(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられたＮＯx触媒と、（ロ）前記内燃機関のアイドル運転開始から劣化判定時間経過後の前記ＮＯx触媒の触媒温度あるいは前記ＮＯx触媒の出口の排気ガス温度を検出する温度検出手段と、（ハ）前記劣化判定時間内の少なくとも所定期間の間、前記ＮＯx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、（ニ）前記温度検出手段により検出された温度と基準温度とを比較し、その比較値の大きさに基づいて前記ＮＯx触媒が劣化しているか否かを判定する劣化判定手段と、前記内燃機関のアイドル開始時における前記ＮＯx触媒の触媒温度あるいは前記ＮＯx触媒の出口の排気ガス温度と前記温度検出手段により検出された温度との温度差の大きさに応じて前記劣化判定手段の判定閾値を変更する閾値変更手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられたＮＯx触媒と、（ロ）前記内燃機関のアイドル運転開始から劣化判定時間経過後の前記ＮＯx触媒の触媒温度あるいは前記ＮＯx触媒の出口の排気ガス温度を検出する温度検出手段と、（ハ）前記劣化判定時間内の少なくとも所定期間の間、前記ＮＯx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、（ニ）前記温度検出手段により検出された温度と基準温度とを比較し、その比較値の大きさに基づいて前記ＮＯx触媒が劣化しているか否かを判定する劣化判定手段と、を備え、前記内燃機関のアイドル開始時における前記ＮＯx触媒の触媒温度あるいは前記ＮＯx触媒の出口の排気ガス温度の大きさに応じて前記劣化判定時間を変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記基準温度は、完全劣化したＮＯx触媒がアイドル運転開始から劣化判定時間経過後になり得ると推定される触媒温度であることを特徴とする請求項１または２に記載する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記基準温度は、完全劣化したＮＯx触媒がアイドル運転開始から劣化判定時間経過後になり得ると推定される触媒温度であり、前記劣化判定手段は、前記温度検出手段により検出された温度から前記基準温度を引いた温度差の大きさに基づいて前記ＮＯx触媒が劣化しているか否かを判定し、前記閾値変更手段は、アイドル開始時における前記ＮＯx触媒の触媒温度あるいは前記ＮＯx触媒の出口の排気ガス温度と前記温度検出手段により検出された温度との温度差が大きいほど判定閾値を小さくするように変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希薄燃焼運転可能な内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置に関し、特に、触媒により排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる排気浄化装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排気ガス中の有害成分の大気への排出量を低減するための一手段として、触媒の酸化作用あるいは還元作用を利用して有害成分を浄化するシステムがある。この排気浄化システムは、車両用内燃機関にも多く採用されている。
【０００３】
現在、実用に供されている排気ガス浄化用の触媒には、酸化触媒、三元触媒、ＮＯｘ触媒などがあり、これら触媒を、内燃機関の燃焼形態や空燃比、あるいは浄化すべき有害物質の種類などに応じて使い分けている。
【０００４】
これら触媒のうちＮＯｘ触媒は、希薄燃焼運転可能な内燃機関から排出される排気ガスを浄化することができる触媒として多用されている。ＮＯｘ触媒としては、選択還元型ＮＯｘ触媒と吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がある。選択還元型ＮＯｘ触媒とは、酸素過剰の雰囲気で炭化水素（ＨＣ）の存在下でＮＯｘを還元または分解する触媒をいい、一方、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とは、流入排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出しＮ２に還元する触媒をいう。これらＮＯｘ触媒は、排気ガス中のＨＣ，ＣＯを酸化して浄化する酸化作用と、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化する還元作用を備えている。
【０００５】
一般に、触媒を長期に亘って使用していると、その触媒が有する酸化作用や還元作用が衰えていく、いわゆる劣化が生じる。上記ＮＯｘ触媒も例に漏れず、長期に亘って使用していると、酸化作用の衰えによりＨＣ浄化能力が低下したり（これをＨＣ劣化と区別する場合もある）、還元作用の衰えによりＮＯｘ浄化能力が低下したり（これをＮＯｘ劣化と区別する場合もある）する。劣化したＮＯｘ触媒を使用し続けると、排気ガス中の有害物質を浄化しきれなくなり、有害物質を含む排気ガスを大気中に排出する虞れがある。したがって、このような浄化能力の低下したＮＯｘ触媒に対しては交換等の措置が必要であり、そのためには触媒の浄化能力の管理（換言すれば、触媒の劣化判定）が極めて重要である。
【０００６】
触媒の劣化判定技術に関しては、例えば特開平５−３１２０２４号公報に開示されているものがある。この公報に記載された技術では、触媒がその機能を発揮しているときには発熱を伴うことに着目し、その温度変化に基づいて触媒の劣化を判定する。
【０００７】
詳述すると、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒の上流と下流に排気ガス温度を検出する温度センサを設け、内燃機関の通常の運転状態における上流側の排気ガス温度と下流側の排気ガス温度の温度差を演算する。ＮＯｘ触媒が正常に機能してＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを浄化しているとき、ＮＯｘ触媒は触媒反応により発熱するので、下流側の排気ガス温度が上流側の排気ガス温度よりも上昇する。ところが、ＮＯｘ触媒の劣化が進行するにしたがってＮＯｘ触媒における発熱量が低下するため、下流側の排気ガス温度は上流側の排気ガス温度に近付いてくる。つまり、ＮＯｘ触媒の劣化が進行するにしたがって、下流側の排気ガス温度と上流側の排ガス温度の差は小さくなる。そこで、下流側の排気ガス温度と上流側の排気ガス温度の温度差が予め設定した閾値以下になったときに、該ＮＯｘ触媒が劣化したと判定する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のように温度差に基づいて触媒の劣化判定を行う場合、内燃機関が過渡運転状態にあるときは、排気ガス温度が不安定で判定精度が落ちるので、劣化判定の実行時期としては適さない。これに対して、内燃機関が定常運転状態にあるときは、排気ガス温度が安定し判定精度が向上するので、劣化判定の実行時期として最適である。
【０００９】
アイドル運転状態も前記定常運転状態の一形態であり、従来からアイドル運転時に触媒の劣化判定を行う場合もあった。しかしながら、アイドル運転時の触媒における発熱量はアイドル運転に入る前の内燃機関の運転状態の影響を大きく受けるため、アイドル運転時に触媒の劣化判定を行ったからといって、その判定結果が常に高精度であるとは限らない。
【００１０】
従来は、アイドル運転に入る前の内燃機関の運転状態がアイドル時の劣化判定精度に与える影響を考慮していなかった。
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ＮＯｘ触媒に対する劣化判定精度の向上と、判定結果の信頼性向上を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、（ロ）前記内燃機関のアイドル運転開始から劣化判定時間経過後の前記ＮＯｘ触媒の触媒温度（あるいは前記ＮＯｘ触媒の出口の排気ガス温度）を検出する温度検出手段と、（ハ）前記劣化判定時間内の少なくとも所定期間の間、前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、（ニ）前記温度検出手段により検出された温度と基準温度とを比較し、その比較値の大きさに基づいて前記ＮＯｘ触媒が劣化しているか否かを判定する劣化判定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
この内燃機関の排気浄化装置においては、次の実行条件が満たされたときにＮＯｘ触媒の劣化判定を実行する。
（１）内燃機関がアイドル運転状態にあること。
（２）アイドル運転がアイドル運転開始から劣化判定時間継続して行われていること。
（３）前記劣化判定時間内の少なくとも所定期間の間、前記還元剤供給手段がＮＯｘ触媒に還元剤を継続して供給していること。
【００１３】
そして、アイドル運転開始から劣化判定時間経過後に前記温度検出手段は前記ＮＯｘ触媒の触媒温度（あるいは前記ＮＯｘ触媒出口の排気ガス温度）を検出し、前記劣化判定手段は、前記温度検出手段で検出した温度と基準温度とを比較して、その比較値の大きさに基づいてＮＯｘ触媒が劣化したか否か判定する。
【００１４】
本発明におけるＮＯｘ触媒の劣化判定の原理は次の通りである。ＮＯｘ触媒に還元剤を供給した場合に、ＮＯｘ触媒が劣化しておらず、且つ、触媒温度が活性温度範囲にあるときには、ＮＯｘ触媒において触媒反応が起こり、その際にＮＯｘ触媒は発熱して触媒温度が上昇する。このときの発熱量は、全く劣化していない新品のときが最大であり、ＮＯｘ触媒の劣化が進行すると減少していき、触媒温度の上昇が低減する。したがって、この触媒反応による触媒温度の上昇の大きさからＮＯｘ触媒の劣化の程度を知ることができる。本発明では、アイドル運転開始から劣化判定時間経過後のＮＯｘ触媒温度と基準温度との比較値から、触媒反応に基づく触媒温度上昇の程度を検出し、その温度上昇程度を示す比較値に基づいてＮＯｘ触媒が劣化したか否か判定する。尚、ＮＯｘ触媒の触媒温度の代用としてＮＯｘ触媒の出口の排気ガス温度を用いても、本発明は成立する。
【００１５】
アイドル運転がアイドル運転開始から劣化判定時間継続して行われていることを劣化判定の実行条件としたのは、アイドル運転に入る前の内燃機関の運転状態がＮＯｘ触媒における前記発熱量に与える影響を無くすため、および、劣化判定のための前記比較値を明確にするためには、所定の時間アイドル運転を継続する必要があるからである。
【００１６】
また、前記劣化判定時間内の少なくとも所定期間の間、前記還元剤供給手段がＮＯｘ触媒に還元剤を継続して供給していることを劣化判定の実行条件としたのは、ＮＯｘ触媒において触媒反応による発熱を起こし触媒温度の上昇を生じさせるためには、ＮＯｘ触媒に還元剤を所定期間継続して供給する必要があるからである。
【００１７】
本発明において、内燃機関としては、ディーゼルエンジンあるいは希薄燃焼可能なガソリンエンジンを例示することができる。
本発明において、ＮＯｘ触媒としては、選択還元型ＮＯｘ触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を例示することができる。
【００１８】
選択還元型ＮＯｘ触媒は、酸素過剰の雰囲気で炭化水素の存在下でＮＯｘを還元または分解する触媒をいい、例えば、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持した触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触媒、等が含まれる。
【００１９】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、該触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出しＮ２に還元する触媒をいう。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。
【００２０】
本発明において、温度検出手段は、温度センサによって構成することができる。
本発明において、還元剤供給手段によりＮＯｘ触媒に供給する還元剤としては炭化水素（ＨＣ）が好適である。
【００２１】
本発明において、還元剤供給手段は、膨張行程あるいは排気行程において気筒内に燃料を副噴射する副噴射手段により構成することもできるし、内燃機関の気筒とＮＯｘ触媒の間の排気通路に還元剤を供給する還元剤供給装置で構成することもできる。
【００２２】
また、還元剤供給手段による還元剤の供給は、連続供給であってもよいし間欠供給であってもよく、どちらの供給方法を採用するかは、使用するＮＯｘ触媒の種類や、排気浄化装置の全体システムによって決定される。いずれの供給方法を採用する場合であっても、劣化判定時間内の所定期間の間、継続して還元剤が供給されていることが劣化判定実行条件となる。
【００２３】
本発明において、劣化判定手段が前記温度検出手段で検出した温度と基準温度とを比較して得る比較値は、一方の温度から他方の温度を減算して得た差としてもよいし、一方の温度を他方の温度で除算して得た商とすることも可能である。
【００２４】
本発明において、ＮＯｘ触媒の劣化判定の実行周期は、前述した実行条件が満足するアイドル運転時に毎回実行してもよいし、所定運転時間毎あるいは所定走行距離毎に実行条件が満足したアイドル運転時に実行するようにしてもよい。
【００２５】
本発明においては、前記内燃機関のアイドル運転開始時における前記ＮＯｘ触媒の触媒温度（あるいは前記ＮＯｘ触媒の出口の排気ガス温度）が所定温度範囲から外れている場合には、前記ＮＯｘ触媒に対する劣化判定の実行を禁止するのが好ましい。ＮＯｘ触媒には活性温度範囲があり、この活性温度範囲から外れているとＮＯｘ触媒において触媒反応が殆ど起こらず、判定精度が悪くなるからである。
【００２６】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関のアイドル開始時における前記ＮＯｘ触媒の触媒温度（あるいは前記ＮＯｘ触媒の出口の排気ガス温度）と前記温度検出手段により検出された温度との温度差の大きさに応じて前記劣化判定手段の判定閾値を変更する閾値変更手段を備えることができる。アイドル開始時の触媒温度と劣化判定時間経過後の触媒温度との温度差は、劣化判定の対象となるＮＯｘ触媒において大きいときには、全く劣化していない新品のＮＯｘ触媒においても大きくなるので、前記温度差に応じて判定閾値を変更した方が、判定精度が向上する。
【００２７】
本発明においては、前記内燃機関のアイドル開始時における前記ＮＯｘ触媒の触媒温度（あるいは前記ＮＯｘ触媒の出口の排気ガス温度）の大きさに応じて前記劣化判定時間を変更することもできる。アイドル開始時の前記温度が大きくなるにしたがって劣化判定時間を長くすると、判定精度が向上する。
【００２８】
本発明において、前記基準温度は、完全劣化したＮＯｘ触媒がアイドル運転開始から劣化判定時間経過後になり得ると推定される触媒温度とすることができる。
【００２９】
本発明においては、前記基準温度は、完全劣化したＮＯｘ触媒がアイドル運転開始から劣化判定時間経過後になり得ると推定される触媒温度とし、前記劣化判定手段は、前記温度検出手段により検出された温度から前記基準温度を減算して得た温度差の大きさに基づいて前記ＮＯｘ触媒が劣化しているか否かを判定し、前記閾値変更手段は、アイドル開始時における前記ＮＯｘ触媒の触媒温度（あるいは前記ＮＯｘ触媒の出口の排気ガス温度）と前記温度検出手段により検出された温度との温度差が大きいほど判定閾値を小さくするように変更するものとすることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態を図１から図５の図面に基いて説明する。尚、以下に記載する実施の形態は、本発明に係る排気浄化装置を内燃機関としての車両用ディーゼルエンジンに適用した態様である。
【００３１】
図１は内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態における全体構成を示す図である。エンジン１はディーゼルエンジンであり、各気筒の燃焼室２には吸気管３および吸気弁４を介して吸気が導入される。
【００３２】
また、エンジン１には、各気筒毎に燃焼室２に燃料を噴射する燃料噴射弁５が設けられている。燃料噴射弁５の開弁時期及び開弁期間は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００により制御され、ピストン６が圧縮上死点近傍に位置したときに燃料を主噴射し、膨張行程あるいは排気行程で燃料を副噴射するように制御される。
【００３３】
各気筒の燃焼室２で生じた排気ガスは、排気弁７を介して排気管８に排出される。排気管８の途中には、上流側から順に、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、この実施の形態においてＮＯｘ触媒と略すこともある）１０を収容したケーシング１１と、酸化触媒２０を収容したケーシング２１が設けられており、これら触媒１０，２０を通過した排気ガスは図示しないマフラーを介して大気に排出される。
【００３４】
選択還元型ＮＯｘ触媒は、酸素過剰の雰囲気で炭化水素（ＨＣ）の存在下でＮＯｘを還元または分解する触媒をいい、例えば、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持した触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触媒、等が含まれる。
【００３５】
排気管８においてケーシング１１の直ぐ上流には、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気ガス（以下、入ガスという）の温度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する入ガス温センサ３１が取り付けられている。
【００３６】
また、ケーシング１１の略中央には、ＮＯｘ触媒１０の温度（触媒温度）に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する触媒温センサ（温度検出手段）３２が取り付けられている。
【００３７】
ＥＣＵ１００はデジタルコンピュータからなり、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）、入力ポート、出力ポートを具備し、エンジン１の燃料噴射量制御等の基本制御を行うほか、この実施の形態では、ＮＯｘ触媒の劣化判定処理を行っている。
【００３８】
これら制御のために、ＥＣＵ１００の入力ポートには、アクセル開度センサ５１からの入力信号と、クランク角センサ５２からの入力信号と、アイドルスイッチ５３からの入力信号が入力される。アクセル開度センサ５１はアクセル開度に比例した出力電圧をＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はアクセル開度センサ５１の出力信号に基づいてエンジン負荷を演算する。クランク角センサ５２はクランクシャフトが一定角度回転する毎に出力パルスをＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はこの出力パルスに基づいてエンジン回転数を演算する。これらエンジン負荷とエンジン回転数によってエンジン運転状態が判別される。また、アイドルスイッチ５３はアクセル全閉のときにＯＮとなってアイドル状態を示す出力信号をＥＣＵ１００に出力する。
【００３９】
選択還元型ＮＯｘ触媒１０で排気ガス中のＮＯｘを浄化するためには、ＮＯｘ触媒１０において所定濃度のＨＣが必要であり、この実施の形態では、ＮＯｘ触媒１０にＮＯｘ浄化用のＨＣを供給する手段として、前述の如くエンジン１の膨張行程あるいは排気行程で燃料噴射弁５から燃料を副噴射している。したがって、この実施の形態においては、燃料噴射弁５によって、ＮＯｘ触媒１０に還元剤を供給する還元剤供給手段が実現される。
【００４０】
ここで、副噴射量はエンジン１の運転状態に基づきＥＣＵ１００が演算する。即ち、エンジン１の運転状態からＮＯｘ排出量を推定することができ、さらに当該排出量のＮＯｘを浄化するのに必要な還元剤（ＨＣ）量を推定することができることから、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に基づき、予めＲＯＭに記憶しておいた副噴射量マップ（図示せず）を参照してＮＯｘ浄化に必要な副噴射量を演算する。
【００４１】
このエンジン１においては、ＮＯｘ触媒１０の触媒温度が活性温度範囲から外れているときには副噴射を実行しない。活性温度範囲から外れているときにはＮＯｘ触媒１０に還元剤を供給してもＮＯｘを浄化することができず、燃費悪化になるだけだからである。
【００４２】
ＮＯｘ触媒１０の触媒温度が活性温度範囲にあるなどの副噴射実行条件が成立したときには、燃料噴射弁５から燃焼室２への燃料の副噴射が実行され、排気ガス中のＮＯｘを浄化するのに必要なＨＣがＮＯｘ触媒１０に供給される。
【００４３】
次に、この実施の形態におけるＮＯｘ触媒１０の劣化判定処理について説明する。
前述のように副噴射を実行してＮＯｘ触媒１０にＨＣを供給した場合に、ＮＯｘ触媒１０が劣化しておらず、且つ、触媒温度が活性温度範囲にあるときには、ＮＯｘ触媒１０において酸化、還元反応が起こり、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘが浄化される。このＮＯｘ触媒１０の触媒反応によりＮＯｘ触媒１０は発熱し、触媒温度が上昇する。この発熱量は、ＮＯｘ触媒１０の劣化の進行によって徐々に減少していき、ＮＯｘ触媒１０が完全に（１００％）劣化したときには、触媒反応による発熱はなくなる。
【００４４】
したがって、ＮＯｘ触媒１０が触媒反応により上昇した温度の大きさを検出することができれば、その大きさに基づいてＮＯｘ触媒１０が劣化しているか否か判定することができる。これが、この排気浄化装置におけるＮＯｘ触媒１０の劣化判定の原理である。
【００４５】
ＮＯｘ触媒１０が触媒反応により上昇した温度の大きさを求めるには外乱の少ないエンジン１の定常運転時が好ましく、特に、アイドル運転時は常に同一条件下で判定することができることから、判定精度が向上し、信頼性が高くなるので、より好ましい。そこで、この排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒１０の劣化判定処理をアイドル運転時に行うこととした。
【００４６】
また、アイドル運転時といえども、アイドル運転時のＮＯｘ触媒１０における発熱量は、アイドル運転に入る前のエンジン１の運転状態の影響を大きく受けるので、この排気浄化装置では、アイドル運転前の運転状態による影響がなくなるまで待ってから劣化判定を実行することにした。即ち、この排気浄化装置では、アイドル運転開始から所定時間（以下、これを劣化判定時間という）アイドル運転が継続された後に劣化判定を実行することにした。
【００４７】
そして、劣化判定時間は、次のようにして決定する。図２は、車両を１０・１５モードの運転パターンで走行したときに、劣化していない新品のＮＯｘ触媒（以下、新品触媒という）の触媒温度（太い実線）と、ある程度劣化したＮＯｘ触媒（以下、これを耐久品触媒という）の触媒温度（細い実線）と、完全劣化したＮＯｘ触媒（以下、これを完全劣化触媒という）の触媒温度（破線）の経時変化を実験的に求めて得た実験結果の一例である。アイドル運転状態では、触媒温度は経時的に低下していくが、完全劣化触媒に着目すると、アイドル運転開始から所定時間が経過すると完全劣化触媒の触媒温度はほぼ平衡している。このことから、この時点になると、アイドル運転に入る前のエンジン１の運転状態が触媒温度に与える影響は、殆どないということができる。しかも、完全劣化触媒の触媒温度がほぼ平衡したときに、新品触媒と耐久品触媒の触媒温度差が極めて大きくなり、新品と耐久品の差が明確になる。そこで、この実施の形態では、アイドル運転開始から完全劣化触媒の触媒温度がほぼ平衡するまでにかかる時間を予め実験的に求め、これを劣化判定時間として採用する。
【００４８】
次に、ＮＯｘ触媒１０の劣化判定は次のようにして行う。図２において、耐久品触媒の触媒温度から完全劣化触媒の触媒温度を減算して得た温度差が、耐久品触媒が触媒反応によって上昇した温度であるということができる。しかしながら、実車両に完全劣化触媒を搭載しその触媒温度を検出するのは非現実的である。そこで、この実施の形態では、アイドル運転開始時のＮＯｘ触媒１０の入ガス温度から、前記劣化判定時間が経過した後の完全劣化触媒の触媒温度を推定することにした。そして、推定した完全劣化触媒の触媒温度を基準温度として、劣化判定時間経過後に触媒温センサ３２で検出したＮＯｘ触媒１０の触媒温度から前記基準温度を減算して、ＮＯｘ触媒１０が触媒反応によって上昇した温度を求め、この上昇温度が予め設定した所定の閾値よりも小さい場合に、ＮＯｘ触媒１０は劣化していると判定することにした。
【００４９】
前記基準温度は、完全劣化触媒の熱容量を考慮してＮＯｘ触媒１０の入ガス温度をなまし処理したものと言うことができる。
なお、この実施の形態では、予め実験的にアイドル運転開始時のＮＯｘ触媒の入ガス温度と前記基準温度との関係を求め、これに基づいて基準温度マップ（図示せず）を作成しＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶しておく。
【００５０】
ところで、アイドル運転開始時の触媒温度と劣化判定時間経過後の触媒温度との温度差は、耐久品触媒の該温度差が大きいときには新品触媒の該温度差も大きくなり、耐久品触媒の該温度差が小さいときには新品触媒の該温度差も小さくなることが、実験的に確認されている。したがって、前述のようにＮＯｘ触媒１０の劣化判定を行う場合には、アイドル運転開始時におけるＮＯｘ触媒１０の触媒温度と劣化判定時間経過後のＮＯｘ触媒１０の触媒温度との温度差の大きさに応じて、この温度差が大きいほど前記劣化判定の閾値を小さくするように閾値を変更するのが好ましい。
【００５１】
そこで、この実施の形態では、予め実験的に、新品触媒について、アイドル運転開始時の触媒温度と劣化判定時間経過後の触媒温度との温度差と、劣化判定時間経過後における触媒反応に基づく温度上昇分との関係を求め、この新品触媒の実験結果に基づいて、アイドル運転開始時と劣化判定時間経過後の触媒温度の温度差に対応する判定閾値を設定し、これを図３に示すような閾値マップにしてＥＣＵ１００のＲＯＭに予め記憶しておく。
【００５２】
そして、劣化判定を実行する毎に、アイドル運転開始時の触媒温度と劣化判定時間経過後の触媒温度との温度差を演算し、この温度差に応じた判定閾値を前記閾値マップを参照して算出し、この判定閾値を採用して劣化判定を実行するようにした。
【００５３】
また、この実施の形態では、アイドル運転開始時のＮＯｘ触媒１０の触媒温度が副噴射実行温度範囲から外れている場合には、ＮＯｘ触媒１０に対する劣化判定の実行を禁止するようにした。そもそも、この排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒１０に還元剤としてのＨＣを供給したときに触媒反応に基づいてＮＯｘ触媒１０の温度が上昇する現象を利用して劣化判定を行っており、ＨＣの供給がないときにはＮＯｘ触媒１０において触媒反応が殆どなく、温度上昇が極めて小さい。そして、この実施の形態ではＮＯｘ触媒１０へのＨＣ供給を副噴射により行っており、ＮＯｘ触媒１０の触媒温度が副噴射実効温度範囲から外れているときには、副噴射が実行されず、ＮＯｘ触媒１０の劣化判定を実質的に実行し得ないからである。
ただし、アイドル開始時のＮＯｘ触媒１０の触媒温度が副噴射実行温度範囲から高い側に外れている場合には、しばらくアイドル放置すれば副噴射実行温度範囲に入ってくるため、このような場合には劣化判定を実行してもよい。
【００５４】
さらに、副噴射実効温度範囲はＮＯｘ触媒１０の活性温度範囲内において設定されており、副噴射実行温度範囲から外れている場合には、ＮＯｘ触媒１０の触媒温度も活性温度範囲から外れていることになるため、万が一、エンジン１から排出される排気ガスのＨＣ濃度が高かったとしても、このときにはＮＯｘ触媒１０において触媒反応が殆どないことも、大きな理由である。
【００５５】
さらに、この実施の形態では、前記劣化判定時間の間における所定期間の間、副噴射が継続して実行されなかった場合にも、ＮＯｘ触媒１０に対する劣化判定の実行を禁止するようにした。これは、副噴射の継続時間が前記所定期間よりも短い場合には、副噴射によるＮＯｘ触媒１０の温度上昇の影響が表れず、ＮＯｘ触媒１０の劣化判定を行うことができないからである。
【００５６】
次に、この実施の形態におけるＮＯｘ触媒１０の劣化判定処理を図４及び図５を参照して説明する。
図４は、劣化判定時においてエンジン１のアイドル運転開始前後に亘るＮＯｘ触媒の触媒温度経時変化の一例を示す図であり、この図において、細い実線は劣化判定の対象となるＮＯｘ触媒１０の触媒温度を示し、破線は完全劣化触媒の推定触媒温度を示し、太い実線は新品触媒の触媒温度を示している。
【００５７】
劣化判定処理は、図５に示す劣化判定処理ルーチンに従って実行される。図５に示す劣化判定処理ルーチンは、ＥＣＵ１００のＲＯＭに予め記憶されており、所定時間毎にＣＰＵによって繰り返し実行されるルーチンである。
【００５８】
＜ステップ１０１＞
ＥＣＵ１００は、まず、ステップ１０１において、エンジン１がアイドル運転を開始して、且つ、アイドル運転開始時のＮＯｘ触媒１０の触媒温度Ｔｃ１が副噴射実効温度範囲（Ａ〜Ｂ゜Ｃ）に入っているか否かを判定する。ここで、アイドル運転については、アイドルスイッチ５３が０ＦＦからＯＮになったときにエンジン１がアイドル運転に入ったと判定する。また、アイドル運転開始時のＮＯｘ触媒１０の触媒温度Ｔｃ１はアイドル運転開始時の触媒温センサ３２の出力信号から読み込む。
【００５９】
ステップ１０１において否定判定した場合には、すなわち、エンジン１がアイドル運転を開始しないとき、あるいは、エンジン１がアイドル運転を開始してもそのときのＮＯｘ触媒１０の触媒温度が副噴射実効温度範囲にないときには、ＥＣＵ１００は、ＮＯｘ触媒１０に対する劣化判定を実行すべきでなく禁止すべきであるとして、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６０】
＜ステップ１０２＞
ステップ１０１において肯定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ１０２に進む。ＥＣＵ１００は、ステップ１０２において、アイドル運転開始からのアイドル運転継続時間が劣化判定時間以上であり、且つ、その劣化判定時間の間の副噴射実行継続時間が予め設定した所定期間Ｄ（秒）以上か否か判定する。
【００６１】
ステップ１０２において否定判定した場合には、すなわち、アイドル運転継続時間が劣化判定時間に満たないとき、あるいは、副噴射実行継続時間が所定期間Ｄに満たないときには、ＥＣＵ１００は、ＮＯｘ触媒１０に対する劣化判定を実行すべきでなく禁止すべきであるとして、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６２】
＜ステップ１０３＞
ステップ１０２において肯定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ１０３に進み、前述した基準温度マップを参照して、アイドル運転開始時の入ガス温度に対応する基準温度Ｃを算出する。なお、アイドル運転開始時の入ガス温度は、アイドル運転開始時の入ガス温センサ３１の出力信号から読み込む。
【００６３】
＜ステップ１０４＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ１０４に進み、劣化判定時間経過直後の触媒温センサ５３の出力信号から劣化判定時間経過後のＮＯｘ触媒１０の触媒温度Ｔｃ２を読み込み、アイドル運転開始時のＮＯｘ触媒１０の触媒温度Ｔｃ１から劣化判定時間経過後のＮＯｘ触媒１０の触媒温度Ｔｃ２を減算して、閾値算出のための温度差△ｔを算出する。
△ｔ＝Ｔｃ１  −  Ｔｃ２
【００６４】
＜ステップ１０５＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ１０５に進み、前述した閾値マップを参照して、前記温度差△ｔに対応する判定閾値Ｅを算出する。
【００６５】
＜ステップ１０６＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ１０６に進み、劣化判定時間経過後のＮＯｘ触媒１０の触媒温度Ｔｃ２からステップ１０３で算出した基準温度Ｃを減算して、触媒反応によって温度上昇したＮＯｘ触媒１０の上昇温度△Ｔｃを算出する。
△Ｔｃ＝Ｔｃ２  −  Ｃ
【００６６】
＜ステップ１０７＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ１０７に進み、ステップ１０６で算出した上昇温度△Ｔｃがステップ１０５で算出した判定閾値Ｅよりも小さいか否か判定する。
ステップ１０７において否定判定した場合には、ＮＯｘ触媒１０は未だ劣化していないので、ＥＣＵは、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６７】
＜ステップ１０８＞
一方、ステップ１０７において肯定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ１０８に進んで、ＮＯｘ触媒１０が劣化していると判定し、その後、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６８】
以上説明したように、この実施の形態の排気浄化装置においては、ＮＯｘ触媒１０の劣化判定を劣化判定時間経過後に実行するようにしているので、アイドル運転開始前のエンジン１の運転状態によるＮＯｘ触媒１０の発熱量への影響を殆どなくすことができる。したがって、この発熱に起因したＮＯｘ触媒１０の上昇温度に基づいて行う触媒の劣化判定精度を高めることができる。
【００６９】
また、この実施の形態では、アイドル運転開始時のＮＯｘ触媒１０の触媒温度Ｔｃ１と劣化判定時間経過後のＮＯｘ触媒１０の触媒温度Ｔｃ２との温度差△ｔに応じて判定閾値Ｅを変更しているので、ＮＯｘ触媒１０の劣化判定精度が高い。
【００７０】
尚、この実施の形態においては、前述した劣化判定処理ルーチンのうちステップ１０４およびステップ１０５をＥＣＵ１００が実行することにより、本発明における閾値変更手段が実現される。また、劣化判定処理ルーチンのうちステップ１０６からステップ１０８をＥＣＵ１００が実行することにより、本発明における劣化判定手段が実現される。
【００７１】
〔他の実施の形態〕
前述した実施の形態では劣化判定時間を一定にしたが、アイドル運転開始時の触媒温度が高いほど触媒温度が安定するまでに時間が長くかかることから、アイドル運転開始時のＮＯｘ触媒１０の触媒温度の大きさに応じて、劣化判定時間を変更するようにすることも可能である。この場合、アイドル運転開始時のＮＯｘ触媒１０の触媒温度が大きいほど劣化判定時間を長くするようにする。
【００７２】
このように劣化判定時間を変更して劣化判定を実行する場合には、アイドル運転開始時のＮＯｘ触媒１０の触媒温度の大きさに応じた劣化判定時間を予め設定して、これを劣化判定時間変更マップとしてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶しておき、劣化判定を実行する毎にこの劣化判定時間変更マップを参照して劣化判定時間を算出するようにすればよい。
【００７３】
前述の実施の形態では、ケーシング１１に設けた触媒温センサ３２によってＮＯｘ触媒１０の触媒温度を直接に検出しているが、触媒温センサ３２を設ける代わりに、ケーシング１１の下流に、ＮＯｘ触媒１０の下流の排気ガス温度を検出する出ガス温センサ（温度検出手段）を設けて、この出ガス温センサで検出した出ガス温度を前記触媒温度の代わりにして、ＮＯｘ触媒１０の劣化判定を行うことも可能である。その場合には、アイドル運転開始時のＮＯｘ触媒１０の触媒温度に代えてアイドル運転開始時の出ガス温度を用い、劣化判定時間経過後のＮＯｘ触媒１０の触媒温度に代えて劣化判定時間経過後の出ガス温度を用いて劣化判定を行う。
【００７４】
前述の実施の形態では、ＮＯｘ触媒１０に流入する入ガス温度を入ガス温センサ３１で実測し、この入ガス温度から基準温度を推定するようにしているが、入ガス温度はエンジン１の運転状態から推定可能であるので、エンジンの運転状態と基準温度とを対応させたマップを予め実験的に求めてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶させておき、このマップを参照して基準温度を推定するようにしてもよい。
【００７５】
前述の実施の形態では、ＮＯｘ触媒１０に還元剤を供給する還元剤供給手段として、膨張行程あるいは排気行程で燃料を燃焼室２に供給する副噴射を採用したが、これに代えて、ＮＯｘ触媒１０よりも上流の排気管８に還元剤を供給する還元剤供給装置を採用することも可能である。
また、前述の実施の形態では、内燃機関をディーゼルエンジンとしたが、本発明の内燃機関の排気浄化装置はガソリンエンジンにも適用可能である。
【００７６】
前述の実施の形態では、ＮＯｘ触媒を選択還元型ＮＯｘ触媒としたが、本発明の内燃機関の排気浄化装置はＮＯｘ触媒を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とした場合にも成立する。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出しＮ２に還元する触媒であり、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されたＮＯｘを放出し還元するときに吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤（ＨＣ）を供給する。
【００７７】
【発明の効果】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置によれば、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、（ロ）前記内燃機関のアイドル運転開始から劣化判定時間経過後の前記ＮＯｘ触媒の触媒温度（あるいは前記ＮＯｘ触媒の出口の排気ガス温度）を検出する温度検出手段と、（ハ）前記劣化判定時間内の少なくとも所定期間の間、前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、（ニ）前記温度検出手段により検出された温度と基準温度とを比較し、その比較値の大きさに基づいて前記ＮＯｘ触媒が劣化しているか否かを判定する劣化判定手段と、を備えることにより、アイドル運転に入る前の内燃機関の運転状態による影響を受けずに、ＮＯｘ触媒の劣化判定を行うことができるので、判定精度が向上し、判定結果に対する信頼性が高まるという優れた効果が奏される。
【００７８】
本発明において、前記内燃機関のアイドル運転開始時における前記ＮＯｘ触媒の触媒温度あるいは前記ＮＯｘ触媒の出口の排気ガス温度が所定温度範囲から外れているときには、前記ＮＯｘ触媒に対する劣化判定の実行を禁止するようにした場合には、誤判定を未然に防止することができる。
【００７９】
本発明において、前記内燃機関のアイドル開始時における前記ＮＯｘ触媒の触媒温度あるいは前記ＮＯｘ触媒の出口の排気ガス温度と前記温度検出手段により検出された温度との温度差の大きさに応じて前記劣化判定手段の判定閾値を変更する閾値変更手段を備えた場合には、判定精度がさらに向上する。
【００８０】
本発明において、前記内燃機関のアイドル開始時における前記ＮＯｘ触媒の触媒温度あるいは前記ＮＯｘ触媒の出口の排気ガス温度の大きさに応じて前記劣化判定時間を変更するようにした場合には、判定精度がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】車両を１０・１５モードの運転パターンで走行したときのＮＯｘ触媒温度の経時変化を示す一例である。
【図３】前記実施の形態における閾値マップの一例である。
【図４】劣化判定時におけるＮＯｘ触媒温度の経時変化を示す一例である。
【図５】前記実施の形態におけるＮＯｘ触媒の劣化判定処理ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン
２  燃焼室
５  燃料噴射弁（還元剤供給手段）
８  排気管（排気通路）
１０  選択還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
２０  酸化触媒
３１  入ガス温センサ
３２  触媒温センサ（温度検出手段）
５３  アイドルスイッチ
１００  ＥＣＵ（劣化判定手段、閾値変更手段）
【図１】
0003613670.tif 000002
【図２】
0003613670.tif 000003
【図３】
0003613670.tif 000004
【図４】
0003613670.tif 000005
【図５】
0003613670.tif 000006