(57)【要約】【課題】ＮＯｘ触媒からアンモニアが流れ出ることを抑制しつつＮＯｘ触媒の異常診断を実施する。【解決手段】ＮＯｘ触媒に電磁波を照射し、そのときの共振周波数、及び発振電力に対する受信電力の比を検出し、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときにＮＯｘ触媒が有する全ての酸点に水が吸着されるまでの共振周波数の変化量及び比の変化量と、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときにＮＯｘ触媒が有する全ての酸点にアンモニアが吸着されるまでの共振周波数の変化量及び比の変化量と、からＮＯｘ触媒が異常であると診断される共振周波数の変化量の上限値または比の変化量の上限値を定める。【選択図】図５
2019157814.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、アンモニアによりＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、
を備える内燃機関の排気浄化装置の異常を診断する異常診断装置において、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に電磁波を照射し、そのときの共振周波数、及び発振電力に対する受信電力の比を検出する照射装置と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が有する全ての酸点に水が吸着されるまでの前記共振周波数の変化量及び前記比の変化量と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が有する全ての酸点にアンモニアが吸着されるまでの前記共振周波数の変化量及び前記比の変化量と、から定まる前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断される前記共振周波数の変化量の上限値または前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断される前記比の変化量の上限値と、前記照射装置により検出される前記共振周波数または前記比とを比較することで、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であるか否か診断する診断装置と、
を備える異常診断装置。
【請求項２】
前記診断装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が有する全ての酸点に水が吸着されるまでの前記共振周波数の変化量及び前記比の変化量と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が有する全ての酸点にアンモニアが吸着されるまでの前記共振周波数の変化量及び前記比の変化量と、から前記共振周波数の変化量と前記比の変化量との関係を示す一次関数を求め、前記共振周波数の変化量を前記一次関数の変数に代入して算出される値を前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断される前記比の変化量の上限値とし、または、前記比の変化量を前記一次関数の変数に代入して算出される値を前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断される前記共振周波数の変化量の上限値とし、前記照射装置により検出される前記共振周波数の変化量が前記共振周波数の変化量の上限値以下の場合、または、前記照射装置により検出される前記比の変化量が前記比の変化量の上限値以下の場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断する請求項１に記載の異常診断装置。
【請求項３】
前記診断装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が有する全ての酸点にアンモニアが吸着されるまでの前記共振周波数の変化量を前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断される前記共振周波数の変化量の上限値とし、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が有する全ての酸点に水が吸着されるまでの前記比の変化量を前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断される前記比の変化量の上限値とし、前記照射装置により検出される前記共振周波数の変化量が前記共振周波数の変化量の上限値以下の場合、または、前記照射装置により検出される前記比の変化量が前記比の変化量の上限値以下の場合、の少なくとも一方に該当する場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断する請求項１に記載の異常診断装置。
【請求項４】
前記診断装置は、前記共振周波数の変化量の上限値及び前記比の変化量の上限値を、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度に応じて変化させる請求項１から３の何れか１項に記載の異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関からの排気中に含まれるＮＯｘを、アンモニアを還元剤として使用することで浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）が知られている。このＮＯｘ触媒は劣化の進行と共にＮＯｘ浄化率が低下するため、ＮＯｘ触媒の劣化の度合いが許容範囲を超えたか否かを車載状態（オンボード）で診断することが行われている。なお、ＮＯｘ触媒の劣化の度合いが許容範囲を超えたか否かを診断することを、以下では異常診断という。例えば、ＮＯｘ触媒の劣化の進行と共にＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着性能が低下することに着目して、ＮＯｘ触媒の異常診断を実施することができる。特許文献１には、ＮＯｘ触媒からアンモニアがスリップするほどのアンモニアを供給し、ＮＯｘ触媒からアンモニアがスリップした時点でＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量が上限に達したと判断して、このときのアンモニア吸着量に基づいてＮＯｘ触媒の異常診断を実施することが記載されている。この技術では、供給したアンモニアの量からアンモニア吸着量を算出し、このアンモニア吸着量が閾値以下であればＮＯｘ触媒が劣化していると診断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２７４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に係る技術では、ＮＯｘ触媒からアンモニアがスリップするまでアンモニアを供給する必要があるため、ＮＯｘ触媒からスリップしたアンモニアが大気中へ放出される虞がある。
【０００５】
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、その目的は、ＮＯｘ触媒からアンモニアが流れ出ることを抑制しつつＮＯｘ触媒の異常診断を実施することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明の態様の一つは、内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアによりＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、を備える内燃機関の排気浄化装置の異常を診断する異常診断装置において、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に電磁波を照射し、そのときの共振周波数、及び発振電力に対する受信電力の比を検出する照射装置と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が有する全ての酸点に水が吸着されるまでの前記共振周波数の変化量及び前記比の変化量と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が有する全ての酸点にアンモニアが吸着されるまでの前記共振周波数の変化量及び前記比の変化量と、から定まる前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断される前記共振周波数の変化量の上限値または前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断される前記比の変化量の上限値と、前記照射装置により検出される前記共振周波数または前記比とを比較することで、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であるか否か診断する診断装置と、を備える異常診断装置である。
【０００７】
ＮＯｘ触媒では、酸点においてアンモニアが吸着されるが、ＮＯｘ触媒の劣化が進行すると、この酸点が減少するために、ＮＯｘ触媒が吸着可能なアンモニアの量が減少する。ここで、照射装置から電磁波を照射したときの共振周波数の変化量、及び発振電力に対する受信電力の比（以下、単に「電力比」と称することもある。）の変化量は、ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニア又は水の量と相関関係にある。なお、共振周波数の変化量及び電力比の変化量における「変化量」とは、ＮＯｘ触媒にアンモニア及び水が吸着されていない状態からの変化量である。ここで、ＮＯｘ触媒の劣化の進行により酸点が減少してアンモニアの吸着量が減少すると、共振周波数の変化量及び電力比の変化量も減少するため、共振周波数の変化量及び電力比の変化量に基づいて、ＮＯｘ触媒の異常診断を実施することも考えられる。しかし、アンモニアと水とでは、電磁波を照射したときのエネルギの吸収特性や共振周波数を変化させる特性が異なる。そうすると、ＮＯｘ触媒の劣化の度合いが例え同じであったとしても、ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアと水との比によって、共振周波数の変化量及び電力比の変化量が異なる場合がある。
【０００８】
そこで、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときにＮＯｘ触媒が有する全ての酸点にアンモニアが吸着されるまでの共振周波数の変化量及び電力比の変化量と、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときにＮＯｘ触媒が有する全ての酸点にアンモニアが吸着されるまでの共振周波数の変化量及び電力比の変化量と、に基づいて、ＮＯｘ触媒が異常であるといえる共振周波数の変化量の上限値または電力比の変化量の上限値を定めている。なお、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であるとは、ＮＯｘ触媒の劣化の度合いがこれ以上進むとＮＯｘ触媒の劣化の度合いが許容範囲を超えるような状態であることをいう。ここで、全酸点にアンモニアが吸着されている場合の共振周波数の変化量及び電力比の変化量と、全酸点に水が吸着されている場合の共振周波数の変化量及び電力比の変化量とには、所定の関係があり、この所定の関係に基づいて、ＮＯｘ触媒が異常であるといえる共振周波数の変化量及び電力比の変化量の上限値が定まることが見出された。このようにして定まる上限値に基づいてＮＯｘ触媒の劣化判定を実施することにより、例えＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアと水との比が不明であっても、吸着されているアンモニア及び水の影響を考慮した異常診断が可能となる。そのため、異常診断の精度を向上させることができる。特に、ＮＯｘ触媒の温度が低いときにはＮＯｘ触媒に水が吸着されるために、全酸点にアンモニアを吸着させる必要がない。すなわち、全酸点にアンモニア又は水が吸着されている状態で診断装置が異常診断を実施する場合であっても、全酸点にアンモニアを吸着させる必要がないため、ＮＯｘ触媒にアンモニアが飽和するまでアンモニアを供給する必要がない。そのため、ＮＯｘ触媒からアンモニアが流れ出ることを抑制できる。
【０００９】
前記診断装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が有する全ての酸点に水が吸着されるまでの前記共振周波数の変化量及び前記比の変化量と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が有する全ての酸点にアンモニアが吸着されるまでの前記共振周波数の変化量及び前記比の変化量と、から前記共振周波数の変化量と前記比の変化量との関係を示す一次関数を求め、前記共振周波数の変化量を前記一次関数の変数に代入して算出される値を前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断される前記比の変化量の上限値とし、または、前記比の変化量を前記一次関数の変数に代入して算出される値を前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断される前記共振周波数の変化量の上限値とし、前記照射装置により検出される前記共振周波数の変化量が前記共振周波数の変化量の上限値以下の場合、または、前記照射装置により検出される前記比の変化量が前記比の変化量の上限値以下の場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断することができる。
【００１０】
この一次関数は、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときにＮＯｘ触媒が有する全酸点にアンモニア又は水が吸着された場合に、アンモニアと水との比が変化したときに推移する共振周波数の変化量と電力比の変化量との関係を示している。ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときには、ＮＯｘ触媒の全酸点にアンモニア又は水が吸着されたときに、吸着されたアンモニアと水との比によって、共振周波数の変化量及び電力比の変化量が異なるが、その全てが上記一次関数の関係を満たすことになる。そして、この一次関数に共振周波数の変化量を代入して算出される電力比の変化量は、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときの電力比の変化量に相当する。すなわち、ＮＯｘ触媒が異常であると診断される電力比の変化量の上限値に相当する。このようにして算出した電力比の変化量の上限値よりも、検出された電力比の変化量のほうが小さければ、ＮＯｘ触媒の劣化の度合いが、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態のときよりも進行しているので、ＮＯｘ触媒が異常であると診断することができる。また、この一次関数に電力比の変化量を代入して算出される共振周波数の変化量は、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときの共振周波数の変化量に相当する。すなわち、ＮＯｘ触媒が異常であると診断される共振周波数の変化量の上限値に相当する。このようにして算出した共振周波数の変化量の上限値よりも、検出された共振周波数の変化量のほうが小さければ、ＮＯｘ触媒の劣化の度合いが、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態のときよりも進行しているので、ＮＯｘ触媒が異常であると診断することができる。
【００１１】
前記診断装置は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が有する全ての酸点にアンモニアが吸着されるまでの前記共振周波数の変化量を前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断される前記共振周波数の変化量の上限値とし、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒が有する全ての酸点に水が吸着されるまでの前記比の変化量を前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断される前記比の変化量の上限値とし、前記照射装置により検出される前記共振周波数の変化量が前記共振周波数の変化量の上限値以下の場合、または、前記照射装置により検出される前記比の変化量が前記比の変化量の上限値以下の場合、の少なくとも一方に該当する場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が異常であると診断することができる。
【００１２】
共振周波数の変化量に対する電力比の変化量の比は、ＮＯｘ触媒の全酸点にアンモニアが吸着された場合よりも、ＮＯｘ触媒の全酸点に水が吸着された場合の方が大きい。このため、ＮＯｘ触媒の劣化の度合いが同じと仮定した場合には、ＮＯｘ触媒の全酸点に水が吸着されている状態で、電力透過率の変化量が最も大きくなる。また、ＮＯｘ触媒の劣化の度合いが同じと仮定した場合には、ＮＯｘ触媒の全酸点にアンモニアが吸着されている状態で、共振周波数の変化量が最も大きくなる。ここで、検出された共振周波数の変化量が、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときにＮＯｘ触媒が有する全ての酸点にアンモニアが吸着されるまでの共振周波数の変化量よりも大きい場合、且つ、検出された電力比の変化量が、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときにＮＯｘ触媒が有する全ての酸点に水が吸着されるまでの電力比の変化量よりも大きい場合には、共振周波数の変化量及び電力比の変化量が共に正常であることを示しているため、ＮＯｘ触媒が正常であると診断することができる。一方、検出された共振周波数の変化量が、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときにＮＯｘ触媒が有する全ての酸点にアンモニアが吸着されるまでの共振周波数の変化量よりも小さい場合、または、検出された電力比の変化量が、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときにＮＯｘ触媒が有する全ての酸点に水が吸着されるまでの電力比の変化量よりも小さい場合、の少なくとも一方の場合には、ＮＯｘ触媒が正常の場合もあれば異常の場合もある。このような場合には、全てＮＯx触媒が異常であると診断することにより、ＮＯ
ｘ触媒が異常であるのにも関わらず正常であると誤診断されることを抑制することができ
る。この場合、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときにＮＯｘ触媒が有する全ての酸点にアンモニアが吸着されるまでの共振周波数の変化量が、ＮＯｘ触媒が異常であると診断される共振周波数の変化量の上限値となり、ＮＯｘ触媒が正常と異常との境の状態であると仮定したときにＮＯｘ触媒が有する全ての酸点に水が吸着されるまでの電力比の変化量が、ＮＯｘ触媒が異常であると診断される電力比の変化量の上限値となる。
【００１３】
前記診断装置は、前記共振周波数の変化量の上限値及び前記比の変化量の上限値を、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度に応じて変化させることができる。
【００１４】
ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニア及び水に電磁波を照射したときのエネルギの吸収特性や共振周波数を変化させる特性は、ＮＯｘ触媒の温度によって変化し得る。したがって、ＮＯｘ触媒が異常であると診断される共振周波数の変化量の上限値及びＮＯｘ触媒が異常であると診断される電力比の変化量の上限値もＮＯｘ触媒の温度によって変化し得るため、これらの上限値をＮＯｘ触媒の温度に応じて変化させることにより、ＮＯｘ触媒の異常診断の精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＮＯｘ触媒からアンモニアが流れ出ることを抑制しつつＮＯｘ触媒の異常診断を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１，２に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。
【図２】照射装置が発振するマイクロ波の周波数と、電力透過率との関係を示した図である。
【図３】ＮＯｘ触媒の全ての酸点に水が吸着された場合と、ＮＯｘ触媒の全ての酸点にアンモニアが吸着された場合と、の共振周波数の変化量と電力透過率の変化量との関係を示した図である。
【図４】ＮＯｘ触媒が正常の場合と異常の場合との夫々における共振周波数の変化量及び電力透過率の変化量の範囲を示した図である。
【図５】実施形態１に係る異常診断制御のフローを示したフローチャートである。
【図６】ＮＯｘ触媒が正常の場合と異常の場合との夫々における共振周波数の変化量及び電力透過率の変化量の範囲を示した図である。
【図７】実施形態２に係る異常診断制御のフローを示したフローチャートである。
【図８】実施形態３，４に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。
【図９】ＮＯｘ触媒が正常の場合と異常の場合との夫々における共振周波数の変化量及び電力反射率の変化量の範囲を示した図である。
【図１０】実施形態３に係る異常診断制御のフローを示したフローチャートである。
【図１１】ＮＯｘ触媒が正常の場合と異常の場合との夫々における共振周波数の変化量及び電力反射率の変化量の範囲を示した図である。
【図１２】実施形態４に係る異常診断制御のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、実施形態に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態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。
【００１８】
（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る内燃機関１と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、内燃機関１はガソリンエンジンであってもよい。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には、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒３（以下、「ＮＯｘ触媒３」という。）が設けられている。ＮＯｘ触媒３は、金属製のケースに収容されている。
【００１９】
ＮＯｘ触媒３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添加弁４が設けられている。尿素水はアンモニア（ＮＨ３）の前駆体である。添加弁４から噴射された尿素水は、排気の熱またはＮＯｘ触媒３からの熱により加水分解されてアンモニアとなり、ＮＯｘ触媒３に吸着する。このアンモニアは、ＮＯｘ触媒３において還元剤として利用される。なお、添加弁４は、尿素水に代えてアンモニアを噴射する添加弁であってもよい。本実施形態では添加弁４が、本発明におけるアンモニア供給装置に相当する。
【００２０】
添加弁４よりも上流の排気通路２には、ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘを検出する上流側ＮＯｘセンサ１１が設けられている。また、ＮＯｘ触媒３よりも下流の排気通路２には、ＮＯｘ触媒３から流れ出る排気中のＮＯｘを検出する下流側ＮＯｘセンサ１２と、排気温度を検出する温度センサ１３と、が設けられている。なお、温度センサ１３は、ＮＯｘ触媒３の温度を検出するように、ＮＯｘ触媒３に取り付けてもよい。本実施形態では温度センサ１３が、本発明における温度取得部に相当する。
【００２１】
また、排気通路２には、ＮＯｘ触媒３に電磁波（マイクロ波）を照射する照射装置３０が設けられている。照射装置３０は、ＮＯｘ触媒３よりも上流の排気通路２に配置される第一プローブ３１と、ＮＯｘ触媒３よりも下流の排気通路２に配置される第二プローブ３２と、周波数制御装置３３とを含んでいる。第一プローブ３１及び第二プローブ３２はロッドアンテナであり、周波数制御装置３３に夫々接続されている。周波数制御装置３３は、第一プローブ３１と第二プローブ３２との間に電磁波（マイクロ波）を発生させる発振器及び受信機の機能を有しており、さらに、このマイクロ波の周波数を変化させ、共振周波数、発振電力及び受信電力を得る機能を有する。なお、本実施形態では、ロッドアンテナを用いてＮＯｘ触媒３にマイクロ波を照射するが、これに代えて、導波管を用いてＮＯｘ触媒３にマイクロ波を照射してもよい。本実施形態では照射装置３０が、本発明における照射装置に相当する。
【００２２】
また、内燃機関１には、吸気通路６が接続されている。吸気通路６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７が設けられている。また、スロットル７よりも上流の吸気通路６には、内燃機関１の吸入空気量を検知するエアフローメータ１６が取り付けられている。
【００２３】
そして、内燃機関１には電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、入出力ポート等を有する公知の構成のデジタルコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ１０のＲＯＭには、複数のプログラムが記憶されており、ＥＣＵ１０が所定のプログラムを実行することにより、内燃機関１の運転状態や排気浄化装置等を制御する。ＥＣＵ１０には、上述した温度センサ１３、エアフローメータ１６の他、クランクポジションセンサ１４及びアクセル開度センサ１５が電気的に接続され、各センサの出力値がＥＣＵ１０に渡される。
【００２４】
ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１４の検知に基づく機関回転速度や、アクセル開度センサ１５の検知に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。
また、ＥＣＵ１０は、温度センサ１３によって検知される排気温度に基づいて、ＮＯｘ触媒３の温度を推定することが可能である。なお、温度センサ１３がＮＯｘ触媒３の温度を検出するセンサとしてもよい。また、内燃機関１の運転状態に基づいて、ＮＯｘ触媒３の温度を推定することも可能である。一方、ＥＣＵ１０には、添加弁４、スロットル７、周波数制御装置３３が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。
【００２５】
ＥＣＵ１０は、照射装置３０がＮＯｘ触媒３にマイクロ波を照射したときの共振周波数、及び共振周波数時の電力透過率に基づいて、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施する。なお、電力透過率とは、第一プローブ３１と第二プローブ３２との間にマイクロ波を発生させたときの、発振電力に対する受信電力の比である。図２は、照射装置３０が発振するマイクロ波の周波数と、電力透過率との関係を示した図である。図２に示される複数の線は、夫々アンモニアの吸着量が異なる場合を示している。夫々の線において電力透過率が最も高くなる周波数が、共振周波数である。また、図２は、ＮＯｘ触媒３にアンモニアのみが吸着された場合を示している。「吸着量＝０」で示される線は、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニアの吸着量が０の場合の関係を示しており、この吸着量が０の場合に共振周波数が最も高くなり、且つ、電力透過率が最も高くなる。そして、アンモニアの吸着量が多くなるほど、共振周波数が低くなり、且つ、電力透過率が低くなる。ここで、アンモニアは永久双極子を含んでおり、この永久双極子は電界にしたがって向きを変える。ＮＯｘ触媒３に吸着したアンモニアの永久双極子は、マイクロ波の電界の変化に対して、時間遅れで追従するため、吸着量の増加が電磁場に与える影響により、共振周波数が周波数の低い側にシフトする。また、アンモニアの吸着量が多くなるほど、誘電加熱によるエネルギの損失が大きくなるため、電力透過率が低下する。このように、共振周波数及び電力透過率が、ＮＯｘ触媒３に吸着されているアンモニアの量に応じて変化する。
【００２６】
そして、ＮＯｘ触媒３においてアンモニアを吸着する酸点がＮＯｘ触媒３の劣化により減少すると、ＮＯｘ触媒３に吸着可能なアンモニア量が減少するため、共振周波数及び電力透過率の低下となって表れる。そこで、共振周波数及び電力透過率に基づいてＮＯｘ触媒３の劣化判定を行うことが考えられる。しかし、ＮＯｘ触媒３の低温時には、燃料の燃焼時に発生した水も酸点に吸着し得る。そして、酸点に水が吸着された場合と、アンモニアが吸着された場合とでは、共振周波数及び電力透過率に与える影響が異なる。ここで、図３は、ＮＯｘ触媒３の全ての酸点に水が吸着された場合と、ＮＯｘ触媒３の全ての酸点にアンモニアが吸着された場合と、の共振周波数の変化量と電力透過率の変化量との関係を示した図である。横軸の共振周波数の変化量は、アンモニア及び水がＮＯｘ触媒３に吸着されていないときの共振周波数から、全ての酸点にアンモニア又は水が吸着されたときの共振周波数を減算することで求められる値である。縦軸の電力透過率の変化量は、アンモニア及び水がＮＯｘ触媒３に吸着されていないときの共振周波数時の電力透過率から、全ての酸点にアンモニア又は水が吸着されたときの共振周波数時の電力透過率を減算することで求められる値である。図３において「水」で示される線は、ＮＯｘ触媒３の全ての酸点に水が吸着された場合を示しており、「アンモニア」で示される線は、ＮＯｘ触媒３の全ての酸点にアンモニアが吸着された場合を示している。
【００２７】
なお、ＮＯｘ触媒３にアンモニア又は水が吸着された後の電力透過率だけでは、アンモニア又は水の吸着の影響によってマイクロ波の吸収特性がどれだけ変化したのか分からない。そのため、本実施形態では、ＮＯｘ触媒３にアンモニア又は水が吸着されたときのマイクロ波の吸収特性の変化を検出するために、ＮＯｘ触媒３にアンモニア又は水が吸着される前と後との電力透過率の変化量を用いている。また、ＮＯｘ触媒３等の個体差やＮＯｘ触媒３の温度によって共振周波数が変化し得るため、これらの影響を低減するために、本実施形態では、ＮＯｘ触媒３にアンモニア又は水が吸着される前と後との共振周波数の変化量を用いている。
【００２８】
ＮＯｘ触媒３の温度が水を吸着可能な温度の場合には、アンモニアを吸着していない酸点には水が吸着される。したがって、十分な時間が経過すれば、全ての酸点に水またはアンモニアが吸着される。水はアンモニアよりもマイクロ波のエネルギをより多く吸収するため、電力透過率に与える影響が大きい。一方、水はアンモニアよりも、共振周波数に与える影響が小さい。そのため、図３に示すように、共振周波数の変化量に対する電力低下率の変化量の比（すなわち、図３の線の傾き）は、アンモニアよりも水の方が大きい。なお、図３における破線及び一点鎖線は、夫々、劣化の度合いが同じ（すなわち、酸点の数が同じ）ＮＯｘ触媒３において、吸着されている水とアンモニアとの比が変化したときに、共振周波数の変化量及び電力透過率の変化量が推移する線を夫々示している。このように、劣化の度合いが同じ場合であっても、吸着されている水とアンモニアとの比によって、共振周波数の変化量と電力透過率の変化量との関係が異なる。また、ＮＯｘ触媒３に吸着されている水とアンモニアとの比が同じであっても、ＮＯｘ触媒３の劣化の進行と共に、図３の矢印で示したように、共振周波数の変化量及び電力透過率の変化量が小さくなる。
【００２９】
そこで、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３にアンモニア及び水が吸着されていない状態のときと、ＮＯｘ触媒３の全酸点にアンモニア又は水が吸着された状態のときとの共振周波数及び電力透過率を比較し、共振周波数の変化量及び電力透過率の変化量が夫々所定の範囲内の場合に、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断する。ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３にアンモニア及び水が吸着されていない状態のときの共振周波数及び電力透過率を予め検出しておき、その後に、全ての酸点にアンモニア又は水が吸着された状態のときの共振周波数及び電力透過率を検出する。
【００３０】
図４は、ＮＯｘ触媒３が正常の場合と異常の場合との夫々における共振周波数の変化量及び電力透過率の変化量の範囲を示した図である。全酸点に水が吸着されている場合の線（図４における「水」で示される線）よりも下側、全酸点にアンモニアが吸着されている場合の線（図４における「アンモニア」で示される線）よりも上側、且つ、破線（−Ａ・Ｆ２１＋Ｂで示される線）よりも下側の範囲が、ＮＯｘ触媒３が異常と診断される範囲になる。また、全酸点に水が吸着されている場合の線（図４における「水」で示される線）よりも下側、全酸点にアンモニアが吸着されている場合の線（図４における「アンモニア」で示される線）よりも上側、且つ、破線（−Ａ・Ｆ２１＋Ｂで示される線）よりも上側の範囲が、ＮＯｘ触媒３が正常と診断される範囲になる。図４における破線は、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境の状態である場合に、全酸点に吸着されているアンモニアと水との比が変化したときに推移する線を示している。この破線は、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境の状態である場合にＮＯｘ触媒３の全酸点に水が吸着されたときの共振周波数の変化量と電力透過率の変化量とで定まる点と、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境の状態である場合にＮＯｘ触媒３の全酸点にアンモニアが吸着されたときの共振周波数の変化量と電力透過率の変化量とで定まる点と、を通る直線に相当する。なお、図４において、「水」で示される線よりも上側と、「アンモニア」で示される線よりも下側の範囲とには、電力透過率の変化量及び共振周波数の変化量が入ることはない。
【００３１】
なお、破線は、一次関数、すなわち「Ｓ２１＝−Ａ・Ｆ２１＋Ｂ」で表すことができる。「Ｓ２１」は、電力透過率の変化量を示している。この一次関数の係数である「Ａ」及び切片である「Ｂ」は、夫々温度によって変わる正の値であり、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。また、一次関数における変数である「Ｆ２１」は、共振周波数の変化量を示している。ＥＣＵ１０は、共振周波数の変化量及び電力透過率の変化量を検出し、図４に示した関係に基づいて、ＮＯｘ触媒３が異常であるか否か診断する。すなわち、検出された電力透過率の変化量が、「−Ａ・Ｆ２１＋Ｂ」の関係から算出される電力透過率の変化量よりも小さければ、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断し、検
出された電力透過率の変化量が、「−Ａ・Ｆ２１＋Ｂ」の関係から算出される電力透過率の変化量以上であれば、ＮＯｘ触媒３が正常であると診断する。すなわち、「−Ａ・Ｆ２１＋Ｂ」の関係から算出される電力透過率の変化量は、ＮＯｘ触媒３が異常と診断される電力透過率の変化量の上限値である。
【００３２】
次に、本実施形態に係る異常診断制御のフローについて説明する。図５は、本実施形態に係る異常診断制御のフローを示したフローチャートである。ＥＣＵ１０が所定の間隔でプログラムを実行することにより、ＥＣＵ１０が所定の間隔で異常診断制御を実行している。なお、本フローチャートを実行する前に、ＮＯｘ触媒３以外の他の装置（例えば添加弁４）に異常がないことをＥＣＵ１０が周知の技術により確認しておいてもよい。ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０が、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施する前提条件が成立しているか否か判定する。本フローチャートに係る異常診断制御では、まずＮＯｘ触媒３にアンモニア及び水が吸着されていない状態のときの共振周波数及び電力透過率を検出するため、ＮＯｘ触媒３にアンモニア及び水が吸着されていない状態であることが前提条件の１つとなる。また、ＮＯｘ触媒３の温度が高くなると、ＮＯｘ触媒３からアンモニア及び水が脱離し易くなるため、全酸点にアンモニア及び水を吸着させることが困難になる。そうすると、異常診断の精度が低下する虞がある。そのため、要求される診断精度を確保できる温度以下であることが前提条件の１つとなる。ＮＯｘ触媒３に吸着されているアンモニア及び水の量は、内燃機関１の運転状態等と関連しているため、ＥＣＵ１０が内燃機関１の運転状態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。このようにして推定されるアンモニア及び水の吸着量が０である場合、または、０以上ではあるが要求される診断精度を確保できる吸着量である場合には、前提条件の１つが成立していると判定される。また、ＮＯｘ触媒３の温度を温度センサ１３により検出し、ＮＯｘ触媒３の温度が要求される診断精度を確保できる温度以下であれば、前提条件の１つが成立していると判定される。なお、アンモニア及び水の吸着量と、ＮＯｘ触媒３の温度とが、共に前提条件が成立するような内燃機関１の運転状態を予め実験またはシミュレーション等により求めておき、この運転状態であるときに全ての前提条件が成立していると判定してもよい。ステップＳ１０１で肯定判定された場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定された場合には本異常診断制御を終了させる。
【００３３】
ステップＳ１０２では、照射装置３０がＮＯｘ触媒３にマイクロ波を照射して共振周波数及び電力透過率を検出し、ＥＣＵ１０がこの共振周波数及び電力透過率を取得する。共振周波数は複数の周波数で検出される場合があるため、検出する周波数帯を定めておいてもよい。ここで検出される電力透過率は、照射するマイクロ波の周波数が共振周波数であるときの電力透過率である。共振周波数及び電力透過率は、ＥＣＵ１０のＲＡＭに記憶される。なお、ＮＯｘ触媒３にアンモニア及び水が全く吸着されていないときの共振周波数及び電力透過率は、ＮＯｘ触媒３の温度毎に予め実験またはシミュレーション等により求めることもできる。この場合、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理を省略できる。ステップＳ１０３では、アンモニアの供給が開始される。
【００３４】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１０が、アンモニアの供給時間をカウントするタイマーＴＡをカウントアップさせる。なお、このタイマーＴＡはフローチャートの開始時または終了時に０にリセットされる。ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１０が、タイマーＴＡが所定時間Ｔ１以上であるか否か判定する。所定時間Ｔ１は、ＮＯｘ触媒３の異常診断を所望の精度で実施するために十分な量のアンモニアを供給するのに要する時間として設定される。ＮＯｘ触媒３の異常診断では、ＮＯｘ触媒３の全酸点にアンモニア又は水が吸着された状態のときの共振周波数及び電力透過率を検出する必要があるため、ＮＯｘ触媒３の全酸点にアンモニア又は水が吸着された状態になるまでアンモニアを供給している。したがって、十分な量のアンモニアを供給するように、所定時間Ｔ１が設定されている。所定時間Ｔ１は、例えば、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定したときに全酸点で吸着可能なアン
モニア量を供給する時間として設定される。ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定した場合には、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定した場合よりも、アンモニアの供給量が少なくなるため、ＮＯｘ触媒３からアンモニアがスリップすることを抑制できる。また、アンモニアが吸着されていない酸点には水が吸着するため、全酸点にアンモニア又は水を吸着させることができる。なお、本フローチャートでは、アンモニアを供給した時間に基づいて、アンモニアの供給を終了する時期を判定しているが、これに代えて、アンモニアの供給量に基づいてアンモニアの供給を終了する時期を判定してもよい。また、ＮＯｘ触媒３のアンモニア吸着量を推定し、このアンモニア吸着量が、ＮＯｘ触媒３が異常であると仮定したときに吸着可能なアンモニア量に達したときにアンモニアの供給を終了してもよい。アンモニア吸着量は、周知の技術により推定することができる。なお、ＮＯｘ触媒３にアンモニアを全く供給しない場合であっても、ＮＯｘ触媒３の温度が十分に低ければ、全酸点に水が吸着し得るため、ＮＯｘ触媒３の温度によっては、アンモニアを全く供給しなくてもよい。この場合、ステップＳ１０３の処理及び後述のステップＳ１０６の処理を省略することができる。そして、ＮＯｘ触媒３の全酸点に水が吸着されるまでの時間を所定時間Ｔ１として設定し、ステップＳ１０５を実行すればよい。また、ＮＯｘ触媒３の温度が十分に低ければ、全酸点にアンモニアが吸着するよりも少ない量のアンモニアを供給したとしても、残りの酸点には水が吸着される。そのため、ＮＯｘ触媒３の温度によっては、アンモニアの供給時間を全酸点にアンモニアが吸着されるまでの時間よりも短くしてもよい。また、ＮＯｘ触媒３に吸着可能なアンモニア及び水の量は、ＮＯｘ触媒３の温度が高くなるほど少なくなるため、ＮＯｘ触媒３の温度に応じて所定時間Ｔ１を変化させてもよい。ステップＳ１０５で肯定判定された場合にはステップＳ１０６へ進み、否定判定された場合にはステップＳ１０４へ戻る。そして、ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１０が、アンモニアの供給を終了させる。
【００３５】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０２と同様に、照射装置３０がＮＯｘ触媒３にマイクロ波を照射して共振周波数及び電力透過率を検出し、ＥＣＵ１０がこの共振周波数及び電力透過率を取得する。共振周波数及び電力透過率は、ＥＣＵ１０のＲＡＭに記憶される。ステップＳ１０８では、ＥＣＵ１０が、ステップＳ１０２で取得された共振周波数から、ステップＳ１０７で取得された共振周波数を減算することにより、共振周波数の変化量Ｆ２１を算出し、ステップＳ１０２で取得された電力透過率から、ステップＳ１０７で取得された電力透過率を減算することにより、電力透過率の変化量Ｓ２１を算出する。電力透過率の変化量Ｓ２１が負の値になる場合には、絶対値を算出する。ステップＳ１０９では、ＥＣＵ１０が、共振周波数の変化量Ｆ２１に基づいて、ＮＯｘ触媒３が異常といえる電力透過率の変化量Ｓ２１の上限値（−Ａ・Ｆ２１＋Ｂ）を算出する。この上限値は、図４における破線に相当する。「Ａ」及び「Ｂ」の値は、ＮＯｘ触媒３の温度に応じて設定される値であり、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。
【００３６】
ステップＳ１１０では、ＥＣＵ１０が、電力透過率の変化量Ｓ２１が、上記上限値（−Ａ・Ｆ２１＋Ｂ）よりも小さいか否か判定する。ステップＳ１１０で肯定判定された場合にはステップＳ１１１へ進んで、ＥＣＵ１０が、触媒異常フラグを１とする。触媒異常フラグは、ＮＯｘ触媒３に異常がある場合には１とされ、ＮＯｘ触媒３が正常である場合には０とされるフラグである。触媒異常フラグの初期値は０である。一方、ステップＳ１１０で否定判定された場合には、ＥＣＵ１０が、本異常診断制御を終了させる。なお、ＥＣＵ１０がステップＳ１１０及びステップＳ１１１を処理することにより、本発明における診断装置として機能する。
【００３７】
なお、本実施形態では、共振周波数の変化量Ｆ２１に基づいて、ＮＯｘ触媒３が異常といえる電力透過率の変化量Ｓ２１の上限値を算出しているが、これに代えて、電力透過率の変化量Ｓ２１に基づいて、ＮＯｘ触媒３が異常といえる共振周波数の変化量Ｆ２１の上限値を算出してもよい。この場合にも、図４に示した破線が共振周波数の変化量Ｆ２１の
上限値に相当する。この場合、ＥＣＵ１０は、共振周波数の変化量Ｆ２１が上限値よりも小さい場合に触媒異常フラグを１とする。
【００３８】
以上説明したように本実施形態によれば、ＮＯｘ触媒３にマイクロ波を照射したときに検出される共振周波数の変化量及び電力透過率の変化量に基づいて、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施することができる。また、ＮＯｘ触媒３からアンモニアが流出するまでアンモニアを供給する必要がないため、異常診断を実施する際にＮＯｘ触媒３からアンモニアが流出することを抑制できる。これにより、アンモニア消費量を低減することもできる。
【００３９】
（実施形態２）
本実施形態では、ＮＯｘ触媒３の異常診断をより簡易に行う方法について説明する。実施形態１と異なる点について主に説明する。図６は、ＮＯｘ触媒３が正常の場合と異常の場合との夫々における共振周波数の変化量及び電力透過率の変化量の範囲を示した図である。図６における「水」「アンモニア」「−Ａ・Ｆ２１＋Ｂ」で示される線は、図４と同じである。本実施形態では、共振周波数の変化量がＦＡ未満の場合、または、電力透過率の変化量がＳＡ未満の場合の少なくとも一方に該当する場合には、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断される。また、共振周波数の変化量がＦＡ以上で且つ電力透過率の変化量がＳＡ以上の場合にＮＯｘ触媒３が正常であると診断される。
【００４０】
図６においてＦＡは、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境の状態であると仮定した場合にＮＯｘ触媒３の全酸点にアンモニアが吸着されたときの共振周波数の変化量である。すなわち、ＦＡは、図６において「−Ａ・Ｆ２１＋Ｂ」で示される線と、「アンモニア」で示される線との交点における共振周波数の変化量である。また、図６においてＳＡは、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境の状態であると仮定した場合にＮＯｘ触媒３の全酸点に水が吸着されたときの電力透過率の変化量である。すなわち、ＳＡは、「−Ａ・Ｆ２１＋Ｂ」で示される線と、「水」で示される線との交点における電力透過率の変化量である。したがって、ＦＡ及びＳＡは、ＮＯｘ触媒３の温度に応じて変化する値であり、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ＦＡは、ＮＯｘ触媒３が異常であるといえる共振周波数の変化量の上限値であり、ＳＡは、ＮＯｘ触媒３が異常であるといえる電力透過率の変化量の上限値である。
【００４１】
ＦＡは、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境の状態である場合に、共振周波数の変化量が取り得る値の中で最も大きな値である。また、ＳＡは、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境の状態である場合に、電力透過率の変化量が取り得る値の中で最も大きな値である。したがって、検出された共振周波数の変化量がＦＡ以上の場合で、且つ、検出された電力透過率の変化量がＳＡ以上の場合には、ＮＯｘ触媒３が正常であるといえる。一方、検出された共振周波数の変化量がＦＡ未満の場合、または、検出された電力透過率の変化量がＳＡ未満の場合には、ＮＯｘ触媒３が異常である可能性がある。本実施形態では、ＮＯｘ触媒３が異常である可能性がある場合には、全て、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断する。
【００４２】
なお、図４と図６とを比較すれば解るように、本実施形態におけるＮＯｘ触媒３の異常診断では、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断される範囲がより広くなる。すなわち、実際にはＮＯｘ触媒３が正常であるような場合であっても、本実施形態では、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断される場合もある。この場合には、ＮＯｘ触媒３においてＮＯｘの浄化を十分に行うことができるのにもかかわらず、ＮＯｘ触媒３の交換が促されることになる。しかし、ＮＯｘの浄化という観点からは、ＮＯｘ触媒３に実際に異常が生じる前にＮＯｘ触媒３の交換を促すことになるため問題はない。
【００４３】
このように、共振周波数の変化量をＦＡと比較し、電力透過率の変化量をＳＡと比較することによって、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施することができる。この場合、実施形態
１のように、「−Ａ・Ｆ２１＋Ｂ」を演算する必要がなくなるため、より容易にＮＯｘ触媒３の異常診断を実施することができる。
【００４４】
次に、本実施形態に係る異常診断のフローについて説明する。図７は、本実施形態に係る異常診断制御のフローを示したフローチャートである。ＥＣＵ１０が所定の間隔でプログラムを実行することにより、ＥＣＵ１０が所定の間隔で異常診断制御を実行している。なお、本フローチャートを実行する前に、ＮＯｘ触媒３以外の他の装置（例えば添加弁４）に異常がないことをＥＣＵ１０が周知の技術により確認しておいてもよい。図５に示したフローチャートと同じ処理が実行されるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００４５】
図７に示したフローチャートでは、ステップＳ１０８の処理が終了するとステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１０が、ＮＯｘ触媒３が異常であるといえる共振周波数の変化量の上限値ＦＡ、及び、ＮＯｘ触媒３が異常であるといえる電力透過率の変化量の上限値ＳＡを夫々取得する。ＦＡ，ＳＡは、夫々ＮＯｘ触媒３の温度と関連付けてＥＣＵ１０のＲＡＭに記憶されている。なお、本実施形態では、実施形態１における「Ａ」及び「Ｂ」を記憶しておく必要はない。そして、ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１０が、共振周波数の変化量Ｆ２１が上限値ＦＡより小さい、及び／又は、電力透過率の変化量Ｓ２１が上限値ＳＡより小さいか否か判定する。ステップＳ２０２で肯定判定された場合にはステップＳ１１１へ進み、否定判定された場合には本異常診断制御を終了させる。なお、ＥＣＵ１０がステップＳ２０２及びステップＳ１１１を処理することにより、本発明における診断装置として機能する。
【００４６】
以上説明したように本実施形態によれば、ＮＯｘ触媒３にマイクロ波を照射したときに検出される共振周波数の変化量及び電力透過率の変化量に基づいて、ＮＯｘ触媒３の異常診断をより容易に実施することができる。また、ＮＯｘ触媒３からアンモニアが流出するまでアンモニアを供給する必要がないため、異常診断を実施する際にＮＯｘ触媒３からアンモニアが流出することを抑制できる。
【００４７】
（実施形態３）
図８は、本実施形態に係る内燃機関１と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。上記実施形態と異なる点について主に説明する。排気通路２には、ＮＯｘ触媒３にマイクロ波を照射する照射装置３０が設けられている。照射装置３０は、ＮＯｘ触媒３よりも上流の排気通路２に配置される第一プローブ３１と、周波数制御装置３３とを含んでいる。すなわち、本実施形態では、第二プローブ３２を含んでいない。第一プローブ３１がＮＯｘ触媒３へマイクロ波を照射し、反射したマイクロ波を第一プローブ３１で受信する。周波数制御装置３３は、マイクロ波の周波数を変化させ、共振周波数及び電力反射率を得ることができる。なお、電力反射率とは、第一プローブ３１からマイクロ波を発生させたときの、発振電力に対する受信電力の比である。本実施形態では照射装置３０が、本発明における照射装置に相当する。
【００４８】
周波数制御装置３３により検出される電力反射率は、上記実施形態で説明した電力透過率と同様に、アンモニアの吸着量が多くなるほど小さくなる。そのため、上記実施形態における電力透過率に代えて、電力反射率を用いてＮＯｘ触媒３の異常診断を実施することができる。図９は、ＮＯｘ触媒３が正常の場合と異常の場合との夫々における共振周波数の変化量及び電力反射率の変化量の範囲を示した図である。全酸点に水が吸着されている場合の線（図９における「水」で示される線）よりも下側、全酸点にアンモニアが吸着されている場合の線（図９における「アンモニア」で示される線）よりも上側、且つ、破線（−Ｃ・Ｆ１１＋Ｄで示される線）よりも下側の範囲が、ＮＯｘ触媒３が異常と診断される範囲になる。また、全酸点に水が吸着されている場合の線（図９における「水」で示さ
れる線）よりも下側、全酸点にアンモニアが吸着されている場合の線（図９における「アンモニア」で示される線）よりも上側、且つ、破線（−Ｃ・Ｆ１１＋Ｄで示される線）よりも上側の範囲が、ＮＯｘ触媒３が正常と診断される範囲になる。図９における破線は、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境の状態である場合に、全酸点に吸着されているアンモニアと水との比が変化したときに推移する線を示している。この破線は、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境の状態である場合にＮＯｘ触媒３の全酸点に水が吸着されたときの共振周波数の変化量と電力反射率の変化量とで定まる点と、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境の状態である場合にＮＯｘ触媒３の全酸点にアンモニアが吸着されたときの共振周波数の変化量と電力反射率の変化量とで定まる点と、を通る直線に相当する。なお、図９において、「水」で示される線よりも上側と、「アンモニア」で示される線よりも下側の範囲とには、電力反射率の変化量及び共振周波数の変化量が入ることはない。
【００４９】
なお、破線は、一次関数、すなわち「Ｓ１１＝−Ｃ・Ｆ１１＋Ｄ」で表すことができる。「Ｓ１１」は、電力反射率の変化量を示している。この一次関数の係数である「Ｃ」及び切片である「Ｄ」は、夫々温度によって変わる正の値であり、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。また、一次関数における変数である「Ｆ１１」は、共振周波数の変化量を示している。ＥＣＵ１０は、共振周波数の変化量及び電力反射率の変化量を検出し、図９に示した関係に基づいて、ＮＯｘ触媒３が異常であるか否か診断する。すなわち、検出された電力反射率の変化量が、「−Ｃ・Ｆ１１＋Ｄ」の関係から算出される電力反射率の変化量よりも小さければ、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断し、検出された電力反射率の変化量が、「−Ｃ・Ｆ１１＋Ｄ」の関係から算出される電力反射率の変化量以上であれば、ＮＯｘ触媒３が正常であると診断する。すなわち、「−Ａ・Ｆ２１＋Ｂ」の関係から算出される電力反射率の変化量は、ＮＯｘ触媒３が異常と診断される電力反射率の変化量の上限値である。
【００５０】
次に、本実施形態に係る異常診断制御のフローについて説明する。図１０は、本実施形態に係る異常診断制御のフローを示したフローチャートである。ＥＣＵ１０が所定の間隔でプログラムを実行することにより、ＥＣＵ１０が所定の間隔で異常診断制御を実行している。なお、本フローチャートを実行する前に、ＮＯｘ触媒３以外の他の装置（例えば添加弁４）に異常がないことをＥＣＵ１０が周知の技術により確認しておいてもよい。図５に示したフローチャートと同じ処理が実行されるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５１】
図１０に示したフローチャートでは、ステップＳ１０１で肯定判定されるとステップＳ３０１へ進む。ステップＳ３０１では、照射装置３０がＮＯｘ触媒３にマイクロ波を照射して共振周波数及び電力反射率を検出し、ＥＣＵ１０がこの共振周波数及び電力反射率を取得する。共振周波数は複数の周波数で検出される場合があるため、検出する周波数帯を定めておいてもよい。ここで検出される電力反射率は、照射するマイクロ波の周波数が共振周波数であるときの電力反射率である。共振周波数及び電力反射率は、ＥＣＵ１０のＲＡＭに記憶される。
【００５２】
また、図１０に示したフローチャートでは、ステップＳ１０６の処理が終了すると、ステップＳ３０２へ進む。ステップＳ３０２では、ステップＳ３０１と同様に、照射装置３０がＮＯｘ触媒３にマイクロ波を照射して共振周波数及び電力反射率を検出し、ＥＣＵ１０がこの共振周波数及び電力反射率を取得する。共振周波数及び電力反射率は、ＥＣＵ１０のＲＡＭに記憶される。ステップＳ３０３では、ＥＣＵ１０が、ステップＳ３０１で取得された共振周波数から、ステップＳ３０２で取得された共振周波数を減算することにより、共振周波数の変化量Ｆ１１を算出し、ステップＳ３０１で取得された電力反射率から、ステップＳ３０２で取得された電力反射率を減算することにより、電力反射率の変化量Ｓ１１を算出する。電力反射率の変化量Ｓ１１が負の値になる場合には、絶対値を算出す
る。ステップＳ３０４では、ＥＣＵ１０が、共振周波数の変化量Ｆ１１に基づいて、ＮＯｘ触媒３が異常といえる電力反射率の変化量Ｓ１１の上限値（−Ｃ・Ｆ１１＋Ｄ）を算出する。この上限値は、図９における破線に相当する。「Ｃ」及び「Ｄ」の値は、ＮＯｘ触媒３の温度に応じて設定される値であり、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。
【００５３】
ステップＳ３０５では、ＥＣＵ１０が、電力反射率の変化量Ｓ１１が、上記上限値（−Ｃ・Ｆ１１＋Ｄ）よりも小さいか否か判定する。ステップＳ３０５で肯定判定された場合にはステップＳ１１１へ進んで、ＥＣＵ１０が、触媒異常フラグを１とする。一方、ステップＳ３０５で否定判定された場合には、ＥＣＵ１０が、本異常診断制御を終了させる。なお、ＥＣＵ１０がステップＳ３０５及びステップＳ１１１を処理することにより、本発明における診断装置として機能する。
【００５４】
なお、本実施形態では、共振周波数の変化量Ｆ１１に基づいて、ＮＯｘ触媒３が異常といえる電力反射率の変化量Ｓ１１の上限値を算出しているが、これに代えて、電力反射率の変化量Ｓ１１に基づいて、ＮＯｘ触媒３が異常といえる共振周波数の変化量Ｆ１１の上限値を算出してもよい。この場合にも、図９に示した破線が共振周波数の変化量Ｆ１１の上限値に相当する。この場合、ＥＣＵ１０は、共振周波数の変化量Ｆ１１が上限値よりも小さい場合に触媒異常フラグを１とする。
【００５５】
以上説明したように本実施形態によれば、ＮＯｘ触媒３にマイクロ波を照射したときに検出される共振周波数の変化量及び電力反射率の変化量に基づいて、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施することができる。また、ＮＯｘ触媒３からアンモニアが流出するまでアンモニアを供給する必要がないため、異常診断を実施する際にＮＯｘ触媒３からアンモニアが流出することを抑制できる。これにより、アンモニア消費量を低減することもできる。また、実施形態３に係る照射装置３０では、第二プローブ３２を含んでいないために共振周波数の検出精度が低下するが、一方で、第二プローブ３２を設置するスペースが必要ないため、照射装置３０の設置が容易になる。
【００５６】
（実施形態４）
本実施形態では、図８に示したシステムにおいてＮＯｘ触媒３の異常診断をより簡易に行う方法について説明する。実施形態３と異なる点について主に説明する。図１１は、ＮＯｘ触媒３が正常の場合と異常の場合との夫々における共振周波数の変化量及び電力反射率の変化量の範囲を示した図である。図１１における「水」「アンモニア」「−Ｃ・Ｆ１１＋Ｄ」で示される線は、図９と同じである。本実施形態では、共振周波数の変化量がＦＢ未満の場合、または、電力反射率の変化量がＳＢ未満の場合の少なくとも一方に該当する場合には、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断される。また、共振周波数の変化量がＦＢ以上で且つ電力反射率の変化量がＳＢ以上の場合にＮＯｘ触媒３が正常であると診断される。
【００５７】
図１１においてＦＢは、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境の状態である場合にＮＯｘ触媒３の全酸点にアンモニアが吸着されたときの共振周波数の変化量である。すなわち、ＦＢは、図１１において「−Ｃ・Ｆ１１＋Ｄ」で示される線と、「アンモニア」で示される線との交点における共振周波数の変化量である。また、図１１においてＳＢは、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境の状態である場合にＮＯｘ触媒３の全酸点に水が吸着されたときの電力反射率の変化量である。すなわち、ＳＢは、「−Ｃ・Ｆ１１＋Ｄ」で示される線と、「水」で示される線との交点における電力反射率の変化量である。したがって、ＦＢ及びＳＢは、ＮＯｘ触媒３の温度に応じて変化する値であり、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ＦＢは、ＮＯｘ触媒３が異常であるといえる共振周波数の変化量の上限値であり、ＳＢは、ＮＯｘ触媒３が異常であるといえる電力反射率の変化量の上
限値である。
【００５８】
ＦＢは、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境の状態である場合に、共振周波数の変化量が取り得る値の中で最も大きな値である。また、ＳＢは、ＮＯｘ触媒３が正常と異常との境の状態である場合に、電力反射率の変化量が取り得る値の中で最も大きな値である。したがって、検出された共振周波数の変化量がＦＢ以上の場合で、且つ、検出された電力反射率の変化量がＳＢ以上の場合には、ＮＯｘ触媒３が正常であるといえる。一方、検出された共振周波数の変化量がＦＢ未満の場合、または、検出された電力反射率の変化量がＳＢ未満の場合には、ＮＯｘ触媒３が異常である可能性がある。本実施形態では、ＮＯｘ触媒３が異常である可能性がある場合には、全て、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断する。
【００５９】
なお、図９と図１１とを比較すれば解るように、本実施形態におけるＮＯｘ触媒３の異常診断では、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断される範囲がより広くなる。すなわち、実際にはＮＯｘ触媒３が正常であるような場合であっても、本実施形態では、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断される場合もある。この場合には、ＮＯｘ触媒３においてＮＯｘの浄化を十分に行うことができるのにもかかわらず、ＮＯｘ触媒３の交換が促されることになる。しかし、ＮＯｘの浄化という観点からは、ＮＯｘ触媒３に実際に異常が生じる前にＮＯｘ触媒３を交換することになるため問題はない。
【００６０】
このように、共振周波数の変化量をＦＢと比較し、電力反射率の変化量をＳＢと比較することによって、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施することができる。この場合、実施形態３のように、「−Ｃ・Ｆ１１＋Ｄ」を演算する必要がなくなるため、より容易にＮＯｘ触媒３の異常診断を実施することができる。
【００６１】
次に、本実施形態に係る異常診断のフローについて説明する。図１２は、本実施形態に係る異常診断制御のフローを示したフローチャートである。ＥＣＵ１０が所定の間隔でプログラムを実行することにより、ＥＣＵ１０が所定の間隔で異常診断制御を実行している。なお、本フローチャートを実行する前に、ＮＯｘ触媒３以外の他の装置（例えば添加弁４）に異常がないことをＥＣＵ１０が周知の技術により確認しておいてもよい。図１０に示したフローチャートと同じ処理が実行されるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００６２】
図１２に示したフローチャートでは、ステップＳ３０３の処理が終了するとステップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１では、ＥＣＵ１０が、ＮＯｘ触媒３が異常であるといえる共振周波数の変化量の上限値ＦＢ、及び、ＮＯｘ触媒３が異常であるといえる電力反射率の変化量の上限値ＳＢを夫々取得する。ＦＢ，ＳＢは、夫々ＮＯｘ触媒３の温度と関連付けてＥＣＵ１０のＲＡＭに記憶されている。なお、本実施形態では、実施形態３における「Ｃ」及び「Ｄ」を記憶しておく必要はない。そして、ステップＳ４０２では、ＥＣＵ１０が、共振周波数の変化量Ｆ１１が上限値ＦＢより小さい、及び／又は、電力反射率の変化量Ｓ１１が上限値ＳＢより小さいか否か判定する。ステップＳ４０２で肯定判定された場合にはステップＳ１１１へ進み、否定判定された場合には本異常診断制御を終了させる。なお、ＥＣＵ１０がステップＳ４０２及びステップＳ１１１を処理することにより、本発明における診断装置として機能する。
【００６３】
以上説明したように本実施形態によれば、ＮＯｘ触媒３にマイクロ波を照射したときに検出される共振周波数の変化量及び電力反射率の変化量に基づいて、ＮＯｘ触媒３の異常診断をより容易に実施することができる。また、ＮＯｘ触媒３からアンモニアが流出するまでアンモニアを供給する必要がないため、異常診断を実施する際にＮＯｘ触媒３からアンモニアが流出することを抑制できる。
【符号の説明】
【００６４】
１  内燃機関
２  排気通路
３  選択還元型ＮＯｘ触媒
４  添加弁
６  吸気通路
７  スロットル
１０  ＥＣＵ
１１  上流側ＮＯｘセンサ
１２  下流側ＮＯｘセンサ
１３  温度センサ
１４  クランクポジションセンサ
１５  アクセル開度センサ
１６  エアフローメータ
３０  照射装置
３１  第一プローブ
３２  第二プローブ
３３  周波数制御装置
【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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