(57)【要約】【課題】ＮＯｘ選択還元型の触媒のＮＯｘ浄化率を精度よく診断できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。【解決手段】内燃機関の排気通路上に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型の第１触媒と、前記第１触媒よりも下流側の前記排気通路上に設けられたＮＯｘ選択還元型の第２触媒と、前記第１及び第２触媒の間の前記排気通路に取り付けられ、前記第２触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度を検出する第１ＮＯｘセンサと、前記第２触媒よりも下流側の前記排気通路に取り付けられ、前記第２触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度を検出する第２ＮＯｘセンサと、ＮＯｘを吸蔵した前記第１触媒がＮＯｘの脱離を開始する脱離温度以上に昇温されて当該第１触媒から脱離したＮＯｘが、活性化温度域に属し還元剤の吸着量が所定値以上である前記第２触媒に供給される診断条件が充足された場合に、前記第１及び第２ＮＯｘセンサの検出値に基づいて前記第２触媒のＮＯｘ浄化性能を診断する診断部と、を備えた内燃機関の排気浄化装置。【選択図】図３
2018189056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路上に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型の第１触媒と、
前記第１触媒よりも下流側の前記排気通路上に設けられたＮＯｘ選択還元型の第２触媒と、
前記第１及び第２触媒の間の前記排気通路に取り付けられ、前記第２触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度を検出する第１ＮＯｘセンサと、
前記第２触媒よりも下流側の前記排気通路に取り付けられ、前記第２触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度を検出する第２ＮＯｘセンサと、
ＮＯｘを吸蔵した前記第１触媒がＮＯｘの脱離を開始する脱離温度以上に昇温されて当該第１触媒から脱離したＮＯｘが、活性化温度域に属し還元剤の吸着量が所定値以上である前記第２触媒に供給される診断条件が充足された場合に、前記第１及び第２ＮＯｘセンサの検出値に基づいて前記第２触媒のＮＯｘ浄化性能を診断する診断部と、を備えた内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記第１触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上か否かを判定する吸蔵量判定部と、
前記第２触媒の温度が前記活性化温度域に属し且つ前記第２触媒での前記還元剤の吸着量が所定値以上であるか否かを判定する状態判定部と、
前記吸蔵量判定部及び前記状態判定部の何れの判定結果も肯定判定の場合に、前記脱離温度以上となるように前記第１触媒を昇温させる昇温実行部と、
前記第１触媒の温度が前記脱離温度以上になったか否かを判定する昇温判定部と、を備え、
前記診断部は、前記昇温判定部の判定結果が肯定判定の場合に、前記診断条件が充足されたとして、前記第１及び第２ＮＯｘセンサの検出値に基づいて前記第２触媒のＮＯｘ浄化性能を診断する、請求項１の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記第１及び第２ＮＯｘセンサが正常か否かを判定するセンサ判定部を備え、
前記昇温実行部は、前記吸蔵量判定部、前記状態判定部、及び前記センサ判定部の何れの判定結果も肯定判定である場合に、前記第１触媒を昇温させる、請求項２の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記第１触媒の昇温により前記第１触媒のＮＯｘ吸蔵能力が回復したか否かを判定する回復判定部と、
前記回復判定部の判定結果が肯定判定の場合に、前記第１触媒の昇温を停止する昇温停止部と、を備えた請求項１乃至３の何れかの内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路上に、上流側から順にＮＯｘ吸蔵還元型のＮＳＲ（ＮＯx Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒、ＮＯｘ選択還元型のＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒が設けられた、内燃機関の排気浄化装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２２３４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような内燃機関の排気浄化装置では、ＳＣＲ触媒に流入及び流出する排気のＮＯｘ濃度をそれぞれ検出するＮＯｘセンサを設けて、これらのＮＯｘセンサの検出値に基づいてＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能を診断できる。具体的には、ＳＣＲ触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度に対してＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度が小さいほど、即ち、ＳＣＲ触媒に流入及び流出する排気のＮＯｘ濃度の差分が大きいほど、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能は高いと診断される。
【０００５】
しかしながら上述したように、ＳＣＲ触媒よりも上流側にＮＳＲ触媒が設けられている場合には、ＮＳＲ触媒により排気中のＮＯｘが浄化されて、ＳＣＲ触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度は低い可能性がある。このような場合には、ＳＣＲ触媒に流入及び流出する排気のＮＯｘ濃度の差分も小さくなるため、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能を精度よく診断できない可能性がある。更に、各ＮＯｘセンサは公差を有している。このため、ＳＣＲ触媒に流入及び流出する排気のＮＯｘ濃度の差分が、ＳＣＲ触媒の実際のＮＯｘ浄化性能に起因したものなのか、ＮＯｘセンサの公差に起因したものであるのか判別できない可能性がある。この原因によっても、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能を精度よく診断できない可能性がある。
【０００６】
そこで本発明は、ＮＯｘ選択還元型の触媒のＮＯｘ浄化性能を精度よく診断できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、内燃機関の排気通路上に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型の第１触媒と、前記第１触媒よりも下流側の前記排気通路上に設けられたＮＯｘ選択還元型の第２触媒と、前記第１及び第２触媒の間の前記排気通路に取り付けられ、前記第２触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度を検出する第１ＮＯｘセンサと、前記第２触媒よりも下流側の前記排気通路に取り付けられ、前記第２触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度を検出する第２ＮＯｘセンサと、ＮＯｘを吸蔵した前記第１触媒がＮＯｘの脱離を開始する脱離温度以上に昇温されて当該第１触媒から脱離したＮＯｘが、活性化温度域に属し還元剤の吸着量が所定値以上である前記第２触媒に供給される診断条件が充足された場合に、前記第１及び第２ＮＯｘセンサの検出値に基づいて前記第２触媒のＮＯｘ浄化性能を診断する診断部と、を備えた内燃機関の排気浄化装置によって達成できる。
【０００８】
このように第１触媒からＮＯｘが脱離することにより、第２触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度を高くすることができる。また、第２触媒は活性化温度域に属し還元剤の吸着量が所定値以上であるため、第２触媒のＮＯｘ浄化能力を発揮できる状態にある。このような診断条件が充足された場合に、第１及び第２ＮＯｘセンサの検出値に基づいて第２触媒のＮＯｘ浄化性能が診断されるため、第２触媒のＮＯｘ浄化性能を精度よく診断できる。
【０００９】
上記構成において、前記第１触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上か否かを判定する吸蔵量判定部と、前記第２触媒の温度が前記活性化温度域に属し且つ前記第２触媒での前記還元剤の吸着量が所定値以上であるか否かを判定する状態判定部と、前記吸蔵量判定部及び前記状態判定部の何れの判定結果も肯定判定の場合に、前記脱離温度以上となるように前記第１触媒を昇温させる昇温実行部と、前記第１触媒の温度が前記脱離温度以上になったか否かを判定する昇温判定部と、を備え、前記診断部は、前記昇温判定部の判定結果が肯定判定の場合に、前記診断条件が充足されたとして、前記第１及び第２ＮＯｘセンサの検出値に基づいて前記第２触媒のＮＯｘ浄化性能を診断する、構成を採用してもよい。
【００１０】
上記構成において、前記第１及び第２ＮＯｘセンサが正常か否かを判定するセンサ判定部を備え、前記昇温実行部は、前記吸蔵量判定部、前記状態判定部、及び前記センサ判定部の何れの判定結果も肯定判定である場合に、前記第１触媒を昇温させる、構成を採用してもよい。
【００１１】
上記構成において、前記第１触媒の昇温により前記第１触媒のＮＯｘ吸蔵能力が回復したか否かを判定する回復判定部と、前記回復判定部の判定結果が肯定判定の場合に、前記第１触媒の昇温を停止する昇温停止部と、を備えた構成を採用してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＮＯｘ選択還元型の触媒のＮＯｘ浄化性能を精度よく診断できる内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２Ａは、ＮＳＲ触媒の温度に応じたＮＯｘ浄化率を示したグラフであり、図２Ｂは、ＳＣＲ触媒の温度に応じたＮＯｘ浄化率を示したグラフである。
【図３】図３は、ＥＣＵが実行する診断制御の一例を示したフローチャートである。
【図４】図４は、昇温処理の実行によるＮＳＲ触媒の温度の変化と、ＮＳＲ触媒の出口側の排気のＮＯｘ濃度の変化を示したタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１５】
図１は、本実施例に係る内燃機関１の排気浄化装置の概略構成を示す図である。内燃機関１は、ディーゼル機関であるが、ガソリン機関であってもよい。内燃機関１は、たとえば車両に搭載される。内燃機関１の排気浄化装置は、排気通路２、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒４ａ（以下、ＮＳＲ触媒４ａと称する）、排気浄化フィルタ４ｂ（以下、ＤＰＦ４ｂと称する）、還元剤添加弁５、選択還元型ＮＯｘ触媒６（以下、ＳＣＲ触媒６と称する）、ＮＯｘセンサＮ２及びＮ３、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０等を備えている。排気通路２は、内燃機関１に接続されている。この排気通路２の途中には、上流側から順に、ＮＳＲ触媒４ａ、ＤＰＦ４ｂ、還元剤添加弁５、ＳＣＲ触媒６が設けられている。
【００１６】
ＮＳＲ触媒４ａは、流入する排気の酸素濃度が高いとき、即ち排気の空燃比がリーン空燃比であるときには、排気中のＮＯｘを吸蔵する。ＮＳＲ触媒４ａは、流入する排気の酸素濃度が低く且つ炭化水素や一酸化炭素等の還元成分が排気に含まれるとき、即ち排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比にあるときには、吸蔵されていたＮＯｘを脱離させる。ＮＳＲ触媒４ａに供給される還元剤は、内燃機関１から排出される未燃燃料であるＨＣまたはＣＯである。
【００１７】
ＤＰＦ４ｂは、多孔質セラミックス構造体において、多数のセルのうち隣り合うものの前端部と後端部とを交互に目封じした構造である。排気ガスは、ＤＰＦ４ｂの上流側の端部が開放したセルに流入し、隣のセルとの間の多孔質の壁を通過するようになっており、このときに排気ガス中のＰＭが捕集される。また、ＤＰＦ４ｂには白金等の貴金属が担持されており、ＤＰＦ再生処理の際には、この貴金属が、堆積したＰＭの酸化反応を促進する。
【００１８】
ＳＣＲ触媒６は、還元剤を吸着しておき、この還元剤によりＮＯｘを選択還元する。ＳＣＲ触媒６へ供給される還元剤は、ＮＳＲ触媒４ａにて生成されるＮＨ３（アンモニア）や、還元剤添加弁５から噴射される尿素水から生成されるＮＨ３である。尚、還元剤添加弁５から噴射された尿素水は、排気の熱またはＳＣＲ触媒６からの熱により加水分解されてＮＨ３となる。
【００１９】
ＮＳＲ触媒４ａよりも上流の排気通路２には、排気温センサＳ１及びＮＯｘセンサＮ１が取り付けられている。排気温センサＳ１及びＮＯｘセンサＮ１により、それぞれ、ＮＳＲ触媒４ａに流入する排気の温度及びＮＳＲ触媒４ａに流入する排気のＮＯｘ濃度を検出できる。ＮＳＲ触媒４ａとＤＰＦ４ｂとの間には、排気温センサＳ２が取り付けられている。排気温センサＳ２により、ＮＳＲ触媒４ａの温度を検出できる。ＤＰＦ４ｂよりも下流であって還元剤添加弁５よりも上流の排気通路２には、排気温センサＳ３が取り付けられている。排気温センサＳ３により、ＤＰＦ４ｂの温度を検出できる。還元剤添加弁５よりも下流であってＳＣＲ触媒６よりも上流の排気通路２に、ＮＯｘセンサＮ２が取り付けられている。ＮＯｘセンサＮ２により、ＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度を検出できる。ＳＣＲ触媒６よりも下流の排気通路２には、排気温センサＳ４及びＮＯｘセンサＮ３が取り付けられている。排気温センサＳ４により、ＳＣＲ触媒６の温度を検出できる。ＮＯｘセンサＮ３により、ＳＣＲ触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度を検出できる。
【００２０】
ＮＯｘセンサＮ２は、ＮＳＲ触媒４ａ及びＳＣＲ触媒６の間の排気通路２に取り付けられ、ＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度を検出する第１ＮＯｘセンサの一例である。ＮＯｘセンサＮ３は、ＳＣＲ触媒６よりも下流側の排気通路２に取り付けられ、ＳＣＲ触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度を検出する第２ＮＯｘセンサの一例である。
【００２１】
内燃機関１には、内燃機関１へ燃料を供給する燃料噴射弁７が取り付けられている。内燃機関１には、吸気通路８が接続されている。吸気通路８の途中には、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル９が設けられている。スロットル９よりも上流の吸気通路８には、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１５が取り付けられている。
【００２２】
ＥＣＵ１０は、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は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。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を制御する。ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１６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１７、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１８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。一方、ＥＣＵ１０には、還元剤添加弁５、燃料噴射弁７及びスロットル９が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。
【００２３】
ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能を診断する診断制御を実行する。この制御は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭにより機能的に実現される、診断部、吸蔵量判定部、状態判定部、昇温実行部、昇温判定部、センサ判定部、回復判定部、及び昇温停止部により実行される。
【００２４】
ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能は、ＳＣＲ触媒６の上流側及び下流側にそれぞれ配置されたＮＯｘセンサＮ２及びＮ３の検出値に基づいて診断される。具体的には、以下の式によりＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能を示す指標としてＮＯｘ浄化率が算出され、算出されたＮＯｘ浄化率に基づいてＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能が診断される。
ＮＯｘ浄化率＝｛（ＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度−ＳＣＲ触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度）／ＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度｝×１００（％）
ＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度、及びＳＣＲ触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度は、それぞれＮＯｘセンサＮ２及びＮ３の検出値に基づいて算出される。
【００２５】
即ち、ＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度に対してＳＣＲ触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度が充分に低い場合、即ち、ＳＣＲ触媒６に流入及び流出する排気のＮＯｘ濃度の差分が大きいほど、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率、即ちＮＯｘ浄化性能は高いと診断される。ＳＣＲ触媒６に流入及び流出する排気のＮＯｘ濃度の差分が小さいほど、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率、即ちＮＯｘ浄化性能は低いと診断される。
【００２６】
図２Ａは、ＮＳＲ触媒４ａの温度に応じたＮＯｘ浄化率を示したグラフである。図２Ｂは、ＳＣＲ触媒６の温度に応じたＮＯｘ浄化率を示したグラフである。図２Ａ及び図２Ｂの何れも、正常状態であるＮＳＲ触媒４ａ及びＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率を示している。また、図２Ａ及び図２Ｂにおいて、縦軸は同一スケールであり、横軸も同一スケールである。ＮＳＲ触媒４ａの浄化率も、上述した手法と同様の手法により算出されている。図２Ａ及び図２Ｂでは、ＮＳＲ触媒４ａやＤＰＦ４ｂ、ＳＣＲ触媒６の浄化能力を回復する処理などが実施されていない通常の運転状態でＮＳＲ触媒４ａ及びＳＣＲ触媒６の温度が属する頻度の高い温度域を、通常使用域として示している。通常使用域は、例えば約１００℃から２５０℃までの間である。通常使用域では、ＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ浄化率が比較的高いがＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率は比較的低い。
【００２７】
このような通常使用域にＮＳＲ触媒４ａ及びＳＣＲ触媒６の温度が属している場合に上述したＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率を算出すると、以下のような問題が生じる可能性がある。ＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ浄化率が高いため、ＮＳＲ触媒４ａよりも下流に配置されたＳＣＲ触媒６にはＮＯｘ濃度の低い排気が流入する。このため、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率に関わらずに、ＳＣＲ触媒６に流入及び流出する排気のＮＯｘ濃度は何れも低くなり、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能を精度よく診断できない可能性がある。更に、ＮＯｘセンサＮ２及びＮ３のそれぞれは公差を有している。このため、ＳＣＲ触媒６に流入及び流出する排気のＮＯｘ濃度の差分が、ＳＣＲ触媒６の実際のＮＯｘ浄化率に起因したものなのか、ＮＯｘセンサＮ２及びＮ３の公差に起因したものであるのか判別できない可能性がある。この原因によっても、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能を精度よく診断できない可能性がある。
【００２８】
従って本実施例では、図２Ａ及び図２Ｂにそれぞれ示した、通常使用域よりも高温域にある診断実行領域Ａ及びＢにそれぞれＮＳＲ触媒４ａ及びＳＣＲ触媒６の温度が属している場合に、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率が算出される。診断実行領域Ａは、ＮＳＲ触媒４ａからのＮＯｘの脱離量を確保するために設定された領域であり、ＮＳＲ触媒４ａで吸蔵されたＮＯｘが脱離を開始する脱離開始温度αよりも高い領域であって、ＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ浄化率が比較的低い領域である。脱離開始温度αとは、ＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ浄化率のピーク値での温度よりも僅かに高い温度であり、ＮＯｘ浄化率がピーク値よりも低下した時の温度である。ＮＯｘ吸蔵量が多い状態でＮＳＲ触媒４ａの温度が診断実行領域Ａに属した場合には、ＮＯｘ浄化率が低下してそれまで吸蔵していたＮＯｘの脱離量が増大する。
【００２９】
診断実行領域Ａの下限温度は、脱離開始温度αよりも所定温度だけ更に高い温度に設定されている。この理由は、脱離開始温度αよりもわずかに高い温度でもＮＯｘ浄化率は低下するが、この温度でのＮＯｘ浄化率は未だ高いため、ＮＳＲ触媒４ａからのＮＯｘの脱離量を十分に確保できない可能性があるからである。そのため、診断実行領域Ａの下限温度を脱離開始温度αよりも所定温度だけ更に高い温度に設定することにより、診断実行領域ＡをＮＯｘ浄化率が十分に低下した温度域に設定してＮＳＲ触媒４ａからのＮＯｘの脱離量が確保される。従って、ＮＯｘ吸蔵量が比較的多い状態でＮＳＲ触媒４ａの温度が診断実行領域Ａに属すると、ＮＳＲ触媒４ａから流出した排気のＮＯｘ濃度は増大して、ＳＣＲ触媒６にＮＯｘ濃度の高い排気が流入する。尚、診断実行領域Ａの温度範囲は、例えば約４００℃から４５０℃までである。
【００３０】
診断実行領域Ｂは、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率が比較的高くなる活性化温度域である。このため、ＳＣＲ触媒６の温度が診断実行領域Ｂに属している場合には、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能が正常であってＳＣＲ触媒６での還元剤の吸着量が所定値以上の場合には、高いＮＯｘ浄化能力を発揮できる。このため、ＳＣＲ触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度は、流入する排気のＮＯｘ濃度と比較して十分に低濃度を示す。以上のように、ＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵量が比較的多い状態でＮＳＲ触媒４ａ及びＳＣＲ触媒６の温度がそれぞれ診断実行領域Ａ及びＢに属することにより、ＳＣＲ触媒６に流入及び流出する排気のＮＯｘ濃度の差分は比較的大きくなる。従って、このような状態でＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能を精度よく診断できる。尚、診断実行領域Ｂの温度範囲は、例えば約２５０℃から４５０℃までである。
【００３１】
ここで、図２Ｂに示したように、診断実行領域Ｂは比較的広い温度範囲であり、例えば内燃機関１の負荷が中負荷又は高負荷の場合にＳＣＲ触媒６が診断実行領域Ｂに属する場合がある。しかしながら図２Ａに示したように、診断実行領域Ａは比較的狭い温度範囲であり、ＮＳＲ触媒４ａの温度が診断実行領域Ａに属するには、内燃機関１の負荷が高負荷である必要がある。このため、ＮＳＲ触媒４ａ及びＳＣＲ触媒６の温度がそれぞれ診断実行領域Ａ及びＢに属する頻度は少なく、これに伴いＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能を精度よく診断できる診断条件を充足する頻度も少ない。このため本実施例では、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能の診断の際には、ＮＳＲ触媒４ａの温度が診断実行領域Ａに属するようにＮＳＲ触媒４ａを昇温させる昇温処理が実行される。以下に、診断制御について詳細に説明する。
【００３２】
図３は、ＥＣＵ１０が実行する診断制御の一例を示したフローチャートである。この制御は、所定期間毎に繰り返し実行される。まず、ＮＳＲ触媒４ａでのＮＯｘ吸蔵量が読み込まれる（ステップＳ１）。ここでＥＣＵ１０は、本フローチャートとは別にＮＳＲ触媒４ａでのＮＯｘ吸蔵量を随時算出している。ＮＳＲ触媒４ａでのＮＯｘ吸蔵量は、例えば前回のリッチスパイクを実施後の、ＮＳＲ触媒４ａに流入及び流出するＮＯｘ量の差分を積算して算出される。具体的には、ＮＳＲ触媒４ａに流入及び流出するＮＯｘ量は、ＮＯｘセンサＮ１及びＮ２、及びエアフローメータ１５の検出値に基づいて求めることができる。尚、リッチスパイクとは、排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比にすることにより、還元剤となるＨＣ、ＣＯ等をＮＳＲ触媒４ａに供給して、吸蔵しているＮＯｘを放出し、還元剤とＮＯｘとを反応させてＮＯｘをＮ２及びＮＨ３に還元して、ＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵能力を回復させる処置である。尚、ＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵量の算出は、上記の方法に限定されない。
【００３３】
次に、ＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵量が所定値以上であるかどうかが判定される（ステップＳ３）。所定値とは、後述する昇温処理の実行によりＮＳＲ触媒４ａから脱離されるＮＯｘ量が、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能の診断に適した量となるＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵量であり、予め実験により規定された値である。ステップＳ３で否定判定の場合には、本制御は終了する。ステップＳ３の処理は、ＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵量が所定値以上か否かを判定する吸蔵量判定部が実行する処理の一例である。
【００３４】
ステップＳ３で肯定判定の場合には、ＳＣＲ触媒６でのＮＨ３の吸着量が読み込まれる（ステップＳ５）。ここでＥＣＵ１０は、本フローチャートとは別にＳＣＲ触媒６でのＮＨ３吸着量を随時算出している。ＳＣＲ触媒６でのＮＨ３吸着量は、例えばＮＳＲ触媒４ａで生成されたＮＨ３量、還元剤添加弁５からＳＣＲ触媒６に供給されたＮＨ３量、ＳＣＲ触媒６で消費されるＮＨ３量、及びＳＣＲ触媒６から脱離するＮＨ３量に基づいて算出される。
【００３５】
尚、ＮＳＲ触媒４ａで単位時間当たりに生成されるＮＨ３量は、吸入空気量、空燃比、ＮＯｘ吸蔵量との関係を規定したマップ又は算出式等により算出される。ＳＣＲ触媒６で単位時間当たりに消費されるＮＨ３量は、ＳＣＲ触媒６の温度、吸入空気量、ＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度との関係を規定したマップ又は算出式等により算出される。ＳＣＲ触媒６から単位時間当たりに脱離するＮＨ３量は、ＳＣＲ触媒６の温度及びＳＣＲ触媒６のＮＨ３吸着量との関係を規定したマップ又は算出式等により算出される。
【００３６】
次に、ＳＣＲ触媒６のＮＨ３吸着量が所定値以上であるかどうかが判定される（ステップＳ７）。所定値とは、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能が正常である場合にＳＣＲ触媒６でＮＯｘを浄化するのに必要となる吸着量であり、予め実験により規定された値である。ステップＳ７で否定判定の場合には、本制御は終了する。
【００３７】
ステップＳ７で肯定判定の場合には、ＳＣＲ触媒６の温度は、上述した診断実行領域Ｂに属しているか否かが判定される（ステップＳ９）。尚、ＳＣＲ触媒６の温度は上述したように排気温センサＳ４に基づいて検出される。ステップＳ９で否定判定の場合には、本制御は終了する。ステップＳ７及びＳ９の処理は、ＳＣＲ触媒６の温度が活性化温度域に属し且つＳＣＲ触媒６での還元剤の吸着量が所定値以上であるか否かを判定する状態判定部が実行する処理の一例である。
【００３８】
ステップＳ９で肯定判定の場合には、診断に用いられるＮＯｘセンサＮ２及びＮ３が正常であるか否かが判定される（ステップＳ１１）。ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能を精度よく診断するには、ＮＯｘセンサＮ２及びＮ３が正常であることが前提となるからである。この判定は、ＮＯｘセンサＮ２及びＮ３の少なくとも何れかが異常であることを示すセンサ異常フラグがＯＦＦであるか否かに基づいて行われる。ステップＳ１１で否定判定の場合には、本制御は終了する。ステップＳ１１の処理は、ＮＯｘセンサＮ２及びＮ３が正常か否かを判定するセンサ判定部が実行する処理の一例である。
【００３９】
ＮＯｘセンサＮ２の正常判定は、例えば以下のようにして実行される。ＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度を推定し、この推定値が変化した際の推定値の変化率とＮＯｘセンサＮ２の検出値の変化率と、推定値とＮＯｘセンサＮ２の検出値との差分が所定値以上大きい状態が継続した継続時間とに基づいて判定される。推定値の変化率とＮＯｘセンサＮ２の検出値の変化率との差が大きい場合や、上述の継続時間が長期間にわたっている場合には、ＮＯｘセンサＮ２は異常と判定される。ＮＯｘセンサＮ３の正常判定も同様に、ＳＣＲ触媒６から流出する排気のＮＯｘ濃度の推定値とＮＯｘセンサＮ３の検出値とに基づいて判定される。尚、ＳＣＲ触媒６に流入する排気及び排出される排気のＮＯｘ濃度は、内燃機関１の運転状態等に基づいて推定される。尚、ＮＯｘセンサＮ２及びＮ３の正常判定の方法は、これに限定されず、他の公知の方法であってもよい。例えば、ＮＯｘセンサＮ２に到達する排気のＮＯｘ濃度を強制的に変動させて、ＮＯｘセンサＮ２の検出値の変動がセンサ正常時の変動からずれている場合にＮＯｘセンサＮ２が異常であると判定してもよい。ＮＯｘセンサＮ３についても同様である。
【００４０】
ステップＳ１１で肯定判定の場合には、ＮＳＲ触媒４ａを昇温させる昇温処理が実行される（ステップＳ１３）。具体的には、ＮＳＲ触媒４ａに流入する排気が昇温される。ＮＳＲ触媒４ａの温度が診断実行領域Ａに属するまでに昇温することにより、ＮＳＲ触媒４ａに吸蔵されていたＮＯｘが排気中に脱離して、ＳＣＲ触媒６にＮＯｘ濃度の高い排気が流入する。尚、昇温処理が実行されると、昇温処理実行フラグはＯＦＦからＯＮに切り換えられる。ステップＳ１３の処理は、ステップＳ３、Ｓ７、Ｓ９、及びＳ１１の処理での何れの判定結果も肯定判定の場合に、ＮＳＲ触媒４ａに吸蔵されているＮＯｘが脱離を開始する脱離温度以上となるようにＮＳＲ触媒４ａを昇温させる昇温実行部が実行する処理の一例である。
【００４１】
上述の昇温処理での排気の昇温は、燃料噴射弁７による主燃料噴射時期よりも遅い時期に副燃料噴射を実行することにより実現されるが、これに限定されない。例えば、燃料噴射時期を遅角することにより実現してもよい。また、排気の空燃比がリッチ空燃比及びリーン空燃比の間で周期的に振動するように吸入空気量及び燃料噴射量を制御することによって実現してもよい。
【００４２】
また、昇温処理は上記の方法に限定されない。例えばＮＳＲ触媒４ａの上流側にＮＳＲ触媒４ａに還元剤として燃料を添加する燃料添加弁が設けられている場合には、燃料添加弁からＮＳＲ触媒４ａに燃料を添加して、リーン雰囲気下でＮＳＲ触媒４ａ上の燃料を反応させてＮＳＲ触媒４ａを昇温させてもよい。また、ＮＳＲ触媒４ａを加熱するヒータを設けて、ヒータを通電することによりＮＳＲ触媒４ａを昇温させてもよい。
【００４３】
次に、ＮＳＲ触媒４ａの温度が上述した図２Ａの診断実行領域Ａに属したか否かが判定される（ステップＳ１５）。具体的には、排気温センサＳ２の検出値に基づいて、上記の判定がなされる。ステップＳ１５で否定判定の場合には、再度ステップＳ１５の処理が継続される。ステップＳ１５の処理は、ＮＳＲ触媒４ａの温度が脱離温度以上になったか否かを判定する昇温判定部が実行する処理の一例である。
【００４４】
ステップＳ１５で肯定判定の場合には、ＮＳＲ触媒４ａからのＮＯｘの脱離量が増大してＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度が増大し、ＮＯｘセンサＮ２及びＮ３の検出値に基づいてＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率が算出される（ステップＳ１７）。即ち、ＮＳＲ触媒４ａ及びＳＣＲ触媒６の温度がそれぞれ診断実行領域Ａ及びＢに属した状態で、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率が算出される。ＮＯｘ浄化率の算出方法は、上述したとおりである。ステップＳ１７の処理は、ステップＳ１５の処理の判定結果が肯定判定の場合に、ＮＯｘセンサＮ２及びＮ３の検出値に基づいて、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率を診断する診断部が実行する処理の一例である。
【００４５】
次に、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率が所定値以上であるか否かが判定される（ステップＳ１９）。肯定判定の場合には、ＳＣＲ触媒６は正常であると判定され（ステップＳ２１）、否定判定の場合には、ＳＣＲ触媒６は異常であると判定される（ステップＳ２３）。尚、ＳＣＲ触媒６が異常であると判定されると、ＥＣＵ１０は、車両の室内に設置された警告灯等を点灯させることで、車両の運転者にＳＣＲ触媒６の交換や修理を促してもよい。以上のように、ステップＳ３、Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１１、及びＳ１５で肯定判定の場合に上記のようにＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率が算出されＮＯｘ浄化性能が診断される。このため、ステップＳ３、Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１１、及びＳ１５の処理は、ＮＯｘを吸蔵したＮＳＲ触媒４ａがＮＯｘの脱離を開始する脱離温度以上に昇温されてＮＳＲ触媒４ａから脱離したＮＯｘが、活性化温度域に属し還元剤の吸着量が所定値以上であるＳＣＲ触媒６に供給される診断条件が充足されているか否かを判定する処理の一例である。ステップＳ１９、Ｓ２１、及びＳ２３の処理は、診断条件が充足された場合に、ＮＯｘセンサＮ２及びＮ３の検出値に基づいてＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能を診断する診断部が実行する処理の一例である。
【００４６】
ステップＳ２１及びＳ２３の何れかの処理が実行されると、再度ＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵量が読み込まれる（ステップＳ２５）。この際のＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵量には、昇温処理の実行前のＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵量と、昇温処理の実行中でＮＳＲ触媒４ａに流入及び流出する排気のＮＯｘ濃度とが反映されている。
【００４７】
次に、ＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵量が下限値以下であるか否かが判定される（ステップＳ２７）。下限値は、ＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵性能が十分に回復した値であり、下限値は略０であってもよい。ステップＳ２７で否定判定の場合には再度ステップＳ２５の処理が実行されて、肯定判定の場合には、昇温処理が停止される（ステップＳ２９）。これにより、ＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵性能が回復するまで昇温処理が継続される。従って、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能を精度よく診断できると共に、ＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵性能を回復できる。ステップＳ２７の処理は、ＮＳＲ触媒４ａの昇温によりＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵能力が回復したか否かを判定する回復判定部が実行する処理の一例である。ステップＳ２９の処理は、ステップＳ２７の処理の判定結果が肯定判定の場合に、ＮＳＲ触媒４ａの昇温を停止する昇温停止部が実行する処理の一例である。尚、昇温処理が停止されると、昇温処理実行フラグはＯＮからＯＦＦに切り換えられる。
【００４８】
昇温処理は、上述のようにＮＳＲ触媒４ａのＮＯｘ吸蔵能力が十分に回復するまで継続することが望ましいが、これに限定されない。例えば、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化率の算出に最低限必要な期間だけ昇温処理を実行した後に、直ちに停止してもよい。これにより、昇温処理の長期化に伴う燃費の低下やドライバビリティの低下を抑制できる。
【００４９】
次に、昇温処理の実行によるＮＳＲ触媒４ａの出口側の排気のＮＯｘ濃度の変化について説明する。図４は、上述した昇温処理の実行によるＮＳＲ触媒４ａの温度の変化と、ＮＳＲ触媒４ａの出口側の排気のＮＯｘ濃度の変化を示したタイミングチャートである。図４には、昇温処理実行フラグの状態についても示している。時刻ｔ１で昇温処理実行フラグがＯＦＦからＯＮに切り替えられると、時刻ｔ２からＮＳＲ触媒４ａの温度が上昇し始める。時刻ｔ３でＮＳＲ触媒４ａの温度が脱離開始温度αに到達すると、ＮＳＲ触媒４ａでのＮＯｘ吸蔵量が多い場合には、ＮＯｘ脱離量も徐々に増大してＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度が徐々に高くなる。このためＳＣＲ触媒６の周辺環境が、ＮＯｘ浄化性能を診断するのに適したものとなる。ＮＳＲ触媒４ａでのＮＯｘ吸蔵量が少ない場合には、実際には昇温処理は実行されないが、仮に実行されたとしても、ＮＯｘ脱離量は少ないままであり、ＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度も低いままである。このためＳＣＲ触媒６の周辺環境は、ＮＯｘ浄化性能の診断には適していないままである。
【００５０】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５１】
上記実施例では診断実行領域Ａは脱離開始温度αよりも所定温度だけ更に高い領域に設定されているが、診断実行領域Ａは、脱離開始温度α以上の領域であればよい。ＮＳＲ触媒４ａからのＮＯｘの脱離量を確保してＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度を高くする観点からは、診断実行領域Ａはより高温に設定されている方が好ましいが、ＮＳＲ触媒４ａを昇温させる昇温処理の実行に伴う燃費の悪化を抑制する観点からは、診断実行領域Ａは高温に設定しすぎない方が好ましいからである。従って、ＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ濃度の確保と、昇温処理の実行に伴う燃費の悪化の抑制とを比較考慮して、診断実行領域Ａを設定するのが好ましい。
【００５２】
上記実施例ではＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能の指標としてＮＯｘ浄化率を算出したがこれに限定されない。例えば、ＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能の指標として、ＮＯｘ浄化率の代わりにＮＯｘ浄化量を算出し、算出されたＮＯｘ浄化量に基づいてＳＣＲ触媒６のＮＯｘ浄化性能を診断してもよい。具体的には、以下の式によりＮＯｘ浄化量は算出できる。
ＮＯｘ浄化量＝ＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ量−ＳＣＲ触媒６から流出する排気のＮＯｘ量
ＳＣＲ触媒６に流入する排気のＮＯｘ量、及びＳＣＲ触媒６から流出する排気のＮＯｘ量は、それぞれＮＯｘセンサＮ２及びＮ３の検出値と排気の流量に基づいて算出できる。排気の流量は、吸入空気量を検出するエアフローメータ１５の検出値に基づいて算出できる。
【００５３】
上記実施例では、ＮＯｘセンサＮ２及びＮ３は正常であるか否かを判定したが、ＮＯｘセンサＮ２及びＮ３に加えて、ＮＯｘセンサＮ１も正常であるか否かを判定してもよい。ＮＯｘセンサＮ１が正常ではない場合には、ＮＳＲ触媒４ａでのＮＯｘ吸蔵量も精度よく算出できないからである。ＮＯｘセンサＮ１の正常判定も、上述したＮＯｘセンサＮ２及びＮ３の正常判定と同様の方法でもよいし、それ以外の公知の方法であってもよい。尚、これらＮＯｘセンサの信頼性が高い場合には、ＮＯｘセンサは正常であるか否かの判定は実行しなくてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１  内燃機関
４ａ  吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒、第１触媒）
６  選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒、第２触媒）
１０  ＥＣＵ（診断部、吸蔵量判定部、状態判定部、昇温実行部、昇温判定部、センサ判定部、回復判定部、及び昇温停止部）
Ｎ２  ＮＯｘセンサ（第１ＮＯｘセンサ）
Ｎ３  ＮＯｘセンサ（第２ＮＯｘセンサ）
【図１】
2018189056.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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