(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒に、還元剤として尿素水またはアンモニアを選択的に添加して、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置に関して、車載状態などで、選択還元型ＮＯｘ触媒そのものの劣化を診断する。【解決手段】本発明は、ＮＯｘ触媒４４の温度がＮＯｘ浄化温度域よりも低くかつアンモニア吸着温度域に含まれる所定温度域の温度か否かを判定するステップと、該ステップにより肯定判定されたとき、前記ＮＯｘ触媒４４下流側の排気通路にアンモニアが漏れるまで還元剤を添加するステップと、該ステップにより前記ＮＯｘ触媒４４に添加された還元剤の総量としての実添加量あるいは実添加量相当値がＮＯｘ触媒４４の劣化判定用閾値γ１以下のとき前記ＮＯｘ触媒４４が劣化したと判定するステップとを備える。【選択図】図１
2009127496.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選択還元型ＮＯｘ触媒に、還元剤として尿素水またはアンモニアを選択的に添加して、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置における診断方法において、
前記ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ浄化温度域よりも低くかつアンモニア吸着温度域に含まれる所定温度域の温度か否かを判定するＮＯｘ触媒温度判定ステップと、
該ＮＯｘ触媒温度判定ステップにより肯定判定されたとき、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路にアンモニアが漏れるまで、還元剤を添加する還元剤添加ステップと、
該還元剤添加ステップにより前記ＮＯｘ触媒に添加された還元剤の総量としての実添加量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判定する劣化判定ステップと
を備えることを特徴とするＮＯｘ浄化装置における診断方法。
【請求項２】
前記劣化判定ステップでは、前記実添加量あるいは該実添加量相当値が、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定用閾値以下のとき、前記ＮＯｘ触媒が劣化したと判定され、
前記劣化判定用閾値は、前記ＮＯｘ触媒が所定レベルまで劣化したときの前記所定温度域の上限温度での、前記ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着限界量であることを特徴とする請求項１に記載のＮＯｘ浄化装置における診断方法。
【請求項３】
前記還元剤添加ステップは、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路へのアンモニアの漏れを、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路に設けられたＮＯｘセンサのセンサ出力に基づいて検知するステップを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のＮＯｘ浄化装置における診断方法。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒に、還元剤として尿素水またはアンモニアを選択的に添加して、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置における診断方法において、
前記ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ浄化温度域の温度か否かを判定するＮＯｘ触媒温度判定ステップと、
前記ＮＯｘ触媒にアンモニア吸着限界量のアンモニアが吸着されているか否かを判定するアンモニア吸着量判定ステップと、
前記ＮＯｘ触媒温度判定ステップおよび前記アンモニア吸着量判定ステップにより肯定判定されたとき、前記ＮＯｘ触媒上流側の排気通路のＮＯｘ量を検出または推定するＮＯｘ量取得ステップと、
該ＮＯｘ量取得ステップにより取得された量のＮＯｘを還元するのに必要なアンモニアの最小量に相当する還元剤量を導出して前記ＮＯｘ触媒に添加する還元剤添加ステップと、
該還元剤添加ステップにより還元剤が添加されたとき、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路に設けられたＮＯｘセンサを用いて検出値を得る検出値獲得ステップと、
前記ＮＯｘ量取得ステップで取得されたＮＯｘ量、前記還元剤添加ステップで添加された還元剤量および前記検出値獲得ステップで得られた検出値に基づいて、前記ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判定する劣化判定ステップと
を備えることを特徴とするＮＯｘ浄化装置における診断方法。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒に、還元剤として尿素水またはアンモニアを選択的に添加して、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置における診断方法において、
前記ＮＯｘ触媒の温度が、アンモニア吸着温度域の温度よりも高いか否かを判定するＮＯｘ触媒温度第１判定ステップと、
該ＮＯｘ触媒温度第１判定ステップによって肯定判定された後、前記ＮＯｘ触媒の温度が、前記アンモニア吸着温度域の高温側の所定温度域の温度か否かを判定するＮＯｘ触媒温度第２判定ステップと、
燃料カット中か否かを判定する燃料カット判定ステップと、
前記ＮＯｘ触媒温度第２判定ステップにより肯定判定されると共に前記燃料カット判定ステップにより肯定判定されたとき、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路にアンモニアが漏れるまで、還元剤を添加する還元剤添加ステップと、
該還元剤添加ステップにより前記ＮＯｘ触媒に添加された還元剤の総量としての実添加量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判定する劣化判定ステップと
を備えることを特徴とするＮＯｘ浄化装置における診断方法。
【請求項６】
前記劣化判定ステップでは、前記実添加量あるいは該実添加量相当値が、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定用閾値以下のとき、前記ＮＯｘ触媒が劣化したと判定され、
前記劣化判定用閾値は、前記ＮＯｘ触媒が所定レベルまで劣化したときの前記所定温度域の下限温度での、前記ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着限界量であることを特徴とする請求項５に記載のＮＯｘ浄化装置における診断方法。
【請求項７】
前記還元剤添加ステップは、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路へのアンモニアの漏れを、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路に設けられたＮＯｘセンサのセンサ出力に基づいて検知するステップを含むことを特徴とする請求項５または６に記載のＮＯｘ浄化装置における診断方法。
【請求項８】
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、該ＮＯｘ触媒に還元剤として尿素水またはアンモニアを選択的に添加するための還元剤添加手段と、該還元剤添加手段を制御する制御手段とを備えたＮＯｘ浄化装置における診断装置において、
前記ＮＯｘ触媒の温度を検出または推定する温度取得手段と、
該温度取得手段により取得された前記ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ浄化温度域よりも低くかつアンモニア吸着温度域に含まれる所定温度域の温度か否かを判定するＮＯｘ触媒温度判定手段と、
前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路のアンモニアを検出するアンモニア検出手段と、
前記ＮＯｘ触媒温度判定手段により肯定判定されたとき、前記アンモニア検出手段によりアンモニアが検出されるまでに前記還元剤添加手段から前記ＮＯｘ触媒に添加された還元剤の総量としての実添加量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判定する劣化判定手段と
を備え、
前記制御手段は、前記ＮＯｘ触媒温度判定手段により肯定判定されたとき、前記アンモニア検出手段によりアンモニアが検出されるまで、前記ＮＯｘ触媒に還元剤を添加するように、前記還元剤添加手段を制御することを特徴とするＮＯｘ浄化装置における診断装置。
【請求項９】
前記劣化判定手段は、前記実添加量あるいは該実添加量相当値が、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定用閾値以下のとき、前記ＮＯｘ触媒が劣化したと判定し、
前記劣化判定用閾値は、前記ＮＯｘ触媒が所定レベルまで劣化したときの前記所定温度域の上限温度での、前記ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着限界量であることを特徴とする請求項８に記載のＮＯｘ浄化装置における診断装置。
【請求項１０】
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、該ＮＯｘ触媒に還元剤として尿素水またはアンモニアを選択的に添加するための還元剤添加手段と、該還元剤添加手段を制御する制御手段とを備えたＮＯｘ浄化装置における診断装置において、
前記ＮＯｘ触媒の温度を検出または推定する温度取得手段と、
該温度取得手段により取得された前記ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ浄化温度域の温度か否かを判定するＮＯｘ触媒温度判定手段と、
前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路のアンモニアを検出するアンモニア検出手段と、
前記ＮＯｘ触媒温度判定手段により肯定判定されたとき、前記ＮＯｘ触媒上流側の排気通路のＮＯｘ量を検出または推定するＮＯｘ量取得手段と、
該ＮＯｘ量取得手段により取得された量のＮＯｘを還元するのに必要なアンモニアの最小量に相当する還元剤量を導出する還元剤量導出手段と、
前記ＮＯｘ触媒温度判定手段により肯定判定されたとき、ＮＯｘ触媒下流側のアンモニアおよびＮＯｘの総量を検出する総量検出手段と、
前記ＮＯｘ量取得手段で取得されたＮＯｘ量、前記還元剤量導出手段で導出された還元剤量および前記総量検出手段で検出されたアンモニアおよびＮＯｘの総量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判定する劣化判定手段と
を備え、
前記制御手段は、前記ＮＯｘ触媒温度判定手段により肯定判定されると共に前記アンモニア検出手段によりＮＯｘ触媒下流側の排気通路のアンモニアが検出されたとき、前記還元剤量導出手段により導出された量の還元剤を前記ＮＯｘ触媒に添加するように、前記還元剤添加手段を制御することを特徴とするＮＯｘ浄化装置における診断装置。
【請求項１１】
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、該ＮＯｘ触媒に還元剤として尿素水またはアンモニアを選択的に添加するための還元剤添加手段と、該還元剤添加手段を制御する制御手段とを備えたＮＯｘ浄化装置における診断装置において、
前記ＮＯｘ触媒の温度を検出または推定する温度取得手段と、
該温度取得手段により取得された前記ＮＯｘ触媒の温度が、アンモニア吸着温度域の温度よりも高いか否かを判定するＮＯｘ触媒温度第１判定手段と、
該ＮＯｘ触媒温度第１判定手段により肯定判定された後、前記温度取得手段により取得された前記ＮＯｘ触媒の温度が、前記アンモニア吸着温度域の高温側の所定温度域の温度か否かを判定するＮＯｘ触媒温度第２判定手段と、
前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路のアンモニアを検出するアンモニア検出手段と、
前記ＮＯｘ触媒温度第２判定手段により肯定判定されたとき、前記アンモニア検出手段によりアンモニアが検出されるまでに前記還元剤添加手段から前記ＮＯｘ触媒に添加された還元剤の総量としての実添加量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判定する劣化判定手段と
を備え、
前記制御手段は、前記ＮＯｘ触媒温度第２判定手段により肯定判定されたとき、前記アンモニア検出手段によりアンモニアが検出されるまで、前記ＮＯｘ触媒に還元剤を添加するように、前記還元剤添加手段を制御することを特徴とするＮＯｘ浄化装置における診断装置。
【請求項１２】
前記劣化判定手段は、前記実添加量あるいは該実添加量相当値が、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定用閾値以下のとき、前記ＮＯｘ触媒が劣化したと判定し、
前記劣化判定用閾値は、前記ＮＯｘ触媒が所定レベルまで劣化したときの前記所定温度域の下限温度での、前記ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着限界量であることを特徴とする請求項１１に記載のＮＯｘ浄化装置における診断装置。
【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選択還元型ＮＯｘ触媒に、還元剤を添加してＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置における診断方法および診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼル機関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ＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するためのＮＯｘ触媒を含むものが知られている。このＮＯｘ触媒としては様々なタイプのものが知られているが、その中で、還元剤の添加によりＮＯｘを連続的に還元除去する選択還元型ＮＯｘ触媒が公知である。還元剤としては尿素が知られており、通常は尿素水（尿素水溶液）が触媒上流側の排気ガス中に噴射供給される。排気ガスや触媒からの受熱により尿素水からアンモニアが発生され、このアンモニアによりＮＯｘ触媒上でＮＯｘが還元される。この選択還元型ＮＯｘ触媒の使用に当たっては、触媒に添加する還元剤の量を適切な量に制御する必要がある。このため、触媒の下流側にＮＯｘセンサを設け、このＮＯｘセンサを用いて検出された排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じて還元剤の量を制御する手法が採用される。
【０００３】
ところで、例えば自動車に搭載された内燃機関の場合、排気ガスが悪化した状態での走行を未然に防止するため、車載状態（オンボード）で触媒やセンサの異常を検出することが各国法規等からも要請されている。例えば、特許文献１に、アンモニアスリップの発生やシステム異常を検出することを目的として考案された内燃機関のＮＯｘ浄化装置が開示されている。該装置では、触媒温度から制御上目標とされる目標ＮＯｘ浄化率が導出される一方でＮＯｘ触媒前後のＮＯｘ濃度に基づいて実際のＮＯｘ浄化率（実ＮＯｘ浄化率）が導出され、これらを比較した際に目標ＮＯｘ浄化率が実ＮＯｘ浄化率を超えているときにＮＯｘ触媒に対するアンモニア供給量を増やすが、これによっても実ＮＯｘ浄化率の上昇が生じないときに、アンモニアスリップが発生したと判定される。加えて、このようにしてアンモニアスリップの発生が判定されたとき、アンモニア添加量を所定時間抑制して、その後、実ＮＯｘ浄化率と、触媒温度とデータとに基づいて導出されるＮＯｘ浄化率とを比較することで、浄化システムが正常に機能しているか否かが判断される。ただし、浄化システムに異常がある場合には、ＮＯｘセンサに異常がある場合や、アンモニアスリップが改善されていない場合が含まれる。
【０００４】
また、引用文献２には、排気ガス後処理システムを監視するための方法が開示されている。この方法では、選択還元型ＮＯｘ触媒に供給される還元剤としての尿素水溶液の量を変更し、排気ガス系統に配置されたＮＯｘセンサあるいはアンモニアセンサの信号が所期のように変化しない場合、システムに欠陥が存在すると判定される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９３７４３号公報
【特許文献２】特開２００４−１７６７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の装置では、上記の如くシステム異常を検出することはできるが、ＮＯｘ浄化装置の内のＮＯｘ触媒の劣化、具体的にはＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能低下を適切に診断することはできない。また、上記特許文献２に記載の方法では、排気ガス後処理システムに何らかの欠陥が存在することを見出すことはできるが、その内のＮＯｘ触媒の劣化を診断することはできない。
【０００７】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、車載状態などで、ＮＯｘ浄化装置の内の選択還元型ＮＯｘ触媒そのものの劣化を診断することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、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た選択還元型ＮＯｘ触媒に、還元剤として尿素水またはアンモニアを選択的に添加して、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置における診断方法において、前記ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ浄化温度域よりも低くかつアンモニア吸着温度域に含まれる所定温度域の温度か否かを判定するＮＯｘ触媒温度判定ステップと、該ＮＯｘ触媒温度判定ステップにより肯定判定されたとき、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路にアンモニアが漏れるまで、還元剤を添加する還元剤添加ステップと、該還元剤添加ステップにより前記ＮＯｘ触媒に添加された還元剤の総量としての実添加量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判定する劣化判定ステップとを備えることを特徴とするＮＯｘ浄化装置における診断方法が提供される。
【０００９】
本発明の第２の形態は、本発明の第１の形態において、前記劣化判定ステップでは、前記実添加量あるいは該実添加量相当値が、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定用閾値以下のとき、前記ＮＯｘ触媒が劣化したと判定され、前記劣化判定用閾値は、前記ＮＯｘ触媒が所定レベルまで劣化したときの前記所定温度域の上限温度での、前記ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着限界量であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３の形態は、本発明の第１または第２の形態において、前記還元剤添加ステップは、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路へのアンモニアの漏れを、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路に設けられたＮＯｘセンサのセンサ出力に基づいて検知するステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第４の形態によれば、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒に、還元剤として尿素水またはアンモニアを選択的に添加して、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置における診断方法において、前記ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ浄化温度域の温度か否かを判定するＮＯｘ触媒温度判定ステップと、前記ＮＯｘ触媒にアンモニア吸着限界量のアンモニアが吸着されているか否かを判定するアンモニア吸着量判定ステップと、前記ＮＯｘ触媒温度判定ステップおよび前記アンモニア吸着量判定ステップにより肯定判定されたとき、前記ＮＯｘ触媒上流側の排気通路のＮＯｘ量を検出または推定するＮＯｘ量取得ステップと、該ＮＯｘ量取得ステップにより取得された量のＮＯｘを還元するのに必要なアンモニアの最小量に相当する還元剤量を導出して前記ＮＯｘ触媒に添加する還元剤添加ステップと、該還元剤添加ステップにより還元剤が添加されたとき、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路に設けられたＮＯｘセンサを用いて検出値を得る検出値獲得ステップと、前記ＮＯｘ量取得ステップで取得されたＮＯｘ量、前記還元剤添加ステップで添加された還元剤量および前記検出値獲得ステップで得られた検出値に基づいて、前記ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判定する劣化判定ステップとを備えることを特徴とするＮＯｘ浄化装置における診断方法が提供される。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第５の形態によれば、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒に、還元剤として尿素水またはアンモニアを選択的に添加して、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置における診断方法において、前記ＮＯｘ触媒の温度が、アンモニア吸着温度域の温度よりも高いか否かを判定するＮＯｘ触媒温度第１判定ステップと、該ＮＯｘ触媒温度第１判定ステップによって肯定判定された後、前記ＮＯｘ触媒の温度が、前記アンモニア吸着温度域の高温側の所定温度域の温度か否かを判定するＮＯｘ触媒温度第２判定ステップと、燃料カット中か否かを判定する燃料カット判定ステップと、前記ＮＯｘ触媒温度第２判定ステップにより肯定判定されると共に前記燃料カット判定ステップにより肯定判定されたとき、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路にアンモニアが漏れるまで、還元剤を添加する還元剤添加ステップと、該還元剤添加ステップにより前記ＮＯｘ触媒に添加された還元剤の総量としての実添加量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判定する劣化判定ステップとを備えることを特徴とするＮＯｘ浄化装置における診断方法が提供される。
【００１３】
本発明の第６の形態は、本発明の第５の形態において、前記劣化判定ステップでは、前記実添加量あるいは該実添加量相当値が、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定用閾値以下のとき、前記ＮＯｘ触媒が劣化したと判定され、前記劣化判定用閾値は、前記ＮＯｘ触媒が所定レベルまで劣化したときの前記所定温度域の下限温度での、前記ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着限界量であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第７の形態は、本発明の第５または第６の形態において、前記還元剤添加ステップは、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路へのアンモニアの漏れを、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路に設けられたＮＯｘセンサのセンサ出力に基づいて検知するステップを含むことを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の第８の形態によれば、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、該ＮＯｘ触媒に還元剤として尿素水またはアンモニアを選択的に添加するための還元剤添加手段と、該還元剤添加手段を制御する制御手段とを備えたＮＯｘ浄化装置における診断装置において、前記ＮＯｘ触媒の温度を検出または推定する温度取得手段と、該温度取得手段により取得された前記ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ浄化温度域よりも低くかつアンモニア吸着温度域に含まれる所定温度域の温度か否かを判定するＮＯｘ触媒温度判定手段と、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路のアンモニアを検出するアンモニア検出手段と、前記ＮＯｘ触媒温度判定手段により肯定判定されたとき、前記アンモニア検出手段によりアンモニアが検出されるまでに前記還元剤添加手段から前記ＮＯｘ触媒に添加された還元剤の総量としての実添加量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判定する劣化判定手段とを備え、前記制御手段は、前記ＮＯｘ触媒温度判定手段により肯定判定されたとき、前記アンモニア検出手段によりアンモニアが検出されるまで、前記ＮＯｘ触媒に還元剤を添加するように、前記還元剤添加手段を制御することを特徴とするＮＯｘ浄化装置における診断装置が提供される。
【００１６】
本発明の第９の形態は、本発明の第８の形態において、前記劣化判定手段は、前記実添加量あるいは該実添加量相当値が、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定用閾値以下のとき、前記ＮＯｘ触媒が劣化したと判定し、前記劣化判定用閾値は、前記ＮＯｘ触媒が所定レベルまで劣化したときの前記所定温度域の上限温度での、前記ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着限界量であることを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の第１０の形態によれば、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、該ＮＯｘ触媒に還元剤として尿素水またはアンモニアを選択的に添加するための還元剤添加手段と、該還元剤添加手段を制御する制御手段とを備えたＮＯｘ浄化装置における診断装置において、前記ＮＯｘ触媒の温度を検出または推定する温度取得手段と、該温度取得手段により取得された前記ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ浄化温度域の温度か否かを判定するＮＯｘ触媒温度判定手段と、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路のアンモニアを検出するアンモニア検出手段と、前記ＮＯｘ触媒温度判定手段により肯定判定されたとき、前記ＮＯｘ触媒上流側の排気通路のＮＯｘ量を検出または推定するＮＯｘ量取得手段と、該ＮＯｘ量取得手段により取得された量のＮＯｘを還元するのに必要なアンモニアの最小量に相当する還元剤量を導出する還元剤量導出手段と、前記ＮＯｘ触媒温度判定手段により肯定判定されたとき、ＮＯｘ触媒下流側のアンモニアおよびＮＯｘの総量を検出する総量検出手段と、前記ＮＯｘ量取得手段で取得されたＮＯｘ量、前記還元剤量導出手段で導出された還元剤量および前記総量検出手段で検出されたアンモニアおよびＮＯｘの総量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判定する劣化判定手段とを備え、前記制御手段は、前記ＮＯｘ触媒温度判定手段により肯定判定されると共に前記アンモニア検出手段によりＮＯｘ触媒下流側の排気通路のアンモニアが検出されたとき、前記還元剤量導出手段により導出された量の還元剤を前記ＮＯｘ触媒に添加するように、前記還元剤添加手段を制御することを特徴とするＮＯｘ浄化装置における診断装置が提供される。
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明の第１１の形態によれば、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、該ＮＯｘ触媒に還元剤として尿素水またはアンモニアを選択的に添加するための還元剤添加手段と、該還元剤添加手段を制御する制御手段とを備えたＮＯｘ浄化装置における診断装置において、前記ＮＯｘ触媒の温度を検出または推定する温度取得手段と、該温度取得手段により取得された前記ＮＯｘ触媒の温度が、アンモニア吸着温度域の温度よりも高いか否かを判定するＮＯｘ触媒温度第１判定手段と、該ＮＯｘ触媒温度第１判定手段により肯定判定された後、前記温度取得手段により取得された前記ＮＯｘ触媒の温度が、前記アンモニア吸着温度域の高温側の所定温度域の温度か否かを判定するＮＯｘ触媒温度第２判定手段と、前記ＮＯｘ触媒下流側の排気通路のアンモニアを検出するアンモニア検出手段と、前記ＮＯｘ触媒温度第２判定手段により肯定判定されたとき、前記アンモニア検出手段によりアンモニアが検出されるまでに前記還元剤添加手段から前記ＮＯｘ触媒に添加された還元剤の総量としての実添加量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判定する劣化判定手段とを備え、前記制御手段は、前記ＮＯｘ触媒温度第２判定手段により肯定判定されたとき、前記アンモニア検出手段によりアンモニアが検出されるまで、前記ＮＯｘ触媒に還元剤を添加するように、前記還元剤添加手段を制御することを特徴とするＮＯｘ浄化装置における診断装置が提供される。
【００１９】
本発明の第１２の形態は、本発明の第１１の形態において、前記劣化判定手段は、前記実添加量あるいは該実添加量相当値が、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定用閾値以下のとき、前記ＮＯｘ触媒が劣化したと判定し、前記劣化判定用閾値は、前記ＮＯｘ触媒が所定レベルまで劣化したときの前記所定温度域の下限温度での、前記ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着限界量であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、車載状態などで、選択還元型ＮＯｘ触媒そのものの劣化を診断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】
【００２１】
本発明の実施形態について説明する前に、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）におけるアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との、ＮＯｘ触媒温度（床温）に対する変化、に関しての一実験結果について、図１のグラフを用いて説明する。本実験では、ＮＯｘ触媒として、Ｓｉ、Ｏ、Ａｌを主成分とすると共にＦｅイオンを含むゼオライトを用いた。なお、図１では、ＮＯｘ触媒が正常に機能する新品同様の状態でのＮＯｘ浄化率を実線αで表すと共にその状態でのアンモニア吸着量を実線βで表すのに対して、ＮＯｘ触媒がある程度例えば交換が必要とされるレベルまで劣化した状態でのアンモニア吸着量を点線γで表している。この実験では、ＮＯｘ触媒を種々の温度に保ち、そのときに上流側からアンモニアをＮＯｘ触媒に添加し続けて、ＮＯｘ触媒を通過した（ＮＯｘ触媒から漏れた）アンモニアがＮＯｘ触媒の出口に設けられた検出器で検出されるようになったときまでのアンモニアの総添加量を、そのＮＯｘ触媒温度でのアンモニア吸着量とした。また、この実験では、排気ガス（ＮＯｘを含む）をＮＯｘ触媒に流しつつ、この排気ガス中のＮＯｘの全量を還元するのに必要な量のアンモニアがＮＯｘ触媒上に至るようにアンモニアを添加したときの、ＮＯｘ触媒入り前および通過後のＮＯｘ濃度を検知して、それらに基づいて導出したＮＯｘの減少割合を、ＮＯｘ浄化率とした。
【００２２】
図１のグラフから、上記構成のＮＯｘ触媒の３つの特徴を見出すことができる。第１特徴は、ＮＯｘ触媒温度の低温側に、アンモニア吸着能があるがＮＯｘ浄化能のほとんどない温度域があるということである。第２特徴は、ＮＯｘ触媒が劣化していくと、ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着能が低下していくということである。第３特徴は、ＮＯｘ触媒温度の高温側に、アンモニア吸着能が低下した温度域があるということである。そこで、以下に実施形態を具体的に説明するように、本発明では、これら選択還元型ＮＯｘ触媒の特徴に着目し、ＮＯｘ触媒の劣化を診断する。なお、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能は、周知の如く、その劣化が進むにつれて低下する。
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。まず、第１実施形態について説明する。
【００２４】
図２は、本発明の第１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すなわちディーゼル機関であり、１２は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、１４は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、１６は燃焼室である。ここでは、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ１８に供給された燃料が、高圧ポンプ１８によりコモンレール２０に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール２０内の高圧燃料がインジェクタ２２から燃焼室１６内に直接噴射供給される。内燃機関１０からの排気ガスは、排気行程で排気弁が開弁されることで燃焼室１６から排出され、排気マニフォルド１４からターボチャージャ２４を経た後にその下流の排気通路２６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、ディーゼル機関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２８から吸気通路３０内に導入された吸入空気は、エアフローメータ３２、ターボチャージャ２４、インタークーラ３４、スロットルバルブ３６、吸気マニフォルド１２、吸気弁を順に通過して燃焼室１６に至る。エアフローメータ３２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３６には電子制御式のものが採用されている。
【００２６】
排気通路２６には、上流側から順に、排気ガス中の未燃成分（特にＨＣ）を酸化して浄化する酸化触媒４０と、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４２と、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ触媒能を有する触媒としての選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ: Selective Catalytic Reduction）４４とが直列に設けられている。
【００２７】
そして、ＮＯｘ触媒４４とＤＰＲ触媒４２との間、すなわちＤＰＲ触媒４２下流側かつＮＯｘ触媒４４上流側の排気通路２６ｍに、ＮＯｘ触媒４４にアンモニアを添加可能にすべく、還元剤としての尿素を選択的に添加するための添加弁４６が設けられている。尿素は尿素水の形で使用され、添加弁４６から下流側のＮＯｘ触媒４４に向かって排気通路２６内に噴射供給される。添加弁４６には、これに尿素水を供給するための供給装置４８が接続され、供給装置４８には尿素水を貯留するタンク５０が接続される。なお、ここでは、添加弁４６、供給装置４８、タンク５０を含んで還元剤添加手段としての還元剤添加装置５２が構成されている。また、供給装置４８は、ここではポンプである。なお、ここでは添加弁４６から添加された尿素は直接的にＮＯｘ触媒４４に添加されるが、添加尿素を適切に満遍なくＮＯｘ触媒４４に供給するべく添加尿素を分散させて広範囲に方向付ける分散板などがＮＯｘ触媒４４の入口部あるいはその近傍に設けられてもよい。
【００２８】
選択還元型ＮＯｘ触媒４４は、Ｓｉ、Ｏ、Ａｌを主成分とすると共にＦｅイオンを含むゼオライトから構成されている。ＮＯｘ触媒４４は、その触媒温度が活性温度域（ＮＯｘ浄化温度域）にあり、かつ、上記還元剤添加装置５２から尿素が添加されているときにＮＯｘを還元浄化する。上記の如く尿素は尿素水として供給され、排気通路２６の熱で加水分解および熱分解される。この結果、アンモニアが生成される。すなわち、尿素（尿素水）がＮＯｘ触媒４４に向けて添加されると、ＮＯｘ触媒４４上でアンモニアが生成される。このアンモニアがＮＯｘ触媒４４上でＮＯｘと反応して、ＮＯｘが還元される。なお、ＮＯｘ触媒４４としては、アルミナからなる基材の表面にバナジウム触媒（Ｖ２Ｏ５）を担持させたもの等が他に使用され得、このような構成のＮＯｘ触媒も上記図１に基づいて説明した３つの特徴を有する。
【００２９】
なお、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter；ＤＰＦ）の一種であるＤＰＲ触媒４２は、フィルタ構造であると共に表面に貴金属を有する。つまり、ＤＰＲ触媒４２は、フィルタで捕集した粒子状物質（ＰＭ）を、貴金属の触媒作用を利用して連続的に酸化（燃焼）させる連続再生式の触媒である。
【００３０】
本第１実施形態の内燃機関１０の排気通路２６には、上流側から順に、酸化触媒４０、ＤＰＲ触媒４２およびＮＯｘ触媒４４が配列されているが、配列順序はこれに限られない。また、ＤＰＦとしてＤＰＲ触媒４２が設けられることに限られず、他のタイプのＤＰＦが使用可能である。具体的には、ＤＰＦは、フィルタ構造体としてのみ構成され、内燃機関の連続作動時間が所定時間を越えた時期あるいはＤＰＦ前後の差圧が所定値以上になった時期に、例えば燃料噴射時期を遅らせて後燃えを生じさせることで、捕集した粒子状物質が酸化燃焼されて再生が図られるものであっても良い。ただし、このようなＤＰＦの所定時期での再生は、ＤＰＲ触媒４２に対しても適用され得る。なお、酸化触媒４０およびＤＰＲ触媒４２の少なくとも一方を省略することも可能である。さらに、ＮＯｘ触媒４４から下流側に流出した（漏れた）アンモニアを酸化して浄化するべく、酸化触媒４０の有無に関わらず、酸化触媒がＮＯｘ触媒４４の下流側に設けられるとよい。
【００３１】
また、還元剤添加装置５２を備えた内燃機関１０全体の制御を司る制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）６０が設けられる。ＥＣＵ６０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。ＥＣＵ６０は、各種センサ類を用いて得られた検出値等に基づいて、所望の内燃機関制御が実行されるように、インジェクタ２２、高圧ポンプ１８、スロットルバルブ３６等を制御する。またＥＣＵ６０は、還元剤添加量や還元剤添加時期を制御すべく、還元剤添加装置５２の添加弁４６および供給装置４８を制御する。
【００３２】
ＥＣＵ６０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３２の他、ＮＯｘ触媒４４下流側に設けられたＮＯｘセンサすなわち触媒後ＮＯｘセンサ６２、ＮＯｘ触媒４４上流側とその下流側とにそれぞれ設けられた触媒前排気温センサ６４および触媒後排気温センサ６６が含まれる。触媒後ＮＯｘセンサ６２は、その設置位置における排気ガスのＮＯｘ濃度すなわち触媒後ＮＯｘ濃度に応じた信号をＥＣＵ６０に出力する。触媒前排気温センサ６４および触媒後排気温センサ６６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ＥＣＵ６０に出力する。なお、触媒前排気温センサ６４は、排気通路２６の内、ＤＰＲ触媒４２の下流側かつＮＯｘ触媒４４の上流側の排気通路２６ｍに設置される。
【００３３】
また他のセンサ類として、クランク角センサ７０、アクセル開度センサ７２および内燃機関スイッチ７４がＥＣＵ６０に接続されている。クランク角センサ７０はクランク角の回転時にクランクパルス信号をＥＣＵ６０に出力し、ＥＣＵ６０はそのクランクパルス信号に基づき内燃機関１０のクランク角を検出すると共に、内燃機関１０の回転速度を計算する。アクセル開度センサ７２は、ユーザによって操作されるアクセルペダルの開度（アクセル開度）に応じた信号をＥＣＵ６０に出力する。内燃機関スイッチ７４はユーザによって機関始動時にオン、機関停止時にオフされる。
【００３４】
なお、還元剤添加手段である還元剤添加装置５２を制御する制御手段は、ＥＣＵ６０の一部を含んで構成される。また、ＮＯｘ触媒４４の温度を取得する温度取得手段は、触媒前排気温センサ６４と、触媒後排気温センサ６６と、ＥＣＵ６０の一部とを含んで構成される。ＮＯｘ触媒温度判定手段は、ＥＣＵ６０の一部を含んで構成される。アンモニア検出手段は、ＮＯｘセンサ６２と、ＥＣＵ６０の一部とを含んで構成される。劣化判定手段は、ＥＣＵ６０の一部を含んで構成される。
【００３５】
ＮＯｘ触媒４４の温度は、ここでは推定することで求められる。具体的には、ＥＣＵ６０が、触媒前排気温センサ６４および触媒後排気温センサ６６からの出力信号に基づいてそれぞれ検出された触媒前排気温および触媒後排気温に基づき、ＮＯｘ触媒温度を推定する。なお推定方法はこのような例に限られない。ＮＯｘ触媒４４の温度は、ＮＯｘ触媒４４に埋設した温度センサを用いて直接的に検出することとしてもよい。
【００３６】
ＮＯｘ触媒４４に対する尿素添加量などは、触媒後ＮＯｘセンサ６２により検出される触媒後ＮＯｘ濃度（あるいはこのＮＯｘ濃度と関係のあるＮＯｘ量）に基づき制御される。具体的には、触媒後ＮＯｘ濃度が常にゼロになるように添加弁４６からの尿素噴射量が制御される。この場合、触媒後ＮＯｘ濃度のみに基づいて尿素噴射量を設定してもよく、あるいは、機関運転状態（例えば機関回転速度とアクセル開度）に基づく基本尿素噴射量を、触媒後ＮＯｘセンサ６２からの出力信号に基づいて導出された触媒後ＮＯｘ濃度に基づきフィードバック補正してもよい。ＮＯｘ触媒４４はアンモニアがあるときのみＮＯｘを還元可能なので、通常、尿素は常時添加される。また、内燃機関から排出されるＮＯｘを還元するのに必要な最小限の量しか尿素が添加されないよう、制御が行われる。過剰に尿素を添加するとアンモニアがＮＯｘ触媒４４の下流に流出されてしまい（いわゆるアンモニアスリップ）、異臭等の原因となるからである。
【００３７】
ここで、内燃機関１０から排出されるＮＯｘの全量を還元するのに必要なアンモニアの最小量に相当する還元剤量ここでは尿素量をＡ、実際に添加された尿素量をＢとすると、これらの比Ｂ／Ａは当量比と称される。これは還元剤としてアンモニアを用いた場合にも同様に適用できる概念である。当量比ができるだけ１に近づくように尿素添加制御が実行されてはいるものの、実際には内燃機関の運転状態が時々刻々と変化することから、実際の当量比は必ずしも１とならない。当量比が１より小さい場合、尿素供給量が不足しており、触媒下流側にＮＯｘが排出されるので、これを触媒後ＮＯｘセンサ６２を用いて検知して尿素供給量を増量するようにしている。なお当量比が１より大きいときには尿素供給量が過剰となる。添加された尿素がＮＯｘ触媒４４に付着あるいは吸着することもあり、この場合、尿素の添加を停止しても、付着した尿素により暫くの間はＮＯｘを還元できる。
【００３８】
また、ＮＯｘ触媒４４の温度（ここでは推定値）に応じて還元剤としての尿素添加の実行・停止が制御される。具体的には、触媒温度が所定の最小活性温度（例えば２００℃）以上のときに尿素添加が実行され、触媒温度がその最小活性温度未満のときには尿素添加が停止される。触媒温度が最小活性温度に達する前は尿素添加を行ってもＮＯｘを効率良く還元できないからである。ただし、最小活性温度は、図１における温度Ｔ２に対応する。
【００３９】
機関暖機時、ＮＯｘ触媒４４が内燃機関からの排気熱で昇温されるのに対し、触媒後ＮＯｘセンサ６２は内蔵ヒータの加熱により比較的早く昇温する。したがって、通常は、ＮＯｘ触媒４４よりも早く触媒後ＮＯｘセンサ６２が活性化する。ＥＣＵ６０は、触媒後ＮＯｘセンサ６２のインピーダンスを検知すると共に、このインピーダンスが、触媒後ＮＯｘセンサ６２の活性温度に対応する所定値になるように、ヒータを制御する。
【００４０】
また、上記の如く、ＥＣＵ６０は、インジェクタ２２、高圧ポンプ１８、スロットルバルブ３６等を制御するが、機関運転状態が所定の運転領域にあるとき、インジェクタ２２からの燃料噴射は停止（燃料カット）される。具体的には、内燃機関１０では、クランク角センサ７０からの出力信号に基づいて導出される機関回転速度が所定回転速度（燃料カット回転速度）以上であり、かつ、アクセル開度センサ７２からの出力信号に基づいて導出されるアクセル開度が０％、すなわちアクセルペダルが踏まれていないときに、インジェクタ２２からの燃料噴射が停止（燃料カット）されるように設定されている。ただし、このような燃料カット状態が続いて、機関回転速度が低下して別の所定回転速度（燃料カット復帰回転速度）に達すると、燃料噴射は再開される。また、燃料カットが実行されているときに、アクセルペダルが踏まれてアクセル開度が０％を超えるようになった場合にも、燃料噴射は再開される。なお、燃料カットが行われているときは、概ね減速時に対応する。
【００４１】
以下、本第１実施形態のＮＯｘ触媒４４の劣化診断について説明する。先に説明したように、ＮＯｘ触媒４４は、そのＮＯｘ触媒温度の低温側に、ＮＯｘ触媒４４でアンモニア吸着能が発揮されるがＮＯｘ浄化能のほとんどない温度域、すなわちＮＯｘ浄化温度域よりも低くかつアンモニア吸着温度域に含まれる温度域を有するという特徴（上記第１特徴）を有する。この温度域は、図１において、温度Ｔ１から温度Ｔ２までの温度域Ｉとして表されている。また、ＮＯｘ触媒４４は、ＮＯｘ触媒４４が劣化していくと、ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着能が低下していくという特徴（上記第２特徴）を有する。これは、図１において実線βで表された正常に機能するＮＯｘ触媒でのアンモニア吸着能曲線が、点線γで表された劣化したＮＯｘ触媒でのアンモニア吸着能曲線よりも上位に位置することから明らかである。本第１実施形態では、これら２つの特徴に着目して、ＮＯｘ触媒４４の温度が、ＮＯｘ浄化温度域（図１において温度Ｔ２以上の温度域）よりも低くかつアンモニア吸着温度域（図１において温度Ｔ１と温度Ｔ４との間の温度域）である所定温度域Ｉに含まれているとき、前記ＮＯｘ触媒４４下流側の排気通路に還元剤が漏れるまで還元剤を添加し、添加された還元剤の総量としての実添加量と、ＮＯｘ触媒４４の劣化判定用閾値とを比較して、ＮＯｘ触媒４４が劣化したか否かを判断する。具体的に、図３のフローチャートに基づいて説明する。ただし、図３のフローチャートは、およそ２０ｍｓ毎に繰り返されるものである。
【００４２】
最初のステップＳ３０１では、ＮＯｘ触媒４４の温度（図３中の「ＮＯｘ触媒温度」）が所定温度域Ｉ内の温度か否かが判定される。より具体的には、触媒前排気温センサ６４および触媒後排気温センサ６６からの出力信号に基づいてそれぞれ検出された触媒前排気温および触媒後排気温に基づき、ＮＯｘ触媒温度が推定されて導出される。そしてこのＮＯｘ触媒温度が、所定温度域Ｉの下限温度Ｔ１以上かつ上限温度Ｔ２未満（図１参照）か否かが判定される。ここで否定判定されると該ルーチンは終了されるが、これに対して肯定判定されるとステップＳ３０３に進む。
【００４３】
ステップＳ３０３では、還元剤添加が実行される。還元剤添加は、還元剤添加装置５２の供給装置４８や添加弁４６への作動信号の出力によって開始され、これによりＮＯｘ触媒４４に向かって排気通路２６に還元剤が噴射供給される。ただし、このときの還元剤添加量つまりその流量は、少量に抑制され、ＮＯｘ触媒４４で確実に吸着できるアンモニア量に相当する添加量に制限される。なお、通常時であって、ＮＯｘ触媒温度が上記所定温度域Ｉの温度であるとき、還元剤は添加されない。
【００４４】
次ぐ、ステップＳ３０５では、還元剤添加総量が計算される。還元剤添加総量は、一旦ステップＳ３０３で還元剤添加が開始され始めてから、排気通路２６へ添加された還元剤の総量である。
【００４５】
次ぐステップＳ３０７では、ステップＳ３０５で導出された還元剤添加総量が所定上限量以下か否かが判定される。ここでは、所定上限量は、図１に実線βで表されたアンモニア吸着量の温度Ｔ２でのアンモニア吸着量（図１でのβ１）に相当する還元剤添加総量以上の値では少なくともあり得、ここでは、それをさらに超えた値として設定されている。ここでは、図１でのβ１に相当する還元剤添加総量を、ＮＯｘ触媒温度が所定温度域Ｉに属するときにおける還元剤限界添加量と称し得る。還元剤添加装置５２やＮＯｘセンサ６２が正常に機能しているときには、このステップＳ３０７では肯定判定される。
【００４６】
ステップＳ３０７で肯定判定されると、次ぐステップＳ３０９で、ＮＯｘセンサ６２のセンサ出力が上昇傾向を示したか否かが判定される。センサ出力が上昇傾向を示すとは、ＮＯｘセンサ６２を用いて検知可能な成分ここではアンモニアの増加に対応してそのセンサ出力に変化が生じたことを意味している。具体的には、センサ出力が上昇傾向を示したか否かの判定として、ＮＯｘセンサ６２からのセンサ出力（出力信号）に基づいて検出されるＮＯｘ濃度が上昇傾向を示したか否かの判定が行われる。
【００４７】
図４に概念的に示すように、ステップＳ３０３で還元剤の添加が開始されると（ｔ１の時点）、ここでは還元剤が継続して概ね同じ量ずつ添加され続ける（図４の添加量）。その結果、ＮＯｘ触媒４４に吸着されたアンモニア量すなわちアンモニア吸着量（図４の吸着量）は徐々に増加する。これは、ステップＳ３０１で肯定判定されているので、ＮＯｘ触媒４４に吸着されたアンモニアがＮＯｘ浄化にほとんど消費されずに、ＮＯｘ触媒４４上に残留するからである。そして、アンモニア吸着量が、その時々のＮＯｘ触媒温度に応じて変動するＮＯｘ触媒４４のアンモニア吸着限界量を超えるようになると（図４のｔ２の時点）、アンモニアがＮＯｘ触媒４４に吸着等されずにそれを通過してＮＯｘ触媒４４下流側に漏れるようになる。その結果、このようにＮＯｘ触媒４４を通過したアンモニアがＮＯｘセンサ６２に至ると、このアンモニアの存在によりＮＯｘセンサ６２のセンサ出力に上昇傾向が認められるようになる。このようにして生じるＮＯｘセンサ６２のセンサ出力の上昇傾向を検知するべく、ステップＳ３０９での判定が行われる。このステップＳ３０９で否定判定されると、該ルーチンは終了されて、還元剤添加の実行が継続される。
【００４８】
ＮＯｘ触媒４４の温度が所定温度域Ｉに含まれるとき（ステップＳ３０１で肯定判定されるとき）、内燃機関１０は作動状態にあり、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ浄化能はほとんどないので、ＮＯｘセンサ６２のセンサ出力は内燃機関１０からの排気ガス中のＮＯｘに起因して変動する。これにより、ＮＯｘセンサ６２のセンサ出力が上昇傾向を示す場合もあり得る。そこで、ステップＳ３０９では、このような排気ガス中のＮＯｘに起因するセンサ出力の変動と、ＮＯｘ触媒４４で吸着等されずにＮＯｘ触媒を通過してそれを下流側に漏れ出たアンモニアに起因するセンサ出力の変動とを切り分けるべく、ＮＯｘセンサ６２からのセンサ出力に基づいて検出された検出値が、直近の検出値を、ＮＯｘ濃度が大きくなる方向に越えることが連続して数回続いたときに、センサ出力に上昇傾向があったと判断される。すなわち、ステップＳ３０９での判定は、ＮＯｘセンサ６２からのセンサ出力に基づいて導出された値が直近の前回値を越えることが連続して数回、例えば１０回続いたか否かの判定に相当する。
【００４９】
ステップＳ３０９で肯定判定されるようになると、ステップＳ３１１で還元剤添加が停止される（図４のｔ２の時点）。そして、このとき、ステップＳ３０５での演算の如き演算が行われ、それまでの還元剤添加総量が導出される。このように導出された還元剤添加総量が、本発明における実添加量に対応する。次ぐステップＳ３１３では、アンモニア吸着量が導出される。アンモニア吸着量は、還元剤添加総量に相当する値（実添加量相当値）であり、還元剤添加が停止されるまでの還元剤添加総量を用いて、予めＲＯＭに記憶しておいたデータを検索あるいは演算式での演算をすることで導出される。このようにステップＳ３１３で本発明の実添加量に対応する還元剤添加総量をアンモニア吸着量に変換するのは、後で説明するステップＳ３１５での判定において各値の比較を適切に行うためである。したがって、還元剤としてアンモニアそのものがＮＯｘ触媒４４に添加される場合には、ステップＳ３１３は実質的に省かれて、ステップＳ３１１およびステップＳ３１３は１つのステップになる。
【００５０】
ステップＳ３１３で導出されると共に本発明における実添加量に対応関係のあるアンモニア吸着量は、ステップＳ３１５で、ＮＯｘ触媒４４の劣化判定用閾値以下か否かが判定される。この閾値は、ここでは、図１の点線γ上の温度Ｔ２でのアンモニア吸着量（アンモニア吸着限界量）（図１でのγ１）そのものである。例えば、アンモニア吸着量γ１は、ＮＯｘ触媒４４が８０％劣化した状態での温度Ｔ２（所定温度域Ｉの上限温度に実質的に相当）での、ＮＯｘ触媒４４のアンモニア吸着限界量である。ステップＳ３１５で否定判定されると、ＮＯｘ触媒４４が未ださほど劣化しておらず、まだ使用に耐え得るとして、該ルーチンは終了される。他方、ステップＳ３１５で肯定判定されると、ＮＯｘ触媒４４がもはや使用に耐えられないあるいは相当量劣化しているので当初想定されていたＮＯｘ浄化能をもはや有さないとして、ステップＳ３１７へ進む。すなわち、ステップＳ３１５での判定は、ＮＯｘ触媒４４が劣化したか否かの判定に相当する。
【００５１】
ステップＳ３１７では、ＮＯｘ触媒が劣化したとして、運転席のフロントパネルなどに設けられた警告ランプ（不図示）を点灯させる信号が出力される。ＮＯｘ触媒４４の点検、交換等を促すためである。ステップＳ３１７を経ることで、該ルーチンは終了される。
【００５２】
他方、上記所定上限量を超える量の還元剤が添加されているにもかかわらず、ステップＳ３０９で肯定判定されない場合には、ＥＣＵ６０から還元剤添加装置５２への作動信号の出力によっても、所望量の還元剤がＮＯｘ触媒に向けて添加されていない、あるいは、ＮＯｘ触媒４４下流側に至ったアンモニアに起因したＮＯｘセンサ６２のセンサ出力の変動が生じていないものと推察される。したがって、この場合には、ステップＳ３０７で否定判定され、次ぐステップＳ３１９で還元剤添加装置５２あるいはＮＯｘセンサ６２が故障したとして、運転席のフロントパネルなどに設けられた故障ランプ（不図示）を点灯させる信号が出力される。
【００５３】
なお、ここでは、一旦、ステップＳ３１７で警告ランプが点灯されたり、ステップＳ３１９で故障ランプが点灯されたりすると、それらはその点灯状態に維持される。そして、これは内燃機関１０を再始動させた場合にも継続され、車両整備者等によりリセットされるまで点灯状態が継続される。しかしながら、それらは、他の時期にＥＣＵ６０からの作動信号等により消灯されてもよい。例えば、内燃機関が停止されるとき、消灯され得る。
【００５４】
なお、ステップＳ３０９での上記判定は、ＮＯｘセンサ６２からのセンサ出力に基づいて導出された検出値が直近の前回値を越えることが連続して数回続いたか否かの判定であったが、ＮＯｘ触媒４４を下流側に漏れ出たアンモニアをＮＯｘセンサ６２で検出するための他の判定であってもよい。例えば、機関運転状態およびＮＯｘ触媒４４の温度の少なくともいずれかから推定されるＮＯｘ触媒４４へ入る前の排気ガスのＮＯｘ濃度を、ＮＯｘセンサ６２からのセンサ出力に基づいて導出された値が超えているか否かの判定が、ステップＳ３０９の判定として行われてもよい。このような判定がステップＳ３０９で行われ得るのは、ＮＯｘ触媒４４をアンモニアが超えて漏れ出るようになった場合、漏れ出たアンモニア相当量分、ＮＯｘセンサ６２のセンサ出力が変動するからである。
【００５５】
また、上記図３のフローチャートに基づく制御では、ＮＯｘ触媒４４の温度が所定温度域Ｉ内にある限り、繰り返しＮＯｘ触媒４４の劣化判定が行われ得るが、その回数は制限され得る。例えば、ＮＯｘ触媒４４の温度が所定温度域Ｉ内にあるときに行われる上記ＮＯｘ触媒４４の劣化診断は、内燃機関１０の始動後、停止されるまでの間に一回のみ行われるようにしてもよい。このようなＮＯｘ触媒４４の劣化診断の回数は、所定のフラグがＯＮにされているときのみ行われることで制限され得、具体的には、内燃機関スイッチ７４からの機関始動時のオン信号でＯＮにされるフラグが、ステップＳ３１５での判定後や、ステップＳ３０７での否定判定後にＯＦＦにされることで、１回に制限され得る。
【００５６】
ただし、上記図３のフローチャートに基づく制御では、ＮＯｘ触媒４４の温度が所定温度域Ｉ内の温度であるとき、ＮＯｘ触媒４４の劣化診断を行ったが、さらに、ＮＯｘ触媒４４の劣化診断用の上記制御の始期が次のように定められるとよい。ＮＯｘ触媒４４の劣化診断時の還元剤添加量あるいはアンモニア添加量をより適切に見積もることで、より適切にＮＯｘ触媒４４の劣化診断を行うことが可能である。それ故、ＮＯｘ触媒４４の温度が、ＮＯｘ触媒４４にほとんどアンモニアを吸着できない温度である所定温度域Ｉの下限温度（例えば、図１の温度Ｔ１）であるときに、ステップＳ３０３以降のステップが行われるのが好ましい。
【００５７】
以上、上記したように、本第１実施形態によれば、ＮＯｘ触媒４４の温度が、ＮＯｘ浄化温度域よりも低くかつアンモニア吸着温度域に含まれる所定温度域Ｉの温度であるとき、ＮＯｘ触媒４４下流側の排気通路に還元剤が漏れるまで還元剤を添加し、その過程でＮＯｘ触媒４４に添加された還元剤の総量としての実添加量あるいは実添加量相当値と、ＮＯｘ触媒４４の劣化判定用閾値とを比較することでＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判断することができる。また、このようなＮＯｘ触媒の劣化診断とは別に、還元剤添加装置５２およびＮＯｘセンサ６２の少なくともいずれかに故障があるか否かの診断が、ＮＯｘ触媒４４の温度がＮＯｘ浄化温度域よりも低くかつアンモニア吸着温度域に含まれる所定温度域Ｉの温度であるとき、ＮＯｘ触媒４４下流側の排気通路に還元剤が漏れるまで還元剤を添加し、その過程でＮＯｘ触媒４４に添加された還元剤の総量としての実添加量と上記還元剤限界添加量とを比較することで、可能になる。
【００５８】
次に、本発明の第２実施形態に関して説明する。ただし、本第２実施形態に係る内燃機関のシステムは、上記第１実施形態に係るシステムと概ね同じであるので、以下では上記した構成要素と同様の構成要素に同じ符号を付してその説明を省略する。本第２実施形態では、ＮＯｘ触媒４４の上記第２特徴（ＮＯｘ触媒４４が劣化していくと、ＮＯｘ触媒４４のアンモニア吸着能が低下していくという特徴）に着目して、ＮＯｘ触媒４４の劣化診断が行われる。
【００５９】
ただし、本第２実施形態では、還元剤添加手段である還元剤添加装置５２を制御する制御手段はＥＣＵ６０の一部を含んで構成される。ＮＯｘ触媒４４の温度を推定する温度取得手段は、触媒前排気温センサ６４と、触媒後排気温センサ６６と、ＥＣＵ６０の一部とを含んで構成される。ＮＯｘ触媒温度判定手段は、ＥＣＵ６０の一部を含んで構成される。還元剤量導出手段は、ＥＣＵ６０の一部を含んで構成される。ＮＯｘ触媒下流側の排気通路のアンモニアを検出するアンモニア検出手段は、ＮＯｘセンサ６２と、ＥＣＵ６０の一部とを含んで構成される。ＮＯｘ触媒下流側のアンモニアおよびＮＯｘの総量を検出する総量検出手段は、ＮＯｘセンサ６２と、ＥＣＵ６０の一部とを含んで構成される。劣化判定手段は、ＥＣＵ６０の一部を含んで構成される。ＮＯｘ触媒４４上流側の排気通路のＮＯｘ量を取得するＮＯｘ量取得手段は、エアフローメータ３２と、クランク角センサ７０と、アクセル開度センサ７２と、そしてＥＣＵ６０の一部とを含んで構成され、これにより、ＮＯｘ触媒４４に入る排気ガス中のＮＯｘ量は機関運転状態に基づいて推定されて導出される。ＮＯｘ量取得手段が他の構成を有してもよく、また異なるやり方でＮＯｘ触媒４４に入るＮＯｘ量を推定してもよい。ＮＯｘ量取得手段は、ＮＯｘ触媒４４上流側にさらに設けられるＮＯｘセンサと、ＥＣＵ６０の一部とを含んで構成され、これによりＮＯｘ触媒４４上流側の排気通路のＮＯｘ量が直接的に検出されてもよい。
【００６０】
本第２実施形態では、ＮＯｘ触媒４４の温度が図１での温度Ｔ２以上になったときに（図１の温度域ＩＩにあるとき）、上記当量比が１になるような量の還元剤を添加して、ＮＯｘ触媒の劣化の程度が判定される。以下で詳細に説明される。
【００６１】
ＮＯｘ触媒４４が劣化していくと、正常に機能するＮＯｘ触媒量が低下するなどして、ＮＯｘ触媒４４によるＮＯｘ浄化能が低下する。それ故、ＮＯｘ触媒４４に入るＮＯｘ量が同じ場合、ＮＯｘ触媒４４が劣化していくと、ＮＯｘ浄化に消費されるアンモニアの総量が低下する。したがって、例えば、ＮＯｘ触媒４４に入るＮＯｘ量が同じ場合であってかつそれに対して当量比１の還元剤を添加し続ける場合、ＮＯｘ触媒４４が劣化するにしたがい、ＮＯｘ触媒４４を通過するアンモニア量（の割合）は増加し得る。つまり、ＮＯｘ触媒が劣化すると、その劣化の度合いに対応した分、浄化されずにＮＯｘ触媒を通過するＮＯｘの量が増加し、かつ、その分、ＮＯｘ浄化に消費されずにＮＯｘ触媒４４を通過するアンモニア量が多くなり得る。そして、ＮＯｘ触媒４４を通過したＮＯｘ量やアンモニア量に起因してＮＯｘセンサ６２のセンサ出力が変動する。この点に着目して、ＮＯｘ触媒の劣化診断が行われる。
【００６２】
図５に概念的に表された、ＮＯｘ触媒４４（図中のＳＣＲ）前後の、ＮＯｘ量およびアンモニア量との関係に基づいて、ＮＯｘセンサ６２のセンサ出力の変動を説明する。なお、図５では、ＮＯｘ量、アンモニア量、センサ出力がそれぞれ同一次元の対比可能な値として概念的な数字で表されている。
【００６３】
図５（ａ）は、劣化して８０％ＮＯｘ浄化能が低下したＮＯｘ触媒４４に関し、図５（ａ−１）は、当量比０．５に対応する量のアンモニアを添加した場合に関し、図５（ａ−２）は当量比１に対応する量のアンモニアを添加した場合に関する。図５（ｂ）は劣化して２０％ＮＯｘ浄化能が低下したＮＯｘ触媒４４に関し、図５（ｂ−１）は当量比０．５に対応する量のアンモニアを添加した場合に関し、図５（ｂ−２）は当量比１に対応する量のアンモニアを添加した場合に関する。そして、図５（ｃ）は、図５（ａ）、（ｂ）でのセンサ出力値（図中のセンサ出力）をまとめたものである。ただし、図５では、当量比１に対応するアンモニア量のとき、ＮＯｘ触媒４４に導入されるＮＯｘ量（図中の入りＮＯｘ）と、ＮＯｘ触媒４４に添加されるアンモニア量（図中の添加ＮＨ３）とは同じ値で表されている。また、ＮＯｘ触媒４４に導入されるＮＯｘ量を「１０」で統一し、「１」のＮＯｘを浄化するのに「１」のアンモニアが消費され、かつ、ＮＯｘ浄化に消費されなかったアンモニアが全てＮＯｘ触媒４４を通過したとして図５は作成されている。すなわち、ＮＯｘ浄化に消費されなかったアンモニアは、ＮＯｘ触媒４４に吸着保持されないとして図５は作成されている。
【００６４】
図５から、アンモニア添加量が多い方が、ＮＯｘ触媒４４の劣化程度に対するセンサ出力値のバラツキが大きくなり、ＮＯｘ触媒４４の劣化程度が大きくなるほどセンサ出力値が大きくなることを理解できる。これは、上記の如く、ＮＯｘ触媒４４の劣化に伴い、ＮＯｘ触媒４４上で浄化されるＮＯｘ量が低下し、かつ、ＮＯｘ触媒４４を通過するアンモニア量が増加するためである。したがって、ＮＯｘ触媒４４の劣化度合いを適切に判断するのには、アンモニア添加量すなわち還元剤量を、当量比１未満に対応した量とするよりも、当量比１に対応した量とした方がよいことが理解できる。
【００６５】
また、図５では表していないが、概略的に、ＮＯｘ触媒４４が全く劣化しておらず新品同様のとき、当量比１相当のアンモニアを添加すると、センサ出力値は「０」になることが分かる。したがって、ＮＯｘ触媒４４への添加アンモニア量を当量比１に対応した量にしたとき、ＮＯｘ触媒４４の劣化度合いが増すほど、センサ出力値は増加傾向を示し、ＮＯｘ触媒４４の劣化度合いはただ１つのセンサ出力値に対応付けられる。
【００６６】
他方、ＮＯｘ触媒４４が全く劣化しておらず新品同様のとき、アンモニア量を当量比１相当量よりも多くすると、センサ出力値は当量比１相当量を超えたアンモニアの分、増加する。それ故、アンモニア量を当量比１相当量よりも多くした場合、ＮＯｘ触媒４４の劣化程度に対応するただ１つのセンサ出力値を得ることは困難になり得る。例えば、ＮＯｘ触媒４４の温度が、ＮＯｘ触媒４４の潜在的ＮＯｘ浄化能を１００％発揮できる温度であるときには問題がないが、ＮＯｘ触媒４４の潜在的ＮＯｘ浄化能を１００％発揮できないような温度であるとき、困難になり得る。
【００６７】
以上より、ＮＯｘ触媒でＮＯｘ浄化能が発揮されるときに、当量比１相当の量のアンモニアをＮＯｘ触媒４４に添加するように、還元剤の添加量を制御し、そのときのＮＯｘセンサ６２のセンサ出力あるいはこのセンサ出力に基づいて検出された検出値を用いて、これら値とＮＯｘ浄化触媒の劣化度合いとの関係を表したデータ（例えば、予め実験により求められてＥＣＵ６０のＲＯＭに記憶されているデータ）を検索することで、ＮＯｘ触媒４４の劣化度合いを適切に判断することができる、ということが分かる。なお、ＮＯｘ触媒４４の温度がそのＮＯｘ浄化能を１００％発揮出来る可能性のある温度であるとき、当量比１以上に相当する量のアンモニアをＮＯｘ触媒４４に添加するように、還元剤の添加量を制御することでも、ＮＯｘ触媒４４の劣化度合いを判断することができるが、ここでは、当量比１相当のアンモニアがＮＯｘ触媒４４に添加される。
【００６８】
ここで、具体的に、図６のフローチャートに基づいて説明する。ただし、図６のフローチャートは、およそ２０ｍｓ毎に繰り返されるものである。
【００６９】
最初のステップＳ６０１では、終了フラグがＯＦＦか否かが判定される。終了フラグは、初期状態ではＯＦＦにされている。ステップＳ６０１で否定判定されると該ルーチンは終了する。他方、ステップＳ６０１で肯定判定されると、ステップＳ６０３へ進む。
【００７０】
ステップＳ６０３では、時間フラグがＯＦＦか否かが判定される。時間フラグは、初期状態ではＯＦＦにされている。ステップＳ６０３で肯定判定されると、ステップＳ６０５へ進む。
【００７１】
ステップＳ６０５では、ＮＯｘ触媒４４の温度が劣化判定温度域内の温度であるか否かが判定される。ここで、劣化判定温度域とは、上で説明したようにして本第２実施形態での劣化判定を行う所定温度域のことである。劣化判定温度域は、図１における温度Ｔ２以上の温度域ＩＩ内の任意の温度域であり得る。ここでは、図１の温度Ｔ３以上、温度Ｔ４以下の温度域ＩＩＩが劣化判定温度域として設定されている。ステップＳ６０５で否定判定されると該ルーチンは終了する。他方、ステップＳ６０５で肯定判定されると、ステップＳ６０７に進む。
【００７２】
ステップＳ６０７では、上記の如く通常導出設定されて添加されている還元剤量から所定量分増量される。これにより、その量の還元剤が添加されることで、排気ガス中のＮＯｘ浄化必要量を超える量のアンモニアがＮＯｘ触媒４４上で生じることになる。
【００７３】
次ぐ、ステップＳ６０９では、ＮＯｘセンサ６２のセンサ出力が上昇傾向を示したか否かが判定される。この判定は、ＮＯｘ触媒４４にアンモニア吸着限界量のアンモニアが吸着されているか否かの判定に対応するが、実質的には、上記ステップＳ３０９での判定あるいはその変形例そのものであり得るので、ここでの重複する説明を省略する。ステップＳ６０９で否定判定されると該ルーチンは終了するが、他方、肯定判定されるとステップＳ６１１へ進む。なお、ステップＳ６０９で肯定判定されるときとは、ＮＯｘ触媒４４には、限界までアンモニアが吸着されていて、ＮＯｘ浄化に用いられなかったアンモニアがＮＯｘ触媒４４を通過したときである。
【００７４】
ステップＳ６０９で肯定判定されるようになると、ステップＳ６１１で、ＮＯｘ触媒４４に入る排気ガス中のＮＯｘ量（入りＮＯｘ量）が導出される。この入りＮＯｘ量は、機関運転状態に基づいて予め実験により求められてＲＯＭに記憶されているデータを検索することで導出される。なお、この入りＮＯｘ量は、他の方法あるいは他の手段を用いて導出され得る。
【００７５】
ステップＳ６１１の次のステップＳ６１３では、添加還元剤量が導出される。添加還元剤量は、ステップＳ６１１で導出された入りＮＯｘ量で、予めＲＯＭに記憶しておいたデータを検索することで導出される。なお、ここで導出される還元剤量は、入りＮＯｘ全てを還元するのに必要な最小の量であり、当量比１相当量である。
【００７６】
ステップＳ６１５で、ステップＳ６１３で導出された量の還元剤の添加が行われる。そして、次ぐステップＳ６１７で時間フラグがＯＮにされる。
【００７７】
次ぐステップＳ６１９では、所定時間経過したか否かが判定される。この所定時間は、ステップＳ６１５で添加された還元剤がＮＯｘ浄化に使用されたことに対応する時間であり、予め実験により求められてＲＯＭに記憶されている。判定対象になる時間は、ステップＳ６１５で還元剤が添加され始めてからの時間であるが、ここではステップＳ６１７で時間フラグがＯＮにされたときからの時間がＥＣＵ６０が内蔵するタイマ手段で計測されて、この時間が判定対象の時間として処理される。ステップＳ６１９で否定判定されると該ルーチンは終了され、次回以降のルーチンではステップＳ６０１で肯定判定されてステップＳ６０３で否定判定されて再度ステップＳ６１９での判定が行われる。
【００７８】
ステップＳ６１９で肯定判定されるようになると、ステップＳ６２１でＮＯｘ触媒４４の劣化割合が導出される。まず、ＮＯｘセンサ６２からのセンサ出力が獲得され、そのセンサ出力に基づいてＲＯＭに記憶しておいたデータを検索することでＮＯｘ触媒４４の劣化割合が導出される。なお、ＮＯｘ触媒の劣化割合の導出に際しては、ステップＳ６１１で導出された入りＮＯｘ量やステップＳ６１３で導出された添加還元剤量も用いられ得る。ＮＯｘ触媒４４に入るそれらの量により、ＮＯｘ触媒４４の劣化度合いとセンサ出力との関係が異なるからである。
【００７９】
次ぐステップＳ６２３では、ステップＳ６２１で導出された劣化割合が、所定値以上か否かが判定される。所定値は、例えば、５０％や８０％である。そして、ここで肯定判定されると、ステップＳ６２５で、上記ステップＳ３１７と同様に、ＮＯｘ触媒４４が劣化したとして、運転席のフロントパネルなどに設けられた警告ランプ（不図示）を点灯させる信号が出力される。
【００８０】
そして、ステップＳ６２５を経ると、あるいは、上記ステップＳ６２３で否定判定されると、ステップＳ６２７で終了フラグがＯＮにされて、該ルーチンは終了される。なお、終了フラグは、内燃機関が停止されるまで、ＯＮ状態に維持される。したがって、本第２実施形態では、内燃機関が始動されてから停止されるまでの間に、たった一度のＮＯｘ触媒４４の劣化診断が行われる。
【００８１】
このようなＮＯｘ触媒４４の劣化度合いの判断は、上記の如き場合にのみ行われることに制限されるものではなく、ＮＯｘ触媒４４の温度が上記温度域ＩＩの温度であるときに、ＥＣＵ６０により常に行われてもよいが、任意の時期に行われ得る。例えば、その判断は、内燃機関１０を搭載した車両の走行距離が１００ｋｍを超える毎に行われ得る。そして、判断されたＮＯｘ触媒４４の劣化度合いを運転者等に知らせるように、それが運転席のフロントパネルに例えば数字で表示されてもよい。あるいは、ＮＯｘ触媒４４の劣化度合いがある程度に至ったとき、例えば８０％に至ったとき、ＮＯｘ触媒４４の劣化を警告するように、上記警告ランプを点灯するようにしてもよい。
【００８２】
次に、本発明の第３実施形態に関して説明する。ただし、本第３実施形態に係る内燃機関のシステムは、上記第１実施形態に係るシステムと概ね同じであるので、以下では上記した構成要素と同様の構成要素に同じ符号を付してその説明を省略する。本第３実施形態では、ＮＯｘ触媒４４の上記第２特徴および上記第３特徴に着目して、ＮＯｘ触媒４４の劣化判定が行われる。
【００８３】
ただし、本第３実施形態では、還元剤添加手段である還元剤添加装置５２を制御する制御手段は、ＥＣＵ６０の一部を含んで構成される。また、ＮＯｘ触媒４４の温度を取得する温度取得手段は、触媒前排気温センサ６４と、触媒後排気温センサ６６と、ＥＣＵ６０の一部とを含んで構成される。ＮＯｘ触媒温度第１判定手段およびＮＯｘ触媒温度第２判定手段の各々は、ＥＣＵ６０の一部を含んで構成される。アンモニア検出手段は、ＮＯｘセンサ６２と、ＥＣＵ６０の一部とを含んで構成される。劣化判定手段は、ＥＣＵ６０の一部を含んで構成される。
【００８４】
先に説明したように、ＮＯｘ触媒４４は、そのＮＯｘ触媒４４の温度の高温側に、ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着能が低下した温度域があるという特徴（上記第３特徴）を有する。この温度域は、図１において、温度Ｔ３から温度Ｔ４までの温度域ＩＩＩとして表されている。また、ＮＯｘ触媒４４は、ＮＯｘ触媒４４が劣化していくと、ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着能が低下していくという特徴（上記第２特徴）を有する。本第３実施形態では、これら２つの特徴に着目して、ＮＯｘ触媒４４の温度が、アンモニア吸着温度域を一旦超えてから低下して、高温側アンモニア低吸着域と称し得る、所定温度域ＩＩＩ（図１における温度Ｔ３と温度Ｔ４との間の温度域）に含まれているとき、前記ＮＯｘ触媒４４下流側の排気通路に還元剤が漏れるまで還元剤を添加し、添加された還元剤の総量としての実添加量と、ＮＯｘ触媒４４の劣化判定用閾値とを比較して、ＮＯｘ触媒４４が劣化したか否かを判断する。具体的に、図７のフローチャートに基づいて説明する。ただし、図７のフローチャートは、およそ２０ｍｓ毎に繰り返されるものである。
【００８５】
最初のステップＳ７０１では、ＮＯｘ触媒４４の温度が所定上限温度Ｔ４以下か否かが判定される。内燃機関１０の始動直後や低負荷での定常走行時などには概してステップＳ７０１で肯定判定される。なお、所定上限温度Ｔ４は、上記温度域ＩＩＩの上限値である。
【００８６】
ステップＳ７０１で肯定されると、次ぐステップＳ７０３では、ＮＯｘ触媒４４の温度が所定下限温度Ｔ３以上か否かが判定される。なお、所定下限温度Ｔ３は上記温度域ＩＩＩの下限値である。
【００８７】
ステップＳ７０３で否定判定されると、ステップＳ７０５で、上昇フラグがＯＦＦにされる。上昇フラグは、初期状態ではＯＦＦにされている。そして、次ぐステップＳ７０７で、添加フラグがＯＦＦにされる。添加フラグは、初期状態ではＯＦＦにされている。ステップＳ７０７を経ることで、該ルーチンは終了する。
【００８８】
高負荷運転などが行われた結果、排気ガスの温度が上昇し、ＮＯｘ触媒４４の温度が上記所定上限温度を超えると、ステップＳ７０１で否定判定されるようになる。否定判定されると、次ぐステップＳ７１１で上昇フラグがＯＮにされ、該ルーチンは終了する。このように、上昇フラグが、ＮＯｘ触媒４４の温度が上記所定上限温度すなわち上記温度域ＩＩＩを超えた温度になることで、ＯＮにされる。
【００８９】
ステップＳ７１１で上昇フラグがＯＮにされた状態で、ＮＯｘ触媒４４の温度が上記温度域ＩＩＩの温度であるとき、ステップＳ７０１およびステップＳ７０３で肯定判定されて、ステップＳ７０９での判定が行われる。ステップＳ７０９では、上昇フラグあるいは添加フラグの少なくとも一方がＯＮにされているか否かが判定される。ここでは、上昇フラグがＯＮにされているので、肯定判定される。
【００９０】
ステップＳ７０９で肯定判定されると、次ぐステップＳ７１３では、燃料カット中（図７のＦ／Ｃ中）か否かが判定される。燃料カット中か否かは、ここでは、ＥＣＵ６０での燃料噴射制御で燃料噴射量が「０」にされているか否かで判定される。燃料カット中でない場合にはステップＳ７１３で否定判定されて、ステップＳ７０７で上記の如く添加フラグがＯＦＦにされて該ルーチンは終了する。
【００９１】
他方、ステップＳ７１３で燃料カット中であるとして肯定判定されると、次ぐステップＳ７１５で上昇フラグがＯＦＦにされ、次ぐステップＳ７１７で添加フラグがＯＮにされる。そして、次ぐステップＳ７１９で、還元剤添加が実行される。この還元剤の添加は、上記ステップＳ３０３と同様に行われる。
【００９２】
次ぐ、ステップＳ７２１では、上記ステップＳ３０５と同様に、還元剤添加総量が計算される。還元剤添加総量は、一旦ステップＳ７１９で還元剤供給が開始され始めてから、排気通路２６へ供給された還元剤の総量である。
【００９３】
次ぐステップＳ７２３では、上記ステップＳ３０７と同様の判定が行われ、具体的にはステップＳ７２１で導出された還元剤添加総量が所定第２上限量以下か否かが判定される。所定第２上限量は、図１に実線βで表されたアンモニア吸着量の温度Ｔ３でのアンモニア吸着量（図１でのβ２）に相当する還元剤添加総量以上の値では少なくともあり得、ここでは、それをさらに超えた値として設定されている。ここでは、図１でのβ２に相当する還元剤添加総量を、ＮＯｘ触媒温度が所定温度域ＩＩＩに属するときの還元剤限界添加量と称し得る。還元剤添加装置５２やＮＯｘセンサ６２が正常に機能しているときには、このステップＳ７２３では肯定判定される。
【００９４】
ステップＳ７２３で肯定判定されると、次ぐステップＳ７２５で、上記ステップＳ３０９と同様に、ＮＯｘセンサ６２のセンサ出力が上昇傾向を示したか否かが判定される。この判定は、上記ステップＳ３０９での判定あるいはその変形例そのものであり得るので、ここでの重複する説明を省略する。
【００９５】
ステップＳ７２５で肯定判定されるようになると、ステップＳ７２７で添加フラグがＯＦＦにされる。そして次ぐステップＳ７２９で、上記ステップＳ３１１と同様に、還元剤添加が停止される。そして、このとき、ステップＳ７２１の如き計算が行われ、それまでの還元剤添加総量が導出される。このように導出された還元剤添加総量が、本発明における実添加量に対応する。次ぐステップＳ７３１で、上記ステップＳ３１３と同様に、アンモニア吸着量が導出される。
【００９６】
そして、ステップＳ３１５の如きステップＳ７３３で、ステップＳ７３１で導出されたアンモニア吸着量が、ＮＯｘ触媒４４の劣化判定用第２閾値以下か否かが判定される。この第２閾値は、ここでは、図１に点線γで表されたアンモニア吸着量曲線上の所定温度域ＩＩＩの下限温度すなわち温度Ｔ３でのアンモニア吸着量（アンモニア吸着限界量）（図１でのγ２）そのものである。ステップＳ７３３で否定判定されると、ＮＯｘ触媒４４が未ださほど劣化しておらず、まだ使用に耐え得るとして、該ルーチンは終了される。他方、ステップＳ７３３で肯定判定されると、ＮＯｘ触媒４４がもはや使用に耐えられないあるいは相当量劣化しているので当初想定されていたＮＯｘ浄化能をもはや有さないとして、ステップＳ７３５へ進む。すなわち、ステップＳ７３３での判定は、ＮＯｘ触媒４４が劣化したか否かの判定に相当する。
【００９７】
ステップＳ７３５では、上記ステップＳ３１７と同様に、ＮＯｘ触媒が劣化したとして、運転席のフロントパネルなどに設けられた警告ランプ（不図示）を点灯させる信号が出力される。ステップＳ７３５を経ることで、該ルーチンは終了される。
【００９８】
他方、上記所定第２上限量を超える量の還元剤が添加されているにもかかわらず、ステップＳ７２５で肯定判定されない場合には、ＥＣＵ６０から還元剤添加装置５２への作動信号の出力によっても、所望量の還元剤がＮＯｘ触媒に向けて添加されていない、あるいは、ＮＯｘ触媒４４下流側に至ったアンモニアに起因したＮＯｘセンサ６２のセンサ出力の変動が生じていないものと推察される。したがって、この場合には、ステップＳ７２３で否定判定されることになり、次ぐステップＳ７３７で故障ランプ（不図示）を点灯させる信号が出力される。そして、ステップＳ７３９で添加フラグがＯＦＦにされて、該ルーチンは終了する。
【００９９】
なお、ステップＳ７３５での警告ランプの点灯やステップＳ７３７での故障ランプの点灯に関しては、上記したステップＳ３１７やステップＳ３１９でのそれらのランプの点灯に関する変形例が同様に許容される。
【０１００】
以上、上記したように、本第３実施系形態によれば、ＮＯｘ触媒４４の温度が、アンモニア吸着温度域の上限温度Ｔ４を越える温度にまで上がった後、低下して、上記温度域ＩＩＩの温度になったとき、燃料カットがされるようになると、ＮＯｘ触媒４４下流側の排気通路に還元剤が漏れるまで還元剤を添加し、その過程でＮＯｘ触媒４４に添加された還元剤の総量としての実添加量あるいは実添加量相当値と、ＮＯｘ触媒４４の劣化判定用閾値とを比較することで、ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判断することが可能になる。これは、ＮＯｘ触媒４４の温度が温度Ｔ４以上の温度にまで上がったことで、それまでにＮＯｘ触媒４４に吸着されていたアンモニアが放出（離脱）され、かつ、その後、その温度が低下して温度域ＩＩＩの温度であるとき燃料カット中に添加剤がＮＯｘ触媒から漏れるまで添加され続けることで、ＮＯｘ触媒４４に吸着されたアンモニア量を適切に認識することが可能となるからである。また、このようなＮＯｘ触媒の劣化診断とは別に、還元剤添加装置５２およびＮＯｘセンサ６２の少なくともいずれかに故障があるか否かの診断が、ＮＯｘ触媒４４の温度が温度域ＩＩＩの温度であるとき、ＮＯｘ触媒４４下流側の排気通路に還元剤が漏れるまで還元剤を供給し、その過程でＮＯｘ触媒４４に供給された還元剤の総量としての実添加量と上記還元剤限界添加量とを比較することで、可能になる。
【０１０１】
以上、本発明を上記３つの実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されない。このような前記第１〜第３実施形態の各態様は、矛盾が生じない限りにおいて、部分的に又は全体的に組み合わせることが可能である。具体的には、上記３つの実施形態の任意の２つを組み合わせた実施形態や、上記３つの実施形態を全て組み合わせた実施形態が許容される。これらの組合せにより、ＮＯｘ触媒４４の温度が種々の温度域の温度であるとき、ＮＯｘ触媒そのものの劣化をより適切に診断することが可能になる。
【０１０２】
また、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内燃機関にも適用可能である。
【０１０３】
本発明の実施形態は前述の３つの実施形態やそれらの変形例のみに限らず、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。したがって本発明は、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】
【０１０４】
【図１】選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との、ＮＯｘ触媒温度に対する変化に関しての一実験結果を表したグラフである。
【図２】第１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３】第１実施形態のＮＯｘ触媒の劣化診断用のフローチャートである。
【図４】第１実施形態のＮＯｘ触媒の劣化診断時の還元剤添加量、アンモニア吸着量およびＮＯｘセンサのセンサ出力との関係を同一時間軸上に概念的に表したグラフである。
【図５】第２実施形態でのＮＯｘ触媒の劣化診断時の、ＮＯｘ触媒前後のＮＯｘ量、アンモニア量、ＮＯｘセンサのセンサ出力との関係を概念的に表した図である。
【図６】第２実施形態のＮＯｘ触媒の劣化診断用のフローチャートである。
【図７】第３実施形態のＮＯｘ触媒の劣化診断用のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０５】
１０  ディーゼル機関
１２  吸気マニフォルド
１４  排気マニフォルド
１６  燃焼室
１８  高圧ポンプ
２０  コモンレール
２２  インジェクタ
２４  ターボチャージャ
２６  排気通路
２８  エアクリーナ
３０  吸気通路
３２  エアフローメータ
３４  インタークーラ
３６  スロットルバルブ
４０  酸化触媒
４２  ＤＰＲ触媒
４４  選択還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
４６  添加弁
４８  供給装置
５０  タンク
５２  還元剤添加装置
６２  （触媒後）ＮＯｘセンサ
６４  触媒前排気温センサ
６６  触媒後排気温センサ
【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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