CN101578434B - 催化剂劣化判定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过考虑排气净化催化剂下游的氧浓度，可以高精度地进行催化剂劣化判定的催化剂劣化判定装置。在催化剂是激活状态的情况下，读入NSR催化剂下游的氧传感器输出VO2和氨传感器输出VNH3(步骤104)。在此所读入的氧传感器输出VO2大于等于基准值α、且氨传感器输出VNH3大于等于基准值β的情况下，推定为在存在氧的情况下在NSR催化剂中不发生氨的氧化反应。在此情况下，判定为NSR催化剂已劣化(步骤108、11、114)。

Description

催化剂劣化判定装置
技术领域
本发明涉及排气净化催化剂的劣化判定装置。
背景技术
为了使输出和燃油效率(每公升燃料行驶公里数)一并改善，已知有可以进行稀薄燃烧的内燃机。为了减少这种内燃机的NOx排放量，而广泛利用NOx吸留还原催化剂。
伴随着近年来的排气排放限制的强化，需要高精度地执行NOx吸留还原催化剂的劣化判定。已知有基于浓(rich)空燃比时的NOx吸留还原催化剂下游的氨浓度的变化来检测NOx吸留还原催化剂的劣化程度的装置(例如参照专利文献1)。利用这一装置，根据氨浓度的变化来求解未被使用于NOx还原中的剩余还原剂量。由于此剩余的还原剂量与NOx吸留能力具有相关性，所以能够检测NOx吸留还原催化剂的劣化程度。
专利文献1：日本特许第3589179号公报
专利文献2：日本特开2002-276419号公报
专利文献3：日本特开平10-68346号公报
专利文献4：日本特开平8-158917号公报
可是，有时在NOx吸留还原催化剂上游配置有起动催化剂。该起动催化剂，在浓空燃比时会生成氨，但是，氨生成量有可能会根据其劣化状况而变化。另外，有时，根据起动催化剂或NOx吸留还原催化剂的催化剂床层温度及空间速度(SV：space velocity)等，各催化剂中的氨生成量也会发生变化。进而，在过渡驾驶时氨生成量有可能随着油门开度的变化而较大地变化。
从而，在如上述专利文献1那样仅根据NOx吸留还原催化剂下游的氨浓度来进行劣化判定时，由于判定精度不够而仍有改善的余地。
发明内容
本发明就是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的是提供一种通过考虑排气净化催化剂下游的氧浓度，可以高精度地进行催化剂劣化判定的催化剂劣化判定装置。
本发明之一，为了实现上述目的而提供一种催化剂劣化判定装置，其特征在于包括：
被设置于内燃机的排气系统的用于净化排出气体的排气净化催化剂；
用于检测上述排气净化催化剂下游的氧浓度的氧浓度检测单元；
用于检测上述排气净化催化剂下游的氨浓度的氨浓度检测单元；以及
基于上述氧浓度和上述氨浓度两者来执行上述排气净化催化剂的劣化判定的劣化判定单元。
另外，本发明之2的特征是，在本发明之1的基础上，
上述劣化判定单元，在上述氧浓度大于等于规定值、且上述氨浓度大于等于规定值的情况下，判定为上述排气净化催化剂已劣化。
另外，本发明之3的特征是，在本发明之1或2的基础上，
上述劣化判定单元，在空燃比为理论空燃比或者稀空燃比、上述氨浓度大于等于规定值的情况下，判定为上述排气净化催化剂已劣化。
另外，本发明之4的特征是，在本发明之2或3的基础上，
上述排气净化催化剂具有根据空燃比对NOx进行吸留或还原的NOx吸留还原催化剂，
还进一步包括向上述NOx吸留还原催化剂的上游喷射尿素的尿素喷射单元，
上述劣化判定单元，在上述尿素喷射单元进行尿素喷射的过程中执行上述劣化判定。
另外，本发明之5的特征是，在本发明之1的基础上，
上述劣化判定单元，在空燃比为浓空燃比、且存在氧的情况下上述氨浓度大于等于规定值时，判定为上述排气净化催化剂已劣化。
另外，本发明之6的特征是，在本发明之2至5中任意一项的基础上，
上述劣化判定单元，在存在氧的情况下在上述排气净化催化剂中不发生氨的氧化反应时，判定为上述排气净化催化剂已劣化。
另外，本发明之7的特征是，在本发明之1的基础上，
上述排气净化催化剂具有根据空燃比对NOx进行吸留或还原的NOx吸留还原催化剂、和被设置在该NOx吸留还原催化剂下游的NOx选择还原催化剂，
上述劣化判定单元在空燃比为浓空燃比的情况下，执行上述NOx选择还原催化剂的劣化判定。
另外，本发明之8的特征是，在本发明之7的基础上，
上述劣化判定单元，在上述氧浓度小于等于规定值、且上述氨浓度大于等于规定值的情况下，判定为上述NOx选择还原催化剂已劣化。
另外，本发明之9的特征是，在本发明之1的基础上，
上述排气净化催化剂具有根据空燃比对NOx进行吸留或还原的NOx吸留还原催化剂、和被设置在该NOx吸留还原催化剂下游的NOx选择还原催化剂，
还进一步包括向上述NOx吸留还原催化剂的上游喷射尿素的尿素喷射单元，
上述劣化判定单元，在为了从上述NOx吸留还原催化剂排出氨而通过上述尿素喷射单元进行尿素喷射过程中，执行上述NOx选择还原催化剂的劣化判定。
另外，本发明之10的特征是，在本发明之9的基础上，
上述劣化判定单元，在上述氧浓度大于等于规定值、且上述氨浓度大于等于规定值的情况下，判定为上述NOx选择还原催化剂已劣化。
根据本发明之1，基于排气净化催化剂下游的氧浓度和氨浓度两者来执行排气净化催化剂的劣化判定。在氧和氨共存于排气净化催化剂中的情况下，如果排气净化催化剂正常，则两者就会反应而在排气净化催化剂下游不存在氨。另一方面，如果排气净化催化剂已劣化，则在排气净化催化剂中两者不会发生反应。据此，能够基于排气净化催化剂下游的氧浓度和氨浓度两者，高精度地执行排气净化催化剂的劣化判定。
根据本发明之2，在排气净化催化剂下游的氧浓度大于等于规定值、且氨浓度大于等于规定值的情况下，能够推定为在排气净化催化剂中氧和氨未发生反应。据此，能够判定为排气净化催化剂已劣化。
根据本发明之3，在空燃比为理论空燃比或者稀空燃比的情况下，排气净化催化剂下游的氧浓度就会大于等于规定值。除此以外，当在排气净化催化剂下游的氨浓度大于等于规定值的情况下，能够推定为在排气净化催化剂中氧和氨未发生反应。据此，能够判定为排气净化催化剂已劣化。
根据本发明之4，若通过尿素喷射单元向NOx吸留还原催化剂上游喷射了尿素，则在排气中和NOx吸留还原催化剂中会生成氨。据此，能够在使足够量的氧和氨共存于NOx吸留还原催化剂中的状态下进行劣化判定。
根据本发明之5，在空燃比为浓空燃比的情况下，在排气净化催化剂中生成氨，并且例如由于催化剂中所吸留的NOx的还原反应(净化)而被分解成氮和氧。据此，能够在使氧和氨共存于排气净化催化剂中的状态下进行劣化判定。而且，当在排气净化催化剂下游的氨浓度大于等于规定值的情况下，能够推定为在排气净化催化剂中未发生氧和氨的反应，并能够判定为排气净化催化剂已劣化。
根据本发明之6，当在存在氧的情况下在排气净化催化剂中不发生氨的氧化反应时，判定为排气净化催化剂已劣化。排气净化催化剂中的氨的氧化反应是最基本的反应。据此，通过着眼于排气净化催化剂的最基本的氨氧化反应，能够高精度地进行排气净化催化剂的劣化判定。
根据本发明之7，在空燃比为浓空燃比的情况下，从NOx吸留还原催化剂所排出的氨流入NOx选择还原催化剂。在NOx选择还原催化剂为正常的情况下能够吸附氨，但是，在已劣化的情况下，则无法吸附氨，氨就会从NOx选择还原催化剂流出。据此，能够基于NOx选择还原催化剂下游的氧浓度和氨浓度高精度地进行NOx选择还原催化剂的劣化判定。
在NOx选择还原催化剂下游的氧浓度大于规定值的情况下，有可能，在NOx吸留还原催化剂中发生氨的氧化反应，不能使氨流入NOx选择还原催化剂。根据本发明之8，当在NOx选择还原催化剂下游的氧浓度小于等于规定值，氨浓度大于等于规定值的情况下，判定为NOx选择还原催化剂已劣化。据此，能够在足够量的氨流入了NOx选择还原催化剂的状态下高精度地进行NOx选择还原催化剂的劣化判定。
根据本发明之9，在为了从NOx吸留还原催化剂排出氨而通过尿素喷射单元喷射了尿素的情况下，进行NOx选择还原催化剂的劣化判定。据此，即便空燃比为理论空燃比或者稀空燃比，也能够使足够量的氨流入NOx选择还原催化剂，并能够高精度地进行NOx选择还原催化剂的劣化判定。
在空燃比为理论空燃比或者稀空燃比的情况下，NOx选择还原催化剂下游的氧浓度就会大于等于规定值。据此，根据本发明之10，即便在空燃比为理论空燃比或者稀空燃比的情况，也能够高精度地进行NOx选择还原催化剂的劣化判定。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统之构成的图。
图2是表示在本发明实施方式1中ECU60所执行的程序的流程图。
图3是表示在本发明的实施方式1中进行催化剂劣化判定的氧传感器输出VO2和氨传感器输出VNH3之范围的图。
图4是用于说明本发明的实施方式2的系统之构成的图。
图5是表示在本发明的实施方式2中ECU60所执行的程序的流程图。
图6是表示在本发明的实施方式3中ECU60所执行的程序的流程图。
图7是表示在本发明的实施方式4的系统中的多个汽缸组的示意图。
图8是表示在本发明实施方式4中ECU60所执行的程序的流程图。
图9是用于说明本发明的实施方式5的系统之构成的图。
图10是表示在本发明的实施方式5中ECU60所执行的程序的流程图。
图11是用于说明本发明的实施方式6的系统之构成的图。
图12是表示在本发明的实施方式6中ECU60所执行的程序的流程图。
附图标记说明：1内燃机；36排气通道；38起动催化剂；40NSR催化剂；44氧传感器；46氨传感器；48尿素喷射阀；52SCR催化剂；60ECU。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，对在各图中通用的要素附加相同符号并省略重复的说明。
实施方式1.
[系统构成之说明]
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统之构成的图。图1中所示的系统，作为内燃机1具备4循环的火花点火式汽油发动机。内燃机1具有可进行稀薄燃烧的多个汽缸2。在图1中仅表示多个汽缸之中的一个汽缸。另外，本系统具备用于检测内燃机1的冷却水温Tw的冷却水温传感器5。
在各汽缸2的内部配置有活塞4。活塞4经由曲柄机构与曲柄轴6连接。在曲柄轴6的附近设置有曲轴转角传感器8。为了检测曲柄轴6的旋转角度(曲柄角度CA)而配置了曲轴转角传感器8。
在活塞4的上方设置有对燃烧室10内的混合气体进行点火的火花塞12。内燃机1具备用于直接向燃烧室10内喷射燃料的燃料喷射阀14。此燃料喷射阀14经由燃料通路15与燃料箱16连接。
在燃烧室10与进气口18之间的连接部设置有进气阀20。进气通路22与进气口18连接。在进气通路22的途中设置有浪涌调整槽23。在浪涌调整槽23的上游设置有节气门24。节气门24是由节气门电机26驱动的电子控制式的阀门。节气门24，基于由油门开度传感器29检测出的油门开度AA而被进行驱动。在节气门24的附近设置有检测节气门开度TA的节气门开度传感器28。在节气门24的上游设置有检测进气量Ga的空气流量计30。
另外，在燃烧室10与排气口32之间的连接部设置有排气阀34。排气通路36与排气口32连接。在排气通路36的途中设置有起动(start)催化剂(SC)38。在起动催化剂38的下游设置有NOx吸留还原催化剂(NSR催化剂)40。在NSR催化剂40中设置有检测催化剂床层温度的催化剂床层温度传感器42。在NSR催化剂40与起动催化剂38之间设置有用于检测排气空燃比的空燃比传感器43。
在NSR催化剂40的下游设置有氧传感器44和氨传感器46。为了检测氧浓度而配置了氧传感器44。为了检测氨浓度而配置了氨传感器46。
另外，本实施方式的系统具备作为控制装置的ECU(ElectronicControl Unit)60。在ECU60的输出侧连接有火花塞12、燃料喷射阀14、节气门电机26等。在ECU60的输入侧连接有冷却水温传感器5、曲轴转角传感器8、节气门开度传感器28、油门开度传感器29、空气流量计30、催化剂床层温度传感器42、氧传感器44、氨传感器46等。ECU60基于各传感器的输出执行诸如燃料喷射控制(包含空燃比反馈控制)和点火时期控制这样的内燃机整体的控制。
另外，ECU60基于曲轴转角传感器6的输出来计算发动机转速NE。另外，ECU60基于油门开度AA和节气门开度TA等来计算针对内燃机1的负荷KL。
[实施方式1之特征]
根据上述系统，能够在内燃机1中进行以比理论空燃比稀薄的空燃比(以下称之为“稀(lean)空燃比”)进行燃烧的稀薄燃烧。设置有NSR催化剂40以便在此稀薄燃烧时吸留从内燃机1排出的NOx。
而且，在已经叙述过的专利文献1中公开了一例NSR催化剂的劣化检测装置。此装置，根据浓空燃比下的NSR催化剂下游的氨浓度变化来求解未使用于NOx还原中的剩余的还原剂量。此剩余的还原剂量与NSR催化剂的NOx吸留能力具有相关性。据此，能够基于氨浓度的变化来检测NSR催化剂的劣化程度。
但是，如果是浓空燃比，即使在NSR催化剂40上游的起动催化剂38中也生成氨。而且，氨生成量还有可能根据起动催化剂38的劣化状况而变化。另外，根据催化剂床层温度和空间速度等，起动催化剂38和NSR催化剂40中的氨生成量也会变化。进而，在过渡驾驶时，氨生成量会随着油门开度的变化而变化。从而，若如上述专利文献1的装置那样，仅仅根据NSR催化剂下游的氨浓度来进行劣化判定，则其判定精度有可能不够。
相对于此，根据本实施方式1的系统，不仅考虑NSR催化剂40下游的氨浓度而且还进一步考虑NSR催化剂40下游的氧浓度来进行NSR催化剂40的劣化判定。详细而言，就是以在NSR催化剂40下游，在存在氧的情况下是否存在氨作为基准来进行劣化判定。
在NSR催化剂40为正常的情况下，在NSR催化剂40中发生下式(1)的反应。亦即、在NSR催化剂40所持有的金属(铂及铑等)界面发生氨的氧化反应。发生此氧化反应的原因是，氨与氢同样，是较强的还原剂的缘故。据此，在NSR催化剂40为正常的情况下，氨和氧不会一起从NSR催化剂40排出。
4NH3+3O2→2N2+6H2O…(1)
另一方面，在NSR催化剂40已劣化的情况下，即便在NSR催化剂40中氧和氨共存，也不发生上式(1)的反应(即、氨的氧化反应)。据此，在NSR催化剂40已劣化的情况下，氨和氧一起从NSR催化剂40被排出。据此，当在NSR催化剂40下游虽然存在氧但是氨仍存在的情况下，可以判断为NSR催化剂40已劣化。
上式(1)的氨的氧化反应是NSR催化剂40中的基本的反应。在本实施方式1中，着眼于是否发生了此基本的反应来执行NSR催化剂40的劣化判定。还有，在本实施方式1中，即使起动催化剂38的氨生成量变化，也不会受到该变化的影响。从而，能够高精度地进行NSR催化剂40的劣化判定。
[实施方式1中的具体处理]
图2是表示在本实施方式1中ECU60所执行的程序的流程图。
根据图2所示的程序，首先，检测运转条件(NE，KL等)(步骤100)。接着，判别NSR催化剂40是否是激活状态(步骤102)。在此步骤102中，例如在催化剂床层温度大于等于300℃，冷却水温Tw大于等于70℃的情况下判别为是激活状态。当在此步骤102中判别为NSR催化剂40不是激活状态的情况下暂且结束本程序。
另一方面，当在上述步骤102中判别为NSR催化剂40是激活状态的情况下，读入氧传感器输出VO2和氨传感器输出VNH3(步骤104)。在此步骤104中取得NSR催化剂40下游的氧浓度和氨浓度。之后，判别是否已满足劣化判定条件(步骤106)。在此步骤106中，例如在空间速度SV小于等于50000的情况下，判别为满足劣化判定条件。
在这里，空间速度SV是将每单位时间的催化剂通过气体量除以催化剂容积后得到的值，能够根据上述步骤100中检测出的运转条件来进行推定。亦即，由于催化剂容积已知，所以通过基于运转条件来推定催化剂通过气体量，求得空间速度SV。
在氧浓度及氨浓度发生骤变的运转条件(例如、高速行驶时或急加速/急减速时)下，由于空间速度SV超过50000，所以在上述步骤106中判别为未满足劣化判定条件。在这种情况下不进行NSR催化剂40的劣化判定而转移到下述步骤118的处理。
当在上述步骤106中判别为已满足劣化判定条件的情况下，判别在上述步骤104中所读入的氧传感器输出VO2是否大于等于基准值α(步骤108)。此基准值α是与空燃比为理论空燃比时的NSR催化剂40下游的氧浓度(例如0.3％～0.5％)相对应的数值。因而，在空燃比为理论空燃比或者稀空燃比的情况下，氧传感器输出VO2大于等于基准值α。
当在上述步骤108中判别为氧传感器输出VO2小于基准值α的情况下，判断为在NSR催化剂40下游不存在氧，或者即便存在也是少量的。在本实施方式1中，基于存在氧的情况下的氨浓度来进行催化剂劣化判定。因而，在此情况下不进行NSR催化剂40的劣化判定而转移到下述步骤118的处理。
当在上述步骤108中判别为氧传感器输出VO2大于等于基准值α的情况下，判断为在NSR催化剂40下游存在某种程度的氧。在此情况下，判别上述步骤104中所读入的氨传感器输出VNH3是否大于等于基准值β(步骤110)。此基准值β例如是氨浓度为10ppm时的数值。
当在上述步骤110中判别为氨传感器输出VNH3小于基准值β的情况下，判断为在NSR催化剂40中已发生上式(1)的氨氧化反应。在此情况下，判定为NSR催化剂40为正常(未劣化)(步骤112)。
另一方面，当在上述步骤110中判别为氨传感器输出VNH3大于等于基准值β的情况下，判断为在NSR催化剂40下游虽然存在氧但是氨仍存在。在此情况下，推定为在NSR催化剂40中，未发生上式(1)的氨氧化反应。由此，判定为NSR催化剂40已劣化(步骤114)。也就是说，如图3所示那样，在氧传感器输出VO2大于等于基准值α、且氨传感器输出VNH3大于等于基准值β的情况下，判定为NSR催化剂40已劣化。图3是表示在本实施方式1中进行催化剂劣化判定的氧传感器输出VO2和氨传感器输出VNH3之范围的图。
若NSR催化剂40已劣化，NOx吸留能力则下降，所以需要加强燃料过量供给(以下称之为“RS”)控制。因而，在步骤116中通过使RS间隔缩小，频繁地进行NOx还原控制，加强RS控制。
接着，判别是否有RS执行请求(步骤118)。在此步骤118中，在从执行前次RS起的间隔(行驶距离或者行驶时间)已达到RS间隔的情况下判别为有RS执行请求。当在此步骤118中判别为没有RS执行请求的情况下，暂且结束本程序。另一方面，在判别为有RS执行请求的情况下执行RS控制(步骤120)。之后，暂且结束本程序。
如以上所说明的那样，根据图2所示的程序，在氧传感器输出VO2大于等于基准值α、且氨传感器输出VNH3大于等于基准值β的情况下，判定为NSR催化剂40已劣化。亦即、基于作为NSR催化剂40的基本的反应的氨氧化反应是否发生，来进行NSR催化剂40的劣化判定。因而，能够高精度地进行NSR催化剂40的劣化判定。
可是，虽然在本实施方式1中就进行NSR催化剂40的劣化判定的情况进行了说明，但是，也能够将本发明应用于进行起动催化剂38的劣化判定的情况。在这里，在起动催化剂38为正常的情况下发生氨的氧化反应，但是，在起动催化剂38已劣化的情况下不发生氨的氧化反应。从而，通过检测起动催化剂38下游的氧浓度及氨浓度，能够高精度地进行起动催化剂38的劣化判定(对于后述的其他实施方式也同样)。
另外，既可以取代氨传感器46而使用NOx传感器来检测氨浓度，也可以取代氧传感器44而使用空燃比传感器来检测氧浓度(对于后述的其他实施方式也同样)。
此外，在本实施方式1中，分别是，内燃机1相当于本发明之1中的“内燃机”，排气通路36相当于本发明之1中的“排气系统”，NSR40相当于本发明之1～3中的“排气净化催化剂”，氧传感器44相当于本发明之1中的“氧浓度检测单元”，氨传感器46相当于本发明之1中的“氨浓度检测单元”。另外，在本实施方式1中，是通过ECU60执行步骤108～114的处理而实现本发明之1中的“劣化判定单元”，通过ECU60执行步骤108、110、114的处理而分别实现本发明之2、3和6中的“劣化判定单元”。
实施方式2.
接着，参照图4以及图5对本发明实施方式2进行说明。
[系统构成之说明]
图4是用于说明本实施方式2的系统之构成的图。图4所示的系统，在图1所示的系统构成的基础上，进一步在NSR催化剂40上游具备喷射作为还原剂的尿素或者尿素水(以下简称为“尿素”)的尿素喷射阀48。尿素喷射阀48经由燃料通路49而连接到尿素水罐50。在尿素水罐50中存积有尿素水。另外，尿素喷射阀48被连接到ECU60的输出侧。
在上述实施方式1中，基于NSR催化剂40下游的氧浓度以及氨浓度、亦即基于存在氧的情况下的氨浓度来进行NSR催化剂40的劣化判定。
然而，特别是在空燃比为稀空燃比的情况下，在起动催化剂38和NSR催化剂40中不会生成氨。因此，在NSR催化剂40中有可能仅存在少量的氨。于是，即便在NSR催化剂40已劣化的情况下，NSR催化剂40下游的氨浓度也有可能变低。
相对于此，在本实施方式2中，在利用尿素喷射阀48进行尿素喷射过程中进行NSR催化剂40的劣化判定。
在这里，若从NSR催化剂40上游的尿素喷射阀42喷射了作为还原剂的尿素或者尿素水，则会通过下式(2)的反应而生成氨。
(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2…(2)
所生成的氨，如下式(3)那样还原被NSR催化剂40所吸留的NOx。
NO+NO2+NH3→2N2+3H2O…(3)
即使在上式(3)的还原反应中使用了氨，在NSR催化剂40中也仍然存在足够量的氨。由此，能够使足够量的氧和氨共存于NSR催化剂40中。于是，在NSR催化剂40已劣化的情况下，NSR催化剂40下游的氨浓度变高。因而，与上述实施方式1相比，能够高精度地进行NSR催化剂40的劣化检测。
[实施方式2中的具体处理]
图5是表示在本实施方式2中ECU60所执行的程序的流程图。图5所示的程序在图2所示的程序的步骤106和步骤108之间追加了步骤122的处理。
此外，步骤108A、110A的判别处理的基准值α′，β′与图2所示程序的步骤108、110的基准值α，β不同，但也可以相同。
根据图5所示的程序，首先，与图2所示的程序同样地，执行直到步骤106的处理。当在此步骤106中判别为已满足劣化判定条件的情况下，判别是否是正从尿素喷射阀48喷射尿素过程中(步骤122)。
当在此步骤122中判别为不是尿素喷射过程中的情况下，由于在NSR催化剂40中不生成氨，所以判断为无法使足够量的氨存在于NSR催化剂40中。在此情况下，不进行NSR催化剂40的劣化判定而转移到步骤118的处理。
另一方面，当在上述步骤122中判别为是尿素喷射过程中的情况下，由于按照上式(2)在NSR催化剂40中生成氨，所以判断为能够使足够量的氨存在于NSR催化剂40。在此情况下，与图2所示的程序同样地执行步骤108A以后的处理。
详细而言，当在步骤108A中判别为氧传感器输出VO2大于等于基准值α′、且在步骤110A中判别为氨传感器输出VNH3小于基准值β′的情况下，判定为NSR催化剂40为正常(步骤112)。另一方面，当在步骤108A中判别为氧传感器输出VO2大于等于基准值α′、且在步骤110A中判别为氨传感器输出VNH3大于等于基准值β′的情况下，判定为NSR催化剂40已劣化(步骤114)。在这里，基准值α′例如是氧浓度为1％时的数值。另外，基准值β′例如是氨浓度为50ppm时的数值。
如以上所说明的那样，根据图5所示的程序，在从尿素喷射阀48喷射尿素的过程中执行NSR催化剂40的劣化判定。由于在尿素喷射过程中在NSR催化剂40中生成氨，所以能够使足够量的氨存在于NSR催化剂40中。由此，能够在足够量的氧和氨共存于NSR催化剂40中的状态下进行NSR催化剂40的劣化判定。从而，与上述实施方式1相比，能够更高精度地推定是否在NSR催化剂40中发生了氨氧化反应，所以能够更高精度地进行NSR催化剂40的劣化判定。
此外，在本实施方式2中，分别是，NSR催化剂40相当于本发明之4中的“NOx吸留还原催化剂”，尿素喷射阀48相当于本发明之4中的“尿素喷射单元”。另外，在本实施方式2中，通过ECU60执行步骤122、108A、110A、112、114的处理而实现本发明之2、4及6中的“劣化判定单元”。
实施方式3.
接着，参照图6对本发明的实施方式3进行说明。
能够通过使用图1所示的硬件结构，使ECU60执行后述的图6所示的程序来实现本实施方式3的系统。
[实施方式3之特征]
在本实施方式3中，设在RS控制过程中进行NSR催化剂40的劣化判定。在RS控制过程中，例如空燃比被控制成12左右。在此情况下，除从内燃机1排出的氨以外，在起动催化剂38中生成并排出的氨也流入NSR催化剂40。进而，在NSR催化剂40中也生成氨。
另一方面，在NSR催化剂40中，由于作为还原剂的氨及CO等，吸留NOx被还原。通过此还原而生成氧和氮等。由此，能够与上述实施方式2同样地在NSR催化剂40中使氧和氨共存。
其结果，在NSR催化剂40已劣化的情况下，NSR催化剂40下游的氨浓度变高。因而，与上述实施方式1相比，能够高精度地进行NSR催化剂40的劣化检测。
[实施方式3中的具体处理]
图6是表示在本实施方式3中ECU60所执行的程序的流程图。
根据图6所示的程序，首先与图2所示的程序同样地执行直到步骤106的处理。当在此步骤106中判别为已满足劣化判定条件的情况下，判别是否是在RS控制执行过程中(步骤124)。
当在上述步骤124中判别为不是在RS控制执行过程中的情况下，也就是、空燃比被控制成理论空燃比或者稀空燃比的情况下，判断为有可能无法使足够量的氨存在于NSR催化剂40中。在此情况下，不进行NSR催化剂40的劣化判定而转移到步骤118的处理。
另一方面，当在上述步骤124中判别为是在RS控制执行过程中的情况下，判断为能够使足够量的氨存在于NSR催化剂40中，并且能够通过NOx还原使氧存在。在此情况下，与图2所示的程序同样地执行步骤108B以后的处理。在这里，由于是在RS控制执行过程中，所以在步骤108B中判别氧传感器输出VO2是否小于等于基准值α″。
详细而言，当在步骤108B中判别为氧传感器输出VO2小于等于基准值α″、且在步骤110A中判别为氨传感器输出VNH3小于基准值β′的情况下，判定为NSR催化剂40为正常(步骤112)。另一方面，当在步骤108A中判别为氧传感器输出VO2小于等于基准值α″、且在步骤110A中判别为氨传感器输出VNH3大于等于基准值β′的情况下，判定为NSR催化剂40已劣化(步骤114)。在这里，基准值α″例如是氧浓度为0.5％时的数值。另外，基准值β″例如是氨浓度为20ppm时的数值。
如以上所说明的那样，根据图6所示的程序，在RS控制执行过程中基于氧浓度和氨浓度两者来执行NSR催化剂40的劣化判定。在RS控制执行过程中在NSR催化剂40中生成氨，并且通过NOx还原而生成氧。由此，能够使氨和氧共存于NSR催化剂40中，所以能够基于在NSR催化剂40中是否发生氨氧化反应，高精度地进行NSR催化剂40的劣化判定。
此外，在本实施方式3中，通过ECU60执行步骤124、108B、110B、112、114的处理而实现本发明之5和6中的“劣化判定单元”。
实施方式4.
接着，参照图7以及图8对本发明的实施方式4进行说明。
[系统构成之说明]
图7是表示在本实施方式4的系统中的多个汽缸组的示意图。如图7所示那样，图1所示的多个汽缸2形成第1汽缸组2A和第2汽缸组2B。
在被连接到第1汽缸组2A的第1排气通路36A的途中设置有第1起动催化剂38A。同样地在被连接到第2汽缸组2B的第2排气通路36B的途中设置有第2起动催化剂38B。在各起动催化剂38A、38B的下游分别设置有空燃比传感器43A、43B。
在比第1排气通路36A和第2排气通路36B的汇合点36C靠下游的位置设置有NSR催化剂40。进而，在NSR催化剂40的下游设置有氧传感器44以及氨传感器46。
[实施方式4之特征]
根据上述系统，在NSR催化剂40的硫中毒再生时，每个汽缸组2A、2B执行浓空燃比燃烧或稀空燃比燃烧。以下，对在第1汽缸组2A中执行浓空燃比燃烧，在第2汽缸组2B中执行稀空燃比燃烧的情况进行说明。据此，从第1汽缸组2A排出的浓空燃比的排气、和从第2汽缸组2B排出的稀空燃比排气流入NSR催化剂40中。通过在NOx催化剂40中使未燃HC等进行燃烧(氧化反应)，能够使NSR催化剂40的催化剂床层温度升温。
在本实施方式4中，设在这种硫中毒再生时进行NSR催化剂40的劣化判定。在此硫中毒再生时，例如第1汽缸组2A的空燃比被反馈控制成11～13。由此，与上述实施方式3中的RS控制时相同，氨从第1汽缸组2A经由第1排气通路36A流入NSR催化剂40，并且在NSR催化剂40中也生成氨。
另一方面，在硫中毒再生时，第2汽缸组2B的空燃比被反馈控制成16～18。因而，氧从第2汽缸组2B经由第2排气通路36B流入NSR催化剂40。
从而，在硫中毒再生时，氨和氧就共存于NSR催化剂40中。于是，如已经叙述的那样，能够基于NSR催化剂40下游的氧浓度和氨浓度来进行NSR催化剂40的劣化判定。也就是说、通过推定在NSR催化剂40中是否发生氨的氧化反应，能够高精度地进行NSR催化剂40的劣化判定。
[实施方式4中的具体处理]
图8是表示在本实施方式4中ECU60所执行的程序的流程图。
根据图8所示的程序，首先与图2所示的程序同样地执行直到步骤106的处理。当在此步骤106中判别为已满足劣化判定条件的情况下，判别是否是在硫中毒再生过程中(步骤126)。在此步骤126中判别每个汽缸组2A、2B是否正在执行浓空燃比燃烧或稀空燃比燃烧。
当在上述步骤124中判别为不是在硫中毒再生过程中的情况下，判断为无法使氨和氧共存于NSR催化剂40中。在此情况下，不进行NSR催化剂40的劣化判定而转移到步骤118的处理。
另一方面，当在上述步骤124中判别为是在硫中毒再生过程中的情况下，也就是、在每个汽缸组2A、2B中正执行浓空燃比燃烧或稀空燃比燃烧的情况下，判断为能够使氨和氧共存于NSR催化剂40中。在此情况下，与图6所示的程序同样地执行步骤108B以后的处理。流入NSR催化剂40的氧被用于未燃燃料的燃烧及氨的氧化。为此，在步骤108B中判别氧传感器输出VO2是否小于等于基准值α″。
当与图6所示的程序同样地在步骤108B中判别为氧传感器输出VO2小于等于基准值α″、且在步骤110B中判别为氨传感器输出VNH3小于基准值β″的情况下，判定为NSR催化剂40为正常(步骤112)。另一方面，当在步骤108B中判别为氧传感器输出VO2小于等于基准值α″、且在步骤110B中判别为氨传感器输出VNH3大于等于基准值β″的情况下，判定为NSR催化剂40已劣化(步骤114)。
如以上所说明的那样，根据图8所示的程序，在硫中毒再生过程中，基于氧浓度和氨浓度两者来执行NSR催化剂40的劣化判定。在硫中毒再生过程中，由于每个汽缸组2A、2B执行浓空燃比燃烧或稀空燃比燃烧，所以能够使氨和氧共存于NSR催化剂40中。因而，能够基于在NSR催化剂40中是否发生氨氧化反应，高精度地进行NSR催化剂40的劣化判定。
此外，在本实施方式4中，通过ECU60执行步骤126、108B、110B、112、114的处理而实现本发明之5和6中的“劣化判定单元”。
实施方式5.
接着，参照图9以及图10对本发明的实施方式5进行说明。
[系统构成之说明]
图9是用于说明本实施方式5的系统之构成的图。图9所示的系统，在图1所示的系统构成的基础上，进一步在NSR催化剂40和氧传感器44之间具备NOx选择还原催化剂(以下称之为“SCR催化剂”)52。SCR催化剂52用于捕集从NSR催化剂40排出的氨。SCR催化剂52设置有检测SCR催化剂52的催化剂床层温度的催化剂床层温度传感器54。如图9所示那样，在SCR催化剂52的下游设置有上述的氧传感器44和氨传感器46。
[实施方式5之特征]
在上述实施方式1～4中基于NSR催化剂40下游的氧浓度和氨浓度两者来执行NSR催化剂40的劣化判定。
上述系统在NSR催化剂40下游具备SCR催化剂52。在本实施方式5中执行此SCR催化剂52的劣化判定。
在这里，如已经叙述的那样，在浓空燃比时氨流入NSR催化剂40，并且在NSR催化剂40中也生成氨。因而，在浓空燃比时氨从NSR催化剂40被排出，此被排出的氨流入SCR催化剂52。
如果SCR催化剂52常，则氨被SCR催化剂52吸附，氨不会从SCR催化剂52排出。因而，SCR催化剂52下游的氨浓度大致为零。另一方面，在SCR催化剂52已劣化的情况下，氨不被SCR催化剂52吸附，所以大量的氨从SCR催化剂52排出。因而，SCR催化剂52下游的氨浓度变高。
另外，在浓空燃比时，未将氧供给SCR催化剂52，所以通常SCR催化剂52下游的氧浓度低于基准值。由于在SCR催化剂52下游的氧浓度高于基准值的情况下，在NSR催化剂40中也存在足够的氧，所以就会发生氨的氧化反应。为此，在氧浓度高于基准值的情况下，就有可能无法基于SCR催化剂52下游的氨浓度来把握SCR催化剂52的氨吸留能力。
从而，可以在浓空燃比时基于SCR催化剂52下游的氧浓度和氨浓度两者来进行SCR催化剂52的劣化判定。
[实施方式5中的具体处理]
图10是表示在本实施方式5中ECU60所执行的程序的流程图。
根据图10所示的程序，首先与图2所示的程序同样地执行直到步骤106的处理。此外，在步骤102中对NSR催化剂40和SCR催化剂52两者的催化剂床层温度进行判断。
当在上述步骤106中判别为已满足劣化判定条件的情况下，判别是否是在RS控制执行过程中(步骤124)。当在此步骤124中判别为不是在RS控制执行过程中的情况下，判断为未从NSR催化剂40排出足够量的氨。在此情况下，不进行SCR催化剂52的劣化判定而转移到步骤118的处理。
另一方面，当在上述步骤124中判别为是在RS控制执行过程中的情况下，判断为从NSR催化剂40排出足够量的氨。在此情况下，由于是在RS控制执行过程中，所以判别氧传感器输出VO2是否小于等于基准值α″(步骤108B)。当在此步骤108B中判别为氧传感器输出VO2大于基准值α″的情况下，判断为有可能在NSR催化剂40中发生氨的氧化反应。在此情况下，由于无法根据SCR催化剂52下游的氨浓度高精度地进行催化剂劣化判定，所以不进行SCR催化剂52的劣化判定而转移到步骤118的处理。
当在上述步骤108B中判别为氧传感器输出VO2小于等于基准值α″的情况下，判别氨传感器输出VNH3是否大于等于基准值β″(步骤110B)。当在此步骤110A中判别为氨传感器输出VNH3小于基准值β″的情况下，判断为SCR催化剂52的氨吸附能力足够高，并判定为SCR催化剂52为正常(步骤112)。
另一方面，当在此步骤110A中判别为氨传感器输出VNH3大于等于基准值β″的情况下，判断为SCR催化剂52的氨吸附能力已降低，并判定为SCR催化剂52已劣化(步骤114)。之后，减弱RS控制以抑制来自NSR催化剂40的氨排出(步骤128)。在此步骤128中，例如使RS控制时的富油度(rich depth)(浓程度(rich degree))修正得较小。之后，与图2所示的程序同样地执行步骤118以后的处理。
如以上所说明的那样，根据图10所示的程序，在RS控制执行过程中，基于氧浓度和氨浓度两者来执行SCR催化剂52的劣化判定。在RS控制执行过程中，从NSR催化剂40排出氨，所排出的氨流入SCR催化剂52。如果SCR催化剂52正常，则能够吸附流过来的氨。因而，就能够基于RS控制执行过程中的SCR催化剂52下游的氨浓度来推定SCR催化剂52的氨吸附能力，并能够进行SCR催化剂52的劣化判定。
而且，在本实施方式5中，就串联地配置了相互独立的NSR催化剂40和SCR催化剂52的系统进行了说明，但是，也可以是一体地形成NSR催化剂和SCR催化剂的系统，还可以是以双层方式包层的系统(对于后述的实施方式6也同样如此)。
此外，在本实施方式5中，分别是，NSR催化剂40相当于本发明之7中的“NOx吸留还原催化剂”，SCR催化剂52相当于本发明之7中的“NOx选择还原催化剂”。另外，在本实施方式5中，通过ECU60执行步骤124、108B、110B、112、114的处理而实现本发明之7和8中的“劣化判定单元”。
实施方式6.
接着，参照图11以及图12对本发明的实施方式6进行说明。
[系统构成之说明]
图11是用于说明本实施方式6的系统之构成的图。图11所示的系统，在图9所示的系统构成的基础上，进一步具备向NSR催化剂40上游喷射作为还原剂的尿素或者尿素水(以下简称为“尿素”)的尿素喷射阀48。尿素喷射阀48经由燃料通路49与尿素水罐50连接。在尿素水罐50中存积有尿素水。另外，尿素喷射阀48与ECU60的输出侧连接。
[实施方式6之特征]
在上述实施方式5中，在RS控制执行过程中使氨从NSR催化剂40排出，并使该已被排出的氨流入SCR催化剂52。而且，根据SCR催化剂52下游的氨浓度来推定SCR催化剂52的氨吸附能力，并基于所推定出的氨吸附能力来执行SCR催化剂52的劣化判定。因而，进行SCR催化剂52的劣化判定的机会被限定在RS控制执行过程中。
相对于此，在本实施方式6中，通过从尿素喷射阀48喷射尿素，使氨在排气中及NSR催化剂40中生成，并使氨从NSR催化剂40排出。于是，由于氨流入SCR催化剂52中，所以能够与上述实施方式5同样地根据SCR催化剂52下游的氨浓度来进行劣化判定。因而，即使在不是RS控制执行过程中，空燃比为理论空燃比或者稀空燃比的情况下也能够执行SCR催化剂52的劣化判定。
而且，在空燃比为理论空燃比或者稀空燃比的情况下，氧被提供给NSR催化剂40。于是，如已经叙述的那样，由于在NSR催化剂40中发生NOx还原和氨的氧化反应，所以有可能不会从NSR催化剂40排出足够量的氨。因此，从尿素喷射阀48喷射过量的尿素以便从NSR催化剂40排出氨。
[实施方式6中的具体处理]
图12是表示在本实施方式6中ECU60所执行的程序的流程图。
根据图12所示的程序，首先与图10所示的程序同样地执行直到步骤106的处理。当在此步骤106中判别为已满足劣化判定条件的情况下，判别是否是在尿素喷射过程中(步骤122)。在此步骤122中判别是否为了从NSR催化剂40排出氨，而与通常的NOx还原时相比喷射了过量的尿素。
当在上述步骤122中判别为不是在尿素喷射过程中的情况下，判断为无法使氨流入SCR催化剂52。在此情况下，不进行SCR催化剂52的劣化判定而转移到步骤118的处理。
另一方面，当在上述步骤122中判别为是在尿素喷射过程中的情况下，判断为能够使从NSR催化剂40排出的氨流入SCR催化剂52。在此情况下，判别氧传感器输出VO2是否大于等于基准值α(步骤108)。如果空燃比为理论空燃比或者稀空燃比，通常，SCR催化剂52下游的氧传感器输出VO2大于等于基准值α。当在此步骤108中因某种影响而判别为氧传感器输出VO2小于基准值α的情况下，不进行SCR催化剂52的劣化判定而转移到步骤118的处理。
当在上述步骤108中判别为氧传感器输出VO2大于等于基准值α的情况下，与图10所示的程序同样地执行步骤110B以后的处理。
详细而言，当在此步骤110A中判别为氨传感器输出VNH3小于基准值β″的情况下，判断为SCR催化剂52的氨吸附能力足够高，并判定为SCR催化剂52为正常(步骤112)。另一方面，当在此步骤110A中判别为氨传感器输出VNH3大于等于基准值β″的情况下，判断为SCR催化剂52的氨吸附能力已降低，并判定为SCR催化剂52已劣化(步骤114)。
如以上所说明的那样，根据图12所示的程序，在尿素喷射过程中基于氧浓度和氨浓度两者来执行SCR催化剂52的劣化判定。通过喷射比NOx还原时过剩的量的尿素，能够使从NSR催化剂40排出的氨流入SCR催化剂52。如果SCR催化剂52为正常，则能够吸附流过来的氨。因而，能够基于SCR催化剂52下游的氨浓度来推定SCR催化剂52的氨吸附能力，并能够进行SCR催化剂52的劣化判定。
此外，在本实施方式6中，分别是，NSR催化剂40相当于本发明之9中的“NOx吸留还原催化剂”，SCR催化剂52相当于本发明之9中的“NOx选择还原催化剂”。另外，在本实施方式6中，通过ECU60执行步骤122、108、110B、112、114的处理而实现本发明之9和10中的“劣化判定单元”。

Claims (10)

1.一种催化剂劣化判定装置，其特征在于，包括：
被设置于内燃机的排气系统的用于净化排出气体的排气净化催化剂；
用于检测上述排气净化催化剂下游的氧浓度的氧浓度检测单元；
用于检测上述排气净化催化剂下游的氨浓度的氨浓度检测单元；以及
基于上述氧浓度和上述氨浓度两者来执行上述排气净化催化剂的劣化判定的劣化判定单元。
2.按照权利要求1所记载的催化剂劣化判定装置，其特征在于，
上述劣化判定单元，在上述氧浓度大于等于规定值、且上述氨浓度大于等于规定值的情况下，判定为上述排气净化催化剂已劣化。
3.按照权利要求1所记载的催化剂劣化判定装置，其特征在于，
上述劣化判定单元，具有在内燃机内的空燃比为理论空燃比或者稀空燃比的情况下判定为上述氧浓度大于等于规定值的判定单元，在由上述判定单元判定为上述氧浓度大于等于规定值，并且上述氨浓度大于等于规定值的情况下，判定为上述排气净化催化剂已劣化。
4.按照权利要求2所记载的催化剂劣化判定装置，其特征在于，
上述排气净化催化剂具有根据空燃比对NOx进行吸留或还原的NOx吸留还原催化剂，
还进一步包括向上述NOx吸留还原催化剂的上游喷射尿素的尿素喷射单元，
上述劣化判定单元，在上述尿素喷射单元进行尿素喷射的过程中执行上述劣化判定。
5.按照权利要求1所记载的催化剂劣化判定装置，其特征在于，
上述劣化判定单元，在空燃比为浓空燃比、且存在氧的情况下上述氨浓度大于等于规定值时，判定为上述排气净化催化剂已劣化。
6.按照权利要求2、4和5中任意一项所记载的催化剂劣化判定装置，其特征在于，
上述劣化判定单元，在存在氧的情况下在上述排气净化催化剂中不发生氨的氧化反应时，判定为上述排气净化催化剂已劣化。
7.按照权利要求1所记载的催化剂劣化判定装置，其特征在于，
上述排气净化催化剂具有根据空燃比对NOx进行吸留或还原的NOx吸留还原催化剂、和被设置在该NOx吸留还原催化剂下游的NOx选择还原催化剂，
上述劣化判定单元在空燃比为浓空燃比的情况下，执行上述NOx选择还原催化剂的劣化判定。
8.按照权利要求7所记载的催化剂劣化判定装置，其特征在于，
上述劣化判定单元，在上述氧浓度小于等于规定值、且上述氨浓度大于等于规定值的情况下，判定为上述NOx选择还原催化剂已劣化。
9.按照权利要求1所记载的催化剂劣化判定装置，其特征在于，
上述排气净化催化剂具有根据空燃比对NOx进行吸留或还原的NOx吸留还原催化剂、和被设置在该NOx吸留还原催化剂下游的NOx选择还原催化剂，
还进一步包括向上述NOx吸留还原催化剂的上游喷射尿素的尿素喷射单元，
上述劣化判定单元，在为了从上述NOx吸留还原催化剂排出氨而通过上述尿素喷射单元进行尿素喷射的过程中，执行上述NOx选择还原催化剂的劣化判定。
10.按照权利要求9所记载的催化剂劣化判定装置，其特征在于：
上述劣化判定单元在上述氧浓度大于等于规定值、且上述氨浓度大于等于规定值的情况下，判定为上述NOx选择还原催化剂已劣化。
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