(57)【要約】【課題】本発明は、添加装置から添加剤が添加されているときのＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ３濃度に基づいて、該ＳＣＲ触媒の劣化診断を行う劣化診断装置において、ＮＨ３の積層吸着に起因する診断精度の低下を抑制することを課題とする。【解決手段】本発明は、添加装置から排気中へ通常時より多くの添加剤を添加するための診断用添加処理が実行されている状態でＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ３濃度に基づいて、ＳＣＲ触媒の劣化診断を行う劣化診断装置であって、診断用添加処理の実行期間のうち、ＳＣＲ触媒が積層吸着可能な状態となる期間では、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の水分濃度を高めることで、該ＳＣＲ触媒の雰囲気を積層吸着の起こりにくい雰囲気とするようにした。【選択図】図５
2018071490.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た選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒より上流の排気中にＮＨ３又はＮＨ３の前駆体である添加剤を添加する添加装置と、
前記選択還元型触媒から流出する排気のＮＨ３濃度を検出する検出手段と、
前記選択還元型触媒によるＮＯＸ浄化を目的として前記添加装置から添加される添加剤より多量の添加剤を前記添加装置から添加させる処理である診断用添加処理を実行する制御手段と、
前記診断用添加処理の実行時に前記検出手段が検出するＮＨ３濃度に基づいて、前記選択還元型触媒の劣化診断を行う診断手段と、
を備える、選択還元型触媒の劣化診断装置であって、
前記選択還元型触媒の温度を取得する取得手段と、
前記診断用添加処理の実行期間のうち、前記取得手段により取得される温度が所定温度以下となる期間では、前記取得手段により取得される温度が前記所定温度より高くなる期間に比べ、前記選択還元型触媒へ流入する排気の水分濃度を高くする処理を行う処理手段と、
を更に備えることを特徴とする、選択還元型触媒の劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）の劣化を診断する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気中に含まれるＮＯＸを浄化するシステムとして、ＳＣＲ触媒と該ＳＣＲ触媒より上流の排気中にＮＨ３又はＮＨ３の前駆体である添加剤を添加する添加装置とを内燃機関の排気通路に配置し、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸの量等に応じて添加剤を供給するものが知られている。
【０００３】
上記したようなシステムにおいては、ＳＣＲ触媒の劣化を診断することも重要である。ＳＣＲ触媒の劣化を診断する技術としては、ＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒より上流の排気中に尿素水溶液を添加する添加装置と、ＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ３の濃度を検出するＮＨ３センサと、を備えたシステムにおいて、添加装置から尿素水溶液を添加しているときにＮＨ３センサによって検出されるＮＨ３濃度が閾値より大きければ、ＳＣＲ触媒が劣化していると診断するものが知られている（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】国際公開第２００６／０４６３３９号
【特許文献２】特開２０１３−１２４６４２号公報
【特許文献３】特開２０１０−０４３５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術は、ＳＣＲ触媒の劣化が進むと、該ＳＣＲ触媒の持つ吸着サイト（例えば、触媒担体に担持されたＣｕやＦｅ等の酸点）のうち、活性可能な吸着サイトが減少するため、添加装置から尿素水溶液が添加されているときに該ＳＣＲ触媒をすり抜けるＮＨ３の量（ＮＨ３スリップ量）が多くなるという知見に基づくものである。よって、上記従来技術の方法を利用してＳＣＲ触媒の劣化を精度良く診断するためには、劣化状態にあるＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能（活性可能な吸着サイトにより吸着可能なＮＨ３量）を超える多量のＮＨ３を、該ＳＣＲ触媒へ供給する必要がある。つまり、ＳＣＲ触媒の劣化診断を目的としてＮＨ３を供給するときは、ＳＣＲ触媒によるＮＯＸ浄化を目的としてＮＨ３を供給するとき（通常時）に比べ、より多くのＮＨ３をＳＣＲ触媒に供給する必要がある。
【０００６】
ところで、ＳＣＲ触媒がＮＨ３を吸着する形態には、上記の如くＳＣＲ触媒の吸着サイトにＮＨ３が吸着する形態（以下、「化学吸着」と称する）と、ＳＣＲ触媒に化学吸着されたＮＨ３に排気中のＮＨ３が吸着して積層する形態（以下、「積層吸着」と称する）とがある。ここで、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能が飽和していない状態であれば、化学吸着が積層吸着より優位になるため、積層吸着が発現しにくい。しかしながら、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能が飽和した状態であれば、化学吸着によってＮＨ３を吸着することができないため、積層吸着によるＮＨ３の吸着が発現しやすい。よって、劣化状態にあるＳＣＲ触媒へ比較的多量のＮＨ３を供給することで、該ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能を飽和させても、積層吸着が発現する可能性がある。積層吸着が発現した場合は、劣化状態のＳＣＲ触媒をすり抜けるＮＨ３の量が劣化度合に見合った量よりも少なくなるため、該ＳＣＲ触媒の劣化を精度良く診断することが困難になる虞がある。
【０００７】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、添加装置から排気中へ添加剤が添加されている状態でＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ３濃度に基づいて、該ＳＣＲ触媒の劣化診断を行う劣化診断装置において、ＮＨ３の積層吸着に起因する診断精度の低下を抑制することにある。
【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、添加装置から排気中へ通常時より多くの添加剤を添加するための診断用添加処理が実行されている状態でＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ３濃度に基づいて、ＳＣＲ触媒の劣化診断を行う劣化診断装置であって、診断用添加処理の実行期間のうち、ＳＣＲ触媒が積層吸着可能な状態となる期間では、ＳＣＲ触媒の雰囲気を積層吸着の起こりにくい雰囲気とすることで、診断精度の低下を抑制するようにした。
【０００９】
詳細には、本発明は、内燃機関の排気通路に配置されたＳＣＲ触媒と、前記ＳＣＲ触媒より上流の排気中にＮＨ３又はＮＨ３の前駆体である添加剤を添加する添加装置と、前記ＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ３濃度を検出する検出手段と、前記ＳＣＲ触媒によるＮＯＸ浄化を目的として前記添加装置から添加される添加剤量より多くの添加剤量を前記添加装置から添加させる処理である診断用添加処理を実行する制御手段と、前記診断用添加処理の実行時に前記検出手段が検出するＮＨ３濃度に基づいて、前記ＳＣＲ触媒の劣化診断を行う診断手段と、を備える、劣化診断装置である。そして、前記劣化診断装置は、前記ＳＣＲ触媒の温度を取得する取得手段と、前記診断用添加処理の実行期間のうち、前記取得手段により取得される温度が所定温度以下となる期間では、前記取得手段により取得される温度が前記所定温度より高くなる期間に比べ、前記ＳＣＲ触媒へ流入する排気の水分濃度を高くする処理を行う処理手段と、を更に備えるようにした。
【００１０】
ここでいう「所定温度」は、ＳＣＲ触媒が排気中のＮＨ３を積層吸着可能になる温度の上限値である。なお、添加装置から排気中へ単位時間あたりに添加される添加剤の量が多くなるほど、排気中のＮＨ３がＳＣＲ触媒に積層吸着されやすいため、添加装置から排気中へ単位時間あたりに添加される添加剤の量が多くなるほど、前記所定温度がより高温側の温度に設定されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、添加装置から排気中へ添加剤が添加されている状態でＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ３濃度に基づいて、該ＳＣＲ触媒の劣化診断を行う劣化診断装置において、ＮＨ３の積層吸着に起因する診断精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ＳＣＲ触媒の温度とＮＨ３吸着量とから決定される、劣化診断実行領域を示す図である。
【図３】ＳＣＲ触媒の温度と単位時間あたりに添加される尿素水溶液の量とから特定される、積層吸着発現領域を示す図である。
【図４】ＥＧＲ率と排気中の水分濃度との相関を示す図である。
【図５】ＳＣＲ触媒の劣化診断処理を行われる際にＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は、本発明を適用する内燃機関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、希薄燃焼運転される圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。なお、内燃機関１は、希薄燃焼運転可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。
【００１５】
内燃機関１には、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排気通路２が接続されている。排気通路２の途中には、第一触媒ケーシング３が配置されている。第一触媒ケーシング３より下流の排気通路２には、第二触媒ケーシング４が配置されている。
【００１６】
第一触媒ケーシング３は、筒状のケーシング内にＮＳＲ触媒が担持された触媒担体と、パティキュレートフィルタと、を収容している。ＮＳＲ触媒は、排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中のＮＯＸを吸蔵し、且つ排気の空燃比がリッチ空燃比であるときは吸蔵していたＮＯＸを放出させつつ排気中の還元成分（ＨＣやＣＯ等）と反応させることで、Ｎ２に還元させる。パティキュレートフィルタは、排気中に含まれるＰＭ（Particulate Matter）を捕集する。
【００１７】
第二触媒ケーシング４は、筒状のケーシング内に、ＳＣＲ触媒が担持された触媒担体を収容している。前記触媒担体は、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触媒担体をコーティングしたものである。そして、前記触媒担体には、遷移金属元素であるＣｕやＦｅ等がイオン交換されて担持されている。このように構成されるＳＣＲ触媒は、排気中に含まれるＮＨ３をＣｕやＦｅ等の酸点（吸着サイト）で化学吸着し、且つその吸着サイトに吸着されたＮＨ３を還元剤として排気中のＮＯＸをＮ２に還元させる。
【００１８】
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、ＮＨ３又はＮＨ３の前駆体である添加剤を排気中へ添加（噴射）するための添加弁５が配置されている。添加弁５は、ポンプ５０を介して添加剤タンク５１に接続されている。ポンプ５０は、添加剤タンク５１に貯留されている添加剤を吸引するとともに、吸引された添加剤を添加弁５へ圧送する。添加弁５は、ポンプ５０から圧送されてくる添加剤を排気通路２内へ噴射する。添加弁５とポンプ５０と添加剤タンク５１との組合せは、本発明に係わる添加装置に相当する。なお、添加剤タンク５１に貯留される添加剤としては、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を使用することができるが、本実施例では、尿素水溶液を用いるものとする。
【００１９】
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、尿素水溶液が排気の熱を受けて熱分解され、又はＳＣＲ触媒により加水分解される。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触媒に吸着又は吸蔵される。ＳＣＲ触媒に吸着又は吸蔵されたＮＨ３は、排気中に含まれるＮＯＸと反応してＮ２やＨ２Ｏを生成する。つまり、ＮＨ３は、ＮＯＸの還元剤として機能する。
【００２０】
また、内燃機関１には、ＥＧＲ装置が取り付けられている。ＥＧＲ装置は、第一触媒ケーシング３より上流の排気通路２から吸気通路１４へ排気の一部（ＥＧＲガス）を導くためのＥＧＲ通路１５と、ＥＧＲ通路１５の通路断面積を変更することにより該ＥＧＲ通路１５を流れるＥＧＲガス量を調整するためのＥＧＲ弁１６と、から構成されている。
【００２１】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０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。ＥＣＵ１０には、第一ＮＯＸセンサ６、第二ＮＯＸセンサ７、排気温度センサ８、ＮＨ３センサ９、クランクポジションセンサ１１、アクセルポジションセンサ１２、及びエアフローメータ１３等の各種センサが電気的に接続されている。
【００２２】
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へ流入する排気のＮＯＸ濃度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から流出する排気のＮＯＸ濃度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。ＮＨ３センサ９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ＮＨ３濃度に相関する電気信号を出力するものであり、本発明に係わる「検出手段」に相当する。なお、第二ＮＯＸセンサ７は、排気中のＮＯＸに加え、排気中のＮＨ３にも反応する特性を有することから、該第二ＮＯＸセンサ７がＮＨ３センサを兼用するようにしてもよい。その場合は、第二ＮＯＸセンサ７が本発明に係わる「検出手段」に相当する。
【００２３】
クランクポジションセンサ１１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１２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１３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。
【００２４】
また、ＥＣＵ１０は、内燃機関１に取り付けられた各種機器（例えば、燃料噴射弁等）に加え、上記した添加弁５、ＥＧＲ弁１６、及びポンプ５０等と電気的に接続されている。ＥＣＵ１０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、添加弁５、ＥＧＲ弁１６、及びポンプ５０等を電気的に制御する。例えば、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の燃料噴射制御、ＥＧＲ制御、及び添加弁５から間欠的に添加剤を噴射させる添加制御等の既知の制御に加え、第二触媒ケーシング４に収容されたＳＣＲ触媒の劣化を診断する処理（劣化診断処理）を実行する。
【００２５】
以下、本実施例における劣化診断処理の実行方法について述べる。ＳＣＲ触媒の劣化を診断する方法としては、該ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率（ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸ量に対して、ＳＣＲ触媒で浄化されたＮＯＸ量の割合）に基づく方法が考えられる。しかしながら、図１に示すように、ＳＣＲ触媒より上流にＮＳＲ触媒が配置される構成においては、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸの絶対量が少ないため、精度良く劣化診断を行うことが困難になる可能性がある。
【００２６】
上記した問題に対し、添加弁５から通常時（ＳＣＲ触媒によるＮＯＸの浄化を目的として、添加弁５から尿素水溶液を添加させるとき）より多くの尿素水溶液を添加させるための診断用添加処理を実行し、且つその診断用添加処理の実行期間におけるＮＨ３センサ９の測定値（ＮＨ３濃度）に基づいて、ＳＣＲ触媒の劣化を診断する方法が考えられる。具体的には、添加弁５から所定量の尿素水溶液を添加させる。ここでいう所定量は、上記の如く通常時より多い量である。より詳細には、前記所定量は、ＳＣＲ触媒が劣化していない正常な状態であれば該ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能が飽和せず、且つＳＣＲ触媒が劣化した状態であれば該ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能が飽和する量のＮＨ３がＳＣＲ触媒へ供給されるように定められる。そして、診断用添加処理の実行期間中にＮＨ３センサ９により測定されるＮＨ３濃度が所定の閾濃度以下であれば、ＳＣＲ触媒が正常であると診断し、診断用添加処理の実行期間中にＮＨ３センサ９により測定されるＮＨ３濃度が所定の閾濃度を超えれば、ＳＣＲ触媒が劣化していると診断する。ここでいう閾濃度は、ＳＣＲ触媒が
劣化していれば、診断用添加処理の実行期間中にＮＨ３センサ９により測定されるＮＨ３濃度が該閾濃度を超えると想定される値であり、予め実験やシミュレーションの結果に基づいて求めておくものとする。
【００２７】
ところで、ＳＣＲ触媒にＮＨ３が吸着する形態には、上記の如く吸着サイトにＮＨ３が化学吸着される形態と、吸着サイトに化学吸着されているＮＨ３に排気中のＮＨ３が積層吸着する形態とが含まれる。そして、ＳＣＲ触媒が劣化すると、該ＳＣＲ触媒が持つ吸着サイトのうち、活性可能な吸着サイトが減少するため、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能が小さくなる。そのため、診断用添加処理の実行期間中にＳＣＲ触媒から流出する排気の濃度は、ＳＣＲ触媒が劣化していない場合より劣化している場合の方が大きくなると考えられていた。しかしながら、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能が飽和していない状態においては、上記積層吸着が発現しにくいが、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能が飽和している状態においては、上記積層吸着が発現しやすい。よって、診断用添加処理の実行期間において、劣化状態にあるＳＣＲ触媒へ比較的多量のＮＨ３を供給することで、該ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能を飽和させても、積層吸着が発現する可能性がある。それに伴い、劣化に起因するＮＨ３吸着能の低下分が積層吸着によって補われる可能性がある。その場合、診断用添加処理の実行期間中にＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ３濃度は、該ＳＣＲ触媒の劣化状態に見合った濃度より小さくなる可能性がある。その結果、ＳＣＲ触媒が劣化しているにもかかわらず、該ＳＣＲ触媒が正常であると誤診断される可能性がある。
【００２８】
ここで、上記したＳＣＲ触媒によるＮＨ３の吸着形態を踏まえ、ＳＣＲ触媒がＮＨ３を積層吸着しない状態にあるときに、上記した方法による劣化診断を行うことが考えられる。ＳＣＲ触媒に積層吸着されたＮＨ３は、ＳＣＲ触媒に化学吸着されたＮＨ３に比べ、低い温度域でＳＣＲ触媒から脱離しやすい。そのため、ＳＣＲ触媒に積層吸着されたＮＨ３が脱離する高温域、言い換えると、ＳＣＲ触媒がＮＨ３を積層吸着しない高温域において、ＳＣＲ触媒の劣化診断を行うことが考えられる。しかしながら、ＳＣＲ触媒が化学吸着することができるＮＨ３の最大量（ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能が飽和するときの吸着量（以下、「飽和吸着量」と称する））は、ＳＣＲ触媒の温度が高くなるにつれて小さくなる傾向がある。そのため、ＳＣＲ触媒の温度が高くなるにつれて、ＳＣＲ触媒が正常であるときの飽和吸着量とＳＣＲ触媒が劣化しているときの飽和吸着量との差が小さくなる可能性がある。よって、ＳＣＲ触媒の劣化を精度良く診断することが困難になる可能性がある。
【００２９】
そこで、本実施形態では、ＳＣＲ触媒の正常時における飽和吸着量とＳＣＲ触媒の劣化時における飽和吸着量との差が比較的大きくなる低温域において、劣化診断を行うものとする。そして、診断用添加処理の実行期間のうち、ＳＣＲ触媒が積層吸着可能な状態になる期間では、ＳＣＲ触媒の雰囲気を積層吸着の起こりにくい雰囲気とすることで、ＮＨ３センサ９によって測定されるＮＨ３濃度とＳＣＲ触媒の劣化度合との相関を高めるようにした。
【００３０】
ここで、図２は、ＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量（化学吸着されているＮＨ３量）とから決定される、劣化診断実行領域を示す図である。図２中の実線は、ＳＣＲ触媒の正常時における飽和吸着量を示す。図２中の一点鎖線は、ＳＣＲ触媒の劣化時における飽和吸着量を示す。図２中のＴｅｍｐ１は、添加弁５から添加された尿素水溶液が熱分解及び加水分解されてＮＨ３が生成され得る温度の下限値である。図２中のＴｅｍｐ２は、ＳＣＲ触媒の正常時における飽和吸着量とＳＣＲ触媒の劣化時における飽和吸着量との間に、精度の高い劣化診断を行える程度の差が生じる温度の上限値である。また、図２中のＡ２が示すＮＨ３吸着量は、ＳＣＲ触媒が正常であって、且つ該ＳＣＲ触媒の温度が前記Ｔｅｍｐ２であるときの飽和吸着量（図２中のＡ１）から所定のマージンを差し引いた量である。本実施形態の劣化診断実行領域（図２中の斜線部）は、図２に示すように
、ＳＣＲ触媒の温度がＴｅｍｐ１〜Ｔｅｍｐ２の範囲に属し、且つＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量がＡ２以下となる領域に定められる。
【００３１】
また、図３は、ＳＣＲ触媒がＮＨ３を積層吸着可能となる領域（積層吸着発現領域）を示す図である。図３中のＴｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２、図２中のＴｅｍｐ１、Ｔｅｍｐ２と同一である。図３中の斜線部は、積層吸着発現領域を示す。図３に示すように、Ｔｅｍｐ１〜Ｔｅｍｐ２の温度範囲のうち、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度Ｔｅｍｐ３より高い領域では、積層吸着が発現しない。一方、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度Ｔｅｍｐ３以下となる領域では、積層吸着が発現し得る。詳細には、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度Ｔｅｍｐ３以下となる領域のうち、添加弁５から単位時間あたりに添加される尿素水溶液の量が比較的少ない領域では、積層吸着が発現しない。しかしながら、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度Ｔｅｍｐ３以下となる領域のうち、添加弁５から単位時間あたりに添加される尿素水溶液の量がある程度多くなる領域では、積層吸着が発現する。なお、前述したように診断用添加処理では、通常時より多量の尿素水溶液を添加させる必要がある一方で、診断用添加処理を速やかに終了させる必要もあるため、添加弁５から単位時間当たりに添加される尿素水溶液の量を比較的多くする必要がある。よって、診断用添加処理の実行期間において、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度Ｔｅｍｐ３以下であるときは、ＳＣＲ触媒が積層吸着可能な状態にあるとみなすものとする。
【００３２】
次に、積層吸着発現領域においてＳＣＲ触媒の雰囲気を積層吸着の起こりにくい雰囲気とする方法について述べる。ＳＣＲ触媒に積層吸着したＮＨ３は、水分濃度（Ｈ２Ｏ濃度）の高い雰囲気に曝されることで、ＳＣＲ触媒から脱離する。よって、ＳＣＲ触媒の劣化診断処理の実行期間のうち、ＳＣＲ触媒の状態が積層吸着発現領域にある期間では、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の水分濃度を高めることで、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ３の積層吸着を抑制するものとする（以下、「積層吸着抑制処理」と称する）。なお、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の水分濃度を高める方法としては、ＥＧＲ装置によるＥＧＲ率を大きくする方法を用いることができる。図４は、ＥＧＲ率とＳＣＲ触媒へ流入する排気の水分濃度との相関を示す図である。図４に示すように、ＥＧＲ率が大きくなるほど、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の水分濃度が高くなる。そこで、本実施形態では、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ３の積層吸着を抑制し得る水分濃度である目標水分濃度Ｃｔｒｇを実験やシミュレーションの結果から求め、その目標水分濃度Ｃｔｒｇを実現することができる目標ＥＧＲ率Ｒ１も求めておくものとする。ここでいう目標水分濃度Ｃｔｒｇは、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ３の積層吸着を抑制し得る最小の水分濃度に所定のマージンを加算した濃度である。
【００３３】
ＳＣＲ触媒の劣化診断実行期間のうち、ＳＣＲ触媒の状態が積層吸着発現領域にある期間において上記積層吸着抑制処理が実行されると、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ３の積層吸着が抑制されるため、より精度の高い劣化診断を行うことが可能となる。
【００３４】
以下、本実施例における劣化診断処理の具体的な実行手順について図５に沿って説明する。図５は、ＳＣＲ触媒の劣化診断処理が行われるときに、ＥＣＵ１０によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、内燃機関１の運転中において、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される処理ルーチンである。なお、本実施形態では、１トリップあたりに１回の割合で劣化診断処理が実行されるものとする。
【００３５】
図５の処理ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０１の処理において、診断フラグの値が“０”であるか否かを判別する。診断フラグは、ＳＣＲ触媒の劣化診断が終了したとき（例えば、後述するＳ１１１又はＳ１１２の処理が終了したとき）に“１”がセットされ、内燃機関１の運転が停止されたとき、又は内燃機関１が始動されるときに“０”にリセットされるフラグである。診断フラグの値が“１”である場合は、当該トリップにおける劣化診断処理が既に終了していることになる。そのため、Ｓ１０１の処理において否定
判定された場合は、ＥＣＵ１０は、本処理ルーチンの処理を終了する。一方、診断フラグの値が“０”である場合は、当該トリップにおける劣化診断処理が未だ終了していないことになる。そのため、Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０２の処理へ進む。
【００３６】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ１０は、劣化診断処理の実行条件が成立しているか否か、すなわちＳＣＲ触媒の状態が前述の図２に示した劣化診断実行領域に属しているかを判別する。その際、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量は、別途の処理ルーチンで推定されるＮＨ３吸着量を用いるものとする。別途の処理ルーチンでは、単位時間あたりにＳＣＲ触媒へ供給されるＮＨ３量から、単位時間あたりにＳＣＲ触媒において消費されるＮＨ３量（ＮＯＸの還元に消費されるＮＨ３の量）と単位時間あたりのＮＨ３スリップ量とを減算した値を積算することによって推定されるものとする。ＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ３量は、添加弁５から添加される尿素水溶液の量をパラメータとして演算される。ＳＣＲ触媒において消費されるＮＨ３量は、ＮＯＸ流入量とＮＯＸ浄化率とをパラメータとして演算される。ここでいうＮＯＸ浄化率は、ＳＣＲ触媒が正常であるという想定の下で、ＳＣＲ触媒へ流入する排気の流量とＳＣＲ触媒の温度とをパラメータとして演算される。ＮＨ３スリップ量は、ＮＨ３吸着量の前回の推定値と、ＳＣＲ触媒の温度と、単位時間あたりにＳＣＲ触媒を通過する排気の流量と、をパラメータとして演算される。一方、ＳＣＲ触媒の温度は、排気温度センサ８の測定値から演算されるものとする。なお、ＥＣＵ１０が排気温度センサ８の測定値からＳＣＲ触媒の温度を演算することにより、本発明に係わる「取得手段」が実現される。前記Ｓ１０２処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、本処理ルーチンを終了する。一方、前記Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３の処理へ進む。
【００３７】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ１０は、診断用添加処理を開始する。すなわち、ＥＣＵ１０は、所定量の尿素水溶液を添加させるべく、添加弁５を制御する。ここでいう所定量は、前述したように、ＳＣＲ触媒が劣化していない正常な状態であれば該ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能が飽和せず、且つＳＣＲ触媒が劣化した状態であれば該ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能が飽和する量のＮＨ３がＳＣＲ触媒へ供給されるように定められた尿素水溶液の量であって、通常時より多い量である。なお、ＥＣＵ１０がＳ１０３の処理を実行することにより、本発明に係わる「制御手段」が実現される。続いて、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４の処理へ進み、タイマｔの値を所定時間Δｔだけインクリメントする。詳細には、ＥＣＵ１０は、前回値ｔｏｌｄ（初期値は零）に所定時間Δｔを加算することで、タイマｔの値を更新する。このタイマｔは、診断用添加処理の実行時間を計測するものである。所定時間Δｔは、該Ｓ１０４の前回の実行時からの経過時間に相当する。
【００３８】
Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒がＮＨ３を積層吸着可能な状態にあるか否か、すなわち、ＳＣＲ触媒の状態が前述の図３に示した積層吸着発現領域に属しているか否かを判別する。詳細には、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度Ｔｅｍｐ３以下であるか否かを判別する。その際、ＳＣＲ触媒の温度は、前記Ｓ１０２の処理と同様の方法により取得される。Ｓ１０５の処理において肯定判定された場合は、ＳＣＲ触媒がＮＨ３を積層吸着する可能性があるため、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６の処理において積層吸着抑制処理を実行する。具体的には、ＥＧＲ率が前述の目標ＥＧＲ率Ｒ１となるように、ＥＧＲ弁１６を制御する。このようにＥＣＵ１０がＳ１０６の処理を実行することにより、本発明に係わる「処理手段」が実現される。また、Ｓ１０５の処理において否定判定された場合は、ＳＣＲ触媒がＮＨ３を積層吸着する可能性がないため、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０７の処理へむ。Ｓ１０７の処理が実行される時点において、積層吸着抑制処理が既に実行されていれば、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁１６の開度を通常の開度に復帰させることで、積層吸着抑制処理を停止する。また、Ｓ１０７の処理が実行される時点において、積層吸着抑制処理が実行されていなければ、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁１６の開度を通常の開度に維持することで
、積層吸着抑制処理の停止状態を維持する。  
【００３９】
ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６又はＳ１０７の処理を実行し終えると、Ｓ１０８の処理へ進む。Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒の状態が劣化診断実行領域に属しているか否かを再度判別する。これは、積層吸着抑制処理が実行されることによって、ＳＣＲ触媒の温度等が変化する可能性があるためである。Ｓ１０８の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、後述するＳ１１４及びＳ１１５の処理を順次実行する。一方、Ｓ１０８の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０９の処理へ進む。
【００４０】
Ｓ１０９の処理では、ＥＣＵ１０は、ＮＨ３センサ９の測定値（ＮＨ３濃度）ＣＮＨ３を読み込んで、該ＮＨ３濃度ＣＮＨ３が閾濃度Ｃｔｈｒｅ以下であるか否かを判別する。ここでいう閾濃度Ｃｔｈｒｅは、前述したように、ＳＣＲ触媒が劣化していれば、診断用添加処理の実行期間中にＮＨ３センサ９の測定値が該閾濃度Ｃｔｈｒｅを超えると想定される値である。
【００４１】
前記Ｓ１０９の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１０の処理へ進み、タイマｔの値が所定値ｔ０以上であるか否かを判別する。所定値ｔ０は、ＳＣＲ触媒が正常であれば該ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能が飽和せず、且つＳＣＲ触媒が劣化していれば該ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着能が飽和すると想定される量の尿素水溶液を、添加弁５から添加させるのに要する時間である。Ｓ１１０の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４の処理へ戻る。一方、Ｓ１１０の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１１の処理へ進み、ＳＣＲ触媒が正常であると診断する。また、前記Ｓ１０９の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１２の処理へ進み、ＳＣＲ触媒が劣化していると診断する。なお、ＥＣＵ１０がＳ１０９、Ｓ１１１、及びＳ１１２の処理を実行することにより、本発明に係わる「診断手段」が実現される。
【００４２】
ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１１１又は前記Ｓ１１２の処理を実行し終えると、Ｓ１１３の処理へ進み、診断フラグの値を“０”から“１”に変更する。次いで、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１４の処理へ進み、診断用添加処理を停止する。その際、積層吸着抑制処理が実行されていれば、該積層吸着抑制処理も停止させる。そして、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１５の処理においてタイマｔの値を零にリセットして、本処理ルーチンの実行を終了する。
【００４３】
以上述べた手順によりＳＣＲ触媒の劣化診断処理が実行されると、劣化診断処理の実行期間中にＳＣＲ触媒の状態が積層吸着発現領域に入っても、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ３の積層吸着を抑制することができる。そのため、劣化診断処理の実行期間中にＳＣＲ触媒をすり抜けるＮＨ３の量が、ＳＣＲ触媒の劣化状態に見合った量になる。その結果、ＳＣＲ触媒の劣化を精度良く診断することが可能となる。
【００４４】
＜他の実施形態＞
前述の実施形態では、積層吸着抑制処理の実行方法として、ＥＧＲ率を高める方法を例示したが、気筒内、又は第一触媒ケーシング３より上流の排気通路２へ水を噴射するための水噴射弁が内燃機関１に併設されている場合は、ＳＣＲ触媒の状態が積層吸着発現領域に属しているときに、水噴射弁から水を噴射させ、又は水噴射弁からの水噴射量を増加させる方法により、積層吸着抑制処理を実行してもよい。その場合、単位時間あたりの水噴射量は、ＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど多くし、且つ添加弁５から単位時間あたりに添加される尿素水溶液の量が多くなるほど多くすればよい。
【符号の説明】
【００４５】
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    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    ＮＨ３センサ
１０  ＥＣＵ
１４  吸気通路
１５  ＥＧＲ通路
１６  ＥＧＲ弁
【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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