JP2003293745A - 内燃機関の排気浄化装置及びその劣化判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のＮＯｘ触媒の劣化判定方法では、燃料添
加を行った際のＮＯｘ濃度の経時変化等に基づいて判定
を行っていたため、ＮＯｘセンサの個体差や雰囲気の経
時変化に左右されて判定精度に影響が出ていた。 【解決手段】ＮＯｘが吸蔵されたＮＯｘ触媒に燃料添加
を断続的に行い、そのときに度々ＮＯｘ触媒より排出さ
れるＮＯｘ濃度を測定して、このＮＯｘ濃度の変化に基
づくとともに、燃料添加を行う前のＮＯｘ濃度の変化率
と燃料添加を行った後のＮＯｘ濃度の差に基づいて触媒
の劣化判定を行う。また、ＮＯｘ触媒にＮＯｘを吸蔵さ
せる際に、その吸蔵量に基づいて触媒の劣化判定を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関し、特に排気浄化装置に設けられた触媒の特性
に基ずく劣化判定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化す
る触媒の一つとして、酸素濃度過剰雰囲気（リーン雰囲
気）でＮＯｘを吸蔵し、排気中に還元剤である燃料を添
加して酸素濃度低下雰囲気（リッチ雰囲気）にした時に
吸蔵したＮＯｘを放出し、活性化された触媒（Ｐｔ等）
により燃料（ＨＣ）と反応させ、Ｎ₂に還元して外気に
排出する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がある。

【０００３】このＮＯｘ触媒は、前記のように排気中の
ＮＯｘをリーン雰囲気の時に吸蔵、リッチ雰囲気の時に
放出するＮＯｘ吸蔵剤と、還元剤である燃料により、活
性化されて排出されたＮＯｘに還元反応を起こさせる貴
金属触媒とから構成され、それぞれ吸蔵放出機能、活性
化機能を組み合わせて排気を浄化している。

【０００４】ところで、内燃機関より排出される排気中
には、ＮＯｘの他に硫黄成分から構成される硫黄酸化物
（ＳＯｘ）等の硫黄分を含んでおり、このＳＯｘに代表
される硫黄分も前記ＮＯｘと同様にＮＯｘ触媒に吸蔵さ
れる。しかし、この吸蔵されたＳＯｘはＮＯｘを放出還
元する工程では放出することができず、よって該ＮＯｘ
触媒は、ＳＯｘを吸蔵することにより、ＮＯｘの吸蔵能
力が低下することとなり、これをＳ被毒という。

【０００５】また、該ＮＯｘ触媒を長期間使用する際、
高温に晒されること等によって該ＮＯｘ触媒の粒子構造
が破壊されてＮＯｘ等との反応部位である表面積が減少
し、触媒の浄化能力が低下することとなり、これをシン
タリングという。

【０００６】前記のＳ被毒、シンタリング等が発生する
ことにより、前記ＮＯｘ触媒はその吸蔵能力が低下し、
ＮＯｘ触媒の浄化能力が低下することとなる。このた
め、従来より、希薄燃料内燃機関においてＮＯｘ触媒の
劣化判定を可能にした技術が公開されている。例えば、
特開平１１−２２９８５８号公報には、ＮＯｘ触媒の下
流側にＮＯｘセンサを設けて、燃料添加を行いＮＯｘを
浄化する際に、このＮＯｘセンサよりの出力値を少なく
とも２回測定し、この時の出力値の差や比が所定値を越
えた場合にＮＯｘ触媒の劣化を判定する技術が開示され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術は、ＮＯｘ
センサにより排気中のＮＯｘ濃度を検出しているので、
この検出結果によりＮＯｘ触媒の劣化程度を判定するこ
とができる。しかし従来の技術では、ＮＯｘ触媒のＮＯ
ｘ吸蔵能力を再生する再生手段である排気雰囲気をリー
ン雰囲気からリッチ雰囲気に変化させた際の、経時変化
に基づくＮＯｘセンサの出力値の変化、又はこの再生手
段実行中から再生手段終了後にリーン雰囲気な状態で、
所定時間離れた少なくとも２回のＮＯｘセンサの出力値
に基づいて該ＮＯｘ触媒の劣化程度を判断するものであ
る。

【０００８】つまりは、再生手段によりＮＯｘ触媒の再
生を行う時に、ＮＯｘ触媒の雰囲気をリーン雰囲気とリ
ッチ雰囲気に切り替えてＮＯｘ触媒より排出されるＮＯ
ｘ量に基づいてＮＯｘ触媒の劣化判定を行うものであ
る。このため、ＮＯｘセンサに個体差があったり、リー
ン雰囲気からリッチ雰囲気に雰囲気を変えた場合に、そ
の酸素濃度にばらつきがあった場合などにＮＯｘ濃度の
検出結果が変化してしまい、ＮＯｘ触媒の劣化程度を正
しく判断することができない。

【０００９】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、ＮＯｘセンサの個体差や経時変化に左右されずに該
ＮＯｘ触媒の吸蔵能力の変化から触媒の劣化程度を判定
することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の問題を解決するた
めに、酸素濃度過剰雰囲気で排気中のＮＯｘを吸蔵する
と共に酸素濃度低下雰囲気中で吸蔵したＮＯｘを放出す
るＮＯｘ触媒が、内燃機関の排気通路に設けられた排気
浄化装置に設けられ、このＮＯｘ触媒の下流で排気中の
ＮＯｘ濃度を検出すると共に、排気雰囲気を所定の期間
内に酸素濃度過剰雰囲気と酸素濃度低下雰囲気とに繰り
返し変化させて前記ＮＯｘ触媒中のＮＯｘを断続的に排
気中に放出させてこの放出されたＮＯｘ濃度を求め、所
定の期間内で各々のＮＯｘ濃度の変化率及び変位差に基
づいて該排気浄化装置の劣化状態を判定する排気浄化装
置の劣化判定方法により劣化を判定する。

【００１１】また、酸素濃度過剰雰囲気で排気中のＮＯ
ｘを吸蔵すると共に酸素濃度低下雰囲気中で吸蔵したＮ
Ｏｘを放出するＮＯｘ触媒が、内燃機関の排気通路に設
けられた排気浄化装置に設けられ、このＮＯｘ触媒の下
流で排気中のＮＯｘ濃度を検出すると共に、排気雰囲気
を所定の期間内に酸素濃度過剰雰囲気と酸素濃度低下雰
囲気とに繰り返し変化させて、前記ＮＯｘ触媒中のＮＯ
ｘを断続的に排気中に放出させる前と放出させた後との
ＮＯｘ濃度の検出結果に基づいて該排気浄化装置の劣化
状態を判定する排気浄化装置の劣化判定方法によって劣
化を判定する。

【００１２】これらの劣化判定方法を行うために、内燃
機関の排気通路中に設けられ酸素濃度過剰雰囲気で排気
中のＮＯｘを吸蔵すると共に酸素濃度低下雰囲気中で吸
蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒と、排気雰囲気を酸
素濃度過剰雰囲気と酸素濃度低下雰囲気とに繰り返し変
化させて前記ＮＯｘ触媒中のＮＯｘを断続的に放出させ
る再生手段と、前記ＮＯｘ触媒の下流に設けられ排気中
のＮＯｘ濃度を検出すると共に、前記再生手段によりＮ
Ｏｘ触媒の再生を実施した際にＮＯｘ触媒より断続的に
放出されるＮＯｘ濃度を各々検出するＮＯｘ濃度検出手
段と、前記再生手段によりＮＯx触媒の再生を所定の期
間に連続して行い、この期間中に前記ＮＯｘ濃度検出手
段により検出したＮＯｘ濃度の変化率及び変位差に基づ
いて該触媒の劣化状態を判断する劣化判定手段とを備え
た排気浄化装置の劣化判定装置を用いた。

【００１３】前記劣化判定装置は、前記再生手段を実施
した際に前記ＮＯｘ触媒より断続的に放出されるＮＯｘ
濃度を各々検出するＮＯｘ濃度検出手段を有すると共
に、この検出したＮＯｘ濃度の極大値を検出するＮＯｘ
濃度極大値検出手段を有することとした。

【００１４】前記劣化判定装置は、前記ＮＯｘ濃度検出
手段により、前記再生手段によるＮＯｘ触媒の再生を実
施する前と実施した後のＮＯｘ濃度を検出し、前記再生
の実施前と実施後の検出値の差に基づいて該触媒の劣化
状態を判断する劣化判定手段を備えることとした。

【００１５】ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出して
ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵機能を再生する際に、触媒雰囲
気を酸素濃度過剰雰囲気から酸素濃度低下雰囲気にする
ために排気中に還元剤添加を行う。この還元剤添加を行
った時にＮＯｘがＮＯｘ触媒より放出されてＮＯｘ触媒
下流に設けられたＮＯｘセンサ等のＮＯｘ濃度検出手段
で感知される。劣化していないＮＯｘ触媒ならば、還元
剤が添加された際の反応の即応性、及びＮＯｘの吸蔵量
の多さから、還元剤と還元反応を行うよりも多くのＮＯ
ｘが放出されてＮＯｘ触媒下流にＮＯｘが排出され、Ｎ
Ｏｘセンサに排出量の大きな極大値（ピーク）が検出さ
れる。これに対して劣化した触媒ならば、その劣化によ
り、還元剤が添加された際の即応性の低下、及びＮＯｘ
吸蔵量の低下からＮＯｘ放出量が低下し、ＮＯｘ触媒下
流に設けられたＮＯｘセンサのＮＯｘ排出量のピークが
小さくなる。

【００１６】また、還元剤を添加することによりＮＯｘ
が吸蔵されたＮＯｘ触媒を再生する際には、断続的に還
元剤を添加し、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを繰り返
し放出、還元する。この時、還元剤の各添加時における
ＮＯｘ濃度のピークも徐々に小さくなり、最終的にはＮ
Ｏｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘが全て放出され、排気中に
存在するＮＯｘを検出するのみになる。この時劣化して
いないＮＯｘ触媒は、単位時間、単位表面積あたりのＮ
Ｏｘ吸蔵能力の高さ、及びＮＯｘ放出能力の高さから、
ＮＯｘ触媒下流に流出するＮＯｘ量は還元剤添加前に比
べて大幅に少なくなると共に、断続的にＮＯｘを放出し
た際のＮＯｘ濃度のピークも急激に小さくなっていく。
しかし、劣化したＮＯｘ触媒はＮＯｘ吸蔵能力及びＮＯ
ｘ放出能力も低下しているため、ＮＯｘ触媒下流に流出
するＮＯｘ量は還元剤添加前に比べ、そのＮＯｘ量の低
下は緩慢であり、また断続的にＮＯｘを放出した際のＮ
Ｏｘ濃度のピークの低下も余り顕著に現れない。

【００１７】すなわち、本発明は、前記の特性に基づい
て行われるものであり、劣化したＮＯｘ触媒と劣化して
いないＮＯｘ触媒で還元剤を複数回添加してＮＯｘ浄化
工程を行う際に、排出されるＮＯｘ量のピークの差、及
び複数回発生するピークの変化度合に基づいて劣化の判
断を行う。これに加えて浄化工程を行う前のＮＯｘ触媒
下流側のＮＯｘ濃度と浄化工程を行った後のＮＯｘ触媒
下流側のＮＯｘ濃度の変化の差に基づいても該ＮＯｘ触
媒の劣化を判断する。

【００１８】前記ＮＯｘの浄化工程を行う際に発生する
ピークに基づいてＮＯｘ触媒劣化の判断を行う場合に
は、常に同じ条件で劣化判定を行う必要から、ＮＯｘ触
媒はそのＮＯｘ吸蔵量が満たされていること（飽和状
態）が望ましい。また、同様にＮＯｘ触媒に流入する排
気流量も安定した状態で測定を行うことが望ましい。

【００１９】前記浄化工程を行う前のＮＯｘ触媒下流側
のＮＯｘ濃度と浄化工程を行った後のＮＯｘ触媒下流側
のＮＯｘ濃度の変化の差に基づいて該ＮＯｘ触媒の劣化
を判断を行う場合にも、同じ条件で劣化判定を行う必要
があることから、排気浄化工程を行う前にＮＯｘ濃度を
測定する時は、ＮＯｘ触媒はＮＯｘにより飽和状態であ
るのが望ましい。また、排気浄化工程後にＮＯｘ濃度を
測定するのは、ＮＯｘ触媒にＮＯｘが吸蔵されていない
状態でのＮＯｘ触媒下流側のＮＯｘ濃度を測定すること
である。よって排気浄化工程後に限らずＮＯｘ触媒にＮ
Ｏｘが吸蔵されていない状態、例えばコールドスタート
後等にＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ濃度を測定し、この値と
ＮＯｘ触媒が飽和状態でのＮＯｘ触媒下流ＮＯｘのＮＯ
ｘ濃度を測定し比較対象として触媒劣化判定を行っても
良い。

【００２０】次に、酸素濃度過剰雰囲気で排気中のＮＯ
ｘを吸蔵すると共に酸素濃度低下雰囲気中で吸蔵したＮ
Ｏｘを放出するＮＯｘ触媒が、内燃機関の排気通路に設
けられた排気浄化装置に設けられ、このＮＯｘ触媒の上
流と下流とで排気中のＮＯｘ濃度を検出してこの検出結
果から該ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘ量を検出し、こ
のＮＯｘ量の検出結果に基づいて該排気浄化装置の劣化
状態を判定することを特徴とする排気浄化装置の劣化判
定方法によって触媒の劣化を判定する。

【００２１】この劣化判定方法を行うために、内燃機関
の排気通路中に設けられ酸素濃度過剰雰囲気で排気中の
ＮＯｘを吸蔵すると共に酸素濃度低下雰囲気中で吸蔵し
たＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒と、内燃機関より排出さ
れて前記ＮＯｘ触媒に流入する排気中のＮＯｘ量を検出
する触媒流入ＮＯｘ量検出手段と、前記触媒より流出す
る排気中のＮＯｘ量を検出する触媒流出ＮＯｘ量検出手
段と、前記触媒流入ＮＯｘ量検出手段と触媒流出ＮＯｘ
量検出手段とにより、検出されたＮＯｘ量の差より該Ｎ
Ｏｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ量を検出する吸蔵ＮＯｘ量
検出手段と、この吸蔵ＮＯｘ量検出手段より検出された
ＮＯｘ吸蔵量に基づいて該触媒の劣化状態を判定する劣
化判定手段とを備えた排気浄化装置の劣化判定装置を用
いた。

【００２２】前述のように劣化したＮＯｘ触媒は劣化し
ていないＮＯｘ触媒に対して吸蔵能力が劣る。よって判
定を行うＮＯｘ触媒の吸蔵量を算出し、予め算出されて
いる劣化していないＮＯｘ触媒でのＮＯｘ吸蔵量と比較
することで、判定を行うＮＯｘ触媒の劣化程度を判断す
る。ＮＯｘの吸蔵量を算出する手段としては、ＮＯｘ触
媒の上下流にＮＯｘセンサを設けて排気中のＮＯｘ濃度
を測定し、それぞれ含まれるＮＯｘの差により求める方
法がある。また、予めマップ等により内燃機関より排出
されるＮＯｘ量が推定できるのならば、前記マップで推
定されるＮＯｘ量と、ＮＯｘ触媒下流側に設けたＮＯｘ
センサから算出されるＮＯｘ量の差より求めても良い。

【００２３】また、本発明を行うにあたっては、測定を
開始する前のＮＯｘ触媒にはＮＯｘが吸蔵されていない
ことが望ましい。ＮＯｘ触媒の吸蔵量により判断を行う
ため、測定時に予めＮＯｘが吸蔵されていると、予め吸
蔵されていたＮＯｘ量だけＮＯｘ吸蔵量が減り、これに
より劣化していないＮＯｘ触媒も劣化していると誤判断
する可能性があるためである。

【００２４】以上の劣化判定方法を行うことにより、Ｎ
Ｏｘ触媒のＮＯｘ放出還元能力、ＮＯｘ吸蔵能力の観点
からＮＯｘ触媒の劣化判断を行うことが可能となる。ま
た、ＮＯｘの放出量に基づく劣化判定方法を第１の劣化
判定方法と定めると共に、ＮＯｘの吸蔵量に基づく劣化
判定方法を第２の劣化判定方法と定める。この時に先ず
第２の劣化判定方法を行うことにより、ＮＯｘ触媒にＮ
Ｏｘを吸蔵させて飽和状態とし、その後第１の劣化判定
方法を行うことにより、これら第１及び第２の劣化判定
方法を一連として行うことが可能である。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明に係る内燃機関の排気浄化
装置の劣化判定装置及び方法を、ディーゼルエンジンシ
ステムに適用した実施の形態について説明する。

【００２６】図１において、内燃機関（以下、エンジン
という）１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気系３
０及び排気系４０等を主要部として構成される直列４気
筒のディーゼルエンジンシステムである。以下、本ディ
ーゼルエンジンシステムの構成について説明する。

【００２７】燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、
蓄圧室（コモンレール）１２、燃料噴射弁１３、遮断弁
１４、燃料添加ノズル１７、機関燃料通路Ｐ１及び添加
燃料通路Ｐ２等を備えて構成される。

【００２８】サプライポンプ１１は燃料タンク（図外）
からくみ上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｐ１を介
してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２は
サプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所定の圧
力に保持（蓄圧）する機能を有し、この蓄圧した燃料を
各燃料噴射弁１３に分配する。燃料噴射弁１３はその内
部に電磁ソレノイド（図外）を備えた電磁弁であり、適
宜開弁して燃焼室２０内に燃料を供給噴射する。

【００２９】他方、サプライポンプ１１は、燃料タンク
からくみ上げた燃料の一部を添加燃料通路Ｐ２を介して
燃料添加ノズル１７に供給する。燃料通路Ｐ２にはサプ
ライポンプ１１から燃料添加ノズル１７に向かって遮断
弁１４が配設されている。遮断弁１４は緊急時におい
て、添加燃料通路Ｐ２を遮断し、燃料供給を中止する。
燃料添加ノズル１７は燃料噴射弁１３と同様な電磁弁で
あり、排気系４０内に還元剤である燃料を噴射添加す
る。

【００３０】吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給され
る吸気空気の通路（吸気通路）を形成する。一方、排気
系４０は、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路
（排気通路）を形成する。

【００３１】また、このエンジン１には、周知の過給器
（ターボチャージャ）５０が備えられている。ターボチ
ャージャ５０は、シャフト５１を介して連結されたター
ビンホイール５２とコンプレッサ５３とを備える。一方
のコンプレッサ５３は吸気系３０内の吸気に晒され、他
方のタービンホイール５２は排気系４０内の排気ガスに
晒されている。このような構成を有するターボチャージ
ャ５０は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気
圧）を利用してコンプレッサ５３を回転させ、吸気圧を
高める効果（過給効果）を有する。

【００３２】吸気系３０において、ターボチャージャ５
０の下流に設けられたインタークーラ３１は、過給によ
って昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ
３１よりも更に下流に設けられたスロットル弁３２は、
その開度を無段階に調節することができる電子制御式の
開閉弁であり、所定の条件下において吸気通路の流路面
積を絞り、同吸入空気の供給量を調整（低減）する機能
を有する。

【００３３】また、エンジン１には、燃焼室２０の上流
（吸気系３０）及び下流（排気系４０）をバイパスする
排気環流通路（ＥＧＲ通路）６０が形成されている。具
体的には、ＥＧＲ通路６０は排気系４０におけるターボ
チャージャ５０上流の排気集合管４０ａと吸気系３０に
おけるスロットル弁３２の下流側を連通している。この
ＥＧＲ通路６０は、排気ガスの一部を適宜吸気系３０に
戻す機能を有する。ＥＧＲ通路６０には、電子制御によ
って無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在
に調節することが可能なＥＧＲ弁６１と、ＥＧＲ通路６
０を通過（環流）する排気ガスを冷却するためのＥＧＲ
クーラ６２が設けられている。

【００３４】また、排気系４０において、燃焼室より接
続する排気集合管４０ａ、タービンホイール５２が設け
られた部位より下流側には、排気ガスの流路に沿って排
気通路４０ｂ、その下流にＮＯｘ触媒ケーシング４２、
更に下流に排気通路４０ｃが順次連結されている。ＮＯ
ｘ触媒ケーシング４２には、後述するように排気ガス中
に含まれるＮＯｘ等の有害成分を浄化する吸蔵還元型Ｎ
Ｏｘ触媒４２ｂが収容されている。

【００３５】また、エンジン１の各部位には、各種セン
サが取り付けられており、当該部位の環境条件やエンジ
ン１の運転状態に関する信号を出力する。

【００３６】すなわち、レール圧センサ７０は、コモン
レール１２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出
信号を出力する。燃圧センサ７１は、添加燃料通路Ｐ２
内を流通する燃料のうち、燃料添加ノズル１７へ導入さ
れる燃料の圧力（燃圧）に応じた検出信号を出力する。
エアフローメータ７２は、吸気系３０内のスロットル弁
３２上流において吸入空気の流量（吸気量）に応じた検
出信号を出力する。酸素濃度（Ａ／Ｆ）センサ７３は、
排気系４０の触媒ケーシング４２上流において排気ガス
中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力
する。触媒流出排気温度センサ７４は、同じく排気系４
０の触媒ケーシング４２下流において排気ガスの温度
（排気温度）に応じた検出信号を出力する。ＮＯｘセン
サ７８は触媒ケーシング４２出口において流出する排気
ガス中に含まれるＮＯｘ濃度に応じた検出信号を出力す
る。

【００３７】また、アクセル開度センサ７６はアクセル
ペダル（図外）に取り付けられ、同ペダルの踏込量に応
じてエンジン１において要求する仕事量の基となる検出
信号を出力する。クランク角センサ７７は、エンジン１
の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に
検出信号（パルス）を出力する。これら各センサ７０〜
７９は、電子制御装置（ＥＣＵ）８０と電気的に接続さ
れている。

【００３８】図２に示すように、ＥＣＵ８０は中央演算
処理装置（ＣＰＵ）８１、読み出し専用メモリ（ＲＯ
Ｍ）８２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３及び
運転停止後も記憶した情報が消去されないバックアップ
ＲＡＭ８４、タイマカウンタ８５等と、Ａ／Ｄ変換器を
含む入力ポート８６と、出力ポート８７とが、双方向性
バス８８により接続されて構成される論理演算回路を備
える。

【００３９】ＥＣＵ８０は、前記各種センサの検出信号
を入力ポート８６を介して入力し、これら信号に基づい
てＥＣＵ８０に有するＣＰＵ８１において、ＲＯＭ８２
に記憶されているプログラムから、エンジン１の燃料噴
射等についての基本制御を行う他、還元剤（還元剤とし
て機能する燃料）添加に係る燃料噴射の供給量の決定や
添加時期等に関する還元剤（燃料）添加制御等、エンジ
ン１の運転状態に関係する各種制御を行う。

【００４０】尚、燃料噴射弁１３を通じて各気筒に燃料
を供給する燃料供給系１０、排気系４０に備えられたＮ
Ｏｘ触媒、及びこれら燃料供給系１０やＮＯｘ触媒の機
能を制御するＥＣＵ８０等は、併せて本実施の形態に係
るエンジン１の排気浄化装置を構成する。前記燃料添加
制御等は、当該制御に関する指令信号を出力するＥＣＵ
８０を含め、この排気浄化装置を構成する各種部材の作
動を通じて実施される。

【００４１】次に、以上説明したエンジン１の構成要素
のうち、排気系４０に設けられた触媒ケーシング４２に
ついて、その構成及び機能を詳しく説明する。

【００４２】図３は、図１に示した触媒ケーシング４２
を、その内部構造の一部と共に拡大して示す断面図であ
る。触媒ケーシング４２は、その内部に吸蔵還元型ＮＯ
ｘ触媒４２ｂを収容する。

【００４３】ＮＯｘ触媒４２ｂは、例えばアルミナ（Ａ
Ｌ₂Ｏ₃）を主材料とした担体とし、この担体の表面にＮ
Ｏｘ吸蔵剤として機能する、例えばカリウム（Ｋ）、ナ
トリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃ
ｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシ
ウム（Ｃａ）、のようなアルカリ土類金属、あるいはイ
ットリウム（Ｙ）のような希土類と、酸化触媒（貴金属
触媒）として機能する、例えば白金（Ｐｔ）のような貴
金属とが担持されることによって構成される。

【００４４】ＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガス中の酸素濃度が
高い状態ではＮＯｘを保持し、排気ガス中の酸素濃度が
低い状態ではＮＯｘを放出する特性を有する。また、排
気ガス中にＮＯｘが放出された時、排気ガス中にＨＣや
ＣＯ等が存在していれば、貴金属触媒がこれらＨＣやＣ
Ｏの酸化反応を促すことで、ＮＯｘを酸化成分、ＨＣや
ＣＯを還元成分とする酸化還元反応が両者間で起こる。
すなわち、ＨＣやＣＯはＣＯ₂やＨ₂Ｏに酸化され、ＮＯ
ｘはＮ₂に還元される。

【００４５】また、ＮＯｘ触媒４２ｂを構成している貴
金属触媒はＨＣの酸化を促して、ＨＣの酸化反応熱によ
り床温を昇温する。

【００４６】また、ＮＯｘ吸蔵剤は排気ガス中の酸素濃
度が高い状態である時にでも所定の限界量のＮＯｘを保
持すると、それ以上ＮＯｘを保持しなくなる。エンジン
１では、触媒ケーシング４２内に収容されたＮＯｘ触媒
４２ｂのＮＯｘ保持量が限界に達する前に、排気通路の
触媒ケーシング４２上流に還元剤を添加供給すること
で、ＮＯｘ触媒４２ｂを活性化して保持されたＮＯｘを
還元浄化し、ＮＯｘ触媒４２ｂのＮＯｘ保持能力を回復
させるといった制御を所定のインターバルで繰り返す。

【００４７】以下ＮＯｘ浄化について具体的に説明す
る。

【００４８】一般に、ディーゼルエンジンでは、燃焼室
内で燃焼に供される燃料及び空気の混合気の酸素濃度
が、殆どの運転領域で高濃度状態にある。燃焼に供され
る混合気の酸素濃度は、燃焼に供された酸素を差し引い
てそのまま排気ガス中の酸素濃度に反映されるのが通常
であり、混合気中の酸素濃度が高ければ、排気ガス中の
酸素濃度も基本的には同様に高くなる。

【００４９】一方、前述したように、ＮＯｘ触媒４２ｂ
は排気ガス中の酸素濃度が高ければＮＯｘを保持し、低
ければＮＯｘをＮ₂に還元する特性を有するため、排気
ガス中の酸素が高濃度にある限りＮＯｘを保持し続け
る。但し、当該ＮＯｘ触媒４２ｂのＮＯｘ保持量には限
界が存在し、同ＮＯｘ触媒４２ｂが限界量のＮＯｘを保
持した状態では、排気ガス中のＮＯｘは同ＮＯｘ触媒４
２ｂに保持されず触媒ケーシング４２を素通りする。

【００５０】ＮＯｘ触媒４２ｂのＮＯｘ保持作用を復帰
させるため、還元剤をＮＯｘ触媒４２ｂ中のＮＯｘ吸蔵
剤に添加する必要があるが、エンジンの構成上、通常の
燃料噴射を行った場合に、酸素濃度が低い、すなわち還
元剤である燃料を多量に含んだ排気ガスは排出され難
い。

【００５１】よって、内燃機関の燃焼室にて行われる動
力転化用の主燃料噴射とは別に主に未燃焼燃料として燃
料を噴射する副次的燃料噴射を行う方法や、排気通路に
設けられ、排気ガス中に燃料を噴射する方法などにより
燃料を排気ガス中に添加して排気ガス中の還元剤成分を
増量させ、この還元成分によりＮＯｘ保持作用を復帰、
再生させる（ＮＯｘ触媒再生制御）。

【００５２】このＮＯｘ触媒再生制御を行う場合は、再
生を行うＮＯｘ触媒４２ｂの床温度、ＮＯｘ吸蔵量等に
より、還元剤である燃料の添加量や添加時期等が異な
る。また、この添加量や添加時期を決定するにあたって
は、車両搭載時のＮＯｘ触媒４２ｂの浄化能力に基づい
た値が設定されている。しかし長期間ＮＯｘ触媒４２ｂ
を使用すると、その経年劣化等により、該ＮＯｘ触媒４
２ｂの排気浄化能力が変化してくる。よって、ＮＯｘ触
媒４２ｂの劣化程度を判定し、その劣化程度に沿って還
元剤の添加量を変化させるか、あるいはＮＯｘ触媒４２
ｂを交換する必要がある。

【００５３】以下、ＮＯｘ触媒４２ｂについての触媒劣
化判定について説明する。ＮＯｘ触媒はその特徴として
ＮＯｘ触媒周辺の雰囲気がリーン雰囲気の時に排気中の
ＮＯｘを駆体に吸蔵し、ＮＯｘ触媒周辺の雰囲気がリッ
チ雰囲気に変化すると共に駆体に吸蔵していたＮＯｘを
放出する。よってＮＯｘ触媒４２ｂが劣化することによ
り、このＮＯｘ吸蔵、放出の機能が衰える。この劣化に
よる吸蔵放出機能低下を基にしてＮＯｘ触媒の劣化判定
を行う。

【００５４】現状制御では、ＮＯｘ触媒においてＮＯｘ
の吸蔵開始温度よりも還元剤添加開始温度のほうが高
い。よって、図４に示すように、新触媒において、触媒
床温度がＮＯｘ吸蔵開始温度になった時点から燃料添加
開始可能温度に昇温して燃料添加を開始するまでの間
（区間ａ〜ｂ）、すなわちＮＯｘ吸蔵量が飽和状態にな
るまではＮＯｘを吸蔵することができる。しかし、ＮＯ
ｘ吸蔵能力が低下した場合には飽和状態のＮＯｘ吸蔵量
が減少するため、そのＮＯｘを吸蔵して飽和状態になる
までの期間が短くなる（区間ａ〜ｂ’）。

【００５５】よって、ＮＯｘ吸蔵開始温度から燃料添加
開始温度までの時間を短縮する必要がある。この時間を
短縮する一例としてに図５に示したフローチャートに基
づく早期添加制御等を行う。

【００５６】このフローチャートでは、ＮＯｘ吸蔵開始
温度から燃料添加開始温度までの時間を短縮するため
に、先ず、Ｓ５０１でＮＯｘ吸蔵能力が低下しているか
どうかを判断する。ここでＮＯｘ吸蔵能力が低下してい
るのであればＳ５０２へ進む。Ｓ５０２及びＳ５０３で
は、触媒床温度について判断する。Ｓ５０２で触媒床温
度が燃料添加開始温度以下であるならば早期添加制御が
必要であるため、Ｓ５０３に進む。次にＳ５０３で触媒
床温度がＮＯｘ吸蔵開始温度以上であるかどうかを判断
する。ここで触媒床温度がＮＯｘ吸蔵開始温度以下であ
るならば、早期添加制御を行う必要が無いので、Ｓ５０
２に戻る。触媒床温度がＮＯｘ吸蔵開始温度以上である
ならば、Ｓ５０４へ進み、触媒床温度を燃料添加開始温
度以上に上げる。そしてＳ５０５で触媒昇温が燃料添加
開始温度以上であることを確認して早期添加制御を終了
する。

【００５７】つまりは図４で、通常の温度上昇を表す触
媒床温度曲線Ａを、早期添加制御を行った場合を表す触
媒床温度曲線Ｂに変えて、劣化触媒のＮＯｘ飽和量とな
るｂ’の時点で触媒床温度が燃料添加開始可能温度より
低温の場合には、ＮＯｘが吸蔵しきれずに触媒ケーシン
グ４２の下流に排出され、ＮＯｘ浄化時のエミッション
悪化に繋がる。よって劣化したＮＯｘ触媒の吸蔵能力の
低下を基にしてＮＯｘ触媒の劣化を判定し、エミッショ
ン悪化を防止する。

【００５８】ＮＯｘ触媒４２ｂの劣化判定を行うにあた
り、この劣化判定を行うに必要な構成について説明す
る。図１に図示されている触媒ケーシング４２の下流に
は、触媒床温度を計測するために触媒流出排気温度セン
サ７４が設けられて間接的に触媒床温度を測定する。ま
た同様に触媒ケーシング４２の下流にＮＯｘセンサ７８
が設けられて触媒ケーシング４２内のＮＯｘ触媒４２ｂ
より排出される排気中のＮＯｘ濃度を測定する。このＮ
Ｏｘセンサ７８で測定した濃度と、吸気系３０に設けら
れたエアフローメータ７２から算出される流入空気量か
らＮＯｘ触媒４２ｂの下流に流出したＮＯｘ量（Ｎｏｕ
ｔ）を算出する。また、ＮＯｘ触媒４２ｂに流入するＮ
Ｏｘ量（Ｎｉｎ）については、予めエンジン１の水温、
燃焼室２０に噴射される燃料量、燃焼室２０に流入する
空気量などからなるマップをＲＯＭ８２に記憶してお
き、このマップによりエンジン１より排出される排気中
のＮＯｘ濃度を推定したものとエアフローメータ７２か
ら算出される流入空気量からＮＯｘ触媒４２ｂに流入す
るＮＯｘ量を算出する。以上の構成を基にしてＮＯｘ触
媒の劣化判定を行う。

【００５９】ＮＯｘ触媒はコールドスタート時等、長時
間低床温状態が続くとＮＯｘ吸蔵量は０になる特性を持
つ。よって、長時間低床温状態であるコールドスタート
後に、ＮＯｘの吸蔵量に基づく劣化判定方法である第２
の劣化判定方法による劣化判定を開始する。

【００６０】具体的な判定方法としては以下のように行
う。先ず、図６に示すように、コールドスタート後、触
媒床温度が吸蔵開始温度（ａ点）になるまではＮｉｎと
Ｎｏｕｔとの値はほぼ同値で移行する。その後、触媒床
温度が吸蔵開始温度以上になるとＮＯｘ触媒４２ｂでＮ
Ｏｘの吸蔵が開始され、ＮＯｘ触媒４２ｂの上下流での
排気中のＮＯｘ量に差が発生する。この差がＮＯｘ触媒
４２ｂの吸蔵ＮＯｘ量（ｓｎｏｘ）になる。触媒が吸蔵
開始温度以上になってＮｉｎとＮｏｕｔとの間に差が生
じた後、ＮＯｘ触媒４２ｂに吸蔵されるＮＯｘが飽和状
態に達してＮｉｎとＮｏｕｔとの間に差が無くなる時点
（ｂ点）までｓｎｏｘを測定する。よって、このａ点か
らｂ点までＮＯｘ触媒４２ｂのＮｉｎとＮｏｕｔとの差
であるｓｎｏｘを積分したものがＮＯｘ触媒４２ｂに吸
蔵される総ＮＯｘ量（Ｓｎｏｘ）となる。

【００６１】前記で求めたＳｎｏｘが予め定められた所
定値より小さいのであればＮＯｘ触媒４２ｂは劣化して
いると判定される。以上を図７に示すフローチャートに
基づいて説明する。

【００６２】先ずＳ７０１で触媒床温度が所定時間、所
定温度ａ以下であったかどうかを判断する。これは触媒
にＮＯｘが吸蔵されているかどうかを確認するための工
程であり、このときの所定時間、所定温度ａは、ＮＯｘ
が吸蔵量の最大値まで吸蔵された新品のＮＯｘ触媒にお
いて、ＮＯｘがすべて放出されるのに必要な時間及び温
度である。

【００６３】次にＳ７０２，Ｓ７０３でＮｏｕｔ，Ｎｉ
ｎの測定を行う。その後Ｓ７０４へ進みＮｉｎとＮｏｕ
ｔとの差が所定値ｂ以上であるかどうかを判断する。こ
こでｓｎｏｘが所定値ｂ以上ならばＳ７０８へ進み、所
定値ｂ以下ならばＳ７０５へ進む。

【００６４】Ｓ７０５では触媒床温度が吸蔵開始温度で
ある所定温度ｃ以上であるかどうかを判断する。触媒床
温度が所定温度ｃ以下であるならばＳ７０２へ戻り、所
定温度ｃになるまで本ルーチンを繰り返す。触媒床温が
所定温度ｃ以上ならばＳ７０６へ進み、該触媒にはＮＯ
ｘ吸蔵能力が無いと考えられる。次にＳ７０７で該触媒
は破損している等の原因から劣化していると判定され、
本ルーチンを終了する。

【００６５】Ｓ７０４でＮｉｎとＮｏｕｔの差が所定値
ｃ以上であると判断されて進んだＳ７０８では、Ｎｉｎ
とＮｏｕｔとの差：Ｎｉｎ−Ｎｏｕｔ＝吸蔵量：ｓｎｏ
ｘとする。その後Ｓ７０９へ進み、Ｎｏｕｔを測定す
る。ここでＮｏｕｔは、ＮＯｘ触媒４２ｂがその吸蔵量
が飽和近くになることによる吸蔵量の低下、若しくは触
媒床温度の低下による吸蔵能力の低下が想定される。よ
ってＳ７１０に進み、触媒床温度を測定し、触媒床温度
が吸蔵開始温度である所定温度ｄ以下ならば、ＮＯｘ触
媒４２ｂのＮＯｘ吸蔵能力が低下若しくは停止している
ことから、Ｓ７０１に戻り本ルーチンを再び繰り返す。
触媒床温度が所定温度ｄ以上であるならば、Ｓ７１１に
進む。

【００６６】Ｓ７１１ではｓｎｏｘを積分して、ＮＯｘ
触媒４２ｂが飽和状態になった時点での吸蔵量：Ｓｎｏ
ｘを算出する。次にＳ７１２に進んで、ＮｉｎとＮｏｕ
ｔとの間に差が発生しているかどうかを判定する。Ｓ７
１０で触媒床温度が吸蔵開始温度より高い温度であるこ
とを確認しているので、ＮｉｎとＮｏｕｔとの間に差が
発生していないならばＮＯｘ触媒４２ｂで吸蔵反応が起
こらない状態、すなわちＮＯｘが飽和状態にあると考え
られる。ここでＮｉｎとＮｏｕｔとの間に差が発生して
いるのならばＳ７０９へ戻ってＮｉｎとＮｏｕｔとの間
に差が発生しなくなるまで本ルーチンを繰り返す。

【００６７】Ｓ７１２でＮｉｎとＮｏｕｔとの間に差が
発生していないならばＳ７１３に進んでＮＯｘ触媒４２
ｂに吸蔵された総ＮＯｘ量であるＳｎｏｘを所定値ｅと
比較する。この所定値ｅは、予め定められた劣化してい
ない触媒で吸蔵される総ＮＯｘ量である。Ｓｎｏｘが所
定値ｅ以上ならば触媒は劣化していないと判定し、本ル
ーチンを終了する。またＳｎｏｘが所定値ｅ以下ならば
触媒は劣化していると判定し、本ルーチンを終了する。

【００６８】以上より、第２の劣化判定方法である、Ｎ
Ｏｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力に基づく触媒の劣化が判定可
能となる。

【００６９】次に図６のｂ点において、ＮＯｘ触媒４２
ｂがそのＮＯｘ吸蔵量が飽和した状態になった後、ＮＯ
ｘを還元浄化するため、ＮＯｘを排気中に放出する機能
から触媒の劣化を判定する。

【００７０】ＮＯｘ触媒にＮＯｘが飽和状態まで吸蔵さ
れた状態で、触媒雰囲気をリーン雰囲気からリッチ雰囲
気にした状態、すなわちＮＯｘ触媒に還元剤を添加した
場合に、劣化したＮＯｘ触媒では、１回の還元剤添加に
おけるＮＯｘ放出量、ＮＯｘ低減量が小さくなるのは公
知である。また、この還元剤添加を繰り返し行った場合
では、劣化したＮＯｘ触媒は、そのＮＯｘ放出量の変化
が小さくなる特性を示す。よってこのＮＯｘ放出量変化
が小さくなることに着目して、ＮＯｘの放出量に基づく
劣化判定方法である第１の劣化判定方法を行う。

【００７１】具体的には、飽和状態にまでＮＯｘを吸蔵
させたＮＯｘ触媒４２ｂに還元剤である燃料添加を燃料
添加ノズル１７より複数回繰り返し行う。この複数回繰
り返し燃料添加を行うことで、ＮＯｘ触媒４２ｂに吸蔵
されているＮＯｘを排気中に放出し、この放出されたＮ
ＯｘをＮＯｘセンサ７８で感知する。

【００７２】複数回繰り返し燃料添加を行うことによ
り、図８に示すように燃料添加を行った際には排気中の
ＮＯｘ濃度が上昇し、各燃料添加時においてＮＯｘ濃度
の極大値（ピーク）を示す。新触媒では最初の燃料添加
時にそのピークが大きくなり、その後繰り返し燃料添加
を行うたびにそのピークは急激に小さくなっていく。す
なわち、初期のピークに対して繰り返し燃料添加を行う
ことにより発生するピークの変化率は大きくなる。これ
に対して劣化している触媒では、最初の燃料添加時のピ
ークは余り大きくならず、その後繰り返し燃料添加を行
った際にも、そのピークの低下は緩慢である。すなわち
初期のピークに対して繰り返し発生するピークの変化率
は小さくなる。

【００７３】これと共に、図８に示すように、新触媒で
は燃料添加開始前のＮＯｘ濃度に対する、燃料添加を繰
り返し行った後のＮＯｘ濃度の低減量が大きいのに対
し、劣化した触媒では燃料添加開始前のＮＯｘ濃度に対
する、燃料添加を繰り返し行った後のＮＯｘ濃度の低減
量が小さくなる。

【００７４】よって、ＮＯｘを飽和状態まで吸蔵した劣
化していないＮＯｘ触媒に燃料を繰り返し添加した際の
ピークの変化率、及び燃料添加を行う前後でのＮＯｘ濃
度の低減量を所定の値と定める。これに対して劣化判定
を行うＮＯｘ触媒の燃料添加を繰り返し行った際に発生
するピークの変化率、及び燃料添加を繰り返し行う前に
対する燃料添加を繰り返し行った後のＮＯｘ濃度の低減
量を求め、前記所定値と比較して、ピークの変化率が低
く、ＮＯｘ濃度の低減量が少ない場合には劣化している
と判断する。

【００７５】また、前記で求めた劣化判定を行うＮＯｘ
触媒のピークの変化率は大きいがＮＯｘ濃度の低減量が
少ない場合には還元剤である燃料の添加量不足が想定さ
れる。これとは反対にＮＯｘ触媒のピークの変化率は小
さいが、ＮＯｘ濃度の低減量が多い場合には、ＮＯｘ触
媒の吸蔵能力の低下が想定される。

【００７６】以上を図９に示すフローチャートに基づい
て説明する。

【００７７】先ず、Ｓ９０１にてＮＯｘ触媒４２ｂにＮ
Ｏｘが飽和状態まで吸蔵されているかどうかを確認す
る。これはＮＯｘ触媒に燃料を添加した際、すなわちＮ
Ｏｘ触媒の雰囲気をリッチ雰囲気にした場合にＮＯｘ触
媒より排出されるＮＯｘ量が該ＮＯｘ触媒に吸蔵されて
いる吸蔵ＮＯｘ量に左右されるため、劣化判定を行う際
には、一定のＮＯｘ吸蔵量、つまりは飽和状態のＮＯｘ
吸蔵量において劣化判定を行うためである。Ｓ９０１で
所定量ＮＯｘが吸蔵されていると判断されればＳ９０２
へ進み、所定量ＮＯｘが吸蔵されていないと判断されれ
ば所定量ＮＯｘが吸蔵されるまで本ステップを繰り返
す。

【００７８】次に、Ｓ９０２で還元剤である燃料を所定
期間内に断続的に複数回添加する。この時燃料添加回数
が進むに順って、ＮＯｘ触媒より放出されるＮＯｘ量が
低下するため、還元剤である燃料量も減らす必要があ
る。よって、Ｓ９０３、Ｓ９０４では燃料の添加量を調
整する。すなわち、Ｓ９０３では酸素濃度センサ７３の
値が予め定められた酸素濃度（所定値１）以下ならばＳ
９０５及びＳ９０２へ進んで添加量を増量する。Ｓ９０
４では酸素濃度センサ７３の値が予め定められた酸素濃
度（所定値２）以上ならばＳ９０６及びＳ９０２へ進ん
で添加量を減量する。

【００７９】Ｓ９０２〜Ｓ９０６のステップでＮＯｘ触
媒４２ｂに燃料添加が正しく行われていることを確認し
た後、Ｓ９０７へ進みＮＯｘ触媒４２ｂの劣化判定を行
う。

【００８０】Ｓ９０７では所定期間内でＮＯｘの放出量
に起因する、ＮＯｘ濃度の変化率について判定を行う。
該変化率が劣化していないＮＯｘ触媒が示す所定値３よ
り低い値であるならばＳ９０８へ進み、該変化率が所定
値３より高い値ならばＳ９０９へ進む。Ｓ９０８、Ｓ９
０９では何れも燃料添加を行う所定の期間前のＮＯｘ濃
度と燃料添加を行った所定の期間後のＮＯｘ濃度の変化
量であるＮＯｘ低減量について判定を行う。

【００８１】Ｓ９０８でＮＯｘ低減量が、劣化していな
いＮＯｘ触媒が示す所定値４より低い値を示すのであれ
ばＳ９１０へ進んで該ＮＯｘ触媒４２ｂは劣化している
と判定され、本チャートは終了する。同じくＳ９０８で
ＮＯｘ低減量が所定値４より高い値を示すのであればＳ
９１１へ進んで該ＮＯｘ触媒は、吸蔵放出能力は低下し
ているが、還元能力は劣化していないと判断されて本チ
ャートを終了する。

【００８２】Ｓ９０９でＮＯｘ低減量が、劣化していな
いＮＯｘ触媒が示す所定値５より低い値を示すのであれ
ば、Ｓ９１２へ進んで所定期間内での還元量不足、すな
わち添加燃料量不足と判定され、本チャートを終了す
る。同じくＳ９０９でＮＯｘ低減量が所定値５より高い
値を示すのであれば、吸蔵放出機能、還元機能ともに正
常な状態であり、該ＮＯｘ触媒４２ｂは劣化していない
と判定され、本チャートを終了する。

【００８３】以上より、第１の劣化判定方法である、劣
化したＮＯｘ触媒のＮＯｘ放出量及びＮＯｘ濃度が変化
することに基づくＮＯｘ触媒の劣化が判定可能となる。

【００８４】上記第２の劣化判定方法、第１の劣化判定
方法を行うことにより、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵機能、
ＮＯｘ放出還元機能のそれぞれの面より劣化判定を行う
ことが可能となる。

【００８５】尚、第２の劣化判定方法において本実施の
形態では、図６にあるように、時間とＮＯｘ流量に基づ
いてその判定方法の概要を説明したものであるが、ここ
で劣化判定の基準として用いるものは、ＮＯｘ触媒４２
ｂの上流と下流とのＮＯｘ流量の差の積分値であるＮＯ
ｘ吸蔵量の最大値である。よって時間、ＮＯｘ濃度等の
パラメータは、このＮＯｘ吸蔵量を指し示す上で便宜上
用いたものであり、本発明を構成する上で必須要件とな
るものではない。つまりは、劣化を判定する触媒に吸蔵
されるＮＯｘ量の最大値さえ確認できる方法であれば本
発明である第２の劣化判定方法により劣化を判定するこ
とが可能となる。

【００８６】また、第１の劣化判定方法においては、断
続的に燃料を添加してＮＯｘ触媒４２ｂよりＮＯｘを断
続的に放出させ、このＮＯｘ濃度の極大値の変化率を判
定基準としてＮＯｘ触媒４２ｂの劣化を判定した。これ
以外にも、例えば燃料添加を断続的に行った際の、各燃
料添加時に放出されるＮＯｘ量の平均値を求め、この平
均値の変化率を基にして劣化判定を行っても良い。ま
た、より単純に、燃料添加が所定の期間に断続的に行わ
れる際に、その所定の期間の最初と最後に行われた燃料
添加によるＮＯｘ触媒より放出されるＮＯｘ濃度を測定
して、最初のＮＯｘ放出に起因するＮＯｘ濃度と、最後
のＮＯｘ放出に起因するＮＯｘ濃度とから求められる変
化率及び変位差を基にして劣化判定を行っても良い。つ
まりは、ＮＯｘを断続に放出した際のＮＯｘ濃度の変化
に基づいてＮＯｘ触媒の劣化判定を行うのである。

【００８７】

【発明の効果】本発明に係る触媒の劣化判定装置及び方
法を用いることにより、ＮＯｘセンサの個体差や経時変
化に左右されずに該ＮＯｘ触媒の吸蔵能力の変化からＮ
Ｏｘ触媒の劣化程度を判定することが可能となる。更
に、排気中の、特にＮＯｘに係る浄化工程であるＮＯｘ
の吸蔵及び排出還元それぞれの機能について個別にＮＯ
ｘ触媒が劣化しているかどうかを判定することも可能と
なる。

【００８８】また、本発明ではＮＯｘ触媒４２ｂに燃料
添加を行ってＮＯｘ触媒の劣化判定を行う際には、断続
して複数回燃料添加を行い、各燃料添加に起因するＮＯ
ｘ濃度の極大値から導き出されるＮＯｘ濃度変化率を用
いて劣化判定を行う。つまりは劣化判定に供する測定値
を測定するために、異なる劣化判定試行時の各測定値を
求め、この複数の測定値結果より総合的にＮＯｘ触媒の
劣化判定を行うものである。よって、従来の単独のＮＯ
ｘ触媒への燃料添加、すなわち唯一の劣化判定試行時に
伴うＮＯｘ濃度の変化等をその劣化判定の測定値として
用いる劣化判定方法に比べて、本発明の劣化判定方法で
は精度の高い判定結果を導き出すことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施の形態に係るディーゼルエンジンシ
ステムを示す概略構成図。

【図２】同実施の形態に係る、ＥＣＵ周りの構成概念
図。

【図３】同実施の形態に係る、触媒ケーシングの断面概
念図。

【図４】同実施の形態に係る、触媒床温度と時間の関係
を表すグラフ。

【図５】同実施の形態に係る、ＮＯｘ触媒能力低下時の
還元剤添加制御例を示すフローチャート。

【図６】同実施の形態に係る、触媒床温度とＮＯｘ吸蔵
量の関係を表すグラフ。

【図７】同実施の形態に係る、ＮＯｘ吸蔵能力測定によ
る劣化判定フローチャート。

【図８】同実施の形態に係る、ＮＯｘ還元時のＮＯｘ放
出量を表すグラフ。

【図９】同実施の形態に係る、ＮＯｘ放出量、ＮＯｘ低
減量、ＮＯｘ放出量変化による劣化判定フローチャー
ト。

【符号の説明】

１ エンジン １０ 燃料供給系 １１ サプライポンプ １２ コモンレール １３ 燃料噴射弁 １４ 遮断弁 １７ 燃料添加ノズル ２０ 燃焼室 ３０ 吸気系 ３１ インタークーラ ３２ スロットル弁 ４０ 排気系 ４０ａ 排気集合管 ４０ｂ 排気通路 ４０ｃ 排気通路 ４２ 触媒ケーシング ４２ｂ ＮＯｘ触媒 ５０ ターボチャージャ ５１ シャフト ５２ タービンホイール ５３ コンプレッサ ６０ ＥＧＲ通路 ６１ ＥＧＲ弁 ６２ ＥＧＲクーラ ７０ レール圧センサ ７１ 燃圧センサ ７２ エアフローメータ ７３ 酸素濃度センサ ７４ 触媒流出排気温度センサ ７６ アクセル開度センサ ７７ クランク角センサ ７８ ＮＯｘセンサ ８０ 電子制御装置（ＥＣＵ） ８１ 中央演算処理装置（ＣＰＵ） ８２ 読み出し専用メモリ（ＲＯＭ） ８３ ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ） ８４ バックアップＲＡＭ ８５ タイマカウンタ ８６ 入力ポート ８７ 出力ポート ８８ 双方向バス Ｐ１ 機関燃料通路 Ｐ２ 添加燃料通路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/36 Ｆ０１Ｎ 3/36 Ａ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１４ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１４Ｚ (72)発明者 林 孝太郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 石山 忍 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 曲田 尚史 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小林 正明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 大羽 孝宏 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 DA27 EA07 EA11 EB08 EB22 FA00 FA28 3G091 AA10 AA11 AA18 AB06 AB09 BA07 BA14 BA15 BA19 BA33 CA18 EA00 EA07 EA09 EA17 EA18 EA33 EA34 FA01 GA06 GB02Y GB03Y GB04Y GB05W GB06W GB17X HA37

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気通路中に設けられ酸素濃度
   過剰雰囲気で排気中のＮＯｘを吸蔵すると共に酸素濃度
   低下雰囲気中で吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒
   と、 排気雰囲気を酸素濃度過剰雰囲気と酸素濃度低下雰囲気
   とに繰り返し変化させて前記ＮＯｘ触媒中のＮＯｘを断
   続的に放出させる再生手段と、 前記ＮＯｘ触媒の下流に設けられ排気中のＮＯｘ濃度を
   検出すると共に、前記再生手段によりＮＯｘ触媒の再生
   を実施した際にＮＯｘ触媒より断続的に放出されるＮＯ
   ｘ濃度を各々検出するＮＯｘ濃度検出手段と、 前記再生手段によりＮＯｘ触媒の再生を所定の期間に連
   続して行い、この期間中に前記ＮＯｘ濃度検出手段によ
   り検出したＮＯｘ濃度の変化率及び変位差に基づいて該
   触媒の劣化状態を判断する劣化判定手段とを備えた排気
   浄化装置の劣化判定装置。
2. 【請求項２】前記ＮＯｘ濃度検出手段により、前記再生
   手段によるＮＯｘ触媒の再生を実施する前と実施した後
   のＮＯｘ濃度を検出し、前記再生の実施前と実施後の検
   出値の差に基づいて該触媒の劣化状態を判断する劣化判
   定手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の排気
   浄化装置の劣化判定装置。
3. 【請求項３】前記ＮＯｘ濃度検出手段で検出したＮＯｘ
   濃度に基づいて、前記ＮＯｘ濃度の極大値を検出するＮ
   Ｏｘ濃度極大値検出手段を有することを特徴とする請求
   項１又は２に記載の排気浄化装置の劣化判定装置。
4. 【請求項４】前記ＮＯｘ濃度極大値検出手段で極大値を
   検出し、所定の期間内で最初に発生するＮＯｘ濃度の極
   大値に対する最後に発生するＮＯｘ濃度の極大値の変化
   率及び変位差に基づいて、該触媒の劣化状態を判断する
   劣化判定手段を備えることを特徴とする請求項１〜３何
   れかに記載の排気浄化装置の劣化判定装置。
5. 【請求項５】内燃機関の排気通路中に設けられ酸素濃度
   過剰雰囲気で排気中のＮＯｘを吸蔵すると共に酸素濃度
   低下雰囲気中で吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒
   と、 内燃機関より排出されて前記ＮＯｘ触媒に流入する排気
   中のＮＯｘ量を検出する触媒流入ＮＯｘ量検出手段と、 前記触媒より流出する排気中のＮＯｘ量を検出する触媒
   流出ＮＯｘ量検出手段と、 前記触媒流入ＮＯｘ量検出手段と触媒流出ＮＯｘ量検出
   手段とにより、検出されたＮＯｘ量の差より該ＮＯｘ触
   媒に吸蔵されたＮＯｘ量を検出する吸蔵ＮＯｘ量検出手
   段と、 この吸蔵ＮＯｘ量検出手段より検出されたＮＯｘ吸蔵量
   に基づいて該触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段と
   を備えた排気浄化装置の劣化判定装置。
6. 【請求項６】酸素濃度過剰雰囲気で排気中のＮＯｘを吸
   蔵すると共に酸素濃度低下雰囲気中で吸蔵したＮＯｘを
   放出するＮＯｘ触媒が、内燃機関の排気通路に設けられ
   た排気浄化装置に設けられ、このＮＯｘ触媒の下流で排
   気中のＮＯｘ濃度を検出すると共に、排気雰囲気を所定
   の期間内に酸素濃度過剰雰囲気と酸素濃度低下雰囲気と
   に繰り返し変化させて前記ＮＯｘ触媒中のＮＯｘを断続
   的に排気中に放出させてこの放出されたＮＯｘ濃度を求
   め、所定の期間内で各々のＮＯｘ濃度の変化率及び変位
   差に基づいて該排気浄化装置の劣化状態を判定する排気
   浄化装置の劣化判定方法。
7. 【請求項７】酸素濃度過剰雰囲気で排気中のＮＯｘを吸
   蔵すると共に酸素濃度低下雰囲気中で吸蔵したＮＯｘを
   放出するＮＯｘ触媒が、内燃機関の排気通路に設けられ
   た排気浄化装置に設けられ、このＮＯｘ触媒の下流で排
   気中のＮＯｘ濃度を検出すると共に、排気雰囲気を所定
   の期間内に酸素濃度過剰雰囲気と酸素濃度低下雰囲気と
   に繰り返し変化させて、前記ＮＯｘ触媒中のＮＯｘを断
   続的に排気中に放出させる前と放出させた後とのＮＯｘ
   濃度の検出結果に基づいて該排気浄化装置の劣化状態を
   判定する排気浄化装置の劣化判定方法。
8. 【請求項８】酸素濃度過剰雰囲気で排気中のＮＯｘを吸
   蔵すると共に酸素濃度低下雰囲気中で吸蔵したＮＯｘを
   放出するＮＯｘ触媒が、内燃機関の排気通路に設けられ
   た排気浄化装置に設けられ、このＮＯｘ触媒の上流と下
   流とで排気中のＮＯｘ濃度を検出してこの検出結果から
   該ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘ量を検出し、このＮＯ
   ｘ量の検出結果に基づいて該排気浄化装置の劣化状態を
   判定することを特徴とする排気浄化装置の劣化判定方
   法。