアスリップ量の積算値を算出し、算出された積算値が判定閾値よりも大きい場合に、ＳＣＲ触媒が劣化していると判定する。【選択図】図７
2020060121.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と仮定した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に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化の有無を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、
前記還元剤の供給開始からの所定の積算期間中の前記選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアスリップ量の積算値を算出し、
前記積算値が判定閾値よりも大きい場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する
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２０１５−０１４２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の内燃機関の排気浄化装置と同様に選択還元型ＮＯｘ触媒と還元剤供給装置とを備える内燃機関の排気浄化装置において、選択還元型ＮＯｘ触媒を対象として次のような劣化判定処理を行うことが考えられる。すなわち、選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると仮定した場合にアンモニアスリップが発現する量の還元剤を選択還元型ＮＯｘ触媒に供給しつつ、所定の判定時期においてセンサにより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ことが考えられる。
【０００６】
ここで、選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化度が高くなると、劣化判定のための還元剤の添加後の早期にアンモニアスリップが発現する可能性がある。したがって、アンモニアスリップ濃度に基づく劣化判定を行うのに適切な時期として想定された判定時期に対して早期にアンモニアスリップが発現すると、アンモニアスリップを見逃してしまう可能性がある。その結果、劣化判定精度が低下する恐れがある。
【０００７】
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触媒の劣化度が高い場合であっても、劣化判定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】
【０００８】
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と仮定した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に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化の有無を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、
前記還元剤の供給開始からの所定の積算期間中の前記選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアスリップ量の積算値を算出し、
前記積算値が判定閾値よりも大きい場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、還元剤の供給開始からの所定の積算期間中の選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアスリップ量の積算値が算出される。そして、算出された積算値が判定閾値よりも大きい場合に、選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定される。これにより、選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化度が高いために還元剤の供給開始直後にアンモニアスリップが発現するような場合であっても、このアンモニアスリップに基づく劣化判定を行えるようになる。このため、選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化度が高い場合であっても、劣化判定を精度良く行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】ＯＢＤアクティブ添加を利用したＳＣＲ触媒の劣化判定処理の課題について説明するためのタイムチャートである。
【図６】本発明の実施の形態に係る特徴的な劣化判定処理の概要を説明するためのタイムチャートである。
【図７】本発明の実施の形態に係るＳＣＲ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】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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）
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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濃度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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
２−４．ＳＣＲ触媒の劣化判定に関する課題
図５は、ＯＢＤアクティブ添加を利用したＳＣＲ触媒１８の劣化判定処理の課題について説明するためのタイムチャートである。以下、説明の便宜上、後述の本実施形態の劣化判定処理との対比のために図５を参照して説明する劣化判定処理のことを「劣化判定処理Ａ」と称する。
【００３７】
２−４−１．劣化判定処理Ａの概要
図５は、一例として通常時（車速及びＳＣＲ床温が安定している状況）を対象として、劣化判定処理Ａの概要（判定時期Ｔの選定及び判定閾値ＴＨ１の算出手法）を説明するために用いられている。この劣化判定処理Ａは、上述の劣化触媒（すなわち、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１８）を見つけることを目的として行われるものである。
【００３８】
劣化判定処理Ａで用いられる判定時期Ｔは、次のように選定される。図５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４つの推定ＮＨ３スリップ濃度の波形１〜４が表されている。
【００３９】
波形１は、触媒劣化時（推定中央）の波形、すなわち、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」を考慮した場合の推定ＮＨ３スリップ濃度の中央値の波形に相当する。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。
【００４０】
波形２は、触媒劣化時（推定下限）の波形、すなわち、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。
【００４１】
波形３は、触媒正常時（推定中央）の波形、すなわち、正常触媒を対象として、「生じ得る誤差」を考慮した場合の推定ＮＨ３スリップ濃度の中央値の波形に相当する。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。
【００４２】
波形４は、触媒正常時（推定上限）の波形（直線）、すなわち、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。
【００４３】
判定時期Ｔは、触媒劣化時の推定下限値（波形２）が触媒正常時の推定上限値（波形４）を上回るという「判定条件」が成立する期間に相当する。第１劣化判定処理は、この判定条件が成立する期間に該当する図５中の判定時期Ｔが到来した場合に実行されることになる。
【００４４】
また、図５中の波形５は、触媒劣化時の推定下限値（波形２）と触媒正常時の推定上限値（波形４）との平均値の波形に相当する。劣化判定処理Ａによれば、上記判定時期Ｔにおける波形５のＮＨ３スリップ濃度の値（上記平均値）が、第１劣化判定処理の判定閾値ＴＨ１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ＴＨ１を超える場合に、ＳＣＲ触媒１８が劣化していると判定される。図５には、このように劣化判定がなされるＮＨ３スリップの例として、検出目標の劣化度で劣化したＳＣＲ触媒１８の実ＮＨ３スリップ濃度の波形６が表されている。
【００４５】
上述した劣化判定処理Ａは、上述の判定時期Ｔにおいて（つまり、仮にＳＣＲ触媒１８が劣化しているとした仮定した場合において、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状況下において）実行されることになる。また、触媒劣化時の推定下限値と触媒正常時の推定上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ている。
【００４６】
そのうえで、劣化判定処理Ａでは、上記の判定時期Ｔにおいて、（実）ＮＨ３スリップ濃度が、触媒劣化時の推定下限値と触媒正常時の推定上限値との平均値である「判定閾値ＴＨ１」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、触媒正常時の推定上限値よりも大きな判定閾値ＴＨ１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、触媒劣化時の推定下限値よりも小さな判定閾値ＴＨ１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。
【００４７】
したがって、劣化判定処理Ａによれば、ＳＣＲ床温の変化を考慮しつつ、適切な判定時期Ｔにおいて適切な判定閾値ＴＨ１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を精度良く行えるようになる。
【００４８】
２−４−２．劣化判定処理Ａの課題
上述のように、劣化判定処理Ａによれば、ＳＣＲ触媒１８が検出目標の劣化度以下の劣化度で劣化している場合であれば、波形６の例のように、判定時期Ｔにおいて実ＮＨ３スリップ濃度が判定閾値ＴＨ１よりも高くなる。このため、劣化判定を適切に行われる。一方、ＳＣＲ触媒１８の劣化度が高くなった場合（より詳細には、ＳＣＲ触媒１８の劣化が検出目標レベルに対して著しく進行していた場合）には、図５中の波形７の例のように、ＯＢＤアクティブ添加の実行後の早期にＮＨ３スリップが発現する可能性がある。したがって、所定の劣化度での検出を前提とした判定時期Ｔを利用してＮＨ３スリップ濃度を評価する劣化判定処理Ａによれば、劣化度が高いとＮＨ３スリップを見逃してしまう可能性がある。具体的には、波形７の例では、ＳＣＲ触媒１８の劣化がかなり進行しているにもかかわらず、判定時期Ｔでは実ＮＨ３スリップ濃度が判定閾値ＴＨ１未満となるため、ＳＣＲ触媒１８が正常であると誤判定されてしまうことになる。
【００４９】
２−５．特徴部
上述の課題に鑑み、本実施形態では、ＳＣＲ触媒１８の劣化度が高い場合（より詳細には、検出目標の劣化度と比べて劣化が進行している場合）においても適切に劣化判定を行えるようにするために、次のような劣化判定処理が実行される。
【００５０】
図６は、本発明の実施の形態に係る特徴的な劣化判定処理の概要を説明するためのタイムチャートである。なお、図６中の波形２、４、７、及び判定時期Ｔは、図５を参照して既述したものと同じである。
【００５１】
図６中の時点ｔ１は、ＯＢＤアクティブ添加の開始時点（ＯＢＤアクティブ添加実施フラグＯＮ）に相当する。本実施形態の劣化判定処理によれば、ＯＢＤアクティブ添加の開始後に（実）ＮＨ３スリップ量の積算が開始される。
【００５２】
図６には、波形４の推定ＮＨ３スリップ濃度に応じた推定ＮＨ３スリップ量の積算値Ａの時間変化を示す直線（破線）と、波形２の推定ＮＨ３スリップ濃度に応じた推定ＮＨ３スリップ量の積算値Ｂの時間変化を示す折れ線（破線）と、波形７の実ＮＨ３スリップ濃度に応じた実ＮＨ３スリップ量の積算値Ｃの時間変化を示す折れ線（実線）とが表されている。
【００５３】
まず、触媒正常時の推定上限値（波形４）に対応する積算値Ａは、時点ｔ１におけるＯＢＤアクティブ添加の開始後に０から連続的に増加している。触媒劣化時の推定下限値（波形２）に対応する積算値Ｂは、時点ｔ４におけるＮＨ３スリップの発現後に０から増加していき、時点ｔ６においてＮＨ３スリップが終了した後には一定となっている。そして、検出目標の劣化度よりも高い劣化度の波形７に対応する積算値Ｃは、ＯＢＤアクティブ添加の開始直後の時点ｔ２におけるＮＨ３スリップの発現後に０から増加していき、時点ｔ３においてＮＨ３スリップが終了した後には一定となっている。
【００５４】
本実施形態の劣化判定処理では、ＯＢＤアクティブ添加開始からの所定の積算期間中の（実）ＮＨ３スリップ量の積算値が算出され、算出された積算値が判定閾値ＴＨ２よりも大きい場合に、ＳＣＲ触媒１８が劣化していると判定される。図６に示す例では、上記の積算期間は、時点ｔ１から上述の判定時期Ｔ中の時点ｔ５までの期間に相当する。時点ｔ５は、触媒正常時の推定上限値と触媒劣化時の推定下限値とが交差する時点に相当する。そして、図６に示す例では、時点ｔ５における触媒劣化時の推定下限値の積算値Ｂ（＝触媒正常時の推定上限値の積算値Ａ）が判定閾値ＴＨ２の一例として用いられている。したがって、図６中の積算値Ｃの例では、積算値Ｃが判定閾値ＴＨ２よりも大きくなるため、ＳＣＲ触媒１８が劣化していると判定される。なお、判定閾値ＴＨ２は、上記の例に代え、例えば、判定時期Ｔの到来中において触媒劣化時の推定下限値に対応する積算値Ｂが触媒正常時の推定上限値に対応する積算値Ａよりも大きいことを条件として、積算値Ｂよりも大きな他の値であってもよい。そして、判定閾値ＴＨ２は、本発明に係る「判定閾値」の一例に相当する。
【００５５】
２−６．判定装置（ＥＣＵ）の処理
図７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。
【００５６】
図７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（推定モデル）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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
次に、ＥＣＵ４０は、（実）ＮＨ３スリップ量の計測及び積算を実行する（ステップＳ１０８）。実ＮＨ３スリップ量の計測（算出）は、第３ＮＯｘセンサ３０を用いて計測される実ＮＨ３スリップ濃度に対して、エアフローセンサ３４に基づく空気量を乗算することにより行うことができる。
【００６２】
次に、ＥＣＵ４０は、上述の判定条件（触媒正常時の推定上限値＜触媒劣化時の推定下限値）が成立するか否か（換言すると、上述の判定時期Ｔが到来したか否か）を判定する（ステップＳ１１０）。その結果、ステップＳ１１０の判定結果が否定的である場合（つまり、図６に示す判定時期Ｔが到来していない場合）には、処理はステップＳ１１２に進む。
【００６３】
ステップＳ１１２では、ＥＣＵ４０は、ＯＢＤアクティブ添加開始後の経過時間が所定時間Ｘ（例えば、３００秒）未満であるか否かを判定する。その結果、この判定結果が肯定的である場合（経過時間＜Ｘ）には、処理はステップＳ１０８に戻り、実ＮＨ３スリップ量の計測及び積算が継続される。一方、当該判定結果が否定的である場合（つまり、ＯＢＤアクティブ添加の開始後に所定時間Ｘを経過しても判定条件が成立しない場合）には、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する（つまり、この場合には、誤判定の防止のために、劣化判定は行われない）。
【００６４】
一方、ＥＣＵ４０がステップＳ１１０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Ｔが到来している場合）には、処理はステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４では、ＥＣＵ４０は、実ＮＨ３スリップ量の計測及び積算を終了する。このようなステップＳ１０８、Ｓ１１０及びＳ１１４の処理によれば、ＯＢＤアクティブ添加の開始から判定条件が成立するまでの期間（上記の積算期間の一例）を対象として、実ＮＨ３スリップ量の積算が実行されることになる。
【００６５】
次に、ＥＣＵ４０は、実ＮＨ３スリップ量の積算値が上述の判定閾値ＴＨ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１６）。その結果、この判定結果が肯定的である場合（積算値≦判定閾値ＴＨ２）には、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１８が正常であると判定する（ステップＳ１１８）。一方、当該判定結果が否定的である場合（積算値＞判定閾値ＴＨ２）には、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１８が劣化していると判定する（ステップＳ１２０）。
【００６６】
３．効果
以上説明した本実施形態の劣化判定処理によれば、ＯＢＤアクティブ添加の開始からの所定の積算期間中の（実）ＮＨ３スリップ量の積算値が算出され、算出された積算値が判定閾値ＴＨ２よりも大きい場合に、ＳＣＲ触媒１８が劣化していると判定される。これにより、ＳＣＲ触媒１８の劣化度が高いためにＯＢＤアクティブ添加の開始直後にＮＨ３スリップが発現するような場合であっても、このＮＨ３スリップに基づく劣化判定を行えるようになる。このため、ＳＣＲ触媒１８の劣化度が高い場合であっても、劣化判定を精度良く行えるようになる。
【００６７】
付け加えると、本実施形態では、（実）ＮＨ３スリップ量の積算値の積算期間の一例は、ＯＢＤアクティブ添加開始から判定時期Ｔが到来するまで（図６に示す例では時点ｔ５まで）の期間である。判定時期Ｔは、既述したように、仮に検出目標の劣化度でＳＣＲ触媒１８が劣化していると仮定した場合に、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期間に相当する。そして、判定閾値ＴＨ２は、そのような判定時期Ｔの到来中に、触媒劣化時の推定下限値に対応する積算値Ｂ（＝触媒正常時の推定上限値に対応する積算値Ａ）と等しい値に設定されている。さらに、ＯＢＤアクティブ添加の開始後のＮＨ３スリップ量は、ＳＣＲ触媒１８の劣化度が高いほど増加する。したがって、当該積算期間中の（実）ＮＨ３スリップ量の積算値が判定閾値ＴＨ２よりも大きい場合に劣化判定を行うことにより、検出目標の劣化度よりも高い劣化度でＳＣＲ触媒１８が劣化していることを確実に判定できるようになる。
【符号の説明】
【００６８】
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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