(57)【要約】【課題】本発明は、選択還元型触媒と、選択還元型触媒より下流に配置される酸化触媒と、酸化触媒より下流に配置されるＮＯＸセンサと、ＮＯＸセンサの測定値から選択還元型触媒の劣化を診断する手段と、を備えたＳＣＲシステムの劣化診断装置において、誤診断を抑制することができる技術を提供する。【解決手段】本発明は、選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ還元剤を供給する還元剤供給装置と、選択還元型触媒より下流に配置される酸化触媒と、酸化触媒より下流に配置されるＮＯＸセンサと、ＮＯＸセンサの測定値をパラメータとして選択還元型触媒の劣化診断を行う診断手段と、を備えたＳＣＲシステムの劣化診断装置において、酸化触媒のＮＯＸ浄化率が低いときに、選択還元型触媒の劣化診断を行うようにした。【選択図】図４
2014098359.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る選択還元型触媒と、
アンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を選択還元型触媒へ供給する還元剤供給装置と、
前記選択還元型触媒より下流の排気通路に配置される酸化触媒と、
前記酸化触媒より下流の排気通路に配置されるＮＯＸセンサと、
前記酸化触媒におけるＮＯＸ浄化率である第１ＮＯＸ浄化率が低いときに、前記ＮＯＸセンサの測定値をパラメータとして前記選択還元型触媒の劣化を診断する診断手段と、
を備えるＳＣＲシステムの劣化診断装置。
【請求項２】
請求項１において、前記診断手段は、前記ＮＯＸセンサの測定値をパラメータとして前記選択還元型触媒におけるＮＯＸ浄化率である第２ＮＯＸ浄化率を演算し、算出された第２ＮＯＸ浄化率が閾値より小さい場合に選択還元型触媒が劣化していると診断するものであり、
前記第１ＮＯＸ浄化率が高いときに前記選択還元型触媒の劣化診断が行われる場合は、前記第１ＮＯＸ浄化率が低いときに前記選択還元型触媒の劣化診断が行われる場合に比べ、前記閾値が大きな値に変更されるＳＣＲシステムの劣化診断装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記酸化触媒を通過する排気の量が所定量より少ないときに、前記第１ＮＯＸ浄化率が高いと判断されるＳＣＲシステムの劣化診断装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項において、前記酸化触媒の温度が所定の温度範囲に属するときに、前記第１ＮＯＸ浄化率が高いと判断されるＳＣＲシステムの劣化診断装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項において、前記選択還元型触媒が劣化していると仮定した場合に該選択還元型触媒から流出する窒素酸化物の量と前記ＮＯＸセンサの測定値とをパラメータとして演算されるＮＯＸ浄化率が上昇傾向にあるときに、前記第１ＮＯＸ浄化率が高いと判定されるＳＣＲシステムの劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に配置された排気浄化用装置の劣化を診断する技術に関し、特に選択還元型触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）の劣化を診断する技術に関す
る。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯＸ）を浄化するシステムとして、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、該選択還元型触媒へアンモニア（ＮＨ３）又はＮＨ３の前駆体である還元剤を供給する還元剤供給装置とを備えた排気浄化システム（所謂、ＳＣＲシステム）が知られている。
【０００３】
また、ＳＣＲシステムにおいては、選択還元型触媒から流出するＮＨ３を浄化することを目的として、選択還元型触媒より下流の排気通路に酸化触媒を配置する構成も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８５３７２号公報
【特許文献２】特開２０１１−０９６３１０号公報
【特許文献３】特開２００９−１９１７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＳＣＲシステムの選択還元型触媒に異常が発生した場合は、選択還元型触媒の異常を速やかに検出して、車両の運転者等に報知する必要がある。このような要求に対し、選択還元型触媒より下流にＮＯＸセンサを配置し、該ＮＯＸセンサの測定値をパラメータとして選択還元型触媒の劣化又は異常を診断する技術が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されているように、選択還元型触媒の下流に酸化触媒が配置され、酸化触媒の下流にＮＯＸセンサが配置される構成においては、ＮＯＸセンサの測定値と選択還元型触媒の劣化度合いとの相関が低くなる場合がある。そのような場合に、ＮＯＸセンサの測定値に基づいて選択還元型触媒の劣化診断が行われると、選択還元型触媒の劣化を正確に診断することができない可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、選択還元型触媒より下流の排気通路に配置される酸化触媒と、酸化触媒より下流に配置されるＮＯＸセンサと、ＮＯＸセンサの測定値から選択還元型触媒の劣化を診断する手段と、を備えたＳＣＲシステムの劣化診断装置において、誤診断を抑制することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、選択還元型触媒へアンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を供給する還元剤供給装置と、選択還元型触媒より下流の排気通路に配置される酸化触媒と、酸化触媒より下流の排気通路に配置されるＮＯＸセンサと、ＮＯＸセンサの測定値をパラメータとして選択還元型触媒の劣化診断を行う診断手段と、を備えたＳＣＲシステムの劣化診断装置において、酸化触媒のＮＯＸ浄化率（酸化触媒へ流入したＮＯＸの量に対して、酸化
触媒において還元されたＮＯＸの量の比率）が低いときに、選択還元型触媒の劣化診断を行うようにした。
【０００９】
詳細には、本発明のＳＣＲシステムの劣化診断装置は、
内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、
アンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を選択還元型触媒へ供給する還元剤供給装置と、
前記選択還元型触媒より下流の排気通路に配置される酸化触媒と、
前記酸化触媒より下流の排気通路に配置されるＮＯＸセンサと、
前記酸化触媒におけるＮＯＸ浄化率である第１ＮＯＸ浄化率が低いときに、前記ＮＯＸセンサの測定値をパラメータとして、前記選択還元型触媒の劣化を診断する診断手段と、を備えるようにした。
【００１０】
酸化触媒が選択還元型触媒より下流の排気通路に配置される構成においては、酸化触媒において排気中のＮＨ３とＮＯＸが酸化還元反応を起こす場合がある。そのような場合は、酸化触媒においてＮＨ３とＮＯＸの酸化還元反応が起こらない場合に比べ、ＮＯＸセンサの測定値が小さくなる。
【００１１】
したがって、第１ＮＯＸ浄化率が高いときに選択還元型触媒の劣化診断が行われると、選択還元型触媒が劣化しているにもかかわらず、選択還元型触媒が劣化していないと誤診断される可能性がある。
【００１２】
これに対し、本発明のＳＣＲシステムの劣化診断装置によれば、第１ＮＯＸ浄化率が低くなる期間（好ましくは、酸化触媒によってＮＯＸが還元されない期間）に、選択還元型触媒の劣化診断が行われる。その結果、選択還元型触媒が劣化しているにもかかわらず、選択還元型触媒が劣化していないと誤診断される事態が発生し難くなる。したがって、本発明のＳＣＲシステムの劣化診断装置によれば、選択還元型触媒の劣化診断をより正確に行うことができる。
【００１３】
なお、第１ＮＯＸ浄化率が高くなる期間は、診断基準を変更することを条件として、選択還元型触媒の劣化診断が実施されてもよい。例えば、ＮＯＸセンサの測定値をパラメータとして選択還元型触媒におけるＮＯＸ浄化率である第２ＮＯＸ浄化率を演算し、算出された第２ＮＯＸ浄化率が閾値より小さいことを条件として前記選択還元型触媒が劣化していると診断する場合において、第１ＮＯＸ浄化率が高くなる期間は低くなる期間に比べ、前記閾値を大きな値に変更してもよい。
【００１４】
ＮＯＸセンサの測定値をパラメータとして算出されるＮＯＸ浄化率は、第１ＮＯＸ浄化率と第２ＮＯＸ浄化率を含む。ただし、第１ＮＯＸ浄化率が低いとき（好ましくは、酸化触媒においてＮＯＸが還元されないとき）は、ＮＯＸセンサの測定値から算出されるＮＯＸ浄化率は、第２ＮＯＸ浄化率と略同等になる。一方、第１ＮＯＸ浄化率が高いときは、ＮＯＸセンサの測定値から算出されるＮＯＸ浄化率は、第２ＮＯＸ浄化率より大きくなる。そのため、選択還元型触媒が劣化している場合であっても、第１ＮＯＸ浄化率が高ければ、ＮＯＸセンサの測定値から算出されるＮＯＸ浄化率が閾値以上になる可能性がある。その結果、選択還元型触媒が劣化しているにもかかわらず、該選択還元型触媒が劣化していないと誤診断される可能性がある。
【００１５】
これに対し、本発明のＳＣＲシステムの劣化診断装置によれば、第１ＮＯＸ浄化率が高いときは低いときに比べ、選択還元型触媒の劣化診断に使用される閾値が大きな値にされる。そのため、選択還元型触媒が劣化しているときであって、第１ＮＯＸ浄化率が高いときに、選択還元型触媒の劣化診断が行われても、ＮＯＸセンサの測定値から算出されるＮ
ＯＸ浄化率が閾値を上回り難くなる。
【００１６】
その結果、第１ＮＯＸ浄化率が高いときに選択還元型触媒の劣化診断が行われても、選択還元型触媒が劣化しているにもかかわらず、該選択還元型触媒が劣化していないと誤診断される事態が発生し難くなる。したがって、本発明のＳＣＲシステムの劣化診断装置によれば、選択還元型触媒の劣化診断をより正確に行うことができる。
【００１７】
なお、第１ＮＯＸ浄化率が高いときは、ＮＯＸセンサの測定値から算出されるＮＯＸ浄化率が取り得る最大値より大きな値の閾値を設定し、選択還元型触媒の劣化診断が実質的に行われないようにしてもよい。
【００１８】
ここで、第１ＮＯＸ浄化率は、酸化触媒を通過する排気の流量や、酸化触媒の温度（床温）に相関する。例えば、酸化触媒を通過する排気の量が所定量より少ないときは、酸化触媒において排気中のＮＯＸとＮＨ３が反応し易くなる。よって、酸化触媒を通過する排気の量が所定量より少ないときは、第１ＮＯＸ浄化率が高いと考えることができる。そのため、酸化触媒を通過する排気の量が所定量より少ないときは、選択還元型触媒の劣化診断が行われず、又は選択還元型触媒の劣化診断に使用される閾値が大きな値に変更されてもよい。なお、酸化触媒を通過する排気の量は、酸化触媒より上流の排気通路において二次空気等が追加されない限り、内燃機関の吸入空気量と相関する。したがって、内燃機関の吸入空気量が所定量より少ないときに、選択還元型触媒の劣化診断が行われず、又は選択還元型触媒の劣化診断に使用される閾値が大きな値に変更されるようにしてもよい。
【００１９】
また、酸化触媒の温度が所定の温度範囲に属するときは、酸化触媒において排気中のＮＯＸとＮＨ３が反応し易くなる。よって、酸化触媒の温度が所定の温度範囲に属するときは、選択還元型触媒の劣化診断が行われず、又は選択還元型触媒の劣化診断に使用される閾値が大きな値に変更されてもよい。ここでいう「所定の温度範囲」は、酸化触媒の仕様によって変化するが、予め実験的に求めておくことができる。
【００２０】
なお、酸化触媒においてＮＯＸが浄化（還元）されるときは、第１ＮＯＸ浄化率が上昇傾向を示す。そこで、第１ＮＯＸ浄化率が上昇傾向にあるとき（酸化触媒においてＮＯＸが浄化されるとき）は、選択還元型触媒の劣化診断が行われず、又は選択還元型触媒の劣化診断に使用される閾値が大きな値に変更されてもよい。
【００２１】
ところで、第１ＮＯＸ浄化率は、該酸化触媒へ流入するＮＯＸの量とＮＯＸセンサの測定値から演算することができる。また、酸化触媒へ流入するＮＯＸの量は、選択還元型触媒へ流入するＮＯＸの量と選択還元型触媒のＮＯＸ浄化率から演算することができる。しかしながら、選択還元型触媒が劣化しているか否かは不明であるため、選択還元型触媒のＮＯＸ浄化率を正確に求めることは困難である。
【００２２】
これに対し、第１ＮＯＸ浄化率が増加傾向にあるか否かのみを判断するのであれば、選択還元型触媒が劣化していると仮定、又は選択還元型触媒が劣化していないと仮定した場合の第２ＮＯＸ浄化率を用いることにより、選択還元型触媒から流出するＮＯＸの量（酸化触媒へ流入するＮＯＸの量）を求めればよい。
【００２３】
ただし、第１ＮＯＸ浄化率が高い期間と低い期間において、閾値の大きさを変更するのであれば、第１ＮＯＸ浄化率の増加分に応じて、閾値の大きさの変更量を決定することが好ましい。ここで、酸化触媒がＮＯＸ浄化率の低い状態から高い状態へ移行するときの第１ＮＯＸ浄化率の増加量は、選択還元型触媒が劣化していないときより劣化しているときの方が大きくなる。よって、選択還元型触媒が劣化していないと仮定した場合の第２ＮＯＸ浄化率が用いられると、選択還元型触媒が劣化しているにもかかわらず、選択還元型触
媒が劣化していないと誤診断される可能性がある。そこで、選択還元型触媒が劣化していると仮定した場合の第２ＮＯＸ浄化率（以下、「仮第２ＮＯＸ浄化」と称する）を用いることにより、第１ＮＯＸ浄化率を求めることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、選択還元型触媒より下流の排気通路に配置される酸化触媒と、酸化触媒より下流に配置されるＮＯＸセンサと、ＮＯＸセンサの測定値から選択還元型触媒の劣化を診断する手段と、を備えたＳＣＲシステムの劣化診断装置において、誤診断を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を適用す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】アンモニア酸化コンバータの床温とアンモニア酸化コンバータを通過する排気流量と第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃとの関係を示す図である。
【図３】ＳＣＲコンバータが劣化している場合において、アンモニア酸化コンバータの床温と、アンモニア酸化コンバータを通過する排気流量と、総ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘの経時変化を示す図である。
【図４】第１の実施例においてＳＣＲコンバータの劣化診断処理が行われるときにＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】第１の実施例においてＳＣＲコンバータの劣化診断処理が行われるときにＥＣＵが実行する処理ルーチンの他の例を示す示すフローチャートである。
【図６】第２の実施例においてＳＣＲコンバータの劣化診断処理が行われるときにＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】ＳＣＲコンバータが劣化状態にあるときの床温と排気流量と仮第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘｓｃｒ０との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２７】
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図４に基づいて説明する。図１は、本発明を適用す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、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）又は希薄燃焼（リーンバーン運転）可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。
【００２８】
内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２は、内燃機関１の気筒内から排出される既燃ガス（排気）を流通させるための通路である。排気通路２の途中には、第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４が上流側から直列に配置されている。
【００２９】
第一触媒ケーシング３は、例えば、筒状のケーシング内に酸化触媒とパティキュレートフィルタを内装している。その際、酸化触媒は、パティキュレートフィルタの上流に配置される触媒担体に担持されてもよく、或いはパティキュレートフィルタに担持されてもよい。
【００３０】
第二触媒ケーシング４は、筒状のケーシング内に、選択還元型触媒が担持された触媒担体４０（以下、「ＳＣＲコンバータ４０」と称する）と、酸化触媒が担持された触媒担体４１（以下、「アンモニア酸化コンバータ４１」と称すると、を収容したものである。ＳＣＲコンバータ４０の触媒担体は、例えば、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱
鋼等から形成されるハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの基材に、アルミナ系又はゼオライト系の活性成分（担体）をコーティングしたものである。また、アンモニア酸化コンバータ４１は、後述する還元剤添加弁５からＳＣＲコンバータ４０へ供給される還元剤のうち、ＳＣＲコンバータ４０をすり抜けた還元剤を酸化する触媒である。
【００３１】
第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４との間の排気通路２には、アンモニア（ＮＨ３）又はＮＨ３の前駆体である還元剤を排気中へ添加（噴射）するための還元剤添加弁５が取り付けられている。還元剤添加弁５は、ニードルの移動により開閉される噴孔を有する弁装置である。還元剤添加弁５は、ポンプ５０を介して還元剤タンク５１に接続されている。ポンプ５０は、還元剤タンク５１に貯留されている還元剤を吸引するとともに、吸引された還元剤を還元剤添加弁５へ圧送する。還元剤添加弁５は、ポンプ５０から圧送されてくる還元剤を排気通路２内へ噴射する。なお、還元剤添加弁５の開閉タイミングやポンプ５０の吐出圧力は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）９によって電気的に制御されるようになっている。
【００３２】
ここで、還元剤タンク５１に貯留される還元剤としては、ＮＨ３ガス、又は尿素やカルバミン酸アンモニウム等の水溶液である。本実施例では、当該還元剤として尿素水溶液を用いるものとする。
【００３３】
還元剤添加弁５から尿素水溶液が噴射されると、該尿素水溶液が排気とともに第二触媒ケーシング４へ流入する。その際、尿素水溶液が排気やＳＣＲコンバータ４０の熱を受けて熱分解又は加水分解される。尿素水溶液が熱分解又は加水分解されると、ＮＨ３が生成される。このようにして生成されたＮＨ３は、ＳＣＲコンバータ４０に吸着又は吸蔵される。ＳＣＲコンバータ４０に吸着又は吸蔵されたＮＨ３は、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯＸ）と反応して窒素（Ｎ２）や水（Ｈ２Ｏ）を生成する。つまり、ＮＨ３は、ＮＯＸの還元剤として機能する。
【００３４】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ９が併設されている。ＥＣＵ９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ９には、第一ＮＯＸセンサ６、第二ＮＯＸセンサ７、排気温度センサ８、クランクポジションセンサ１０、アクセルポジションセンサ１１、及びエアフローメータ１２等の各種センサが電気的に接続されている。
【００３５】
第一ＮＯＸセンサ６は、第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４の間の排気通路２に配置され、第二触媒ケーシング４へ流入する排気に含まれるＮＯＸの量（以下、「ＮＯＸ流入量」と称する）に相関する電気信号を出力する。第二ＮＯＸセンサ７は、第二触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第二触媒ケーシング４から流出するＮＯＸの量（以下、「ＮＯＸ流出量」と称する）に相関する電気信号を出力する。排気温度センサ８は、第二触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第二触媒ケーシング４から流出する排気の温度と相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１０は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１１は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１２は、内燃機関１に吸入される空気の量（質量）に相関する電気信号を出力する。
【００３６】
ＥＣＵ９に、内燃機関１に取り付けられた各種機器（たとえば、燃料噴射弁等）、還元剤添加弁５、及びポンプ５０等と電気的に接続されている。ＥＣＵ９は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の各種機器、還元剤添加弁５、及びポンプ５０等を電気的に制御する。例えば、ＥＣＵ９は、内燃機関１の燃料噴射制御や還元剤添加弁５から間欠的に還元剤を噴射させる添加制御等の既知の制御に加え、ＳＣＲコンバータ４０
の劣化を診断する処理（劣化診断処理）を実行する。
【００３７】
劣化診断処理では、ＥＣＵ９は、先ず、第一ＮＯＸセンサ６及び第二ＮＯＸセンサ７の出力信号に基づいて、第二触媒ケーシング４へ流入するＮＯＸ量（ＮＯＸ流入量）に対して第二触媒ケーシング４で浄化されるＮＯＸ量の比率（以下、「ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ」と称する）を演算する。詳細には、ＥＣＵ９は、以下の式（１）にしたがって、ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘを演算する。
Ｅｎｏｘ＝１−（Ａｎｏｘｏｕｔ／Ａｎｏｘｉｎ）・・・（１）
式（１）中のＡｎｏｘｏｕｔは第二ＮＯＸセンサ７の出力信号（ＮＯＸ流入量）であり、Ａｎｏｘｏｕｔは第一ＮＯＸセンサ６の出力信号（ＮＯＸ流出量）である。
【００３８】
続いて、ＥＣＵ９は、前記式（１）にしたがって演算されたＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘが閾値未満であるか否かを判別し、ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘが閾値未満であればＳＣＲコンバータ４０が劣化していると診断する。なお、内燃機関１の排気通路２に第一ＮＯＸセンサ６が設けられていない場合は、内燃機関１の運転状態（吸入空気量や燃料噴射量等）をパラメータとして、ＮＯＸ流入量Ａｎｏｘｉｎが演算されてもよい。
【００３９】
ところで、ＳＣＲコンバータ４０が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、ＳＣＲコンバータ４０に吸着されるＮＨ３の量が少なくなるとともに、ＳＣＲコンバータ４０によって還元されるＮＯＸの量が少なくなる。そのような場合は、ＳＣＲコンバータ４０から流出したＮＨ３とＮＯＸがアンモニア酸化コンバータ４１へ流入する。ここで、アンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量が少ないとき、およびまたはアンモニア酸化コンバータ４１の温度が所定の温度範囲に属するときは、アンモニア酸化コンバータ４１によってＮＨ３とＮＯＸの酸化還元反応が誘発される可能性がある。すなわち、アンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量が少ないとき、およびまたはアンモニア酸化コンバータ４１の温度が所定の温度範囲に属するときは、アンモニア酸化コンバータ４１においてＮＯＸが浄化（還元）される可能性がある。
【００４０】
図２は、アンモニア酸化コンバータ４１の温度（床温）と排気流量とアンモニア酸化コンバータ４１のＮＯＸ浄化率（アンモニア酸化コンバータ４１へ流入するＮＯＸ量に対してアンモニア酸化コンバータ４１で浄化されるＮＯＸ量の比率。以下では「第１ＮＯＸ浄化率」と称する）Ｅｎｏｘａｓｃとの関係を示す図である。
【００４１】
図２において、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃは、特定の温度範囲において高くなる傾向がある。また、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃは、該アンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量が多いときより少ないときの方が高くなる傾向がある。そして、アンモニア酸化コンバータ４１の温度がＴ１からＴ２までの所定温度範囲に属し、且つアンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量が所定量より少ないときは、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃが零より大きくなる。すなわち、アンモニア酸化コンバータ４１の温度が所定温度範囲に属し、且つアンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量が所定量より少ないときは、アンモニア酸化コンバータ４１によって排気中のＮＯＸが浄化されると考えることができる。
【００４２】
したがって、アンモニア酸化コンバータ４１の温度が所定温度範囲に属し、且つアンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量が所定量未満であるときは、前記式（１）によって算出されるＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘは、ＳＣＲコンバータ４０のＮＯＸ浄化率（以下、「第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘｓｃｒ」と称する）と第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃを含むことになる。以下では、前記式（１）によって算出されるＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘを「総ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘ」と称する。
【００４３】
その結果、ＳＣＲコンバータ４０が劣化している場合であっても、アンモニア酸化コンバータ４１の温度が所定温度範囲に属し、且つアンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量が所定量未満であるときにＳＣＲコンバータ４０の劣化診断が行われると、第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘｓｃｒの低下分が第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃによって補填され、総ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘが閾値以上になる可能性がある。
【００４４】
図３は、ＳＣＲコンバータ４０が劣化している場合において、アンモニア酸化コンバータ４１の温度（床温）と、アンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量（排気流量）と、総ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘの経時変化を示す図である。
【００４５】
図３において、アンモニア酸化コンバータ４１の床温がＴ１からＴ２までの所定温度範囲に属し、且つ排気流量が所定量Ｆｌｗｅｘ未満になる期間Ｓは、アンモニア酸化コンバータ４１の床温がＴ１からＴ２までの所定温度範囲に属さない期間、及び排気流量が所定量Ｆｌｗｅｘ以上になる期間に比べ、総ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘが大きな値を示す。さらに、期間Ｓにおいて、アンモニア酸化コンバータ４１の床温が比較的低く、且つ排気流量が比較的少なくなったときに、総ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘが閾値Ｅｎｏｘｔｈ以上の値を示す。
【００４６】
これに対し、本実施例のＳＣＲシステムの劣化診断装置は、アンモニア酸化コンバータ４１の床温がＴ１からＴ２までの所定温度範囲に属し、且つ排気流量が所定量Ｆｌｗｅｘ未満になるときは、ＳＣＲコンバータ４０の劣化診断を行わないようにした。言い換えると、本実施例のＳＣＲシステムの劣化診断装置は、アンモニア酸化コンバータ４１の床温がＴ１からＴ２までの所定温度範囲に属さないとき、又は排気流量が所定量Ｆｌｗｅｘ以上になるときに、ＳＣＲコンバータ４０の劣化診断を行うようにした。このような条件によってＳＣＲコンバータ４０の劣化診断が行われると、ＳＣＲコンバータ４０が劣化しているにもかかわらず、ＳＣＲコンバータ４０が劣化していないと誤診断される事態が発生し難くなる。その結果、ＳＣＲコンバータ４０の劣化診断をより正確に行うことが可能になる。
【００４７】
以下、本実施例における劣化診断処理の実行手順について図４に沿って説明する。図４は、劣化診断処理が行われるときにＥＣＵ９によって実行される処理ルーチンを示すフローである。図４に示す処理ルーチンは、予めＥＣＵ９のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ９によって周期的に実行される。
【００４８】
図４の処理ルーチンでは、ＥＣＵ９は、先ずＳ１０１の処理において、劣化診断処理の実行条件が成立しているか否かを判別する。詳細には、ＥＣＵ９は、内燃機関１が暖機完了状態にあり、且つ第一ＮＯＸセンサ６及び第二ＮＯＸセンサ７が活性状態にあることを条件として、劣化診断処理の実行条件が成立していると判定する。なお、Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、本処理ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０２の処理へ進む。
【００４９】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ９は、アンモニア酸化コンバータ４１の床温Ｔｅｍｐａｓｃが所定温度範囲（Ｔ１以上且つＴ２以下の温度範囲）に属しているか否かを判別する。その際、ＥＣＵ９は、アンモニア酸化コンバータ４１の床温Ｔｅｍｐａｓｃとして、排気温度センサ８の測定値を用いるものとする。なお、排気温度センサ８が第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４の間の排気通路２に配置される場合は、該排気温度センサ８の測定値をパラメータとして、アンモニア酸化コンバータ４１の床温Ｔｅｍｐａｓｃが演算（推定）されてもよい。Ｓ１０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０３の処理へ進む。
【００５０】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ９は、アンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量Ｆｌｗが所定量Ｆｌｗｅｘより少ないか否かを判別する。その際、ＥＣＵ９は、アンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量Ｆｌｗとして、エアフローメータ１２の測定値を用いるものとする。Ｓ１０３において肯定判定された場合は、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃが高くなる可能性がある。そのため、ＥＣＵ９は、Ｓ１０４へ進み、ＳＣＲコンバータ４０の劣化診断処理を行わずに本処理ルーチンを終了する。つまり、Ｓ１０４においては、ＳＣＲコンバータ４０の劣化診断処理が禁止される。その結果、ＳＣＲコンバータ４０が劣化しているにもかかわらず、ＳＣＲコンバータ４０が劣化していないと誤診断される事態が発生し難くなる。
【００５１】
また、前記Ｓ１０２又は前記Ｓ１０３において否定判定された場合は、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃが低くなる。よって、ＥＣＵ９は、Ｓ１０５の処理へ進み、ＳＣＲコンバータ４０の劣化診断処理を実行する。詳細には、ＥＣＵ９は、第一ＮＯＸセンサ６及び第二ＮＯＸセンサ７の測定値と前記式（１）とから総ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘを演算し、その総ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘが閾値Ｅｎｏｘｔｈより小さいか否かを判別する。そして、総ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘが閾値Ｅｎｏｘｔｈより小さい場合は、ＥＣＵ９は、ＳＣＲコンバータ４０が劣化していると診断し、その旨を車両の運転者に報知する。その際の報知方法としては、車室内に設けられた警告灯を点灯させる方法、車室内に設けられた表示装置にメッセージを表示させる方法、或いは車室内に設けられた音声出力装置から警告音又は音声メッセージを出力させる方法等を用いることができる。
【００５２】
以上述べた実施例によれば、アンモニア酸化コンバータ４１より下流に配置された第二ＮＯＸセンサ７の測定値に基づいて、アンモニア酸化コンバータ４１より上流に配置されるＳＣＲコンバータ４０の劣化診断処理を行う劣化診断装置において、誤診断が発生し難くなるため、ＳＣＲコンバータ４０の劣化診断をより正確に行うことができる。
【００５３】
なお、劣化診断処理においてＳＣＲコンバータ４０が劣化していると診断された後は、アンモニア酸化コンバータ４１の床温が所定温度範囲に属し、およびまたはアンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量Ｆｌｗが所定量Ｆｌｗｅｘ未満となるように内燃機関１の運転状態を制限するようにしてもよい。その場合、ＳＣＲコンバータ４０が劣化した後に大気中へ排出されるＮＯＸの量を可能な限り少なく抑えることができる。
【００５４】
また、アンモニア酸化コンバータ４１の床温が所定温度範囲に属し、且つアンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量Ｆｌｗが所定量Ｆｌｗｅｘ未満であるときは、閾値Ｅｎｏｘｔｈの値を変更して劣化診断が行われるようにしてもよい。具体的には、アンモニア酸化コンバータ４１の床温が所定温度範囲に属し、且つアンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量Ｆｌｗが所定量Ｆｌｗｅｘ未満であるときは、アンモニア酸化コンバータ４１の床温が所定温度範囲に属さないとき、又はアンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量Ｆｌｗが所定量Ｆｌｗｅｘ以上であるときに比べ、閾値Ｅｎｏｘｔｈが大きな値に変更されてもよい。その際の変更量は、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃに応じて変更される可変値であってもよく、若しくは第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃの最大値に応じて決定される固定値であってもよい。
【００５５】
上記した手順によってＳＣＲコンバータ４０の劣化診断が行われる場合は、ＥＣＵ９は、図５に示すような処理ルーチンにしたがって劣化診断処理を実行すればよい。図５に示す処理ルーチンと前述の図４の処理ルーチンとの相違点は、Ｓ１０３において肯定判定された場合に、Ｓ１０４の処理を実行する代わりにＳ２０１の処理、すなわち、閾値Ｅｎｏｘｔｈの値を変更する処理を実行し、その後にＳ１０５の処理（劣化診断処理を実行する処理）を行う点にある。図５に示す処理ルーチンにしたがって劣化診断処理が実行された場合は、誤診断の発生を抑制しつつ、劣化診断処理の実行頻度を高めることができる。
【００５６】
また、本実施例では、アンモニア酸化コンバータ４１の床温が所定温度範囲に属し、且つアンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量Ｆｌｗが所定量Ｆｌｗｅｘ未満であるときに劣化診断処理が行われない例について述べたが、アンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量Ｆｌｗが所定量Ｆｌｗｅｘ未満であるときはアンモニア酸化コンバータ４１の床温Ｔｅｍｐａｓｃにかかわらず劣化診断処理が行われないようにしてもよく、若しくはアンモニア酸化コンバータ４１の床温Ｔｅｍｐａｓｃが所定の温度範囲に属するときはアンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量Ｆｌｗにかかわらず劣化診断処理が行われないようにしてもよい。その場合、劣化診断処理が実行される頻度が少なくなる可能性はあるが、劣化診断のロジックを簡略化することができる。さらに、アンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量Ｆｌｗのみをパラメータとする場合は、排気温度センサ８を備えていない構成においても誤診断を発生し難くすることができる。
【００５７】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図６乃至図７に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００５８】
本実施例と前述した第１の実施例との相違点は、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃが高くなる期間を判定する方法にある。すなわち、前述した第１の実施例では、アンモニア酸化コンバータ４１の床温Ｔｅｍｐａｓｃとアンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量Ｆｌｗをパラメータとして用いるのに対し、本実施例では、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃをパラメータとして用いる点にある。
【００５９】
アンモニア酸化コンバータ４１においてＮＯＸが浄化されるときは、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃが上昇傾向を示す。そこで、本実施例では、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃが上昇傾向を示すときは、ＳＣＲコンバータ４０の劣化診断を行わないようにした。
【００６０】
以下、本実施例における劣化診断処理の実行手順について図６に沿って説明する。図６は、ＳＣＲコンバータ４０の劣化診断処理が行われるときにＥＣＵ９が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。図６において前述した第１の実施例の処理ルーチン（図４を参照）と同様の処理は同一の符号を付している。
【００６１】
図６の処理ルーチンでは、ＥＣＵ９は、Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合に、Ｓ３０１の処理へ進み、アンモニア酸化コンバータ４１へ流入するＮＯＸの量を演算する。詳細には、ＥＣＵ９は、ＳＣＲコンバータ４０が劣化していると仮定した場合の第２ＮＯＸ浄化率（以下、「仮第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘｓｃｒ０」と称する）と第一ＮＯＸセンサ６の測定値から、ＳＣＲコンバータ４０から流出するＮＯＸの量（アンモニア酸化コンバータ４１へ流入するＮＯＸの量）を演算する。仮第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘｓｃｒ０は、図７に示すような相関から演算される。図７は、劣化状態にあるＳＣＲコンバータ４０の床温と該ＳＣＲコンバータ４０を通過する排気の流量と仮第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘｓｃｒ０との相関を示す図である。仮第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘｓｃｒ０は、床温が一定温度未満のときには排気流量が多くなるほど低下し、床温が所定温度以上のときには排気流量にかかわらず略一定になる。なお、ここでいう劣化状態は、アンモニア酸化コンバータ４１でＮＯＸが殆ど浄化されない条件下において、総ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘが閾値Ｅｎｏｘｔｈより僅かに小さくなる程度の劣化状態、言い換えれば、総ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘが閾値Ｅｎｏｘｔｈより小さくなる範囲において最大となる程度の劣化状態である。また、仮第２ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘｓｃｒ０を演算する際に用いられる排気流量と床温としては、エアフローメータ１２の測定値と排気温度センサ８の測定値が用いられるものとする。
【００６２】
ここで図６の処理ルーチンに戻り、ＥＣＵ９は、前記Ｓ３０１の処理を実行した後にＳ３０２の処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ９は、Ｓ３０１の処理で算出されたＮＯＸ量（アンモニア酸化コンバータ４１へ流入するＮＯＸ量）と第二ＮＯＸセンサ７の測定値とから第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃを演算する。
【００６３】
続いて、ＥＣＵ９は、Ｓ３０３の処理へ進み、前記Ｓ３０２で算出された第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃと本ルーチンの前回の実行時にＳ３０２で算出された第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃｏｌｄとから、一定期間あたりにおける第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃの上昇量ΔＥｎｏｘａｓｃ（＝Ｅｎｏｘａｓｃ−Ｅｎｏｘａｓｃｏｌｄ）を演算し、その上昇量ΔＥｎｏｘａｓｃが一定量α以上であるか否かを判別する。一定量αは、零より大きな値であり、予め実験等を利用した適合処理によって定められた値である。Ｓ３０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０４の処理を実行する。一方、Ｓ３０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０５の処理を実行する。
【００６４】
以上述べた実施例によれば、前述した第１の実施例と同様の効果を得ることができる。なお、本実施例では、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃが上昇傾向にあるとき（アンモニア酸化コンバータ４１においてＮＯＸが浄化されるとき）はＳＣＲコンバータ４０の劣化診断処理を行わない例について述べたが、閾値Ｅｎｏｘｔｈの値を変更して劣化診断処理が行われるようにしてもよい。その際の閾値Ｅｎｏｘｔｈの変更量は、前記した上昇量ΔＥｎｏｘａｓｃの大きさに応じて決定されてもよい。例えば、前記上昇量ΔＥｎｏｘａｓｃが大きいときは小さいときに比べ、閾値Ｅｎｏｘｔｈの変更量（増加量）が大きくされてもよい。
【００６５】
また、前述した第１及び第２の実施例は組み合わせることもできる。すなわち、ＥＣＵ９は、アンモニア酸化コンバータ４１の温度が所定温度範囲に属し、且つ、アンモニア酸化コンバータ４１を通過する排気の流量が所定量以上であり、且つ、第１ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏｘａｓｃが上昇傾向にあることを条件として、ＳＣＲコンバータ４０の劣化診断処理を禁止、或いは劣化診断処理の閾値Ｅｎｏｘｔｈの大きさを変更してもよい。その場合、劣化診断処理の精度を一層高めることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１     内燃機関
２     排気通路
３     第一触媒ケーシング
４     第二触媒ケーシング
５     還元剤添加弁
６     第一ＮＯＸセンサ
７     第二ＮＯＸセンサ
８     排気温度センサ
９     ＥＣＵ
５０   ポンプ
５１   還元剤タンク
【図１】
2014098359.tif 000003
【図２】
2014098359.tif 000004
【図３】
2014098359.tif 000005
【図４】
2014098359.tif 000006
【図５】
2014098359.tif 000007
【図６】
2014098359.tif 000008
【図７】
2014098359.tif 000009