JP2015014213A - 選択還元型触媒の劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＳＲ触媒より下流の排気通路に配置されるＳＣＲ触媒の劣化検出装置において、ＳＣＲ触媒の劣化状態を精度良く検出する。
【解決手段】ＳＣＲ触媒の劣化検出装置は、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が異常状態のＳＣＲ触媒が吸着可能なアンモニアの量より多くなる状況下において、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘ量の積算値が基準ＮＯ_Ｘ量に達したときのＮＯ_Ｘ流入量の積算値及びＮＯ_Ｘ流出量の積算値をパラメータとして選択還元型触媒の劣化を診断する。このような構成によれば、正常状態の選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能と異常状態の選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能との差が大きくなる条件下で選択還元型触媒の劣化診断が行われることになるため、選択還元型触媒の異常をより正確に検出することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒の劣化を検出する技術に関し、特に吸蔵還元型触媒より下流に配置される選択還元型触媒の劣化を検出する技術に関する。

希薄燃焼運転（リーンバーン運転）される内燃機関の排気を浄化する技術として、選択還元型触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）を含む排気浄化装置と、
排気浄化装置へ流入する排気にアンモニア（ＮＨ_３）又はアンモニアの前駆体である添加剤を添加する添加弁と、を内燃機関の排気通路に配置する技術が知られている。

上記した構成において、排気浄化装置へ流入するＮＯ_Ｘ流入量と排気浄化装置から流出するＮＯ_Ｘ流出量からＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を演算し、そのＮＯ_Ｘ浄化率に基づいてＳＣＲ触媒の劣化状態を検出又は判定する技術も知られている。

なお、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量やＳＣＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_２比率（排気中に含まれるＮＯ_Ｘの量に対してＮＯ_２の量の割合、又は排気中に含まれるＮＯとＮＯ_２の総量に対するＮＯ_２の量の割合）等によって変化する。

そこで、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量や排気のＮＯ_２比率をパラメータとしてＮＯ_Ｘ浄化率を補正し、補正後のＮＯ_Ｘ浄化率に基づいてＳＣＲ触媒の劣化を検出する技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２０１１−２２０１４２号公報 特開２０１２−２３７２９６号公報

ところで、添加弁からアンモニア又はアンモニアの前駆体である添加剤をＳＣＲ触媒へ供給する構成に対し、ＳＣＲ触媒の上流に配置された吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ（NO_X Storage Reduction）触媒）を配置し、該ＮＳＲ触媒によりアンモニアを生成させる構成が提
案されている。

本発明の目的は、ＮＳＲ触媒より下流の排気通路に配置されるＳＣＲ触媒の劣化検出装置において、ＳＣＲ触媒の劣化状態を精度良く検出することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明に係わる選択還元型触媒の劣化検出装置は、
内燃機関の排気通路において吸蔵還元型触媒より下流に配置され、吸蔵還元型触媒によって生成されたアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯ_Ｘを還元する選択還元型触媒と、
選択還元型触媒のアンモニア吸着量を取得する取得手段と、
取得手段により取得されたアンモニア吸着量が異常状態の選択還元型触媒の吸着可能な
アンモニアの量である下限値より多くなった場合に、選択還元型触媒の温度と取得手段により取得されたアンモニア吸着量とをパラメータとして、正常状態の選択還元型触媒が浄化することができるＮＯ_Ｘの量である基準ＮＯ_Ｘ量を演算する演算手段と、
取得手段により取得されたアンモニア吸着量が前記下限値より多くなった後に選択還元型触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量であるＮＯ_Ｘ流入量及び選択還元型触媒から流出するＮＯ_Ｘの量であるＮＯ_Ｘ流出量をそれぞれ積算する積算手段と、
前記積算手段により積算されたＮＯ_Ｘ流入量が基準ＮＯ_Ｘ量と等しくなったときのＮＯ_Ｘ流入量の積算値及びＮＯ_Ｘ流出量の積算値に基づいて選択還元型触媒の劣化を診断する診断手段と、
を備えるようにした。

選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）が異常状態にあるときは正常状態にあるときに比べ、ＳＣＲ触媒が吸着可能なアンモニアの量が少なくなる。そのため、ＳＣＲ触媒が異常状態にあるときは正常状態にあるときに比べ、ＳＣＲ触媒が浄化可能なＮＯ_Ｘの量が少なくなる。ただし、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が異常状態のＳＣＲ触媒の吸着可能なアンモニアの量（以下、「下限値」と称する）より少ないときは、正常状態のＳＣＲ触媒が浄化することができるＮＯ_Ｘの量と異常状態のＳＣＲ触媒が浄化することができるＮＯ_Ｘの量との差が小さくなる。よって、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が前記下限値を上回っているときのＮＯ_Ｘ浄化性能に基づいて、ＳＣＲ触媒が異常であるか否かを判定することが好ましい。

また、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が前記下限値を上回っている場合であっても、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量（ＮＯ_Ｘ流入量）が少なければ、正常時のＮＯ_Ｘ浄化性能と異常時にＮＯ_Ｘ浄化性能との差が小さくなる。特に、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアによって浄化することができるＮＯ_Ｘの量（基準ＮＯ_Ｘ量）に対してＮＯ_Ｘ流入量が少ない場合は、正常時のＮＯ_Ｘ浄化性能と異常時のＮＯ_Ｘ浄化性能との差が小さくなる。

上記したような問題に対し、本発明は、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が基準値を上回る状況下において、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘ量の積算値が基準ＮＯ_Ｘ量に達したときのＮＯ_Ｘ流入量の積算値及びＮＯ_Ｘ流出量の積算値をパラメータとしてＳＣＲ触媒の劣化を診断する。このような方法によれば、正常状態のＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能と異常状態のＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能との差が大きくなる条件下においてＳＣＲ触媒の劣化診断が行われることになる。そのため、ＳＣＲ触媒の上流に吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）が配置される構成においても、ＳＣＲ触媒の異常をより正確に検出することが可能になる。

なお、アンモニア吸着量が前記下限値を上回った時点からＮＯ_Ｘ流入量の積算値が基準ＮＯ_Ｘ量に達する時点までの期間において、ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比がリッチにされると、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量や下限値が変化してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、取得手段により取得されたアンモニア吸着量が前記基準値を上回った時点から積算手段により積算されるＮＯ_Ｘ流入量が前記基準ＮＯ_Ｘ量と等しくなる時点までの期間は、ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比をリーンに維持する維持手段を更に備えるようにしてもよい。

このような構成によれば、前記の期間にＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量や下限値が変化すること、特にアンモニア吸着量が下限値以下になることを防止することができる。その結果、ＳＣＲ触媒の劣化検出精度の低下を抑制することができる。

本発明によれば、ＮＳＲ触媒より下流の排気通路に配置されたＳＣＲ触媒の劣化検出装置において、ＳＣＲ触媒の劣化状態を精度良く検出することができる。

本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。 ＳＣＲ触媒の劣化を検出する際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。 ＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒が吸着可能なアンモニアの量との関係を示す図である。 ＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率との関係を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明を適用す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、希薄燃焼運転可能な火花点火式の内燃機関である。なお、内燃機関１は、希薄燃焼運転される圧縮着火式の内燃機関であってもよい。

内燃機関１は、燃料噴射弁２を備えている。燃料噴射弁２は、吸気通路（たとえば、吸気ポート）へ燃料を噴射する弁装置であってもよく、又は気筒内へ燃料を噴射する弁装置であってもよい。

内燃機関１は、排気通路３と接続されている。排気通路３は、内燃機関１の気筒内で燃焼されたガス（排気）が流通する通路である。排気通路３の途中には、第一触媒ケーシング４が配置されている。第一触媒ケーシング４は、アルミナ等のコート層によって被覆されたハニカム構造体と、前記コート層に担持される貴金属（たとえば、白金、パラジウム、又はロジウム等）とから構成される三元触媒を収容する。

第一触媒ケーシング４より下流の排気通路３には、第二触媒ケーシング５が配置される。第二触媒ケーシング５は、アルミナ等のコート層によって被覆されたハニカム構造体と、コート層に担持される貴金属（白金、パラジウム、ロジウム等）と、コート層に担持されるＮＯ_Ｘ吸蔵剤（アルカリ類、アルカリ土類等）とから構成される吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）を収容する。

第二触媒ケーシング５より下流の排気通路３には、第三触媒ケーシング６が配置される。第三触媒ケーシング６は、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム構造体と、ハニカム構造体を被覆するアルミナ系又はゼオライト系のコート層と、コート層に担持される貴金属（白金やパラジウム等）とから構成される選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）を収容する。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ７が併設される。ＥＣＵ７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ７は、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）８、酸素濃度センサ（Ｏ_２センサ）９、第一温度センサ１０、第一ＮＯ_Ｘセンサ１１、第二ＮＯ_Ｘセンサ１２、第二温度センサ１３、アクセルポジションセンサ１４、クランクポジションセンサ１５、及びエアフローメータ１６等の各種センサと電気的に接続されている。

空燃比センサ８は、第一触媒ケーシング４より上流の排気通路３に取り付けられ、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比に相関する電気信号を出力する。酸素濃度センサ９は、第一触媒ケーシング４と第二触媒ケーシング５との間の排気通路３に取り付けられ、第一触媒ケーシング４から流出した排気に含まれる酸素の濃度に相関する電気信号を出力する。第一温度センサ１０は、第二触媒ケーシング５と第三触媒ケーシング６との間の排気通路３に取り付けられ、第二触媒ケーシング５から流出する排気の温度に相関する電気信号を出力する。第一ＮＯ_Ｘセンサ１１は、第二触媒ケーシング５と第三触媒ケーシング６との間の排気通路３に取り付けられ、第二触媒ケーシング５から流出する排気（第三触媒ケーシング６へ流入する排気）に含まれるＮＯ_Ｘの量（ＮＯ_Ｘ流入量）に相関する電気信号を出力する。第二ＮＯ_Ｘセンサ１２は、第三触媒ケーシング６より下流の排気通路３に取り付けられ、第三触媒ケーシング６から流出する排気に含まれるＮＯ_Ｘの量（ＮＯ_Ｘ流出量）に相関する電気信号を出力する。第二温度センサ１３は、第三触媒ケーシング６より下流の排気通路３に取り付けられ、第三触媒ケーシング６から流出する排気の温度に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１４は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１５は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１６は、内燃機関１の気筒内に吸入される空気量（吸入空気量）に相関する電気信号を出力する。

ＥＣＵ７は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の運転状態を制御する。たとえば、ＥＣＵ７は、クランクポジションセンサ１５の出力信号に基づいて演算される機関回転速度とアクセルポジションセンサ１４の出力信号（アクセル開度）とに基づいて混合気の目標空燃比を演算する。ＥＣＵ７は、目標空燃比とエアフローメータ１６の出力信号（吸入空気量）に基づいて燃料噴射弁２の目標燃料噴射量（燃料噴射期間）を演算し、目標燃料噴射量に従って燃料噴射弁２を作動させる。なお、ＥＣＵ７は、内燃機関１の運転状態が低回転・低負荷領域又は中回転・中負荷領域にある場合等は、目標空燃比を理論空燃比より高いリーン空燃比に設定する。ＥＣＵ７は、内燃機関１の運転状態が高負荷領域又は高回転領域にある場合は、目標空燃比を理論空燃比又は理論空燃比より低いリッチ空燃比に設定する。このように、内燃機関１の運転状態が低回転・低負荷領域や中回転・中負荷領域（以下、これらの運転領域を「リーン運転領域」と称する）に属するときに、内燃機関１が希薄燃焼運転されることにより、燃料消費量を少なく抑えることができる。また、ＥＣＵ７は、空燃比センサ８の出力信号が前記目標空燃比と一致するように目標燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック制御や、酸素濃度センサ９の出力信号に基づいて空燃比フィードバック制御に使用される補正係数の学習制御等を行う。

ところで、目標空燃比がリーン空燃比に設定される場合（内燃機関１が希薄燃焼運転される場合）は、第一触媒ケーシング４に収容された三元触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が低くなる。そのため、目標空燃比がリーン空燃比に設定されている場合は、第二触媒ケーシング５のＮＳＲ触媒と第三触媒ケーシング６のＳＣＲ触媒によって排気中のＮＯ_Ｘを浄化する必要がある。

ＮＳＲ触媒は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の酸素濃度が高いとき（排気の空燃比がリーンであるとき）は、排気中のＮＯ_Ｘを吸蔵又は吸着する。ＮＳＲ触媒は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の酸素濃度が低く、且つ炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が排気に含まれるとき（排気の空燃比がリッチであるとき）は、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯ_Ｘを放出し、放出されたＮＯ_Ｘを窒素（Ｎ_２）に還元させる。

そこで、ＥＣＵ８は、前記リーン運転領域においては、リッチスパイク処理を周期的に実行する。リッチスパイク処理は、排気中の酸素濃度が低く且つＨＣやＣＯの濃度が高く
なるように、燃料噴射量や吸入空気量を調整する処理である。リッチスパイク処理は、ＮＳＲ触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵量が一定量以上になったとき、前回のリッチスパイク処理終了時からの運転時間（好ましくは、目標空燃比がリーン空燃比に設定された運転時間）が一定時間以上になったとき、前回のリッチスパイク処理終了時からの走行距離（好ましくは、目標空燃比がリーン空燃比に設定された走行距離）が一定距離以上になったときに実行されればよい。リッチスパイク処理の具体的な実行方法としては、燃料噴射弁２の燃料噴射量を増加させる処理、又は吸気絞り弁（スロットル弁）の開度を減少させる処理の少なくなくとも一つを実行する方法を用いることができる。なお、燃料噴射弁２が気筒内に直接燃料を噴射する構成においては、気筒の排気行程中に燃料噴射弁２から燃料を噴射させる方法によりリッチスパイク処理が実行されてもよい。

ＳＣＲ触媒は、排気中に含まれるアンモニア（ＮＨ_３）を吸着する。ＳＣＲ触媒は、該ＳＣＲ触媒に吸着されたＮＨ_３と排気中のＮＯ_Ｘを反応させることにより、ＮＯ_Ｘを窒素（Ｎ_２）に還元させる。なお、ＳＣＲ触媒へ供給されるＮＨ_３は、三元触媒やＮＳＲ触媒において生成される。たとえば、リッチスパイク処理が実行された場合に、三元触媒においてＮＯ_Ｘの一部がＮＨ_３に還元され、ＮＳＲ触媒において該ＮＳＲ触媒から放出されたＮＯ_Ｘの一部がＮＨ_３に還元される。その際、ＮＳＲ触媒において生成されるＮＨ_３の量は、リッチスパイク処理が実行される間隔や、リッチスパイク処理が実行されるときの空燃比等によって変化する。よって、ＳＣＲ触媒へＮＨ_３を供給する場合は、リッチスパイク処理の実行間隔がＮＨ_３の生成に適した間隔に設定され、又はリッチスパイク処理実行時の空燃比がＮＨ_３の生成に適した空燃比（たとえば、１４．１程度）に設定されればよい。

上記したようにリッチスパイク処理が実行されることにより、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合であっても排気中のＮＯ_Ｘを浄化することができる。ところで、第三触媒ケーシング６に収容されるＳＣＲ触媒の浄化性能が劣化すると、ＮＳＲ触媒によって浄化されないＮＯ_Ｘが大気中に排出される可能性がある。そのため、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が劣化した場合は、ＳＣＲ触媒の劣化を速やかに検出して、車両の運転者にＳＣＲ触媒の修理を促したり、内燃機関１の希薄燃焼運転を禁止したりする必要がある。以下では、本実施例においてＳＣＲ触媒の劣化を検出する方法について述べる。

ＳＣＲ触媒が異常状態にあるときは正常状態にあるときに比べ、ＳＣＲ触媒が吸着可能なアンモニアの量が少なくなる。そのため、ＳＣＲ触媒が異常状態にあるときは正常状態にあるときに比べ、ＳＣＲ触媒が浄化することができるＮＯ_Ｘの量が少なくなる。しかしながら、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が異常状態のＳＣＲ触媒の吸着可能なアンモニアの量（下限値）より少ないときは、正常状態のＳＣＲ触媒が浄化することができるＮＯ_Ｘの量と異常状態のＳＣＲ触媒が浄化することができるＮＯ_Ｘの量との差が小さくなる。

また、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が前記下限値を上回っている場合であっても、ＮＯ_Ｘ流入量が少なければ、正常時のＮＯ_Ｘ浄化性能と異常時にＮＯ_Ｘ浄化性能との差が小さくなる。特に、ＳＣＲ触媒が正常である場合において、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアによって浄化することができるＮＯ_Ｘの量（基準ＮＯ_Ｘ量）に対してＮＯ_Ｘ流入量が少ない場合は、正常時のＮＯ_Ｘ浄化性能と異常時のＮＯ_Ｘ浄化性能との差が小さくなる。

そこで、本実施例においては、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が前記下限値を上回っている条件下において、ＮＯ_Ｘ流入量の積算値が基準ＮＯ_Ｘ量に達したときのＮＯ_Ｘ流入量の積算値及びＮＯ_Ｘ流出量の積算値をパラメータとしてＳＣＲ触媒の劣化を診断するようにした。

ここで、本実施例においてＳＣＲ触媒の劣化を検出する手順について図２に沿って説明する。図２は、ＥＣＵ７がＳＣＲ触媒の劣化を検出する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭ等に記憶されており、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合にＥＣＵ７（ＣＰＵ）によって周期的に実行される。

図２の処理ルーチンでは、ＥＣＵ７は、先ずＳ１０１の処理において、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を取得する。ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量は、ＳＣＲ触媒において浄化されたＮＯ_Ｘの積算量（言い換えると、ＳＣＲ触媒においてＮＯ_Ｘの浄化に消費されたアンモニアの積算量）、及びＳＣＲ触媒へ流入するアンモニアの積算量をパラメータとして演算することができる。

ＳＣＲ触媒において浄化されたＮＯ_Ｘの積算量は、ＮＯ_Ｘ流入量とＮＯ_Ｘ流出量との差を積算することにより求めることができる。ＳＣＲ触媒へ流入するアンモニアの積算量は、リッチスパイク処理の実行時にＳＣＲ触媒へ流入するアンモニアの量を積算することにより求めることができる。リッチスパイク処理の実行時にＳＣＲ触媒へ流入するアンモニアの量は、ＮＳＲ触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵量、リッチスパイク処理実行時の空燃比、リッチスパイク処理の実行時間等をパラメータとして演算することができる。

また、ＮＯ_Ｘセンサは排気中のＮＯ_Ｘに加えアンモニアにも反応するため、リッチスパイク処理の実行時にＳＣＲ触媒へ流入するアンモニアの量は第一ＮＯ_Ｘセンサ１１により測定されてもよい。ここで、リッチスパイク処理が開始された直後は、三元触媒から酸素が放出されるため、ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比が所望のリッチ空燃比より高い理論空燃比近傍の空燃比に維持される。その後、三元触媒に吸蔵されていた酸素が全て放出されると、ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比が所望のリッチ空燃比まで低下する。ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の空燃比に維持されているときは、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯ_Ｘの一部が還元されずにＮＳＲ触媒から排出される。ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比が所望のリッチ空燃比まで低下した後は、ＮＳＲ触媒から放出されたＮＯ_Ｘの一部がアンモニアに還元される。上記したような特性を鑑みると、ＮＳＲ触媒からＮＯ_Ｘが排出されるタイミングとアンモニアが排出されるタイミングが異なるため、ＮＳＲ触媒から排出されるＮＯ_Ｘの量とアンモニアの量の各々を第一ＮＯ_Ｘセンサ１１によって測定することができる。このような方法によって測定されるアンモニアの量を積算すれば、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘの積算量を求めることができる。

上記した方法によりＥＣＵ７がＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を取得することにより、本発明に係わる取得手段が実現される。

Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０１の処理で取得されたアンモニア吸着量が下限値より多いか否かを判別する。下限値は、異常状態のＳＣＲ触媒が吸着可能なアンモニアの量に相当する。ここで、ＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒が吸着可能なアンモニアの量との関係を図３に示す。図３中の実線はＳＣＲ触媒が異常であるときに該ＳＣＲ触媒が吸着可能なアンモニアの量（下限値）を示し、図３中の一点鎖線はＳＣＲ触媒が正常であるときに該ＳＣＲ触媒が吸着可能なアンモニアの量を示す。図３に示すように、ＳＣＲ触媒が吸着可能なアンモニア量は、ＳＣＲ触媒の温度に応じて変化する。よって、前記下限値は、ＳＣＲ触媒の温度をパラメータとして変更されることが望ましい。ＳＣＲ触媒の温度は内燃機関１の運転状態から推定されてもよいが、第二温度センサ１３の出力信号がＳＣＲ触媒の温度の相関値として用いられてもよい。

ここで、図２の処理ルーチンに戻り、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０２の処理において否定判定された場合は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０２の処理において肯定
判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０３の処理へ進み、リッチスパイク処理の実行を禁止する。このようにＥＣＵ７がリッチスパイク処理を禁止することにより、ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比がリーンに維持される。よって、ＥＣＵ７がＳ１０３の処理を実行することにより、本発明に係わる維持手段が実現される。

Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ７は、ＮＳＲ触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵能力が飽和したか否かを判別する。詳細には、ＥＣＵ７は、第一ＮＯ_Ｘセンサ１１の出力信号（ＮＯ_Ｘ流入量）が零或いは零に所定のマージンを加算した量より多くなったときに、ＮＳＲ触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵能力が飽和したと判定する。Ｓ１０４の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０３の処理へ戻り、リッチスパイク処理の禁止状態を維持する。一方、Ｓ１０４の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０５の処理へ進む。

Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ７は、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を再度取得する。続いて、ＥＣＵ７は、Ｓ１０６の処理へ進み、前記Ｓ１０５の処理で取得されたアンモニア吸着量が下限値より多いか否かを再度判別する。ＳＣＲ触媒の温度変化等によってＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が下限値以下となった場合は、ＥＣＵ７は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０６の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０７の処理へ進む。

Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ７は、第一ＮＯ_Ｘセンサ１１及び第二ＮＯ_Ｘセンサ１２の出力信号を利用して、ＮＯ_Ｘ流入量及びＮＯ_Ｘ流出量の積算を開始する。好ましくは、ＥＣＵ７は、ＮＳＲ触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵能力が飽和した時点からＮＯ_Ｘ流入量及びＮＯ_Ｘ流出量の積算を開始してもよい。このようにＥＣＵ７がＮＯ_Ｘ流入量及びＮＯ_Ｘ流出量の積算値を演算することにより、本発明に係わる積算手段が実現される。

Ｓ１０８の処理では、ＮＯ_Ｘ流入量の積算値が基準ＮＯ_Ｘ量以上であるか否かを判別する。基準ＮＯ_Ｘ量は、正常状態のＳＣＲ触媒が浄化することができるＮＯ_Ｘの量に相当する。正常状態のＳＣＲ触媒が浄化可能なＮＯ_Ｘの量は、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量とＳＣＲ触媒の温度をパラメータとして演算される。詳細には、ＥＣＵ７は、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量と当量比が１になるＮＯ_Ｘの量、言い換えると、ＳＣＲ触媒に吸着されている全てのアンモニアがＮＯ_Ｘの還元に消費されたと仮定した場合のＮＯ_Ｘ還元量（以下、「基準還元量」と称する）を演算する。続いて、ＥＣＵ７は、ＳＣＲ触媒の温度をパラメータとして、正常状態のＳＣＲ触媒による最大のＮＯ_Ｘ浄化率を演算する。ここで、ＳＣＲ触媒が正常である場合のＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率との関係を図４に示す。図４に示すように、ＳＣＲ触媒が正常であるときの最大のＮＯ_Ｘ浄化率（以下、「最大ＮＯ_Ｘ浄化率」と称する）は、ＳＣＲ触媒の温度によって変化する。よって、ＳＣＲ触媒の現在の温度において、正常状態のＳＣＲ触媒が還元することができるＮＯ_Ｘの量は、基準還元量と最大ＮＯ_Ｘ浄化率との積に相当する。そこで、ＥＣＵ７は、基準還元量と最大ＮＯ_Ｘ浄化率を乗算することによって基準ＮＯ_Ｘ量を算出する。このような方法により、ＥＣＵ７が基準ＮＯ_Ｘ量を演算することにより、本発明に係わる演算手段が実現される。

前記Ｓ１０８の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、ＮＯ_Ｘ流入量の積算値が基準ＮＯ_Ｘ量以上になるまで、Ｓ１０７及びＳ１０８の処理を繰り返し実行する。一方、前記Ｓ１０８の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０９の処理へ進む。Ｓ１０９の処理では、ＥＣＵ７は、ＮＯ_Ｘ流入量の積算値が基準ＮＯ_Ｘ量以上になった時点におけるＮＯ_Ｘ流入量の積算値とＮＯ_Ｘ流出量の積算値とをパラメータとして、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘを演算する。具体的には、ＥＣＵ７は、以下の式（１）に基づいてＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘを算出する。
Ｅｎｏｘ＝（ΣＡｎｏｘｉｎ−ΣＡｎｏｘｏｕｔ）／ΣＡｎｏｘｉｎ・・・（１）
式（１）中のΣＡｎｏｘｉｎはＮＯ_Ｘ流入量の積算値であり、ΣＡｎｏｘｏｕｔはＮＯ_Ｘ流出量の積算値である。

Ｓ１１０の処理では、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０９の処理で算出されたＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが閾値以上であるか否かを判別する。閾値は、異常状態のＳＣＲ触媒の最大のＮＯ_Ｘ浄化率に所定のマージンを加算した値、或いは正常状態のＳＣＲ触媒の最小のＮＯ_Ｘ浄化率に相当し、予め実験的に求められた値である。

前記Ｓ１１０の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１１１の処理へ進み、ＳＣＲ触媒が正常であると判定する。一方、前記Ｓ１１０の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１１２の処理へ進み、ＳＣＲ触媒が異常であると判定する。このように、ＥＣＵ７がＳ１０８乃至Ｓ１１２の処理を実行することにより、本発明に係わる診断手段が実現される。

以上述べた手順によりＳＣＲ触媒の異常検出処理が実行されると、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が基準値を上回る状況下において、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘ量の積算値が基準ＮＯ_Ｘ量に達したときのＮＯ_Ｘ流入量の積算値及びＮＯ_Ｘ流出量の積算値をパラメータとしてＳＣＲ触媒の劣化診断が行われることになる。その結果、正常状態のＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能と異常状態のＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能との差が大きくなる条件下においてＳＣＲ触媒の劣化診断が行われることになる。よって、ＳＣＲ触媒の上流にＮＳＲ触媒が配置される構成においても、ＳＣＲ触媒の異常をより正確に検出することが可能になる。

１ 内燃機関
２ 燃料噴射弁
３ 排気通路
４ 第一触媒ケーシング
５ 第二触媒ケーシング
６ 第三触媒ケーシング
７ ＥＣＵ
８ 空燃比センサ
９ 酸素濃度センサ
１０ 第一温度センサ
１１ 第一ＮＯ_Ｘセンサ
１２ 第二ＮＯ_Ｘセンサ
１３ 第二温度センサ
１４ アクセルポジションセンサ

Claims (2)

1. 吸蔵還元型触媒より下流の排気通路に配置され、吸蔵還元型触媒によって生成されたアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯ_Ｘを還元する選択還元型触媒と、
   選択還元型触媒のアンモニア吸着量を取得する取得手段と、
   取得手段により取得されたアンモニア吸着量が異常状態の選択還元型触媒の吸着可能なアンモニアの量である下限値より多くなった場合に、選択還元型触媒の温度と取得手段により取得されたアンモニア吸着量とをパラメータとして、正常状態の選択還元型触媒が浄化することができるＮＯ_Ｘの量である基準ＮＯ_Ｘ量を演算する演算手段と、
   取得手段により取得されたアンモニア吸着量が前記下限値より多くなった後に選択還元型触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量であるＮＯ_Ｘ流入量及び選択還元型触媒から流出するＮＯ_Ｘの量であるＮＯ_Ｘ流出量をそれぞれ積算する積算手段と、
   前記積算手段により積算されたＮＯ_Ｘ流入量が基準ＮＯ_Ｘ量と等しくなったときのＮＯ_Ｘ流入量の積算値及びＮＯ_Ｘ流出量の積算値に基づいて選択還元型触媒の劣化を診断する診断手段と、
   を備える選択還元型触媒の劣化検出装置。
2. 請求項１において、取得手段により取得されたアンモニア吸着量が前記下限値を上回った時点から積算手段により積算されるＮＯ_Ｘ流入量が前記基準ＮＯ_Ｘ量と等しくなる時点までの期間は、吸蔵還元型触媒へ流入する排気の空燃比をリーンに維持する維持手段を更に備える選択還元型触媒の劣化検出装置。

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