(57)【要約】【課題】酸化触媒の劣化診断時における燃費及び排気エミッションの悪化を抑制する。【解決手段】酸化触媒における炭化水素以外の特定成分の吸着能に関する指標値を計測し、この計測された指標値に基づき酸化触媒の劣化を判定する。特定成分は好ましくはＮＯｘである。好ましくは、酸化触媒に炭化水素を供給したときに酸化触媒から脱離されるＮＯｘの量を前記指標値として計測する。脱離に要する炭化水素量が少量で済むので、劣化診断時の燃費悪化や排気エミッション悪化を抑制することができる。【選択図】図２
2008240577.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、排気ガス中の炭化水素を酸化して浄化する酸化触媒と、
前記酸化触媒における炭化水素以外の特定成分の吸着能に関する指標値を計測するための計測手段と、
前記計測手段によって計測された前記指標値に基づき、前記酸化触媒の劣化を判定する劣化判定手段と
を備えたことを特徴とする酸化触媒の劣化診断装置。
【請求項２】
前記計測手段が、前記酸化触媒に炭化水素を供給する供給手段と、その炭化水素の供給によって前記酸化触媒から脱離された前記特定成分の量を前記指標値として計測する脱離成分計測手段とを有する
ことを特徴とする請求項１記載の酸化触媒の劣化診断装置。
【請求項３】
前記脱離成分計測手段が、前記酸化触媒に流入する排気ガス中の前記特定成分の濃度を検出又は推定する触媒前濃度検出手段と、前記酸化触媒から流出する排気ガス中の前記特定成分の濃度を検出する触媒後濃度検出手段と、これら濃度差を少なくとも前記炭化水素供給開始後に所定時間積算し、その最終積算値を前記特定成分の量として算出する積算手段とを有する
ことを特徴とする請求項２記載の酸化触媒の劣化診断装置。
【請求項４】
前記劣化判定手段が、前記指標値を所定の劣化判定値と比較して前記酸化触媒の劣化を判定する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の酸化触媒の劣化診断装置。
【請求項５】
前記酸化触媒が、ゼオライトを含むコート材を有する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の酸化触媒の劣化診断装置。
【請求項６】
前記特定成分がＮＯｘである
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の酸化触媒の劣化診断装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中の炭化水素を酸化して浄化する酸化触媒の劣化診断方法であって、
前記酸化触媒における炭化水素以外の特定成分の吸着能に関する指標値を計測するステップと、
この計測された前記指標値に基づき、前記酸化触媒の劣化を判定するステップと
を備えたことを特徴とする酸化触媒の劣化診断方法。
【請求項８】
前記指標値を計測するステップが、前記酸化触媒に炭化水素を供給するステップと、その炭化水素の供給によって前記酸化触媒から脱離された前記特定成分の量を前記指標値として計測するステップとを含む
ことを特徴とする請求項７記載の酸化触媒の劣化診断方法。
【請求項９】
前記特定成分の量を計測するステップが、前記酸化触媒に流入する排気ガス中の前記特定成分の濃度を検出又は推定するステップと、前記酸化触媒から流出する排気ガス中の前記特定成分の濃度を検出するステップと、これら濃度差を少なくとも前記炭化水素供給開始後に所定時間積算し、その最終積算値を前記特定成分の量として算出するステップとを含む
ことを特徴とする請求項８記載の酸化触媒の劣化診断方法。
【請求項１０】
前記酸化触媒の劣化を判定するステップが、前記指標値を所定の劣化判定値と比較して前記酸化触媒の劣化を判定することを含む
ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の酸化触媒の劣化診断方法。
【請求項１１】
前記酸化触媒が、ゼオライトを含むコート材を有する
ことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の酸化触媒の劣化診断方法。
【請求項１２】
前記特定成分がＮＯｘである
ことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の酸化触媒の劣化診断方法。
【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設けられた酸化触媒の劣化診断のための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気系に配置される排気浄化装置として、排気ガスに含まれる炭化水素即ちＨＣを酸化して浄化するための酸化触媒が知られている。一方、酸化触媒が劣化すると、ＨＣ浄化能が悪化し、正常時よりも多くのＨＣが大気に排出されてしまうことから、これを防止すべく、酸化触媒の劣化を診断することが行われている。特に自動車に搭載されたエンジンの場合、車載状態（オンボード）での触媒劣化診断を実施する要請がある。
【０００３】
例えば特許文献１には、エンジンの膨張行程又は排気行程に後噴射を実行して排気ガス中のＨＣ量を増量し、このときの触媒の温度上昇度合いによって触媒を診断する装置が開示されている。即ち、触媒が正常であるほどＨＣ増量によって多くの反応熱が発生し、触媒の温度が上昇するので、この温度上昇度合いを見ることによって触媒の劣化を診断することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２６３０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の装置には次のような問題がある。即ち、劣化度の大きい触媒ではＨＣが反応しづらく、ＨＣを増量したときの反応熱が少なく、温度上昇が少ない。これに対して劣化診断のため多くの温度上昇を得ようとした場合、必然的にＨＣを多く長く増量しなければならない。すると、燃費が悪化するほか、未反応で触媒をすり抜けるＨＣも多くなり、排気エミッションが悪化する。
【０００６】
そこで、本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、酸化触媒の劣化診断時における燃費悪化や排気エミッション悪化を抑制することができる酸化触媒の劣化診断装置及び劣化診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の形態によれば、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中の炭化水素を酸化して浄化する酸化触媒と、
前記酸化触媒における炭化水素以外の特定成分の吸着能に関する指標値を計測するための計測手段と、
前記計測手段によって計測された前記指標値に基づき、前記酸化触媒の劣化を判定する劣化判定手段と
を備えたことを特徴とする酸化触媒の劣化診断装置が提供される。
【０００８】
酸化触媒は、本来的に排気ガス中の炭化水素を酸化して浄化するものであるが、酸化触媒の中には、本来浄化目的としない排気ガス中の特定成分を吸着する能力を有するものがある。そして、このような酸化触媒が劣化すると、炭化水素の浄化能が低下すると同時に、特定成分の吸着能も低下する。つまり酸化触媒の劣化度と特定成分吸着能とは相関関係にある。本発明の第１の形態はこの点に着目したもので、その特定成分吸着能に関する指標値を計測し、この計測された指標値に基づき酸化触媒の劣化を判定する。
【０００９】
本発明の第２の形態は、前記第１の形態において、
前記計測手段が、前記酸化触媒に炭化水素を供給する供給手段と、その炭化水素の供給によって前記酸化触媒から脱離された前記特定成分の量を前記指標値として計測する脱離成分計測手段とを有する
ことを特徴とする。
【００１０】
酸化触媒に吸着された特定成分は、酸化触媒に炭化水素を供給することで酸化触媒から脱離する。よってこの特定成分の脱離量を計測することで、酸化触媒における特定成分吸着能を検出し、酸化触媒の劣化を判定することができる。脱離に要する炭化水素供給量が比較的少量で済むので、劣化診断時の燃費悪化や排気エミッション悪化を抑制することが可能である。
【００１１】
本発明の第３の形態は、前記第２の形態において、
前記脱離成分計測手段が、前記酸化触媒に流入する排気ガス中の前記特定成分の濃度を検出又は推定する触媒前濃度検出手段と、前記酸化触媒から流出する排気ガス中の前記特定成分の濃度を検出する触媒後濃度検出手段と、これら濃度差を少なくとも前記炭化水素供給開始後に所定時間積算し、その最終積算値を前記特定成分の量として算出する積算手段とを有する
ことを特徴とする。
【００１２】
酸化触媒に炭化水素が供給されると、触媒反応によって発生した熱によって酸化触媒に吸着されていた特定成分が脱離されて酸化触媒の下流側に排出され、触媒後の特定成分濃度が触媒前の特定成分濃度よりも一時的に増大する。そしてこれら濃度差を所定時間積算して得られる最終積算値は、酸化触媒から脱離した特定成分の量を表す。この脱離量は、新品の触媒で最も多く、触媒の劣化が進むほど減少する。これは触媒に吸着される特定成分の量が新品の触媒で最も多く、触媒の劣化が進むほど減少することに対応している。このように濃度差の最終積算値は酸化触媒の劣化度と相関関係にあるので、濃度差の最終積算値を算出することで酸化触媒の劣化を好適に診断することができる。
【００１３】
本発明の第４の形態は、前記第１乃至第３のいずれかの形態において、
前記劣化判定手段が、前記指標値を所定の劣化判定値と比較して前記酸化触媒の劣化を判定する
ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第５の形態は、前記第１乃至第４のいずれかの形態において、
前記酸化触媒が、ゼオライトを含むコート材を有する
ことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第６の形態は、前記第１乃至第５のいずれかの形態において、
前記特定成分がＮＯｘである
ことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第７の形態によれば、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中の炭化水素を酸化して浄化する酸化触媒の劣化診断方法であって、
前記酸化触媒における炭化水素以外の特定成分の吸着能に関する指標値を計測するステップと、
この計測された前記指標値に基づき、前記酸化触媒の劣化を判定するステップと
を備えたことを特徴とする酸化触媒の劣化診断方法が提供される。
【００１７】
本発明の第８の形態は、前記第７の形態において、
前記指標値を計測するステップが、前記酸化触媒に炭化水素を供給するステップと、その炭化水素の供給によって前記酸化触媒から脱離された前記特定成分の量を前記指標値として計測するステップとを含む
ことを特徴とする。
【００１８】
本発明の第９の形態は、前記第８の形態において、
前記特定成分の量を計測するステップが、前記酸化触媒に流入する排気ガス中の前記特定成分の濃度を検出又は推定するステップと、前記酸化触媒から流出する排気ガス中の前記特定成分の濃度を検出するステップと、これら濃度差を少なくとも前記炭化水素供給開始後に所定時間積算し、その最終積算値を前記特定成分の量として算出するステップとを含む
ことを特徴とする。
【００１９】
本発明の第１０の形態は、前記第７乃至第９のいずれかの形態において、
前記酸化触媒の劣化を判定するステップが、前記指標値を所定の劣化判定値と比較して前記酸化触媒の劣化を判定することを含む
ことを特徴とする。
【００２０】
本発明の第１１の形態は、前記第７乃至第１０のいずれかの形態において、
前記酸化触媒が、ゼオライトを含むコート材を有する
ことを特徴とする。
【００２１】
本発明の第１２の形態は、前記第７乃至第１１のいずれかの形態において、
前記特定成分がＮＯｘである
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、酸化触媒の劣化診断時における燃費悪化や排気エミッション悪化を抑制することができるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の概略的なシステム図である。図中、１０は、自動車用の圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンであり、１１は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、１２は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、１３は燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ１７に供給された燃料が、高圧ポンプ１７によりコモンレール１８に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール１８内の高圧燃料がインジェクタ（燃料噴射弁）１４から燃焼室１３内に直接噴射供給される。エンジン１０からの排気ガスは、排気マニフォルド１２からターボチャージャ１９を経た後にその下流の排気通路１５に流され、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。またＥＧＲ装置などの他の排気浄化デバイスを含むことも任意である。
【００２５】
他方、エアクリーナ２０から吸気通路２１内に導入された吸入空気は、エアフローメータ２２、ターボチャージャ１９、インタークーラ２３、スロットルバルブ２４を順に通過して吸気マニフォルド１１に至る。エアフローメータ２２は吸入空気量を検出するためのセンサであり、具体的には吸入空気の流量に応じた信号を出力する。スロットルバルブ２４には電子制御式のものが採用されている。
【００２６】
排気通路１５には、上流側から順に、排気ガス中の未燃成分である炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）（特に炭化水素）を酸化して浄化する酸化触媒３０と、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化するＮＯｘ触媒３４とが直列に設けられている。本実施形態のＮＯｘ触媒３４は選択還元型ＮＯｘ触媒であり、触媒温度（床温）が活性温度域にあり、且つ還元剤が添加されたときに、ＮＯｘを連続的に還元し得る。なお、ＮＯｘ触媒として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を用いてもよい。排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集して燃焼除去するＤＰＲ（Diesel Particulate Reduction）触媒等が追加して設けられてもよい。
【００２７】
酸化触媒３０とＮＯｘ触媒３４との間の排気通路１５に、ＮＯｘ触媒３４に還元剤としての尿素を添加するための尿素添加弁４０が設けられている。尿素は尿素水溶液の形で使用され、尿素添加弁４０から下流側のＮＯｘ触媒３４に向かって排気通路１５内に噴射供給される。尿素添加弁４０には、これに尿素水溶液を供給するための供給装置４２が接続され、供給装置４２には尿素水溶液を貯留するタンク４４が接続される。
【００２８】
エンジン全体の制御を司る制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）１００が設けられる。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ１００は、各種センサ類の検出値等に基づいて、所望のエンジン制御が実行されるように、インジェクタ１４、高圧ポンプ１７、スロットルバルブ２４等を制御する。またＥＣＵ１００は、尿素添加量を制御すべく、尿素添加弁４０及び供給装置４２を制御する。ＥＣＵ１００に接続されるセンサ類としては、前述のエアフローメータ２２の他、エンジン１０のクランク角を検出するクランク角センサ２６、及びアクセル開度を検出するアクセル開度センサ２７が含まれる。ＥＣＵ１００はクランク角センサ２６の出力に基づきエンジン１０の回転速度を算出する。
【００２９】
また、ＥＣＵ１００に接続されるセンサ類として次のようなものもある。即ち、酸化触媒３０とＮＯｘ触媒３４との間に触媒間排気温センサ５２が設けられ、ＮＯｘ触媒３４の下流側に触媒後排気温センサ５４が設けられる。また酸化触媒３０の上流側に触媒前ＮＯｘセンサ６２が設けられ、酸化触媒３０とＮＯｘ触媒３４との間に触媒間ＮＯｘセンサ６４が設けられ、ＮＯｘ触媒３４の下流側に触媒後ＮＯｘセンサ６６が設けられる。排気温センサ５２，５４はそれら設置位置における排気ガスの温度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力し、ＮＯｘセンサ６２，６４，６６はそれら設置位置における排気ガスのＮＯｘ濃度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。なお、最上流側の触媒前ＮＯｘセンサ６２を省略し、その代わりに、エンジン１０から排出され酸化触媒３０に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度をエンジン運転状態に基づいて推定してもよい。例えば、エンジン回転速度及びアクセル開度とＮＯｘ濃度との関係をマップ又は関数の形式で予めＥＣＵ１００に記憶しておき、それらエンジン回転速度及びアクセル開度の実際の検出値からＥＣＵ１００によりＮＯｘ濃度を推定することが可能である。
【００３０】
さらに、酸化触媒３０の上流側に燃料添加弁７０が設けられ、酸化触媒３０に対して燃料、特に燃料中のＨＣが添加されるようになっている。燃料添加弁７０はＥＣＵ１００により制御される。
【００３１】
酸化触媒３０は、排気ガス中のＨＣ，ＣＯといった未燃成分を酸素（Ｏ2）と反応させて浄化する触媒であり、コージェライト等からなる担体の表面にコート材を形成し、このコート材に活性点をなすＰｔ等の貴金属微粒子を多数分散配置させて構成されている。特にコート材は、ＨＣ以外の特定成分の吸着能を有する材料を含み、本実施形態ではその材料はゼオライトであり、ＨＣ以外の特定成分はＮＯｘである。本実施形態のようなディーゼルエンジンではガソリンエンジンに比べて排気温が低く、下流側のＮＯｘ触媒３４を活性温度に維持しにくい。しかしながら、上流側の酸化触媒３０で酸化反応が生じると、その反応熱で排気ガスが熱せられ、この熱せられた排気ガスをＮＯｘ触媒３４に送ってＮＯｘ触媒３４を加熱することができる。よって、上流側の酸化触媒３０は、下流側のＮＯｘ触媒３４の活性化を補助する役割も担う。ディーゼルエンジンでは排気ガスが基本的に理論空燃比よりも著しくリーン（Ａ／Ｆ＝２０〜２７程度）であり、排気ガス中のＨＣ濃度は低く、ＮＯｘ濃度は高い。よって、エンジンから排出されたＨＣのみでは酸化触媒３０で多くの熱を発生できない可能性もある。そこで発熱量を増加したい場合等、必要に応じて燃料添加弁７０から燃料が添加され、この燃料中のＨＣを酸化触媒３０で反応させて発熱量を増加し、排気ガスを加熱し、ＮＯｘ触媒３４の活性を助けるようにしている。
【００３２】
このように、酸化触媒３０での発熱を主目的としてＨＣを酸化触媒３０に供給すること、即ち、酸化触媒３０に流入する排気ガスに含まれるＨＣ量を増量することを、以下、リッチスパイクと称する。このリッチスパイクのやり方は、本実施形態のような燃料添加弁７０から燃料を別途添加するやり方の他に、インジェクタ１４から燃焼室１３に膨張行程後期又は排気行程で燃料を噴射する後噴射を行う方法等が可能である。リッチスパイクによって排気ガスの空燃比は通常理論空燃比若しくはそれよりリッチ側となるが、必ずしもそうでなくてもよく、理論空燃比よりリーン側の空燃比を保ちつつ空燃比自体をリッチ側に変化させることも可能である。
【００３３】
酸化触媒３０及びＮＯｘ触媒３４の温度（床温）は、各触媒に埋設した温度センサにより直接検出することもできるが、本実施形態ではそれを推定することとしている。具体的には、ＥＣＵ１００が、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度及びアクセル開度）に基づいて酸化触媒３０の温度を推定する。また、ＥＣＵ１００が、触媒間排気温センサ５２及び触媒後排気温センサ５４によりそれぞれ検出された排気温に基づき、ＮＯｘ触媒３４の温度を推定する。なお、触媒温度の推定方法は他にも様々な方法が可能である。
【００３４】
そして、酸化触媒３０の推定触媒温度が所定の活性温度域（例えば２５０℃以上）にあるときのみリッチスパイクが実行される。活性温度域にないときにリッチスパイクが実行されると添加ＨＣが未浄化のまま排出されてしまうからである。このリッチスパイクは典型的にはＮＯｘ触媒３４の推定触媒温度が所定の活性温度域（例えば２００〜６００℃）より低いときに実行される。リッチスパイクにより排気ガスを加熱し、ＮＯｘ触媒３４の温度を活性温度域に到達させるためである。こうしてＮＯｘ触媒３４の温度が活性温度域に維持され、尿素の供給によりＮＯｘを連続的に還元浄化することができる。
【００３５】
ＮＯｘ触媒３４に添加する尿素量を過不足のない適正量に保つため、ＮＯｘ触媒３４に対する尿素添加量がＥＣＵ１００によりフィードバック制御される。具体的には、触媒間ＮＯｘセンサ６４で検出されたＮＯｘ濃度に基づいて基本尿素添加量が決定され、触媒後ＮＯｘセンサ６６で検出されたＮＯｘ濃度により尿素添加量がフィードバック補正される。ＮＯｘ触媒３４が尿素添加時のみＮＯｘを還元可能なので、通常、尿素は常時添加される。また、過剰に尿素を添加するとアンモニアが下流側に排出されてしまい（所謂ＮＨ3スリップ）、異臭等の原因となるので、尿素添加量は必要最小限の量に止められる。
【００３６】
次に、酸化触媒３０の劣化診断について説明する。
【００３７】
前述した特許文献１記載の装置のように、触媒に対するＨＣ増量によって触媒の温度を上昇させ、この温度上昇度合いによって触媒の劣化を診断する方法だと、劣化度の大きい触媒について劣化診断を行うときに多くのＨＣを供給しなければならず、燃費及び排気エミッションが悪化するという問題がある。即ち、劣化度の大きい触媒ではＨＣが反応しづらく、従ってＨＣを供給したときの反応熱も少なく、温度上昇が少ない。これに対して劣化診断のため一定以上の温度上昇を得ようとした場合、必然的にＨＣを多く長く供給しなければならない。すると、燃費が悪化するほか、未反応で触媒をすり抜けるＨＣも多くなり、排気エミッションが悪化する。本発明者らの研究結果によると、４０秒程度の長時間に亘り約２００００ｍｍ3（＝２０ｃｃ）という総量の燃料を供給しないと良好な診断結果が得られなかった。
【００３８】
劣化度の小さい触媒と大きい触媒との間で上昇温度の違いを明確に出すためには、触媒の活性開始直後の低温域（２００〜２５０℃程度）で診断を行うのが有利である。なぜなら、そのような低温域では、劣化度の小さい触媒の方が大きい触媒よりも温度上昇に対する浄化率の立ち上がりが急であり、ＨＣ供給時の温度上昇に明確な差が見られるからである。また、高温域だとたとえ劣化度の大きい触媒であっても活性が比較的良好で、劣化度の小さい触媒と大きい触媒とで上昇温度の違いがはっきりと出なくなるからである。
【００３９】
しかし、そのような低温域では劣化度の大きい触媒において特に活性が悪く、長時間ＨＣの供給を行わなければならない。このため前述のような燃費及び排気エミッションの悪化が生じる。また、加速時の燃料増量に起因する温度上昇と区別するため、診断はエンジンの定常運転時に行う必要がある。しかし、実際のエンジン運転時に定常運転状態が長時間続くことは希であり、診断機会を確保しづらいという問題もある。さらに、温度上昇に差が見られる触媒温度の範囲が比較的狭いので、このことも診断機会を確保しづらくする原因となる。
【００４０】
そこで、本実施形態の触媒劣化診断においては、酸化触媒３０におけるＨＣ以外の特定成分の吸着能に着目して診断を行うようにしている。即ち、酸化触媒３０が本来浄化を目的としない成分に着目して酸化触媒３０の劣化診断を行うようにしている。
【００４１】
前述したように、本実施形態の酸化触媒３０は、そのコート材に、ＮＯｘ吸着能を有するゼオライトを含む。よって特定成分としてＮＯｘを用い、このＮＯｘ吸着能の変化を見て酸化触媒３０の劣化を判断する。なお、吸着の原理については、ゼオライトが分子オーダーの寸法を有する細孔を含むので、この細孔内にＮＯｘ分子を主に物理的に吸着しているものと考えられる。従って、このような吸着が見られる成分であれば、ＮＯｘ以外の成分も吸着対象として採用できる可能性がある。
【００４２】
酸化触媒３０が経時的に劣化（主に熱劣化）すると、活性点をなす貴金属微粒子が焼結状態となってＨＣ浄化能が低下するが、これと同時に、ゼオライトのＮＯｘ吸着能も低下する。つまり、酸化触媒３０の劣化度とＮＯｘ吸着能とは相関関係にある。よって、酸化触媒３０のＮＯｘ吸着能に関する指標値が計測されると共に、この計測された指標値が所定の劣化判定値と比較されて、触媒が正常か劣化かが判定される。
【００４３】
酸化触媒３０は、通常のエンジン運転時にＮＯｘを徐々に吸着していく。そしてこの吸着ＮＯｘは、燃料添加弁７０による燃料の添加即ちリッチスパイクが実行されたときに脱離される。リッチスパイクにより酸化触媒３０においてＨＣの酸化反応が生じ、この反応熱で触媒温度が上昇し、吸着ＮＯｘが脱離されるという原理である。この脱離ＮＯｘ量が、酸化触媒３０のＮＯｘ吸着能に関する指標値をなす。ところで本発明者らの研究結果によれば、約１秒という短時間のリッチスパイクによって吸着ＮＯｘが脱離される。これは前記従来技術よりも遙かに短い時間であり、且つ少ないＨＣ量である。よって燃費及び排気エミッションの悪化が最小限に抑制される。そして、結果的に診断時間が短縮されることに加え、診断可能な触媒の温度域も広く（例えば２５０℃以上）、比較的高温でも診断可能なので、診断機会もより多く確保できるようになる。添加したＨＣが触媒で反応し且つ吸着ＮＯｘが脱離するような触媒温度であれば、基本的に高温域であっても診断が可能である。
【００４４】
図２にはリッチスパイクが実行されたときのＮＯｘ濃度の変化を示している。（Ａ）にはリッチスパイクフラグのオンオフ状態を示し、リッチスパイクフラグがオンのとき燃料添加弁７０が開とされて所定量の燃料を添加するリッチスパイクが実行され、リッチスパイクフラグがオフのとき燃料添加弁７０が閉とされてリッチスパイクが停止される。（Ｂ）において、実線ａは、正常触媒の場合において触媒間ＮＯｘセンサ６４によって検出された酸化触媒後のＮＯｘ（流出ＮＯｘという）の濃度Ｃｒを示し、一点鎖線ｂは、劣化触媒の場合において触媒間ＮＯｘセンサ６４によって検出された流出ＮＯｘの濃度Ｃｒを示し、破線ｃは、ベース値としての、触媒前ＮＯｘセンサ６４によって検出された酸化触媒前のＮＯｘ（流入ＮＯｘという）の濃度Ｃｆを示す。
【００４５】
実線ａに見られるように、リッチスパイクが実行されると、酸化触媒３０に吸着されていたＮＯｘが脱離されて酸化触媒３０の下流側に排出され、流出ＮＯｘ濃度Ｃｒが一時的に増大する。正常触媒の場合だと、実線ａに見られるように、流出ＮＯｘ濃度Ｃｒは脱離ＮＯｘ分だけ流入ＮＯｘ濃度Ｃｆよりも増大する。しかし、酸化触媒３０の劣化度が大きくなるほど、吸着ＮＯｘ量が減少し、脱離ＮＯｘ量が減少することから、流出ＮＯｘ濃度Ｃｒが減少していく。劣化触媒の場合だと、一点鎖線ｂに見られるように、流出ＮＯｘ濃度Ｃｒは流入ＮＯｘ濃度Ｃｆよりも減少してしまう。その理由は、リッチスパイクにより酸化触媒３０内で局所リッチが発生し、極少量或いは皆無の脱離ＮＯｘに加え、元々排気ガスに含まれているＮＯｘまでもが、貴金属を介してＨＣと反応し、還元されるからである。
【００４６】
流出ＮＯｘ濃度Ｃｒから流入ＮＯｘ濃度Ｃｆを減じて得られる濃度差ΔＣ（＝Ｃｒ−Ｃｆ）は、酸化触媒３０から脱離されたＮＯｘの瞬間的な量、即ち瞬間脱離ＮＯｘ量を表しているといえる。そして、この濃度差ΔＣを、少なくともリッチスパイク開始後に所定時間積算して得られる最終積算値Ｓが、酸化触媒３０から脱離したＮＯｘの総量、即ち脱離ＮＯｘ量を表しているといえる。最終積算値Ｓは図２（Ｂ）のハッチング領域の面積に相当し、酸化触媒３０に吸着していたＮＯｘ量に相関する。よって最終積算値Ｓを所定の劣化判定値Ｊと比較することで、酸化触媒３０が劣化しているか否かを好適に判断することができる。なお、流出ＮＯｘ濃度Ｃｒの検出に、ＮＯｘ触媒３４への尿素添加量制御に使用する触媒間ＮＯｘセンサ６４を共用できるので、コスト的にも大変有利である。
【００４７】
上記の傾向を描いたのが図３に示すグラフである。横軸にはＨＣ浄化能が取ってあり、１００％のＨＣ浄化能が新品の酸化触媒３０に相当し、０％のＨＣ浄化能がＨＣ浄化能の全く無い完全劣化の酸化触媒３０に相当する。つまり、酸化触媒３０の劣化が進むほど横軸の値は右から左へと移動する。縦軸には最終積算値Ｓが取ってある。図示するように、触媒新品時の最終積算値Ｓは最も大きな正の値を示すが、酸化触媒３０の劣化が進むにつれ最終積算値Ｓは減少し、ある触媒劣化度において最終積算値Ｓは負の値に転ずる。さらに酸化触媒３０の劣化が進むと、最終積算値Ｓは負の極値に至り、その後増大して最終的にゼロになる。最終積算値Ｓが最終的にゼロになる理由は、完全劣化の触媒では活性点としての貴金属が完全に機能しなくなり、触媒があたかも貴金属の無いダミー触媒のようになるので、流入排気ガス中のＮＯｘが供給ＨＣと反応せず、そのまま触媒を素通りして触媒下流側に排出されるからである。つまり、流出ＮＯｘ濃度Ｃｒが流入ＮＯｘ濃度Ｃｆと等しくなり、その差ΔＣがゼロであるので、その積算値もゼロとなる。
【００４８】
こうして、かかる最終積算値Ｓについて、正常と劣化の境目を規定する劣化判定値Ｊを予め定めておき、実際に得られた最終積算値Ｓを劣化判定値Ｊと比較することで、酸化触媒３０が正常か劣化かを判定することができる。例えば、劣化判定値Ｊをゼロに設定し、実際に得られた最終積算値Ｓがゼロより大きいときには触媒正常、ゼロ以下のときには触媒劣化というように判定することが可能である。
【００４９】
次に、上述の劣化診断を実行するためにＥＣＵ１００によってなされる処理を図４を参照しつつ説明する。最初のステップＳ１０１では、所定の検出条件が成立したか否かが判断される。具体的には、１）推定触媒温度が、酸化触媒３０が十分活性するような所定温度（例えば２５０℃）以上となっており、且つ、２）酸化触媒３０にＮＯｘが飽和状態（満杯）まで吸着されたときに、検出条件成立となる。２）に関しては、触媒前ＮＯｘセンサ６２によって検出された流入ＮＯｘ濃度Ｃｆが所定の演算周期毎に順次積算され、この積算値が、新品の酸化触媒３０に満杯までＮＯｘが吸着されるような所定値に達したときに、条件成立となる。新品より劣化した酸化触媒ではＮＯｘ吸着能が新品より劣っており、積算値が所定値に達したときには過剰のＮＯｘが酸化触媒に供給されていることになるが、それでも、こうすることによって酸化触媒の吸着ＮＯｘ満杯状態が保証されることになる。
【００５０】
なお、エンジンが定常運転状態にあることを検出条件に含めてもよい。しかしながら、本実施形態の劣化診断では加速時に燃料が増量されても吸着ＮＯｘの脱離までには至らないと予想されるので、加速等の過渡運転時にも診断が可能であると思われる。
【００５１】
所定の検出条件が成立していなければ成立するまでステップＳ１０１が繰り返し実行される。そして所定の検出条件が成立したならば、ステップＳ１０２においてリッチスパイクが実行される。ここでは前述したように、約１秒という短時間だけ燃料添加弁７０が開弁され、所定量の燃料が酸化触媒３０に対して添加される。このリッチスパイクによって酸化触媒３０に吸着されていたＮＯｘが脱離される。
【００５２】
次に、ステップＳ１０３では、リッチスパイク開始時から所定時間Δｔ（図２参照）の間、流出ＮＯｘ濃度Ｃｒと流入ＮＯｘ濃度Ｃｆとの差ΔＣ（＝Ｃｒ−Ｃｆ）が所定の演算周期毎に積算され、その最終値である最終積算値Ｓ（＝ΣΔＣ）が算出される。所定時間Δｔは、リッチスパイクによるＮＯｘの脱離が完了するような時間として予め設定されており、例えば２５秒である。
【００５３】
この後、ステップＳ１０４にて、最終積算値Ｓが所定の劣化判定値Ｊと比較される。最終積算値Ｓが劣化判定値Ｊより大きいときにはステップＳ１０５で酸化触媒３０が正常と判定される。他方、最終積算値Ｓが劣化判定値Ｊ以下のときにはステップＳ１０６で酸化触媒３０が劣化と判定される。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば、前記実施形態における流出ＮＯｘ濃度Ｃｒと流入ＮＯｘ濃度Ｃｆとの濃度差ΔＣの代わりに、当該濃度差ΔＣと排気ガス量との積を用いることもできる。この場合、排気ガス量を検出又は推定する手段が設けられる。例えば、排気通路に設けたセンサで排気ガス量を直接検出することもできるし、エアフローメータ２２で検出された吸入空気量を排気ガス量に等しいとみなして排気ガス量を推定することもできる。同様に、ステップＳ１０１の条件２）に関して、流入ＮＯｘ濃度Ｃｆの代わりに、当該流入ＮＯｘ濃度Ｃｆと排気ガス量との積を用いることもできる。本発明は圧縮着火式内燃機関以外の内燃機関にも適用可能であり、例えば火花点火式内燃機関、特に直噴リーンバーンガソリンエンジンにも適用可能である。
【００５５】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の概略的なシステム図である。
【図２】リッチスパイクが実行されたときのＮＯｘ濃度の変化を示すタイムチャートである。
【図３】酸化触媒のＨＣ浄化能とＮＯｘ濃度差の最終積算値との関係を示すグラフである。
【図４】劣化診断処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５７】
１０  エンジン
１５  排気通路
３０  酸化触媒
６２  触媒前ＮＯｘセンサ
６４  触媒間ＮＯｘセンサ
７０  燃料添加弁
１００  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｃｆ  流入ＮＯｘ濃度
Ｃｒ  流出ＮＯｘ濃度
ΔＣ  濃度差
Ｓ  濃度差の最終積算値
Ｊ  劣化判定値
Δｔ  所定時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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