(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及びＮＨ３を検出するＮＯxセン
サと、
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理論空燃比近傍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理論空燃比近傍となるように還元剤量を調節しつつ前記供給装置から還元剤の供給を開始した直後の所定時間内において、前記ＮＯxセンサの検出値が上昇から下
降に転じることが２回生じる場合に、前記ＮＯxセンサの検出値が最初に上昇から下降に
転じるときの該検出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
定する判定装置と、
を備える触媒劣化判定システム。
【請求項２】
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及びＮＨ３を検出するＮＯxセン
サと、
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理論空燃比近傍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理論空燃比近傍となるように還元剤量を調節しつつ前記供給装置から還元剤の供給を開始した直後の所定時間内において、前記ＮＯxセンサの検出値が２回目に上
昇から下降に転じるときの該検出値が閾値以下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判定装置と、
を備える触媒劣化判定システム。
【請求項３】
前記判定装置は、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理論空燃比近傍となるように還元剤量を調節しつつ前記供給装置から還元剤の供給を開始した直後の所定時間内において、前記ＮＯxセンサの検
出値が最初に上昇から下降に転じるときの該検出値が閾値以上か、または、２回目に上昇から下降に転じるときの該検出値が閾値以下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または２に記載の触媒劣化判定システム。
【請求項４】
前記所定時間は１０秒である請求項１から３の何れか１項に記載の触媒劣化判定システム。
【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
【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及びＮＨ３を検出するＮＯxセン
サと、
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理論空燃比近傍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理論空燃比近傍となるように還元剤量を調節しつつ前記供給装置から還元剤の供給を開始した直後の所定時間内において、前記ＮＯxセンサの検出値が最初に上昇
から下降に転じるときの該検出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触媒に還元剤を供給すると、Ｈ２やＨＣがＮＯと反応してＮ
Ｈ３が生成されることがある。そして、ＮＯxセンサはＮＨ３もＮＯxと同様に検出してしまう。このため、ＮＯxセンサの検出値が、たとえばＮＯ２の濃度なのか、またはＮＨ３
の濃度なのか判別することができない。しかし、理論空燃比近傍となるように還元剤を供給すると、その直後にＮＯxセンサの検出値に２つのピークが現れ、吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化しているか否かによりそれぞれのピークで検出されている成分が異なることが判明した。
【０００９】
すなわち、吸蔵還元型ＮＯx触媒が正常な場合には、１つ目のピークでは、検出される
成分のほとんどがＮＯxであり、２つ目のピークでは、検出される成分のほとんどがＮＨ
３である。一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化している場合には、１つ目のピークでは、
検出される成分のほとんどがＮＯxであり、２つ目のピークでは、検出される成分のほと
んどがＮＯである。
【００１０】
なお、ＮＯxセンサの検出値の１つ目のピークは、吸蔵還元型ＮＯx触媒が正常な場合も、劣化している場合も、同様に、吸蔵還元型ＮＯx触媒から脱離するＮＯ２がＮ２まで還
元されずにＮＯ２のまま該ＮＯx触媒から流出するＮＯxによるものと考えられる。このＮＯxは、吸蔵還元型ＮＯx触媒の還元能力の低下に応じて多くなる。すなわち、劣化の度合いが大きくなるほど、ＮＯ２のまま流出するＮＯxが増加するため、劣化の度合いが大き
くなるほど、ＮＯxセンサの検出値の１つ目の極大値が大きくなる。
【００１１】
そして、吸蔵還元型ＮＯx触媒が正常な場合には、理論空燃比近傍となるように還元剤
を供給すると、まずＮＯ２が脱離し、ＮＯ２の脱離がほぼ完了した後にＮＨ３の脱離が始まる。このＮＨ３によりＮＯxセンサの検出値に２つ目のピークが形成される。吸蔵還元
型ＮＯx触媒が正常な場合には、吸蔵されているＮＯx量が多いために、理論空燃比近傍としたときに脱離するＮＯx量も多くなる。このため、生成されるＮＨ３量も多くなる。す
なわち、理論空燃比近傍を目標として還元剤を供給したときに発生するＮＨ３量は、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いに応じて少なくなる。
【００１２】
一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化している場合には、ＮＯxセンサの検出値の２つ目のピークはＮＯにより形成される。このときには、ＮＨ３は吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下
流側にほとんど流出しない。ここで、還元剤供給時には該還元剤が排気や吸蔵還元型ＮＯx触媒から熱を奪う。吸蔵還元型ＮＯx触媒が正常であれば、還元剤が反応するときに発生する熱により該吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が高くなる。しかし、吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していると、還元剤の反応により発生する熱が少なくなるので、該吸蔵還元型ＮＯx
触媒の温度上昇が緩慢となる。すなわち、還元剤供給時には、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣
化の度合いが大きくなるほど、該触媒の温度が低くなる。このため、劣化している吸蔵還元型ＮＯx触媒に理論空燃比近傍を目標にして還元剤を供給すると、温度が低いためにＮ
Ｈ３が該吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸着すると考えられる。そうすると、吸蔵還元型ＮＯx触媒からはＮＨ３が脱離し難くなる。
【００１３】
そして、還元剤の供給が完了した後には、排気の空燃比が理論空燃比近傍の空燃比からリーン空燃比に移行する。この際、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸着されていたＮＨ３が排気
中の酸素により酸化されて、ＮＯ及びＨ２Ｏが生成されると考えられる。このＮＯはＮＯxセンサで測定される。ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していると、還元能力が低いためにＮＨ３の生成量が少ない。このため、ＮＨ３が酸化されることにより生じるＮＯも少なくなるので、ＮＯxセンサの検出値の２つ目の極大値は比較的小さくなる。すなわち
、吸蔵還元型ＮＯx触媒が正常であれば、多くのＮＨ３が脱離することにより２つ目の極
大値が比較的大きくなり、劣化していれば、少しのＮＨ３が酸化されてＮＯが生成されるため２つ目の極大値が比較的小さくなる。
【００１４】
そうすると、ＮＯxセンサの検出値の１つ目の極大値、すなわち、ＮＯxセンサの検出値が最初に上昇から下降に転じるときの該検出値は、還元能力が低下することにより放出されるＮＯxにより形成されるため、極大値が大きいほど劣化の度合いが高いといえる。し
たがって、ＮＯxセンサの検出値が最初に上昇から下降に転じるときの該検出値が閾値以
上のときに吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していると判定することができる。なお、ここで
いう閾値は、吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化しているか否かの境にあるときのＮＯxセンサの検出値の１つ目の極大値である。
【００１５】
なお、この現象は、還元剤の供給を開始した後の比較的短い時間で現れる。したがって、還元剤の供給を開始した直後の所定時間内で劣化判定を行うことができる。なお、ここでいう所定時間は、還元剤の供給により２つのピークが形成される時間とすることができる。
【００１６】
このように、ＮＯxセンサの検出値の１つ目の極大値に基づいて吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定を行うことにより、ＮＨ３の影響を受けていない状態で劣化判定を行うことができる。このため、判定精度を高くすることができる。また、還元剤を供給し始めてからすぐに劣化判定を行うことができるため、速やかな劣化判定が可能となる。
【００１７】
また、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及びＮＨ３を検出するＮＯxセン
サと、
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理論空燃比近傍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理論空燃比近傍となるように還元剤量を調節しつつ前記供給装置から還元剤の供給を開始した直後の所定時間内において、前記ＮＯxセンサの検出値が２回目に上
昇から下降に転じるときの該検出値が閾値以下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判定装置と、
を備える。
【００１８】
ＮＯxセンサの検出値の２つ目の極大値、すなわち、ＮＯxセンサの検出値が２回目に上昇から下降に転じるときの該検出値は、上述のように、吸蔵還元型ＮＯx触媒が正常な場
合には大きく、劣化している場合には小さい。
【００１９】
そうすると、ＮＯxセンサの検出値が２回目に上昇から下降に転じるときの該検出値が
閾値以下のときに吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していると判定することができる。なお、
ここでいう閾値は、吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化しているか否かの境にあるときのＮＯxセンサの検出値の２つ目の極大値である。
【００２０】
なお、この現象も、還元剤の供給を開始した後の短い時間で現れる。したがって、還元剤の供給を開始した直後の所定時間内で劣化判定を行うことができる。なお、ここでいう所定時間は、還元剤の供給により２つのピークが形成される時間とすることができる。
【００２１】
また、本発明においては、前記判定装置は、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理論空燃比近傍となるように還元剤量を調節しつつ前記供給装置から還元剤の供給を開始した直後の所定時間内におい
て、前記ＮＯxセンサの検出値が最初に上昇から下降に転じるときの該検出値が閾値以上
か、または、２回目に上昇から下降に転じるときの該検出値が閾値以下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。
【００２２】
すなわち、ＮＯxセンサの検出値の１つ目の極大値または２つ目の極大値の何れかから
ＮＯx触媒が劣化していると判定することができるため、ＮＯx触媒の劣化判定の精度を高めることができる。
また、本発明においては、前記所定時間は１０秒であってもよい。
【００２３】
すなわち、還元剤の供給を開始してから１０秒も経過すれば、２つのピークが形成されるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定が可能となる。そして、１０秒という短い期間
で劣化判定を行うことができるため、速やかな劣化判定が可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
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】
【００２５】
【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】ＮＯx触媒が正常なときの該ＮＯx触媒の状態を示した図である。
【図５】ＮＯx触媒が劣化しているときの該ＮＯx触媒の状態を示した図である。
【図６】ＮＯx触媒が正常なときにリッチスパイク制御を行ったときの下流側ＮＯxセンサの検出値の推移を示した図である。
【図７】ＮＯx触媒が劣化しているときにリッチスパイク制御を行ったときの下流側ＮＯxセンサの検出値の推移を示した図である。
【図８】ＮＯx触媒が劣化している場合において理論空燃比近傍を目標とする劣化判定用リッチスパイク制御を行ったときの該ＮＯx触媒における反応の流れを示した図である。
【図９】ＮＯx触媒が劣化している場合において理論空燃比近傍を目標とする劣化判定用リッチスパイク制御を行った後にリーン空燃比に移行するときの該ＮＯx触媒における反応の流れを示した図である。
【図１０】実施例に係るリッチスパイク制御時の排気の空燃比と下流側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１１】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】
【００２６】
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】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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Ｎ
Ｏx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ＮＯxセンサに相当する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
そして、ＥＣＵ１０は、理論空燃比近傍（理論空燃比よりも若干リッチ側としてもよい）を目標にリッチスパイク制御を行い、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。このときの目標となる空燃比は、ＮＯx触媒４の劣化判定を行うために設定される空燃比であり、ＮＯxを還元するために通常行われるリッチスパイク制御のときよりも大きな空燃比である。以下、ＮＯx触媒４の
劣化判定のために行うリッチスパイク制御を、「劣化判定用リッチスパイク制御」という。
【００３９】
ここで、ＮＯx及びＮＨ３は、下流側ＮＯxセンサ８によりＮＯxとして検出される。こ
のため、下流側ＮＯxセンサ８によりＮＨ３が検出されたのか、またはＮＯxが検出されたのか判別することは困難である。しかし、排気の空燃比を理論空燃比近傍とすることで、下流側ＮＯxセンサ８の検出値に２つのピークが現れる。そして、それぞれの極大値は、
ＮＯx触媒４の劣化の度合いに応じて変化する。
【００４０】
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。また、図４は、ＮＯx触媒４が正常なときの該ＮＯx触媒４の状態を示した図である。また、図５は、ＮＯx触媒４が劣化しているときの該ＮＯx触媒４の状態を示した図である。
【００４１】
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（図２参照）。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（図３参照）。
【００４２】
しかし、ＮＯx触媒４が劣化（シンタリング）すると、Ｐｔの表面積が正常時よりも小
さくなる（図４，５参照）。このため、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よりも下流へ流れ出るＮＯ２は、下流側ＮＯxセンサ８により検出される。
【００４３】
また、排気の空燃比を理論空燃比近傍のリッチ空燃比とすると、ＮＯx触媒４では、Ｎ
ＯとＨ２またはＨＣとが反応して、ＮＨ３が生成される。
【００４４】
しかし、ＮＯx触媒４が劣化（シンタリング）すると、Ｐｔのシンタリングにより、Ｎ
Ｏxを吸蔵可能なＢａが減少する（図５参照）。このため、ＮＯx触媒４の吸蔵能力が低下する。すなわち、ＮＯx触媒４が劣化すると、Ｂａ（ＮＯ３）２として吸蔵されるＮＯx量が減少する。そして、Ｐｔの表面積が小さくなることにより、還元剤の供給時に生成されるＮＨ３の量も減少する。そして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。
【００４５】
ここで、図６は、ＮＯx触媒４が正常なときにリッチスパイク制御を行ったときの下流
側ＮＯxセンサ８の検出値の推移を示した図である。図６の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、
夫々、還元剤噴射時の空燃比（目標空燃比または実際の空燃比としてもよい）が異なる。図６（Ａ）は、空燃比が１４のとき（すなわちリッチ空燃比のとき）を示し、図６（Ｂ）は、空燃比が１４．８のとき（すなわち理論空燃比近傍のとき）を示し、図６（Ｃ）は、空燃比が１６のとき（すなわちリーン空燃比のとき）を示している。また、図７は、ＮＯx触媒４が劣化しているときにリッチスパイク制御を行ったときの下流側ＮＯxセンサ８の検出値の推移を示した図である。図７の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、夫々、還元剤噴射時の空燃比（目標空燃比または実際の空燃比としてもよい）が異なる。図７（Ａ）は、空燃比が１４のとき（すなわちリッチ空燃比のとき）を示し、図７（Ｂ）は、空燃比が１４．８のとき（すなわち理論空燃比近傍のとき）を示し、図７（Ｃ）は、空燃比が１６のとき（すなわちリーン空燃比のとき）を示している。なお、図６及び図７のＮＯx濃度におけ
るＡは、全て同じ値を示している。
【００４６】
空燃比が１４のときには、ＮＯx触媒４が正常な場合及び劣化している場合の両方とも
、ＮＯx触媒４においてＨ２，ＨＣとＮＯとが反応してＮＨ３が生成されるため、下流側
ＮＯxセンサ８により検出されるのは、ほとんどがＮＨ３となる。なお、ＮＯx触媒４が劣化している場合には、初期にＮＯxの放出によると見られる極大値が存在する（図７（Ａ
）の破線で囲まれた箇所を参照）が、正常な場合には、この極大値は見られない。
【００４７】
また、空燃比が１４．８のときには、ＮＯx触媒４が正常な場合及び劣化している場合
の両方とも、下流側ＮＯxセンサ８の検出値に２つのピークが存在する。この２つのピー
クの夫々において成分調査を試みたところ、ＮＯx触媒４が正常な場合には、１つ目のピ
ーク時（図６（Ｂ）の破線で囲まれた箇所を参照）は成分のほとんどがＮＯ２であり、２つ目のピーク時（図６（Ｂ）の一点鎖線で囲まれた箇所を参照）は成分のほとんどがＮＨ３であることが判明した。また、ＮＯx触媒４が劣化している場合には、１つ目のピーク
時（図７（Ｂ）の破線で囲まれた箇所を参照）は成分のほとんどがＮＯ２であり、２つ目のピーク時（図７（Ｂ）の一点鎖線で囲まれた箇所を参照）は成分のほとんどがＮＯであることが判明した。このＮＯは、ＮＨ３が酸化したものであると考えられる。
【００４８】
また、空燃比が１６のときには、ＮＯx触媒４が正常な場合及び劣化している場合の両
方とも、ＮＯx濃度に１つのピークが存在する。このときの成分のほとんどは、ＮＯxを還元する際に還元反応が完了しなかったために放出されるＮＯ２である。このため、ＮＯx
触媒４が正常な場合よりも劣化している場合のほうが下流側ＮＯxセンサ８の検出値が大
きくなっている。
【００４９】
以上より、下流側ＮＯxセンサ８はＮＨ３もＮＯxと同様に検出してしまうが、還元剤の供給時における目標空燃比を理論空燃比近傍とすることで、ＮＯxとＮＨ３とを別々に検
出することができる。すなわち、検出値の１つ目のピークはＮＯxの濃度を検出しており
、２つ目のピークはＮＨ３の濃度を検出していることになる。この現象を利用することにより、ＮＯx触媒４の劣化を判定することができる。
【００５０】
ここで、図８は、ＮＯx触媒４が劣化している場合において理論空燃比近傍を目標とす
る劣化判定用リッチスパイク制御を行ったときの該ＮＯx触媒４における反応の流れを示
した図である。また、図９は、ＮＯx触媒４が劣化している場合において理論空燃比近傍
を目標とする劣化判定用リッチスパイク制御を行った後にリーン空燃比に移行するときの該ＮＯx触媒４における反応の流れを示した図である。
【００５１】
ＮＯx触媒４の劣化の度合いが高くなるほど、還元剤を供給しても反応熱の発生量が少
なくなるために、該ＮＯx触媒４の温度が低くなる。ＮＯx触媒４の温度が低くなると、ＮＯx触媒４にＮＨ３が吸着する。このため、劣化しているＮＯx触媒４から流出する成分にはＮＨ３が含まれないと考えられる。ただし、ＮＯx触媒４が劣化しているため、ＮＨ３
の生成量が少なくなるので、ＮＯx触媒４に吸着するＮＨ３の量は少ない。
【００５２】
そして、還元剤の供給が完了した後には、排気の空燃比が理論空燃比近傍からリーン空燃比に移行する。このリーン空燃比は、内燃機関１から排出される排気の空燃比、またはリーン空燃比を目標として還元剤を噴射しているときの排気の空燃比とすることができる。この際、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸着されていたＮＨ３が排気中の酸素により酸化され
て、ＮＯ及びＨ２Ｏが生成されると考えられる。このＮＯはＮＯxセンサで測定される。
しかし、吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化しているため、ＮＨ３の吸着量が多くないので、Ｎ
Ｏの生成量は多くなく、下流側ＮＯxセンサ８の検出値の２つ目の極大値は比較的小さく
なる。
【００５３】
以上より、理論空燃比近傍を目標として還元剤を供給したときの下流側ＮＯxセンサ８
の検出値の１つ目の極大値は、ＮＯ２によるものであるため、ＮＯx触媒４の劣化の度合
いが高いほど、大きな値となる。したがって、劣化を判定するための閾値を予め設定しておけば、下流側ＮＯxセンサ８の検出値の１つ目の極大値が閾値以上であるときにＮＯx触媒４が劣化していると判定できる。
【００５４】
また、理論空燃比近傍を目標として還元剤を供給したときの下流側ＮＯxセンサ８の検
出値の２つ目の極大値は、ＮＯまたはＮＨ３によるものであるが、ＮＯx触媒４の劣化の
度合いが低いほど大きな値となり、劣化度合いが高いほど小さな値となる。したがって、劣化を判定するための閾値を予め設定しておけば、下流側ＮＯxセンサ８の検出値の２つ
目の極大値が閾値以下であるときにＮＯx触媒４が劣化していると判定できる。
【００５５】
さらに、１つ目の極大値が閾値以上か又は２つ目の極大値が閾値以下のときにＮＯx触
媒４が劣化していると判定してもよい。このように、２つの極大値に基づいてＮＯx触媒
４の劣化判定を行うことで、劣化判定の精度をさらに高めることができる。
【００５６】
なお、１つ目の極大値及び２つ目の極大値は、ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯx量の影響を受けるため、条件を揃えてから劣化判定を行うことで劣化判定の精度をより高めることができる。このため、本実施例では、劣化判定の前に、目標空燃比を１４．１として還元剤の供給を行うＮＯx還元のためのリッチスパイク制御（以下、通常のリッチスパイ
ク制御ともいう。）を行い、ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯxを全て還元させる。そして、その後にＮＯxを吸蔵させ、ＮＯx触媒４が正常であれば所定量のＮＯxが吸蔵される
と判断される時期に劣化判定を行う。
【００５７】
図１０は、本実施例に係るリッチスパイク制御時の排気の空燃比と下流側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。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。
【００５８】
ここで、図１０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１回あたりの開弁時間を比較的長くすることで空燃比が１４．１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でこれらの成分が検出される。
【００５９】
また、図１０においてＢで示される期間では、ＮＯxの還元やＮＯx触媒４の劣化判定を行わない。すなわち、このＢで示される期間において、ＮＯx触媒４の劣化判定に必要と
なる量のＮＯxを該ＮＯx触媒４に吸蔵させる。
【００６０】
また、図１０においてＣで示される期間では、排気の空燃比が理論空燃比近傍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１４．８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
ＮＯx及びＮＨ３が検出される。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、Ｃで示される期間の開始から所定期
間（たとえば１０秒間）において、下流側ＮＯxセンサ８により検出されるＮＯx濃度の１つ目の極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する。また、たと
えば、Ｃで示される期間の開始から所定期間（たとえば１０秒間）において、下流側ＮＯxセンサ８により検出されるＮＯx濃度の２つ目の極大値が閾値以下であれば、ＮＯx触媒
４が劣化していると判定してもよい。さらに、たとえば、Ｃで示される期間の開始から所定期間（たとえば１０秒間）において、下流側ＮＯxセンサ８により検出されるＮＯx濃度
の１つ目の極大値が閾値以上か又は２つ目の極大値が閾値以下であれば、ＮＯx触媒４が
劣化していると判定しもよい。
【００６１】
このようにして、下流側ＮＯxセンサ８により検出される成分がＮＯxであるのか又はＮＨ３であるのかを意識することなくＮＯx触媒４の劣化判定を行うことができる。
【００６２】
図１１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ＥＣＵ１０により実行される。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。この条件は、劣化判定用リッチスパイク制御を行うための条件である。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。ここでいう所定量とは、還元剤を供給したときに、劣化判定が可能なほどＮＯまたはＮＨ３が生成される値として予め実験等により求めておく。すなわち、ＮＯx触媒４にＮＯxが吸蔵されていなければ、ＮＯx触媒４がたとえ劣化していても、Ｎ
Ｏxが流出しない。そうすると劣化判定が困難となるため、所定量以上のＮＯxがＮＯx触
媒４に吸蔵されていることを条件としている。また、ＮＯx触媒４の温度は、温度センサ
９により検出される。さらに、機関回転数または内燃機関１の吸入空気量が所定値以上である場合にリッチスパイク実行条件が成立していると判定してもよい。すなわち、ＮＯx
触媒４から放出されるＮＯ２が、下流側ＮＯxセンサ８により速やかに検出されるときに
リッチスパイク実行条件が成立していると判定してもよい。たとえば排気の流速が低いと、ＮＯxやＮＨ３が下流側ＮＯxセンサ８へ到達するまでに拡散してしまい、極大値が小さくなる虞がある。そうすると、極大値に基づいた劣化判定の精度が低くなる虞がある。
【００６６】
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。
【００６７】
ステップＳ１０３では、劣化判定用リッチスパイク制御が行われる。すなわち、理論空燃比近傍となるようにリッチスパイク制御が行われる。
【００６８】
ステップＳ１０４では、下流側ＮＯxセンサ８により検出されるＮＯx濃度の１回目の極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１回目の極大値の下限値として予め設定される。また、この１
回目の極大値は、リッチスパイク制御が開始されてから１０秒以内における１回目の極大値とする。なお、本ステップでは、１回目の極大値の前後所定期間における下流側ＮＯx
センサ８の検出値の積算値が閾値以上であるか否か判定してもよい。この積算値は、１回目の極大値の前後においてＮＯx濃度が所定値以上となっている期間の積算値としてもよ
い。この所定値は、２つのピークの間の極小値としてもよい。積算値は、たとえば所定の周期で読み込まれる下流側ＮＯxセンサ８の検出値を順次加算していくことにより得る。
【００６９】
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、ＮＯx触媒
４は劣化していると判定される。一方、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【００７０】
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２回目の極大値が閾値以下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２回目の極大値の上限値として予め設定される。また、この２
回目の極大値は、リッチスパイク制御が開始されてから１０秒以内における２回目の極大値とする。なお、本ステップでは、２回目の極大値の前後所定期間における下流側ＮＯx
センサ８の検出値の積算値が閾値以下であるか否か判定してもよい。この積算値は、２回目の極大値の前後においてＮＯx濃度が所定値以上となっている期間の積算値としてもよ
い。この所定値は、２つのピークの間の極小値としてもよい。
【００７１】
ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５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Ｓ１０７へ進んで、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Ｓ１０４からステップＳ１０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定装置に相当する。
【００７２】
このようにして、理論空燃比近傍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、ＮＯ２とＮＨ３を分けて検出することができるため、劣化判定の精度が高い。また、下流側ＮＯxセンサ８の検出値の極大値が分かればすぐに劣化判定が可能であるため、検出
値が安定するまで待ったり、ＮＯxが吸蔵されるまで待ったりする必要はない。すなわち
、劣化判定を速やかに行うことができる。
【符号の説明】
【００７３】
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】
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【図２】
0005626030.tif 000003
【図３】
0005626030.tif 000004
【図４】
0005626030.tif 000005
【図５】
0005626030.tif 000006
【図６】
0005626030.tif 000007
【図７】
0005626030.tif 000008
【図８】
0005626030.tif 000009
【図９】
0005626030.tif 000010
【図１０】
0005626030.tif 000011
【図１１】
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