JP5673803B2 - 選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置 - Google Patents

選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置 Download PDF

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Description

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触媒の劣化を検出する劣化検出装置に関する。
内燃機関の排気通路に排気浄化触媒として選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と称する場合もある）を設ける技術が知られている。ＮＯｘ触媒は、主にアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有する。また、ＮＯｘ触媒の劣化を検出するための種々の技術が開発されている。
特許文献１に記載の技術では、ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低い時とＮＯｘ触媒の活性度が十分に高い時とにおけるＮＯｘ浄化率の差に基づいて、ＮＯｘ触媒の異常判定を行う。
特許文献２に記載の技術では、ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ浄化温度域よりも低く且つアンモニア吸着温度域に含まれる所定温度域の温度である時に、ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路にアンモニアが漏れるまでＮＯｘ触媒に還元剤を添加する。そして、このときにＮＯｘ触媒に添加された還元剤の総量に基づいて、ＮＯｘ触媒が劣化したか否かを判定する。
特開２００８−１４４７１１号公報 特開２００９−１２７４９６号公報
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触媒の劣化をより高い精度で検出することを目的とする。
第一の発明では、ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときにＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度以上である時に、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率に基づいてＮＯｘ触媒の劣化判定が行われる。
より詳しくは、本発明に係る選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を検出する選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得部と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出部と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上の時に、前記ＮＯｘ浄化率算出部によって算出されるＮＯｘ浄化率に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化しているか否かを判定する判定部と、を備え、
前記所定温度が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度である。
ここで、ＮＯｘ浄化率とは、ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量に対するＮＯｘ触媒によって還元されるＮＯｘ量の割合である。また、判定部は、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値より大きいときに、ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する。ＮＯｘ触媒の劣化度合いの許容範囲は、実験等に基づいて予め定めることができる。
ＮＯｘ触媒は、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する機能を有すると共に、アンモニアを酸化する機能も有する。ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力はいずれも該ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じて高くなる。ただし、ＮＯｘ触媒の温度が比較的低いときは、ＮＯｘ還元能力の方がアンモニア酸化能力よりも高い。そして、ＮＯｘ触媒の温度がある温度以上となると、アンモニア酸化能力の方がＮＯｘ還元能力よりも高くなる。アンモニアが酸化されるとＮＯｘが生成される。そのため、ＮＯｘ触媒のアンモニア酸化能力がＮＯｘ還元能力よりも高くなると、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下する。従って、ＮＯｘ触媒の温度がある温度に達すると、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める。
ここで、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元能力は、ＮＯｘ触媒の劣化が進むにつれて低下する。一方、ＮＯｘ触媒のアンモニア酸化能力は、ＮＯｘ触媒の劣化が進んでも低下し難い。そのため、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが高くなると、ＮＯｘ還元能力よりもアンモニア酸化能力の方が高くなるＮＯｘ触媒の温度、即ち、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度（以下、ＮＯｘ浄化率低下温度と称する）がより低くなる。
そこで、本発明では、ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときのＮＯｘ浄化率低下温度である所定温度より高い時に、判定部によって、ＮＯｘ浄化率に基づいて、ＮＯｘ触媒が劣化しているか否かを判定する。
このとき、判定部は、ＮＯｘ浄化率が所定の閾値より低いときに、ＮＯｘ触媒が劣化していると判定してもよい。この場合、所定の閾値は、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときのＮＯｘ浄化率であってもよい。
ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度より高い時は、ＮＯｘ触媒が正常な場合のＮＯｘ浄化率とＮＯｘ触媒が劣化している場合のＮＯｘ浄化率との差がより大きくなる。従って、本発明によれば、ＮＯｘ触媒の劣化をより高い精度で検出することができる。
本発明においては、ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ触媒が初期状態であるときのＮＯｘ浄化率低下温度である時に、判定部によってＮＯｘ触媒の劣化判定を行ってもよい。ここで、初期状態とは、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが車両搭載時と同等の状態、つまり、ＮＯｘ触媒の熱劣化がほとんど進行していない状態のことである。
ＮＯｘ触媒が初期状態であるときのＮＯｘ浄化率低下温度は、前記所定温度よりも高い。また、ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ触媒が初期状態であるときのＮＯｘ浄化率低下温度を超えると、ＮＯｘ触媒が正常な場合のＮＯｘ浄化率とＮＯｘ触媒が劣化している場合のＮＯｘ浄化率との差が、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じて徐々に小さくなる。従って、ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ触媒が初期状態であるときのＮＯｘ浄化率低下温度の時に、ＮＯｘ触媒の劣化判定を行うことで、ＮＯｘ触媒が正常な場合のＮＯｘ浄化率とＮＯｘ触媒が劣化している場合のＮＯｘ浄化率との差が可及的に大きい時にＮＯｘ触媒の劣化判定を行うことができる。
また、本発明においては、ＮＯｘ触媒の温度が、前記所定温度より高く、且つ、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときにＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率が零となる温度以下である時に、判定部によってＮＯｘ触媒の劣化判定を行ってもよい。
ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときにＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度よりもさらに上昇すると、その温度上昇に応じてＮＯｘ浄化率は低下する。そして、ＮＯｘ触媒の温度がある温度に達するとＮＯｘ浄化率が零となる。ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときにＮＯｘ浄化率が零となる温度以上の温度領域では、ＮＯｘ触媒が劣化していると、そのＮＯｘ浄化率は零となる。一方、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値より低い場合であっても、ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度よりもさらに上昇し、その劣化度合いに対応するＮＯｘ浄化率低下温度に達すると、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める。
そして、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値より高い場合（ＮＯｘ触媒が劣化している場合）はＮＯｘ浄化率が零であり、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値より低い場合（ＮＯｘ触媒が正常の場合）はＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下する温度領域では、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じて、ＮＯｘ触媒が正常な場合のＮＯｘ浄化率とＮＯｘ触媒が劣化している場合のＮＯｘ浄化率との差が徐々に小さくなる。
そのため、ＮＯｘ触媒の温度が、前記所定温度より高く、且つ、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときにＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率が零となる温度以下の領域にある時に、ＮＯｘ触媒の劣化判定を行うことで、ＮＯｘ触媒が正常な場合のＮＯｘ浄化率とＮＯｘ触媒が劣化している場合のＮＯｘ浄化率との差が可及的に大きい時にＮＯｘ触媒の劣化判定を行うことができる。
第二の発明では、ＮＯｘ浄化率低下温度に基づいて、ＮＯｘ触媒の劣化判定が行われる。
より詳しくは、本発明に係る選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置は、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得部と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出部と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の判定温度より低い場合、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する判定部と、
を備える。
ここで、所定の判定温度は、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときのＮＯｘ浄化率低下温度であってもよい。
上述したように、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが高くなると、ＮＯｘ還元能力よりもアンモニア酸化能力の方が高くなるＮＯｘ触媒の温度、即ちＮＯｘ浄化率低下温度がより低くなる。そのため、ＮＯｘ浄化率低下温度が所定の判定温度より低い場合は、ＮＯｘ触媒が劣化していると判定することができる。
本発明によれば、ＮＯｘ触媒の劣化をより高い精度で検出することができる。
本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化をより高い精度で検出することができる。
実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。 ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力との関係を示す図である。 ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。 実施例１に係るＮＯｘ触媒の劣化検出フローを示すフローチャートである。 実施例１の第一の変形例に係るＮＯｘ触媒の劣化検出フローを示すフローチャートである。 実施例１の第二の変形例に係るＮＯｘ触媒の劣化検出フローを示すフローチャートである。 実施例２に係るＮＯｘ触媒の劣化検出フローを示すフローチャートである。
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。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは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。
＜実施例１＞
［内燃機関の排気系の概略構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。内燃機関１には、排気通路２が接続されている。
排気通路２には、パティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称する）４が設けられている。フィルタ４は排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。フィルタ４より上流側の排気通路２には、前段触媒として酸化触媒３が設けられている。尚、前段触媒は、酸化触媒に限られるものではなく、酸化機能を有する触媒（例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）であればよい。酸化触媒３より上流側の排気通路２には、燃料添加弁６が設けられている。燃料添加弁６は、排気中に燃料を添加する。
また、フィルタ４より下流側の排気通路２には、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と称する）５が設けられている。フィルタ４より下流側且つＮＯｘ触媒５より上流側には、尿素添加弁７及び温度センサ８が設けられている。尿素添加弁７は、排気中に尿素水溶液を添加する。尿素添加弁７から尿素水溶液が添加されることで、ＮＯｘ触媒５に還元剤たるアンモニアが供給される。温度センサ８が、ＮＯｘ触媒５に流入する排気の温度を検出する。
ＮＯｘ触媒５より下流側の排気通路２には、ＮＯｘセンサ９が設けられている。ＮＯｘセンサ９は、ＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度を検出する。尚、ＮＯｘ触媒５より下流側の排気通路２に、アンモニアを酸化するための触媒を設けてもよい。
また、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（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、温度センサ８及びＮＯｘセンサ９に加えて、クランクポジションセンサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ１１は、内燃機関１のクランク角を検出する。アクセル開度センサ１２は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を算出する。また、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１２の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を算出する。
さらに、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁６及び尿素添加弁７が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これらの装置の動作が制御される。
［ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係］
次に、ＮＯｘ触媒５の温度とＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率との関係について、図２及び３に基づいて説明する。尚、ＮＯｘ浄化率とは、ＮＯｘ触媒５に流入するＮＯｘ量に対するＮＯｘ触媒５によって還元されるＮＯｘ量の割合である。また、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値より大きいときに、ＮＯｘ触媒５が劣化していると判断する。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いの許容範囲は、実験等に基づいて予め定めることができる。
ＮＯｘ触媒５は、ＮＯｘを還元する機能のみならず、アンモニアを酸化する機能も有する。図２は、ＮＯｘ触媒５の温度とＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力との関係を示す図である。図２において、横軸はＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃを表しており、縦軸はＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力又はアンモニア酸化能力を表している。図２において、実線Ｌ１及びＬ２はＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力を示している。実線Ｌ１は、ＮＯｘ触媒５が初期状態のときのＮＯｘ還元能力を示しており、実線Ｌ２は、ＮＯｘ触媒５が劣化しているときのＮＯｘ還元能力を示している。ここで、初期状態とは、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが車両搭載時と同等の状態、つまり、ＮＯｘ触媒５の熱劣化がほとんど進行していない状態のことである。図２のおける矢印は、ＮＯｘ触媒５の劣化の進行に応じたＮＯｘ還元能力の推移の方向を示している。また、図２において、破線Ｌ３はＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を示している。
図３は、ＮＯｘ触媒５の温度とＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。図３において、横軸はＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃを表しており、縦軸はＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率又はＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を表している。図３において、実線Ｌ４、Ｌ５、及び二点鎖線Ｌ０はＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率を示している。実線Ｌ４は、ＮＯｘ触媒５が初期状態のときのＮＯｘ浄化率を示しており、実線Ｌ５は、ＮＯｘ触媒５が劣化しているときのＮＯｘ浄化率を示しており、二点鎖線Ｌ０は、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値のときのＮＯｘ浄化率を示している。図３のおける矢印は、ＮＯｘ触媒５の劣化の進行に応じたＮＯｘ浄化率の推移の方向を示している。また、図３において、破線Ｌ３は、図２と同様、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力を示している。

図２に示すように、ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力及びアンモニア酸化能力はいずれも該ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じて高くなる。ただし、ＮＯｘ触媒５の温度が比較的低いときは、ＮＯｘ還元能力の方がアンモニア酸化能力よりも高い。そして、ＮＯｘ触媒５の温度がある温度以上となると、アンモニア酸化能力の方がＮＯｘ還元能力よりも高くなる。
また、ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力は、ＮＯｘ触媒５の劣化が進むにつれて低下する。つまり、ＮＯｘ触媒５の温度を同一とすると、ＮＯｘ触媒５のＮＯｘ還元能力は、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高い場合、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが低い場合に比べて低い。そのため、ＮＯｘ触媒５の温度に対するＮＯｘ還元能力は、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いの上昇に応じて、図２において矢印で示す方向（実線Ｌ１から実線Ｌ２に向かう方向）に推移する。
一方、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力は、ＮＯｘ触媒５の劣化が進んでも低下し難い。そのため、ＮＯｘ触媒５の温度の温度が同一であれば、ＮＯｘ触媒５の劣化度合い関わらず、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力は同等となる。そのため、ＮＯｘ触媒５の劣化が進んでも、ＮＯｘ触媒５の温度とＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力との関係は、図２において破線Ｌ３で示すような関係に維持される。その結果、図２に示すように、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高くなると、アンモニア酸化能力がＮＯｘ還元能力を超えるＮＯｘ触媒５の温度は低くなる（Ｔｃ２＜Ｔｃ１）。
アンモニアが酸化されるとＮＯｘが生成される。そのため、ＮＯｘ触媒５のアンモニア酸化能力がＮＯｘ還元能力よりも高くなると、ＮＯｘ触媒５から流出するＮＯｘ量が増加する。つまり、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率が低下する。従って、ＮＯｘ触媒５の温度が、アンモニア酸化能力がＮＯｘ還元能力を超える温度に達すると、ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める。
図２に示すように、ＮＯｘ触媒５が初期状態の場合、アンモニア酸化能力がＮＯｘ還元能力を超えるＮＯｘ触媒５の温度はＴｃ１である。また、ＮＯｘ触媒５が劣化している場合、アンモニア酸化能力がＮＯｘ還元能力を超えるＮＯｘ触媒５の温度はＴｃ２である。そのため、図３に示すように、ＮＯｘ触媒５が初期状態の場合、ＮＯｘ触媒５の温度がＴｃ１に達するとＮＯｘ浄化率が低下し始める。
また、ＮＯｘ触媒５が劣化している場合、ＮＯｘ触媒５の温度がＴｃ２に達するとＮＯｘ浄化率が低下し始める。
そして、上述したように、Ｔｃ２はＴｃ１よりも低い温度である。つまり、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高くなると、ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度（以下、ＮＯｘ浄化率低下温度と称する）がより低くなる。
［ＮＯｘ触媒の劣化検出方法］
次に、本実施例に係るＮＯｘ触媒の劣化検出方法について説明する。上述したように、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値より大きいときに、ＮＯｘ触媒５が劣化していると判断する。ここで、図３に示すように、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときのＮＯｘ浄化率低下温度をＴｃ０とする。そして、本実施例では、ＮＯｘ触媒５の温度がＴｃ０より高い時に、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率に基づいて、ＮＯｘ触媒５が劣化しているか否かを判定する。
ＮＯｘ触媒５の温度がＴｃ０より高ければ、該ＮＯｘ触媒５が劣化している場合、そのアンモニア酸化能力はそのＮＯｘ還元能力を超えており、ＮＯｘ浄化率はすでに低下している。そのため、そのＮＯｘ触媒５の温度が、その時の劣化度合い対応するＮＯｘ浄化率低下温度以下の時よりも、そのＮＯｘ浄化率（ＮＯｘ触媒５が劣化している場合のＮＯｘ浄化率）とＮＯｘ触媒５が正常な場合のＮＯｘ浄化率との差がより大きくなっている。
このように、ＮＯｘ触媒５の温度が、ＮＯｘ触媒５が正常な場合のＮＯｘ浄化率とＮＯｘ触媒５が劣化している場合のＮＯｘ浄化率との差がより大きい温度領域にある時に、ＮＯｘ浄化率に基づいてＮＯｘ触媒５の劣化判定を行うことで、誤判定を抑制することができる。従って、本実施例に係るＮＯｘ触媒の劣化検出方法によれば、ＮＯｘ触媒５の劣化をより高い精度で検出することが可能となる。
［劣化検出フロー］
以下、本実施例に係るＮＯｘ触媒の劣化検出フローについて図４に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、尿素添加弁７から尿素水溶液が添加されている時にＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。
本フローでは、先ずステップＳ１０１において、ＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃが算出される。ＮＯｘ触媒５の温度は、温度センサ８の検出値に基づいて算出することができる。尚、ＮＯｘ触媒５の温度は、内燃機関１の運転状態（機関負荷及び機関回転速度等）に基づいて推定することもできる。また、ＮＯｘ触媒５より下流側の排気通路に温度センサが設けられている場合、該温度センサの検出値に基づいてＮＯｘ触媒５の温度を算出することもできる。また、ＮＯｘ触媒５内に温度センサを設け、該温度センサによってＮＯｘ触媒５の温度を検出してもよい。
次に、ステップＳ１０２において、ＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃが、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときのＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ０より高いか否かが判定される。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときのＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ０は、実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ１０に記憶されている。
ステップＳ１０２において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一方、ステップＳ１０２において肯定判定された場合、次に、ステップＳ１０３において、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘが算出される。
ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘは、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度とＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて算出される。ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度は、内燃機関１の運転状態に基づいて推定することができる。また、ＮＯｘ触媒５より上流側の排気通路２にＮＯｘセンサを設け、該ＮＯｘセンサによって、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度を検出してもよい。ＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度は、ＮＯｘセンサ９によって検出することができる。
次、ステップＳ１０４において、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であって且つＮＯｘ触媒５の温度がステップＳ１０１で算出された温度ＴｃであるときのＮＯｘ浄化率、即ち、ＮＯｘ触媒５が正常であると判定できるＮＯｘ浄化率の閾値（以下、正常判定閾値と称する）Ｐｎｏｘ０が算出される。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときのＮＯｘ浄化率とＮＯｘ触媒５の温度との関係は、図３に示すようなマップ（図３における二点鎖線）又は関数としてＥＣＵ１０に予め記憶されている。ステップＳ１０４では、該マップ又は関数を用いて正常判定閾値Ｐｎｏｘ０が算出される。
次に、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０３で算出されたＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘが、ステップＳ１０４で算出された正常判定閾値Ｐｎｏｘ０より小さいか否かが判定される。ステップＳ１０５において肯定判定された場合、次にステップＳ１０６において、ＮＯｘ触媒５は劣化していると判定される。一方、ステップＳ１０５において否定判定された場合、次にステップＳ１０７において、ＮＯｘ触媒５は正常であると判定される。
［変形例１］
以下、本実施例に第一の変形例に係るＮＯｘ触媒の劣化検出方法について説明する。本変形例では、ＮＯｘ触媒５の温度が、ＮＯｘ触媒５が初期状態であるときのＮＯｘ浄化率低下温度（図２及び図３におけるＴｃ１）である時に、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率に基づいて、ＮＯｘ触媒５が劣化しているか否かを判定する。
図３に示すように、ＮＯｘ触媒５が正常であっても、その温度が、ＮＯｘ触媒５が初期状態であるときのＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１を超えると、ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下する。そのため、ＮＯｘ触媒５が正常な場合のＮＯｘ浄化率とＮＯｘ触媒５が劣化している場合のＮＯｘ浄化率との差が、ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じて徐々に小さくなる。従って、ＮＯｘ触媒５の温度が、ＮＯｘ触媒５が初期状態であるときのＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１の時に、ＮＯｘ触媒５の劣化判定を行うことで、ＮＯｘ触媒５が正常な場合のＮＯｘ浄化率とＮＯｘ触媒が劣化している場合のＮＯｘ浄化率との差が可及的に大きい時にＮＯｘ触媒５の劣化判定を行うことができる。その結果、ＮＯｘ触媒５の劣化をより高い精度で検出することが可能となる。
以下、本変形例に係るＮＯｘ触媒の劣化検出フローについて図５に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、尿素添加弁７から尿素水溶液が添加されている時にＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローは、図４に示すフローのステップＳ１０２をステップＳ２０２に置き換えたものである。そのため、ステップＳ２０２の処理についてのみ説明し、その他のステップの処理についての説明は省略する。
本フローにおいては、ステップＳ１０１の次に、ステップＳ２０２の処理が実行される。ステップＳ２０２においては、ＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃが、ＮＯｘ触媒５が初期状態であるときのＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１であるか否かが判定される。ＮＯｘ触媒５が初期状態であるときのＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ１は、実験等に基づいて予め求められており、ＥＣＵ１０に記憶されている。
ステップ２０２において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一方、ステップＳ２０２において肯定判定された場合、次にステップＳ１０３の処理が実行される。
［変形例２］
以下、本実施例に第二の変形例に係るＮＯｘ触媒の劣化検出方法について説明する。本変形例では、ＮＯｘ触媒５の温度が、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときのＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ０より高く、且つ、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときにＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率が零となる温度以下である時に、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率に基づいて、ＮＯｘ触媒５が劣化しているか否かを判定する。
ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときにＮＯｘ触媒５の温度がＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ０よりもさらに上昇すると、その温度上昇に応じてＮＯｘ浄化率は低下する。そして、ＮＯｘ触媒５の温度がある温度Ｔｃ３に達するとＮＯｘ浄化率が零となる。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときにＮＯｘ浄化率が零となる温度Ｔｃ３以上の温度領域では、ＮＯｘ触媒５が劣化していると、そのＮＯｘ浄化率は零となる。
一方、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値より低い場合であっても、ＮＯｘ触媒５の温度が、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときのＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ０よりもさらに上昇し、その劣化度合いに対応するＮＯｘ浄化率低下温度に達すると、ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める。
そして、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値より高い場合（ＮＯｘ触媒が劣化している場合）はＮＯｘ浄化率が零であり、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値より低い場合（ＮＯｘ触媒が正常の場合）はＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下する温度領域、即ち、ＮＯｘ触媒５の温度がＴｃ３より高い温度領域では、ＮＯｘ触媒５の温度の上昇に応じて、ＮＯｘ触媒５が正常な場合のＮＯｘ浄化率とＮＯｘ触媒５が劣化している場合のＮＯｘ浄化率との差が徐々に小さくなる。
そのため、ＮＯｘ触媒５の温度が、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときのＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ０より高く、且つ、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときにＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率が零となる温度Ｔｃ３以下である時に、ＮＯｘ触媒の劣化判定を行うことで、ＮＯｘ触媒が正常な場合のＮＯｘ浄化率とＮＯｘ触媒が劣化している場合のＮＯｘ浄化率との差が可及的に大きい時にＮＯｘ触媒の劣化判定を行うことができる。その結果、ＮＯｘ触媒５の劣化をより高い精度で検出することが可能となる。
以下、本変形例に係るＮＯｘ触媒の劣化検出フローについて図６に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、尿素添加弁７から尿素水溶液が添加されている時にＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローは、図４に示すフローに、ステップＳ３０３を加えたものである。そのため、ステップＳ３０３の処理についてのみ説明し、その他のステップの処理についての説明は省略する。
本フローにおいては、ステップＳ１０２において肯定判定された場合、次にステップＳ３０３の処理が実行される。ステップＳ３０３においては、ＮＯｘ触媒５の温度が、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときにＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率が零となる温度Ｔｃ３以下であるか否かが判定される。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときにＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率が零となる温度Ｔｃ３は、実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ１０に記憶されている。
ステップ３０３において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一方、ステップＳ３０３において肯定判定された場合、つまり、ＮＯｘ触媒５の温度がＴｃ０より高く且つＴｃ３以下の場合、次にステップＳ１０３の処理が実行される。
＜実施例２＞
［ＮＯｘ触媒の劣化検出方法］
本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成は実施例１と同様である。以下、本実施例に係るＮＯｘ触媒の劣化検出方法について説明する。上述したように、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが高くなると、ＮＯｘ浄化率低下温度がより低くなる。そこで、本実施例では、ＮＯｘ浄化率低下温度に基づいて、ＮＯｘ触媒５が劣化しているか否かを判定する。つまり、ＮＯｘ浄化率低下温度が、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときのＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ０より低い場合、ＮＯｘ触媒５が劣化していると判定する。
本実施例においても、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率は、実施例１と同様、
ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度とＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて算出される。ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度は、内燃機関１の運転状態に基づいて推定される。また、ＮＯｘ触媒５より上流側の排気通路２にＮＯｘセンサを設け、該ＮＯｘセンサによって、ＮＯｘ触媒５に流入する排気のＮＯｘ濃度を検出してもよい。ＮＯｘ触媒５から流出する排気のＮＯｘ濃度は、ＮＯｘセンサ９によって検出される。
そのため、推定又は検出された排気のＮＯｘ濃度に誤差が生じた場合、該ＮＯｘ濃度に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率の値にも誤差が生じる。しかしながら、ＮＯｘ浄化率の値に誤差が生じた場合であっても、ＮＯｘ触媒５の温度変化に対するＮＯｘ浄化率の変化に基づいて取得されるＮＯｘ浄化率低下温度の値は変動しない。そのため、ＮＯｘ浄化率低下温度に基づいてＮＯｘ触媒５の劣化判定を行うことで、ＮＯｘ触媒５の劣化をより高い精度で検出することが可能となる。
［劣化検出フロー］
以下、本実施例に係るＮＯｘ触媒の劣化検出フローについて図７に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、尿素添加弁７から尿素水溶液が添加されている時にＥＣＵ１０によって所定の間隔で繰り返し実行される。
本フローでは、先ずステップＳ４０１において、図４に示すフローのステップＳ１０１の処理と同様の方法によって、ＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃが算出される。 次に、ステップＳ４０２において、図４に示すフローのステップＳ１０３の処理と同様の方法によって、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘが算出される。
ステップＳ４０２で算出されたＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘは、ステップＳ４０１で算出されたＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃと対応させて、ＥＣＵ１０に記憶される。ＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃは、ＮＯｘ触媒５に流入する排気温度の変化と共に変化する。そのため、ある程度の期間、ＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃ及びその温度に対応するＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘを算出し、記憶することで、図３に示すような、ＮＯｘ触媒５の温度ＴｃとＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘとの関係を求めることができる。尚、ＮＯｘ触媒５の劣化判定を行うために、ＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃを強制的に変化させつつ、各温度に対応するＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘを算出することで、ＮＯｘ触媒５の温度ＴｃとＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘとの関係を求めてもよい。
次に、ステップＳ４０３において、ＮＯｘ触媒５の温度ＴｃとＮＯｘ浄化率Ｐｎｏｘとの関係に基づいてＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃｄが取得される。ここで、取得されるＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃｄが、現時点のＮＯｘ触媒５の劣化度合いに対応したＮＯｘ浄化率低下温度である。
次に、ステップＳ４０４において、ステップＳ４０３で取得されたＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃｄが、ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときのＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ０より低いか否かが判定される。ＮＯｘ触媒５の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときのＮＯｘ浄化率低下温度Ｔｃ０は、実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ１０に記憶されている。
ステップＳ４０４において肯定判定された場合、次にステップＳ４０５において、ＮＯｘ触媒５は劣化していると判定される。一方、ステップＳ４０４において否定判定された場合、次にステップＳ４０６において、ＮＯｘ触媒５は正常であると判定される。
１・・・内燃機関
２・・・排気通路
３・・・酸化触媒
４・・・パティキュレートフィルタ（フィルタ）
５・・・選択還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
６・・・燃料添加弁
７・・・尿素添加弁
８・・・温度センサ
９・・・ＮＯｘセンサ
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランクポジションセンサ
１２・・アクセル開度センサ
１５・・下流側排気温度センサ

Claims (5)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を検出する選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置であって、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤たるアンモニアを供給するアンモニア供給部と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得部と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出部と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度より高い時に、前記ＮＯｘ浄化率算出部によって算出されるＮＯｘ浄化率に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化しているか否かを判定する判定部と、を備え、
    前記所定温度が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度である選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置。
  2. 前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が初期状態であるときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度である時に、前記判定部が、前記ＮＯｘ浄化率算出部によって算出されるＮＯｘ浄化率に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化しているか否かを判定する請求項１に記載の選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置。
  3. 前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が、前記所定温度より高く、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率が零となる温度以下である時に、前記判定部が、前記ＮＯｘ浄化率算出部によって算出されるＮＯｘ浄化率に基づいて、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化しているか否かを判定する請求項１に記載の選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置。
  4. 内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を検出する選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置であって、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤たるアンモニアを供給するアンモニア供給部と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得部と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度と前記選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度とに基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出部と、
    前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の判定温度より低い場合、前記選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する判定部と、
    を備える選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置。
  5. 前記所定の判定温度が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化度合いが許容範囲の上限値であるときに前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の上昇に応じてＮＯｘ浄化率が低下し始める温度である請求項４に記載の選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置。
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