(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路中に設けられて還元剤の添加により活性化可能な排気浄化装置と、前記内燃機関が作動している状態から停止することを条件に前記排気浄化装置に還元剤を添加する還元剤添加手段と、この排気浄化装置本体に設けられて排気浄化装置温度を測定する排気浄化装置温度測定手段と、前記還元剤添加手段により還元剤を添加した時期から還元剤の添加により前記排気浄化装置温度が上昇した後に低下して所定の温度に到達する時期までの時間を測定する温度到達時間測定手段と、前記温度到達時間測定手段により計測した時間が、所定の時間以上であるならば劣化していないと判定し、所定の時間より短ければ劣化していると判断する劣化判定手段と、を備えた排気浄化装置の劣化判定装置。
【請求項２】
前記排気浄化装置温度が還元剤の添加により活性化する還元剤活性化温度未満であるならば、内燃機関が停止しても前記排気浄化装置に還元剤添加を行わないことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置の劣化判定装置。
【請求項３】
前記排気浄化装置は、前記排気浄化装置の上流に設けられて排気浄化装置に流入する排気温度を測定する排気温度測定手段を更に有し、
この流入する排気温度より前記排気浄化装置温度が高いならば、内燃機関が停止しても前記排気浄化装置に還元剤添加が行われないことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置の劣化判定装置。
【請求項４】
前記排気浄化装置は、流入する排気が酸素濃度過剰状態の時に排気中に存在する窒素酸化物をその駆体に吸蔵し、同じく流入する排気が酸素濃度希薄状態の時に駆体に吸蔵した窒素酸化物を放出還元する吸蔵還元機能を有すると共に前記窒素酸化物の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段を有し、前記吸蔵量推定手段により窒素酸化物の吸蔵量が所定量未満と推定されたならば、内燃機関が停止しても前記排気浄化装置に還元剤添加が行われないことを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の排気浄化装置の劣化判定装置。
【請求項５】
内燃機関が作動しており、この内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置が還元剤の添加により活性化可能な状態で、この内燃機関を停止することを感知した際に排気浄化装置に還元剤を添加して昇温させ、前記還元剤添加時からこの排気浄化装置の温度が低下して所定の温度に到達するまでの時間を測定し、その測定結果が予め定められた所定の時間以上であるならば劣化していないと判定し、その測定結果が予め定められた所定の時間より短ければ劣化していると判定する、排気浄化装置の劣化を判定する排気浄化装置の劣化判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、特にその劣化判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する触媒の一つとして、酸素濃度過剰（リーン）状態でＮＯｘを吸蔵し、排気中に還元剤である燃料を添加して酸素濃度希薄（リッチ）状態にした時に吸蔵したＮＯｘを放出し、活性化された触媒（白金Ｐｔ等）により燃料（ＨＣ）と反応させ、Ｎ2に還元して外気に排出する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がある。
【０００３】
このＮＯｘ触媒は、前記のように排気中のＮＯｘをリーンの時に吸蔵、リッチの時に放出するＮＯｘ吸蔵剤と、還元剤である燃料により活性化されて、排出されたＮＯｘと酸化還元反応を起こさせる貴金属触媒とから構成され、それぞれ吸蔵放出機能、活性化機能を組み合わせて排気を浄化している。
【０００４】
よって、このＮＯｘ触媒が劣化する要因としては前記のＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵放出機能の低下、及び貴金属触媒の活性化機能の低下がある。これらの原因としては、硫黄（Ｓ）被毒によるＮＯｘ吸蔵能力の低下や、シンタリングによる貴金属触媒の活性化の低下などが例示できる。
【０００５】
これら触媒の劣化程度を判定する方法として、例えば特開平０８−２３２６４４号公報にあるように、ＮＯｘを放出するべく触媒雰囲気をリッチ状態にした後に触媒よりＮＯｘ放出が完了する（空燃比センサの出力レベルがリッチ空燃比に対応する出力レベルになる）までの時間から触媒劣化度合を判定する方法や、特開２０００−１０４５３６号公報の触媒の下流側に設けたＮＯｘセンサの信号（ＮＯｘセンサ信号の時間線図、この時間線図におけるＮＯｘ濃度の勾配、触媒再生過程の時間）に基づいて触媒劣化を判定する方法などがある。
【０００６】
これらの触媒劣化判定方法は、何れも排気中のＮＯｘ又は酸素（Ｏ2）等の濃度を計測してその値により劣化を求める方法である。よって、この気体濃度を測定するためには測定を行うセンサ周辺の気体が流動していることが必要となる。もし気体が流動していないのであれば、それはそのセンサ周辺の排気濃度を測定したに過ぎず、そのセンサ上流にある触媒雰囲気の濃度や、内燃機関より排出される排気の濃度を測定したことにはならない。よって前記の触媒劣化判定方法を行う際には、必然的に内燃機関が作動して、排気を排出し、流動していることが必要になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関が作動している状態では、この内燃機関に係る負荷、回転数などに起因して、排出する排気の温度、濃度、流速及び流量等の諸条件が異なることになる。これに対して前述の触媒劣化判定方法は、何れも内燃機関の運転中に触媒劣化判定を行うものであり、内燃機関の運転状態に起因して発生する諸条件の変動を考慮して触媒劣化判定を行う必要がある。
【０００８】
本発明は、前記問題に鑑みて行うものであり、内燃機関の諸条件に左右されずに触媒の劣化判定を行うことを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の問題を解決するために、内燃機関が作動しており、この内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置が還元剤の添加により活性化可能な状態で、この内燃機関を停止することを感知した際に排気浄化装置に還元剤を添加して昇温させ、前記還元剤添加時からこの排気浄化装置の温度が低下して所定の温度に到達するまでの時間を測定し、その測定結果が予め定められた所定の時間以上であるならば劣化していないと判定し、その測定結果が予め定められた所定の時間より短ければ劣化していると判定する、排気浄化装置の劣化を判定する排気浄化装置の劣化判定方法により劣化を判定する。
【００１０】
この劣化判定方法を行うために、内燃機関の排気通路中に設けられて還元剤の添加により活性化可能な排気浄化装置と、前記内燃機関が作動している状態から停止することを条件に前記排気浄化装置に還元剤を添加する還元剤添加手段と、この排気浄化装置本体に設けられて排気浄化装置温度を測定する排気浄化装置温度測定手段と、前記還元剤を添加した時期から還元剤の添加により前記排気浄化装置温度が上昇した後に低下して所定の温度に到達する時期までの時間を測定する温度到達時間測定手段と、前記温度到達時間測定手段により計測した時間が、所定の時間以上であるならば劣化していないと判定し、所定の時間より短ければ劣化していると判断する劣化判定手段と、を備えた排気浄化装置の劣化判定装置を用いた。
【００１１】
すなわち、内燃機関が停止することを感知すると同時に触媒を設けた排気浄化装置に燃料添加を行い、この燃料により排気浄化装置温度である触媒床温度が昇温されて触媒が活性化される。その後に触媒床温度が低下して触媒が活性化を停止する所定の温度になるまでの時間を計測する。そして燃料添加後からこの所定の温度になるまでの時間と、劣化していない触媒で同様に燃料を添加し、触媒床温度を上昇させた後に低下して所定の温度になるまでの時間とを比較して、前記の触媒が劣化しているかどうかを判断する方法及びこの方法を行うための装置を用いたのである。また、ここで記した所定の温度は、前記排気浄化装置に設けられた触媒と同種の新触媒において、この新触媒が活性化する温度まで昇温した後に温度低下して活性化を停止する温度とする。
【００１２】
内燃機関が停止した後に触媒の劣化判定制御を行うため、内燃機関にて発生する諸条件に影響されること無く、均等な条件下で劣化判定を行うことが可能となる。
【００１３】
本発明では劣化の判断基準として触媒に燃料添加した際にこの燃料が酸化還元反応をして、触媒床温度が昇温している時間を用いたが、この温度を測定する手段として、例えば熱電対等で直接触媒床温度を測定することが可能である。これにより内燃機関が停止した状態で、気体の流れが無い状態の触媒床温度を測定することが可能である。また、前記触媒床温度を測定するにあたり、直接触媒床温度を測定できない場合がある。この場合には前記触媒の下流側に温度測定手段を設けて触媒より流出する排気温度を測定し、この温度を間接的に触媒床温度として用いてもよい。
【００１４】
本発明を実施する条件として、前記排気浄化装置温度が還元剤の添加により活性化する還元剤活性化温度未満であるならば、内燃機関が停止しても前記排気浄化装置に還元剤添加が行われないこととした。
【００１５】
また、他の条件として、前記排気浄化装置は、前記排気浄化装置の上流に設けられて排気浄化装置に流入する排気温度を測定する排気温度測定手段を更に有し、この流入する排気温度より前記排気浄化装置温度が高いならば内燃機関が停止しても前記排気浄化装置に還元剤添加が行われないこととした。
【００１６】
本発明では、還元剤である燃料を触媒に添加してその触媒の昇温を測定するものである。しかし触媒床温度が燃料を添加して昇温反応する還元剤活性化温度未満であるならば、添加した燃料が触媒に付着したままになり、触媒の劣化判定を行うことができない。また、排気浄化装置温度が排気浄化装置流入温度より高温であるならば、排気浄化装置内の触媒にて燃料による昇温反応が進行中である。よってこの状態で燃料を添加し、その触媒昇温時間の測定を行っても、事前に燃料が存在しているため正確な時間は測定不可能である。よってこれらの条件下では本発明の制御は行われない。
【００１７】
前記排気浄化装置は、流入する排気が酸素過剰状態の時に排気中に存在する窒素酸化物をその駆体に吸蔵し、同じく流入する排気が酸素希薄状態の時に駆体に吸蔵した窒素酸化物を放出還元する吸蔵還元機能を有すると共に前記窒素酸化物の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段を有し、前記吸蔵量推定手段により窒素酸化物の吸蔵量が所定量未満と推定されたならば、内燃機関が停止しても前記排気浄化装置に還元剤添加が行われないこととした。
【００１８】
前記触媒は、周辺雰囲気によりＮＯｘを吸蔵、放出するＮＯｘ吸蔵剤により構成されている。よって添加された燃料がＮＯｘ吸蔵剤より放出されたＮＯｘと酸化還元反応を起こす際に発生する熱により昇温する手段を有する。しかし内燃機関停止後、劣化判定を行う際に、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵しているＮＯｘ量が添加された燃料と反応する量以下の場合には、触媒の昇温能力が低下することとなる。これにより、触媒劣化により温度が低下したのか、酸化還元反応不足のために温度が低下したのかが、判別できなくなる。したがってＮＯｘ吸蔵量推定手段によりＮＯｘ吸蔵量を推定し、その推定された吸蔵量が所定量未満ならば、前記排気浄化装置に還元剤添加を行わないこととした。
【００１９】
以上より、内燃機関の運転状態による排気濃度、排気流量等の変動に関わりなく、触媒劣化判定を行うことが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の劣化判定装置及び方法を、ディーゼルエンジンシステムに適用した実施の形態について説明する。
【００２１】
図１において、内燃機関（以下、エンジンという）１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気系３０及び排気系４０等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンシステムである。以下、本ディーゼルエンジンシステムの構成について説明する。
【００２２】
燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、蓄圧室（コモンレール）１２、燃料噴射弁１３、遮断弁１４、燃料添加ノズル１７、機関燃料通路Ｐ１及び添加燃料通路Ｐ２等を備えて構成される。
【００２３】
サプライポンプ１１は燃料タンク（図外）からくみ上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｐ１を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２はサプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所定の圧力に保持（蓄圧）する機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３に分配する。燃料噴射弁１３はその内部に電磁ソレノイド（図外）を備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室２０内に燃料を供給噴射する。
【００２４】
他方、サプライポンプ１１は、燃料タンクからくみ上げた燃料の一部を添加燃料通路Ｐ２を介して燃料添加ノズル１７に供給する。添加燃料通路Ｐ２にはサプライポンプ１１から燃料添加ノズル１７に向かって遮断弁１４が配設されている。遮断弁１４は緊急時において、添加燃料通路Ｐ２を遮断し、燃料供給を中止する。燃料添加ノズル１７は燃料噴射弁１３と同様な電磁弁であり、排気系４０内に還元剤である燃料を噴射添加する。
【００２５】
吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給される吸気空気の通路（吸気通路）を形成する。一方、排気系４０は、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成する。
【００２６】
また、このエンジン１には、周知の過給器（ターボチャージャ）５０が備えられている。ターボチャージャ５０は、シャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２とコンプレッサ５３とを備える。一方のコンプレッサ５３は吸気系３０内の吸気に晒され、他方のタービンホイール５２は排気系４０内の排気ガスに晒されている。このような構成を有するターボチャージャ５０は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサ５３を回転させ、吸気圧を高める効果（過給効果）を有する。
【００２７】
吸気系３０において、ターボチャージャ５０下流に設けられたインタークーラ３１は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ３１よりも更に下流に設けられたスロットル弁３２は、その開度を無段階に調節することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸気通路の流路面積を絞り、同吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有する。
【００２８】
また、エンジン１には、燃焼室２０の上流（吸気系３０）及び下流（排気系４０）をバイパスする排気環流通路（ＥＧＲ通路）６０が形成されている。具体的には、ＥＧＲ通路６０は排気系４０におけるターボチャージャ５０上流の排気集合管４０ａと吸気系３０におけるスロットル弁３２の下流側を連通している。このＥＧＲ通路６０は、排気ガスの一部を適宜吸気系３０に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路６０には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調節することが可能なＥＧＲ弁６１と、ＥＧＲ通路６０を通過（環流）する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ６２が設けられている。
【００２９】
また、排気系４０において、燃焼室より接続する排気集合管４０ａがシリンダヘッドに連結されている。タービンホイール５２が設けられた部位より下流側には、排気ガスの流路に沿って排気通路４０ｂ、その下流にＮＯｘ触媒ケーシング４２、更に下流に排気通路４０ｃが順次連結されている。ＮＯｘ触媒ケーシング４２には、後述するように排気ガス中に含まれるＮＯｘ等の有害成分を浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒４２ｂが収容されている。
【００３０】
また、エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、当該部位の環境条件やエンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００３１】
すなわち、レール圧センサ７０は、コモンレール１２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。燃圧センサ７１は、添加燃料通路Ｐ２内を流通する燃料のうち、燃料添加ノズル１７へ導入される燃料の圧力（燃圧）に応じた検出信号を出力する。エアフローメータ７２は、吸気系３０内のスロットル弁３２上流において吸入空気の流量（吸気量）に応じた検出信号を出力する。空燃比（Ａ／Ｆ）センサ７３は、排気系４０の触媒ケーシング４２上流において排気ガス中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温度センサ７４は、同じく排気系４０の触媒ケーシング４２下流において排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。ＮＯｘセンサ７５は、同じく排気系４０の触媒ケーシング４２下流において排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。触媒流入排気温度センサ７８は触媒ケーシング４２入口において流入する排気ガスの温度に応じた検出信号を出力する。触媒温度センサ７９は触媒ケーシング４２中において触媒床温度に応じた検出信号を出力する。
【００３２】
また、アクセル開度センサ７６はアクセルペダル（図外）に取り付けられ、同ペダルの踏込量に応じてエンジン１において要求する仕事量の基となる検出信号を出力する。クランク角センサ７７は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。イグニッションスイッチ(Ｉ．Ｇ）９０はエンジン１の始動制御、停止制御を開始する信号を出力すると共に、主電源のスイッチとなる。これら各センサ７０〜７９、９０は、電子制御装置（ＥＣＵ）８０と電気的に接続されている。
【００３３】
図２に示すように、ＥＣＵ８０は中央演算処理装置（ＣＰＵ）８１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３及び運転停止後も記憶した情報が消去されないバックアップＲＡＭ８４、タイマカウンタ８５等と、Ａ／Ｄ変換器を含む入力ポート８６と、出力ポート８７とが、双方向性バス８８により接続されて構成される論理演算回路を備える。
【００３４】
ＥＣＵ８０は、前記各種センサの検出信号を入力ポート８６を介して入力し、これら信号に基づいてＥＣＵ８０に有するＣＰＵ８１において、ＲＯＭ８２に記憶されているプログラムから、エンジン１の燃料噴射等についての基本制御を行う他、還元剤（還元剤として機能する燃料）添加に係る燃料噴射の供給量の決定や添加時期等に関する燃料添加制御等、エンジン１の運転状態に関係する各種制御及び、エンジン１を停止する際に係る制御等を行う。
【００３５】
尚、燃料噴射弁１３を通じて各気筒に燃料を供給する燃料供給系１０、排気系４０に備えられたＮＯｘ触媒、及びこれら燃料供給系１０やＮＯｘ触媒の機能を制御するＥＣＵ８０等は、併せて本実施の形態に係るエンジン１の排気浄化装置を構成する。前記燃料添加制御等は、当該制御に関する指令信号を出力するＥＣＵ８０を含め、この排気浄化装置を構成する各種部材の作動を通じて実施される。
【００３６】
次に、以上説明したエンジン１の構成要素のうち、排気系４０に設けられた触媒ケーシング４２について、その構成及び機能を詳しく説明する。
【００３７】
図３は、図１に示した触媒ケーシング４２を、その内部構造の一部と共に拡大して示す断面図である。触媒ケーシング４２は、その内部に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒４２ｂを収容する。
【００３８】
ＮＯｘ触媒４２ｂは、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主材料とした担体とし、この担体の表面にＮＯｘ吸蔵剤として機能する、例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、のようなアルカリ土類金属、あるいはイットリウム（Ｙ）のような希土類と、酸化触媒（貴金属触媒）として機能する、例えば白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持されることによって構成される。なお、本実施の形態においては、排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタ上にＮＯｘ吸蔵剤が担持されている。
【００３９】
ＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガス中の酸素濃度が高い状態ではＮＯｘを保持し、排気ガス中の酸素濃度が低い状態ではＮＯｘを放出する特性を有する。また、排気ガス中にＮＯｘが放出された時、排気ガス中にＨＣやＣＯ等が存在していれば、貴金属触媒がこれらＨＣやＣＯの酸化反応を促すことで、ＮＯｘを酸化成分、ＨＣやＣＯを還元成分とする酸化還元反応が両者間で起こる。すなわち、ＨＣやＣＯはＣＯ2やＨ2Ｏに酸化され、ＮＯｘはＮ2に還元される。
【００４０】
また、ＮＯｘ触媒４２ｂを構成している貴金属触媒はＨＣの酸化を促して、ＨＣの酸化反応熱により触媒床温度を昇温させる。
【００４１】
また、ＮＯｘ吸蔵剤は排気ガス中の酸素濃度が高い状態である時にでも所定の限界量のＮＯｘを保持すると、それ以上ＮＯｘを保持しなくなる。エンジン１では、触媒ケーシング４２内に収容されたＮＯｘ触媒４２ｂのＮＯｘ保持量が限界に達する前に、排気通路の触媒ケーシング４２上流に還元剤を添加供給することで、ＮＯｘ触媒４２ｂを活性化して保持されたＮＯｘを還元浄化し、ＮＯｘ触媒４２ｂのＮＯｘ保持能力を回復させるといった制御を所定のインターバルで繰り返す。
【００４２】
以下ＮＯｘ浄化について具体的に述べる。
【００４３】
一般に、ディーゼルエンジンでは、燃焼室内で燃焼に供される燃料及び空気の混合気の酸素濃度が、殆どの運転領域で高濃度状態にある。燃焼に供される混合気の酸素濃度は、燃焼に供された酸素を差し引いてそのまま排気ガス中の酸素濃度に反映されるのが通常であり、混合気中の酸素濃度（空燃比）が高ければ、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）も基本的には同様に高くなる。
【００４４】
一方、上述したように、ＮＯｘ触媒４２ｂは排気ガス中の酸素濃度が高ければＮＯｘを保持し、低ければＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元する特性を有するため、排気ガス中の酸素が高濃度にある限りＮＯｘを保持し続ける。但し、当該ＮＯｘ触媒４２ｂのＮＯｘ保持量には限界が存在し、同ＮＯｘ触媒４２ｂが限界量のＮＯｘを保持した状態では、排気ガス中のＮＯｘは同ＮＯｘ触媒４２ｂに保持されず触媒ケーシング４２を素通りする。
【００４５】
ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持作用を復帰させるため、還元剤をＮＯｘ吸蔵剤に添加する必要があるが、エンジンの構成上、通常の燃料噴射を行った場合に、酸素濃度が低い、すなわち還元剤である燃料を多量に含んだ排気ガスは排出され難い。
【００４６】
よって、内燃機関の燃焼室にて行われる動力転化用の主燃料噴射とは別に主に未燃焼燃料として燃料を噴射する副次的燃料噴射を行う方法や、排気通路に設けられ、排気ガス中に燃料を噴射する方法等を行う。この方法により燃料を排気ガス中に添加して排気ガス中の還元剤成分を増量させ、この還元成分によりＮＯｘ保持作用を復帰させる。
【００４７】
エンジン１のＥＣＵ８０は、ＮＯｘセンサ７５の出力信号に基づいてＮＯｘ触媒４２ｂ下流における排気ガス中のＮＯｘ濃度を連続的に観測する。ＮＯｘ触媒４２ｂによるＮＯｘの保持能力（保持効率）は、当該ＮＯｘ触媒４２ｂに保持されているＮＯｘ量が多くなるほど、言い換えれば、ＮＯｘ触媒４２ｂに保持されているＮＯｘ量が当該ＮＯｘ触媒４２ｂの保持し得るＮＯｘの最大量（飽和量）に近づくほど低くなる。すなわち、ＮＯｘ触媒４２ｂ内におけるＮＯｘの保持量が増大すれば、当該触媒ケーシング４２を素通りして下流に排出されるＮＯｘ濃度も上昇するようになる。こうした両者の推移様態には、相関性があるため、ＮＯｘ濃度の推移様態に基づいてＮＯｘ触媒４２ｂ内におけるＮＯｘの保持量を把握することができる。
【００４８】
そこで、ＥＣＵ８０は、触媒ケーシング４２下流におけるＮＯｘ濃度が所定濃度を上回ったところで、ＮＯｘ触媒４２ｂ内のＮＯｘ保持量が所定量に達したものと判断して、燃料添加手段を用いて、排気ガス中に未燃焼燃料を含ませることにより、排気系４０の触媒ケーシング４２上流に燃料を添加して、触媒ケーシング４２内に流入する排気ガス中の還元成分量を一時的に増量し、空燃比を低下させて、触媒中のＮＯｘを還元剤である燃料と反応させて浄化する。
【００４９】
主な制御方法としては、アクセル開度センサ７６、クランク角センサ７７、タイマカウンタ８５等の出力信号等をバックアップＲＡＭ８４上に蓄積した運転履歴等からＣＰＵ８１にてＲＯＭ８２に記憶してあるプログラムと比較して浄化方法である燃料添加を行うかどうかを判断する。
【００５０】
以上のＮＯｘ触媒４２ｂ回復方法によりＮＯｘ触媒４２ｂは再びＮＯｘ浄化能力を回復するが、このＮＯｘ触媒４２ｂの回復を繰り返し行ううちに、経年劣化等により触媒の排気浄化性能は徐々に衰えていく。
【００５１】
触媒の排気浄化性能が衰えて発生する問題としては、還元剤の添加により触媒が活性化する還元剤活性化温度の上昇や、触媒の反応性能の低下等が例示できる。これにより新しい状態の触媒（新触媒）の還元剤活性化温度等を所定の温度として劣化した触媒でＮＯｘ浄化制御を行うと、その還元剤活性化温度の違いから十分なＮＯｘ浄化が行えない。よってＮＯｘ触媒４２ｂの劣化程度を判定し、それに応じたＮＯｘ浄化制御を行う必要がある。
【００５２】
以下、ＮＯｘ触媒の劣化判定方法について述べる。
【００５３】
前述したように劣化した触媒は劣化していない触媒に比較して活性化温度の上昇及び触媒の反応性能等が低下する。よって図４に示すように、劣化している触媒と劣化していない触媒に同一条件で燃料を添加すると一回昇温した後に低下して触媒の活性が停止する所定の温度に到達するまでの時間が変化する。この特性を用いて、ＮＯｘ触媒４２ｂに還元剤となる燃料を添加した後、その触媒活性化時間を測定し、この触媒活性化時間の減少を触媒の劣化の要因として触媒の劣化を判定する。
【００５４】
前記の触媒活性化時間を測定するにあたり、エンジン１よりの諸影響、つまり排気流量、排気濃度等の影響が無い状態で測定を行うほうが、より正確な測定を行うことができる。これよりＮＯｘ触媒４２ｂの雰囲気がもっとも安定している状態であるエンジン１の停止後、まだＮＯｘ触媒４２ｂの床温度が燃料添加により活性化可能な温度の状態で触媒活性化時間の測定を行う。
【００５５】
エンジン１の停止後に触媒活性化時間の測定を行うために、エンジン１を停止すると同時に燃料添加を行う。これはＩ．Ｇ９０を停止側にするともにこの停止信号がＥＣＵ８０に送られる。これによりＥＣＵ８０はエンジン停止制御を行うが、このエンジン停止制御を行うと同時に、触媒劣化判定制御を行う。以下、触媒劣化判定制御及びエンジン停止制御について説明する。
【００５６】
エンジン１を停止する際には、先ずI．Ｇ９０を停止側にすることにより、停止信号がＥＣＵ８０にて検出される。この検出信号に基づいてＣＰＵ８１はＲＯＭ８２に記憶されたエンジン停止制御を実行する。主な制御としては、燃料供給系１０の停止、及びスロットル弁３２の閉鎖による燃焼物への酸素の供給停止、エンジン１の冷却等に係るエンジン停止後も作動する装置への電力供給及びこの電力の遮断時間の設定等がある。
【００５７】
前記Ｉ．Ｇ９０を停止側にすると同時に、ＥＣＵ８０において触媒温度センサ７９よりの信号を検出し、添加された燃料により活性化する還元剤活性化温度に触媒床温度が到達しているかどうかを判断する。次に触媒流入排気温度センサ７８よりの信号を検出し、触媒温度センサ７９との温度差を測定する。ここで触媒温度センサ７９より検出した温度が触媒流入排気温度センサ７８より検出した温度より高温を示した場合には、ＮＯｘ触媒４２ｂ内にて昇温反応が発生している可能性があるため、エンジン１が停止しても燃料添加は行わずに通常のエンジン停止制御を行う。
【００５８】
触媒温度センサ７９より検出した温度が触媒流入排気温度センサ７８より検出した温度とほぼ等しい温度かそれ以下の温度ならば、次にタイマカウンタ８５及びＲＡＭ８３に予め記憶してある前回燃料添加した時期及びエンジン１始動後から今回エンジン１を停止した時期までの時間を算出する。前記何れかの時間が所定の時間以内ならば、ＮＯｘがＮＯｘ触媒４２ｂに添加された燃料と反応する所定量蓄積されていないと推定され、エンジン１が停止しても燃料添加は行わずに通常のエンジン停止制御を行う。
【００５９】
前記の測定時間が所定の時間より長ければ、燃料添加ノズル１７より排気通路中に燃料を添加する。このとき、ＣＰＵ８１において、ＲＯＭ８２に記憶されているマップＡ（図５）に基づき、燃料添加時の触媒床温度から燃料添加量Ｓが決定される。このマップＡは劣化していない新触媒において所定の触媒床温度時に添加された燃料が、この新触媒の活性化を停止させる触媒床温度以下になるまで反応を続けるに必要な燃料量を示したものである。よって前記マップＡに基づいて、燃料添加ノズル１７の電磁ソレノイドを制御して所定量を排気中に添加する。
【００６０】
ＥＣＵ８０にて燃料添加を行うことが決定されると共に、触媒劣化判定制御が終了するまでＥＣＵ８０の電源が停止されないようにＥＣＵ８０のＲＯＭ８２に記憶された電源停止制御が実行に移される。
【００６１】
前記燃料が添加された時から、触媒温度センサ７９の信号を検出し、この検出結果が予め定められた新触媒が活性化を停止する所定の温度に到達するまでの時間（触媒活性化時間）（Ｔａｃｔ）をタイマカウンタ８５にて計測する。また、ＣＰＵ８１はＲＯＭ８２に記憶してあるマップＢ（図６）より、劣化していない触媒において所定の触媒床温度及び触媒流入排気温度の時に燃料を添加し、この添加燃料により触媒床温度が所定の温度になるまで昇温反応を続ける時間である活性予想時間（Ｔｔｒｇ）を読み込む。
【００６２】
ＣＰＵ８１において、前記タイマカウンタ８５で計測した燃料添加時から所定の温度に到達する時間（触媒活性化時間）（Ｔａｃｔ）と活性予想時間（Ｔｔｒｇ）とを比較し、ＴａｃｔがＴｔｒｇより短いのならば当該ＮＯｘ触媒４２ｂは劣化していると判定される。ＴａｃｔがＴｔｒｇ以上であるならば当該ＮＯｘ触媒４２ｂは劣化状態には達していないと判定される。その後これら判定結果をバックアップＲＡＭ８４に記憶して、当劣化触媒判定制御は終了する。その後電源停止制御によりＥＣＵ８０の電源が停止される。
【００６３】
以下、本実施の形態に係るエンジン１のＥＣＵ８０が実施する「劣化触媒判定制御」に関し、具体的な処理手順について図７に示すフローチャートを参照して説明する。
【００６４】
先ず、Ｓ７０１にて、Ｉ．Ｇ９０を停止側にする。これによりＥＣＵ８０よりエンジン停止制御が行われる。この制御と平行して触媒劣化判定制御も実行される。
【００６５】
次に、Ｓ７０２にてＮＯｘ触媒の床温度（触媒床温度）が還元剤の添加により活性化可能な床温度（還元剤活性化温度）以上かどうかを判断する。還元剤により活性化可能な床温度以上ならば次のステップに進み、還元剤により活性化可能な床温度以下ならばＳ７１５へ進んで触媒劣化判定制御である燃料添加を中止し、次にＳ７１６にてエンジン停止制御を実行して本ルーチンを終了する。
【００６６】
Ｓ７０３では触媒床温度が触媒に流入する排気温度以下であるかどうかを判断する。触媒床温度が排気温度以下なら次のステップに進み、触媒床温度が排気温度より高いならばＳ７１５に進んで燃料添加を中止し、次にＳ７１６へ進んでエンジン停止制御を実行して本ルーチンを終了する。
【００６７】
Ｓ７０４では前回ＮＯｘを還元した時期である前回燃料添加時及びエンジン１始動時双方より今回判定を行う時までの時間がＮＯｘ触媒４２ｂにＮＯｘを吸蔵するのに必要な時間（所定時間）より長ければ次のステップへ進み、前記所定時間未満であるならばＳ７１５に進んで燃料添加を中止し、次にＳ７１６へ進んでエンジン停止制御を実行して本ルーチンを終了する。
【００６８】
前記のＳ７０２〜Ｓ７０４のステップで触媒劣化判定制御が実行可能かどうかを判定する。以下のステップでは触媒が劣化しているかどうかを判定する。
【００６９】
Ｓ７０５ではマップＢに基づいて触媒床温度、排気温度より活性予想時間：Ｔｔｒｇを推定する。次にＳ７０６で触媒活性化時間を測定開始すると共にＳ７０７にてマップＡに基づき触媒床温度に応じた添加燃料：Ｓを添加し、次のステップに進む。
【００７０】
Ｓ７０８〜Ｓ７１０では、Ｓ７０７の実行後から触媒床温度が所定温度以下になるまでの時間（触媒活性化時間）を測定する。Ｓ７０８で触媒床温度が所定温度以下であるかを判断し、触媒床温度が所定温度以下になれば次のステップヘ進む。Ｓ７１０ではＴａｃｔに１を加算する。Ｓ７０８にて触媒床温度が所定温度以下でないときにはＳ７０９に進んでＴａｃｔに１を加算し、Ｓ７０８に戻り、触媒床温度が所定温度以下になるまで繰り返す。
【００７１】
Ｓ７１１ではＴａｃｔとＴｔｒｇとを比較する。ＴａｃｔがＴｔｒｇより小さい値を示すならばＳ７１２に進んでＮＯｘ触媒４２ｂは劣化していると判定する。ＴａｃｔがＴｔｒｇ以上の値を示すならばＳ７１３に進んでＮＯｘ触媒４２ｂは劣化していないと判定する。この後Ｓ７１４にてＳ７１２又はＳ７１３何れかの結果をバックアップＲＡＭ８４へ記憶し、本ルーチンを終了する。
【００７２】
尚、本ルーチンにおいてはＳ７０５〜Ｓ７０７において活性予想時間、活性時間、燃料添加を順次実行したが、これらのステップは順序を問われるものでは無く、同時に行えば良いものである。
【００７３】
本実施の形態では、判定を行う際にＮＯｘ触媒４２ｂのＮＯｘ吸蔵量を推定するために前回燃料添加時及びエンジン１始動時双方より今回判定を行う時まで期間を測定した。この他にもＮＯｘ吸蔵量を推定する方法としては、排気浄化装置４２の上流に、新たにＮＯｘセンサ及び流量計を設け、排気流量、及び排気浄化装置上下流でのＮＯｘ濃度の変化から、ＮＯｘ触媒４２ｂに吸蔵されたＮＯｘ量を計測しても良い。また、活性予想時間を決定する要因として触媒床温度、排気温度を用いたが、この他に例えば水温、気温などより変化してくる触媒雰囲気温度などを要因として加えても良い。これと同様に、燃料添加量を決定するに要因として触媒床温度の他に、排気温度、触媒雰囲気温度等を要因として加えても良い。本実施の形態では一回の測定で判定を行っているが、より判定の精度を増すには前記の触媒劣化判定制御を数回実行し、その結果により総合的に判断したほうが良い。
【００７４】
また、還元剤の添加手段として本実施の形態では排気通路中に燃料噴射装置である燃料添加ノズル１７を設けてこれにより燃料を排気中に添加したが、添加手段としてはこれに限るものでは無い。例えば燃焼室内に燃料を添加する際に、燃焼工程以外で燃料添加し、未燃焼のまま排気してこの未燃焼燃料を還元剤として用いても良い。要は排気浄化装置に還元剤を添加できれば特に手段にこだわるものでは無い。
【００７５】
なお、本実施の形態では排気浄化装置温度測定手段として、触媒温度センサ７９により、直接排気浄化装置温度である触媒床温度を測定したものであるが、排気浄化装置温度測定手段としてはこれに限るものではない。例えばＮＯｘ触媒４２ｂの下流側に温度センサを設けてＮＯｘ触媒４２ｂより排出される排気温度を測定し、この排気温度を間接的に触媒床温度として用いても良い。
【００７６】
本実施の形態では触媒が昇温して所定の温度になるまでの時間を判断基準とし、これに基づいて劣化の有無の判断を行ったものである。よってこの判断基準を多様とすることにより、触媒劣化判定制御を行った時点での、新触媒に対する劣化程度を判定することも可能である。
【００７７】
【発明の効果】
本発明に係る触媒の劣化判定装置及び方法を用いることにより、内燃機関の諸条件に左右されること無く、触媒が劣化しているかどうかを判定することが可能となる。
【００７８】
尚、本発明においてはＮＯｘ吸蔵還元型触媒を主眼としてその構成及び実施例を述べたのものであるが、以上の構成によればＮＯｘ吸蔵還元型触媒に限るものでは無く、還元剤を添加することにより、昇温する特性を持つ触媒、及びフィルタ等においても同様にその劣化を判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態に係るディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図。
【図２】同実施の形態に係る、ＥＣＵ周りの構成概念図。
【図３】同実施の形態に係る、触媒ケーシングの断面概念図。
【図４】同実施の形態に係る、触媒の昇温時間とその判定基準を表すグラフ。
【図５】同実施の形態に係る、燃料添加量を示すマップＡ。
【図６】同実施の形態に係る、活性予想時間を示すマップＢ。
【図７】同実施の形態に係る、触媒劣化判定制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
１  エンジン（内燃機関）
１０  燃料供給系
１１  サプライポンプ
１２  コモンレール（蓄圧室）
１３  燃料噴射弁
１４  制御弁
１７  燃料添加ノズル
２０  燃焼室
３０  吸気系
３１  インタークーラ
３２  スロットル弁
４０  排気系
４０ａ  排気集合管
４０ｂ、ｃ  排気通路
４２  触媒ケーシング
４２ｂ  吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
４３  噴射燃料溜まり
５０  ターボチャージャ
５１  シャフト
５２  タービンホイール
５３  コンプレッサ
６０  ＥＧＲ通路
６１  ＥＧＲ弁
６２  ＥＧＲクーラ
７０  レール圧センサ
７１  燃焼センサ
７２  エアフローメータ
７３  空燃比（Ａ／Ｆ）センサ
７４  排気温度センサ
７５  ＮＯｘセンサ
７６  アクセル開度センサ
７７  クランク角センサ
７８  触媒流入排気温度センサ
８０  電子制御装置（ＥＣＵ）
８１  中央演算処理装置（ＣＰＵ）
８２  読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
８３  ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
８４  バックアップＲＡＭ
８５  タイマカウンタ
８６  入力ポート
８７  出力ポート
８８  双方向バス
９０  イグニッションスイッチ
Ｐ１  機関燃料通路
Ｐ２  添加燃料通路
【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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