(57)【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酸化機能を有する触媒と、
前記触媒よりも下流側の排気の温度を検出する下流側温度検出手段と、
前記触媒よりも上流側から排気中へ還元剤を添加する添加手段と、
を備えた内燃機関の触媒劣化検出装置において、
前記添加手段により還元剤が添加されており、且つ、前記内燃機関の減速中の前記下流側温度検出手段により検出される温度の低下幅又は加速中の前記下流側温度検出手段により検出される温度の上昇幅を算出する変化量算出手段と、
前記温度の低下幅又は上昇幅と前記触媒の劣化を示す閾値とを比較することで前記触媒の劣化を判定する判定手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項２】
前記低下幅は、加速中に前記下流側温度検出手段により検出される温度の最大値と、その加速から減速に転じたときの減速中の前記下流側温度検出手段により検出される温度と、の差であり、前記判定手段は、この差が閾値よりも大きくなると、前記触媒が劣化していると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項３】
前記上昇幅は、加速中に前記下流側温度検出手段により検出される温度の最大値と、その加速開始時に前記下流側温度検出手段により検出される温度と、の差であり、前記判定手段は、この差が閾値よりも大きくなると、前記触媒が劣化していると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項４】
前記判定手段は、前記内燃機関の加速後に減速されている期間が前記内燃機関の吸入空気量に基づいて決定される規定期間内のときに判定を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記内燃機関が加速されている期間が前記内燃機関の吸入空気量に基づいて決定される規定期間内のときに判定を行うことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項６】
前記触媒に劣化がないと仮定したときの該触媒の温度を推定する正常温度推定手段と、
前記触媒が劣化していると仮定したときの該触媒の温度を推定する異常温度推定手段と
、
を備え、
前記判定手段は、加速終了時における、前記異常温度推定手段により推定される温度と、前記正常温度推定手段により推定される温度と、の差が閾値以上のときに判定を行なうことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項７】
前記判定手段は、前記内燃機関の加速直前にアイドル運転が行なわれていたとき限り判定を行うことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項８】
前記判定手段は、前記内燃機関の加速中に、前記内燃機関の吸入空気量および前記触媒に流入する排気の温度が夫々規定の範囲内のとき限り判定を行うことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項９】
前記触媒よりも上流側の排気の温度を検出する上流側温度検出手段と、
前記下流側温度検出手段により検出される温度と、前記上流側温度検出手段により検出される温度と、の差から、還元剤添加時の前記触媒における発熱量の総量を算出する熱量算出手段と、
前記判定手段により判定される前記触媒の劣化の度合いに基づいて、前記添加手段が正常であると仮定した場合の還元剤添加時の前記触媒における発熱量の総量を推定する熱量推定手段と、
前記熱量算出手段により算出される発熱量の総量が、前記熱量推定手段により推定される発熱量の総量の所定範囲内の場合には前記添加手段は正常と判定し、前記熱量算出手段により算出される発熱量の総量が、前記熱量推定手段により推定される発熱量の総量の所定範囲外の場合には前記添加手段は異常であると判定する添加異常判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項１０】
内燃機関の排気通路に設けられ酸化機能を有する触媒よりも上流側から排気中へ還元剤を添加しているときであって、前記内燃機関の減速中の前記触媒よりも下流側の排気の温度の低下幅又は加速中の前記触媒よりも下流の排気の温度の上昇幅を算出する第１ステップと、
前記低下幅又は上昇幅を触媒の劣化を示す閾値と比較することで前記触媒の劣化を判定する第２ステップと、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出方法。
【請求項１１】
前記低下幅は、加速中の触媒よりも下流側の排気の温度の最大値と、その加速から減速に転じたときの減速中の触媒よりも下流側の排気の温度と、の差として算出され、前記第２ステップでは、この差が閾値よりも大きくなると、前記触媒が劣化していると判定することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の触媒劣化検出方法。
【請求項１２】
前記上昇幅は、加速中の触媒よりも下流側の排気の温度の最大値と、その加速開始時の触媒よりも下流側の排気の温度と、の差として算出され、前記第２ステップでは、この差が閾値よりも大きくなると、前記触媒が劣化していると判定することを特徴とする請求項１０または１１に記載の内燃機関の触媒劣化検出方法。
【請求項１３】
前記第２ステップでは、前記内燃機関の加速後の減速されている期間が前記内燃機関の吸入空気量に基づいて決定される規定期間内のときに判定を行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の内燃機関の触媒劣化検出方法。
【請求項１４】
前記触媒よりも下流側の排気の温度と、前記触媒よりも上流側の排気の温度と、の差から、還元剤添加時の前記触媒における発熱量の総量を算出する第３ステップと、
前記第２ステップにより判定される前記触媒の劣化の度合いに基づいて、還元剤の添加量が正常であると仮定した場合の還元剤添加時の前記触媒における発熱量の総量を推定する第４ステップと、
前記第３ステップにより算出される発熱量の総量が、前記第４ステップにより推定される発熱量の総量の所定範囲内の場合には還元剤の添加量は正常と判定し、前記第３ステップにより算出される発熱量の総量が、前記第４ステップにより推定される発熱量の総量の所定範囲外の場合には還元剤の添加量は異常であると判定する第５ステップと、
を含んで構成されることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載の内燃機関の触媒劣化検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の触媒劣化検出装置及び触媒劣化検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタの上流に配置される酸化触媒の劣化を、フィルタを再生するための未燃燃料の供給開始から所定時間経過後における酸化触媒へ流入する排気の温度と該酸化触媒から流出する排気の温度との差に基づいて判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
ところで、触媒の劣化は、上流側ほど早く進行する傾向にある。すなわち、触媒の劣化は、該触媒の上流側から下流側へ向かって進行する。ここで、触媒の劣化の度合いがまだ低いときには、劣化していない触媒と比較して、触媒よりも下流側の排気の温度が高くなることがある。【０００４】
ここで、劣化していない触媒では、上流側にて未燃燃料が反応して発熱する。そして、この熱が排気と共に下流側へ流れ、触媒の下流側に熱を与える。すなわち、触媒の上流側で未燃燃料が反応することにより、触媒の広い範囲に熱を与える。このため、触媒に多くの熱が与えられる。これにより、触媒全体の温度が上昇すると共に、触媒から流出する排気の温度は低くなる。【０００５】
一方、触媒の劣化の度合いが低い場合には、未燃燃料が主に下流側で反応する。この反応熱は、触媒の下流側に熱を与える。しかし、触媒の下流側で熱が発生しているため、触媒の上流側に与えられる熱は少ない。そうすると、劣化していない触媒と比較して、触媒から流出する排気が持つ熱がより多くなるため、触媒よりも下流側の排気の温度は一時的に高くなる。すなわち、触媒が多少劣化しているほうが、該触媒よりも下流側の排気の温度が高くなることがある。そして、劣化が更に進行すると、触媒の下流側においても未燃燃料が反応し難くなるため、劣化していない触媒と比較して、触媒よりも下流側の排気の温度は低くなる。【０００６】
このように、触媒が劣化している場合に該触媒よりも下流側の排気の温度が高くなったり低くなったりすることがあるため、従来のように触媒よりも上流側と下流側との温度差に基づいて触媒の劣化を判定すると、判定の精度が低くなる虞がある。【０００７】
また、従来では内燃機関の定常運転時に触媒の劣化判定をしていたが、定常運転時には、触媒の劣化の度合いが低い触媒と、劣化していない触媒と、で未燃燃料の反応量にあまり差がない。このため、定常運転時に触媒の劣化判定をしようとすると、未燃燃料の反応量に差が現れる限られた運転状態のときに劣化判定をしなければならない。このため、触媒の劣化判定の機会が少なくなるので、触媒の劣化判定に時間がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１２８１７０号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３６０６号公報
【特許文献３】特開２００９−１５６０４９号公報
【特許文献４】特開２００５−３０７７４５号公報
【特許文献５】特開２００７−３２７４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、触媒の劣化をより早期に且つより正確に検出する技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の触媒劣化検出装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の触媒劣化検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ酸化機能を有する触媒と、
前記触媒よりも下流側の排気の温度を検出する下流側温度検出手段と、
前記触媒よりも上流側から排気中へ還元剤を添加する添加手段と、
を備えた内燃機関の触媒劣化検出装置において、
前記添加手段により還元剤が添加されており且つ前記内燃機関の過渡運転が行なわれるときの、前記下流側温度検出手段により検出される温度の変化量と相関のある相関値を算出する相関値算出手段と、
前記相関値と前記触媒の劣化を示す閾値とを比較することで前記触媒の劣化を判定する判定手段と、
を具備することを特徴とする。【００１１】
添加手段により排気中へ還元剤が添加されると、還元剤は排気と共に触媒に流入する。そして、触媒にて還元剤が酸化されると発熱し、該触媒の温度が上昇する。また、触媒の温度が上昇すると共に、該触媒から流出する排気の温度も上昇する。このときの温度上昇量や温度上昇率は、触媒の劣化の影響を受ける。【００１２】
ところで、加速中には、排気の流量が多く、添加される還元剤量も多い。そして、添加された還元剤が触媒のどの部位で反応するのかは、触媒の劣化の度合いに応じて変わる。すなわち、劣化が生じていない正常な触媒では、還元剤は触媒の上流側の部位から反応するため、該上流側の部位で発熱が起こる。この熱は排気に持ちさられて、触媒の下流側の部位へ熱を与える。すなわち、触媒全体に熱を供給することになる。このため、触媒から流出する排気の温度は比較的低くなる。【００１３】
一方、触媒の劣化は上流側の部位ほど度合いが大きくなるため、劣化が進行すると、触媒の上流側の部位で還元剤が反応し難くなる。このため、劣化している触媒では、加速中に、還元剤は触媒の下流側の部位で反応する。ここで、触媒の下流側の部位で発熱が起こると、この熱は排気により触媒から持ち去られてしまう。このときには、触媒の温度は、主に触媒の下流側の部位で上昇し、上流側の部位ではあまり上昇しない。すなわち、触媒の劣化に応じて還元剤の反応部位が触媒の下流側へ移動し、その分、反応熱を受ける容積が小さくなる。そうすると、触媒の劣化に応じて、触媒から流出する排気が持つ熱が多くなるため、触媒よりも下流側の排気の温度は、触媒が正常な場合よりも劣化している場合のほうが高くなる。【００１４】
また、減速中には、添加される還元剤量も少ないか、全く添加されなくなる。そして、触媒が持つ熱が排気によって持ち去られるので、触媒の温度が低下すると共に、該触媒から流出する排気の温度も低下する。ここで、劣化が生じていない正常な触媒では、加速中に該触媒の全体に熱が供給されていたため、触媒全体に多くの熱が蓄えられている。このため、排気が触媒から熱を奪うとしても、該触媒の温度の下降率は低い。【００１５】
一方、触媒の劣化が進行すると、加速中に触媒の下流側の部位に熱が蓄えられるため、触媒全体に蓄えられている熱量が、正常な触媒よりも劣化している触媒のほうが少ない。このため、減速中に排気が触媒から熱を奪うときには、触媒が劣化しているほうが、該触媒の温度の下降率が高くなる。すなわち、減速時の触媒から流出する排気の温度の下降率は高くなり、且つ下降量は大きくなる。【００１６】
このように、触媒の劣化が進行するのに従って、該触媒よりも下流側の排気の温度は、加速時には高くなり、減速時には低くなる。このため、触媒よりも下流側の排気の温度を検出し、この温度の変化量と相関のある相関値を閾値と比較することにより、触媒が劣化しているか否か判定することができる。なお、比較は、例えば差または比を挙げることができる。このようにして、過渡運転中に触媒の劣化判定ができるため、劣化判定の機会を増やすことができる。【００１７】
本発明においては、前記相関値は、加速時に前記下流側温度検出手段により検出される温度の最大値と、その加速後に前記下流側温度検出手段により検出される温度と、の差であり、前記判定手段は、この差が閾値よりも大きくなると、前記触媒が劣化していると判定することができる。【００１８】
すなわち、触媒の劣化が進行するに従って加速後の温度の低下幅が大きくなるため、該低下幅が閾値以上となったときに触媒が劣化していると判定することができる。例えば、減速中に低下幅が閾値以上となった時点で触媒が劣化していると判定しても良いし、減速開始から規定時間経過後の低下幅が閾値以上となっていれば触媒が劣化していると判定しても良い。なお、閾値は、触媒が正常なときに検出される温度の低下幅の上限値である。【００１９】
また、前記相関値は、加速時に前記下流側温度検出手段により検出される温度の最大値と、その加速前に前記下流側温度検出手段により検出される温度と、の差としても良い。そして、前記判定手段は、この差が閾値よりも大きくなると、前記触媒が劣化していると判定しても良い。【００２０】
すなわち、触媒の劣化が進行するのに従って加速中の温度の上昇幅が大きくなるため、該上昇幅が閾値以上となったときに触媒が劣化していると判定することができる。例えば、加速中に上昇幅が閾値以上となった時点で触媒が劣化していると判定しても良いし、加速開始から規定時間経過後の上昇幅が閾値以上となっていれば触媒が劣化していると判定しても良い。このときの閾値は、触媒が正常なときに検出される温度の上昇幅の上限値である。【００２１】
また、前記相関値は、前記下流側温度検出手段により検出される温度の変化率としても良い。そして、前記判定手段は、この変化率が規定範囲外になると、前記触媒が劣化していると判定しても良い。変化率は、上昇率または下降率とすることもできる。【００２２】
すなわち、触媒の劣化が進行するに従って、加速中の温度の上昇率および減速中の温度の下降率が大きくなるため、上昇率または下降率が閾値以上となったときに触媒が劣化していると判定することができる。このときの閾値は、触媒が正常なときに検出される温度の上昇率または下降率の上限値である。また、例えば、加速中または減速中の温度の変化率が規定範囲外となった時点で触媒が劣化していると判定しても良いし、加速開始または減速開始から規定時間経過後の変化率が規定範囲外となっていれば触媒が劣化していると判定しても良い。なお、変化率は、単位時間あたりの変化量としても良く、規定期間の変化量としても良い。【００２３】
本発明においては、前記判定手段は、前記内燃機関の加速後に減速されている期間が前記内燃機関の吸入空気量に基づいて決定される規定期間内のときに判定を行うことができる。【００２４】
ここで、減速されているときには、排気により触媒から熱が奪われる。このため、減速されている期間が長いと、触媒が正常であるか否かにかかわらず該触媒の温度が低くなる。このため、減速開始から時間が経ち過ぎると、相関値と触媒の劣化の度合いとの関係が薄れてしまい、劣化判定の精度が低下する。このような場合には劣化判定を行わない。そして、吸入空気量が多くなるほど、触媒を通過する排気の量が多くなるため、触媒の温度低下量が大きくなる。つまり、吸入空気量と、触媒の温度の低下度合いと、は相関関係にある。したがって、内燃機関の吸入空気量に基づいて、劣化判定可能な時期を決定することができる。なお、規定期間とは、触媒が正常な場合と劣化している場合とで異なる相関値が検出される期間、または触媒の発熱部位に差が生じる期間とすることができる。【００２５】
本発明においては、前記判定手段は、前記内燃機関が加速されている期間が前記内燃機関の吸入空気量に基づいて決定される規定期間内のときに判定を行うことができる。【００２６】
ここで、加速されているときには、排気により触媒へ熱が与えられる。このため、加速されている期間が長いと、触媒が正常であるか否かにかかわらず該触媒の温度が高くなる。このため、加速開始から時間が経ち過ぎると、相関値と触媒の劣化の度合いとの関係が薄れてしまい、劣化判定の精度が低下する。このような場合には劣化判定を行わない。そして、吸入空気量が多くなるほど、触媒を通過する排気の量が多くなるため、触媒の温度上昇量が大きくなる。つまり、吸入空気量と、触媒の温度の上昇度合いと、は相関関係にある。したがって、内燃機関の吸入空気量に基づいて、劣化判定可能な時期を決定することができる。なお、規定期間とは、触媒が正常な場合と劣化している場合とで異なる相関値が検出される期間、または触媒の発熱部位に差が生じる期間とすることができる。また、規定期間は、内燃機関の吸入空気量と触媒よりも上流側の排気の温度との積の積算値が所定値以下となる期間であってもよい。すなわち、加速時には排気の温度が高いほど、触媒の温度が高くなるため、触媒が正常な場合と劣化している場合とで相関値の差が小さくなる。したがって、内燃機関の吸入空気量と触媒よりも上流側の排気の温度との積の積算値に基づいて規定期間を決定すれば、劣化判定の精度をより高めることができる。【００２７】
本発明においては、前記触媒に劣化がないと仮定したときの該触媒の温度を推定する正常温度推定手段と、
前記触媒が劣化していると仮定したときの該触媒の温度を推定する異常温度推定手段と、
を備え、
前記判定手段は、加速終了時における、前記異常温度推定手段により推定される温度と、前記正常温度推定手段により推定される温度と、の差が閾値以上のときに判定を行なうことができる。【００２８】
ここで、内燃機関の運転状態によっては、触媒が劣化していても触媒の上流側の部位から還元剤が反応することもあり、また、触媒が正常であっても触媒の下流側の部位から還元剤が反応することもある。すなわち、触媒が正常な場合と劣化している場合とで、相関値に差がなくなる場合もある。このような場合には劣化判定の精度が低くなる。これに対し、触媒が正常な場合と劣化している場合とで、相関値に差が生じる場合にのみ劣化判定を行えば、劣化判定の精度を高めることができる。そして、加速終了時に前記異常温度推定手段により推定される温度と、前記正常温度推定手段により推定される温度と、に十分な差があれば、相関値にも差が生じると考えられる。なお、触媒に劣化がないと仮定したときとは、触媒が正常のときであり、触媒が新品時のときとしても良い。また、触媒が劣化していると仮定したときとは、触媒の劣化の度合いが許容範囲を超えたときとしても良い。なお、「加速終了時」は、減速開始時としても良い。また、ここでいう閾値とは、触媒が正常な場合と劣化している場合とで異なる相関値が検出される温度差、または触媒の発熱部位に差が生じる温度差とすることができる。また、正常温度推定手段および異常温度推定手段は、触媒の上流側の部位の温度を推定しても良い。【００２９】
本発明においては、前記判定手段は、前記内燃機関の加速直前にアイドル運転が行なわれていたとき限り判定を行うことができる。アイドル状態から加速されると、加速時において、正常な触媒と劣化している触媒とで発熱部位に差が生じ易いので、劣化判定が容易になる。また、劣化判定の精度を高めることができる。【００３０】
本発明においては、前記判定手段は、前記内燃機関の加速中に、前記内燃機関の吸入空気量および前記触媒に流入する排気の温度が夫々規定の範囲内のとき限り判定を行うことができる。【００３１】
例えば、内燃機関の吸入空気量が多すぎると、排気の流量が多くなるため、正常な触媒であっても上流側の部位で発熱しない。また、内燃機関の吸入空気量が少なすぎると、排気の流量が少なくなるので、劣化した触媒であっても上流側の部位から発熱する。このように、内燃機関の吸入空気量は多すぎても、また少なすぎても、正常な触媒と劣化している触媒とで発熱部位に差が生じなくなる。また、触媒に流入する排気の温度が高すぎると、劣化した触媒であっても上流側の部位から発熱する。また、触媒に流入する排気の温度が低すぎると、正常な触媒であっても下流側の部位から発熱する。このように、触媒に流入する排気の温度が高すぎても、また、低すぎても、正常な触媒と劣化している触媒とで発熱部位に差が生じなくなる。これらに対し、内燃機関の吸入空気量および前記触媒に流入する排気の温度に夫々規定の範囲を設定し、この規定の範囲内のとき限り劣化判定を行う。これにより、触媒の劣化判定の精度を高めることができる。この規定の範囲は、正常な触媒と劣化している触媒とで発熱部位に差が生じる範囲とすることができる。【００３２】
本発明においては、前記触媒よりも上流側の排気の温度を検出する上流側温度検出手段と、
前記下流側温度検出手段により検出される温度と、前記上流側温度検出手段により検出される温度と、の差から、還元剤添加時の前記触媒における発熱量の総量を算出する熱量算出手段と、
前記判定手段により判定される前記触媒の劣化の度合いに基づいて、前記添加手段が正常であると仮定した場合の還元剤添加時の前記触媒における発熱量の総量を推定する熱量推定手段と、
前記熱量算出手段により算出される発熱量の総量が、前記熱量推定手段により推定される発熱量の総量の所定範囲内の場合には前記添加手段は正常と判定し、前記熱量算出手段により算出される発熱量の総量が、前記熱量推定手段により推定される発熱量の総量の所定範囲外の場合には前記添加手段は異常であると判定する添加異常判定手段と、
を備えることができる。【００３３】
ここで、添加手段から添加される還元剤量が減少した場合には、触媒における発熱量が減少する。また、触媒が劣化した場合にも、触媒における発熱量が減少する。すなわち、発熱量だけでは、触媒が劣化しているのか、還元剤量が減少しているのか判定できない。しかし、触媒が劣化した場合と添加手段からの還元剤の添加量が減少した場合とでは、前記相関値が異なるため、まず、触媒が劣化しているか否かを判定することができる。すなわち、触媒が劣化している場合には、下流側温度検出手段により検出される温度の変化量が大きくなるが、添加される還元剤量が減少した場合には、下流側温度検出手段により検出される温度の変化量が小さくなる。これらの違いにより、触媒が劣化しているか否か判定することができる。【００３４】
そして、触媒の劣化判定が完了すれば、添加手段から添加される還元剤量が減少したか否かは、発熱量に基づいて判定することができる。ただし、触媒の劣化の度合いが発熱量に影響を与えるため、還元剤量の減少を判定するときには、触媒の劣化による発熱量の減少分を考慮する。すなわち、熱量算出手段により算出される発熱量の総量は、還元剤添加時の実際の発熱量の総量とすれば、この発熱量の総量は、触媒の劣化の度合いに応じて少なくなっている。そして、熱量推定手段は、触媒の劣化の度合いに基づいて、発熱量の総量を推定する。この発熱量の総量は、添加手段が正常であると仮定した場合の発熱量の総量である。すなわち、触媒の劣化の度合いの影響を考慮した発熱量の総量である。この熱量推定手段により推定される発熱量の総量よりも、実際の発熱量の総量がある程度低くなっていれば、添加手段は異常であると判定される。発熱量の総量がどの程度低くなったときに異常とするのかは、規制値などにより決定される。すなわち、所定範囲とは、添加手段が正常といえる範囲である。【００３５】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の触媒劣化検出方法は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の触媒劣化検出方法は、
内燃機関の排気通路に設けられ酸化機能を有する触媒よりも上流側から排気中へ還元剤を添加しているときであって前記内燃機関の過渡運転が行なわれるときの前記触媒よりも下流側の排気の温度の変化量と相関のある相関値を算出する第１ステップと、
前記相関値を触媒の劣化を示す閾値と比較することで前記触媒の劣化を判定する第２ステップと、
を含んで構成されることを特徴とする。【００３６】
前記相関値は、加速時の触媒よりも下流側の排気の温度の最大値と、その加速後の触媒よりも下流側の排気の温度と、の差として算出され、前記第２ステップでは、この差が閾値よりも大きくなると、前記触媒が劣化していると判定することができる。【００３７】
前記第２ステップでは、前記内燃機関の加速後の減速されている期間が前記内燃機関の吸入空気量に基づいて決定される規定期間内のときに判定を行うことができる。【００３８】
前記触媒よりも下流側の排気の温度と、前記触媒よりも上流側の排気の温度と、の差から、還元剤添加時の前記触媒における発熱量の総量を算出する第３ステップと、
前記第２ステップにより判定される前記触媒の劣化の度合いに基づいて、還元剤の添加量が正常であると仮定した場合の還元剤添加時の前記触媒における発熱量の総量を推定する第４ステップと、
前記第３ステップにより算出される発熱量の総量が、前記第４ステップにより推定される発熱量の総量の所定範囲内の場合には還元剤の添加量は正常と判定し、前記第３ステップにより算出される発熱量の総量が、前記第４ステップにより推定される発熱量の総量の所定範囲外の場合には還元剤の添加量は異常であると判定する第５ステップと、
を含んで構成されてもよい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、触媒の劣化をより早期に且つより正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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】触媒よりも下流側の排気の温度の推移を示したタイムチャートである。
【図３】触媒の温度と、触媒よりも下流側の排気の温度と、の推移を示したタイムチャートである。
【図４】加速時における触媒の温度分布を表した図である。
【図５】触媒よりも下流側の排気の温度と、触媒の上流端から３５ｍｍ下流側の温度と、の推移を示したタイムチャートである。
【図６】実施例１に係る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。
【図７】加速時の触媒の温度の最大値から減速時の触媒の温度の最小値を減じた値である温度変化幅を示した図である。
【図８】モード走行時にフィルタの再生をしたときの排気の温度の推移を示した図である。
【図９】触媒の発熱割合を示した図である。
【図１０】定常運転時における触媒へ流入する排気の温度と触媒における浄化率との関係を示した図である。
【図１１】実施例２に係る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。
【図１２】触媒の劣化の度合いと検出パラメータとの関係を示した図である。
【図１３】添加弁から添加される還元剤量の減少の度合いと検出パラメータとの関係を示した図である。
【図１４】排気温度の推移と発熱量の総量との関係を示す図である。
【図１５】触媒の劣化の度合いと検出パラメータとの関係を示した図である。
【図１６】添加弁から添加される還元剤量の減少の度合いと発熱量の総量との関係を示した図である。
【図１７】実施例３に係る触媒及び添加弁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】
【００４１】
以下、本発明に係る内燃機関の触媒劣化検出装置及び触媒劣化検出方法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】
【００４２】
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つの気筒を有するディーゼル機関である。なお、本実施例及びこれ以降の実施例は、ガソリン機関であっても適用できる。【００４３】
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、触媒３が設けられている。触媒３は、還元剤を酸化させる機能を有する触媒であれば良く、例えば酸化触媒、三元触媒、またはＮＯx触媒である。なお、本実施例においては触媒３が、本発明における酸化機能を有する触媒に相当する。【００４４】
また、触媒３よりも上流の排気通路２には、排気中に還元剤として燃料（軽油）を噴射する添加弁４が取り付けられている。添加弁４は、後述するＥＣＵ１０からの信号により開弁して排気中へ燃料を噴射する。なお、本実施例においては添加弁４が、本発明における添加手段に相当する。【００４５】
添加弁４よりも下流で且つ触媒３よりも上流の排気通路２には、排気の温度を測定する上流側温度センサ５が取り付けられている。また、触媒３よりも下流の排気通路２には排気の温度を測定する下流側温度センサ６が取り付けられている。上流側温度センサ５は、触媒３へ流入する排気の温度を測定する。また、下流側温度センサ６は、触媒３から流出する排気の温度を測定する。なお、本実施例においては下流側温度センサ６が、本発明における下流側温度検出手段に相当する。また、本実施例においては上流側温度センサ５が、本発明における上流側温度検出手段に相当する。【００４６】
下流側温度センサ６よりも下流の排気通路２には、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ７が設けられている。【００４７】
また、内燃機関１には、吸気通路８が接続されている。吸気通路８には、該吸気通路８内を流通する空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ９が設けられている。このエアフローメータ９により、内燃機関１の吸入空気量が測定される。【００４８】
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。【００４９】
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。一方、ＥＣＵ１０には、添加弁４が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により添加弁４の開閉時期が制御される。【００５０】
そして、ＥＣＵ１０は、フィルタ７に捕集されているＰＭ量が閾値に達すると、添加弁４から触媒３へ還元剤を供給して排気の温度を上昇させる。これにより、フィルタ７の温度を上昇させることができるので、ＰＭを酸化させてフィルタ７から除去することができる。このように添加弁４から触媒３へ還元剤を供給することで、フィルタ７の再生を行なう。そして、本実施例では、フィルタ７の再生時で且つ内燃機関１の過渡運転時に下流側温度センサ６で測定される排気の温度の変化量に基づいて触媒３の劣化判定を実施する。【００５１】
図２は、触媒３よりも下流側の排気の温度の推移を示したタイムチャートである。実線は触媒が劣化していない正常の場合を示しており、一点鎖線は触媒が劣化している場合を示している。その他の条件は、実線と一点鎖線とで同じである。加速時には、触媒３よりも下流側の排気の温度は上昇する。また、減速時には内燃機関１の燃焼室への燃料の供給が停止され、且つ、添加弁４からの燃料添加も停止されるため、触媒３よりも下流側の排気の温度は下降する。このため、図２に示されるように、排気の温度は加速および減速に応じて変化する。このときの温度の最大値と最小値とに着目すると、温度の最大値は、劣化している触媒のほうが正常の触媒よりも大きい。また、温度の最小値は、劣化している触媒のほうが正常の触媒よりも小さい。すなわち、温度の最大値と最小値との差は、劣化している触媒のほうが正常の触媒よりも大きい。これは、以下の現象によるものと考えられる。【００５２】
図３は、触媒３の温度と、触媒３よりも下流側の排気の温度と、の推移を示したタイムチャートである。触媒３よりも下流側の排気の温度においては、実線は触媒３が正常の場合を示しており、一点鎖線は触媒３が劣化している場合を示している。また、触媒３の温度は、触媒３の内部の温度を示している。そして、触媒３の温度においては、実線は触媒３が正常の場合の触媒３の下流側の部位の温度を示しており、一点鎖線は触媒３が劣化している場合の触媒３の下流側の部位の温度を示しており、二点鎖線は触媒３が正常の場合の触媒３の中心部の温度を示しており、破線は触媒３が劣化している場合の触媒３の中心部の温度を示している。【００５３】
また、図４は、加速時における触媒３の温度分布を表した図である。この図４は、触媒３の上流側から下流側に亘り、触媒３の中心軸線上の温度を測定したものである。「各部位で発熱する割合」とは、各部位での発熱量を、触媒３における発熱量の総量で除した値である。実線は触媒３が正常の場合を示しており、一点鎖線は触媒３が劣化している場合を示している。なお、図４に示すＸが図３における中心部に相当し、図４に示すＹが図３における下流側の部位に相当する。【００５４】
ここで、内燃機関１の加速時には、触媒３の劣化の度合いが大きくなるに従って、還元剤が反応する部位が該触媒３の下流側に移動する。これにより、触媒３の上流側の部位の温度は該触媒３の劣化の進行と共に低くなる。また、還元剤の反応により発生する熱は排気と共に触媒３の下流側の部位へ移動するので、劣化の進行により触媒３の下流側の部位の温度が上昇する。すなわち、触媒３が正常な場合には、還元剤が上流側の部位で反応するため、該上流側の部位の温度が上昇すると共に、排気の流通により下流側の部位に熱が供給されるため、下流側の部位の温度も上昇する。このため、触媒３の全体の温度が上昇する。このときには、上流側から下流側に向かうに従って、触媒３の温度は低下する。【００５５】
一方、触媒３が劣化している場合には、還元剤が下流側の部位で反応するため、上流側の部位の温度はあまり上昇しない。また、触媒３の下流側の部位で熱が発生するため、排気に供給された熱は、再び触媒３に与えられることなく該触媒３から流出する。このように、劣化が進行するほど、触媒３に与える熱が少なくなるので、該触媒３から流出する排気の温度が高くなる。これは、劣化が進行するに従って、触媒が熱を受ける容積（熱容量）が小さくなるともいえる。【００５６】
また、内燃機関１の減速時には、加速時に触媒３に蓄えられた熱が、温度の低い排気に移動する。これにより、触媒３の温度が下降する。このときに、触媒３が劣化していると、該触媒３の上流側の部位にはあまり熱が蓄えられていないため、熱を蓄えている量が正常な触媒と比較して少ない。このため、触媒３の温度の下降度合いが大きくなる。したがって、触媒３よりも下流側の排気の温度の下降度合いも大きくなる。【００５７】
図５は、触媒３よりも下流側の排気の温度と、触媒３の上流端から３５ｍｍ下流側の温度と、の推移を示したタイムチャートである。実線は触媒３が正常の場合を示しており、一点鎖線は触媒３が劣化している場合を示している。図５は、十分に長い定常運転の後、アイドル運転に移行し、その後に加速運転が行われ、さらにその後にアイドル運転に移行した場合を示している。図５において「加速」で示される期間では、加速運転が行われた後に減速運転が行われている。なお、「触媒３の上流端から３５ｍｍ下流側の温度」は、触媒３の上流側の部位の代表温度を示している。
【００５８】
劣化した触媒３は、正常の触媒３と比較して、加速時の触媒３よりも下流側の排気の温度の最大値が大きくなる。一方、劣化した触媒３は、正常の触媒３と比較して、アイドル時には、触媒３よりも下流側の排気の温度の最小値が小さくなる。また、劣化した触媒３では、発熱部位が下流側へ移動するため、正常の触媒３と比較して、触媒の上流端から３５ｍｍ下流側の温度が低くなる。これは、加速時において、より顕著となる。【００５９】
このように、触媒３の劣化の度合いに応じて、触媒３の発熱部位が下流側に移動し、これにより触媒３よりも下流側の排気の温度が変化する。この現象を利用すれば、触媒３よりも下流側の排気の温度に基づいて、触媒３の劣化の度合いを判定することができる。一般に、触媒３における発熱部位を特定するためには、センサなどを追加する必要があるが、本実施例によれば既存の下流側温度センサ６を用いることで発熱部位を特定することができる。【００６０】
そして、加速時の触媒３よりも下流側の排気の温度の最大値と、減速時の触媒３よりも下流側の排気の温度の最小値と、の差（温度変化幅）を求める。この温度変化幅が、閾値以下であれば、触媒３は正常であると判定し、閾値よりも大きければ、触媒３は劣化していると判定する。【００６１】
図６は、本実施例に係る触媒３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時間毎にＥＣＵ１０により実行される。【００６２】
ステップＳ１０１では、フィルタ７の再生中であるか否か判定される。すなわち、添加弁４から還元剤が供給される状態であるか否か判定される。本ステップでは、触媒３の劣化判定を行うための前提条件が成立しているか否か判定している。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、触媒３の劣化判定を行うことができないため本ルーチンを終了させる。【００６３】
ステップＳ１０２では、加速条件が成立しているか否か判定される。加速条件は、加速前の条件と、加速中の条件とに分かれる。そして、加速前の条件と、加速中の条件と、が共に成立しているときに、加速条件が成立していると判定される。【００６４】
まず、触媒３が正常であるか否かに関わらず触媒３の上流側の部位で発熱が起こっていることを加速前の条件とする。具体的には、触媒３を通過する排気の量が規定値以下で、且つ触媒３に流入する排気の温度が規定値以下であることを加速前の条件とする。【００６５】
ここで、加速前に触媒３の上流側の部位で発熱していれば、加速時に、正常の触媒３と、劣化している触媒３と、で温度変化幅に差が出やすくなる。すなわち、劣化判定が容易になる。このため、触媒３を通過する排気の量が規定値以下であることを条件の１つとする。この規定値は、劣化している触媒３であっても、上流側の部位から還元剤が反応する排気の量であり、例えば１０ｇ／ｓである。そして、触媒３を通過する排気の量が多いと該触媒３の上流側の部位で還元剤が反応し難くなるために該触媒３の劣化判定が困難となるので、このような場合には劣化判定を行わない。【００６６】
また、例えば触媒３に流入する排気の温度が規定値以下であることを条件の１つとする。すなわち、触媒３の温度が低い状態から加速したほうが、正常の触媒３と、劣化している触媒３と、で温度変化幅に差が出やすくなる。この規定値は、例えば２４０℃である。なお、触媒３を通過する排気の量および排気の温度を測定または推定してこれらの条件が成立しているか否か判定しても良いが、例えばアイドル運転中にはこれらの条件が成立する可能性が高いため、加速前にアイドル運転が行なわれていたことを加速前の条件としても良い。【００６７】
次に、正常の触媒３であれば上流側の部位から温度が上昇し、劣化している触媒３であれば下流側の部位から温度が上昇する状態であることを加速中の条件とする。具体的には、触媒３を通過する排気の量が規定の範囲内で、且つ触媒３に流入する排気の温度が規定の範囲内であることを加速中の条件とする。【００６８】
すなわち、触媒３が劣化している場合の発熱部位が下流側となり、触媒３が正常な場合の発熱部位が上流側となるような排気の量となっているか否か判定される。ここで、触媒３を通過する排気の量が少なすぎると、劣化している触媒３であっても上流側の部位から発熱してしまうため、劣化判定が困難になる。また、触媒３を通過する排気の量が多すぎると、正常の触媒３であっても下流側の部位で発熱してしまうため、劣化判定が困難になる。したがって、例えば触媒３を通過する排気の量が規定の範囲内であることを条件の１つとする。この規定の範囲は、予め実験等により求めておく。なお、触媒３を通過するガス量は、吸入空気量と相関関係にあるため、吸入空気量に基づいて判定してもよい。【００６９】
また、触媒３が劣化している場合の発熱部位が下流側となり、触媒３が正常な場合の発熱部位が上流側となるような排気の温度となっているか否か判定される。すなわち、触媒３に流入する排気の温度が低すぎると、触媒３が正常であっても触媒３の温度が上昇し難くなるので劣化判定が困難となる。また、触媒３に流入する排気の温度が高すぎると、触媒３が劣化していても上流側の部位から発熱してしまい劣化判定が困難となる。したがって、例えば触媒３に流入する排気の温度が規定の範囲内であることを条件の１つとする。この規定の範囲は、予め実験等により求めておく。なお、触媒３に流入する排気の温度は、上流側温度センサ５により検出される温度である。【００７０】
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、触媒３の劣化判定を行うことができないため本ルーチンを終了させる。【００７１】
ステップＳ１０３では、下流側温度センサ６により検出される温度の最大値ＴＭＡＸが算出される。この最大値ＴＭＡＸは、加速開始時から減速開始時までの間に下流側温度センサ６により検出される温度の最大値である。なお、加速終了時（減速開始時としてもよい）に下流側温度センサ６により検出される温度を最大値ＴＭＡＸとしてもよい。【００７２】
ステップＳ１０４では、減速条件が成立しているか否か判定される。すなわち、触媒３の温度が下降し得る状態であるか否か判定される。例えば、内燃機関１の燃焼室への燃料の供給が停止している場合に減速条件が成立していると判定される。また、例えば、アクセル開度センサ１２により得られるアクセルペダル１１の踏み込み量が規定値以下の場合に、減速条件が成立していると判定される。また、例えば、触媒３を通過する排気の量が規定値以下で且つ添加弁４から添加される還元剤量が規定値以下の場合に減速条件が成立していると判定される。これらの規定値は、減速が開始されたときの値として実験等により求めても良い。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進む。【００７３】
ステップＳ１０５では、下流側温度センサ６により検出される温度の最小値ＴＭＩＮが算出される。この最小値ＴＭＩＮは、減速中または減速後のアイドル中に下流側温度センサ６により検出される温度の最小値である。なお、減速開始から規定時間経過後に下流側温度センサ６により検出される温度としてもよい。この規定時間は、正常触媒と劣化触媒とで減速時に下流側温度センサ６により検出される温度の下降量に差が生じる時間として予め実験等により求められる。【００７４】
ステップＳ１０６では、温度の最大値ＴＭＡＸと最小値ＴＭＩＮとの差（温度変化幅）が閾値以下であるか否か判定される。この閾値は、触媒３が正常の範囲内のときの温度変化幅の上限値として予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶しておく。なお、本実施例においては最大値ＴＭＡＸと最小値ＴＭＩＮとの差を算出するＥＣＵ１０が、本発明における変化量算出手段に相当する。また、本実施例では最大値ＴＭＡＸと最小値ＴＭＩＮとの差を算出する処理が、本発明における第１ステップに相当する。また、本実施例においては温度の最大値ＴＭＡＸと最小値ＴＭＩＮとの差が閾値以下であるか否か判定するＥＣＵ１０が、本発明における判定手段に相当する。また、本実施例においては温度の最大値ＴＭＡＸと最小値ＴＭＩＮとの差が閾値以下であるか否か判定するＥＣＵ１０が、本発明における判定手段に相当する。また、本実施例においては温度の最大値ＴＭＡＸと最小値ＴＭＩＮとの差が閾値以下であるか否か判定する処理が、本発明における第２ステップに相当する。【００７５】
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、触媒３は正常であると判定される。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、触媒３は劣化していると判定される。【００７６】
また、ステップＳ１０９では、有効期間内であるか否か判定される。有効期間とは、触媒３の劣化判定を行うことができる期間である。すなわち、加速している期間が長くなると、触媒３が正常であるか否かに関わらず、該触媒３の上流側の部位の温度が高くなるため、触媒３の劣化判定の精度が低下してしまう。このような場合には、触媒３の劣化判定を中止する。すなわち、有効期間内に触媒３の劣化判定を行う。例えば、ステップＳ１０２で肯定判定がなされてから、触媒３へ流入する排気の量に該触媒３へ流入する排気の温度を乗じた値を積算し、この積算値が規定値以下の場合には、有効期間内であると判定される。排気の量は吸入空気量と相関関係にあるため、吸入空気量を用いて判定しても良い。また、触媒３に流入するエネルギ量の積算値が所定値以下のときに有効期間内であるとしても良い。また、例えば、ステップＳ１０２で肯定判定がなされてから、内燃機関１の吸入空気量を積算し、この積算値が規定値以下の場合には、有効期間内であると判定される。すなわち、触媒３の温度の上昇度合いと相関関係にあるパラメータを用いて判定すれば良い。ステップＳ１０９で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ戻り、否定判定がなされた場合には触媒３の劣化判定を行うことができないため本ルーチンを終了させる。【００７７】
このように、加速時の触媒３から流出する排気の温度の最大値と、その後の最小値との差に基づいて、触媒３の劣化判定を行うことができる。すなわち、過渡運転時における下流側温度センサ６の出力値に基づいて触媒３の劣化判定を行うことができる。【００７８】
ここで、図７は、加速時の触媒３の温度の最大値から減速時の触媒３の温度の最小値を減じた値である温度変化幅を示した図である。ＬＡ＃４モード及びＥＵｔｙｐｅ１モードで夫々測定した結果である。正常触媒は浄化能力が正常といえる範囲にある触媒であり、例えば８００℃で１０時間加熱した触媒である。クライテリア触媒は、従来では正常といえる範囲にあったが、本実施例では劣化触媒として判定する触媒であって、浄化能力が正常といえる範囲を超えたばかりの触媒である。このクライテリア触媒は、例えば９００℃で２０時間加熱した触媒である。劣化触媒は、従来においても正常の範囲を超えている触媒であり、例えば９００℃で８７時間加熱した触媒である。劣化の度合いが小さいクライテリア触媒であっても、正常触媒と温度変化幅が大きく異なるため、該温度変化幅を用いれば容易に劣化判定を行うことができる。【００７９】
一方、図８は、モード走行時にフィルタ７の再生をしたときの排気の温度の推移を示した図である。「正常触媒」、「クライテリア触媒」、「劣化触媒」は、夫々の触媒から流出する排気の温度を示している。これは、下流側温度センサ６により測定される温度としても良い。また、「上流側」は、触媒に流入する排気の温度であり、上流側温度センサ５により測定される温度としても良い。この上流側の排気の温度は、触媒の劣化の度合いに影響を受けない。図８を見れば分かるように、触媒から流出する排気の温度を比較した場合には、正常触媒と劣化触媒との差は大きいが、正常触媒とクライテリア触媒との差は小さい。従って、触媒３よりも下流側の排気の温度を単に比較するだけでは、正常触媒とクライテリア触媒とを判別することは困難である。【００８０】
また、図９は、触媒の発熱割合を示した図である。発熱割合とは、要求発熱量に対する実発熱量の割合である。要求発熱量は、添加される還元剤量から求まる値であって、添加された還元剤が全て触媒で反応したときの発熱量である。また、実発熱量は、触媒よりも下流側の排気の温度と上流側の排気の温度との差に基づいて算出される発熱量である。「下限」は、正常触媒の発熱割合であって、ばらつきを考慮したときの下限値である。「上限値」は、劣化触媒の発熱割合であって、バラつきを考慮したときの上限値である。正常触媒の下限値よりも、劣化触媒の上限値のほうが大きいため、発熱割合を用いて正常触媒と劣化触媒とは区別することができる。しかし、正常触媒の発熱割合の下限値よりもクライテリア触媒の発熱割合のほうが大きいこともあるため、発熱割合を用いて正常触媒とクライテリア触媒とを区別することは困難である。従って、触媒３から流出する排気の温度と、触媒３へ流入する排気の温度との差や、還元剤添加時の発熱量を単に比較するだけでは、正常触媒とクライテリア触媒とを区別することは困難である。【００８１】
また、図１０は、定常運転時における触媒３へ流入する排気の温度と触媒３における浄化率との関係を示した図である。浄化率は、触媒に流入する還元剤量に対して、触媒で反応する還元剤量の比率を示している。触媒で反応する還元剤量は、触媒に流入する還元剤量と、触媒から流出する還元剤量と、の差としても良い。これらは、センサにより検出することができる。図１０を見れば分かるように、殆どの温度で、正常触媒と劣化触媒との浄化率の差は大きいが、正常触媒とクライテリア触媒との浄化率の差は小さい。また、例えば２００℃付近では、正常触媒とクライテリア触媒との浄化率の差が大きくなるが、走行中にこの温度を維持することは困難であり、劣化判定可能な運転領域は限られる。【００８２】
このように、触媒３よりも下流の排気の温度のみ、触媒３の発熱割合、または触媒３における浄化率を用いても、正常触媒とクライテリア触媒とを区別することは困難である。これに対し、本実施例では温度変化幅を用いることで、過渡運転時において触媒の劣化判定を行うことができる。また、触媒３の劣化の度合いが低い場合であっても、劣化判定が可能であるため、より早い時期に触媒３の劣化を検出することができる。また、過渡運転時に劣化判定を行うことができるため、劣化判定の機会をより多くすることができる。【００８３】
なお、本実施例では、フィルタ７の再生時に触媒３の劣化判定を行っているが、触媒３へ還元剤が添加されていれば、他の時期に触媒３の劣化判定を行うこともできる。例えば、触媒３よりも下流側に設けられる他の触媒の温度を上昇させるために還元剤を添加している場合であっても良い。また、ＮＯx触媒の硫黄被毒を回復するため、または排気中のＮＯxを還元するために還元剤を添加している場合であっても良い。また、本実施例では、添加弁４により還元剤を供給しているが、内燃機関１の燃焼室から未燃燃料を排出させても良い。また、還元剤は間欠的に添加されていても良い。すなわち、還元剤を添加する制御を行っている最中であればよい。還元剤には燃料以外のものを用いることもできる。【００８４】
また、本実施例では、触媒３よりも下流側の排気の温度に基づいて触媒３の劣化判定を行っているが、これに代えて、触媒３の下流側の部位の温度を直接検出して触媒３の劣化判定を行なっても良い。【００８５】
また、本実施例では、触媒３よりも下流側の排気の温度の最小値を用いて劣化判定を行っているが、減速中に算出される温度変化幅が閾値を超えた場合には、触媒３が劣化していると判定しても良い。すなわち、触媒３よりも下流側の排気の温度が最小値に達しなくても、その途中で劣化判定を行うこともできる。【００８６】
また、本実施例では、温度変化幅に基づいて触媒３の劣化判定をしているが、これに代えて、下流側温度センサ６により検出される温度の変化量と相関のある他の相関値に基づいて触媒３の劣化判定を行うこともできる。すなわち、触媒３の劣化に応じて発熱部位が下流側に移動する現象を表す他の値を用いて劣化判定を行うこともできる。【００８７】
例えば、加速から減速に転じた後における触媒３よりも下流側の排気の温度の変化率に基づいて触媒３の劣化判定を行うことができる。上述のように減速時には、触媒３の熱を排気が持ち去るため、該触媒３の温度が低下し、これにより、触媒３よりも下流側の排気の温度が低下する。そして、触媒３の劣化の度合いが大きいほど、触媒３に蓄えられている熱が少なくなるので、触媒３の温度の下降の度合いが大きくなる。すなわち、触媒３よりも下流側の排気の温度の下降率は触媒３の劣化度合いに応じて大きくなる。したがって、例えば下流側温度センサ６により測定される温度の下降率が閾値よりも大きければ、該触媒３が劣化していると判定される。このような判定を行う場合には、上述の図６のフローのステップＳ１０６の処理に代えて、「温度の最大値ＴＭＡＸと最小値ＴＭＩＮとの差（温度変化幅）」を「温度の最大値ＴＭＡＸが算出されてから最小値ＴＭＩＮが算出されるまでの時間」で除した値を温度の下降率とし、この下降率が閾値以下であるか否か判定する。この閾値は、触媒３が正常の範囲の上限値として予め実験等により求めておく。また、ステップＳ１０４で肯定判定がなされてからステップＳ１０５で温度の最小値ＴＭＩＮが算出されるまでの間の任意の時期における単位時間あたりの温度の下降量を下降率として算出してもよい。この場合、ステップＳ１０３の処理は必要ない。このように温度の下降率に基づいて触媒３の劣化判定を行う場合には、温度の下降率を算出するＥＣＵ１０が、本発明における変化量算出手段に相当する。また、温度の下降率を算出する処理が、本発明における第１ステップに相当する。また、温度の下降率が閾値以下であるか否か判定するＥＣＵ１０が、本発明における判定手段に相当する。また、温度の下降率が閾値以下であるか否か判定する処理が、本発明における第２ステップに相当する。【００８８】
また、加速時の触媒３の温度の最大値から、その前のアイドルまたは減速時の触媒３の温度の最小値を減じた値を温度変化幅として用いて触媒３の劣化判定をしてもよい。ここで、内燃機関１の加速時には、上述のように、触媒３よりも下流側の排気の温度が、該触媒３の劣化の進行と共に高くなる。すなわち、下流側温度センサ６により測定される温度の上昇量及び上昇率が高くなる。このため、例えば加速時の触媒３の温度の最大値から、加速開始前の触媒３よりも下流側の排気の温度の最小値を減じた値である温度変化幅が閾値よりも大きければ、触媒３が劣化していると判定することができる。このような判定を行う場合には、上述の図６のフローのステップＳ１０３において、下流側温度センサ６により検出される温度の最大値ＴＭＡＸが算出されると共に、加速開始前の下流側温度センサ６により検出される温度の最小値ＴＭＩＮが算出される。この温度の最小値ＴＭＩＮは、ステップＳ１０２で肯定判定がなされたときに下流側温度センサ６により検出される温度としてもよい。また、ステップＳ１０３にて温度の最小値ＴＭＩＮが算出されるので、ステップＳ１０５の処理は必要ない。そして、ステップＳ１０６では、温度の最大値ＴＭＡＸと最小値ＴＭＩＮとの差（温度変化幅）が閾値以下であるか否か判定される。この閾値は、触媒３が正常の範囲内のときの温度変化幅の上限値として予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶しておく。【００８９】
また、加速中に下流側温度センサ６により測定される温度の上昇率が閾値よりも大きければ、該触媒３が劣化していると判定しても良い。このような判定を行う場合には、上述の図６のフローのステップＳ１０３において、下流側温度センサ６により検出される温度の最大値ＴＭＡＸが算出されると共に、加速開始前の下流側温度センサ６により検出される温度の最小値ＴＭＩＮが算出される。この温度の最小値ＴＭＩＮは、ステップＳ１０２で肯定判定がなされたときに下流側温度センサ６により検出される温度としてもよい。また、ステップＳ１０３にて温度の最小値ＴＭＩＮが算出されるので、ステップＳ１０５の処理は必要ない。そして、上述のステップＳ１０６の処理に代えて、「温度の最大値ＴＭＡＸと最小値ＴＭＩＮとの差（温度変化幅）」を「温度の最小値ＴＭＩＮが算出されてから最大値ＴＭＡＸが算出されるまでの時間」で除した値を温度の上昇率とし、この上昇率が閾値以下であるか否か判定する。この閾値は、触媒３が正常の範囲の上限値として予め実験等により求めておく。また、ステップＳ１０２で肯定判定がなされてからステップＳ１０４で肯定判定がなされるまでの間の任意の時期における単位時間あたりの温度の上昇量を上昇率として算出してもよい。この場合、ステップＳ１０３の処理は必要ない。このように温度の上昇率に基づいて触媒３の劣化判定を行う場合には、温度の上昇率を算出するＥＣＵ１０が、本発明における変化量算出手段に相当する。また、温度の上昇率を算出する処理が、本発明における第１ステップに相当する。また、温度の上昇率が閾値以下であるか否か判定するＥＣＵ１０が、本発明における判定手段に相当する。また、温度の上昇率が閾値以下であるか否か判定する処理が、本発明における第２ステップに相当する。【００９０】
また、触媒３よりも下流側の排気の温度の下降率または上昇率は、所定の期間の温度の変化量としても良い。この所定期間は、温度の最大値と最小値とを得るのにかかる期間よりも短いため、劣化判定を行う機会をより多くすることができる。温度の変化量は、温度が上昇している場合には正の値となり、温度が下降している場合には負の値となる。下流側温度センサ６により検出される温度の変化率が規定範囲外になると、触媒３が劣化していると判定しても良い。このような判定を行う場合には、たとえば、上述の図６のフローのステップＳ１０３の処理に代えて、加速中の温度の変化率を算出する。この場合、ステップＳ１０５の処理は行なわなくてもよい。また、ステップＳ１０５の処理に代えて、減速中の温度の変化率を算出してもよい。この場合、ステップＳ１０３の処理は行なわなくてもよい。そして、ステップＳ１０６の処理に代えて、温度の変化率が規定範囲内であるか否か判定する。この規定範囲は触媒３が正常の範囲のときの変化率の範囲として予め実験等により求めておく。このように温度の変化率に基づいて触媒３の劣化判定を行う場合には、温度の変化率を算出するＥＣＵ１０が、本発明における変化量算出手段に相当する。また、温度の変化率を算出する処理が、本発明における第１ステップに相当する。また、温度の変化率が閾値以下であるか否か判定するＥＣＵ１０が、本発明における判定手段に相当する。また、温度の変化率が閾値以下であるか否か判定する処理が、本発明における第２ステップに相当する。
【実施例２】
【００９１】
本実施例２は、触媒３の劣化判定を行うときの前提条件が実施例１と相違する。その他の装置などは実施例１と同じため説明を省略する。本実施例では、正確な劣化判定に必要となる温度変化幅が生じる状態の場合に限り劣化判定を行う。すなわち、内燃機関１の運転状態によっては触媒３が正常であるか否かにかかわらず、温度変化幅が同程度になる場合もある。このような場合に触媒３の劣化判定を行っても、正確な判定は期待できない。そこで、触媒３が正常である場合と劣化している場合とで温度変化幅に差が生じる場合に限り、触媒３の劣化判定を行う。【００９２】
具体的には、加速から減速に転じる時点における触媒３の上流側の部位の温度を、正常触媒であるとした場合と、クライテリア触媒であるとした場合と、で夫々求め、これらの温度に十分な差がある場合に劣化判定を行う。すなわち、触媒３の劣化判定を行うのは、加速中に触媒３の劣化に応じて発熱部位が下流側に移動する運転状態のときに限る。なお、触媒３の上流側の部位の温度は、内燃機関１の運転状態や外気温度などをパラメータとして予め実験等により求めてマップ化しておいてもよい。また、触媒３にセンサを取り付けて、温度を測定してもよい。【００９３】
図１１は、本実施例に係る触媒３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時間毎にＥＣＵ１０により実行される。【００９４】
ステップＳ２０１では、正常触媒の温度ＴＣＡＴＮを算出する。この正常触媒の温度ＴＣＡＴＮは、触媒３が正常だと仮定したときの該触媒３の上流側の部位の温度である。この温度は、内燃機関１の運転状態（例えば機関回転数および機関負荷）に基づいてマップから得る。このマップは、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。【００９５】
ステップＳ２０２では、クライテリア触媒の温度ＴＣＡＴＡを算出する。このクライテリア触媒の温度ＴＣＡＴＡは、触媒３が正常の範囲を超えたばかりの状態であると仮定したときの該触媒３の上流側の部位の温度である。この温度は、内燃機関１の運転状態に基づいてマップから得る。このマップは、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。【００９６】
ステップＳ２０３では、フィルタ７の再生中であるか否か判定される。すなわち、添加弁４から還元剤が供給される状態であるか否か判定される。なお、実施例１の図６のステップＳ１０２と同様に、加速前および加速中の条件が成立しているか併せて判定しても良い。ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進み、否定判定がなされた場合には、触媒３の劣化判定を行うことができないため本ルーチンを終了させる。【００９７】
ステップＳ２０４では、減速が開始されたか否か判定される。すなわち、触媒３の温度が下降し得る状態であるか否か判定される。例えば、アクセル開度センサ１２により得られるアクセルペダル１１の踏み込み量が規定値以下の場合に、減速が開始されたと判定される。ステップＳ２０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進み、否定判定がなされた場合には、まだ触媒３の劣化判定を行うことができないため本ルーチンを終了させる。なお、ステップＳ２０４で否定判定がなされた場合には、実施例１の図６のステップＳ１０９と同じように、有効期間内であるか否か判定しても良い。【００９８】
ステップＳ２０５では、ステップＳ２０１で推定される正常触媒の温度ＴＣＡＴＮと、ステップＳ２０２で推定されるクライテリア触媒の温度ＴＣＡＴＡとの差が閾値以上であるか否か判定される。上述のように、加速中に触媒３における発熱部位が劣化により移動する運転状態であれば、該触媒３の上流側の部位の温度は、正常触媒のほうがクライテリア触媒よりも高くなる。すなわち、本ステップでは、触媒３が劣化しているのであれば、それが温度変化幅となって現れる状態であるか否か判定している。閾値は、触媒３の劣化判定が可能な温度差として予め実験等により求めておく。そして、ステップＳ２０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進み、否定判定がなされた場合には、触媒３の劣化判定の精度が低くなる虞があるため劣化判定を行わずに本ルーチンを終了させる。つまり、正常触媒とクライテリア触媒とで温度変化幅に差が出る状態の場合に限り、触媒３の劣化判定を行う。【００９９】
ステップＳ２０６では、下流側温度センサ６により検出される温度が、該温度の最大値ＴＭＡＸとされる。すなわち、減速が開始された直後の温度を最大値としている。【０１００】
ステップＳ２０７では、減速カウンタが０に設定される。減速カウンタとは、減速している期間を計るためのカウンタである。【０１０１】
ステップＳ２０８では、減速カウンタが所定値以上であるか否か判定される。ここでいう所定値は、触媒３の劣化判定を行うことができない範囲の下限値である。すなわち、減速期間が長くなると、触媒３が正常であるか否かに関わらず、該触媒３の温度が低くなるため、触媒３の劣化判定の精度が低下してしまう。このような場合には、劣化判定を中止する。なお、本実施例では、減速後のアイドル運転中の温度に基づいて劣化判定を行っているため、減速中の温度に基づいた劣化判定は行っていない。このため、アイドル状態が長くなると劣化判定ができなくなる。【０１０２】
また、本ステップでは、例えば、触媒３を通過する排気の量に該触媒３から流出する排気の温度を乗じた値を積算し、この積算値が規定値を超えたか否か判定してもよい。排気の量は吸入空気量と相関関係にあるため、吸入空気量を用いて判定しても良い。また、触媒３から流出するエネルギ量の積算値が所定値を超えたか否か判定しても良い。また、例えば、減速開始から、内燃機関１の吸入空気量を積算し、この積算値が規定値を超えたか否か判定しても良い。すなわち、触媒３の温度の低下度合いと相関関係にあるパラメータを用いて判定すれば良い。そして、減速カウンタを用いて判定すれば、簡易的な判定が可能となる。なお、本ステップと同様の判定を、実施例１の減速中（例えば図６のステップＳ１０４とステップＳ１０５との間）に行なっても良い。【０１０３】
ステップＳ２０８で肯定判定がなされた場合には触媒３の劣化判定を行うことができないため本ルーチンを終了させる。また、ステップＳ２０８で否定判定がなされた場合にはステップＳ２０９へ進む。【０１０４】
ステップＳ２０９では、アイドル運転中であるか否か判定している。すなわち、触媒３の劣化判定を行い得る状態であるか否か判定している。ステップＳ２０９で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２１１へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ２１０へ進む。【０１０５】
ステップＳ２１０では、減速カウンタに１が加えられる。すなわち、アイドル運転に移行するまでは、減速カウンタが増加していく。【０１０６】
ステップＳ２１１では、アイドルカウンタが０に設定される。アイドルカウンタとは、アイドル状態が継続している期間を計るためのカウンタである。【０１０７】
ステップＳ２１２では、下流側温度センサ６により検出される温度が、該温度の最小値ＴＭＩＮとされる。最小値ＴＭＩＮの初期値は、アイドルが開始された直後の温度である。【０１０８】
ステップＳ２１３では、アイドルカウンタが所定値以上であるか否か判定される。本ステップでは、触媒３から流出する排気の温度が十分に低下した状態であるか否か判定している。ここでいう所定値は、触媒３の劣化判定を行うことができる範囲の下限値である。この所定値は、触媒３から流出する排気の温度の最小値を得ることのできる値として設定される。なお、アイドル運転の時間が長くなると正常触媒の温度も低下することにより劣化判定が困難となるので、この点も考慮して所定値が決定される。ステップＳ２１３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２１４へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ２１８へ進む。【０１０９】
ステップＳ２１４では、温度の最大値ＴＭＡＸと最小値ＴＭＩＮとの差である、温度変化幅ＴＤＲＯＰが算出される。なお、本実施例においてはステップＳ２１４を処理するＥＣＵ１０が、本発明における変化量算出手段に相当する。また、本実施例ではステップＳ２１４が、本発明における第１ステップに相当する。【０１１０】
ステップＳ２１５では、温度変化幅ＴＤＲＯＰが閾値よりも大きいか否か判定される。この閾値は、触媒３が正常であるときの上限値として予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶しておく。なお、本実施例においてはステップＳ２１５を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定手段に相当する。また、本実施例においてはステップＳ２１５が、本発明における第２ステップに相当する。【０１１１】
ステップＳ２１５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２１６へ進み、触媒劣化フラグをＯＮとする。また、ステップＳ２１５で否定判定がなされた場合にはステップＳ２１７へ進み、触媒劣化フラグをＯＦＦとする。なお、触媒劣化フラグは、触媒３が正常であるか又は劣化しているかを示すフラグであり、触媒３が正常であればＯＦＦとなり、触媒３が劣化していればＯＮとなる。【０１１２】
また、ステップＳ２１８では、アイドルカウンタに１が加えられる。すなわち、アイドル運転が継続している間はアイドルカウンタが増加していく。【０１１３】
ステップＳ２１９では、下流側温度センサ６により検出される温度を、該温度の最小値ＴＭＩＮとして更新する。すなわち、アイドル運転が継続されると触媒３から流出する温度が徐々に低下するため、最小値ＴＭＩＮを更新している。なお、すでに設定されている温度の最小値ＴＭＩＮよりも、下流側温度センサ６により検出される温度のほうが高い場合には、更新は行わない。【０１１４】
ステップＳ２２０では、アイドル運転が継続中であるか否か判定される。ステップＳ２２０で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２１３へ戻り、否定判定がなされた場合には、触媒３の劣化判定の精度が低いため該劣化判定を行わずに本ルーチンを終了させる。【０１１５】
このように、温度変化幅ＴＤＲＯＰに基づいて触媒３の劣化判定を行うことができる。なお、本実施例では、アイドル運転に移行した後に触媒３から流出する排気の温度の最小値に基づいて劣化判定を行っているが、アイドル運転に移行する前の減速中に触媒３から流出する排気の温度の最小値に基づいて劣化判定を行っても良い。例えば、減速カウンタが規定値となったときに下流側温度センサ６により検出される温度を最小値ＴＭＩＮとしても良い。また、ステップＳ２０５よりも後の制御に代えて、実施例１の図６のステップＳ１０３以降の制御を行っても良い。【０１１６】
なお、本実施例では、加速時の温度の最大値ＴＭＡＸとその後のアイドル時の最小値ＴＭＩＮとの差である温度変化幅ＴＤＲＯＰに基づいて触媒３の劣化判定を行っているが、これに代えて、温度の下降率に基づいて触媒３の劣化判定を行ってもよい。また、加速時の下流側温度センサ６により測定される温度の上昇率や上昇量に基づいて触媒３の劣化判定を行ってもよい。これらは、実施例１と同様にして判定することができる。
【実施例３】
【０１１７】
本実施例３は、触媒３の劣化判定を行うと共に、添加弁４の異常判定も併せて行う点で実施例１および２と相違する。その他の装置などは実施例１と同じため説明を省略する。なお、本実施例では、添加弁４から添加される還元剤量が目標値（指令値）よりも減少する異常を検出する。【０１１８】
ここで、定常運転時には、触媒３が劣化した場合であっても、また、添加弁４から添加される還元剤量が減少しても、触媒３での発熱量が減少する。このため、発熱量のみを用いた場合には、触媒３が劣化しているのか、または還元剤量が減少しているのか判別できなかった。従来では、ハードウェアの追加によりこれを判別していた。これに対し本実施例３では、温度変化幅を用いることにより何れに異常があるのか判別する。【０１１９】
図１２は、触媒３の劣化の度合いと検出パラメータとの関係を示した図である。実線は、規定の期間中の触媒３における発熱量の総量を示している。これは、下流側温度センサ６により得られる温度と、上流側温度センサ５により得られる温度と、の差の積算値としても良い。この発熱量の総量については後述する。また、破線は、加速時の触媒３の温度の最大値と、減速時またはアイドル時の触媒３の温度の最小値と、の差（温度変化幅）を示している。この温度変化幅は、実施例１または２で求められる値である。「正常時」とは、触媒３および添加弁４が正常の場合の検出値を示している。【０１２０】
発熱量の総量は、触媒３の劣化が進行するに従って小さくなる。すなわち、触媒３の劣化の進行により、該触媒３の発熱部位が下流側へ移動し、上流側での発熱量が減少すると共に触媒３をすり抜ける還元剤量が多くなるため、触媒３全体としての発熱量が低下する。一方、温度変化幅は、触媒３の劣化の度合いが低いときには、実施例１で説明したように、劣化の進行に従って温度変化幅が大きくなる。しかし、さらに触媒３の劣化が進行すると、触媒３の下流側の部位においても還元剤の反応量が減少してしまうため、該触媒３から流出する排気の温度も下降する。このため、温度変化幅は、触媒３の劣化度合いがある値を超えると、該触媒３の劣化の進行に従って小さくなる。このように、触媒３の劣化の度合いに応じて、発熱量の総量は下降するだけだが、温度変化幅は一旦上昇する。【０１２１】
また、図１３は、添加弁４から添加される還元剤量の減少の度合いと検出パラメータとの関係を示した図である。実線及び破線は、図１２と同じ意味で用いている。「正常時」とは、触媒３および添加弁４が正常の場合の検出値を示している。【０１２２】
発熱量の総量は、還元剤量の減少の度合いが大きくなるに従って小さくなる。すなわち、還元剤量の減少の度合いが大きくなるに従って、触媒３に添加される還元剤量が少なくなるので、触媒３全体としての発熱量が低下する。また、温度変化幅も、還元剤量の減少の度合いが大きくなるに従って小さくなる。すなわち、触媒３の下流側の部位での発熱量が低下するため、触媒３から流出する排気の温度も低くなる。このように、還元剤量の減少の度合いに応じて、発熱量の総量及び温度変化幅は、下降する。【０１２３】
そして、触媒３が劣化している場合には、発熱量の総量と、温度変化幅と、の推移の態様が異なるため、発熱量の総量と、温度変化幅と、に基づいて触媒３の劣化判定をすることができる。また、触媒３の劣化の度合いが分かれば、触媒３の劣化の度合いの影響により発熱量がどの程度変化しているのかも分かる。そして、この触媒３の劣化の度合いによる発熱量の低下分を考慮すれば、発熱量から還元剤の減少の度合いも分かる。なお、発熱量の総量は以下のようにして算出する。【０１２４】
図１４は、排気温度の推移と発熱量の総量との関係を示す図である。実線は、下流側温度センサ６により得られる触媒３よりも下流側の排気の温度である。また、一点鎖線は、上流側温度センサ５により得られる触媒３よりも上流側の排気の温度である。Ａで示される時刻は、フィルタ７の再生を開始する時刻であり、これは添加弁４から還元剤の添加が開始される時刻である。Ｂで示される時刻は、発熱量の総量の算出を開始する時刻であり、これは下流側温度センサ６により得られる温度がある程度の温度に達する時刻である。このＢの時刻は、最適値を実験等により求めても良い。Ｃで示される時刻は、フィルタ７の再生を終了する時刻であり、これは添加弁４からの還元剤の添加が終了される時刻である。また、Ｃで示される時刻は、発熱量の総量の算出を終了する時刻でもある。【０１２５】
すなわち、ＡからＣの期間においてフィルタ７の再生を行うために、添加弁４から還元剤が添加されている。また、ＢからＣの期間における発熱量の総量が算出される。発熱量の総量は、下流側温度センサ６によれ得られる排気の温度から上流側温度センサ５により得られる排気の温度を減じた値を、ＢからＣの期間に亘り積算することで得る。発熱量の総量は、斜線を施した部分の面積であり、実発熱量と表している。また、図１４における目標温度は、還元剤供給時の触媒３よりも下流側の排気の温度の目標値であり、正常触媒であれば上昇し得る温度である。そして、触媒３よりも下流側の排気の温度が目標温度まで上昇したと仮定したときのＢからＣの期間における発熱量の総量を要求発熱量として表している。なお、ＢからＣの期間は、温度変化幅を求める期間と比較して十分に長い期間である。【０１２６】
このようにして得られる発熱量の総量と、実施例１または２で得られる温度変化幅と、に基づいて、触媒３の劣化と、還元剤量の減少と、を判別する。まず、触媒３の劣化と、還元剤量の減少と、で異なる傾向を示す温度変化幅に基づいて、該触媒３の劣化の度合いを判定する。【０１２７】
図１５は、触媒３の劣化の度合いと検出パラメータとの関係を示した図である。実線及び破線は、図１２と同じ意味で用いている。「正常時」とは、触媒３および添加弁４が正常の場合の検出値を示している。この関係は実験等により予め求めておく。この図１５に、実際の温度変化幅を代入することにより、触媒の劣化の度合いを求めることができる（図１５のＤを参照）。そして、この劣化の度合いに応じて触媒３の劣化判定を行うことができる。また、この劣化の度合いは、発熱量の総量にも影響を与える。還元剤の減少の度合いを求めるときには、この触媒３の劣化の度合いを考慮する。すなわち、触媒３の劣化の度合いに基づいて、添加弁４に異常がない場合における発熱量の総量を推定する（図１５のＥを参照）。触媒３の劣化の度合いと、発熱量の総量の減少分との関係は予め実験等により求められる。このようにして推定される発熱量の総量に基づいて添加弁４の異常を判定する。【０１２８】
次に、図１６は、添加弁４から添加される還元剤量の減少の度合いと発熱量の総量との関係を示した図である。「正常時」とは、触媒３および添加弁４が正常の場合の検出値を示している。図１６におけるＥで示される点は、図１５におけるＥで示される点と同じ値である。すなわち、触媒３の劣化による発熱量の総量の低下分を考慮した値である。このＥで示される点に基づいて、添加弁４が正常といえる範囲の閾値を求める。例えば、Ｅで示される還元剤の減少の度合いに、規定値を乗じることで閾値を得る。この閾値を図１６では、Ｆで表している。そして、このＦで示される点よりも、還元剤の減少の度合いが大きければ、添加弁４は異常であると判定され、還元剤の減少の度合いが小さければ、添加弁４は正常であると判定される。【０１２９】
次に、図１７は、本実施例に係る触媒３及び添加弁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時間毎にＥＣＵ１０により実行される。【０１３０】
ステップＳ３０１では、フィルタ７の再生中であるか否か判定される。すなわち、添加弁４から還元剤が供給される状態であるか否か判定される。ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０２へ進み、否定判定がなされた場合には、触媒３の劣化判定を行うことができないため本ルーチンを終了させる。【０１３１】
ステップＳ３０２では、発熱量の総量ＱＨＥＡＴが算出される。すなわち、図１４のＢからＣまでの期間における、下流側温度センサ６から得られる温度と、上流側温度センサ５から得られる温度と、の差が積算される。この場合、下流側温度センサ６から得られる温度から、上流側温度センサ５から得られる温度を減じた値の積分値としても良い。なお、本実施例においてはステップＳ３０２を処理するＥＣＵ１０が、本発明における熱量算出手段に相当する。また、本実施例においてはステップＳ３０２が、本発明における第３ステップに相当する。【０１３２】
ステップＳ３０３では、温度変化幅ＱＰＡＲＴが算出される。これは、例えば図６のステップＳ１０６における（ＴＭＡＸ−ＴＭＩＮ）である。【０１３３】
ステップＳ３０４では、温度変化幅ＱＰＡＲＴを正規化する。この正規化された温度変化幅をＱＰＲＴ＿ＮＲＭとする。正規化された温度変化幅ＱＰＲＴ＿ＮＲＭは、以下の式により算出する。
ＱＰＲＴ＿ＮＲＭ＝ＱＰＡＲＴ×（基準値／ＱＨＥＡＴ）
但し、基準値は、正常時の発熱量の総量ＱＨＥＡＴであり、予め実験等により求めておく。【０１３４】
ステップＳ３０５では、温度変化幅ＱＰＲＴ＿ＮＲＭが閾値ＱＴＨ１よりも大きいか否か判定される。この閾値ＱＴＨ１は、触媒３が正常の範囲の上限値であり、予め実験等により求めておく。ステップＳ３０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０６へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０７へ進む。【０１３５】
ステップＳ３０６では、触媒劣化フラグがＯＮとされる。ステップＳ３０７では、触媒劣化フラグがＯＦＦとされる。なお、触媒劣化フラグは、触媒３が正常であるか又は劣化しているかを示すフラグであり、触媒３が正常であればＯＦＦとなり、触媒３が劣化していればＯＮとなる。【０１３６】
ステップＳ３０８では、温度変化幅ＱＰＲＴ＿ＮＲＭから、発熱量の総量ＱＨＥＡＴ’が算出される。すなわち、触媒３の劣化の度合いに基づいて、添加弁４が正常と仮定した場合の発熱量の総量が算出される（図１６のＥを参照）。温度変化幅ＱＰＲＴ＿ＮＲＭを発熱量の総量ＱＨＥＡＴ’に変換する式は予め設定しておく。また、温度変化幅ＱＰＲＴ＿ＮＲＭから発熱量の総量ＱＨＥＡＴ’を求めるためのマップを実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておいても良い。本実施例においてはステップＳ３０８を処理するＥＣＵ１０が、本発明における熱量推定手段に相当する。また、本実施例においてはステップＳ３０８が、本発明における第４ステップに相当する。【０１３７】
ステップＳ３０９では、添加弁４が異常であるか否か判定するための閾値ＱＴＨ２を算出する。閾値ＱＴＨ２は、添加弁４が正常である範囲の発熱量の総量の下限値である。これは、発熱量の総量ＱＨＥＡＴ’に規定値を乗じて算出される。この規定値は、どの程度の添加量の減少で異常と判定するのかによって変わる値である。【０１３８】
ステップＳ３１０では、発熱量の総量ＱＨＥＡＴが閾値ＱＴＨ２よりも小さいか否か判定される。ステップＳ３１０で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３１１へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ３１２へ進む。本実施例においてはステップＳ３１０を処理するＥＣＵ１０が、本発明における添加異常判定手段に相当する。すなわち、本ステップでは、熱量算出手段により算出される発熱量の総量が、熱量推定手段により推定される発熱量の総量の所定範囲外であるか否か判定されるといえる。本実施例においてはステップＳ３１０が、本発明における第５ステップに相当する。【０１３９】
ステップＳ３１１では、添加量異常フラグがＯＮとされる。ステップＳ３１２では、添加量異常フラグがＯＦＦとされる。なお、添加量異常フラグは、添加弁４からの還元剤の添加量が正常であるか又は劣化しているかを示すフラグであり、添加量が正常であればＯＦＦとなり、添加量が異常であればＯＮとなる。【０１４０】
以上説明したように本実施例によれば、触媒３の劣化と、添加弁４からの還元剤の添加量の減少とを判別することができる。
【符号の説明】
【０１４１】
１     内燃機関
２     排気通路
３     触媒
４     添加弁
５     上流側温度センサ
６     下流側温度センサ
７     フィルタ
８     吸気通路
９     エアフローメータ
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】
0005382209.tif 000002
【図２】
0005382209.tif 000003
【図３】
0005382209.tif 000004
【図４】
0005382209.tif 000005
【図５】
0005382209.tif 000006
【図６】
0005382209.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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