(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
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、
前記還元剤供給手段によって通常時の供給量よりも大量の還元剤を前記ＮＯｘ触媒に供給したときに前記温度検出手段により検出した温度と第１の基準温度とを比較する温度比較手段と、
前記温度比較手段の比較結果に基づいて前記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、
前記還元剤供給手段によって通常時の供給量の還元剤を前記ＮＯｘ触媒に供給したときに前記温度検出手段により検出した温度と第２の基準温度とを比較する温度予備比較手段と、を備え、
前記温度予備比較手段の比較結果に基づいて前記温度比較手段による比較処理を実行するか否かを決定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記劣化判定手段は、前記温度検出手段により検出した温度が前記第１の基準温度よりも小さいときに前記ＮＯｘ触媒が劣化した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排気浄化装置。
【請求項３】
希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
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、
前記還元剤供給手段によって通常時の供給量よりも大量の還元剤を前記ＮＯｘ触媒に供給したときに前記温度検出手段により検出した温度と第１の基準温度とを比較する温度比較手段と、
前記温度比較手段の比較結果に基づいて前記ＮＯｘ触媒への通常時の還元剤供給量を補正する供給量補正手段と、
前記還元剤供給手段によって通常時の供給量の還元剤を前記ＮＯｘ触媒に供給したときに前記温度検出手段により検出した温度と第２の基準温度とを比較する温度予備比較手段と、を備え、
前記温度予備比較手段の比較結果に基づいて前記温度比較手段による比較処理を実行するか否かを決定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記供給量補正手段は、前記温度検出手段により検出した温度が前記第１の基準温度に近付くにしたがって前記ＮＯｘ触媒への通常時の還元剤供給量を減少補正することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記還元剤供給手段は、前記内燃機関の気筒内に燃料を副噴射する副噴射手段により構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか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。
【０００３】
近年の触媒に関する研究開発により触媒の性能向上は目覚ましいものがあり、小型でも浄化性能が高い触媒装置の実現が可能になった。その結果、近年、車両用内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化システムとして、触媒を組み込んだ排気浄化装置が多用されるに至っている。
【０００４】
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。
【０００５】
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おり、ＮＯｘ触媒には、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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の触媒の劣化判定技術では、内燃機関の通常の運転状態におけるＮＯｘ触媒の上下流の排気ガス温度の差から劣化判定を実行するが、元々、内燃機関の通常の運転状態では、ＮＯｘ触媒が劣化していないときでもＮＯｘ触媒における発熱量が小さいため、上下流の排気ガス温度差も小さい。このように正常時においても小さい値である温度差に基づいて劣化判定を行っているので、判定精度が低いという問題があった。
【００１０】
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、簡単な構造ながら、触媒の劣化を高精度で判定することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
また、本発明の別の課題は、簡単な構造ながら、触媒の劣化程度に応じてＮＯｘ触媒への還元剤の供給量を最適に制御することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本出願に係る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。
（１）本出願に係る第１の発明の内燃機関の排気浄化装置は、希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、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、前記還元剤供給手段によって通常時の供給量よりも大量の還元剤を前記ＮＯｘ触媒に供給したときに前記温度検出手段により検出した温度と第１の基準温度とを比較する温度比較手段と、前記温度比較手段の比較結果に基づいて前記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】
還元剤供給手段によって通常時の供給量よりも大量の還元剤を前記ＮＯｘ触媒に供給したときには、ＮＯｘ触媒が完全に劣化して触媒機能を失わない限り、ＮＯｘ触媒における発熱量は通常時の還元剤供給量のときよりも大きくなる。したがって、このときに温度検出手段によって検出した温度（触媒温度あるいは触媒出口の排気ガス温度）と第１の基準温度とを比較した比較結果（比較値）は、通常時の還元剤供給量のときの比較結果（比較値）よりも明白になる。温度比較手段で得たこの明白な比較結果に基づいて、劣化判定手段がＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判定するので、劣化判定の精度が高い。
【００１３】
（２）本出願に係る第２の発明の内燃機関の排気浄化装置は、希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、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、前記還元剤供給手段によって通常時の供給量よりも大量の還元剤を前記ＮＯｘ触媒に供給したときに前記温度検出手段により検出した温度と第１の基準温度とを比較する温度比較手段と、前記温度比較手段の比較結果に基づいて前記ＮＯｘ触媒への通常時の還元剤供給量を補正する供給量補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
還元剤供給手段によって通常時の供給量よりも大量の還元剤を前記ＮＯｘ触媒に供給したときには、ＮＯｘ触媒が完全に劣化して触媒機能を失わない限り、ＮＯｘ触媒における発熱量は通常時の還元剤供給量のときよりも大きくなる。したがって、このときに温度検出手段によって検出した温度（触媒温度あるいは触媒出口の排気ガス温度）と第１の基準温度とを比較した比較結果（比較値）は、通常時の還元剤供給量のときの比較結果（比較値）よりも明白になる。
【００１５】
ＮＯｘ触媒の劣化が進行するにしたがって浄化能力が低下するので、劣化前の通常時の還元剤供給量を劣化進行後において供給すると、還元剤が過量となってＮＯｘ触媒を通過しエミッションが悪化してしまう。そこで、この第２の発明の排気浄化装置では、温度比較手段で得た明白な比較結果に基づいて、供給量補正手段がＮＯｘ触媒への通常時の還元剤供給量を補正する。これによりＮＯｘ触媒の劣化進行に伴うエミッションの悪化を防止することができる。同時に還元剤の浪費を防止することができる。
【００１６】
前述した第１の発明及び第２の発明において、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。
前述した第１の発明及び第２の発明において、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
前述した第１の発明及び第２の発明において、還元剤としては炭化水素（ＨＣ）が好適である。
前述した第１の発明及び第２の発明において、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。さらに、理論空燃比あるいはリッチ空燃比で運転可能なガソリンエンジンの場合であれば、燃焼室に供給される混合気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比にして排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比にすることによりＮＯｘ触媒に還元剤を供給することができるので、その場合には、空燃比制御手段で還元剤供給手段を構成することができる。
【００２０】
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。
前述した第１の発明及び第２の発明において、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。
【００２１】
前述した第１の発明及び第２の発明において、通常の還元剤供給量とは、排気ガス中のＮＯｘを浄化するために必要とされる還元剤供給量のことをいう。これに対して、大量の還元剤供給量とは、前記通常時の還元剤供給量の数倍以上（例えば、４〜５倍、あるいは数十倍、数百倍を含む）の還元剤供給量をいう。
【００２２】
前述した第１の発明および第２の発明において、温度比較手段の比較結果は、温度検出手段により検出した温度と前記第１の基準温度の差で表すことも可能であり、温度検出手段により検出した温度と前記第１の基準温度の商で表すことも可能である。
【００２３】
前述した第１の発明において、ＮＯｘ触媒のＨＣ浄化能力がほぼ完全になくなったときをＮＯｘ触媒が劣化したと判定することとした場合には、前記第１の基準温度は、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気ガスの温度とすることができ、その場合、前記劣化判定手段は、前記温度検出手段により検出した温度が前記第１の基準温度よりも小さいときに前記ＮＯｘ触媒が劣化したと判定することができる。
【００２４】
前述した第２の発明において、前記供給量補正手段は、前記温度検出手段により検出した温度が前記第１の基準温度に近付くにしたがって前記ＮＯｘ触媒への通常時の還元剤供給量を減少補正するのが好ましい。
【００２５】
前述した第１の発明及び第２の発明においては、前記還元剤供給手段によって通常時の供給量の還元剤を前記ＮＯｘ触媒に供給したときに前記温度検出手段により検出した温度と第２の基準温度とを比較する温度予備比較手段を備え、前記温度予備比較手段の比較結果に基づいて前記温度比較手段による比較処理を実行するか否かを決定するようにしてもよい。これは、ＮＯｘ触媒の劣化判定処理の実行時期や還元剤供給量補正処理の実行時期を判定するための一つの方法である。ただし、実行時期の決定方法はこの方法に限られるものではなく、例えば、内燃機関の運転時間が所定時間に達したときを実行時期と判定するようにしてもよいし、走行距離が所定距離に達したときを実行時期と判定してもよい。
【００２６】
前記温度予備比較手段の比較結果は、温度予備検出手段により検出した温度と第２の基準温度の差で表すことも可能であり、温度検出手段により検出した温度と第２の基準温度の商で表すことも可能である。
【００２７】
【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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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や還元剤供給量補正制御等を行っている。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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に記憶しておいた基本副噴射量マップ（図示せず）を参照してＮＯｘ浄化に必要な基本副噴射量Ｑｐ０を演算する。ここで、基本副噴射量Ｑｐ０とは、ＮＯｘ触媒１０が劣化していないときを基準にして設定した副噴射量をいう。
【００３８】
次に、この実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の作用を説明する。
この内燃機関においては、ＮＯｘ触媒１０の触媒温度が活性温度以上に達してい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。
この通常時の副噴射のことを以下の説明では「ＮＯｘ浄化副噴射」と称す。ＮＯｘ浄化副噴射における副噴射量は「通常時の還元剤供給量」に対応する。ＮＯｘ触媒１０が劣化していないときには、ＮＯｘ浄化副噴射における副噴射量は基本副噴射量Ｑｐ０になる。
【００３９】
ＮＯｘ触媒１０が十分に機能しているとき、即ちＮＯｘ触媒１０が劣化していないときには、ＮＯｘ触媒１０において排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘが浄化され、その際にＮＯｘ触媒１０で発熱が生じる。したがって、ＮＯｘ触媒１０が正常であれば、入ガス温センサ３１により検出される入ガス温度Ｔｇｉよりも触媒温センサ３２により検出されるＮＯｘ触媒１０の触媒温度Ｔｃの方が高くなる。ＮＯｘ触媒１０が正常に機能しているときには、この温度差△Ｔが比較的に大きい。
【００４０】
しかしながら、ＮＯｘ触媒１０の劣化が進行すると、ＮＯｘ触媒１０の浄化機能の低下に伴ってＮＯｘ触媒１０における発熱量が低下するため、ＮＯｘ触媒１０の温度上昇が低下し、徐々に触媒温度Ｔｃが入ガス温度Ｔｇｉに近付いてきて、触媒温度Ｔｃと入ガス温度Ｔｇｉの温度差△Ｔ＝Ｔｃ−Ｔｇｉが小さくなっていく。このことから、触媒温度Ｔｃと入ガス温度Ｔｇｉの温度差△Ｔに基づいてＮＯｘ触媒１０の劣化の程度を判定することができることになる。
【００４１】
ただし、この実施の形態の排気浄化装置においては、劣化判定の精度を高めるために、ＮＯｘ劣化判定処理を実行するときには、通常時の還元剤供給量の数倍（例えば、４〜５倍）に相当する大量の還元剤を燃料の副噴射によってＮＯｘ触媒１０に供給することとした。このように通常時よりも大量の還元剤をＮＯｘ触媒１０に供給すべく実行する副噴射のことを以下の説明では「劣化判定副噴射」と称し、前述した「ＮＯｘ浄化副噴射」と区別する。
【００４２】
ＮＯｘ触媒１０への還元剤の供給量を増やすと、ＮＯｘ触媒１０において酸化されるＨＣの量が増えるので、ＮＯｘ触媒１０における発熱量が増大し、ＮＯｘ触媒１０の触媒温度Ｔｃの温度上昇が、通常時の還元剤供給量のとき（換言すればＮＯｘ浄化副噴射のとき）よりも大きくなる。その結果、触媒温度Ｔｃと入ガス温度Ｔｇｉの温度差△Ｔは、劣化判定副噴射のときの方がＮＯｘ浄化副噴射のときよりも大きくなり、温度差△Ｔに基づいて行うＮＯｘ触媒１０の劣化判定の精度が高くなる。尚、以下の説明では、劣化判定副噴射により大量の還元剤をＮＯｘ触媒１０に供給した状態で触媒温度Ｔｃと入ガス温度Ｔｇｉの温度差△Ｔを演算しＮＯｘ触媒１０の劣化判定を行うことを「本判定」と称す。
【００４３】
前記本判定の実行時期は、例えば、車両の走行距離が予め設定した所定距離に達した時、あるいは、車両の運転時間が予め設定した所定時間に達した時とすることもできるが、この実施の形態では、ＮＯｘ浄化副噴射を実行している通常の運転状態のときに、常時、ＥＣＵ１００が、触媒温センサ３２で検出した触媒温度Ｔｃと入ガス温センサ３１で検出した入ガス温度Ｔｇｉから温度差△Ｔｐｒｅを演算し、この温度差△Ｔｐｒｅに基づいてＮＯｘ触媒１０の劣化判定を実行すべき時期か否かを判定し（以下、本判定実行時期か否かの判定を「仮判定」と称す）、仮判定の結果が肯定判定であるときに前記本判定を実行することにした。
【００４４】
また、ＮＯｘ触媒１０の劣化の進行に伴ってＨＣ浄化率も低下していくことから、ＮＯｘ触媒１０の劣化が進行したときにＮＯｘ浄化副噴射で基本副噴射量Ｑｐ０の燃料を供給すると、ＮＯｘ触媒１０で浄化されずにＮＯｘ触媒１０を通過するＨＣの量が増大し、ＨＣエミッションが悪化する虞れがある。したがって、ＨＣエミッションの悪化を防止するためには、ＮＯｘ触媒１０の劣化の進行にしたがって、ＮＯｘ浄化副噴射の際の副噴射量を減少させるのが好ましい。
【００４５】
そこで、この実施の形態では、前記本判定処理を実行し、その結果、触媒温度Ｔｃと入ガス温度Ｔｇｉの温度差△Ｔが所定の温度差以上になったときには、その温度差△Ｔの大きさに応じて、ＮＯｘ浄化副噴射での副噴射量を減少補正するようにした。換言すれば、ＮＯｘ触媒１０の劣化の程度に応じてＮＯｘ浄化副噴射での副噴射量を減少補正するようにした。
【００４６】
次に、この実施の形態におけるＮＯｘ触媒１０の劣化判定の仮判定処理および本判定処理を図２および図３を参照して説明する。
初めに仮判定処理について説明する。仮判定処理は、図２に示す仮判定処理ルーチンに従って実行される。図２に示す仮判定処理ルーチンは、ＥＣＵ３０のＲＯＭに予め記憶されており、所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンである。
【００４７】
＜ステップ１０１＞
仮判定処理ルーチンでは、ＥＣＵ１００は、まずステップ１０１において、仮判定実行条件が成立しているか否かを判定する。ここで、仮判定実行条件の成立要件は、エンジン１の運転状態が定常状態にあり、且つ、その定常状態が予め設定した規定時間継続していることである。エンジン１の定常状態とは、エンジン負荷及びエンジン回転数等がほぼ一定な運転状態をいい、アイドル運転状態は定常状態に含まれる。エンジン１が定常状態でない場合には、入ガス温センサ３１で検出される入ガス温度Ｔｇｉも触媒温センサ３２で検出される触媒温度Ｔｃも不安定であり、正しい劣化判定を行うことができない。そこで、ステップ１０１で否定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、この仮判定処理ルーチンを一旦終了する。
【００４８】
＜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に進み、触媒温センサ３１で検出した触媒温度Ｔｃと第２の基準温度Ｔ０２の温度差△Ｔｐｒｅ＝Ｔｃ−Ｔ０２を演算し、この温度差△Ｔｐｒｅが負か否か判定する。ここで、第２の基準温度Ｔ０２は、本判定の実行時期か否かを判定する基準値となるものであり、入ガス温センサ３１および触媒温センサ３２の測定精度などを考慮して予め設定し、ＥＣＵ１００のＲＯＭに予め記憶しておく。
【００４９】
この第２の基準温度Ｔ０２は、入ガス温度Ｔｇｉから推定したＮＯｘ触媒１０が完全に劣化したときの触媒温度に設定することができ、この実施の形態のように定常な運転状態のときに仮判定処理を実行する場合には、第２の基準温度Ｔ０２を入ガス温度Ｔｇｉそのものとすることもできる。
【００５０】
＜ステップ１０３＞
ステップ１０２において肯定判定した場合には、本判定処理を実行する時期であるので、ＥＣＵ１００は、ステップ１０３に進み、本判定実行フラグＦ１を「１」とした後、この仮判定処理ルーチンを一旦終了する。
一方、ステップ１０２において否定判定した場合には、まだ本判定処理を実行する時期ではないので、ＥＣＵ１００は、この仮判定処理ルーチンを一旦終了する。
【００５１】
尚、この実施の形態においては、仮判定処理ルーチンのうちステップ１０２をＥＣＵ１００が実行することにより、本発明における温度予備比較手段が実現される。
【００５２】
次に、本判定処理について説明する。本判定処理は、図３に示す本判定処理ルーチンに従って実行される。図３に示す本判定処理ルーチンは、ＥＣＵ３０のＲＯＭに予め記憶されており、所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンである。
【００５３】
＜ステップ２０１＞
この本判定処理ルーチンでは、ＥＣＵ１００は、ステップ２０１において、触媒劣化フラグＦ２が「０」か否か判定する。この触媒劣化フラグＦ２は、本判定処理においてＮＯｘ触媒１０が劣化していると判定されたときに「１」を立てるフラグであり、初期値は「０」である。
【００５４】
＜ステップ２０２＞
ステップ２０１において肯定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ２０２に進み、本判定実行フラグＦ１が「１」か否か判定する。ステップ２０２において否定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、この本判定処理ルーチンを一旦終了する。
【００５５】
＜ステップ２０３＞
ステップ２０２において肯定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ２０３に進み、本判定実行条件が成立しているか否かを判定する。ここで、本判定実行条件の成立要件は、エンジン１の運転状態が定常状態にあり、且つ、その定常状態が予め設定した規定時間継続していることである。エンジン１の定常状態とは、エンジン負荷及びエンジン回転数等がほぼ一定な運転状態をいい、アイドル運転状態は定常状態に含まれる。エンジン１が定常状態でない場合には、入ガス温センサ３１で検出される入ガス温度Ｔｇｉも触媒温センサ３２で検出される触媒温度Ｔｃも不安定であり、正しい劣化判定を行うことができない。そこで、ステップ２０３で否定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、この本判定処理ルーチンを一旦終了する。
【００５６】
＜ステップ２０４＞
ステップ２０３において肯定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ２０４に進み、劣化判定副噴射を実行して大量の還元剤をＮＯｘ触媒１０に供給する。ここで、劣化判定副噴射のときの副噴射量は、ＮＯｘ浄化副噴射のときの副噴射量の所定倍とし、その倍率は予め設定されてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。
【００５７】
尚、劣化判定副噴射の副噴射量が大量なため、副噴射により増大した排気ガス中のＨＣの総てをＮＯｘ触媒１０で浄化することができない虞れもあるが、この実施の形態では、ＮＯｘ触媒１０の下流に酸化触媒２０が設けられているので、劣化判定副噴射時にＮＯｘ触媒１０を通過したＨＣは酸化触媒２０によって浄化される。したがって、本判定処理を実行している間もＨＣエミッションが悪化することはない。
【００５８】
＜ステップ２０５＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ２０４からステップ２０５に進み、劣化判定副噴射を開始してからの経過時間が予め設定した規定時間経過したか否か判定する。これは、劣化判定副噴射の実行開始から前記規定時間が経過しないと、劣化判定副噴射によるＮＯｘ触媒１０の昇温の影響が出ないからである。
【００５９】
ステップ２０５において否定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、この本判定処理ルーチンを一旦終了する。そして、この本判定処理ルーチンを次回実行したときに、ＥＣＵ１００が、ステップ２０３で肯定判定した場合には、ステップ２０４に進んで劣化判定副噴射を実行し、したがって劣化判定副噴射が継続され、ＥＣＵ１００は、ステップ２０５において劣化判定副噴射を開始してから規定時間経過したか否か判定する。一方、この本判定処理ルーチンを次回実行したときに、エンジン１の運転状態が定常状態から脱したため、ＥＣＵ１００が、ステップ２０３で否定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、この本判定処理ルーチンを一旦終了する。したがって、この場合には、劣化判定副噴射を一旦終了することになり、ステップ２０５において判定の基礎となる劣化判定副噴射を開始してからの経過時間はリセットされて「０」になる。
【００６０】
＜ステップ２０６＞
劣化判定副噴射を開始してから規定時間が経過した場合には、即ち、ステップ２０５において肯定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ２０６に進み、触媒温センサ３１で検出した触媒温度Ｔｃと第１の基準温度Ｔ０１の温度差△Ｔ＝Ｔｃ−Ｔ０１を演算し、この温度差△Ｔが負か否か判定する。ここで、第１の基準温度Ｔ０１は、ＮＯｘ触媒１０が完全に劣化したか否かを判定する基準値となるものであり、入ガス温センサ３１および触媒温センサ３２の測定精度などを考慮して予め設定し、ＥＣＵ１００のＲＯＭに予め記憶しておく。
【００６１】
この第１の基準温度Ｔ０１は、入ガス温度Ｔｇｉから推定したＮＯｘ触媒１０が完全に劣化したときの触媒温度に設定することができ、この実施の形態のように定常な運転状態のときに本判定処理を実行する場合には、第１の基準温度Ｔ０１を入ガス温度Ｔｇｉそのものとすることもできる。
【００６２】
＜ステップ２０７、ステップ２０８＞
ステップ２０６において肯定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ２０７に進み、ＮＯｘ触媒１０が劣化したものと判定し、ステップ２０８に進んで、触媒劣化フラグＦ２を「１」とする。
【００６３】
＜ステップ２０９＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ２０８からステップ２０９に進み、ダイアグランプを点灯するとともに、これ以後のＮＯｘ浄化副噴射の実行を禁止する。ＮＯｘ浄化副噴射の実行を禁止する理由は、ＮＯｘ触媒１０が完全に劣化した状態で燃料の副噴射を実行しても、副噴射により生じたＨＣはＮＯｘ触媒１０で浄化されずにＮＯｘ触媒１０を通過するだけであり、ＨＣエミッションを悪化させるとともに燃料を浪費することになるからである。尚、ＮＯｘ浄化副噴射を実行しないときにも、排気ガス中にはＨＣおよびＣＯが含まれているが、これらはＮＯｘ触媒１０の下流に設けられた酸化触媒２０によって浄化される。
ステップ２０９の処理を実行した後、ＥＣＵ１００は、この本判定処理ルーチンを一旦終了する。
【００６４】
尚、触媒劣化フラグＦ２は、図示しないリセットボタンを押さない限り「０」にすることはできない。したがって、ステップ２０８において触媒劣化フラグＦ２を「１」とした後は、この本判定処理ルーチンを次回以降実行したときに、ＥＣＵ１００は、ステップ２０１において否定判定をしてステップ２０９に進み、ＮＯｘ浄化副噴射の実行禁止を継続することになる。
【００６５】
＜ステップ２１０＞
一方、ステップ２０６において否定判定した場合には、ＮＯｘ触媒１０は完全な劣化ではないので、ＥＣＵ１００は、ステップ２１０に進み、触媒温センサ３１で検出した触媒温度Ｔｃと第１の基準温度Ｔ０１の温度差△Ｔが予め設定した規定温度差△ｔ（＞０）よりも小さいか否かを判定する。規定温度△ｔは、ＮＯｘ触媒１０の劣化の程度が、ＮＯｘ浄化副噴射の副噴射量を減少補正する必要がある程度まで進行しているか否かを判定する基準値となるものであり、入ガス温センサ３１および触媒温センサ３２の測定精度などを考慮して予め設定し、ＥＣＵ１００のＲＯＭに予め記憶しておく。
【００６６】
＜ステップ２１１＞
ステップ２１０で肯定判定した場合には、即ち、触媒温度Ｔｃと第１の基準温度Ｔ０１の温度差△Ｔが規定温度差△ｔよりも小さい場合には、ＥＣＵ１００は、ＮＯｘ触媒１０は完全劣化ではないがある程度劣化が進行していると判定し、ステップ２１１に進んで、温度差△Ｔの大きさに応じて（換言すれば、劣化の程度に応じて）、これ以降のＮＯｘ浄化副噴射時の副噴射量の補正処理を実行する。
【００６７】
ＮＯｘ浄化副噴射時の副噴射量の補正処理は、図４に示すような副噴射量補正マップを参照して、温度差△Ｔに対応する補正係数ｋを演算し、ＮＯｘ浄化副噴射の基本副噴射量Ｑｐ０にこの補正係数ｋを乗じて、補正後の副噴射量Ｑｐを演算する。    Ｑｐ＝ｋ・Ｑｐ０
【００６８】
図４に示す副噴射量補正マップは、予め実験を行い、ＮＯｘ触媒１０の劣化の程度に応じて排気エミッションを悪化させないＮＯｘ浄化副噴射に最適な副噴射量を求め、これを基に補正係数ｋを求めてマップ化したものであり、ＥＣＵ１００のＲＯＭに予め記憶させておく。
【００６９】
この副噴射量補正マップについて説明すると、触媒温度Ｔｃが第１の基準温度Ｔ０１に近付いて温度差△Ｔが小さくなるほどＮＯｘ触媒１０の劣化が進行していることを意味し、補正係数ｋが小さいほど副噴射量が少なくなることを意味しており、したがって、ＮＯｘ触媒１０の劣化が進行するにしたがって副噴射量を減少補正することになる。
【００７０】
ステップ２１１において副噴射量の補正処理の実行を終了した後、ＥＣＵ１００は、ステップ２１２に進んで、本判定実行フラグＦ１を「０」にして、この本判定処理ルーチンを一旦終了する。
【００７１】
一方、ステップ２１０で否定判定した場合には、即ち、触媒温度Ｔｃと第１の基準温度Ｔ０１の温度差△Ｔが規定温度差△ｔ以上である場合には、ＮＯｘ触媒１０は劣化していないと判定されて、ＥＣＵ１００は、ステップ２１２に進んで、本判定実行フラグＦ１を「０」にし、この本判定処理ルーチンを一旦終了する。
【００７２】
このように、この実施の形態における内燃機関の排気浄化装置においては、ＮＯｘ触媒１０の劣化判定を高精度に行うことができ、また、劣化の程度に応じて副噴射量を減少補正しているので、劣化の進行に伴ってＨＣエミッションが悪化するのを防止することができるとともに、燃料の浪費を防止する。
【００７３】
尚、この実施の形態においては、前述した本判定処理ルーチンのうちステップ２０６をＥＣＵ１００が実行することにより、本発明における温度比較手段が実現される。また、本判定処理ルーチンのうちステップ２０６及びステップ２０７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。さらに、本判定処理ルーチンのうちステップ２１１をＥＣＵ１００が実行することにより、本発明における供給量補正手段が実現される。
【００７４】
〔他の実施の形態〕
前述の実施の形態では、触媒温センサ３２で検出したＮＯｘ触媒１０の触媒温度と入ガス温センサ３１で検出した入ガス温度との比較値（この実施の形態では差）に基づいて、ＮＯｘ触媒１０が劣化したか否かの判定を行ったり、ＮＯｘ浄化副噴射の副噴射量の補正処理を行ったりしたが、触媒温センサ３２を設ける代わりに、図５に示すように、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）３３を設けて、出ガス温センサ３３で検出した出ガス温度を前記触媒温度の代わりにして、前記劣化判定や副噴射量の補正処理を行うことも可能である。
【００７５】
前述の実施の形態では、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気ガスの温度、即ち入ガス温度を入ガス温センサ３１で実測しているが、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入ガス温度とを対応させたマップを予めＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶させておき、このマップを参照して入ガス温度を推定するようにしてもよく、推定した入ガス温度を、第１の基準温度Ｔ０１あるいは第２の基準温度Ｔ０２とすることも可能である。
【００７６】
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よりも上流の排気通路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。
【００７７】
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。内燃機関がガソリンエンジンの場合には、内燃機関の燃焼室に供給する混合気の空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にして燃焼することにより排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にして、ＮＯｘ触媒１０に還元剤としてのＨＣを供給するようにしてもよく、その場合には、還元剤供給手段は空燃比制御手段によって実現される。
【００７８】
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を放出し還元するために適宜の間隔で吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤（ＨＣ）を供給する必要がある。また、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を長期に使用していると該触媒がＳＯｘによる被毒を受けてＮＯｘ浄化率が低下するので、ＳＯｘ被毒がある程度進行したときに吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復するための再生処理を行う必要がある。この再生処理には、ＮＯｘを放出・還元するために供給するときよりも大量の還元剤を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に供給する必要がある。したがって、ＮＯｘ触媒を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とした場合には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出・還元するために還元剤を該触媒に供給しているときを「通常時」とし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を再生処理するために還元剤を該触媒に通常時よりも大量に供給しているときに本判定を実行することができる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、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、前記還元剤供給手段によって通常時の供給量よりも大量の還元剤を前記ＮＯｘ触媒に供給したときに前記温度検出手段により検出した温度と第１の基準温度とを比較する温度比較手段と、前記温度比較手段の比較結果に基づいて前記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、ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを高精度で判定することができるという優れた効果が奏される。
【００８０】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、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、前記還元剤供給手段によって通常時の供給量よりも大量の還元剤を前記ＮＯｘ触媒に供給したときに前記温度検出手段により検出した温度と第１の基準温度とを比較する温度比較手段と、前記温度比較手段の比較結果に基づいて前記ＮＯｘ触媒への通常時の還元剤供給量を補正する供給量補正手段と、を備えることにより、ＮＯｘ触媒の劣化の程度に応じて通常時の還元剤供給量を補正することができ、ＮＯｘ触媒の劣化の進行に伴うエミッションの悪化を防止することができるとともに、燃料の浪費を防止することができるという優れた効果が奏される。
【００８１】
また、前記還元剤供給手段によって通常時の供給量の還元剤を前記ＮＯｘ触媒に供給したときに前記温度検出手段により検出した温度と第２の基準温度とを比較する温度予備比較手段を備え、前記温度予備比較手段の比較結果に基づいて前記温度比較手段による比較処理を実行するか否かを決定するようにした場合には、温度比較手段による比較処理の実行時期を最適に制御することができる。
【００８２】
前記還元剤供給手段を、前記内燃機関の気筒内に燃料を副噴射する副噴射手段により構成した場合には、劣化判定処理や副噴射量補正処理のための専用の還元剤供給手段を新たに設ける必要がなく、装置構成を簡略化することができる。
【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】前記実施の形態におけるＮＯｘ触媒の劣化判定のための仮判定処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】前記実施の形態におけるＮＯｘ触媒の劣化判定のための本判定処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】前記実施の形態における副噴射量補正マップの一例である。
【図５】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の別の実施の形態における要部構成図である。
【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）
３３  出ガス温センサ（温度検出手段）
１００  ＥＣＵ（温度比較手段、劣化判定手段、供給量補正手段、温度予備比較手段）
【図１】
0003552603.tif 000002
【図２】
0003552603.tif 000003
【図３】
0003552603.tif 000004
【図４】
0003552603.tif 000005
【図５】
0003552603.tif 000006