(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て共振周波数を検出する照射装置と、共振周波数に基づいてＮＯｘ触媒が異常であるか否か診断する診断装置と、を備え、照射装置が共振周波数の電磁波を照射しているときのＮＯｘ触媒内の電界強度が、排気の流れ方向でＮＯｘ触媒の中心よりも、上流側の部位である上流部のほうが、下流側の部位である下流部よりも、大きくなるような位置に、ＮＯｘ触媒を配置する。【選択図】図４
2019157725.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を用いてＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒の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、共振周波数を検出する照射装置と、
前記共振周波数に基づいて、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、
前記照射装置が共振周波数の電磁波を照射しているときの前記選択還元型ＮＯｘ触媒内の電界強度が、排気の流れ方向で前記選択還元型ＮＯｘ触媒の中心よりも、上流側の部位である上流部のほうが、下流側の部位である下流部よりも、大きくなるような位置に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒を配置する、
異常診断装置。
【請求項２】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒は、前記照射装置が共振周波数の電磁波を照射しているときの前記選択還元型ＮＯｘ触媒内の電界強度が最も大きくなる箇所が前記選択還元型ＮＯｘ触媒内に１つだけ存在し、且つ、前記電界強度が最も大きくなる箇所が前記上流部に位置するように構成される、
請求項１に記載の異常診断装置。
【請求項３】
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を更に備え、
前記診断装置は、前記アンモニア供給装置がアンモニアを供給して前記上流部でアンモニアが飽和した状態で、前記照射装置により検出される共振周波数に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常診断を実施する、
請求項１または２に記載の異常診断装置。
【請求項４】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒はケースに収容され、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の中心を前記ケースの中心よりも排気の流れ方向の上流側にずらす、
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を用いてＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒の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、共振周波数を検出する照射装置と、前記共振周波数に基づいて、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、前記照射装置が共振周波数の電磁波を照射しているときの前記選択還元型ＮＯｘ触媒内の電界強度が、排気の流れ方向で前記選択還元型ＮＯｘ触媒の中心よりも、上流側の部位である上流部のほうが、下流側の部位である下流部よりも、大きくなるような位置に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒を配置する、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は、ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアの量と相関関係にある。ＮＯｘ触媒の劣化の進行により酸点が減少すると、ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニアが減少することにより共振周波数が変化するため
、共振周波数に基づいて、ＮＯｘ触媒の酸点の減少を検出することができる。
【０００８】
ＮＯｘ触媒に電磁波を照射したときに、電界強度が最も大きくなる箇所（腹）において、アンモニアの検出感度が最も高くなり、電界強度が最も小さくなる箇所（節）において、アンモニアの検出感度が最も低くなる。すなわち、検出される共振周波数は、電磁波の腹周辺のアンモニア吸着量の影響をより大きく受ける。ここで、ＮＯｘ触媒の劣化の度合いはＮＯｘ触媒内において均一であるとは限らない。ＮＯｘ触媒では上流部のほうが下流部よりも温度が上昇し易いために、上流部のほうが下流部よりも劣化の進行が早くなる。また、ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給したときには、ＮＯｘ触媒の上流部から下流部に向けてアンモニアの吸着量が順次増加していく。したがって、ＮＯｘ触媒のなかで劣化し易い上流部のアンモニアの検出感度を高くしておけば、ＮＯｘ触媒の劣化によるアンモニア吸着量の減少をより早期に検出することができる。そして、共振周波数に基づいてＮＯｘ触媒の異常診断を実施する場合には、ＮＯｘ触媒の上流部のほうが下流部よりも電界強度が大きくなるようにＮＯｘ触媒を配置しておけば、ＮＯｘ触媒の上流部におけるアンモニアの検出感度をより大きくすることができる。なお、共振周波数は複数存在する場合がある。この場合、共振周波数毎に電界分布が異なるため、アンモニアの検出感度が高い箇所が異なる。この場合、ＮＯｘ触媒の上流部に腹が存在する共振周波数を選択する。
【０００９】
また、ＮＯｘ触媒の異常診断時には、アンモニアが飽和している状態におけるアンモニア吸着量を共振周波数に基づいて検出し、このアンモニア吸着量に基づいてＮＯｘ触媒の異常診断が実施される場合がある。この場合、ＮＯｘ触媒の全体でアンモニアが飽和するようにＮＯｘ触媒にアンモニアを供給すると、ＮＯｘからアンモニアがスリップする虞がある。一方、ＮＯｘ触媒の上流部だけでアンモニアが飽和するようにＮＯｘ触媒にアンモニアを供給すると、ＮＯｘ触媒の上流部からスリップしたアンモニアをＮＯｘ触媒の下流部において吸着させることができる。したがって、ＮＯｘ触媒からアンモニアがスリップすることを抑制できる。そして、ＮＯｘ触媒の上流部において電界強度が大きくなるようにしておけば、上流部におけるアンモニア吸着量の減少を早期に検出することができる。このときには、ＮＯｘ触媒の下流部にアンモニアが吸着されていないが、下流部においてはアンモニアの検出感度が低いために、共振周波数が受ける影響は小さい。そのため、異常診断の精度が低下することを抑制できる。
【００１０】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒は、前記照射装置が共振周波数の電磁波を照射しているときの前記選択還元型ＮＯｘ触媒内の電界強度が最も大きくなる箇所が前記選択還元型ＮＯｘ触媒内に１つだけ存在し、且つ、前記電界強度が最も大きくなる箇所が前記上流部に位置するように構成されていてもよい。
【００１１】
電磁波の腹がＮＯｘ触媒の上流部に１個所だけ存在するようにＮＯｘ触媒を構成することにより、ＮＯｘ触媒の上流部のアンモニア吸着量に応じた共振周波数をより精度よく求めることができる。仮に、ＮＯｘ触媒の下流部に電磁波の腹があると、検出される共振周波数がＮＯｘ触媒の下流部のアンモニア吸着量の影響を受けてしまう。この場合、下流部においてもアンモニアを飽和させる必要があるため、ＮＯｘ触媒からアンモニアがスリップする虞がある。したがって、ＮＯｘ触媒内の電界強度が最も大きくなる箇所がＮＯｘ触媒内に１つだけ存在し、且つ、電界強度が最も大きくなる箇所が上流部に位置するように構成することで、ＮＯｘ触媒からアンモニアがスリップすることを抑止しつつ、ＮＯｘ触媒の異常診断の精度を向上させることができる。
【００１２】
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を更に備え、前記診断装置は、前記アンモニア供給装置がアンモニアを供給して前記上流部でアンモニアが飽和した状態で、前記照射装置により検出される共振周波数に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の異常診断を実施してもよい。
【００１３】
電磁波の腹がＮＯｘ触媒の上流部にあるため、ＮＯｘ触媒の上流部においてアンモニアを飽和させることで、ＮＯｘ触媒の異常診断を実施することができる。この場合、ＮＯｘ触媒の下流部にはアンモニアが飽和しないようにアンモニアを供給する。そうすると、ＮＯｘ触媒の上流部からスリップしたアンモニアを下流部において吸着させることができるため、ＮＯｘ触媒からアンモニアがスリップすることを抑制できる。
【００１４】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒はケースに収容され、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の中心を前記ケースの中心よりも排気の流れ方向の上流側にずらしてもよい。
【００１５】
ＮＯｘ触媒の中心がケースの中心よりも排気の流れ方向の上流側にずれると、ＮＯｘ触媒よりも下流側のケース内にＮＯｘ触媒が存在しない空間を設けることができる。このようにＮＯｘ触媒を配置することにより、ＮＯｘ触媒の下流部よりも上流部のほうの電界強度をより容易に大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
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】
【００１７】
【図１】実施形態１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】照射装置が発信するマイクロ波の周波数と、マイクロ波の透過率との関係を示した図である。
【図３】アンモニア吸着量と共振周波数の変化量との関係を示した図である。
【図４】ケース内のＮＯｘ触媒の位置と電界のエネルギ密度との関係を示した図である。
【図５】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。
【図６】実施形態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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（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３００に収容されている。以下では、ＮＯｘ触媒３において、排気の流れ方向でＮＯｘ触媒３の中心から上流側の部位を上流部３Ａといい、ＮＯｘ触媒３の部位を下流部３Ｂという。図１における破線は、排気の流れ方向でＮＯｘ触媒３の中心を示す線であり、上流部３Ａと下流部３Ｂとの境界になる線である。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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に検出される共振周波数に基づいて、ＮＯｘ触媒３に吸着されているアンモニアの量を検出する。ここで、周波数制御装置３３によりマイクロ波を発生させ、さらに周波数を変化させたときに検出される共振周波数は、ＮＯｘ触媒３のアンモニア吸着量と相関関係にある。図２は、
照射装置３０が発信するマイクロ波の周波数と、マイクロ波の透過率との関係を示した図である。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に示される複数の線は、夫々アンモニア吸着量が異なる場合を示している。夫々の線において透過率が最も高くなる周波数が、共振周波数である。「吸着量＝０」で示される線は、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量が０の場合の関係を示しており、このアンモニア吸着量が０の場合に共振周波数が最も高くなる。そして、アンモニア吸着量が多くなるほど、共振周波数が低くなる。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、アンモニア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、透過率が低下する。
【００２７】
図３は、アンモニア吸着量と共振周波数の変化量との関係を示した図である。共振周波数の変化量は、アンモニア吸着量が０の場合の共振周波数を基準値とした場合の、この基準値からの変化量である。アンモニア吸着量が０付近では、共振周波数の変化量が０になっているが、アンモニア吸着量がある程度多くなれば、アンモニア吸着量が多くなるほど、共振周波数の変化量が大きくなることが分かる。したがって、アンモニア吸着量が多くなるほど、共振周波数の変化量が大きくなる範囲であれば、アンモニア吸着量と、共振周波数とに相関があるといえる。なお、共振周波数の変化量が０になるアンモニア吸着量の範囲は、ＮＯｘ触媒３の位置や形状を調整することにより、縮小させることができる。したがって、共振周波数の変化量が０になる範囲が小さくなるように、ＮＯｘ触媒３を形成してもよい。そして、アンモニア吸着量と共振周波数との関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、共振周波数からアンモニア吸着量を求めることができる。このようにして、照射装置３０は、共振周波数に基づいてアンモニア吸着量を検出する。なお、図３に示すように、共振周波数の変化量に基づいてアンモニア吸着量を求めることにより、ＮＯｘ触媒３の個体差による共振周波数の変化の影響をなくすことができるが、共振周波数とアンモニア吸着量との関係を予め求めておけば、共振周波数に基づいてアンモニア吸着量を求めることができる。この関係は、ＮＯｘ触媒３の温度毎に求めておく。したがって、本実施形態では、共振周波数に基づいてアンモニア吸着量を求めることにする。
【００２８】
ここで、共振周波数が変化することにより、ＮＯｘ触媒３における電界分布が変化する。このときに、アンモニア吸着量を検出しようとした場合、マイクロ波の腹におけるアンモニア吸着量の影響がより大きくなり、マイクロ波の節の部分に近付くほど、アンモニア吸着量の影響が小さくなる。このように、マイクロ波の腹においてアンモニアの検出感度が最も高くなる。
【００２９】
ＮＯｘ触媒３は、上流側端部付近の温度が最も高くなるために、ＮＯｘ触媒３を上流部３Ａと下流部３Ｂとに分けて考えた場合、上流部３Ａの方が下流部３Ｂよりも劣化の進行が早い。したがって、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施する場合には、上流部の劣化を検出すればよい。そして、マイクロ波の腹が上流部３Ａに位置するように、ＮＯｘ触媒３、ケース３００、照射装置３０を構成することにより、上流部３Ａにおけるアンモニアの検出感度をより高めることができる。これにより、ＮＯｘ触媒３の異常診断の精度を向上させることができる。
【００３０】
従来では、ＮＯｘ触媒３の異常診断を実施する場合に、ＮＯｘ触媒３の全体でアンモニアが飽和するまで、ＮＯｘ触媒３にアンモニアを供給することがあった。しかし、ＮＯｘ触媒３の全体にアンモニアを飽和させると、ＮＯｘ触媒３からアンモニアがスリップし易くなる。そこで、本実施形態に係るＮＯｘ触媒３の異常診断では、ＮＯｘ触媒３の上流部
３Ａにおいてアンモニアが飽和するまでアンモニアを供給することで、下流部３Ｂにはアンモニアが飽和しないようにしている。ここで、添加弁４からＮＯｘ触媒３にアンモニアを供給すると、ＮＯｘ触媒３の上流側端面から下流側に向かってアンモニアが吸着される。したがって、ＮＯｘ触媒３の上流部３Ａにおいてアンモニアが飽和するまで添加弁４からアンモニアを供給したときにアンモニアの供給を終了させれば、上流部３Ａではアンモニアが飽和し、下流部３Ｂではアンモニアが飽和していない状態となる。そうすると、例え上流部３Ａからアンモニアがスリップしても、下流部３Ｂにおいてアンモニアを吸着することができるため、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、下流部３Ｂでは、マイクロ波の共振周波数の変化によりアンモニア吸着量を検出する際の検出感度が低いため、アンモニアが飽和していないとしても、共振周波数の変化に与える影響は小さい。
【００３１】
図４は、ケース３００内のＮＯｘ触媒３の位置と電界のエネルギ密度との関係を示した図である。図４において矢印の方向に排気が流れる。電界のエネルギ密度は、アンモニアの検出感度と略等しい。図４に示したように、ＮＯｘ触媒３はケース３００内において、上流部３Ａにマイクロ波の腹が１つだけ位置するように且つＮＯｘ触媒３にマイクロ波の腹が２つ以上位置しないように（すなわち、ＮＯｘ触媒３内の電界強度が最も大きくなる箇所がＮＯｘ触媒内に１つだけ存在し、且つ、電界強度が最も大きくなる箇所が上流部３Ａに位置するように）、ＮＯｘ触媒３の位置及び大きさ、ケース３００の容量、電磁波の周波数帯が予め実験またはシミュレーション等を行うことにより調整してある。この場合、ＮＯｘ触媒３の上流部のほうが下流部よりも電界強度が大きくなるような位置に、ＮＯｘ触媒３が配置されているともいえる。そのため、ケース３００内のＮＯｘ触媒３が設けられている箇所よりも下流側には、空間が設けられている。すなわち、ＮＯｘ触媒３の中心をケース３００の中心よりも排気の流れ方向の上流側にずらしている。仮に、ＮＯｘ触媒３よりも下流側のケース３００内に空間を設けない場合には、上流部３Ａにマイクロ波の腹が１つだけ位置するように且つＮＯｘ触媒３にマイクロ波の腹が２つ以上位置しないように構成することが困難になる。本実施形態では、このような空間を設けることにより、上流部３Ａにマイクロ波の腹が１つだけ位置するように且つＮＯｘ触媒３にマイクロ波の腹が２つ以上位置しないように容易に構成することができる。
【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。
【００３３】
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。ここで、ＮＯｘ触媒３の温度が高くなると、ＮＯｘ触媒３からアンモニアが脱離してしまうため、アンモニア吸着量が小さい状態で異常判定を行わなければならず、誤差の影響が大きくなる。このため、異常診断の精度が低下する虞がある。そこで、要求される診断精度を確保できる温度の上限として診断可能温度が設定されている。ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３の温度が診断可能温度以下の場合に前提条件が成立していると判定する。なお、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。
【００３４】
ステップＳ１０２では、アンモニアの供給が開始される。そして、ステップＳ１０３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Ｓ１０４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、ＮＯｘ触媒３の上流部３Ａ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。すなわち、ＮＯｘ触媒３の異常診断では、ＮＯｘ触媒３の上流部３Ａにおいてアンモニアが飽和している必要があるため、ＮＯｘ触媒３の上流部３Ａでアンモニアが飽和するまでアンモニアを供給している。したがって、ＮＯｘ触媒３の上流部３Ａでアンモニアが飽和するように、所定時間Ｔ１が設定される。この所定時間Ｔ１は、ステップＳ１０２においてアンモニアの供給が開始される時点におけるＮＯｘ触媒３の上流部３Ａのアンモニア吸着量に応じて変化させてもよい。ＮＯｘ触媒３の上流部３Ａのアンモニア吸着量は、ＥＣＵ１０により周知の技術を用いて推定することができる。この場合、ＮＯｘ触媒３の上流部３Ａを１つのＮＯｘ触媒と仮定して、アンモニア吸着量を推定する。また、ＮＯｘ触媒３のアンモニア吸着量は、ＮＯｘ触媒３の温度が十分に高くなると０になる。その後に、ＮＯｘ触媒３の温度が、診断可能温度以下に低下したときにアンモニアの供給を開始すれば、ＮＯｘ触媒３の上流部３Ａのアンモニア吸着量が０の状態からアンモニアを供給することができるため、上記のようにアンモニアの吸着量を推定する必要はない。また、ＮＯｘ触媒３に吸着可能なアンモニアの量は、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。
【００３５】
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するが、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の上流部３Ａ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以上になったときにアンモニアの供給を終了してもよい。この場合、ＮＯｘ触媒３が正常であればＮＯｘ触媒３においてアンモニアが飽和していないが、異常であればＮＯｘ触媒３においてアンモニアが飽和している。このため、ＮＯｘ触媒３が正常の場合と異常の場合とでアンモニア吸着量に差が生じるため、アンモニア吸着量に応じた異常診断が可能である。また、ＮＯｘ触媒３の上流部３Ａのアンモニア吸着量が、ＮＯｘ触媒３が正常であると仮定したときに吸着可能なアンモニア量以上になったときにアンモニアの供給を終了してもよい。この場合、上流部３Ａからアンモニアがスリップするが、スリップしたアンモニアを下流部３Ｂにおいて吸着可能である。ステップＳ１０４で肯定判定された場合にはステップＳ１０５へ進み、否定判定された場合にはステップＳ１０３へ戻る。そして、ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１０が、アンモニアの供給を終了させる。
【００３６】
ステップＳ１０６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を検出し、ＥＣＵ１０がこの共振周波数を取得する。共振周波数は、ＥＣＵ１０のＲＡＭに記憶される。ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１０が、ステップＳ１０６で取得された共振周波数から、アンモニア吸着量ＱＮＨ３を算出する。ＥＣＵ１０はＲＡＭに、共振周波数からアンモニア吸着量ＱＮＨ３を求めるマップを温度に応じて複数記憶している。このマップは、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。
【００３７】
ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７で算出されたアンモニア吸着量ＱＮＨ３が、閾値ＱＣよりも小さいか否か判定される。閾値ＱＣは、ＮＯｘ触媒３が正常のときのアンモニア吸着量として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ておく。アンモニア吸着量はＮＯｘ触媒３の温度に応じて変化するため、閾値ＱＣは、ＮＯｘ触媒３の温度に応じて変化させる。ステップＳ１０８で肯定判定された場合にはステップＳ１０９へ進み、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。触媒異常フラグが１になると、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３が異常であると診断する。一方、ステップＳ１０８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。このときには、触媒異
常フラグは０になるため、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３が正常であると診断する。なお、ＥＣＵ１０がステップＳ１０８及びステップＳ１０９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。
【００３８】
以上説明したように本実施形態によれば、マイクロ波の腹がＮＯｘ触媒３の上流部３Ａに位置するようにＮＯｘ触媒３を構成することにより、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の全体でアンモニアが飽和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、仮に、上流部３Ａよりも下流部３Ｂの電界強度が大きい場合には、上流部３Ａにおいて劣化が進行しても、共振周波数の変化は小さくなるため、精度の高い異常診断が困難になる。一方、本実施形態によれば、上流部３Ａの劣化が進行すればＮＯｘ触媒３が異常であると診断されるため、ＮＯｘ触媒３の異常を早期に検出することができる。
【００３９】
（実施形態２）
図６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１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、実施形態１と同様にして、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ことができる。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。
【００４０】
本実施形態においても、実施形態１と同様に、ＮＯｘ触媒３の上流部３Ａにマイクロ波の腹が位置するように且つＮＯｘ触媒３にマイクロ波の腹が２つ以上位置しないように、ＮＯｘ触媒３の位置及び大きさ、ケース３００の容量、電磁波の周波数帯が予め実験またはシミュレーション等を行うことにより調整してある。
【００４１】
実施形態２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。その他の制御や効果等は実施形態１と同じため説明を省略する。
【符号の説明】
【００４２】
１  内燃機関
２  排気通路
３  選択還元型ＮＯｘ触媒
３Ａ  上流部
３Ｂ  下流部
４  添加弁
１０  ＥＣＵ
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
３００  ケース
【図１】
2019157725.tif 000003
【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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