(57)【要約】  内燃機関の排気通路に複数の触媒を備えている場合において、触媒の劣化の度合いを正確に求める。選択還元型ＮＯx触媒よりも上流に設けられている酸化能力を有する触媒の劣化の度合いが規定値となっていると仮定したときの該選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を推定し、選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率を少なくとも極大値が得られるまで複数回算出し、選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときのＮＯ2の比率と、該比率の基準値と、を比較することにより酸化能力を有する触媒の劣化の度合いを判定する。
2010113269.tif 000002
【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還元剤により選択的にＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流に設けられ酸化能力を有する触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記酸化能力を有する触媒よりも下流で且つ前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中のＮＯx濃度を検知する上流側検知手段と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも下流の排気中のＮＯx濃度を検知する下流側検知手段と、
を備え、
前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いが規定値となっていると仮定したときの前記選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を推定する推定手段と、
前記還元剤供給手段により還元剤が供給されたときの前記上流側検知手段及び前記下流側検知手段により検知されるＮＯx濃度に基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率を少なくとも極大値が得られるまで複数回算出する算出手段と、
前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記推定手段により推定されるＮＯ2の比率と、該比率の基準値と、を比較することにより前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする触媒劣化判定装置。
【請求項２】
前記選択還元型ＮＯx触媒の温度を検知する温度検知手段を備え、
前記算出手段は、前記温度検知手段により検知される温度が所定の範囲内のときのＮＯxの浄化率を算出することを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項３】
前記選択還元型ＮＯx触媒の温度を検知する温度検知手段と、
前記判定手段により判定される劣化の度合いに基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を算出する比率算出手段と、
前記温度検知手段により検知される温度に基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒の温度が完全活性温度に達したことを判定する活性判定手段と、
前記比率算出手段により算出されるＮＯ2の比率が規定の範囲内のときの前記完全活性温度と、該完全活性温度の基準値と、を比較することにより前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定するＮＯx触媒劣化判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項４】
前記推定手段は、前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いの規定値を、許容できる限度の値としてＮＯ2の比率を推定し、
前記判定手段は、前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記推定手段により推定されるＮＯ2の比率が基準値よりも大きいときに、前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いが許容できる限度を超えていると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項５】
前記ＮＯx触媒劣化判定手段は、前記完全活性温度の基準値を、前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いが許容できる限度となっているときの完全活性温度とし、
前記完全活性温度が基準値よりも高いときに、前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いが許容できる限度を超えていると判定することを特徴とする請求項３に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項６】
選択還元型ＮＯx触媒よりも上流に設けられている酸化能力を有する触媒の劣化の度合いが規定値となっていると仮定したときの該選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を推定する第１の工程と、
前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率を少なくとも極大値が得られるまで複数回算出する第２の工程と、
前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記第１の工程で得られるＮＯ2の比率と、該比率の基準値と、を比較することにより前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いを判定する第３の工程と、
を含んで構成されることを特徴とする触媒劣化判定方法。
【請求項７】
前記第３の工程で判定される酸化能力を有する触媒の劣化の度合いに基づいて、前記選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を算出する第４の工程と、
前記第４の工程で算出されるＮＯ2の比率に基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒の浄化率を少なくとも完全活性温度が得られるまで複数回検知する第５の工程と、
前記第４の工程で算出されるＮＯ2の比率が規定の範囲内のときの前記第５の工程で得られる完全活性温度と、該完全活性温度の基準値と、を比較することにより前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定する第６の工程と、
を含んで構成されることを特徴とする請求項６に記載の触媒劣化判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒劣化判定装置及び触媒劣化判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に設けられる酸化触媒へ燃料を添加したときの該酸化触媒の温度に基づいて該酸化触媒の劣化を判定する技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。しかし、燃料の添加を行なうことにより、燃料が大気中に放出されたり、燃費が悪化したりする虞がある。【０００３】
また、酸化触媒よりも下流に選択還元型ＮＯx触媒が設けられている場合であって該選択還元型ＮＯx触媒の劣化判定を行う場合に、酸化触媒の劣化度合を考慮すると、より精度の高い判定が可能となる。例えば選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率に基づいて該選択還元型ＮＯx触媒の劣化判定を行う場合には、該選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯとＮＯ2との比率に応じてＮＯxの浄化率が変化する。このＮＯとＮＯ2との比率は、酸化触媒の劣化度合いにより変化するため、選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が低下したとしても、酸化触媒の劣化が原因となっていることもあり得る。つまり、何れの触媒が劣化しているのか判定することが重要となる。
【特許文献１】特開２００１−２６３０４８号公報
【特許文献２】特開２００５−２３９２１号公報
【特許文献３】特開２００４−１００７００号公報
【特許文献４】特表２００８−５２３３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、内燃機関の排気通路に複数の触媒を備えている場合において、触媒の劣化の度合いを正確に求める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】
【０００５】
上記課題を達成するために本発明による触媒劣化判定装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による触媒劣化判定装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ還元剤により選択的にＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流に設けられ酸化能力を有する触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記酸化能力を有する触媒よりも下流で且つ前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中のＮＯx濃度を検知する上流側検知手段と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも下流の排気中のＮＯx濃度を検知する下流側検知手段と、
を備え、
前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いが規定値となっていると仮定したときの前記選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を推定する推定手段と、
前記還元剤供給手段により還元剤が供給されたときの前記上流側検知手段及び前記下流側検知手段により検知されるＮＯx濃度に基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率を少なくとも極大値が得られるまで複数回算出する算出手段と、
前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記推定手段により推定されるＮＯ2の比率と、該比率の基準値と、を比較することにより前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする。【０００６】
選択還元型ＮＯx触媒は、例えばアンモニアを還元剤として、ＮＯxを選択的に還元する。還元剤供給手段は、例えばアンモニアまたは尿素水を噴射する噴射装置を備えて構成されていても良い。上流側検知手段はＮＯx濃度を、例えば内燃機関の運転状態に基づいて推定しても良く、センサにより測定しても良い。酸化能力を有する触媒を排気が通過しても排気中のＮＯx濃度は変化しないため、該酸化能力を有する触媒よりも上流のＮＯx濃度と下流のＮＯx濃度とが等しいとしても良い。下流側検知手段は、選択還元型ＮＯx触媒によりＮＯxが浄化された後のＮＯx濃度を例えばセンサにより測定する。なお、ＮＯxにはＮＯ及びＮＯ2が含まれる。このＮＯx濃度に基づいて、還元剤を供給しても良い。【０００７】
ここで、酸化能力を有する触媒の劣化度合いに応じて該触媒から流出するＮＯx中のＮＯ2の比率が変わる。つまり、酸化能力を有する触媒を通過するときにＮＯがＮＯ2に酸化されるが、ＮＯがＮＯ2に酸化される割合は該触媒の劣化度合いに応じて変わる。このため、選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率は、酸化能力を有する触媒の劣化度合いに応じて変わる。推定手段は、酸化能力を有する触媒の劣化度合いが規定値となっていると仮定してＮＯx中のＮＯ2の比率を推定する。この規定値は、選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯx浄化率と、該選択還元型ＮＯx触媒へ流入するＮＯx中のＮＯ2の比率と、の関係を求めるために仮定される値であり、任意の値を用いることができる。【０００８】
そして、上流側検知手段によりＮＯx濃度が検知され、そのＮＯx中のＮＯ2の比率を推定手段により仮に求められる。つまり、酸化能力を有する触媒の劣化度合いが分からないため、選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を仮に定めている。そして、選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯx浄化率と、該選択還元型ＮＯx触媒へ流入するＮＯx中のＮＯ2の比率と、の関係を求めている。【０００９】
選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率は、該選択還元型ＮＯx触媒の温度及びＮＯx中のＮＯ2の比率によって変わる。そして、選択還元型ＮＯx触媒の温度を規定の範囲とした場合には、ＮＯとＮＯ2とが略同じ量ずつ浄化されるため、ＮＯ2の比率が特定の値（例えば５０％近傍）のときにＮＯxの浄化率が最大となる。なお、本発明における基準値は、選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯx浄化率が極大値となる実際のＮＯ2の比率である。この基準値は例えば５０％またはこの近傍であるが、触媒の状態や種類によって異なることがあるため、実験等により求めても良い。【００１０】
ＮＯxの浄化率が極大値となる実際のＮＯ2の比率は、選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いが大きくなっても変わらない。つまり、選択還元型ＮＯx触媒の劣化が進行すると、ＮＯxの浄化率は低下するものの、ＮＯ2の比率が基準値のときにＮＯx浄化率は最大となる。【００１１】
算出手段は、ＮＯxの浄化率をＮＯ2の比率が異なるときに複数回算出することにより、該浄化率の極大値を求めている。つまり、ＮＯ2の比率によってＮＯxの浄化率が変わるため、ＮＯxの浄化率とＮＯ2の比率との関係を複数回算出することで極大値を得ている。この極大値は、酸化能力を有する触媒の劣化度合いを規定値と仮定したときの値である。ここで、選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率は、ＮＯ2の比率が基準値のときに極大値となるが、仮定したＮＯ2の比率が実際の値と異なる場合には、そうはならない。つまり、ＮＯx浄化率が極大値となるＮＯ2の比率が基準値からずれる。このずれは、実際のＮＯ2の比率と、推定手段により推定されるＮＯ2の比率と、の差に応じて大きくなる。つまり、酸化能力を有する触媒の実際の劣化度合いと規定値との差が大きくなるほど、ＮＯx浄化率が極大値となるＮＯ2の比率が基準値からずれる。【００１２】
このように、ＮＯx浄化率が極大値となるＮＯ2の比率の基準値からのずれと、酸化能力を有する触媒の劣化の度合いと、には相関があるため、このずれに基づいて該酸化能力を有する触媒の劣化の度合いを判定することができる。この場合、ＮＯx浄化率が極大値となるＮＯ2の比率が基準値より大きくなるほど、劣化度合いが大きいと判定しても良い。このように、選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯx浄化率の極大値を用いることにより、該選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いによらず、酸化能力を有する触媒の劣化度合いの判定を行うことができる。つまり、選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いに影響を受けることなく、酸化能力を有する触媒の劣化判定を行うことができる。【００１３】
酸化能力を有する触媒の劣化度合いは、選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの推定手段により推定されるＮＯ2の比率と、該比率の基準値と、を比較することにより判定されるが、この場合、これらの差から判定しても良く、これらの比から判定しても良い。【００１４】
なお、本発明ではＮＯx中のＮＯ2の比率を用いて酸化能力を有する触媒の劣化度合いの判定を行っているが、これに代えてＮＯx中のＮＯの比率を用いて劣化度合いの判定を行うこともできる。つまり、ＮＯxがＮＯとＮＯ2とからなるとすれば、ＮＯx中のＮＯ2の比率が大きくなるほど、その分ＮＯの比率は小さくなる。この関係を用いれば、ＮＯx中のＮＯの比率を用いて劣化度合いの判定を行うことができる。【００１５】
本発明においては、前記選択還元型ＮＯx触媒の温度を検知する温度検知手段を備え、
前記算出手段は、前記温度検知手段により検知される温度が所定の範囲内のときのＮＯxの浄化率を算出することができる。【００１６】
なお、温度検知手段は、内燃機関の運転状態から温度を推定しても良く、センサにより温度を測定しても良い。また、所定の範囲とは、ＮＯとＮＯ2とが同じ量だけ反応する範囲のことをいう。【００１７】
ここで、選択還元型ＮＯx触媒でＮＯまたはＮＯ2が還元されるときに、ＮＯまたはＮＯ2の夫々が還元される量は、選択還元型ＮＯx触媒の温度に応じて変わる。そして、ＮＯとＮＯ2とが同じ量だけ反応する温度の範囲が、所定の範囲となる。このようにＮＯとＮＯ2とが同じ量だけ反応する温度の範囲内においてＮＯx浄化率とＮＯ2の比率との関係を求めると、ＮＯx浄化率の極大値を得ることができる。選択還元型ＮＯx触媒の温度がこの所定の範囲内であれば、ＮＯx浄化率が極大値となるＮＯ2の比率は酸化能力を有する触媒の劣化度合いによらず同じとなる。すなわち、所定の範囲内の温度のときにＮＯxの浄化率を算出することにより、該ＮＯx浄化率の極大値を求めることができるため、酸化触媒の劣化度合いを容易に判定することができる。【００１８】
本発明においては、前記選択還元型ＮＯx触媒の温度を検知する温度検知手段と、
前記判定手段により判定される劣化の度合いに基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を算出する比率算出手段と、
前記温度検知手段により検知される温度に基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒の温度が完全活性温度に達したことを判定する活性判定手段と、
前記比率算出手段により算出されるＮＯ2の比率が規定の範囲内のときの前記完全活性温度と、該完全活性温度の基準値と、を比較することにより前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定するＮＯx触媒劣化判定手段と、
を備えることができる。【００１９】
酸化能力を有する触媒の劣化度合いを求めることができれば、該酸化能力を有する触媒にてＮＯがＮＯ2に酸化される割合を求めることができるため、選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を正確に求めることができる。つまり、比率算出手段は、選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中の実際のＮＯ2の比率を正確に算出することができる。【００２０】
また、選択還元型ＮＯx触媒では、完全活性温度に達するまでは温度の上昇と共にＮＯxの浄化率が上昇するが、完全活性温度に達した後は温度が上昇してもＮＯxの浄化率は殆ど上昇しない。つまり、完全活性温度とは、それ以上温度が高くなってもＮＯxの浄化率は変化しない温度とすることができる。これは、温度の上昇値に対するＮＯx浄化率の上昇値が所定値以下となる温度の下限値としても良い。また、ＮＯx浄化率が飽和する温度の下限値としても良い。すなわち、活性判定手段は、例えば選択還元型ＮＯx触媒の温度が上昇してもＮＯxの浄化率が殆ど上昇しないときに、該選択還元型ＮＯx触媒の温度が完全活性温度に達したと判定する。【００２１】
そして、選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いが大きくなるほど、完全活性温度は高くなり、且つ完全活性温度に到達したときのＮＯxの浄化率が低くなる。つまり、ＮＯxの浄化率が最も高くなる温度が、劣化度合いに応じて高くなる。このように、完全活性温度と劣化度合いとには相関があるため、完全活性温度の基準値を予め定めておけば、活性判定手段により判定される完全活性温度と、該基準値と、を比較することにより選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いを判定することができる。この基準値は、任意の値とすることができ、例えば、新品時の完全活性温度としても良く、規定の劣化度合いのときの完全活性温度としても良く、劣化度合いが許容できる限度のときの完全活性温度としても良い。そして、完全活性温度が基準値より高くなるほど、劣化度合いが大きいと判定しても良い。【００２２】
選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いは、完全活性温度と、該完全活性温度の基準値と、を比較することにより判定されるが、この場合、これらの差から判定しても良く、これらの比から判定しても良い。【００２３】
なお、選択還元型ＮＯx触媒の温度に対するＮＯxの浄化率は、該選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率によって変わる。このため、ＮＯx触媒劣化判定手段は、比率算出手段により算出されるＮＯ2の比率が規定の範囲内のときの完全活性温度に基づいて劣化度合いを判定している。つまり、ＮＯ2の比率の範囲を特定することで、劣化度合いの判定をより正確に行うことができる。規定の範囲とは、選択還元型ＮＯx触媒の温度とＮＯx浄化率との関係から完全活性温度を求めることができるＮＯ2の比率の範囲をいう。例えばＮＯ2の比率が５０％またはその近傍としても良い。【００２４】
また、本発明ではＮＯx中のＮＯ2の比率を用いて選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いの判定を行っているが、これに代えてＮＯx中のＮＯの比率を用いて劣化度合いの判定を行うこともできる。【００２５】
本発明においては、前記推定手段は、前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いの規定値を、許容できる限度の値としてＮＯ2の比率を推定し、
前記判定手段は、前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記推定手段により推定されるＮＯ2の比率が基準値よりも大きいときに、前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いが許容できる限度を超えていると判定することができる。【００２６】
そうすると、選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの推定手段により推定されるＮＯ2の比率が、基準値よりも大きいか否かを判定することにより酸化触媒の劣化度合いが許容できる限度を超えているか否か判定することができる。そして、ＮＯxの浄化率が極大値となるときの推定手段により推定されるＮＯ2の比率が基準値から大きくなるほど、酸化能力を有する触媒の劣化の度合いは大きいと判定することができる。【００２７】
また、ＮＯxの浄化率が極大値のときの推定手段により推定されるＮＯ2の比率が基準値よりも小さいときには、酸化能力を有する触媒の劣化度合いは許容できると判定することができる。そして、ＮＯ2の比率が基準値から小さくなるほど、酸化能力を有する触媒の劣化の度合いは小さいと判定することができる。【００２８】
また、本発明においては、前記ＮＯx触媒劣化判定手段は、前記完全活性温度の基準値を、前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いが許容できる限度となっているときの完全活性温度とし、
前記完全活性温度が基準値よりも高いときに、前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いが許容できる限度を超えていると判定することができる。【００２９】
そうすると、完全活性温度が基準値よりも高いか否かを判定することにより選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いが許容できる限度を超えているか否か判定することができる。そして、完全活性温度が基準値よりも高くなるほど、選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いは大きいと判定することができる。【００３０】
また、完全活性温度が基準値よりも低いときには、選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いは許容できると判定することができる。そして、完全活性温度が基準値から小さくなるほど、選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いは小さいと判定することができる。【００３１】
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方法は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明によるＮＯx触媒劣化判定方法は、
選択還元型ＮＯx触媒よりも上流に設けられている酸化能力を有する触媒の劣化の度合いが規定値となっていると仮定したときの該選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を推定する第１の工程と、
前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率を少なくとも極大値が得られるまで複数回算出する第２の工程と、
前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記第１の工程で得られるＮＯ2の比率と、該比率の基準値と、を比較することにより前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いを判定する第３の工程と、
を含んで構成されることを特徴とする。【００３２】
この場合、前記第３の工程で判定される酸化能力を有する触媒の劣化の度合いに基づいて、前記選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を算出する第４の工程と、
前記第４の工程で算出されるＮＯ2の比率に基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒の浄化率を少なくとも完全活性温度が得られるまで複数回検知する第５の工程と、
前記第４の工程で算出されるＮＯ2の比率が規定の範囲内のときの前記第５の工程で得られる完全活性温度と、該完全活性温度の基準値と、を比較することにより前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定する第６の工程と、
を含んで構成されていても良い。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に複数の触媒を備えている場合において、触媒の劣化の度合いを正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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触媒の温度（床温）と、ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率と、の関係を示した図である。
【図３】ＮＯx触媒が正常の場合の該ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率と、ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率と、の関係をＮＯx触媒の温度毎に示した図である。
【図４】ＮＯx触媒が劣化している場合の該ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率と、ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率と、の関係をＮＯx触媒の温度毎に示した図である。
【図５】酸化触媒の温度と、内燃機関の吸入空気量とをパラメータとしてＮＯ2の比率を求めるためのマップである。
【図６】ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率と、ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率と、の関係の一例を示したマップである。
【図７】図６のマップに対し、ＮＯx浄化率の極大値が判定可能なまでに点が記入されたときのマップである。
【図８】酸化触媒の温度（床温）と、ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率との関係を示した図である。
【図９】酸化触媒の劣化度合いとＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率との関係を示した図である。
【図１０】図７に示した関係を酸化触媒の劣化度合いに基づいて補正した後のマップである。
【図１１】ＮＯx触媒の温度（床温）とＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率との関係を示した図である。
【図１２】実施例に係る酸化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１３】実施例に係る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。
【符号の説明】
【００３５】
１     内燃機関
２     排気通路
３     酸化触媒
４     選択還元型ＮＯx触媒
５     噴射弁
７     第１ＮＯxセンサ
８     第２ＮＯx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
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明に係る触媒劣化判定装置及び触媒劣化判定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】
【００３７】
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。そして本実施例では、尿素ＳＣＲシステムを採用している。【００３８】
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、上流側から順に、酸化触媒３と、選択還元型ＮＯx触媒４（以下、ＮＯx触媒４という。）とが備えられている。酸化触媒３は酸化能力を有する他の触媒（例えば三元触媒）であっても良い。なお、本実施例においては酸化触媒３が、本発明における酸化能力を有する触媒に相当する。【００３９】
また、酸化触媒３よりも下流で且つＮＯx触媒４よりも上流の排気通路２には、排気中に尿素水を噴射する噴射弁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尿素水を噴射する。なお、本実施例においては噴射弁５が、本発明における還元剤供給手段に相当する。【００４０】
噴射弁５から噴射された尿素水は、排気の熱で加水分解されアンモニア（ＮＨ3）となり、ＮＯx触媒４に吸着する。このＮＨ3がＮＯxを還元させる。【００４１】
酸化触媒３よりも下流で且つ噴射弁５よりも上流の排気通路２には、排気中のＮＯx濃度を測定する第１ＮＯx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濃度を測定する第２ＮＯx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第１ＮＯxセンサ７が、本発明における上流側検知手段に相当する。また、本実施例においては第２ＮＯxセンサ８が、本発明における下流側検知手段に相当する。さらに、本実施例においては温度センサ９が、本発明における温度検知手段に相当する。また、第１ＮＯxセンサ７によりＮＯx濃度を測定することに代えて、内燃機関１の運転状態に基づいてＮＯx濃度を推定しても良い。【００４２】
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ユニットである。【００４３】
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。【００４４】
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。【００４５】
ここで、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率は、ＮＯx中のＮＯ2の比率とＮＯx触媒４の温度とに応じて変化する。なお、ＮＯx触媒４では温度に応じて以下の反応が起こると考えられる。
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ・・・式（１）
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ・・・式（２）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ・・・式（３）【００４６】
ここで、式（１）は、反応速度が遅いため、主に高温で起こるＮＯ2の浄化反応である。式（２）は、式（１）よりも反応速度が遅いため、式（１）よりも低い温度から起こるＮＯの浄化反応である。式（３）は、反応速度が速いため、式（２）よりも低い温度から起こるＮＯとＮＯ2との浄化反応である。なお、式（３）で示される反応によればＮＯとＮＯ2とが等しい量だけ浄化される。つまり、式（３）で示す反応が主に起こる温度の範囲では、ＮＯとＮＯ2との比が１対１のときにＮＯxの浄化率が最大となる。このため、酸化触媒３において、ＮＯとＮＯ2との比が１対１となるように、すなわちＮＯx中のＮＯ2の比率が５０％となるようにＮＯが酸化される。また、このような比率となるように、酸化触媒３の酸化能力が決定される。【００４７】
つまり、排気が酸化触媒３を通過する際に、ＮＯx中のＮＯ2の比率が変化する。ＮＯx中のＮＯ2の比率がどれだけ変化するのかは、酸化触媒３においてＮＯ2がどれだけ生成されるのかにより決まる。そして、酸化触媒３の劣化が進行するほど、ＮＯ2が生成され難くなる。さらに、酸化触媒３の温度が高くなると、酸化反応が促進されるためＮＯ2がより生成され易くなる。また、排気の流速が高くなるほど酸化触媒３にて反応する前に該酸化触媒３を通過するＮＯxが多くなるため、ＮＯ2が生成され難くなる。なお、排気が酸化触媒３を通過するときにＮＯがＮＯ2に酸化されるが、このときにＮＯx濃度は変化しない。【００４８】
このようなことから、酸化触媒３から流出するＮＯx中のＮＯ2の比率（すなわち、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率）は、内燃機関１から排出されるＮＯx中のＮＯ2の比率、酸化触媒３の温度、吸入空気量（排気の量としても良い）、酸化触媒３の劣化度合いに基づいて推定することができる。酸化触媒３の温度は、センサにより測定しても良く、内燃機関１の運転状態から推定しても良い。吸入空気量は、エアフローメータを取り付けることにより測定できる。酸化触媒３の劣化度合いについては後述する。【００４９】
また、内燃機関１から排出されるＮＯx中のＮＯ2の比率は、機関回転数、燃料量（機関負荷としても良い）、燃焼温度等に基づいて推定することができる。この推定には周知の技術を用いることができるため、説明を省略する。また、これらの関係を予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶させておいても良い。【００５０】
このように、酸化触媒３の劣化度合いによりＮＯx中のＮＯ2の比率が変化するため、ＮＯx触媒４におけるＮＯx浄化率も変化する。つまり、ＮＯx浄化率だけを検知しても、ＮＯx浄化率の低下の原因が酸化触媒３の劣化にあるのか、またはＮＯx触媒４の劣化にあるのかを特定する必要がある。このため本実施例では、まず酸化触媒３の劣化度合いを判定する。【００５１】
図２は、ＮＯx触媒４の温度（床温）と、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率と、の関係を示した図である。実線は、式（３）の反応のみによる浄化率であり且つＮＯx触媒４が正常の場合の浄化率である。一点鎖線は、式（３）の反応のみによる浄化率であり且つＮＯx触媒４が劣化している場合の浄化率である。二点鎖線は、式（２）の反応のみによる浄化率であり且つＮＯx触媒４が正常の場合の浄化率である。破線は、式（１）の反応のみによる浄化率であり且つＮＯx触媒４が正常の場合の浄化率である。ここで、正常とは、劣化の度合いが許容できる限度を超えていないことを意味する。また、劣化しているとは、劣化の度合いが許容できる限度を超えていることを意味する。【００５２】
図２に示すように、式（３）の反応が支配的な温度範囲がある。つまり、ＮＯx触媒４の温度が図２に示すＴ１からＴ２までの範囲では、式（１）及び式（２）の反応によるＮＯxの浄化は殆ど行なわれず、主に式（３）の反応によりＮＯxが浄化される。【００５３】
ここで、式（３）による反応では、ＮＯとＮＯ2とが同じ量だけ浄化される。このため、ＮＯ2の比率が５０％のときにＮＯx触媒４の浄化率が最高になる。【００５４】
また、図３は、ＮＯx触媒４が正常の場合の該ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率と、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率と、の関係をＮＯx触媒４の温度毎に示した図である。この関係は、図２に示すＴ１からＴ２までの範囲内における関係である。実線は例えば摂氏２２０度の場合、一点鎖線は例えば摂氏２００度の場合、二点鎖線は例えば摂氏１８０度の場合を示している。【００５５】
このように、ＮＯx触媒４の温度が高くなるほどＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率が高くなる。また、何れの温度であっても、ＮＯ2の比率が５０％のときにＮＯxの浄化率が最も高くっている。そして、ＮＯx触媒４の温度が例えば摂氏２２０度のときに浄化率が最も高くなり、それ以上の温度になってもＮＯxの浄化率は殆ど変化しない。つまり、ＮＯx触媒４が正常の場合には、例えば摂氏２２０度が完全活性温度となる。【００５６】
一方、図４は、ＮＯx触媒４が劣化している場合の該ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率と、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率と、の関係をＮＯx触媒４の温度毎に示した図である。この関係は、図３と同様に、図２に示すＴ１からＴ２までの範囲内における関係である。図３に加えて破線は、例えば摂氏２４０度の場合を示している。【００５７】
この場合であっても、ＮＯx触媒４の温度が高くなるほどＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率が高くなる。また、何れの温度であっても、ＮＯ2の比率が５０％のときにＮＯxの浄化率が最も高くなっている。そして、ＮＯx触媒４の温度が例えば摂氏２４０度のときに浄化率が最も高くなり、それ以上の温度になっても浄化率は殆ど変化しない。つまり、ＮＯx触媒４が劣化している場合には、例えば摂氏２４０度が完全活性温度となる。【００５８】
すなわち、ＮＯx触媒４の温度が図２に示すＴ１からＴ２までの範囲内であれば、該ＮＯx触媒４の劣化の度合いによらず、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率が５０％のときにＮＯxの浄化率が最も高くなる。本実施例では、この関係を利用して酸化触媒３の劣化度合いを求める。【００５９】
まず、酸化触媒３の劣化度合いが規定値となっていると仮定したときにＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を推定する。ここで、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率は、酸化触媒３にてＮＯがＮＯ2にどれだけ酸化されるのかにより変わる。そして、ＮＯがＮＯ2にどれだけ酸化されるのかは、酸化触媒３の劣化度合いにより変わる。しかし、現時点では酸化触媒３の劣化度合いは不明である。【００６０】
これに対し本実施例では、酸化触媒３の劣化度合いが規定値となっていると仮定し、この劣化度合いのときに酸化触媒３から流出するＮＯx中のＮＯ2の比率を推定する。なお、酸化触媒３から流出するＮＯx中のＮＯ2の比率と、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率とは等しいものとする。そして本実施例では、酸化触媒３の温度と、内燃機関１の吸入空気量とに基づいてＮＯ2の比率を推定する。【００６１】
つまり、酸化触媒３でどれだけのＮＯがＮＯ2に酸化されるかは、酸化触媒３の温度及び吸入空気量（排気の量としても良い）によって変わるため、これらの値に基づいてＮＯx中のＮＯ2の比率を求めることができる。なお、他のパラメータによってＮＯ2の比率を推定しても良い。【００６２】
また、酸化触媒３に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率（すなわち、内燃機関１から排出されるＮＯx中のＮＯ2の比率）によっても、酸化触媒３から流出するＮＯx中のＮＯ2の比率は変わる。そこで、まず内燃機関１から排出されるＮＯx中のＮＯ2の比率を求め、この比率を酸化触媒３の温度及び吸入空気量によって変更しても良い。なお、内燃機関１から排出されるＮＯx中のＮＯ2の比率は、内燃機関１の運転状態に応じて変化するため、これらの関係を予め実験等により求めてマップ化しておく。【００６３】
図５は、酸化触媒３の温度と、内燃機関１の吸入空気量とをパラメータとしてＮＯ2の比率を求めるためのマップである。これは、内燃機関１から排出されるＮＯx中のＮＯ2の比率に乗じて補正するためのマップとしても良い。また、内燃機関１から排出されるＮＯx中のＮＯ2の比率を含めてマップを作成しておいても良い。つまり、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率に影響を与えるのが、例えば酸化触媒３の温度及び内燃機関１の吸入空気量であるため、これらの値に基づいてＮＯ2の比率を推定する。この関係は、予め実験等により求めておく。【００６４】
次に、ＮＯx触媒４の温度が、式（３）の反応が支配的な温度範囲内のときの、ＮＯx触媒４へ流入するＮＯx中のＮＯ2の比率と、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率との関係を求める。ここでいうＮＯx触媒４へ流入するＮＯx中のＮＯ2の比率とは、図５に基づいて得られるＮＯ2の比率である。【００６５】
この関係を求めるために、横軸にＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率をとり、縦軸にＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率をとったマップを作成する。なお、ＮＯx触媒４の温度によって浄化率は変化するため、ＮＯx触媒４の温度毎にマップを作成する。この場合、式（３）の反応が支配的な温度範囲内で例えば摂氏１０度毎に分けてマップを作成しても良い。【００６６】
そして図６は、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率と、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率と、の関係の一例を示したマップである。ＮＯ2の比率と、ＮＯxの浄化率と、の関係を複数回求め、夫々の点を図６に記入している。内燃機関１の運転状態や酸化触媒３の温度が変化することにより、図６のマップには複数の点が記入されていく。このマップの作成は、ＮＯxの浄化率の極大値が判定できるまで続ける。【００６７】
図７は、図６のマップに対し、ＮＯx浄化率の極大値が判定可能なまでに点が記入されたときのマップである。図７を見れば分かるように、ＮＯxの浄化率には極大値が存在する。前述のように、酸化触媒３が劣化したとしても、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率が最も高くなるときの実際のＮＯ2の比率は変化しない。つまり、図７に示されるＮＯxの浄化率が極大値のときのＮＯ2の比率が５０％からずれている場合には、酸化触媒３の実際の劣化度合いが、図５で用いた劣化度合いの規定値からずれていることになる。そして、このずれが大きいほど、実際の劣化度合いと規定値との差が大きいことになる。また、図７に示される極大値となるときのＮＯ2の比率が５０％よりも小さい場合には、酸化触媒３の劣化度合いが規定値よりも小さいことになる。一方、図７に示される極大値のＮＯ2の比率が５０％よりも大きい場合には、酸化触媒３の劣化度合いが規定値よりも大きいことになる。【００６８】
なお、劣化度合いの規定値を、許容できる限度の値とした場合には、極大値となるときのＮＯ2の比率が５０％よりも小さいときに、酸化触媒３は正常であると判定できる。また、極大値となるときのＮＯ2の比率が５０％よりも大きいときに、酸化触媒３は劣化していると判定できる。【００６９】
なお、酸化触媒３の劣化判定は、酸化触媒３の温度が以下に説明する範囲内のときに行う。図８は、酸化触媒３の温度（床温）と、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率との関係を示した図である。実線は新品の場合を示しており、一点鎖線は劣化している場合を示している。図８において、新品の酸化触媒３のほうが劣化している酸化触媒３よりもＮＯ2の比率が高くなる温度の範囲と、新品の酸化触媒３のほうが劣化している酸化触媒３よりもＮＯ2の比率が低くなる温度の範囲と、が存在する。そして、酸化触媒３の温度がＴ３のときがその境界となる。新品の酸化触媒３のほうが劣化している酸化触媒３よりもＮＯ2の比率が高くなる温度の範囲では、酸化触媒３の劣化度合いが大きくなるほど、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率が小さくなる。すなわち、図８においてＴ３で示される温度よりも低い範囲であれば、図９に示すように、酸化触媒３の劣化度合いが大きくなるほど、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率は小さくなる。ここで、図９は、酸化触媒３の劣化度合いとＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率との関係を示した図である。本実施例では、酸化触媒３の温度が図８のＴ３で示す温度よりも低いときに該酸化触媒３の劣化判定を行う。これにより、酸化触媒３の劣化度合いと、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率との関係を容易に求めることができる。【００７０】
以上説明したように、本実施例によれば、酸化触媒３の劣化度合いを求めることができる。このように酸化触媒３の劣化度合いを求めることができるため、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を正確に求めることができる。ここで、ＮＯxの浄化率に基づいてＮＯx触媒４の劣化判定を行う場合には、該ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を正確に求めることが必要となる。これに対し本実施例では、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を正確に求めることができるため、ＮＯx触媒４の劣化判定をより正確に行うことができる。次にＮＯx触媒４の劣化判定について説明する。【００７１】
ここで、図１０は、図７に示した関係を酸化触媒３の劣化度合いに基づいて補正した後の図である。これは、例えば図５のマップを酸化触媒３の劣化度合いに応じて補正し、ＮＯ2の比率とＮＯxの浄化率との関係を再度算出しなおす。図７に示される極大値となるＮＯ2の比率の５０％からのずれと、補正値との関係は予め実験等により求めておく。なお、図７において、５０％を前記極大値となるＮＯ2の比率で除した値を補正値とし、各ＮＯ2の比率にこの補正値を乗じても良い。さらに、５０％と前記極大値となるＮＯ2の比率との差を補正値とし、各ＮＯ2の比率にこの補正値を加えても良い。【００７２】
このようにしてＮＯx中のＮＯ2の比率を求めることにより、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率を求めることができる。そして、ＮＯx触媒４の温度と、ＮＯx触媒４における浄化率との関係から、該ＮＯx触媒４の劣化度合いを判定する。【００７３】
図１１は、ＮＯx触媒４の温度（床温）とＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率との関係を示した図である。実線は新品の場合を示しており、一点鎖線は劣化している場合を示している。Ｔ４で示される温度は、ＮＯx触媒４が新品の場合において、ＮＯx触媒４の温度が上昇してもＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率が殆ど上昇しない温度の下限値を示している。つまり、新品の場合の完全活性温度を示している。Ｔ５で示される温度は、ＮＯx触媒４が劣化している場合の完全活性温度を示している。【００７４】
ＮＯx触媒４の温度が完全活性温度に達する前は、温度が高くなるほどＮＯxの浄化率が高くなる。そして、完全活性温度に達した後は、温度が高くなってもＮＯxの浄化率は殆ど変化しない。また、ＮＯx触媒４の劣化度合いが高くなるほど、完全活性温度は高くなる。つまり、ＮＯx触媒４の劣化度合いが高くなるほど、より高温にしなければＮＯxを浄化することができなくなる。そして、ＮＯx触媒４の劣化度合いが高くなるほど、完全活性温度に達したときのＮＯx浄化率は低い。【００７５】
このように、ＮＯx触媒４の劣化度合いが高くなるほど、完全活性温度が高くなるため、例えば新品時の完全活性温度と実際の完全活性温度とを比較することでＮＯx触媒４の劣化度合いを求めることができる。また、たとえばＮＯx触媒４の劣化度合いが許容できる限度となっているときの完全活性温度を基準値とし、実際の完全活性温度が基準値よりも高ければＮＯx触媒４が劣化していると判定しても良い。そして、基準値よりも完全活性温度が高いほど、ＮＯx触媒４の劣化の度合いが高いと判定することができる。【００７６】
なお、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率によりＮＯxの浄化率が変化するため、ＮＯ2の比率毎に完全活性温度を求めると良い。また、一定範囲内のＮＯ2の比率のときの完全活性温度を用いても良い。例えばＮＯx中のＮＯ2の比率が５０％またはその近傍のときには、完全活性温度が低くなるため、完全活性温度に達する機会が増える。つまり、ＮＯ2の比率が５０％またはその近傍のときの完全活性温度を求めることにより、ＮＯx触媒４の劣化度合いの判定頻度を高くすることができる。【００７７】
図１２は、本実施例に係る酸化触媒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ＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。また、本ルーチンはＮＯx触媒４の劣化判定に先立って行われる。さらに、本ルーチンは、第１ＮＯxセンサ７又は第２ＮＯxセンサ８により測定されるＮＯx濃度に基づいて噴射弁５から適量の還元剤がＮＯx触媒４へ供給されているときに実行される。【００７８】
ステップＳ１０１では、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率を測定する条件が成立しているか否か判定される。この条件は、酸化触媒３及びＮＯx触媒４の劣化判定を正確に行うために必要となる条件である。例えば、酸化触媒３の温度が図８に示すＴ３よりも低く且つＮＯx触媒４の温度が所定の範囲（図２に示すＴ１からＴ２まで範囲）内となっているか否か判定される。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酸化触媒３及びＮＯx触媒４の劣化判定を行うことができない状態であるため本ルーチンを終了させる。【００７９】
ステップＳ１０２では、酸化触媒３の劣化度合いが規定値となっていると仮定したときのＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を推定する。つまり、図５に示したマップに基づいてＮＯ2の比率を求める。なお、本実施例においてはステップＳ１０２を処理するＥＣＵ１０が、本発明における推定手段に相当する。また、本実施例においてはステップＳ１０２が、本発明における第１の工程に相当する。【００８０】
ステップＳ１０３では、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率が検知される。つまり、第１ＮＯxセンサ７及び第２ＮＯxセンサ８により得られるＮＯx濃度からＮＯxの浄化率が算出される。第１ＮＯxセンサ７により得られるＮＯx濃度を上流ＮＯx濃度とし、第２ＮＯxセンサ８により得られるＮＯx濃度を下流ＮＯx濃度とすると、ＮＯx浄化率は以下の式により算出できる。
ＮＯx浄化率＝（上流ＮＯx濃度−下流ＮＯx濃度）／（上流ＮＯx濃度）【００８１】
なお、夫々のセンサにより得られるＮＯx濃度から単位時間当たりに夫々のセンサを通過するＮＯx量を算出し、該ＮＯx量を用いてＮＯx浄化率を算出しても良い。【００８２】
ステップＳ１０４では、図６に示したマップ上にステップＳ１０２で得られるＮＯ2の比率及びステップＳ１０３で得られるＮＯxの浄化率によって定まる点を記入する。【００８３】
ステップＳ１０５では、ＮＯxの浄化率の極大値が得られるか否か判定される。例えば極大値を得るために必要となる点の数を予め求めておき、この点の数がマップ上に記入されているか否か判定する。また例えば、極大値を算出するための式を予めＥＣＵ１０に記憶させておき、このときに必要となる点の数がマップ上に記入されているか否か判定しても良い。【００８４】
ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６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。なお、本実施例においてはステップＳ１０３から１０５を処理するＥＣＵ１０が、本発明における算出手段に相当する。また、本実施例においてはステップＳ１０３から１０５が、本発明における第２の工程に相当する。【００８５】
ステップＳ１０６では、ＮＯxの浄化率が極大値となるＮＯ2の比率を求める。つまり、図７に示したマップからＮＯxの浄化率の極大値を読み取り、さらに、この極大値に対応するＮＯ2の比率を読み取る。【００８６】
ステップＳ１０７では、ＮＯxの浄化率が極大値となるＮＯ2の比率と、基準値（例えば５０％）とを比較する。例えばＮＯxの浄化率が極大値となるＮＯ2の比率が基準値からどれだけずれているのかを求める。つまり、極大値となるＮＯ2の比率と基準値との差または比を算出する。【００８７】
ステップＳ１０８では、酸化触媒３の劣化度合いを算出する。この劣化度合いは、新品時と比較してどれだけ劣化しているのかを表す値である。ステップＳ１０７で求めた極大値となるＮＯ2の比率と基準値との差または比と、酸化触媒３の劣化度合いとの関係は予め求めておく。なお、ステップＳ１０２で推定したＮＯ2の比率を補正するための補正値を求めても良い。また、図５に示したマップを補正しても良い。ステップＳ１０７で求めた極大値となるＮＯ2の比率と基準値との差または比を酸化触媒３の劣化度合いとしても良い。なお、ステップＳ１０２で用いる規定値を、許容できる限度となる値とした場合には、極大値となるときのＮＯ2の比率が５０％よりも大きいか又は小さいか求めても良い。【００８８】
ステップＳ１０９では、酸化触媒３の劣化度合いが規定値以下であるか否か判定される。ここでいう規定値は、酸化触媒３の劣化度合いが許容できる限度となる値である。この規定値は予め実験等により求めておく。なお、ステップＳ１０２で用いる劣化度合いの規定値を、許容できる限度となる値とした場合には、ＮＯxの浄化率が極大値となるときのＮＯ2の比率が５０％よりも小さいときに、酸化触媒３は正常であると判定できる。また、極大値となるときのＮＯ2の比率が５０％よりも大きいときに、酸化触媒３は劣化していると判定できる。【００８９】
ステップＳ１０９で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１０へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１１へ進む。なお、本実施例においてはステップＳ１０９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Ｓ１０９が、本発明における第３の工程に相当する。【００９０】
ステップＳ１１０では、酸化触媒３が正常であると判定される。【００９１】
ステップＳ１１１では、酸化触媒３が劣化していると判定される。この場合、酸化触媒３に異常があると運転者等に警告しても良い。【００９２】
次に図１３は、本実施例に係る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。本ルーチンは図１２に示す酸化触媒３の劣化判定が行われた後に実行される。【００９３】
ステップＳ１１２では、酸化触媒３の劣化度合いから、ＮＯx触媒４へ流入するＮＯx中のＮＯ2の比率を算出する。つまり、図５に示したマップを補正し、補正後のＮＯ2の比率を求める。これは、実際のＮＯ2の比率としても良い。なお、本実施例においてはステップＳ１１２を処理するＥＣＵ１０が、本発明における比率算出手段に相当する。また、本実施例においてはステップＳ１１２が、本発明における第４の工程に相当する。【００９４】
ステップＳ１１３では、ＮＯx触媒４の完全活性温度を検知可能か否か判定される。本ステップでは、ＮＯx触媒４の温度が変化してもＮＯxの浄化率が殆ど変化していないか否か判定される。例えばＮＯx触媒４の温度が上昇したときの、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率の変化率が所定値以下の場合に、完全活性温度を検知可能であると判定される。なお、この判定は、ＮＯ2の比率が規定の範囲内のときに行う。【００９５】
ステップＳ１１３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１４へ進み、否定判定がなされた場合には引き続き温度データを取得するために本ルーチンを終了させる。なお、本実施例においてはステップＳ１１３を処理するＥＣＵ１０が、本発明における活性判定手段に相当する。また、本実施例においてはステップＳ１１３が、本発明における第５の工程に相当する。【００９６】
ステップＳ１１４では、完全活性温度が基準値以下であるか否か判定される。この基準値は、ＮＯx触媒４の劣化度合いが許容できる限度となる値である。この規定値は予め実験等により求めておく。【００９７】
ステップＳ１１４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１５へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１６へ進む。なお、本実施例においてはステップＳ１１４を処理するＥＣＵ１０が、本発明におけるＮＯx触媒劣化判定手段に相当する。また、本実施例においてはステップＳ１１４が、本発明における第６の工程に相当する。【００９８】
ステップＳ１１５では、ＮＯx触媒４が正常であると判定される。【００９９】
ステップＳ１１６では、ＮＯx触媒４が劣化していると判定される。この場合、ＮＯx触媒４に異常があると運転者等に警告しても良い。【０１００】
なお、基準値を新品時の完全活性温度とし、検知される完全活性温度と基準値との差からＮＯx触媒４の劣化度合いを求めても良い。この場合、差が大きいほど劣化度合いが大きくなる。【０１０１】
以上説明したように本実施例によれば、まず酸化触媒３の劣化度合いを判定するため、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ2の比率をより正確に求めることができる。このため、ＮＯx触媒４の浄化率をより正確に求めることができるので、該ＮＯx触媒４の劣化度合いをより正確に求めることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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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【手続補正書】
【提出日】平成24年3月13日(2012.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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還元剤により選択的にＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流に設けられ酸化能力を有する触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記酸化能力を有する触媒よりも下流で且つ前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中のＮＯx濃度を検知する上流側検知手段と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも下流のＮＯx濃度を検知する下流側検知手段と、
を備え、
前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いが規定値となっていると仮定したときの前記選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ２の比率を推定する推定手段と、
前記還元剤供給手段により還元剤が供給されたときの前記上流側検知手段及び前記下流側検知手段により検知されるＮＯx濃度に基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率を少なくとも極大値が得られるまで複数回算出する算出手段と、
前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記推定手段により推定されるＮＯ２の比率と、該比率の基準値と、を比較することにより前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする触媒劣化判定装置。
【請求項２】
前記選択還元型ＮＯx触媒の温度を検知する温度検知手段を備え、
前記算出手段は、前記温度検知手段により検知される温度が所定の範囲内のときのＮＯxの浄化率を算出することを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項３】
前記選択還元型ＮＯx触媒の温度を検知する温度検知手段と、
前記判定手段により判定される劣化の度合いに基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ２の比率を算出する比率算出手段と、
前記温度検知手段により検知される温度に基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒の温度が完全活性温度に達したことを判定する活性判定手段と、
前記比率算出手段により算出されるＮＯ２の比率が規定の範囲内のときの前記完全活性温度と、該完全活性温度の基準値と、を比較することにより前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定するＮＯx触媒劣化判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項４】
前記推定手段は、前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いの規定値を、許容できる限度の値としてＮＯ２の比率を推定し、
前記判定手段は、前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記推定手段により推定されるＮＯ２の比率が基準値よりも大きいときに、前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いが許容できる限度を超えていると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項５】
前記ＮＯx触媒劣化判定手段は、前記完全活性温度の基準値を、前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いが許容できる限度となっているときの完全活性温度とし、
前記完全活性温度が基準値よりも高いときに、前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いが許容できる限度を超えていると判定することを特徴とする請求項３に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に設けられ還元剤により選択的にＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流に設けられ酸化能力を有する触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記酸化能力を有する触媒よりも下流で且つ前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中のＮＯx濃度を検知する上流側検知手段と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも下流のＮＯx濃度を検知する下流側検知手段と、
を備えた内燃機関の触媒劣化判定方法であって、
前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いが規定値となっていると仮定したときの前記選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ２の比率を推定する第１の工程と、
前記還元剤供給手段により還元剤が供給されたときの前記上流側検知手段及び前記下流側検知手段により検知されるＮＯx濃度に基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率を少なくとも極大値が得られるまで複数回算出する第２の工程と、
前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記第１の工程で得られるＮＯ２の比率と、該比率の基準値と、を比較することにより前記酸化能力を有する触媒の劣化の度合いを判定する第３の工程と、
を含んで構成されることを特徴とする触媒劣化判定方法。
【請求項７】
前記第３の工程で判定される酸化能力を有する触媒の劣化の度合いに基づいて、前記選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ２の比率を算出する第４の工程と、
前記選択還元型ＮＯx触媒の温度を検知する温度検知手段により検知される温度に基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒の温度が完全活性温度に達したことを判定し、前記第４の工程で算出されるＮＯ２の比率に基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒の浄化率を少なくとも完全活性温度が得られるまで複数回検知する第５の工程と、
前記第４の工程で算出されるＮＯ２の比率が規定の範囲内のときの前記第５の工程で得られる完全活性温度と、該完全活性温度の基準値と、を比較することにより前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定する第６の工程と、
を含んで構成されることを特徴とする請求項６に記載の触媒劣化判定方法。
【国際調査報告】
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