(57)【要約】【課題】エミッション特性を悪化させることなく、ＮＯｘ触媒の劣化検出を精度良く実行することが可能なＮＯｘ触媒の劣化検出装置を提供する。【解決手段】ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ供給量が第１基準量NOx1である場合に、ＮＯｘ触媒前後の空燃比センサ出力を用いてＮＯｘ還元に用いられた還元剤量Grd1(Grd1A,Grd1B)を算出する。ＮＯｘ供給量が第２基準量NOx2である場合にも、還元剤量Grd2(Grd2A,Grd2B)を算出する。これらの還元剤量の差分ΔGrd(ΔGrdA,ΔGrdB)を算出する。この差分ΔGrdが基準値よりも小さい場合に、ＮＯｘ触媒が劣化を検出する。【選択図】図５
2008038738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＯｘ触媒の劣化を検出する劣化検出装置であって、
圧縮着火内燃機関の排気通路に設けられ、排気空燃比に応じてＮＯｘを吸蔵又は還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比である第１の排気空燃比を取得する第１の排気空燃比取得手段と、
前記ＮＯｘ触媒から流出する排気ガスの空燃比である第２の排気空燃比を取得する第２の排気空燃比取得手段と、
前記ＮＯｘ触媒の上流の排気通路に還元剤を供給することで、前記ＮＯｘ触媒を再生する触媒再生手段と、
前記還元剤の供給時に、前記第１及び第２の排気空燃比取得手段により取得された前記第１及び第２の排気空燃比に基づいて、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元に用いられた還元剤量を算出する還元剤量算出手段と、
前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ供給量が異なる複数の場合において前記還元剤量算出手段によりそれぞれ算出された複数の還元剤量の差分若しくは比率に基づいて、前記ＮＯｘ触媒の劣化を検出する劣化検出手段とを備えたことを特徴とするＮＯｘ触媒の劣化検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＮＯｘ触媒の劣化検出装置において、
前記複数の還元剤量が算出される場合のうち多い方のＮＯｘ供給量が、通常のＮＯｘ触媒の再生が実行される場合のＮＯｘ供給量であることを特徴とするＮＯｘ触媒の劣化検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ触媒の劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＯｘ触媒の上流と下流にそれぞれ空燃比センサを配置し、リッチスパイク実施時の空燃比センサの出力変化に基づきリッチスパイク時間を求め、この求めたリッチスパイク時間と基準値とを比較することで、ＮＯｘ触媒の劣化判定を行う装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−９３７４２号公報
【特許文献２】特開２００３−２９３７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本発明者等による知見によれば、ＮＯｘ還元に用いられた還元剤量に基づいてＮＯｘ触媒の劣化検出を精度良く行うためには、ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ供給量が多い状態でリッチスパイクを実施することが望ましい。
しかし、ディーゼルエンジンの場合には、ＮＯｘ供給量が多い状態でリッチスパイクを実施すると、ＮＯｘ浄化率が低くなってしまう。そうすると、ＮＯｘ触媒の劣化検出時に、エミッション特性が悪化する可能性がある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エミッション特性を悪化させることなく、ＮＯｘ触媒の劣化検出を精度良く実行することが可能なＮＯｘ触媒の劣化検出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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ＮＯｘ触媒の劣化を検出する劣化検出装置であって、
圧縮着火内燃機関の排気通路に設けられ、排気空燃比に応じてＮＯｘを吸蔵又は還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比である第１の排気空燃比を取得する第１の排気空燃比取得手段と、
前記ＮＯｘ触媒から流出する排気ガスの空燃比である第２の排気空燃比を取得する第２の排気空燃比取得手段と、
前記ＮＯｘ触媒の上流の排気通路に還元剤を供給することで、前記ＮＯｘ触媒を再生する触媒再生手段と、
前記還元剤の供給時に、前記第１及び第２の排気空燃比取得手段により取得された前記第１及び第２の排気空燃比に基づいて、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元に用いられた還元剤量を算出する還元剤量算出手段と、
前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ供給量が異なる複数の場合において前記還元剤量算出手段によりそれぞれ算出された複数の還元剤量の差分若しくは比率に基づいて、前記ＮＯｘ触媒の劣化を検出する劣化検出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記複数の還元剤量が算出される場合のうち多い方のＮＯｘ供給量が、通常のＮＯｘ触媒の再生が実行される場合のＮＯｘ供給量であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、ＮＯｘ供給量が異なる複数の場合においてそれぞれ算出された還元剤量の差分もしくは比率に基づいて、ＮＯｘ触媒の劣化検出が行われる。よって、ＮＯｘ供給量が少なくても、すなわち、ＮＯｘ吸蔵率が低くても、ＮＯｘ触媒の劣化検出を精度良く行うことができる。従って、高いＮＯｘ浄化率が得られる状態で、ＮＯｘ触媒の劣化検出を行うことができる。このため、エミッション特性を悪化させることなく、ＮＯｘ触媒の劣化検出を精度良く実行することができる。
【０００９】
第２の発明によれば、通常のＮＯｘ触媒の再生と、ＮＯｘ触媒の劣化検出における還元剤量の算出とを兼ねることができる。従って、通常のＮＯｘ触媒の再生と、ＮＯｘ触媒の劣化検出とを別個独立して行う場合に比して、還元剤量を削減することができ、エミッション特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１１】
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態によるシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１として、４サイクルのディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）を備えている。ディーゼルエンジン１は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。図１に示すディーゼルエンジン１は直列４気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１２】
ディーゼルエンジン１の各気筒２のピストンは、クランク機構を介してクランク軸４に連結されている。クランク軸４の近傍には、クランク軸４の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ５が設けられている。
【００１３】
ディーゼルエンジン１の各気筒２には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ６が設置されている。各気筒のインジェクタ６は、共通のコモンレール７に接続されている。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ８によって所定の燃圧まで加圧される。この加圧された燃料は、コモンレール７内に蓄えられ、コモンレール７から各インジェクタ６に供給される。インジェクタ６は、１サイクル中に複数回、任意のタイミングで燃料を筒内に噴射することができる。
【００１４】
ディーゼルエンジン１の吸気ポート１０には、吸気バルブ１２が設けられている。この吸気バルブ１２の開弁特性（開弁時期、リフト量、作用角）は、図示しない公知の可変動弁機構により変更可能である。
【００１５】
吸気ポート１０は、吸気マニホールド１６を介して吸気通路１８に接続されている。吸気通路１８の途中には、吸気絞り弁２０が設けられている。吸気絞り弁２０は、アクセル開度センサ２１により検出されるアクセル開度AAに基づき、その開度が決定される電子制御弁である。吸気絞り弁２０の上流には、インタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の上流にはターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａが設けられている。コンプレッサ２４ａは、排気通路３８のタービン２４ｂと連結軸により連結されている。
【００１６】
コンプレッサ２４ａの上流には、吸入空気量Gaを検出するエアフロメータ２６が設けられている。エアフロメータ２６の上流にはエアクリーナ２８が設けられている。
【００１７】
このような構成によれば、ターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａにより圧縮された吸入空気は、インタークーラ２２で冷却される。インタークーラ２２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド１６によって各気筒の吸気ポート１０に分配される。
【００１８】
また、ディーゼルエンジン１の排気ポート３０には、排気バルブ３２が設けられている。この排気バルブ３２の開弁特性（開弁時期、リフト量、作用角）は、図示しない公知の可変動弁機構により変更可能である。
【００１９】
排気ポート３０は、排気マニホールド３６を介して排気通路３８に接続されている。排気通路３８には、ターボ過給機２４のタービン２４ｂが設けられている。タービン２４ｂの下流には、ＮＯｘ触媒４０が設けられている。ＮＯｘ触媒４０は、空燃比が理論空燃比より大きい雰囲気中、つまり理論空燃比よりリーンな雰囲気中では排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比以下の雰囲気中、つまり理論空燃比以下のリッチの雰囲気中では吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して放出する機能を有している。このＮＯｘ触媒４０は、ＮＯｘを吸蔵還元する機能のみを有するものでもよく、あるいは、排気ガス中のすすを捕集する機能を併せ持つＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)のようなものでもよい。また、ＮＯｘ触媒４０は、すすを捕集すること以外の機能を併せ持つものでもよい。
【００２０】
タービン２４ｂとＮＯｘ触媒４０との間には、排気ガス中に燃料を添加する排気燃料添加弁４２が設けられている。さらに、排気燃料添加弁４２とＮＯｘ触媒４０との間には、ＮＯｘ触媒上流の排気空燃比A/Finを検出する空燃比センサ（以下「触媒前空燃比センサ」ともいう。）４４が設けられている。この触媒前空燃比センサ４４によれば、ＮＯｘ触媒４０に流入する排気ガスの空燃比（第１の排気空燃比）を検出することができる。ＮＯｘ触媒４０の下流には、ＮＯｘ触媒下流の排気空燃比A/Foutを検出する空燃比センサ（以下「触媒後空燃比センサ」ともいう。）４６が設けられている。この触媒後空燃比センサ４６によれば、ＮＯｘ触媒４０から流出する排気ガスの空燃比（第２の排気空燃比）を検出することができる。
【００２１】
吸気通路１８の吸気マニホールド１６の近傍には、外部ＥＧＲ通路５２の一端が接続されている。外部ＥＧＲ通路５２の他端は、排気通路３８の排気マニホールド３６近傍に接続されている。本システムでは、この外部ＥＧＲ通路５２を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路１８に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。
【００２２】
外部ＥＧＲ通路５２の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５４が設けられている。外部ＥＧＲ通路５２におけるＥＧＲクーラ５４の下流には、ＥＧＲ弁５６が設けられている。このＥＧＲ弁５６の開度を大きくするほど、外部ＥＧＲ通路５２を通る排気ガス量（すなわち、外部ＥＧＲ量もしくは外部ＥＧＲ率）を増大させることができる。
【００２３】
また、本実施の形態１のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ６、サプライポンプ８、吸気絞り弁２０、排気燃料添加弁４２、ＥＧＲ弁５６等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ５、アクセル開度センサ２１、エアフロメータ２６、触媒前空燃比センサ４４、触媒後空燃比センサ４６等が接続されている。
また、ＥＣＵ６０は、クランク角センサ５の出力に基づいて、機関回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ６０は、アクセル開度AA等に基づいて、機関負荷KLを算出する。また、ＥＣＵ６０は、この機関負荷KLに基づいて、インジェクタ６からの燃料噴射量Qを算出する。ＥＣＵ６０は、これらの機関回転数NEと燃料噴射量Qとに基づいて、ＮＯｘ触媒４０に供給されるＮＯｘ量を算出することができる（後述）。ＥＣＵ６０は、各センサからの信号に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼルエンジン１の運転状態を制御する。
【００２４】
［本実施の形態の特徴］
上記のように、本実施の形態によるシステムは、ＮＯｘ触媒４０を備えている。従来より、ＮＯｘ触媒の劣化検出方法が提案されている。例えば、既述した特許文献１には、ＮＯｘ触媒の上流と下流とに空燃比センサをそれぞれ設け、これらの空燃比センサの出力からリッチスパイク時間を求め、このリッチスパイク時間に基づいてＮＯｘ触媒の劣化を検出する方法が開示されている。この方法では、ＮＯｘ触媒の劣化によりリッチスパイク時間が短くなる特性が用いられている。求めたリッチスパイク時間を基準値と比較することで、ＮＯｘ触媒の劣化検出が行われている。
【００２５】
また、後述する図３に示すように、ＮＯｘ触媒４０へのＮＯｘ供給量（すなわち、ＮＯｘ吸蔵量）が所定の基準量である場合に、ＮＯｘ触媒４０に吸蔵されたＮＯｘを還元するために用いられた還元剤量を求めることができれば、該還元剤量に基づきＮＯｘ触媒４０の劣化判定を行うことができる。
【００２６】
図２は、ＮＯｘ触媒の上流及び下流の排気空燃比を用いた還元剤量の算出方法を示す図である。図２において、符号「A/Fin」を付した実線は、触媒前空燃比センサ４４の出力（すなわち、触媒前の第１排気空燃比）を表している。また、符号「A/Fout」を付した破線は、触媒後空燃比センサ４６の出力（すなわち、触媒後の第２排気空燃比）を表している。
【００２７】
ＮＯｘ触媒４０に所定量のＮＯｘが供給（吸蔵）されると、リッチスパイクが実施される。ここでは、排気燃料添加弁４２から燃料を添加することで、リッチスパイクを実施する場合について説明する。図２に示す時刻ｔ１において、排気燃料添加弁４２から排気ガス中に還元剤である燃料（ＨＣ）が添加されると、触媒前空燃比センサ４４の出力A/Finが変化する。時刻ｔ２において、触媒前空燃比センサ４４の出力A/Finは、理論空燃比A/Fstよりもリッチ側に変化する。排気燃料添加弁４２から添加された燃料は、ＮＯｘ触媒４０に吸蔵されたＮＯｘの還元・浄化に、すなわち、ＮＯｘ触媒４０の再生に用いられる。
【００２８】
燃料によりＮＯｘが還元されている間（例えば、時刻ｔ３）は、ＮＯｘ触媒４０から燃料がすり抜けてこない。このため、触媒後空燃比センサ４６の出力A/Foutは、理論空燃比A/Fstに維持される。その後、ＮＯｘ触媒４０に吸蔵されたＮＯｘが全て還元・浄化されると、ＮＯｘ還元に用いられなかった余剰の燃料が、ＮＯｘ触媒４０をすり抜けてくる。このため、時刻ｔ４において、触媒後空燃比センサ４６の出力A/Foutは理論空燃比A/Fstよりもリッチ側に変化する。この時刻ｔ４における触媒後空燃比センサ出力A/Foutの変化は、ＮＯｘ還元の終点、すなわち、ＮＯｘ触媒４０の再生処理の終点を意味する。
【００２９】
図２に示す時刻ｔ２から時刻ｔ４までの間にＮＯｘ触媒４０に供給された燃料が、ＮＯｘ触媒４０に吸蔵されたＮＯｘの還元に用いられたこととなる。すなわち、図２においてハッチングを付して示される部分に相当する燃料量が、ＮＯｘ還元に用いられた還元剤量である。よって、この還元剤量は、触媒前空燃比センサ４４の出力A/Finと触媒後空燃比センサ４６の出力A/Foutとに基づき算出することができる。
【００３０】
図３は、ＮＯｘ供給量と還元剤量との関係を示す図である。
図３において、符号「L1」を付した破線は、正常なＮＯｘ触媒（以下「正常触媒」という。）の特性を表している。また、符号「L2」を付した一点鎖線は、劣化したＮＯｘ触媒（以下「劣化触媒」という。）の特性を表している。また、図３の横軸は、内燃機関１からＮＯｘ触媒４０へのＮＯｘ供給量である。このＮＯｘ供給量は、内燃機関１の機関回転数NE及び燃料噴射量Qに対して相関を有している。よって、この相関が規定されたマップを参照して求められた値（単位時間当たりのＮＯｘ供給量）を積算することで、ＮＯｘ供給量を算出することができる。
【００３１】
図３に示すように、ＮＯｘ供給量が同じである場合、劣化触媒の還元剤量に比して、正常触媒の還元剤量が多くなる。これは、劣化触媒に吸蔵されるＮＯｘ量が少ないためである。しかし、車種等によりこれらの正常触媒及び劣化触媒の特性にはバラツキが生じる可能性がある。図３には、バラツキによる正常触媒の特性の下限を破線L1aで示し、バラツキによる劣化触媒の特性の上限を一点鎖線L2aで示している。これらのバラツキを含む特性L1a,L2aは、ＮＯｘ供給量が所定値Aの位置で交差している。よって、ＮＯｘ供給量が所定値A以下である状態でリッチスパイクを実施すると、正常であるＮＯｘ触媒を劣化していると誤検出してしまう事態が生じ得る。かかるバラツキによる誤検出を防止するには、すなわち、バラツキを考慮しても劣化判定を精度良く行うためには、ＮＯｘ供給量が所定値Aよりも多い状態でＮＯｘ触媒の劣化判定を行う必要があると考えられる。
【００３２】
しかし、図１に示すようなディーゼルエンジン１においては、リッチスパイク実施時のＮＯｘ供給量とＮＯｘ浄化率との間に、図４に示すような関係がある。図４は、ディーゼルエンジンにおけるリッチスパイク実施時のＮＯｘ供給量とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。ここで、ＮＯｘ供給量は、ＮＯｘ吸蔵率（若しくはＮＯｘ吸蔵量）に対して比例関係を有している。具体的には、ＮＯｘ供給量が多いほど、ＮＯｘ吸蔵率が高くなる。よって、図４は、ディーゼルエンジンにおけるリッチスパイク実施時のＮＯｘ吸蔵率とＮＯｘ浄化率との関係を示す図ということもできる。
【００３３】
図４に示すように、ＮＯｘ供給量が多いほど（つまり、ＮＯｘ吸蔵率が高いほど）、ＮＯｘ浄化率が低くなってしまう。近年、ＮＯｘ排出規制が厳しくなっており、高いＮＯｘ浄化率が求められている。このため、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出ではなく、通常のＮＯｘ触媒再生処理は、高いＮＯｘ浄化率を得るべく、ＮＯｘ供給量が所定値B以下である状態で実施されている。言い換えれば、この通常のＮＯｘ触媒再生処理は、ＮＯｘ吸蔵率が所定値（例えば、１５％）以下である状態で実施されている。
【００３４】
一方、上述したようにＮＯｘ触媒４０の劣化判定での誤検出を防止するためには、つまり、ばらつきを含めて劣化判定を精度良く行うためには、図３，４に示すように、ＮＯｘ供給量が所定値Aよりも多い状態で、リッチスパイクを実施する必要がある。言い換えれば、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵率が所定値（例えば、４０％）よりも高い状態で、リッチスパイクを実施する必要がある。ところが、ＮＯｘ供給量が多い状態でリッチスパイクを実施すると、上述したようにＮＯｘ浄化率が低くなってしまう。このため、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出時に、エミッション特性が悪化してしまう。
【００３５】
そこで、本実施の形態では、以下に説明するように、エミッション特性を悪化させることなく、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出を行う手法を提案する。
図５は、本実施の形態において、ＮＯｘ触媒の劣化検出方法を説明するための図である。図５に示すように、本実施の形態では、先ず、ＮＯｘ供給量が第１基準値NOx1である場合にリッチスパイクを実施して、図２に示す手法によりＮＯｘ還元に用いられた還元剤量Grd1(Grd1A,Grd1B)を算出する。さらに、ＮＯｘ供給量が第２基準値NOx2である場合にリッチスパイクを実施して、同じく図２に示す手法によりＮＯｘ還元に用いられた還元剤量Grd2(Grd2A,Grd2B)を算出する。このように、２つの異なるＮＯｘ供給量NOx1,NOx2でリッチスパイクをそれぞれ実施して、ＮＯｘ還元に用いられた還元剤量Grd1,Grd2をそれぞれ算出する。
【００３６】
ここで、ＮＯｘ触媒の劣化検出時における多い方のＮＯｘ供給量（第１基準値）NOx1は、通常のＮＯｘ触媒再生処理が実行されるＮＯｘ供給量と同じとする。つまり、第１基準値NOx1及び第２基準値NOx2は、ＮＯｘ浄化率との関係で通常のＮＯｘ再生処理が実行されるＮＯｘ供給量の領域に含まれる。換言すれば、これらの基準値NOx1,NOx2は、共に所定値B以下である。
【００３７】
そして、これらの複数の還元剤量Grd1,Grd2の差分である還元剤量差分ΔGrd(ΔGrdA,ΔGrdB)を算出する。この還元剤量差分ΔGrdは、ＮＯｘ触媒４０の劣化に伴って小さくなる。図５に示すように、劣化触媒の還元剤量差分ΔGrdBは、正常触媒の還元剤量差分ΔGrdAよりも小さくなっている。
【００３８】
そこで、本実施の形態では、この還元剤量差分ΔGrdに基づいてＮＯｘ触媒４０の劣化検出を行う。具体的には、例えば、図５に示すΔGrdBのように、還元剤量差分ΔGrdが基準値ΔGthよりも小さい場合には劣化触媒であると判断する。また、例えば、図５に示すΔgrdAのように、還元剤量差分ΔGrdが基準値ΔGth以上である場合には正常触媒であると判断する。
【００３９】
かかる手法によれば、ＮＯｘ供給量が少ない状態でリッチスパイクが実施される。よって、ＮＯｘ浄化率が高い状態で、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出を実行することができる。従って、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出時にエミッション特性の悪化を防止することができる。
【００４０】
また、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出時にリッチスパイクが実施される複数のＮＯｘ供給量NOx1,NOx2のうち、多い方のＮＯｘ供給量NOx1は、通常のＮＯｘ触媒再生処理が実行されるＮＯｘ供給量と同じにされる。これにより、通常のＮＯｘ触媒再生処理と、ＮＯｘ触媒劣化検出における還元剤量Grd1の算出とを兼ねることができる。すなわち、通常のＮＯ触媒再生処理と別個に、還元剤量Grd1算出用のリッチスパイクを実施する必要がなくなる。従って、排気燃料添加弁４２から添加されるトータルの還元剤量を低減することができる。これにより、エミッション特性を改善することができる。
【００４１】
また、第１基準値NOx1は、ＮＯｘ浄化率との関係で許容される最大のＮＯｘ供給量である所定値Bに近い方が好適であり、第２基準値NOx2は、ゼロに近い方が好適である。これにより、エミッション特性を悪化させることなく、還元剤量差分ΔGrdを大きくとることができるため、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出の精度をより向上させることができる。さらに、第２基準値NOx2をゼロに近くすることで、還元剤量Grd1を算出してから短時間で次のリッチスパイクを実施することができ、還元剤量Grd2を算出することができる。よって、還元剤量Grd2の算出に要する時間を短縮することができるため、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出を短時間で実行することができる。
【００４２】
［実施の形態における具体的処理］
図６は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図７は、図６のステップ１０６で実行される還元剤量差分ΔGrdの算出処理を示すフローチャートである。図６に示すルーチンは、所定間隔毎に起動される。
【００４３】
図６に示すルーチンによれば、先ず、触媒劣化判定要求が有るか否かを判別する（ステップ１００）。ここで、例えば、ＥＣＵ６０は、触媒暖機が完了した直後と、前回触媒劣化判定を実行してから所定距離もしくは所定時間走行後とにおいて、触媒劣化判定要求が有ると判別することができる。このステップ１００で触媒劣化判定要求が無いと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００４４】
上記ステップ１００で触媒劣化判定要求が有ると判別された場合には、触媒暖機後、かつ、定常運転中であるか否かを判別する（ステップ１０２）。このステップ１０２では、リッチスパイクを実施して還元剤量を精度良く算出できる条件であるか否かが判断される。このステップ１０２で触媒暖機前であると判別された場合や定常運転中でないと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００４５】
一方、上記ステップ１０２で触媒暖機後、かつ、定常運転中であると判別された場合には、還元剤量算出１回目フラグ（以下「１回目フラグ」と略する。）を“ＯＮ”にする（ステップ１０４）。この１回目フラグは、１回目の還元剤量算出時にＯＮにされ、２回目の還元剤量算出時にＯＦＦにされるフラグである。
【００４６】
次に、図７に示すルーチンを実行することで、還元剤量差分ΔGrdを算出する（ステップ１０６）。図７に示すルーチンによれば、先ず、１回目フラグがＯＮであるか否かを判別する（ステップ１２０）。このステップ１２０で１回目フラグがＯＮであると判別された場合には、目標ＮＯｘ供給量を第１基準値NOx1に設定する（ステップ１２２）。ここで、目標ＮＯｘ供給量は、リッチスパイクの実施が許可されるＮＯｘ供給量である。また、上述したように、第１基準値NOx1は、通常のＮＯｘ触媒再生処理が実行される場合のＮＯｘ供給量と同じである。
【００４７】
その後、ＮＯｘ供給量が上記ステップ１２２で設定された目標ＮＯｘ供給量よりも多いか否かを判別する（ステップ１２６）。ここで、ＥＣＵ６０は、本ルーチンとは別のルーチンにより、ＮＯｘ触媒４０へのＮＯｘ供給量を算出している。このＮＯｘ供給量は、機関回転数NE及び燃料噴射量Qに対して相関を有する。ＥＣＵ６０は、機関回転数NEと燃料噴射量Qとの関係で定められたマップを参照して、ＮＯｘ触媒４０への単位時間当たりのＮＯｘ供給量を逐次積算している。このステップ１２６では、前回リッチスパイク実施後にリセット（後述のステップ１３０）された後に積算されたＮＯｘ供給量が、リッチスパイクの実施が許可される目標ＮＯｘ供給量よりも多いか否かが判別される。このステップ１２６でＮＯｘ供給量が目標ＮＯｘ吸蔵量以下であると判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００４８】
上記ステップ１２６でＮＯｘ供給量が目標ＮＯｘ供給量よりも多いと判別された場合には、還元剤量算出用のリッチスパイクを実施する（ステップ１２８）。このリッチスパイク実施後、上記積算されているＮＯｘ供給量をリセットする（ステップ１３０）。その後、リッチスパイク実施時の触媒前後の排気空燃比A/Fin,A/Foutに基づいて、還元剤量Grdを算出する（ステップ１３２）。このステップ１３２では、図２に示す手法により、ＮＯｘ触媒４０に吸蔵されたＮＯｘの還元に用いられた還元剤量Grdが算出される。
【００４９】
次に、１回目フラグがＯＮであるか否かを再度判別する（ステップ１３４）。このステップ１３４では、上記ステップ１３２で算出された還元剤量Grdが１回目の算出によるものか、２回目の算出によるものかが判別される。このステップ１３４で１回目フラグがＯＮであると判別された場合には、上記ステップ１３２で算出された還元剤量Grdを１回目の還元剤量Grd1として設定する（ステップ１３６）。その後、１回目フラグをＯＦＦに設定し（ステップ１３８）、ステップ１２０の処理に戻る。
【００５０】
上記ステップ１３８で１回目フラグがＯＦＦに設定されているため、このステップ１２０では“ＮＯ”と判別される。そして、ステップ１２４において、目標ＮＯｘ供給量が第２基準値NOx2に設定される。その後、ＮＯｘ供給量が上記ステップ１２４で設定された目標ＮＯｘ供給量よりも多いか否かを判別する（ステップ１２６）。このステップ１２６では、１回目の還元剤量Grd1を算出するためのリッチスパイク実施後にリセット（ステップ１３０参照）されてから積算されているＮＯｘ供給量が、リッチスパイクの実施が許可される目標ＮＯｘ供給量よりも多いか否かが判別される。
【００５１】
このステップ１２６でＮＯｘ供給量が目標ＮＯｘ供給量よりも多いと判別されると、上記と同様にして、リッチスパイクを実施する（ステップ１２８）。その後、積算されているＮＯｘ供給量をリセットし（ステップ１３０）、還元剤量Grdを算出する（ステップ１３２）。１回目の還元剤量Grd1の算出後に１回目フラグはＯＦＦにされているため、上記ステップ１３２の後に実行されるステップ１３４では、“ＮＯ”と判別される。すなわち、上記ステップ１３２で算出された還元剤量Grdが２回目の算出によるものであると判別される。
【００５２】
次に、上記ステップ１３２で算出された還元剤量Grdを２回目の還元剤量Grd2として設定する（ステップ１４０）。そして、還元剤量差分ΔGrdを算出する（ステップ１４２）。この還元剤量差分ΔGrdは、上記ステップ１３６で設定された１回目還元剤量Grd1と上記ステップ１４０で設定された２回目還元剤量Grd2との差分である。
【００５３】
上記のように、図７に示すルーチンにより還元剤量差分ΔGrdを算出した後、図６のステップ１０８の処理に移行する。図６に示すルーチンのステップ１０８では、上記算出された還元剤量差分ΔGrdが基準値ΔGthよりも小さいか否かが判別される。この基準値Gthは、ＮＯｘ触媒の劣化を判定するための閾値である。このステップ１０８では、還元剤量差分ΔGrdに基づいて、ＮＯｘ触媒４０の劣化判定が行われる。
【００５４】
上記ステップ１０８で還元剤量差分ΔGrdが基準値ΔGthよりも小さいと判別された場合には、ＮＯｘ触媒４０が劣化していると判定される（ステップ１１０）。すなわち、ＮＯｘ触媒４０の劣化が検出される。この場合、図示しないインジケータを点灯させる等の手法により、車両運転者に対して触媒劣化を知らしめる。
【００５５】
一方、上記ステップ１０８で還元剤量差分ΔGrdが基準値ΔGth以上であると判別された場合には、ＮＯｘ触媒４０が正常であると判定される（ステップ１１２）。その後、本ルーチンを終了する。
【００５６】
以上説明したように、図６及び図７に示すルーチンによれば、異なる複数のＮＯｘ供給量NOx1,NOx2の場合にそれぞれリッチスパイクを実施することで、還元剤量Grd1,Grd2がそれぞれ算出される。ここで、多い方のＮＯｘ供給量NOx1は、通常ＮＯｘ触媒再生処理が実行されるＮＯｘ供給量と同じである。これら複数の還元剤量Grd1,Grd2の差分ΔGrdを算出し、この算出した差分ΔGrdが基準値ΔGthよりも小さい場合に、ＮＯｘ触媒４０が劣化していると判定される。ＮＯｘ供給量が少ない状態でリッチスパイクが実施される。よって、ＮＯｘ浄化率が高い状態で、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出を実行することができる。従って、エミッション特性を悪化させることなく、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出を行うことができる。
【００５７】
ところで、本実施の形態では、ＮＯｘ触媒４０の前後に空燃比センサ４４，４６を設け、それらの出力A/Fin,A/Foutに基づいて還元剤量Grdを算出しているが、これらの空燃比センサ４４，４６に代えて酸素センサを用いて還元剤量を算出するようにしてもよい。触媒下流の酸素センサの出力反転時をＮＯｘ還元の終点とすることができるため、同様に還元剤量を算出することができる。
さらに、これらのセンサによる出力に代えて、エンジン制御状態（例えば、機関回転数NEや機関負荷KL等）に基づいて第１及び第２の排気空燃比を推定し、これらの推定された第１及び第２の排気空燃比を用いて還元剤量Grdを求めるようにしてもよい。
【００５８】
また、本実施の形態では、還元剤量差分ΔGrd(=Grd1-Grd2)に基づいてＮＯｘ触媒４０の劣化検出を実行しているが、複数の還元剤量Grd1,Grd2の比率(=Grd1/Grd2)に基づいてＮＯｘ触媒４０の劣化検出を実行してもよい。この還元剤量の比率(Grd1/Grd2)は、ＮＯｘ触媒４０の劣化に伴って１に近づく。また、劣化触媒の該比率は、正常触媒の該比率よりも小さくなる。よって、この比率が基準値よりも小さい場合には劣化触媒であると判断し、基準値以上である場合には正常触媒であると判断することができる。この場合も、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
尚、本実施の形態においては、ＮＯｘ触媒４０が第１の発明における「ＮＯｘ触媒」に、空燃比センサ４４が第１の発明における「第１の排気空燃比取得手段」に、空燃比センサ４６が第１の発明における「第２の排気空燃比取得手段」に、排気燃料添加弁４２が第１の発明における「触媒再生手段」に、それぞれ相当する。また、本実施の形態においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１２８の処理を実行することにより第１の発明における「触媒再生手段」が、ステップ１３２の処理を実行することにより第１の発明における「還元剤量算出手段」が、ステップ１０６，１０８，１１２の処理を実行することにより第１の発明における「劣化検出手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態によるシステム構成を説明するための図である。
【図２】ＮＯｘ触媒の上流及び下流の排気空燃比を用いた還元剤量の算出方法を示す図である。
【図３】リッチスパイク実施時のＮＯｘ供給量と還元剤量との関係を示す図である。
【図４】ディーゼルエンジンのＮＯｘ供給量とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、ＮＯｘ触媒の劣化検出方法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図６のステップ１０６で実行される還元剤量差分ΔGrdの算出処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１    ディーゼルエンジン
５    クランク角センサ
２６  エアフロメータ
３８  排気通路
４０  ＮＯｘ触媒
４２  排気燃料添加弁
４４  触媒上流空燃比センサ
４６  触媒下流空燃比センサ
６０  ＥＣＵ
【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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