(57)【要約】【課題】吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定を速やかに且つ正確に行なう。【解決手段】触媒へ還元剤を供給する供給装置と、触媒よりも下流の排気中のＮＯxを検出するＮＯxセンサと、ＥＧＲ装置と、ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量が所定量以下のときであって還元剤の供給が行われていないときに、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの供給を停止させた場合のＮＯxセンサによる検出値に基づいて触媒が劣化しているか否か判定する判定装置と、を備える。【選択図】図１０
2012233419.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てＮＯxを吸蔵し、吸蔵していたＮＯxを還元剤の供給により還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化を判定する触媒劣化判定システムにおいて、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給する供給装置と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流の排気中のＮＯxを検出するＮＯxセンサと、
前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通し、排気通路を流通する排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ供給するＥＧＲ装置と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量が所定量以下のときであって前記供給装置による還元剤の供給が行われていないときに、前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの供給を停止させた場合の前記ＮＯxセンサによる検出値に基づいて前記吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化しているか否か判定する判定装置と、
を備える触媒劣化判定システム。
【請求項２】
前記判定装置は、前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの供給を停止させてから、前記ＮＯxセンサの検出値が増加するまでの時間が閾値未満のときに、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していると判定する請求項１に記載の触媒劣化判定システム。
【請求項３】
前記判定装置は、前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの供給が停止しているときの前記ＮＯxセンサの検出値の最大値が閾値よりも大きいときに、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していると判定する請求項１または２に記載の触媒劣化判定システム。
【請求項４】
前記判定装置は、前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの供給が停止しているときの前記ＮＯxセンサの検出値の積算値が閾値よりも大きいときに、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していると判定する請求項１から３の何れか１項に記載の触媒劣化判定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒劣化判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＯx吸収剤よりも下流側の排気通路に排気中のＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサを配
置し、ＮＯx吸収剤の再生終了後に、該ＮＯxセンサの出力が所定値まで上昇するまでの時間が予め定めた所定時間以下の場合にＮＯx吸収剤が劣化したと判定する技術が知られて
いる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この技術は、ＮＯx触媒に吸蔵可能なＮＯx量が、ＮＯx触媒の劣化と共に減少すること
を利用している。すなわち、ＮＯx触媒にＮＯxを吸蔵させていき、ＮＯxが吸蔵できなく
なるまでの時間を計り、この時間に基づいてＮＯx触媒の劣化判定を行っている。しかし
、ＮＯxが吸蔵できなくなるまでＮＯx触媒へＮＯxを供給しなくてはならない。これには
、ある程度の時間がかかるため、ＮＯx触媒の劣化判定が完了するまでに時間がかかって
しまう。
【０００４】
また、ＮＯx触媒よりも下流にＮＯxセンサを備え、ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを浄化するために一時的に空燃比をリッチ雰囲気とした前後のＮＯｘセンサの出力値の変化に基づいてＮＯx触媒の劣化状態を検知する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。
）。
【０００５】
ここで、ＮＯx触媒へ還元剤を供給すると、還元剤とＮＯxとが反応することにより、ＮＨ３が生成されることがある。そして、ＮＯxセンサは、ＮＨ３もＮＯxと同様に検出してしまう。また、還元剤を供給したときに、ＮＯx触媒から放出されるものの還元されずに
ＮＯx触媒から流出するＮＯxもＮＯxセンサにより検出される。さらに、ＮＯx触媒よりも上流側から流れてきたＮＯxが還元されずに、ＮＯx触媒をすり抜けてＮＯxセンサにより
検出されることもある。
【０００６】
このように、還元剤を供給した後には、ＮＯx触媒をすり抜けるＮＯxの他に、ＮＨ３や、ＮＯx触媒から放出されるＮＯxも検出される。しかし、ＮＨ３や、ＮＯx触媒から放出
されるＮＯxは、ＮＯx触媒が正常であっても検出されるため、これらによりＮＯxセンサ
の検出値が大きくなったとしても、ＮＯx触媒が劣化しているとはいえない。したがって
、還元剤供給時のＮＯxセンサの出力値によりＮＯx触媒の劣化判定を行うと、精度が低くなる虞がある。
【０００７】
なお、ＮＯx濃度を変更する手段として、ＥＧＲ率を利用する技術が知られている（例
えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２０８１５１号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８３７３号公報
【特許文献３】特開２００８−００２４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、吸蔵還元型ＮＯx触媒
の劣化判定を速やかに且つ正確に行なうことができる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するために本発明による触媒劣化判定システムは、
内燃機関の排気通路に設けられてＮＯxを吸蔵し、吸蔵していたＮＯxを還元剤の供給により還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化を判定する触媒劣化判定システムにおいて、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤を供給する供給装置と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流の排気中のＮＯxを検出するＮＯxセンサと、
前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通し、排気通路を流通する排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ供給するＥＧＲ装置と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量が所定量以下のときであって前記供給装置による還元剤の供給が行われていないときに、前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの供給を停止させた場合の前記ＮＯxセンサによる検出値に基づいて前記吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化しているか否か判定する判定装置と、
を備える。
【００１１】
吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単にＮＯx触媒ともいう。）は、リーン空燃比のときにＮＯxを吸蔵し、吸蔵していたＮＯxを還元剤が存在するときに還元する。供給装置は、ＮＯx触媒へ還元剤を供給することができる。還元剤は、排気通路を流通する排気中に供給し
てもよく、内燃機関から排出させるようにしてもよい。
【００１２】
ここで、ＮＯx触媒に還元剤を供給すると、Ｈ２やＨＣがＮＯと反応してＮＨ３が生成
されることがある。そして、ＮＯxセンサはＮＨ３もＮＯxと同様に検出してしまう。このため、ＮＯxセンサの検出値が、たとえばＮＯ２の濃度なのか、またはＮＨ３の濃度なの
か判別することは困難である。そして、正常な触媒であっても、還元剤の供給時には、ＮＨ３が生成されたり、ＮＯxに吸蔵されていたＮＯxが還元されずにＮＯx触媒から流出し
たりするため、このときのＮＯxセンサの検出値に基づいて劣化判定を行うと精度が低く
なる虞がある。
【００１３】
これに対し、判定装置は、還元剤が供給されていないときに、ＮＯx触媒の劣化判定を
行う。このため、排気中にＮＨ３やＮＯx触媒から放出されたＮＯxが存在しない状態のときにＮＯx触媒の劣化判定を行うことができる。すなわち、ＮＯx触媒をすり抜けたＮＯx
のみにより劣化判定を行うことができる。
【００１４】
また、判定装置は、ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量が所定量以下のときに、ＮＯx
触媒の劣化判定を行う。なお、ここでいう所定量とは、ＮＯx触媒が正常ならば、ＮＯxを吸蔵することが可能なＮＯx吸蔵量である。すなわち、ＮＯx触媒が正常で且つ吸蔵されているＮＯx量が所定値以下の場合には、ＮＯx触媒に流入する単位時間当たりのＮＯx量が
増加しても、単位時間当たりに吸蔵可能なＮＯx量が多いためにＮＯxを吸蔵することができる。なお、ＮＯx触媒に還元剤を供給した後であれば、ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量が所定量以下になる。
【００１５】
ここで、ＮＯx触媒が正常な場合には、ＮＯxの還元を行った後にＮＯxの吸蔵能力が回
復する。これにより、ＮＯx触媒に吸蔵可能なＮＯxの総量が多くなり、単位時間当たりに吸蔵可能なＮＯx量も多くなる。この単位時間当たりに吸蔵可能なＮＯx量は、ＮＯx触媒
に吸蔵されているＮＯx量が増加するほど、少なくなる。このため、ＮＯx触媒に流入するＮＯx量が多くても、該ＮＯx触媒にある程度のＮＯxが吸蔵されるまでは、該ＮＯx触媒よりも下流側にＮＯxがほとんど流出しない。換言すると、ＮＯx触媒が正常であっても、ＮＯx触媒に多くのＮＯxが吸蔵されるとＮＯxの吸蔵能力が低下するため、該ＮＯx触媒よりも下流側へＮＯxが流出し得る。
【００１６】
そして、ＮＯx触媒が単位時間当たりに吸蔵可能なＮＯx量よりも、ＮＯx触媒へ単位時
間当たりに流入するＮＯx量のほうが多くなると、ＮＯxの一部がＮＯx触媒をすり抜けて
ＮＯxセンサにより検出される。そして、ＮＯx触媒が吸蔵可能な単位時間当たりのＮＯx
量は、ＮＯx触媒の劣化と共に減少する。
【００１７】
ここで、ＮＯxの吸蔵量が同じ場合には、正常な触媒のほうが、劣化している触媒より
も、単位時間当たりに吸蔵可能なＮＯx量が多い。したがって、ＮＯx触媒が劣化すると、ＮＯx触媒に多くのＮＯxが流入したときに、ＮＯx触媒が単位時間当たりに吸蔵可能なＮ
Ｏx量よりも、ＮＯx触媒へ単位時間当たりに流入するＮＯx量のほうが多くなり、ＮＯxセンサにてＮＯxが検出される。
【００１８】
そして、判定装置は、ＥＧＲガスの供給が停止しているときに、ＮＯx触媒の劣化判定
を行う。ここで、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの供給を停止させると、内燃機関から排出されるＮＯx量が多くなる。このため、ＮＯx触媒に流入する単位時間当たりのＮＯx量が
増加する。この場合であっても、ＮＯx触媒が正常であれば、単位時間当たりに吸蔵可能
なＮＯx量が多いため、ＮＯxの吸蔵量がある程度多くなるまでは、ＮＯx触媒からＮＯxが流出しない。一方、ＮＯx触媒が劣化している場合には、単位時間当たりに吸蔵可能なＮ
Ｏx量よりも多くのＮＯxが供給されることになるため、ＮＯxセンサによりＮＯxが検出される。
【００１９】
このように、ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量が所定量以下のときであって還元剤の供給が行われていないときにＥＧＲガスの供給を停止すると、ＮＯx触媒の劣化の度合い
に応じて、ＮＯxセンサの検出値が変化する。したがって、該ＮＯxセンサの検出値に基づいてＮＯx触媒が劣化しているか否か判定することができる。また、ＥＧＲガスの供給を
停止してＮＯxの排出量を増加させることで、より速やかに且つより正確に劣化判定を行
うことができる。
【００２０】
そして、本発明においては、前記判定装置は、前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの供給を停止させてから、前記ＮＯxセンサの検出値が増加するまでの時間が閾値未満のときに
、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していると判定することができる。
【００２１】
すなわち、ＥＧＲガスの供給を停止させることによりＮＯx触媒に流入するＮＯx量が増加してから、該ＮＯx触媒からＮＯxが流出するまでの時間が閾値未満のときにＮＯx触媒
が劣化していると判定することができる。ここで、正常なＮＯx触媒では、ＮＯxの吸蔵能力が高いため、ＮＯxの吸蔵量がある程度多くなるまでは、ＮＯx触媒へ流入する単位時間当たりのＮＯx量が多くても、ＮＯxを吸蔵することができる。このため、ＮＯxセンサに
よりＮＯxがほとんど検出されない。一方、劣化しているＮＯx触媒では、ＮＯx吸蔵能力
が低いため、ＮＯx吸蔵量が少なくても、ＮＯx触媒へ流入する単位時間当たりＮＯx量が
多くなると、ＮＯxを吸蔵することができなくなる。すなわち、ＮＯx触媒が劣化すると、ＮＯx触媒に流入する単位時間当たりのＮＯx量を増加させたときに、早期に該ＮＯx触媒
からＮＯxが流出する。このように、ＮＯx触媒の劣化が進行することにより、ＮＯxセン
サの検出値が増加するまでの時間が短くなる。そして、ＮＯx触媒が劣化しているか否か
の境にあるときにおける、ＥＧＲガスの供給を停止させてからＮＯxセンサの検出値が増
加するまでの時間を閾値として設定しておけば、実際に計測される時間と、閾値と、を比較することにより、ＮＯx触媒の劣化を判定することができる。
【００２２】
なお、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの供給を停止させてから、ＮＯxセンサの検出値が
増加するまでの時間が長いほど、劣化の度合いが大きいと判定してもよい。また、ＮＯx
センサの検出値が所定値よりも大きくなるまでの時間が閾値未満のときに、ＮＯx触媒が
劣化していると判定してもよい。
【００２３】
また、本発明においては、前記判定装置は、前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの供給が停止しているときの前記ＮＯxセンサの検出値の最大値が閾値よりも大きいときに、前記
吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していると判定することができる。
【００２４】
すなわち、ＮＯx吸蔵能力の低下に応じて、ＮＯx触媒をすり抜けるＮＯx量が増加する
ため、ＮＯxセンサの検出値はより大きくなる。したがって、ＮＯxセンサの検出値の最大値も、ＮＯx触媒の劣化の進行にしたがって大きくなる。そして、ＮＯx触媒が劣化しているか否かの境にあるときにおける、ＮＯxセンサの検出値の最大値を閾値として設定して
おけば、実際に検出される最大値と、閾値と、を比較することにより、ＮＯx触媒の劣化
を判定することができる。
【００２５】
なお、ＮＯxセンサの検出値の最大値は、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの供給を停止さ
せてから所定時間における最大値としてもよい。すなわち、ＮＯx触媒の劣化が進行する
ほど、ＮＯxセンサの検出値の増加がより早期に始まり、且つ、ＮＯx触媒から流出するＮＯx量も多くなるため、所定時間経過したときの最大値も大きくなる。この所定時間は、
劣化しているＮＯx触媒において、ＥＧＲガスの供給を停止させてから、ＮＯxセンサによりＮＯxが検出されるまでの時間よりも長い時間とする。このように、所定時間における
ＮＯxセンサの検出値を用いることで、ＮＯx触媒の劣化判定に要する時間を短縮することができる。
【００２６】
なお、ＮＯxセンサの検出値の最大値が大きいほど、劣化の度合いが大きいと判定して
もよい。
【００２７】
本発明においては、前記判定装置は、前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの供給が停止しているときの前記ＮＯxセンサの検出値の積算値が閾値よりも大きいときに、前記吸蔵還
元型ＮＯx触媒が劣化していると判定することができる。
【００２８】
すなわち、ＮＯx吸蔵能力の低下に応じて、ＮＯx触媒をすり抜けるＮＯx量が増加する
ため、ＮＯxセンサの検出値はより大きくなる。したがって、ＮＯx触媒の劣化の進行にしたがって、検出値の積算値も大きくなる。そして、ＮＯx触媒が劣化しているか否かの境
にあるときにおける、ＮＯxセンサの検出値の積算値を閾値として設定しておけば、実際
に検出される積算値と、閾値と、を比較することにより、ＮＯx触媒の劣化を判定するこ
とができる。
【００２９】
なお、ＮＯxセンサの検出値の積算値は、たとえば、ＮＯxセンサの検出値の積分値としてもよく、規定時間毎にＮＯxセンサの検出値を加算した値としてもよい。また、ＮＯxセンサの検出値の積算値は、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの供給を停止させてから所定時間における積算値としてもよい。すなわち、ＮＯx触媒の劣化が進行するほど、ＮＯxセンサの検出値の増加がより早期に始まり、且つ、ＮＯx触媒から流出するＮＯx量も多くなるため、所定時間経過したときの積算値も大きくなる。この所定時間は、劣化しているＮＯx
触媒において、ＥＧＲガスの供給を停止させてから、ＮＯxセンサによりＮＯxが検出されるまでの時間よりも長い時間とする。このように、所定時間におけるＮＯxセンサの検出
値を用いることで、ＮＯx触媒の劣化判定に要する時間を短縮することができる。
【００３０】
なお、ＮＯxセンサの検出値の積算値が大きいほど、劣化の度合いが大きいと判定して
もよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定を速やかに且つ正確に行なうことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例に係る内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ＮＯx触媒におけるＮＯxの吸蔵作用を説明するための図である。
【図３】ＮＯx触媒におけるＮＯxの還元作用を説明するための図である。
【図４】新品のＮＯx触媒にリッチスパイク制御を行ったときの下流側ＮＯxセンサの検出値の推移を示したタイムチャートである。
【図５】劣化の度合いが許容範囲内ではあるが該許容範囲内で劣化の度合いが最も高いＮＯx触媒にリッチスパイク制御を行ったときの下流側ＮＯxセンサの検出値の推移を示したタイムチャートである。
【図６】劣化の度合いが許容範囲を超えたＮＯx触媒にリッチスパイク制御を行ったときの下流側ＮＯxセンサの検出値の推移を示したタイムチャートである。
【図７】ＥＧＲ弁の開度と下流側ＮＯxセンサによる検出値との関係の一例を示した図である。
【図８】リッチスパイク制御後にさらにＥＧＲ弁を閉じた後の下流側ＮＯxセンサの推移を示したタイムチャートである。
【図９】リッチスパイク制御後にさらにＥＧＲ弁を閉じた後の下流側ＮＯxセンサの推移を示したタイムチャートである。
【図１０】ＮＯx触媒の劣化判定のフローを示したフローチャートである。
【図１１】ＮＯx触媒におけるＮＯxの吸蔵量とＮＯxの吸蔵速度との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る触媒劣化判定システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３４】
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸気系及び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、４つの気筒を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。
【００３５】
内燃機関１には、排気通路２が接続されている。この排気通路２の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒４（以下、ＮＯx触媒４という。）が備えられている。
【００３６】
ＮＯx触媒４は、たとえばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を担体とし、その担体上に、たとえ
ばバリウム（Ｂａ）及び白金（Ｐｔ）を担持して構成されている。
【００３７】
このＮＯx触媒４は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元す
る機能を有する。
【００３８】
また、ＮＯx触媒４よりも上流の排気通路２には、排気中に還元剤を噴射する噴射弁５
が取り付けられている。噴射弁５は、後述するＥＣＵ１０からの信号により開弁して排気中へ還元剤を噴射する。還元剤には、たとえば内燃機関１の燃料（軽油）が用いられるが、これに限らない。
【００３９】
噴射弁５から排気通路２内へ噴射された燃料は、排気通路２の上流から流れてきた排気の空燃比を低下させる。そして、ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯxの還元時には、噴射
弁５から燃料を噴射することにより、ＮＯx触媒４に流入する排気の空燃比を比較的に短
い周期で低下させる所謂リッチスパイク制御を実行する。噴射弁５から噴射させる還元剤量は、たとえば内燃機関１の運転状態（機関回転数及び燃料噴射量）に基づいて決定される。還元剤量と機関回転数と機関負荷との関係は予めマップ化しておくことができる。また、排気通路２に空燃比センサを取り付けて、該空燃比センサにより検出される空燃比が目標値となるように還元剤量をフィードバック制御してもよい。
【００４０】
なお、本実施例においては噴射弁５が、本発明における供給装置に相当する。また、内燃機関１から未燃燃料を排出させることで還元剤を供給することもできる。すなわち、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁を備え、該筒内噴射弁から主噴射を行なった後の膨張行程中若しくは排気行程中に再度燃料を噴射する副噴射（ポスト噴射）を行なったり、筒内噴射弁からの燃料噴射時期を遅らせたりすることにより、内燃機関１から還元剤を多く含むガスを排出させることもできる。
【００４１】
また、噴射弁５よりも上流の排気通路２には、排気中のＮＯx濃度を測定する上流側Ｎ
Ｏxセンサ７が取り付けられている。また、ＮＯx触媒４よりも下流の排気通路２には、排気中のＮＯx濃度を測定する下流側ＮＯxセンサ８及び排気の温度を測定する温度センサ９が取り付けられている。なお、本実施例においては下流側ＮＯxセンサ８が、本発明にお
けるＮＯxセンサに相当する。
【００４２】
また、内燃機関１には、吸気通路３が接続されている。さらに、内燃機関１には、排気通路２内を流通する排気の一部を吸気通路３へ再循環させるＥＧＲ装置２０が備えられている。このＥＧＲ装置２０は、排気通路２と吸気通路３とを接続するＥＧＲ通路２１、及びＥＧＲ通路２１の通路断面積を調節するＥＧＲ弁２２を備えて構成されている。
【００４３】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
【００４４】
また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１２、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
【００４５】
一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁５及びＥＧＲ弁２２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により噴射弁５及びＥＧＲ弁２２の開閉時期が制御される。たとえば、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態に応じてＥＧＲ弁２２の開度を制御する。ＥＧＲ弁２２の開度と、機関回転数及び機関負荷との関係を予め実験等により求めてマップ化してＥＣＵ１０に記憶させておき、ＥＣＵ１０はマップにしたがってＥＧＲ弁２２を制御する。また、ＥＣＵ１０は、前記リッチスパイク制御を行う。
【００４６】
そして、ＥＣＵ１０は、リッチスパイク制御を行うことによりＮＯx触媒４に吸蔵され
ていたＮＯxを還元させた後でＥＧＲ弁２２を閉じ、その後の下流側ＮＯxセンサ８の検出値に基づいてＮＯx触媒４の劣化判定を行う。
【００４７】
ここで、図２は、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの吸蔵作用を説明するための図である。また、図３は、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの還元作用を説明するための図である。
【００４８】
ＮＯx触媒４は、排気の空燃比がリーンのときにＮＯをＰｔ上でＯ２と酸化させ、Ｂａ
へＢａ（ＮＯ３）２として吸蔵する（図２参照）。一方、還元剤を供給して排気の空燃比
を理論空燃比近傍のリッチとすると、Ｂａ（ＮＯ３）２がＮＯ２となって放出され、さらにＰｔ上でＮ２に還元される（図３参照）。
【００４９】
しかし、ＮＯx触媒４が劣化（シンタリング）すると、Ｐｔの表面積が正常時よりも小
さくなる。このため、放出されたＮＯ２がＮ２に還元され難くなる。そうすると、たとえばＢａから脱離したＮＯ２の一部がＮＯx触媒４よりも下流へ流れ出る。このＮＯx触媒４よりも下流へ流れ出るＮＯ２の量は、ＮＯx触媒４の劣化の度合いに応じて多くなる。こ
のようにしてＮＯx触媒４よりも下流へ流れ出るＮＯ２は、下流側ＮＯxセンサ８により検出される。
【００５０】
また、排気の空燃比をリッチ空燃比とすると、ＮＯx触媒４では、ＮＯとＨ２またはＨ
Ｃとが反応して、ＮＨ３が生成される。
【００５１】
しかし、ＮＯx触媒４が劣化（シンタリング）すると、Ｐｔのシンタリングにより、Ｎ
Ｏxを吸蔵可能なＢａが減少する。このため、ＮＯx触媒４の吸蔵能力が低下する。すなわち、ＮＯx触媒４が劣化すると、Ｂａ（ＮＯ３）２として吸蔵されるＮＯx量が減少する。そして、Ｐｔの表面積が小さくなることにより、還元剤の供給時に生成されるＮＨ３の量も減少する。そしてＮＨ３は、下流側ＮＯxセンサ８においてＯ２と反応してＮＯになる
ため、ＮＯxとして検出される。
【００５２】
ここで、図４は、初めて使用するＮＯx触媒４、または、新品時からの走行距離が短く
ほとんど劣化していないと考えられるＮＯx触媒４にリッチスパイク制御を行ったときの
下流側ＮＯxセンサ８の検出値の推移を示したタイムチャートである。また、図５は、劣
化の度合いが許容範囲内ではあるが該許容範囲内で劣化の度合いが最も高いＮＯx触媒４
にリッチスパイク制御を行ったときの下流側ＮＯxセンサ８の検出値の推移を示したタイ
ムチャートである。また、図６は、劣化の度合いが許容範囲を超えたＮＯx触媒４にリッ
チスパイク制御を行ったときの下流側ＮＯxセンサ８の検出値の推移を示したタイムチャ
ートである。
【００５３】
図４，５，６において、「リッチスパイク制御」と示される期間でリッチスパイク制御が行われており、ＮＯx触媒４に還元剤が供給されている。このときの排気の空燃比は、
たとえば１４．４である。その前後の期間では還元剤が供給されておらず、排気の空燃比はリーン空燃比である。
【００５４】
図５に示した正常なＮＯx触媒４の場合であっても、図６に示した劣化しているＮＯx触媒４であっても、下流側ＮＯxセンサ８の検出値が増加することが分かる。
【００５５】
すなわち、ＮＯx及びＮＨ３は、下流側ＮＯxセンサ８によりＮＯxとして検出される。
このため、下流側ＮＯxセンサ８によりＮＨ３が検出されたのか、またはＮＯxが検出されたのか判別することは困難である。一方、リッチスパイク制御が終了した後であれば、ＮＯx触媒４においてＮＨ３が生成されなくなり、また、ＮＯx触媒４に吸蔵されていたＮＯxが還元されないまま放出されることがなくなるので、下流側ＮＯxセンサ８により検出されるのは、ＮＯx触媒４をすり抜けるＮＯxのみになる。
【００５６】
また、本実施例では、リッチスパイク制御を行うことによりＮＯx触媒４に吸蔵されて
いるＮＯx量を減少させた後に、ＥＧＲ弁２２を閉じている。ＥＧＲ弁２２を閉じること
により、内燃機関１で多くのＮＯxを発生させることができるため、ＮＯx触媒４に多くのＮＯxを流入させることができる。このときにＮＯx触媒４の劣化の度合いに応じてＮＯx
がＮＯx触媒４をすり抜けるようになる。このため、ＮＯx触媒４をすり抜けるＮＯxを下
流側ＮＯxセンサ８により検出することにより、ＮＯx触媒４の劣化判定を行うことができ
る。
【００５７】
図７は、ＥＧＲ弁２２の開度と下流側ＮＯxセンサ８による検出値との関係の一例を示
した図である。ＥＧＲ弁開度において「０％」は、ＥＧＲ弁２２が全閉となっていることを示し、「通常制御」は、ＥＧＲ弁２２が開かれており、内燃機関１の運転状態に応じてＥＧＲ弁２２が制御されていることを示す。ＥＧＲ弁開度が「０％」となる前の通常制御中には、内燃機関１へＥＧＲガスが供給されているために、内燃機関１ではＮＯxがほと
んど発生せず、下流側ＮＯxセンサ８の検出値は略０となる。そして、ＥＧＲ弁開度「０
％」となると、内燃機関１においてＮＯxが発生し、該内燃機関１から多くのＮＯxが排出されるため、下流側ＮＯxセンサ８の検出値が増加する。その後に、ＥＧＲ弁開度が「通
常制御」に戻ると、内燃機関１からＮＯxがほとんど排出されなくなるので、下流側ＮＯxセンサ８の検出値が減少する。
【００５８】
ここで、図８及び図９は、リッチスパイク制御後にさらにＥＧＲ弁２２を閉じた後の下流側ＮＯxセンサ８の推移を示したタイムチャートである。図８は、分かり易いように抽
象化した図であり、図９は、実験により得た図である。
【００５９】
「新品」は、初めて使用するＮＯx触媒４、または、新品時からの走行距離が短くほと
んど劣化していないと考えられるＮＯx触媒４の場合である。「正常最悪」は、劣化の度
合いが許容範囲内ではあるが該許容範囲内で劣化の度合いが最も高いＮＯx触媒４の場合
である。「劣化」は、劣化の度合いが許容範囲を超えたＮＯx触媒４の場合である。
【００６０】
「新品」の場合には、Ｐｔがほとんど劣化していないため、十分なＮＯx吸蔵能力があ
る。このため、下流側ＮＯxセンサ８の検出値の増加が始まる時期が比較的遅くなる。ま
た、ＮＯx触媒４をすり抜けるＮＯxの量も少ないので、下流側ＮＯxセンサ８の検出値の
最大値及び積算値も小さくなる。なお、下流側ＮＯxセンサ８の検出値の積算値は、図８
及び図９に示される検出値の線よりも下側の面積としてもよい。
【００６１】
「正常最悪」の場合には、Ｐｔの劣化が進行しているため、「新品」の場合と比較して、ＮＯx触媒４をＮＯxがすり抜け始める時期が早くなる。このため、下流側ＮＯxセンサ
８の検出値の増加が始まる時期が、「新品」の場合よりも早くなる。これに従い、下流側ＮＯxセンサ８の検出値の最大値及び積算値が、「新品」の場合よりも大きくなる。
【００６２】
「劣化」の場合には、ＮＯxの吸蔵能力がほとんどない。このため、ＥＧＲ弁２２を閉
じてからすぐにＮＯxがＮＯx触媒４をすり抜けるようになる。このため、下流側ＮＯxセ
ンサ８の検出値の増加が始まる時期が、「正常最悪」の場合よりも早くなる。これに従い、下流側ＮＯxセンサ８の検出値の最大値及び積算値が、「正常最悪」の場合よりも大き
くなる。
【００６３】
すなわち、ＥＧＲ弁２２を閉じてから下流側ＮＯxセンサ８の検出値の増加が始まるま
での時間、下流側ＮＯxセンサ８の検出値の最大値、下流側ＮＯxセンサ８の検出値の積算値は、夫々、ＮＯx触媒４の劣化の度合いに応じて変化するため、この３つの値を用いて
該ＮＯx触媒４の劣化判定を行うことができる。なお、「正常最悪」の場合のこれらの値
を閾値として予め実験等により求めておけば、これらの値と閾値とを比較することでＮＯx触媒４が劣化しているか否か判定することができる。
【００６４】
図１０は、ＮＯx触媒４の劣化判定のフローを示したフローチャートである。本ルーチ
ンは、所定の期間毎にＥＣＵ１０により実行される。
【００６５】
ステップＳ１０１では、ＮＯx触媒４の劣化判定を行う前提条件が成立しているか否か
判定される。たとえば下流側ＮＯxセンサ８が正常であるときに前提条件が成立している
と判定される。この判定は、周知の技術により行うことができる。
【００６６】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００６７】
ステップＳ１０２では、ＮＯx触媒４の劣化判定を行う条件が成立しているか否か判定
される。たとえば、ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯx量が所定量以下であり、且つＮＯx触媒４の温度が所定温度以上のときに条件が成立していると判定される。たとえば、リ
ッチスパイク制御を行ってから所定時間内であれば、ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯx量が所定量以下と判定される。なお、ここでいう所定量とは、ＮＯx触媒４が正常ならば
、ＮＯxを吸蔵することが可能となる量である。この所定量は予め実験等により最適値を
求めておく。すなわち、ＮＯx触媒４にＮＯxが多く吸蔵されている状態だと、ＮＯx触媒
４がたとえ正常であっても、ＮＯxがＮＯx触媒４をすり抜ける。そうすると劣化判定が困難となるため、ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯx量が所定量以下であることを条件としている。
【００６８】
また、たとえば、ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯx量を、上流側ＮＯxセンサ７によ
り検出されるＮＯx濃度に基づいて算出することもできる。さらに、内燃機関の１の運転
状態に基づいて、ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯx量を推定することもできる。
【００６９】
また、ＮＯx触媒４の温度は、温度センサ９により検出される。ＮＯx触媒４の温度が低いと、ＮＯx触媒４がたとえ正常であってもＮＯxを吸蔵することが困難となる。そうすると劣化判定が困難となるため、ＮＯx触媒４の温度が所定値温度以上であることを条件と
する。すなわち、所定温度とは、ＮＯx触媒４が正常であれば、ＮＯxを吸蔵することができる温度である。
【００７０】
さらに、機関回転数または内燃機関１の吸入空気量が所定値以上である場合に条件が成立していると判定してもよい。すなわち、ＮＯx触媒４から放出されるＮＯxが、下流側ＮＯxセンサ８により速やかに検出される状態のときに条件が成立していると判定してもよ
い。たとえば排気の流速が低いと、ＮＯxが下流側ＮＯxセンサ８へ到達するまでに拡散してしまい、検出値が小さくなる虞がある。そうすると、検出値の最大値や積算値に基づいた劣化判定の精度が低くなる虞がある。
【００７１】
ここで、図１１は、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの吸蔵量とＮＯxの吸蔵速度との関係を
示した図である。ＮＯxの吸蔵速度とは、単位時間当たりにＮＯx触媒４に吸蔵されるＮＯx量である。実線は、前記「新品」または「正常最悪」の場合を示し、一点鎖線は前記「
劣化」の場合を示している。
【００７２】
一般に、ＮＯxの吸蔵量が多くなるほど、ＮＯxの吸蔵速度が低くなる。また、同じＮＯxの吸蔵量の場合には、劣化しているＮＯx触媒４は、正常な触媒４と比較して、ＮＯxの
吸蔵速度が低くなる。ここで、ＮＯxの吸蔵速度よりも、ＮＯx触媒４に流入する単位時間当たりのＮＯx量（以下、ＮＯxの供給速度という。）のほうが高い場合には、ＮＯxの吸
蔵速度を超えた分のＮＯxがＮＯx触媒４をすり抜ける。
【００７３】
たとえば、ＮＯxの吸蔵量が０のときにおける正常なＮＯx触媒４の吸蔵速度は、図１１のＡで示される。また、吸蔵量が０のときにおける劣化しているＮＯx触媒４の吸蔵速度
は、図１１のＢで示される。すなわち、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの吸蔵量が０の場合には、正常なＮＯx触媒４では、ＮＯxの供給速度がＡを超えるとＮＯxがすり抜け、劣化し
ている触媒４では、ＮＯxの供給速度がＢを超えるとＮＯxがすり抜けてしまう。
【００７４】
また、ＮＯxの吸蔵量が増加するにしたがって、ＮＯxの吸蔵速度が低下する。すなわち、正常なＮＯx触媒４では、吸蔵量がＤのときにＮＯxの吸蔵速度が０となり、劣化しているＮＯx触媒４では、吸蔵量がＣのときにＮＯxの吸蔵速度が０となる。したがって、正常なＮＯx触媒４では、吸蔵量がＤとなるとＮＯxを吸蔵することができなくなり、劣化しているＮＯx触媒４では、吸蔵量がＣとなるとＮＯxを吸蔵することができなくなる。そして、ＮＯx触媒４の劣化の進行と共に、ＮＯx触媒４に吸蔵可能なＮＯx量がＤからＣに変化
していく。
【００７５】
したがって、ＮＯx触媒４をすり抜けるＮＯxを検出して劣化判定を行う場合には、吸蔵速度がＢよりも高く、且つ、吸蔵量がＣ以下となる条件が適しているといえる。これは、劣化しているＮＯx触媒４ではＮＯxがすり抜け、正常なＮＯx触媒４ではＮＯxが吸蔵される領域であり、図１１のハッチングを施した領域に相当する。したがって、ステップＳ１０２において、ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯx量が図１１に示したＣ以下のときに、ＮＯx触媒４の劣化判定を行う条件が成立していると判定してもよい。また、リッチスパ
イク制御を行った直後には、ＮＯx触媒４のＮＯx吸蔵量が少なく、且つ、温度も高くなっているため、リッチスパイク制御を行った直後では、ＮＯx触媒４の劣化判定を行う条件
が成立していると判定してもよい。また、本ルーチンを実行する前に、リッチスパイク制御を積極的に行ってもよい。
【００７６】
そして、ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００７７】
ステップＳ１０３では、ＥＧＲ弁２２が全閉とされる。これにより、内燃機関１から多くのＮＯxを排出させる。なお、ＥＧＲ弁２２は、所定期間だけ全閉としてもよい。また
、劣化しているＮＯx触媒４ではＮＯxがすり抜け、正常なＮＯx触媒４ではＮＯxが吸蔵されるように、ＮＯx触媒４におけるＮＯx吸蔵量に合わせて、ＮＯxの供給速度を調整して
もよい。
【００７８】
ステップＳ１０４では、下流側ＮＯxセンサ８の検出値が増加を始めるまでの時間が閾
値未満であるか否か判定される。この閾値は、ＮＯx触媒４が、前記「正常最悪」の状態
のときの値として予め実験等により求めておく。なお、本ステップでは、下流側ＮＯxセ
ンサ８の検出値の誤差などを考慮して、下流側ＮＯxセンサ８の検出値が所定値以上とな
るまでの時間が閾値未満であるか否か判定してもよい。
【００７９】
ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、ＮＯx触媒
４は劣化していると判定される。一方、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【００８０】
ステップＳ１０６では、下流側ＮＯxセンサ８の検出値の最大値が閾値よりも大きいか
否か判定される。この閾値は、ＮＯx触媒４が。前記「正常最悪」の状態のときの値とし
て予め実験等により求めておく。最大値は、所定期間における最大値としてもよい。
【００８１】
ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、ＮＯx触媒
４は劣化していると判定される。一方、ステップＳ１０６で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進む。
【００８２】
ステップＳ１０７では、下流側ＮＯxセンサ８の検出値の積算値が閾値よりも大きいか
否か判定される。この閾値は、ＮＯx触媒４が。前記「正常最悪」の状態のときの値とし
て予め実験等により求めておく。積算値は、所定期間における積算値としてもよい。また
、積算値は、下流側ＮＯxセンサ８の検出値を規定時間毎に加算した値としてもよい。ま
た、積算値は、下流側ＮＯxセンサ８の検出値を積分した値としてもよい。
【００８３】
ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、ＮＯx触媒
４は劣化していると判定される。一方、ステップＳ１０７で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進んで、ＮＯx触媒４は正常であると判定される。なお、本実施例に
おいてはステップＳ１０４からステップＳ１０８を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定装置に相当する。
【００８４】
このようにして、リッチスパイク制御後にＥＧＲ弁２２を閉じたときの下流側ＮＯxセ
ンサ８の検出値に基づいてＮＯx触媒４の劣化判定を行うことができる。そして、劣化判
定時には、還元剤が供給されないので、還元剤の消費量を低減することができる。また、正常なＮＯx触媒４では、劣化判定時においてもＮＯxが吸蔵されるため、ＮＯxの放出量
を抑制することができる。さらに、劣化判定時にＮＯxの浄化率を求める必要がないため
、上流側ＮＯxセンサ７を設けなくてもよい。また、ＮＯxの供給速度を高めることによりＮＯx触媒４の劣化判定を行うことができるため、ＮＯx触媒４にＮＯxが吸蔵されるのを
待つ必要がないので、劣化判定を速やかに完了させることができる。また、ＮＨ３が生成されず且つＮＯx触媒からＮＯxが放出されない時期に劣化判定を行うため、判定精度が高い。
【００８５】
なお、本実施例では、ステップＳ１０４，１０６，１０７の何れか１つで肯定判定がなされた場合にＮＯx触媒４が劣化していると判定されるが、これに代えて、これらステッ
プＳ１０４，１０６，１０７の全てで肯定判定がなされた場合に限りＮＯx触媒４が劣化
していると判定してもよい。また、何れか２つで肯定判定がなされたときに、ＮＯx触媒
４が劣化していると判定してもよい。また、下流側ＮＯxセンサ８の検出値が増加するま
での時間が短いほど、ＮＯx触媒４の劣化の度合いが大きいと判定してもよい。また、下
流側ＮＯxセンサ８の検出値の最大値が大きいほど、ＮＯx触媒４の劣化の度合いが大きいと判定してもよい。さらに、下流側ＮＯxセンサ８の検出値の積分値が大きいほど、ＮＯx触媒４の劣化の度合いが大きいと判定してもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１     内燃機関
２     排気通路
３     吸気通路
４     吸蔵還元型ＮＯx触媒
５     噴射弁
７     上流側ＮＯxセンサ
８     下流側ＮＯxセンサ
９     温度センサ
１０   ＥＣＵ
１１   アクセルペダル
１２   アクセル開度センサ
１３   クランクポジションセンサ
２０   ＥＧＲ装置
２１   ＥＧＲ通路
２２   ＥＧＲ弁
【図１】
2012233419.tif 000003
【図２】
2012233419.tif 000004
【図３】
2012233419.tif 000005
【図４】
2012233419.tif 000006
【図５】
2012233419.tif 000007
【図６】
2012233419.tif 000008
【図７】
2012233419.tif 000009
【図８】
2012233419.tif 000010
【図９】
2012233419.tif 000011
【図１０】
2012233419.tif 000012
【図１１】
2012233419.tif 000013