(57)【要約】【課題】触媒の劣化をより早期に且つより正確に検出する。【解決手段】酸化機能を有する触媒と、触媒よりも下流側の排気の温度を検出する下流側温度検出手段と、触媒よりも上流側から排気中へ還元剤を添加する添加手段と、を備え、還元剤が添加されており且つ減速運転が行なわれるときの、下流側温度検出手段により検出される温度の変化量を算出する変化量算出手段と、この変化量と触媒の劣化を示す閾値とを比較することで触媒の劣化を判定する判定手段と、閾値を下流側温度検出手段により検出される温度の最大値に応じて変更する変更手段と、を具備する。【選択図】図１０
2012097663.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酸化機能を有する触媒と、
前記触媒よりも下流側の排気の温度を検出する下流側温度検出手段と、
前記触媒よりも上流側から排気中へ還元剤を添加する添加手段と、
を備えた内燃機関の触媒劣化検出装置において、
前記添加手段により還元剤が添加されており且つ前記内燃機関の減速運転が行なわれるときの、前記下流側温度検出手段により検出される温度の変化量を算出する変化量算出手段と、
前記変化量と前記触媒の劣化を示す閾値とを比較することで前記触媒の劣化を判定する判定手段と、
前記閾値を前記下流側温度検出手段により検出される温度の最大値に応じて変更する変更手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項２】
前記変更手段は、前記閾値を、前記内燃機関が減速していた時間に応じて変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項３】
前記変更手段は、前記閾値を、前記下流側温度検出手段により検出される温度の最大値と、前記内燃機関が減速していた時間と、によって決定される係数に応じて変更することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項４】
前記触媒の劣化の判定を許可する条件を前記係数に応じて決定する条件決定手段を具備する請求項３に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項５】
前記係数は、前記下流側温度検出手段により検出される温度の最大値が大きいほど大きくなり、且つ、前記内燃機関の減速運転が行なわれた時間が長いほど大きくなり、
前記条件決定手段は、前記係数が所定値以上のときに前記触媒の劣化の判定を許可する請求項４に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【請求項６】
前記判定手段は、前記変化量算出手段により算出される温度の変化量が閾値以下のときに、前記触媒が劣化していると判定する請求項５に記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の触媒劣化検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタの上流に配置される酸化触媒の劣化を、フィルタを再生するための未燃燃料の供給開始から所定時間経過後における酸化触媒へ流入する排気の温度と該酸化触媒から流出する排気の温度との差に基づいて判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ところで、触媒の劣化は、上流側ほど早く進行する傾向にある。すなわち、触媒の劣化は、該触媒の上流側から下流側へ向かって進行する。ここで、触媒の劣化の度合いがまだ低いときには、劣化していない触媒と比較して、触媒よりも下流側の排気の温度が高くなることがある。
【０００４】
ここで、劣化していない触媒では、上流側にて未燃燃料が反応して発熱する。そして、この熱が排気と共に下流側へ流れ、触媒の下流側に熱を与える。すなわち、触媒の上流側で未燃燃料が反応することにより、触媒の広い範囲に熱を与える。このため、触媒に多くの熱が与えられる。これにより、触媒全体の温度が上昇すると共に、触媒から流出する排気の温度は低くなる。
【０００５】
一方、触媒の劣化の度合いが低い場合には、未燃燃料が主に下流側で反応する。この反応熱は、触媒の下流側に熱を与える。しかし、触媒の下流側で熱が発生しているため、触媒の上流側に与えられる熱は少ない。そうすると、劣化していない触媒と比較して、触媒から流出する排気が持つ熱がより多くなるため、触媒よりも下流側の排気の温度は一時的に高くなる。すなわち、触媒が多少劣化しているほうが、該触媒よりも下流側の排気の温度が高くなることがある。そして、劣化が更に進行すると、触媒の下流側においても未燃燃料が反応し難くなるため、劣化していない触媒と比較して、触媒よりも下流側の排気の温度は低くなる。
【０００６】
このように、触媒が劣化している場合に該触媒よりも下流側の排気の温度が高くなったり低くなったりすることがあるため、従来のように触媒よりも上流側と下流側との温度差に基づいて触媒の劣化を判定すると、判定の精度が低くなる虞がある。
【０００７】
また、従来では内燃機関の定常運転時に触媒の劣化判定をしていたが、定常運転時には、触媒の劣化の度合いが低い触媒と、劣化していない触媒と、で未燃燃料の反応量にあまり差がない。このため、定常運転時に触媒の劣化判定をしようとすると、未燃燃料の反応量に差が現れる限られた運転状態のときに劣化判定をしなければならない。このため、触媒の劣化判定の機会が少なくなるので、触媒の劣化判定に時間がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１２８１７０号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３６０６号公報
【特許文献３】特開２００９−１５６０４９号公報
【特許文献４】特開２００５−３０７７４５号公報
【特許文献５】特開２００７−３２７４７５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、触媒の劣化をより早期に且つより正確に検出す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内燃機関の触媒劣化検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ酸化機能を有する触媒と、
前記触媒よりも下流側の排気の温度を検出する下流側温度検出手段と、
前記触媒よりも上流側から排気中へ還元剤を添加する添加手段と、
を備えた内燃機関の触媒劣化検出装置において、
前記添加手段により還元剤が添加されており且つ前記内燃機関の減速運転が行なわれるときの、前記下流側温度検出手段により検出される温度の変化量を算出する変化量算出手段と、
前記変化量と前記触媒の劣化を示す閾値とを比較することで前記触媒の劣化を判定する判定手段と、
前記閾値を前記下流側温度検出手段により検出される温度の最大値に応じて変更する変更手段と、
を具備する。
【００１１】
添加手段により排気中へ還元剤が添加されると、還元剤は排気と共に触媒に流入する。そして、触媒にて還元剤が酸化されると発熱し、該触媒の温度が上昇する。また、触媒の温度が上昇すると共に、該触媒から流出する排気の温度も上昇する。このときの温度上昇量や温度上昇率は、触媒の劣化の影響を受ける。
【００１２】
ところで、加速中には、排気の流量が多く、添加される還元剤量も多い。そして、添加された還元剤が触媒のどの部位で反応するのかは、触媒の劣化の度合いに応じて変わる。すなわち、劣化が生じていない正常な触媒では、還元剤は触媒の上流側の部位から反応するため、該上流側の部位で発熱が起こる。この熱は排気に持ち去られて、触媒の下流側の部位へ熱を与える。すなわち、触媒全体に熱を供給することになる。このため、触媒から流出する排気の温度は比較的低くなる。
【００１３】
一方、触媒の劣化は上流側の部位ほど度合いが大きくなるため、劣化が進行すると、触媒の上流側の部位で還元剤が反応し難くなる。このため、劣化している触媒では、加速中に、還元剤は触媒の下流側の部位で反応する。ここで、触媒の下流側の部位で発熱が起こると、この熱は排気により触媒から持ち去られてしまう。このときには、触媒の温度は、主に触媒の下流側の部位で上昇し、上流側の部位ではあまり上昇しない。すなわち、触媒の劣化に応じて還元剤の反応部位が触媒の下流側へ移動し、その分、反応熱を受ける容積が小さくなる。そうすると、触媒の劣化に応じて、触媒から流出する排気が持つ熱が多くなるため、触媒よりも下流側の排気の温度は、触媒が正常な場合よりも劣化している場合のほうが高くなる。
【００１４】
また、減速中には、添加される還元剤量も少ないか、全く添加されなくなる。そして、触媒が持つ熱が排気によって持ち去られるので、触媒の温度が低下すると共に、該触媒から流出する排気の温度も低下する。ここで、劣化が生じていない正常な触媒では、加速中に該触媒の全体に熱が供給されていたため、触媒全体に多くの熱が蓄えられている。このため、排気が触媒から熱を奪うとしても、該触媒の温度の下降率は低い。
【００１５】
一方、触媒の劣化が進行すると、加速中に触媒の下流側の部位に熱が蓄えられるため、触媒全体に蓄えられている熱量が、正常な触媒よりも劣化している触媒のほうが少ない。
このため、減速中に排気が触媒から熱を奪うときには、触媒が劣化しているほうが、該触媒の温度の下降率が高くなる。すなわち、減速時の触媒から流出する排気の温度の下降率は高くなり、且つ下降量は大きくなる。
【００１６】
このように、触媒の劣化が進行するのに従って、該触媒よりも下流側の排気の温度は、加速時には高くなり、減速時には低くなる。このため、触媒よりも下流側の排気の温度を検出し、この温度の変化量を閾値と比較することにより、触媒が劣化しているか否か判定することができる。なお、比較は、例えば差または比を用いて行なうことができる。このようにして、減速運転中に触媒の劣化判定ができるため、劣化判定の機会を増やすことができる。
【００１７】
ここで、下流側温度検出手段により検出される温度の最大値が大きくなるほど、外気への放熱量が増加するため、減速時の温度の低下量は増加する。また、触媒の劣化の度合いが高くなるほど、触媒における還元剤が反応する部位が下流側へ移動するため、温度が上昇および下降する容積が小さくなる。このため、触媒の劣化の度合いが高くなるほど、温度の上昇及び下降する幅が拡大するので、温度の最大値が大きくなる。
【００１８】
このように、変化量算出手段により算出される温度の変化量は、温度の最大値によって変わるため、変化量のみに基づいて触媒の劣化判定を行うと精度が低くなる。これに対し、閾値を温度の最大値に応じて変更すれば、触媒の劣化判定の精度を高めることができる。
【００１９】
本発明においては、前記変更手段は、前記閾値を、前記内燃機関が減速していた時間に応じて変更することができる。
【００２０】
ここで、内燃機関が減速している時間が長くなるほど、触媒から持ち去られる熱が多くなるため、温度の変化量は増加する。このため、閾値を内燃機関が減速していた時間に応じて変更すれば、減速により触媒から持ち去られる熱の影響を考慮した劣化判定を行うことができるため、劣化判定の精度を高めることができる。
【００２１】
本発明においては、前記変更手段は、前記閾値を、前記下流側温度検出手段により検出される温度の最大値と、前記内燃機関が減速していた時間と、によって決定される係数に応じて変更することができる。
【００２２】
すなわち、下流側温度検出手段により検出される温度の最大値、及び内燃機関が減速していた時間と相関関係にある係数を用いて閾値を変更することで、劣化判定の精度を高めることができる。
【００２３】
本発明においては、前記触媒の劣化の判定を許可する条件を前記係数に応じて決定する条件決定手段を具備することができる。
【００２４】
ここで、下流側温度検出手段により検出される温度の最大値に対する温度の変化量、及び内燃機関が減速していた時間に対する温度の変化量は、夫々、正常な触媒と劣化している触媒とで差が有る。このため、これらの温度の変化量を検出することにより触媒の劣化判定を行うことができる。しかし、これらの温度の変化量はばらつきが大きいために、条件によっては正常な触媒と劣化している触媒とで温度の変化量に殆ど差がない場合もある。このように、正常な触媒と劣化している触媒とで温度の変化量に殆ど差がない場合には、触媒の劣化の判定を許可しないことで、劣化判定の精度を高めることができる。そして、前記係数は、下流側温度検出手段により検出される温度の最大値、及び内燃機関が減速していた時間と相関関係にあるため、この係数に応じて触媒の劣化の判定を許可する条件
を決定することができる。
【００２５】
本発明においては、前記係数は、前記下流側温度検出手段により検出される温度の最大値が大きいほど大きくなり、且つ、前記内燃機関の減速運転が行なわれた時間が長いほど大きくなり、
前記条件決定手段は、前記係数が所定値以上のときに前記触媒の劣化の判定を許可することができる。
【００２６】
つまり、係数が大きくなるほど、正常な触媒と劣化している触媒とで温度の変化量の差が大きくなる。この差が十分に大きくなるときに劣化の判定を許可する。すなわち、所定値は、触媒の劣化判定を精度が許容範囲内になる係数の下限値とすることができる。
【００２７】
本発明においては、前記判定手段は、前記変化量算出手段により算出される温度の変化量が閾値以下のときに、前記触媒が劣化していると判定することができる。
【００２８】
ここで、前記係数が同じ値であると仮定した場合には、触媒の劣化の度合いが高くなるほど、温度の変化量が小さくなる。すなわち、触媒の劣化の度合いが許容値を超えたときの温度の変化量を閾値として設定しておけば、算出される温度の変化量と閾値とを比較して劣化を判定することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、触媒の劣化をより早期に且つより正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】触媒よりも下流側の排気の温度の推移を示したタイムチャートである。
【図３】触媒の温度と、触媒よりも下流側の排気の温度と、の推移を示したタイムチャートである。
【図４】加速時における触媒の温度分布を表した図である。
【図５】触媒よりも下流側の排気の温度と、触媒の上流端から３５ｍｍ下流側の温度と、の推移を示したタイムチャートである。
【図６】加速時の触媒よりも下流側の排気の温度の最大値（最高温度）と、温度変化幅と、の関係を示した図である。
【図７】減速時間と、温度変化幅と、の関係を示した図である。
【図８】減速時間と最高温度と冷却係数との関係を示した図である。
【図９】冷却係数と温度変化幅と触媒の劣化の度合いとの関係を示した図である。
【図１０】実施例に係る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。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る内燃機関の触媒劣化検出装置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】
【００３２】
図１は、本実施例に係る内燃機関とその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、ディーゼル機関である。なお、本実施例は、ガソリン機関であっても適用できる。
【００３３】
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、触媒３が設けられている。触媒３は、還元剤を酸化させる機能を有する触媒であれば良く、例えば酸化触媒、三元触媒、またはＮＯx触媒である。なお、本実施例においては触媒３が、本
発明における酸化機能を有する触媒に相当する。
【００３４】
また、触媒３よりも上流の排気通路２には、排気中に還元剤として燃料（軽油）を噴射する添加弁４が取り付けられている。添加弁４は、後述するＥＣＵ１０からの信号により開弁して排気中へ燃料を噴射する。なお、本実施例においては添加弁４が、本発明における添加手段に相当する。
【００３５】
添加弁４よりも下流で且つ触媒３よりも上流の排気通路２には、排気の温度を測定する上流側温度センサ５が取り付けられている。また、触媒３よりも下流の排気通路２には排気の温度を測定する下流側温度センサ６が取り付けられている。上流側温度センサ５は、触媒３へ流入する排気の温度を測定する。また、下流側温度センサ６は、触媒３から流出する排気の温度を測定する。なお、本実施例においては下流側温度センサ６が、本発明における下流側温度検出手段に相当する。
【００３６】
下流側温度センサ６よりも下流の排気通路２には、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ７が設けられている。
【００３７】
また、内燃機関１には、吸気通路８が接続されている。吸気通路８には、該吸気通路８内を流通する空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ９が設けられている。このエアフローメータ９により、内燃機関１の吸入空気量が測定される。
【００３８】
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の運転状態を制御する。
【００３９】
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。一方、ＥＣＵ１０には、添加弁４が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により添加弁４の開閉時期が制御される。
【００４０】
そして、ＥＣＵ１０は、フィルタ７に捕集されているＰＭ量が閾値に達すると、添加弁４から触媒３へ還元剤を供給して排気の温度を上昇させる。これにより、フィルタ７の温度を上昇させることができるので、ＰＭを酸化させてフィルタ７から除去することができる。このように添加弁４から触媒３へ還元剤を供給することで、フィルタ７の再生を行なう。そして、本実施例では、フィルタ７の再生時で且つ内燃機関１の過渡運転時に下流側温度センサ６で測定される排気の温度の変化量に基づいて触媒３の劣化判定を実施する。
【００４１】
図２は、触媒３よりも下流側の排気の温度の推移を示したタイムチャートである。実線は触媒が劣化していない正常の場合を示しており、一点鎖線は触媒が劣化している場合を示している。その他の条件は、実線と一点鎖線とで同じである。加速時には、触媒３よりも下流側の排気の温度は上昇する。また、減速時には内燃機関１の燃焼室への燃料の供給が停止され、且つ、添加弁４からの燃料添加も停止されるため、触媒３よりも下流側の排気の温度は下降する。このため、図２に示されるように、排気の温度は加速および減速に応じて変化する。このときの温度の最大値と最小値とに着目すると、温度の最大値は、劣化している触媒のほうが正常の触媒よりも大きい。また、温度の最小値は、劣化している触媒のほうが正常の触媒よりも小さい。すなわち、温度の最大値と最小値との差は、劣化している触媒のほうが正常の触媒よりも大きい。これは、以下の現象によるものと考えられる。
【００４２】
図３は、触媒３の温度と、触媒３よりも下流側の排気の温度と、の推移を示したタイムチャートである。触媒３よりも下流側の排気の温度においては、実線は触媒３が正常の場合を示しており、一点鎖線は触媒３が劣化している場合を示している。また、触媒３の温度は、触媒３の内部の温度を示している。そして、触媒３の温度においては、実線は触媒３が正常の場合の触媒３の下流側の部位の温度を示しており、一点鎖線は触媒３が劣化している場合の触媒３の下流側の部位の温度を示しており、二点鎖線は触媒３が正常の場合の触媒３の中心部の温度を示しており、破線は触媒３が劣化している場合の触媒３の中心部の温度を示している。
【００４３】
また、図４は、加速時における触媒３の温度分布を表した図である。この図４は、触媒３の上流側から下流側に亘り、触媒３の中心軸線上の温度を測定したものである。「各部位で発熱する割合」とは、各部位での発熱量を、触媒３における発熱量の総量で除した値である。実線は触媒３が正常の場合を示しており、一点鎖線は触媒３が劣化している場合を示している。なお、図４に示すＸが図３における中心部に相当し、図４に示すＹが図３における下流側の部位に相当する。
【００４４】
ここで、内燃機関１の加速時には、触媒３の劣化の度合いが大きくなるに従って、還元剤が反応する部位が該触媒３の下流側に移動する。これにより、触媒３の上流側の部位の温度は該触媒３の劣化の進行と共に低くなる。また、還元剤の反応により発生する熱は排気と共に触媒３の下流側の部位へ移動するので、劣化の進行により触媒３の下流側の部位の温度が上昇する。すなわち、触媒３が正常な場合には、還元剤が上流側の部位で反応するため、該上流側の部位の温度が上昇すると共に、排気の流通により下流側の部位に熱が供給されるため、下流側の部位の温度も上昇する。このため、触媒３の全体の温度が上昇する。このときには、上流側から下流側に向かうに従って、触媒３の温度は低下する。
【００４５】
一方、触媒３が劣化している場合には、還元剤が下流側の部位で反応するため、上流側の部位の温度はあまり上昇しない。また、触媒３の下流側の部位で熱が発生するため、排気に供給された熱は、再び触媒３に与えられることなく該触媒３から流出する。このように、劣化が進行するほど、触媒３に与える熱が少なくなるので、該触媒３から流出する排気の温度が高くなる。これは、劣化が進行するに従って、触媒が熱を受ける容積（熱容量）が小さくなるともいえる。
【００４６】
また、内燃機関１の減速時には、加速時に触媒３に蓄えられた熱が、温度の低い排気に移動する。これにより、触媒３の温度が下降する。このときに、触媒３が劣化していると、該触媒３の上流側の部位にはあまり熱が蓄えられていないため、熱を蓄えている量が正常な触媒と比較して少ない。このため、触媒３の温度の下降度合いが大きくなる。したがって、触媒３よりも下流側の排気の温度の下降度合いも大きくなる。
【００４７】
図５は、触媒３よりも下流側の排気の温度と、触媒３の上流端から３５ｍｍ下流側の温度と、の推移を示したタイムチャートである。実線は触媒３が正常の場合を示しており、一点鎖線は触媒３が劣化している場合を示している。図５は、十分に長い定常運転の後、アイドル運転、加速運転、アイドル運転が順に行なわれた場合を示している。加速運転には、その後の減速運転も含まれている。なお、「触媒３の上流端から３５ｍｍ下流側の温度」は、触媒３の上流側の部位の代表温度を示している。
【００４８】
劣化した触媒３は、正常の触媒３と比較して、加速時の触媒３よりも下流側の排気の温度の最大値が大きくなる。一方、劣化した触媒３は、正常の触媒３と比較して、アイドル時には、触媒３よりも下流側の排気の温度の最小値が小さくなる。また、劣化した触媒３では、発熱部位が下流側へ移動するため、正常の触媒３と比較して、触媒の上流端から３
５ｍｍ下流側の温度が低くなる。これは、加速時において、より顕著となる。
【００４９】
このように、触媒３の劣化の度合いに応じて、触媒３の発熱部位が下流側に移動し、これにより触媒３よりも下流側の排気の温度が変化する。この現象を利用すれば、加速時における触媒３よりも下流側の排気の温度の最大値と、減速時の触媒３よりも下流側の排気の温度の最小値と、の差（以下、温度変化幅という。）に基づいて、触媒３の劣化の度合いを判定することができる。一般に、触媒３における発熱部位を特定するためには、センサなどを追加する必要があるが、本実施例によれば既存の下流側温度センサ６を用いることで発熱部位を特定することができる。
【００５０】
ところで、内燃機関１の運転状態によっては、上述のような現象が現れ難い場合がある。ここで、図６は、加速時の触媒３よりも下流側の排気の温度の最大値（最高温度）と、温度変化幅と、の関係を示した図である。
【００５１】
触媒３の最高温度が高いほど、触媒３から外気への放熱が増加することにより、温度変化幅は大きくなる。また、触媒３が正常のときよりも劣化しているときのほうが、温度が変化する容量が小さくなるため、温度変化幅が大きい。
【００５２】
また、図７は、減速時間と、温度変化幅と、の関係を示した図である。減速時間は、減速が継続した時間であり、温度変化幅を得るのに要した時間に相当する。
【００５３】
減速時間が長くなるほど、触媒３から奪われる熱が多くなるため、温度変化幅は大きくなる。また、触媒３が正常のときよりも劣化しているときのほうが、温度が変化する容量が小さくなるため、温度の変化幅が大きくなる。
【００５４】
そして、図６及び図７で示される現象に着目して、触媒３の劣化判定を行う条件を規定する。そうすると、温度変化幅と、触媒３の劣化の度合いと、の関係が明確に現れる条件のときに劣化判定を行うことができるため、劣化判定の精度を高めることができる。
【００５５】
しかし、図６及び図７に示されるように、触媒３が正常の場合と劣化している場合とで、夫々のばらつきが大きいために、最高温度が低い場合や減速時間が短い場合には、触媒３が正常の場合と劣化している場合とで温度変化幅の差が小さくなる。そこで、たとえば、最高温度が閾値以上のときに限り触媒３の劣化判定を許可してもよい。また、減速時間が閾値以上のときに限り触媒３の劣化判定を許可してもよい。これら閾値は、実験等により求めることができる。また、最高温度及び減速時間に基づいて劣化判定を行う条件を規定してもよい。このように、触媒３の温度が低下し易いときに劣化判定を行う。
【００５６】
図８は、減速時間と最高温度と冷却係数Ｚとの関係を示した図である。冷却係数Ｚとは、触媒３が正常の場合と劣化している場合とで温度変化幅にどれほど差が出易いのかを示す値である。この冷却係数Ｚが大きいほど、温度変化幅に差が出易い状態であることを示している。ここで、温度変化幅がたとえば７０℃となる場合の冷却係数Ｚを０とすると、冷却係数Ｚは以下の式で示される。
Ｚ＝０．３８×減速時間＋０．０９×最高温度−５８．１
この式は、実験により得られる図８の関係から求める。
【００５７】
冷却係数Ｚは、最高温度が高くなるほど、また、減速時間が長くなるほど、大きくなる。すなわち、最高温度が高くなるほど、また、減速時間が長くなるほど、温度変化幅が大きくなり、さらに触媒３が正常の場合と劣化している場合との温度変化幅の差が大きくなるため、劣化判定の精度が高くなる。この劣化判定の精度が高くなる範囲を冷却係数Ｚにより規定する。本実施例では、冷却係数Ｚがたとえば０以上のときに劣化判定を許可する
ことにして、劣化判定の精度を高めている。なお、たとえば劣化判定に要求される精度に応じて劣化判定を許可する条件となる冷却係数Ｚの値を設定してもよい。
【００５８】
そして、冷却係数と温度変化幅と触媒３の劣化の度合いと関係を予め実験等により求めておけば、該冷却係数と温度変化幅とに基づいて、触媒３の劣化判定を行うことができる。ここで、図９は、冷却係数Ｚと温度変化幅と触媒３の劣化の度合いとの関係を示した図である。
【００５９】
図９中の「正常」は、正常の触媒３の冷却係数Ｚと温度変化幅との関係を直線（一次式）で近似したものであり、「正常下限」は、触媒３が正常であるときの下限値を示している。また、「劣化」は、劣化している触媒３の冷却係数と温度変化幅との関係を直線（一次式）で近似したものであり、「劣化上限」は、触媒３が劣化しているときの上限値を示している。
【００６０】
冷却係数Ｚと温度変化幅とは図９に示される関係となり、触媒３の劣化の度合いが高くなるほど、温度変化幅は小さくなる。そして、冷却係数Ｚがたとえば０よりも大きければ、「正常下限」よりも「劣化上限」のほうが小さくなるため、冷却係数Ｚと温度変化幅とに基づいて触媒３の劣化判定を高精度に行うことができる。すなわち、図９の関係を予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶しておき、触媒３の劣化判定時には、検出される最高温度及び減速時間から冷却係数Ｚを算出し、該冷却係数Ｚのときの「劣化上限」となる値を閾値として図９より求める。そして、実際に検出される温度変化幅が「劣化上限」よりも小さければ、触媒３は劣化していると判定される。
【００６１】
図１０は、本実施例に係る触媒３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時間毎にＥＣＵ１０により実行される。
【００６２】
ステップＳ１０１では、フィルタ７の再生中であるか否か判定される。すなわち、添加弁４から還元剤が供給される状態であるか否か判定される。本ステップでは、触媒３の劣化判定を行うための前提条件が成立しているか否か判定している。なお、フィルタ７の再生に限らず、吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒回復時等、還元剤が供給される状態である
か否か判定してもよい。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、触媒３の劣化判定を行うことができないため本ルーチンを終了させる。
【００６３】
ステップＳ１０２では、加速条件が成立しているか否か判定される。加速条件は、加速前の条件と、加速中の条件とに分かれる。そして、加速前の条件と、加速中の条件と、が共に成立しているときに、加速条件が成立していると判定される。
【００６４】
まず、触媒３が正常であるか否かに関わらず触媒３の上流側の部位で発熱が起こっていることを加速前の条件とする。具体的には、触媒３を通過する排気の量が規定値以下で、且つ触媒３に流入する排気の温度が規定値以下であることを加速前の条件とする。
【００６５】
ここで、加速前に触媒３の上流側の部位で発熱していれば、加速時に、正常の触媒３と、劣化している触媒３と、で温度変化幅に差が出やすくなる。すなわち、劣化判定が容易になる。このため、触媒３を通過する排気の量が規定値以下であることを条件の１つとする。この規定値は、劣化している触媒３であっても、上流側の部位から還元剤が反応する排気の量であり、例えば１０ｇ／ｓである。そして、触媒３を通過する排気の量が多いと該触媒３の上流側の部位で還元剤が反応し難くなるために該触媒３の劣化判定が困難となるので、このような場合には劣化判定を行わない。
【００６６】
また、例えば触媒３に流入する排気の温度が規定値以下であることを条件の１つとする。すなわち、触媒３の温度が低い状態から加速したほうが、正常の触媒３と、劣化している触媒３と、で温度変化幅に差が出やすくなる。この規定値は、例えば２４０℃である。なお、触媒３を通過する排気の量および排気の温度を測定または推定してこれらの条件が成立しているか否か判定しても良いが、例えばアイドル運転中にはこれらの条件が成立する可能性が高いため、加速前にアイドル運転が行なわれていたことを加速前の条件としても良い。
【００６７】
次に、正常の触媒３であれば上流側の部位から温度が上昇し、劣化している触媒３であれば下流側の部位から温度が上昇する状態であることを加速中の条件とする。具体的には、触媒３を通過する排気の量が規定の範囲内で、且つ触媒３に流入する排気の温度が規定の範囲内であることを加速中の条件とする。
【００６８】
すなわち、触媒３が劣化している場合の発熱部位が下流側となり、触媒３が正常な場合の発熱部位が上流側となるような排気の量となっているか否か判定される。ここで、触媒３を通過する排気の量が少なすぎると、劣化している触媒３であっても上流側の部位から発熱してしまうため、劣化判定が困難になる。また、触媒３を通過する排気の量が多すぎると、正常の触媒３であっても下流側の部位で発熱してしまうため、劣化判定が困難になる。したがって、例えば触媒３を通過する排気の量が規定の範囲内であることを条件の１つとする。この規定の範囲は、予め実験等により求めておく。なお、触媒３を通過するガス量は、吸入空気量と相関関係にあるため、吸入空気量に基づいて判定してもよい。
【００６９】
また、触媒３が劣化している場合の発熱部位が下流側となり、触媒３が正常な場合の発熱部位が上流側となるような排気の温度となっているか否か判定される。すなわち、触媒３に流入する排気の温度が低すぎると、触媒３が正常であっても触媒３の温度が上昇し難くなるので劣化判定が困難となる。また、触媒３に流入する排気の温度が高すぎると、触媒３が劣化していても上流側の部位から発熱してしまい劣化判定が困難となる。したがって、例えば触媒３に流入する排気の温度が規定の範囲内であることを条件の１つとする。この規定の範囲は、予め実験等により求めておく。なお、触媒３に流入する排気の温度は、上流側温度センサ５により検出される温度である。
【００７０】
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、触媒３の劣化判定を行うことができないため本ルーチンを終了させる。
【００７１】
ステップＳ１０３では、下流側温度センサ６により検出される温度の最大値ＴＭＡＸが算出される。この最大値ＴＭＡＸは、加速開始時から減速開始時までの間に下流側温度センサ６により検出される温度の最大値である。なお、加速終了時（減速開始時としてもよい）に下流側温度センサ６により検出される温度を最大値ＴＭＡＸとしてもよい。
【００７２】
ステップＳ１０４では、減速時間をカウントするカウンタを０とする。
【００７３】
ステップＳ１０５では、減速条件が成立しているか否か判定される。すなわち、触媒３の温度が下降し得る状態であるか否か判定される。例えば、内燃機関１の燃焼室への燃料の供給が停止している場合に減速条件が成立していると判定される。また、例えば、アクセル開度センサ１２により得られるアクセルペダル１１の踏み込み量が規定値以下の場合に、減速条件が成立していると判定される。また、例えば、触媒３を通過する排気の量が規定値以下で且つ添加弁４から添加される還元剤量が規定値以下の場合に減速条件が成立していると判定される。これらの規定値は、減速が開始されたときの値として実験等により求めても良い。ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進
み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進む。
【００７４】
ステップＳ１０６では、下流側温度センサ６により検出される温度の最小値ＴＭＩＮが算出される。この最小値ＴＭＩＮは、減速中または減速後のアイドル中に下流側温度センサ６により検出される温度の最小値である。
【００７５】
また、ステップＳ１０７では、有効期間内であるか否か判定される。有効期間とは、触媒３の劣化判定を行うことができる期間である。すなわち、加速している期間が長くなると、触媒３が正常であるか否かに関わらず、該触媒３の上流側の部位の温度が高くなるため、触媒３の劣化判定の精度が低下してしまう。このような場合には、触媒３の劣化判定を中止する。すなわち、有効期間内に触媒３の劣化判定を行う。例えば、ステップＳ１０２で肯定判定がなされてから、触媒３へ流入する排気の量に該触媒３へ流入する排気の温度を乗じた値を積算し、この積算値が規定値以下の場合には、有効期間内であると判定される。排気の量は吸入空気量と相関関係にあるため、吸入空気量を用いて判定しても良い。また、触媒３に流入するエネルギ量の積算値が所定値以下のときに有効期間内であるとしても良い。また、例えば、ステップＳ１０２で肯定判定がなされてから、内燃機関１の吸入空気量を積算し、この積算値が規定値以下の場合には、有効期間内であると判定される。すなわち、触媒３の温度の上昇度合いと相関関係にあるパラメータを用いて判定すれば良い。ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ戻り、否定判定がなされた場合には触媒３の劣化判定を行うことができないため本ルーチンを終了させる。
【００７６】
ステップＳ１０８では、減速時間が算出される。減速時間は、下流側温度センサ６により温度の最大値ＴＭＡＸが検出されてから、温度の最小値ＴＭＩＮが検出されるまでの時間であり、減速時間をカウントするカウンタにより得る。
【００７７】
ステップＳ１０９では、冷却係数Ｚが算出される。冷却係数Ｚは、図８で説明したように、予め設定されている式により得る。
【００７８】
ステップＳ１１０では、冷却係数Ｚが所定値以上であるか否か判定される。この所定値は、触媒３の劣化判定の精度が許容範囲となる値であり、たとえば０である。ステップＳ１１０で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１１へ進み、否定判定がなされた場合には劣化判定を行っても精度が低いために本ルーチンを終了する。なお、本実施例ではステップＳ１１０を処理するＥＣＵ１０が、本発明における条件決定手段に相当する。
【００７９】
ステップＳ１１１では、閾値が算出される。この閾値は、触媒３が劣化しているときの温度変化幅の上限値である。閾値と、冷却係数Ｚと、の関係を予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶させておく。そして、このマップに冷却係数Ｚを代入して閾値が求められる。なお、本実施例では、ステップＳ１１１を処理するＥＣＵ１０が、本発明における変更手段に相当する。
【００８０】
ステップＳ１１２では、温度の最大値ＴＭＡＸと最小値ＴＭＩＮとの差（温度変化幅）が、ステップＳ１１１で算出される閾値以下であるか否か判定される。なお、本実施例においては最大値ＴＭＡＸと最小値ＴＭＩＮとの差を算出するＥＣＵ１０が、本発明における変化量算出手段に相当する。また、本実施例においては温度の最大値ＴＭＡＸと最小値ＴＭＩＮとの差が閾値以下であるか否か判定するＥＣＵ１０が、本発明における判定手段に相当する。
【００８１】
ステップＳ１１２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１３へ進み、触媒３は劣化していると判定される。一方、ステップＳ１１２で否定判定がなされた場合にはステッ
プＳ１１４へ進み、触媒３は正常であると判定される。
【００８２】
このように、加速時の触媒３から流出する排気の温度の最大値と、その後の最小値との差に基づいて、触媒３の劣化判定を行うことができる。すなわち、過渡運転時における下流側温度センサ６の出力値に基づいて触媒３の劣化判定を行うことができる。
【００８３】
また、最高温度と減速時間とに基づいて劣化判定を行うか否かを決定することで、触媒３の劣化判定の精度を高くすることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１     内燃機関
２     排気通路
３     触媒
４     添加弁
５     上流側温度センサ
６     下流側温度センサ
７     フィルタ
８     吸気通路
９     エアフローメータ
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
【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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