(57)【要約】      （修正有）【課題】正確な触媒劣化診断を実施する。【解決手段】触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ化すると共に、このリッチ化終了後に後燃え量を検出し、この後燃え量に基づき触媒の劣化を検出する。劣化触媒特有の現象である後燃えを利用することにより正確な触媒劣化診断を実施することができる。リッチ化終了後に、出ガス温度、出ガス温度検出手段により検出された出ガス温度と出ガス温度推定手段により推定された出ガス温度との差、差に排気ガス流量を乗じた値を積算、出ガス空燃比、それぞれに基づいて後燃え量を検出する。【選択図】図３
2009191789.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た触媒の劣化を診断する装置であって、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ化するためのリッチ化手段と、
前記リッチ化手段によるリッチ化終了後に後燃え量を検出し、当該後燃え量に基づき前記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触媒の劣化診断装置。
【請求項２】
前記触媒から流出した排気ガスの温度である出ガス温度を検出する出ガス温度検出手段を備え、
前記劣化検出手段は、前記リッチ化終了後に前記出ガス温度検出手段により検出された出ガス温度に基づいて前記後燃え量を検出する
ことを特徴とする請求項１記載の触媒の劣化診断装置。
【請求項３】
前記リッチ化手段によるリッチ化がないと仮定した場合の出ガス温度を推定する出ガス温度推定手段を備え、
前記劣化検出手段は、前記リッチ化終了後に、前記出ガス温度検出手段により検出された出ガス温度と、前記出ガス温度推定手段により推定された出ガス温度との差に基づいて前記後燃え量を検出する
ことを特徴とする請求項２記載の触媒の劣化診断装置。
【請求項４】
前記触媒を通過する排気ガスの流量を計測する排気流量計測手段を備え、
前記劣化検出手段は、前記差の変化速度が所定値より大きくなった時点から前記差が所定値より小さくなるまでの間、前記差に前記排気ガス流量を乗じた値を積算することにより、前記後燃え量を検出する
ことを特徴とする請求項３記載の触媒の劣化診断装置。
【請求項５】
前記触媒から流出した排気ガスの空燃比である出ガス空燃比を検出する出ガス空燃比検出手段を備え、
前記劣化検出手段は、前記リッチ化終了後に前記出ガス空燃比検出手段により検出された出ガス空燃比に基づいて前記後燃え量を検出する
ことを特徴とする請求項１記載の触媒の劣化診断装置。
【請求項６】
前記リッチ化手段が、前記触媒の上流側の排気通路に設けられて排気ガス中に燃料を添加する燃料添加弁を含む
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の触媒の劣化診断装置。
【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触媒の劣化診断のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の排気通路には排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。この触媒が劣化すると排ガスエミッションが悪化してしまうことから、これを防止すべく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）で触媒の劣化を診断することが各国法規等からも要請されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、酸化能力を有するパティキュレートフィルタの上流に設けられた酸化能力を有する触媒の劣化度合いを判定する装置が開示されている。これによれば、ＨＣ，ＣＯ等を供給してフィルタに捕獲された粒子状物質を除去すると共に、当該除去を開始してから規定時間経過後のフィルタ上下流の排気温度差を求め、この差が大きいほど触媒の劣化度合いが大きいと判定している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５３６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の装置では次のような原理を利用している。即ち、ＨＣ，ＣＯ等を触媒に供給すると触媒で発熱反応が起こり、触媒の温度が上昇する。そしてこのときの反応量及び発熱量は触媒の劣化度が大きいほど小さい。よって触媒の劣化度が大きいほど、その下流側のフィルタにＨＣ，ＣＯ等が多く供給され、フィルタでより多くの発熱反応が起こり、フィルタ上下流の排気温度差が大きくなる。このことを利用してフィルタ上下流の排気温度差が大きいほど、触媒の劣化度合いが大きいと判定している。
【０００６】
ところで、触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ化させ、触媒に供給するＨＣ，ＣＯ等の量を増加し、触媒において発熱反応を生じさせ、このときの発熱量を計測することで、当該発熱量に基づき触媒の劣化を診断することができる。即ち、発熱量が所定値より小さいときに触媒を劣化と判定することができる。
【０００７】
しかし、診断時の条件によっては、当該発熱量のみでは触媒の劣化を正確に診断することができず、例えば劣化した触媒に対して正常と誤診断する場合があることが判明した。
【０００８】
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あり、その目的は、正確な診断を行うことができる触媒の劣化診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態によれば、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の劣化を診断する装置であって、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ化するためのリッチ化手段と、
前記リッチ化手段によるリッチ化終了後に後燃え量を検出し、当該後燃え量に基づき前記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触媒の劣化診断装置が提供される。
【００１０】
本発明者らは、鋭意研究の結果、触媒が劣化している場合に触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ化すると、そのリッチ化終了後に、触媒内に残留しているＨＣ，ＣＯ等の未燃成分が燃焼する後燃えが生じることを新たに見出した。この後燃えは正常触媒の場合には殆ど起こらない。そこで本発明の一形態は、劣化触媒特有の現象である後燃えを利用し、その量を検出することで、触媒の劣化を検出することとしている。これにより劣化した触媒に対して正常と誤診断することを防止し、正確な劣化診断を行うことが可能となる。
【００１１】
好ましくは、前記劣化診断装置は、前記触媒から流出した排気ガスの温度である出ガス温度を検出する出ガス温度検出手段を備え、前記劣化検出手段は、前記リッチ化終了後に前記出ガス温度検出手段により検出された出ガス温度に基づいて前記後燃え量を検出する。
【００１２】
出ガス温度はリッチ化終了と同時に低下し始めるが、このとき後燃えが生じると、出ガス温度が一旦上昇し、その後再び低下するという挙動を示す。従って、かかる挙動を示す出ガス温度に基づき後燃え量を検出するのが好適である。
【００１３】
好ましくは、前記劣化診断装置は、前記リッチ化手段によるリッチ化がないと仮定した場合の出ガス温度を推定する出ガス温度推定手段を備え、前記劣化検出手段は、前記リッチ化終了後に、前記出ガス温度検出手段により検出された出ガス温度と、前記出ガス温度推定手段により推定された出ガス温度との差に基づいて前記後燃え量を検出する。
【００１４】
これにより、リッチ化の有無による出ガス温度の差即ち昇温量に基づき、後燃え量を精度良く検出することができる。
【００１５】
好ましくは、前記劣化診断装置は、前記触媒を通過する排気ガスの流量を計測する排気流量計測手段を備え、前記劣化検出手段は、前記差の変化速度が所定値より大きくなった時点から前記差が所定値より小さくなるまでの間、前記差に前記排気ガス流量を乗じた値を積算することにより、前記後燃え量を検出する。
【００１６】
好ましくは、前記劣化診断装置は、前記触媒から流出した排気ガスの空燃比である出ガス空燃比を検出する出ガス空燃比検出手段を備え、前記劣化検出手段は、前記リッチ化終了後に前記出ガス空燃比検出手段により検出された出ガス空燃比に基づいて前記後燃え量を検出する。
【００１７】
出ガス空燃比はリッチ化終了と同時にリーン側に変化し始めるが、このとき後燃えが生じると、出ガス空燃比が一旦リッチ側に変化し、その後再びリーン側に変化するという挙動を示す。従って、かかる挙動を示す出ガス空燃比に基づき後燃え量を検出するのが好適である。
【００１８】
好ましくは、前記リッチ化手段が、前記触媒の上流側の排気通路に設けられて排気ガス中に燃料を添加する燃料添加弁を含む。
【００１９】
かかる燃料添加弁でリッチ化を行うと、劣化触媒の場合に後燃えが起こりやすい。即ち、ある時点で添加された燃料が触媒上で蒸発、反応しきる前に次の添加燃料が触媒に到達し、触媒上に燃料が残留し、この残留燃料がリッチ化終了後に後燃えするからである。従ってこの場合に後燃え量を検出し、触媒の劣化を検出するのが好適である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、正確な触媒の劣化診断を行う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】
【００２１】
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。
【００２２】
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、本発明は他の形式の内燃機関、例えば火花点火式内燃機関にも適用可能である。ディーゼルエンジンの形態としては本実施形態のようなコモンレール式に限られない。またＥＧＲ装置などの他のデバイスを含むことも任意である。
【００２３】
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。
【００２４】
ターボチャージャ１９の下流側の排気通路１５には触媒３０が設置されている。本実施形態の触媒３０は、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である。但し、本発明における触媒は酸化触媒に限定されず、排気空燃比をリッチ化させたときに発熱反応を生じさせて昇温するような触媒であればいかなる触媒であってもよい。典型的には、コート材に活性種としての貴金属が分散配置されている触媒を含む。例えば、三元触媒やＮＯｘ触媒（パティキュレートフィルタと一体化されたものを含む）であってもよい。なお、本実施形態において、触媒３０の下流側にＮＯｘ触媒を追加して設置するのが好ましい。ここでリッチ化とは、そのリッチ化直前の排気空燃比に対して排気空燃比をよりリッチ側に変化させることをいう。
【００２５】
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。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。
【００２６】
また、ＥＣＵ１００に接続されるセンサ類として、触媒３０の前後に排気温センサ４０，４２が設けられる。触媒前の排気温センサ４０は、触媒３０に流入する排気ガス（入ガス）の温度Ｔ１を検出するセンサであり、以下「入ガス温度センサ」という。また、触媒後の排気温センサ４２は、触媒３０から流出する排気ガス（出ガス）の温度Ｔ２を検出するセンサであり、以下「出ガス温度センサ」という。なお、入ガス温度センサ４０を省略し、代わりにＥＣＵ１００により、エンジン運転状態に基づいて入ガス温度を推定してもよい。例えば、エンジン回転速度及びアクセル開度と入ガス温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により入ガス温度を推定することが可能である。
【００２７】
さらに、触媒３０に流入する排気ガスの空燃比をリッチ化させるべく、触媒３０の上流側の排気通路１５には燃料添加弁５０が設けられている。燃料添加弁５０はＥＣＵ１００によりオンされたときに開弁し、排気ガス中に燃料（特に未燃成分としてのＨＣ，ＣＯ等）を添加ないし噴射する。なお、このように燃料添加弁５０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（ポスト噴射）を行う方法等が可能である。本実施形態のようなディーゼルエンジンの場合、排気空燃比は基本的に理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆ＝１４．６）より著しくリーン（Ａ／Ｆ＝２０〜２７程度）である。そして燃料添加が行われると、排気空燃比は理論空燃比若しくはそれよりリッチ側に変化させられる。但し、理論空燃比よりリーン側の範囲内でリッチ化を行ってもよい。
【００２８】
次に、触媒３０の劣化診断について説明する。
【００２９】
図２に、燃料添加を行ったときの出ガス温度Ｔ２（出ガス温度センサ４２の検出値）の変化の様子を示す。燃料添加弁５０による燃料添加が開始（燃料添加オン）されると、これに応じて出ガス温度Ｔ２が上昇し始める。（Ｂ）図の実線は正常触媒の場合、一点鎖線は劣化触媒の場合であり、見られるように、正常触媒の方が劣化触媒より出ガス温度の上昇度合いが大きい。本実施形態では、新品触媒の場合に出ガス温度を所定の目標昇温量（例えば２００℃）だけ上昇させるように、燃料が継続的に添加される。そして燃料は、単位時間当たりに一定の量で、最長で所定の最大累積添加量となるまで、添加される。燃料が添加されるにつれ出ガス温度Ｔ２はやがて一定値に収束する。そして燃料添加が終了（燃料添加オフ）すると、出ガス温度Ｔ２は次第に低下していき、最終的に燃料添加がないと仮定した場合の本来の温度に復帰する。
【００３０】
図中、燃料添加開始から出ガス温度復帰時までのハッチングで示す面積Ａ，Ｂが、それぞれ正常触媒及び劣化触媒の場合において、燃料添加に起因して生じた総熱量Ｈに相当する。この総熱量Ｈのうち、燃料添加期間中に生じた熱量は、燃料の反応（特に未燃成分としてのＨＣ，ＣＯ等の酸化発熱反応）により直接的に発生した熱量Ｈ１であり、燃料添加終了後に生じた熱量は、その添加終了後に触媒の冷却過程で排気ガスによって触媒から持ち去られた熱量Ｈ２である（Ｈ＝Ｈ１＋Ｈ２、図８（Ｂ）参照）。図２に示す如き典型例の場合、総熱量Ｈ、発熱量Ｈ１及び持ち去り熱量Ｈ２のいずれに基づいても触媒の劣化判定が可能である。即ち、これら何れかの値を所定値と比較し、所定値より大きければ正常、所定値以下ならば劣化というように判定できる。
【００３１】
しかしながら、本発明者らの鋭意研究の結果によれば、このような単純な熱量の比較では正確な劣化診断を行うのに不十分であることが判明した。その理由を以下に述べる。
【００３２】
燃料を添加すると触媒内で発熱反応が起きるが、このときの反応速度は触媒が劣化しているほど遅い。また、燃料添加弁５０から排気通路１５内に燃料を直接添加すると、触媒３０に到達した燃料はその大半が液状であり、これが気化する際に触媒から気化熱を奪う。劣化触媒の場合、燃料添加を連続的に行うと、ある時点で添加した燃料が触媒上で気化、反応しきる前に次の時点で添加した燃料が触媒に到達し、気化熱を奪う。即ち到達した燃料全てが気化、反応するための時間を確保できないのである。よって結果的に、気化しきれなかった燃料が触媒上に残留する（これに対し正常触媒の場合だと、反応速度が速いため、到達燃料は全て気化、反応する）。燃料添加が終了すると、新たな燃料が触媒に到達せず気化熱を奪われることが無いため、残留燃料が気化、反応することになる。
【００３３】
このため、燃料添加終了後に、触媒上に残留していた燃料が気化、反応する後燃えが生じる。図３はこの後燃えの様子を示す。見られるように、一点鎖線で示す劣化触媒の場合、燃料添加終了後、最初のうちは出ガス温度Ｔ２が低下していくが、その低下途中で出ガス温度Ｔ２が一旦上昇し（或いは低下速度が遅くなり）、再度低下する。この途中の温度上昇期間が後燃えが発生している期間である。後燃えにより触媒内の温度及び触媒から流出する排気ガスの温度が上昇し、当該排気ガスの温度上昇が出ガス温度センサ４２で検知される。劣化触媒で後燃えがないと仮定した場合の出ガス温度低下の様子を破線で示すが、一点鎖線と破線で囲まれたハッチング部分の面積が、後燃えがない場合に対して後燃えにより増加した熱量である。
【００３４】
劣化診断時の条件によっては、劣化触媒において上記の如き後燃えが発生する場合があり、こうなると、例えば総熱量Ｈで比較した場合、劣化触媒と正常触媒とで差異が少なくなることがある。つまり劣化触媒において燃料添加中の熱量Ｈ１は少ないが、燃料添加終了後の熱量Ｈ２は多くなり、合計すると正常触媒の場合の総熱量Ｈと大きな差がなくなってしまう。それ故、劣化触媒に対して正常と誤診断してしまう可能性がある。
【００３５】
他方、正常触媒の場合にはこのような後燃えが殆ど起こらない。そこで本実施形態では、劣化触媒特有の現象である後燃えを利用し、当該後燃え量を検出することで、触媒の劣化を検出するようにしている。
【００３６】
ここで補足的に、後燃えが生じたときの各値の変化の様子を図４〜図６を参照して説明する。図中いずれも、実線は正常触媒の場合、一点鎖線は劣化触媒の場合を示す。
【００３７】
図４は、正常触媒と劣化触媒とで触媒温度（床温）Ｔｃの変化を比較した結果である。劣化触媒の場合、燃料添加の開始と同時に触媒温度Ｔｃは上昇し始めるが、燃料添加中に触媒温度Ｔｃは一旦低下する。これは、前述したように添加燃料が気化、反応する前に次々と新たな添加燃料が触媒に到達し、添加燃料の気化、反応が妨げられると同時に気化熱が奪われるという失活が起きているからである。そして、燃料添加終了後、触媒に残留していた燃料が燃焼し、即ち後燃えが生じ、触媒温度Ｔｃは上昇する。
【００３８】
図５は、正常触媒と劣化触媒とで出ガス昇温量ΔＴ２の変化を比較した結果である。ここで出ガス昇温量ΔＴとは、図２に示すように、出ガス温度センサ４２により検出された出ガス温度Ｔ２と、燃料添加がないと仮定した場合に推定される出ガス温度Ｔ２ｅとの差のことをいい、ΔＴ２＝Ｔ２−Ｔ２ｅで表される。出ガス昇温量ΔＴ２の変化の仕方は出ガス温度Ｔ２の変化の仕方とほぼ同様である。即ち、劣化触媒の場合、燃料添加終了後、出ガス昇温量ΔＴ２は最初に低下し、その後一旦上昇して再度低下する。
【００３９】
図６は、正常触媒と劣化触媒とで出ガス昇温速度ＶΔＴ２の変化を比較した結果である。ここで出ガス昇温速度ＶΔＴ２とは、出ガス昇温量ΔＴの単位時間当たりの変化速度のことをいい、広義にはＶΔＴ２＝ｄ（ΔＴ２）／ｄｔで定義される。本実施形態ではＥＣＵ１００により所定の演算周期τ毎にサンプリングや演算等の処理を行うので、あるタイミング（今回）での出ガス昇温量ΔＴｎからその１回前のタイミング（前回）での出ガス昇温量ΔＴｎ−１を減じて、あるタイミング（今回）での出ガス昇温速度ＶΔＴ２ｎを求めるようにしている。見られるように、劣化触媒の場合、燃料添加終了後、出ガス昇温速度ＶΔＴ２は最初に大きなマイナスの値となるが、その後プラス方向に転じてゼロ付近若しくはプラスの値にまで達し、その後再びマイナスの値となる。
【００４０】
これらの特性を利用して、本実施形態では次のように触媒の劣化診断を行う。図７にはＥＣＵ１００によってなされる劣化診断処理の手順を示す。なお当該処理で用いられる各熱量を図８にハッチングで示すので適宜参照されたい。
【００４１】
まずステップＳ１０１では、診断実行フラグがオンになっているか否かが判断される。診断実行フラグは、劣化診断処理をするのに適した条件が全て満たされたときにオンとなる。例えば、１）エンジンの冷却水温が所定値以上であること（即ちエンジンが暖機後であること）、２）入ガス温度センサ４０で検出された実際の入ガス温度Ｔ１が所定の温度範囲内にあること（即ち入ガス温度Ｔ１が極端に低温又は高温でないこと）、３）出ガス温度センサ４２で検出された実際の出ガス温度Ｔ２が所定の温度範囲内にあること（即ち出ガス温度Ｔ２が極端に低温又は高温でないこと）、４）エアフローメータ２２で検出された吸入空気流量Ｇａが所定範囲内にあること（即ちエンジンが定常運転状態であること）、の全ての条件を満たしたとき、診断実行フラグがオンになる。なお２）、３）の所定のガス温度範囲は、触媒３０が活性化しているときに得られるような温度範囲として設定される。
【００４２】
診断実行フラグがオンでないとき（オフのとき）には待機状態となり、ステップＳ１０１が繰り返し実行され、診断実行フラグがオンになったときには、ステップＳ１０２において、燃料添加弁５０による燃料添加が開始される。
【００４３】
次のステップＳ１０３では、検出値としての出ガス温度Ｔ２の取得と、推定値としての出ガス温度Ｔ２ｅの算出と、これらの差である出ガス昇温量ΔＴ２の算出と、その微分値である出ガス昇温速度ＶΔＴ２の算出とが開始される。これら取得及び算出は所定の演算周期τ毎に行われる。ここで出ガス温度Ｔ２ｅの推定については、例えば、入ガス温度センサ４０で検出された入ガス温度Ｔ１に基づき、Ｔ２ｅ＝ｆ（Ｔ１）なる関数式から算出することができる。関数ｆは入ガス温度Ｔ１に基づいて出ガス温度Ｔ２ｅを推定するための触媒通過モデルを表す関数である。例えばｆのラプラス変換をＦとし、Ｆ（ｓ）＝ｋｅ−Ｌｓ／（１＋Ｔｓ）なる一次遅れ伝達関数（但しｋ：ゲイン、Ｔ：時定数、Ｌ：むだ時間）を用いて当該モデルを表現することができる。なお推定方法はこの例に限られない。例えば本実施形態の場合、エンジンが定常運転状態であるときに診断が行われることから、例えば燃料添加開始時点又はその直前における入ガス温度Ｔ１を推定出ガス温度Ｔ２ｅとしてもよい。
【００４４】
次のステップＳ１０４では総熱量Ｈの算出が開始される。この算出も所定の演算周期τ毎に行われる。この算出については、算出された出ガス昇温量ΔＴ２に、排気ガス流量の代用値或いは推定値である吸入空気流量Ｇａを乗じた値を、周期τ毎に順次積算していくことで行われる。また積算は、燃料添加開始時点ｔ１から開始され、基本的には実際の出ガス温度Ｔ２が上昇後下降して推定出ガス温度Ｔ２ｅ付近に復帰する時点ｔ３まで、行われる（図２参照）。吸入空気流量Ｇａはエアフローメータ２２で検出される値であり、エアフローメータ２２は、触媒３０を通過する排気ガスの流量を計測（検出又は推定）する排気流量計測手段を構成する。
【００４５】
次いで、ステップＳ１０５では、添加終了フラグがオンになったか否かが判断される。添加終了フラグは、例えば、燃料添加開始時点ｔ１から演算周期τ毎に積算される燃料添加量が所定値に達した時にオンとなる。添加終了フラグがオンでないとき（オフのとき）には待機状態となり、ステップＳ１０５が繰り返し実行され、添加終了フラグがオンになったときには、ステップＳ１０６において燃料添加が終了される。
【００４６】
次に、ステップＳ１０７において、持ち去り熱量Ｈ２の算出が開始される。この持ち去り熱量Ｈ２の算出も総熱量Ｈの算出と同様の方法で行われ、即ち、算出された出ガス昇温量ΔＴ２に吸入空気流量Ｇａを乗じた値を、周期τ毎に順次積算していくことで行われる。また積算は、燃料添加終了時点ｔ２から開始され、基本的には実際の出ガス温度Ｔ２が上昇後下降して推定出ガス温度Ｔ２ｅ付近に復帰する時点ｔ３まで、行われる（図２参照）。
【００４７】
次に、ステップＳ１０８において、算出された出ガス昇温速度ＶΔＴ２が所定値ＶΔＴ２ｓと比較される。所定値ＶΔＴ２ｓとしては、図６に示した結果に基づき、ゼロ又はその付近のマイナス又はプラスの値が設定されている。ここでは燃料添加終了後に出ガス昇温速度ＶΔＴ２がプラス方向に転じてゼロ付近に達したか否か、即ち、後燃えが発生したか否かが実質的に判断されている。
【００４８】
ステップＳ１０８においてＶΔＴ２＞ＶΔＴ２ｓであると判断された場合、即ち、後燃えが発生したとみなされる場合、ステップＳ１０９〜Ｓ１１５の処理が実行される。まずステップＳ１０９において、総熱量Ｈ及び持ち去り熱量Ｈ２の算出、積算が中止される。これは後のステップにおいて後燃え発生開始後の熱量（後燃え熱量）Ｈ３（図８（Ｃ）参照）に基づいて劣化判定し、総熱量Ｈ及び持ち去り熱量Ｈ２は劣化判定に使用しないからである。本実施形態では、この後燃え熱量Ｈ３が本発明にいう後燃え量を表すパラメータとなる。
【００４９】
次いでステップＳ１１０において、後燃え熱量Ｈ３の算出が開始される。この後燃え熱量Ｈ３の算出も総熱量Ｈ及び持ち去り熱量Ｈ２のときと同様の方法で行われる。即ち、算出された出ガス昇温量ΔＴ２に吸入空気流量Ｇａを乗じた値を、周期τ毎に順次積算していくことで後燃え熱量Ｈ３が算出される。また積算は、後燃え発生開始時点、具体的にはステップＳ１０８においてＶΔＴ２＞ＶΔＴ２ｓが成立した時点ｔ１３から開始され、実際の出ガス温度Ｔ２が上昇後下降して推定出ガス温度Ｔ２ｅ付近に復帰する時点ｔ１４まで、行われる（図３参照）。
【００５０】
次に、ステップＳ１１１において、算出された出ガス昇温量ΔＴ２が所定値ΔＴ２ｓと比較される。所定値ΔＴ２ｓとしては、図５に示すように、ゼロ又はそれより僅かに大きい値が設定されている。ここでは後燃え発生開始後に出ガス温度Ｔ２が上昇後下降して推定出ガス温度Ｔ２ｅ又はその付近に復帰したか否か、即ち後燃えを含む発熱反応の影響が無くなったか否かが実質的に判断されている。
【００５１】
ステップＳ１１１において、ΔＴ２≧ΔＴ２ｓと判断されたときには待機状態となり、ステップＳ１１１が繰り返し実行され、他方ΔＴ２＜ΔＴ２ｓと判断されたときには、ステップＳ１１２に進んで、後燃え熱量Ｈ３の算出、積算が終了される。
【００５２】
次に、ステップＳ１１３において、算出された後燃え熱量Ｈ３が所定値Ｈ３ｓと比較される。所定値Ｈ３ｓとしては、触媒を劣化とみなすのに十分な大きさの値が設定されている。Ｈ３＞Ｈ３ｓの場合、ステップＳ１１４にて触媒３０は劣化と判定され、他方Ｈ３≦Ｈ３ｓの場合、ステップＳ１１５にて触媒３０は正常と判定される。なお触媒劣化と判定されたときにはその事実をユーザに知らせるため、チェックランプ等の警告装置が作動させられる。以上で診断処理が終了する。
【００５３】
一方、ステップＳ１０８においてＶΔＴ２≦ＶΔＴ２ｓであると判断された場合、即ち、後燃えが発生していないとみなされる場合、ステップＳ１１６〜Ｓ１２１の処理が実行される。まずステップＳ１１６において、ステップＳ１１１と同様、算出された出ガス昇温量ΔＴ２が所定値ΔＴ２ｓと比較される。ΔＴ２≧ΔＴ２ｓのときには待機状態となり、ステップＳ１１６が繰り返し実行され、他方ΔＴ２＜ΔＴ２ｓのときには、ステップＳ１１７に進んで、総熱量Ｈ及び持ち去り熱量Ｈ２の算出、積算が終了される。つまり後燃えが発生していないとみなされる場合、総熱量Ｈ及び持ち去り熱量Ｈ２に基づき、図２に示した典型例のように劣化判定が実行される。
【００５４】
この後ステップＳ１１８において、算出された総熱量Ｈが所定値Ｈｓと比較される。所定値Ｈｓとしては、触媒を正常と推認するのに十分な大きさの値が設定されている。Ｈ＞Ｈｓの場合、ステップＳ１１９において、算出された持ち去り熱量Ｈ２が所定値Ｈ２ｓと比較される。この所定値Ｈ２ｓも、触媒を正常と推認するのに十分な大きさの値とされる。Ｈ２＞Ｈ２ｓの場合、ステップＳ１２０において触媒３０は正常と判定される。他方、ステップＳ１１８においてＨ≦Ｈｓの場合、或いはステップＳ１１９においてＨ２≦Ｈ２ｓの場合、ステップＳ１２１にて触媒３０は劣化と判定され、チェックランプ等の警告装置が作動させられる。以上で診断処理が終了する。
【００５５】
次に、上記のような後燃え現象を利用した劣化診断の別の態様について述べる。
【００５６】
前述の劣化診断の一態様においては、後燃え量を表すパラメータとして、後燃え発生開始後の熱量である後燃え熱量Ｈ３を用いた。これに対し、以下に述べる別の態様では、当該パラメータとして、燃料添加終了後の消費酸素量である後燃え酸素量Ｍを用いる。この別の態様では、図１に仮想線で示すように、触媒３０から流出した排気ガスの空燃比（出ガス空燃比）を検出する出ガス空燃比検出手段としての空燃比センサ４４が追加して設けられる。この空燃比センサ４４は、排気ガス中の酸素濃度に基づき排気空燃比に比例した出力を発する所謂広域空燃比センサからなる。
【００５７】
空燃比センサ４４により検出された出ガス空燃比Ａ／Ｆの変化を正常触媒と劣化触媒とで比較した結果を図９に示す。図示するように、正常触媒の場合と劣化触媒の場合ともに、燃料添加の開始と同時に出ガス空燃比はリッチ側に変化する。その後出ガス空燃比は、燃料添加開始前（或いは燃料添加がないと仮定した場合）よりリッチ側の値を保ちつつ、一旦リッチ側に下降した後リーン側へと変化する。燃料添加が終了すると、正常触媒の場合には燃料添加開始前の元の空燃比に比較的速やかに、出ガス温度変化のときよりも速く上昇復帰するのに対し、劣化触媒の場合には触媒に残留していた燃料の後燃えの発生により、一旦リッチ側に下降し、その後リーン側の空燃比へと比較的速やかに上昇復帰する。
【００５８】
このような出ガス空燃比のリッチ側への変化は、触媒内での燃料の酸化反応即ち燃焼により、排気ガス中の酸素が消費されていることに起因する。つまり燃料添加終了後に空燃比がリッチ側に変化しているということは、触媒残留燃料の後燃えが生じていることを意味する。そして劣化触媒の場合に、図中ハッチングで示す燃料添加終了後の面積は、後燃えに消費された酸素量を含んでいる。よって当該酸素量の大小を判断することにより、後燃え量の大小を判断し、触媒の正常・劣化を区別して検出することができる。
【００５９】
図１０にはこの別の態様に係る劣化診断処理の手順を示す。まずステップＳ２０１では、前記ステップＳ１０１同様、診断実行フラグがオンになっているか否かが判断される。診断実行フラグがオンでないときには待機状態となり、ステップＳ２０１が繰り返し実行され、診断実行フラグがオンになったときにはステップＳ２０２において、燃料添加弁５０による燃料添加が開始される。
【００６０】
次のステップＳ２０３では、前記ステップＳ１０５同様、添加終了フラグがオンになったか否かが判断される。添加終了フラグがオンでないときには待機状態となり、ステップＳ２０３が繰り返し実行され、添加終了フラグがオンになったときには、ステップＳ２０４において燃料添加が終了される。
【００６１】
次に、ステップＳ２０５において、燃料添加終了後の消費酸素量である後燃え酸素量Ｍの算出が開始される。この後燃え酸素量Ｍの算出に際しては、空燃比センサ４４により検出された実際の出ガス空燃比Ａ／Ｆと、燃料添加がないと仮定した場合の推定値としての出ガス空燃比Ａ／Ｆｅとの差（詳しくはその絶対値）、即ち出ガス空燃比差ΔＡ／Ｆ＝｜Ａ／Ｆ−Ａ／Ｆｅ｜が算出されると共に、この出ガス空燃比差ΔＡ／Ｆに燃料噴射量Ｑ（ｇ／ｓｅｃ）を乗じた値が所定時間積算され、その結果が後燃え酸素量Ｍとして算出される。推定出ガス空燃比Ａ／Ｆｅは、例えばエアフローメータ２２で検出された吸入空気流量Ｇａを燃料噴射量Ｑで除することにより算出される（Ａ／Ｆｅ＝Ｇａ／Ｑ）。そして積算は、図９に示すように、燃料添加終了時点ｔ２２から、実際の出ガス空燃比Ａ／Ｆが推定出ガス空燃比Ａ／Ｆｅ付近に復帰した時点ｔ２３まで、行われる。例えば積算終了時点ｔ２３については、実際の出ガス空燃比Ａ／Ｆが、推定出ガス空燃比Ａ／Ｆｅより僅かにリッチ側の所定値に達した時点とすることができる。結局、後燃え酸素量Ｍは次式（１）で表すことができる。
【００６２】
【数１】
2009191789.tif 000003
【００６３】
なお、後燃えが生じると触媒に残留していた燃料も消費することから、後燃え酸素量Ｍの代わりに、当該消費燃料量としての後燃え燃料量Ｍ’を用いてもよい。この場合、後燃え燃料量Ｍ’は次式（２）により表すことができる。
【００６４】
【数２】
2009191789.tif 000004
【００６５】
さて、このようにしてステップＳ２０６において後燃え酸素量Ｍの算出が終了すると、次にステップＳ２０７において、算出された後燃え酸素量Ｍが所定値Ｍｓと比較される。所定値Ｍｓとしては、触媒を劣化とみなすのに十分な大きさの値が設定されている。Ｍ＞Ｍｓの場合、ステップＳ２０８にて触媒３０は劣化と判定され、他方Ｍ≦Ｍｓの場合、ステップＳ２０９にて触媒３０は正常と判定される。前記同様、触媒劣化と判定されたときにはチェックランプ等の警告装置が作動させられる。以上で診断処理が終了する。
【００６６】
このように本実施形態では、燃料添加終了後の後燃え量（後燃え熱量Ｈ３、後燃え酸素量Ｍ、後燃え燃料量Ｍ’）に基づき触媒の劣化を検出するので、劣化診断時の条件によって劣化触媒と正常触媒との間で総熱量Ｈ、発熱量Ｈ１及び持ち去り熱量Ｈ２のいずれかに大きな差が出ないような場合にも、触媒の正常又は劣化を確実に区別して正確に検出することができる。そして診断精度の向上が図れ、誤診断を未然に防止することができる。
【００６７】
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、前記実施形態ではステップＳ１１８〜Ｓ１２１においてＨ＞Ｈｓ且つＨ２＞Ｈ２ｓのとき触媒正常、それ以外のとき触媒劣化と判定したが、これ以外に、例えばＨ≦Ｈｓ且つＨ２≦Ｈ２ｓのとき触媒劣化、それ以外のとき触媒正常と判定してもよい。また図９に示した例において燃料添加終了時ｔ２２から後燃え酸素量Ｍ又は後燃え燃料量Ｍ’の算出（積算）を開始したが、この算出開始時期を、例えば後燃え開始時、即ち出ガス空燃比Ａ／Ｆがリーン側に向かう方向からリッチ側に向かう方向に転じた時ｔ２２’としてもよい。本発明は燃料添加弁５０により燃料添加して排気空燃比をリッチ化する場合のみならず、ポスト噴射等により排気空燃比をリッチ化する場合にも適用可能である。後者の場合にも条件によっては後燃えが生じるからである。
【００６８】
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】
【００６９】
【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】燃料添加を行ったときの出ガス温度の変化の様子を示すグラフである。
【図３】燃料添加を行ったときの出ガス温度の変化の様子を示すグラフであり、後燃えが生じている場合を示す。
【図４】燃料添加を行ったときの触媒温度の変化の様子を示すグラフである。
【図５】燃料添加を行ったときの出ガス昇温量の変化の様子を示すグラフである。
【図６】燃料添加を行ったときの出ガス昇温速度の変化の様子を示すグラフである。
【図７】劣化診断の一態様に係る劣化診断処理のフローチャートである。
【図８】図７の劣化診断処理で用いられる各熱量を示すグラフである。
【図９】燃料添加を行ったときの出ガス空燃比の変化の様子を示すグラフである。
【図１０】劣化診断の別の態様に係る劣化診断処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１０  エンジン
１５  排気通路
３０  触媒
４０  入ガス温度センサ
４２  出ガス温度センサ
４４  空燃比センサ
５０  燃料添加弁
１００  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｔ１  入ガス温度
Ｔ２  出ガス温度
ΔＴ２  出ガス昇温量
ＶΔＴ２  出ガス昇温速度
Ａ／Ｆ  出ガス空燃比
Ｈ  総熱量
Ｈ１  発熱量
Ｈ２  持ち去り熱量
Ｈ３  後燃え熱量
Ｍ  後燃え酸素量
Ｍ’  後燃え燃料量
【図１】
2009191789.tif 000005
【図２】
2009191789.tif 000006
【図３】
2009191789.tif 000007
【図４】
2009191789.tif 000008
【図５】
2009191789.tif 000009
【図６】
2009191789.tif 000010
【図７】
2009191789.tif 000011
【図８】
2009191789.tif 000012
【図９】
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【図１０】
2009191789.tif 000014