JP2007192169A - 触媒の劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 還元剤の供給中に、触媒において発生したＮＨ３の影響を受けることなく、触媒の劣化を精度良く判定することができる触媒の劣化判定装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関３の排気系５に設けられ、還元剤が供給されたときに、還元剤により排ガス中のＮＯｘを還元し、浄化する触媒７の劣化を判定する触媒の劣化判定装置１であって、排気系５の触媒７よりも下流側において排ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ１４を有し、還元剤の供給中であるか否かを判別し（ステップ４）、還元剤の供給中に触媒７においてＮＨ３が発生する発生タイミングを推定し（図３，ステップ１０、３１）、還元剤の供給中でかつ推定された発生タイミングの前に検出されたＮＯｘ濃度ＣＮＯｘに基づいて、触媒７の劣化を判定する（ステップ１１、１３、１４、１６）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の排気管に設けられ、還元剤が供給されたときに、この還元剤により排ガス中のＮＯｘを還元し、浄化する触媒の劣化を判定する触媒の劣化判定装置に関する。

従来、この種の劣化判定装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この劣化判定装置は、ＮＯｘ触媒が次のような特性を有することを前提として、ＮＯｘ触媒の劣化を判定する。具体的には、ＮＯｘ触媒は、排ガス中の酸素濃度が高いときには、排ガス中のＮＯｘを捕捉する一方、ＮＯｘ触媒の捕捉能力を回復するために、内燃機関に供給される燃料の増量などにより排ガス中に還元剤が供給され、排ガスが還元雰囲気に制御されたときには、捕捉したＮＯｘをＮＯ２として放出する。以下、このように排ガスを還元雰囲気に制御することを「リッチ化制御」という。

また、この従来の劣化判定装置は、排気管のＮＯｘ触媒よりも下流側にＮＯｘ濃度センサを有しており、リッチ化制御中にこのＮＯｘ濃度センサで検出された排ガス中のＮＯｘ濃度の平均値を算出する。そして、算出された平均値が所定の判定値よりも小さいときには、リッチ化制御までにＮＯｘ触媒に捕捉されていたＮＯｘ量が小さく、その捕捉能力が低下しているとして、ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する。

上述したように、従来の劣化判定装置は、リッチ化制御中にＮＯｘ触媒がＮＯｘをＮＯ２として放出するという前提に基づいて、ＮＯｘ触媒の劣化を判定する。しかし、この種のＮＯｘ触媒では、リッチ化制御中に、捕捉したＮＯｘのすべてがＮＯ２として放出されるのではなく、少なくともＮＯｘの一部は、還元剤によって還元され、Ｎ２となって放出される。このＮ２はＮＯｘ濃度センサで検出されないため、検出されたＮＯｘ濃度は、ＮＯｘ触媒で捕捉されたＮＯｘの量を表さず、その結果、従来の劣化判定装置では、触媒の劣化を精度良く判定できない。

また、ＮＯｘ触媒では、その劣化の有無にかかわらず、リッチ化制御中、ＮＯｘの還元が完全に行われないことによって、ＮＨ３が発生する場合がある。また、このＮＨ３の発生の仕方は、排ガス中の還元剤の量や触媒の温度などによって変化する。さらに、ＮＯｘ濃度センサには、排ガス中のＮＨ３の濃度を含めてＮＯｘ濃度を検出するタイプのものがあり、このタイプのＮＯｘ濃度センサでは、ＮＨ３が発生した場合、ＮＯｘ濃度が見かけ上、増大してしまう。このため、そのようなタイプのＮＯｘ濃度センサで検出されたＮＯｘ濃度に基づいて劣化を判定した場合には、このＮＨ３の影響によって、その判定精度を保てないおそれがある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、還元剤の供給中に、触媒において発生したＮＨ３の影響を受けることなく、触媒の劣化を精度良く判定することができる触媒の劣化判定装置を提供することを目的とする。

特開平１１−２９４２４９号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、内燃機関３の排気系（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管５）に設けられ、還元剤が供給されたときに、還元剤により排ガス中のＮＯｘを還元し、浄化する触媒（三元触媒７）の劣化を判定する触媒の劣化判定装置１であって、排気系の触媒よりも下流側において排ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ１４と、触媒への還元剤の供給中であるか否かを判別する還元剤供給判別手段（ＥＣＵ２、ステップ４）と、還元剤の供給中に触媒においてＮＨ３が発生する発生タイミングを推定する発生タイミング推定手段（ＥＣＵ２、図３，ステップ１０、３１）と、還元剤の供給中でかつ推定された発生タイミングの前に検出されたＮＯｘ濃度ＣＮＯｘに基づいて、触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段（ＥＣＵ２、ステップ１１、１３、１４、１６）と、を備えることを特徴とする。

この触媒の劣化判定装置によれば、排気系の触媒よりも下流側を流れる排ガス中のＮＯｘ濃度が、ＮＯｘ濃度センサにより検出され、ＮＯｘ還元用の還元剤の供給中であるか否かが、還元剤供給判別手段により判別されるとともに、発生タイミング推定手段によって、還元剤の供給中に触媒においてＮＨ３が発生する発生タイミングが推定される。また、還元剤の供給中でかつ推定した発生タイミングの前に検出されたＮＯｘ濃度に基づいて、触媒劣化判定手段により触媒の劣化が判定される。

触媒が劣化した場合には、触媒の還元能力が低下するので、還元剤の供給中、触媒で還元され、浄化されるＮＯｘの量が低下し、その結果、触媒の下流側を流れる排ガス中のＮＯｘ濃度、すなわち、ＮＯｘ濃度センサで検出されたＮＯｘ濃度は大きくなる。したがって、上述したように、還元剤の供給中にＮＯｘ濃度センサで検出されたＮＯｘ濃度に基づいて、触媒の劣化を判定することができる。また、上述したように、還元剤の供給中、触媒においてＮＨ３が発生する発生タイミングを推定するとともに、推定された発生タイミングの前に検出されたＮＯｘ濃度に基づいて触媒の劣化を判定するので、触媒においてＮＨ３が発生しても、その影響を排除でき、したがって、触媒の劣化を精度良く判定することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の触媒の劣化判定装置１において、内燃機関３の運転状態を検出する運転状態検出手段（エアーフローセンサ１１、ＬＡＦセンサ１２、排ガス温度センサ１３、ＥＣＵ２、ステップ２３）をさらに備え、発生タイミング推定手段は、検出された運転状態に応じて、触媒におけるＮＨ３の発生の遅れ時間τを算出する遅れ時間算出手段（ＥＣＵ２、図３）を有し、触媒への還元剤の供給の開始後、算出された遅れ時間τが経過したタイミング（ステップ１０：ＮＯ）を、発生タイミングとして推定することを特徴とする。

この構成によれば、検出された内燃機関の運転状態に応じて、触媒におけるＮＨ３の発生の遅れ時間が、遅れ時間算出手段により算出される。また、還元剤の供給の開始後、この算出された遅れ時間が経過したタイミングを発生タイミングとして推定するので、発生タイミングを、内燃機関の運転状態に応じて適切に推定でき、それにより、劣化判定に及ぼすＮＨ３の影響を確実に排除することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の触媒の劣化判定装置１において、発生タイミング推定手段は、触媒への還元剤の供給中、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが増大し始めたタイミング（ステップ３１：ＹＥＳ）を発生タイミングとして推定することを特徴とする。

この構成によれば、還元剤の供給中、ＮＯｘ濃度が増大し始めたタイミングが発生タイミングとして推定される。還元剤の供給中、触媒においてＮＨ３が発生した場合には、前述したようにこのＮＨ３分の濃度がＮＯｘ濃度センサの検出値に含まれることによって、ＮＯｘ濃度が見かけ上増大する。したがって、上述したように、検出されたＮＯｘ濃度が増大し始めたタイミングを発生タイミングとして推定することによって、実際にＮＨ３が発生したタイミングを適切に推定でき、それにより、劣化判定に及ぼすＮＨ３の影響を確実に排除することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施形態による触媒の劣化判定装置１、およびこれを適用した内燃機関３を示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載されたガソリンエンジンである。

エンジン３のシリンダヘッド（図示せず）には、吸気管４および排気管５（排気系）がそれぞれ接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６が、燃焼室（図示せず）に臨むように取り付けられている。

インジェクタ６は、燃焼室の天壁中央部に配置されており、燃料タンクの燃料を燃焼室に噴射する。インジェクタ６の燃料噴射量ＱＩＮＪは、ＥＣＵ２によって設定され、ＥＣＵ２からの駆動信号により、設定した燃料噴射量ＱＩＮＪが得られるように、インジェクタ６の開弁時間が制御される。

吸気管４には、エアフローセンサ１１（運転状態検出手段）が設けられており、エアフローセンサ１１は、吸入空気量ＱＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

排気管５には、三元触媒７（触媒）が設けられている。三元触媒７は、所定温度（例えば３００℃）以上で活性化し、排ガス中のＨＣやＣＯを排ガス中の酸素により酸化するとともに、排ガス中のＮＯｘを排ガス中のＨＣやＣＯにより還元することによって、排ガスを浄化する。

また、排気管５には、三元触媒７の上流側に、ＬＡＦセンサ１２および排ガス温度センサ１３が設けられている。ＬＡＦセンサ１２は、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排ガス中の酸素濃度ＶＬＡＦをリニアに検出する。ＥＣＵ２は、ＬＡＦセンサ１２で検出された酸素濃度ＶＬＡＦに基づいて、燃焼室で燃焼した混合気の空燃比を表す実空燃比Ａ／ＦＡＣＴを算出する。排ガス温度センサ１３は、排ガス温度ＴＥＸＧを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、排気管５には、三元触媒７の下流側に、ＮＯｘ濃度センサ１４が設けられている。ＮＯｘ濃度センサ１４は、酸素イオン伝導性の電解質層および電極を組み合わせた酸素ポンプセルなどによって構成されており、三元触媒７の下流側を流れる排ガス中のＮＯｘの濃度（以下「ＮＯｘ濃度」という）ＣＮＯｘを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、ＥＣＵ２には、エンジン回転数センサ１５（運転状態検出手段）からエンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを表す検出信号が、出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種のセンサ１１〜１５からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。また、ＥＣＵ２は、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、燃料噴射量ＱＩＮＪの制御を含むエンジン制御処理や、三元触媒７の劣化を判定する劣化判定処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２は、還元剤供給判別手段、発生タイミング推定手段、触媒劣化判定手段、運転状態検出手段、および遅れ時間算出手段に相当する。

次に、図２を参照しながら、本発明の第１実施形態による劣化判定処理について説明する。本処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、判定終了フラグＦ＿ＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、後述する劣化判定が終了しているときには、アップカウント式のリッチタイマのタイマ値ＴＭＲＩＣＨを値０にリセットする（ステップ２）とともに、遅れ時間算出終了フラグＦ＿τＤＯＮＥを「０」にリセットし（ステップ３）、本処理を終了する。なお、判定終了フラグＦ＿ＤＯＮＥは、エンジン３の始動時に「０」にリセットされるものであり、劣化判定は、エンジン３の始動から停止までの１運転サイクルごとに１回行われる。

一方、上記ステップ１の答がＮＯのときには、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴが所定のしきい値α（例えば０．９×１４．７（理論空燃比））よりも小さいか否かを判別する（ステップ４）。この答がＮＯで、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴが理論空燃比に対してリーンまたは弱リッチのときには、三元触媒７へのＨＣ、ＣＯなどの還元剤の供給中でないとして、劣化を判定することなく、上記ステップ２以降を実行する。これは、本処理では、後述するように三元触媒７の浄化率に基づいて劣化を判定するのに対し、還元剤が供給されていないときには、三元触媒７の劣化の有無にかかわらず、三元触媒７においてＮＯｘの還元・浄化がもともと行われないため、浄化率に基づく判定を適切に行うことができないからである。

一方、上記ステップ４の答がＹＥＳで、三元触媒７への還元剤の供給中のときには、第１空燃比変化量ＤＡ／Ｆ１が所定のしきい値ωよりも小さい状態が所定時間Ｔα（例えば１ｓｅｃ）、継続したか否かを判別する（ステップ５）。この第１空燃比変化量ＤＡ／Ｆ１は、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴの今回値と前回値との差の絶対値である。

このステップ５の答がＮＯのときには、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴが安定していないとして、劣化を判定することなく、そのまま本処理を終了する。これは、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴが安定していないときには、還元剤の量やエンジン３で生成されるＮＯｘの量が安定しておらず、それにより三元触媒７の浄化率が変化することによって、劣化の判定精度が低下するおそれがあるためである。

一方、上記ステップ５の答がＹＥＳのときには、遅れ時間算出終了フラグＦ＿τＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別し（ステップ６）、その答がＮＯのときには、遅れ時間τを算出する（ステップ７）。この遅れ時間τは、三元触媒７への還元剤の供給の開始後、三元触媒７においてＮＯｘの不完全な還元によりＮＨ３が発生するまでに要する時間に相当する。

図３は、この遅れ時間τの算出処理を示している。まず、ステップ２１では、遅れ時間τの基本値τＢＡＳＥを算出する。この基本値τＢＡＳＥは、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴに応じ、図４に示すτＢＡＳＥテーブルを検索することによって算出される。τＢＡＳＥテーブルでは、基本値τＢＡＳＥは、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴが小さく、リッチであるほど、より小さな値に設定されている。これは、空燃比Ａ／ＦＡＣＴがリッチであるほど、すなわち三元触媒７に供給される還元剤の量が多いほど、三元触媒７におけるＮＯｘの還元動作がより速く行われ、それに伴い、ＮＨ３の発生タイミングもまたより早くなるためである。

次のステップ２２以降では、基本値τＢＡＳＥを補正するための各種の補正係数を算出する。まず、ステップ２２では、温度補正係数ＫＴを、排ガス温度ＴＥＸＧに応じ、図５に示すＫＴテーブルを検索することによって算出する。このＫＴテーブルでは、温度補正係数ＫＴは、排ガス温度ＴＥＸＧが所定温度ＴＲＥＦ（例えば２００℃）未満のときには、ＴＥＸＧが低いほど、より大きな値に設定され、ＴＲＥＦ以上のときには、ＴＥＸＧが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、排ガス温度ＴＥＸＧが所定温度ＴＲＥＦ未満のときには、ＴＥＸＧが低いほど、三元触媒７の活性化の度合が低く、三元触媒７において還元反応が行われにくいことで、ＮＨ３の発生タイミングが遅くなるためである。また、排ガス温度ＴＥＸＧが所定温度ＴＲＥＦ以上のときには、三元触媒７が高温であるために、発生したＮＨ３が分解されやすくなり、ＴＥＸＧが高いほど、その分解の度合が高く、ＮＨ３の実質的な発生タイミングが遅くなるためである。

次いで、三元触媒７における排ガスの空間速度（以下、単に「空間速度」という）ＳＶを、吸入空気量ＱＡおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出する（ステップ２３）。

次に、算出した空間速度ＳＶに応じ、図６に示すＫＳＶテーブルを検索することによって、空間速度補正係数ＫＳＶを算出する（ステップ２４）。このＫＳＶテーブルでは、空間速度補正係数ＫＳＶは、空間速度ＳＶが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、空間速度ＳＶが大きく、排ガスの流速が大きいほど、ＮＯｘが三元触媒７の壁面に接触しにくくなり、それに伴い、三元触媒７においてＮＯｘの還元反応が行われにくくなることによって、ＮＨ３の発生タイミングが遅くなるためである。

次いで、第２空燃比変化量ＤＡ／Ｆ２を算出する（ステップ２５）。この第２空燃比変化量ＤＡ／Ｆ２は、前記ステップ４の判別においてＡ／ＦＡＣＴ＜αが成立する直前における実空燃比Ａ／ＦＡＣＴから成立する直後の実空燃比Ａ／ＦＡＣＴを減算することによって算出される。

次に、算出した第２空燃比変化量ＤＡ／Ｆ２に応じ、図７に示すＫＤＡ／Ｆテーブルを検索することによって、空燃比変化量補正係数ＫＤＡ／Ｆを算出する（ステップ２６）。このＫＤＡ／Ｆテーブルでは、空燃比変化量補正係数ＫＤＡ／Ｆは、第２空燃比変化量ＤＡ／Ｆ２が大きいほど、より小さな値に設定されている。これは、第２空燃比変化量ＤＡ／Ｆ２が大きいほど、すなわち、リッチ空燃比への変化速度が速いほど、ＮＯｘが三元触媒７において不完全に還元されやすくなり、それにより、ＮＨ３の発生タイミングが早くなるためである。

次いで、次式（１）のように、ステップ２１で算出した基本値τＢＡＳＥに、ステップ２２、２４および２６でそれぞれ算出した温度補正係数ＫＴ、空間速度補正係数ＫＳＶおよび空燃比変化量補正係数ＫＤＡ／Ｆを乗算することによって、遅れ時間τを算出し（ステップ２７）、本処理を終了する。
τ＝τＢＡＳＥ・ＫＴ・ＫＳＶ・ＫＤＡ／Ｆ …… （１）

図２に戻り、前記ステップ７に続くステップ８では、遅れ時間τの算出が終了したことを表すために、遅れ時間算出終了フラグＦ＿τＤＯＮＥを「１」にセットし、ステップ９に進む。このステップ８の実行により、前記ステップ６の答がＹＥＳになり、その場合には、ステップ７および８をスキップし、ステップ９に進む。

このステップ９では、算出した遅れ時間τが所定時間Ｔβ（例えば１．５ｓｅｃ）よりも長いか否かを判別する。この答がＮＯのときには、遅れ時間τが短すぎ、還元剤の供給開始後、ＮＨ３がすぐに発生するような状況であるため、劣化判定を行わず、そのまま本処理を終了する。

一方、上記ステップ９の答がＹＥＳのときには、前記ステップ２でセットしたリッチタイマのタイマ値ＴＭＲＩＣＨが遅れ時間τよりも小さいか否かを判別する（ステップ１０）。この答がＹＥＳのとき、すなわち、三元触媒７への還元剤の供給開始後、遅れ時間τが経過していないときには、三元触媒７の浄化率ηＮＯｘを次式（２）によって算出する（ステップ１１）。
ηＮＯｘ＝（ＵＣＮＯｘ−ＣＮＯｘ）／ＵＣＮＯｘ …… （２）
ここで、ＵＣＮＯｘは、三元触媒７の上流側のＮＯｘの濃度（以下「上流側ＮＯｘ濃度」という）であり、以下のようにして算出される。

すなわち、まず、上流側ＮＯｘ濃度の基本値ＵＣＮＯｘＢを、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出する。このマップでは、基本値ＵＣＮＯｘＢは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また、燃料噴射量ＱＩＮＪが大きいほど、燃焼ガス温度がより高く、それにより、エンジン３で生成されるＮＯｘの量がより多くなるため、より大きな値に設定されている。次いで、算出した基本値ＵＣＮＯｘＢを、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴがリッチであるほどより小さな値に補正することによって、上流側ＮＯｘ濃度ＵＣＮＯｘを算出する。

次いで、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、判定値γを算出し（ステップ１２）、本処理を終了する。このマップは、劣化していない場合の三元触媒７の浄化率を、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じて、実験により求め、判定値γとして記憶したものである。

一方、前記ステップ１０の答がＮＯで、還元剤の供給開始後、遅れ時間τが経過したときには、三元触媒７においてＮＨ３が発生したタイミングであるとして、そのときまでに得られている浄化率ηＮＯｘ、すなわち遅れ時間τが経過する直前に算出された浄化率ηＮＯｘが、判定値γよりも大きいか否かを判別する（ステップ１３）。この答がＹＥＳで、浄化率ηＮＯｘが大きいときには、三元触媒７においてＮＯｘが十分に還元され、浄化されているとして、三元触媒７が劣化していないと判定し、そのことを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＮＧを「０」にセットする（ステップ１４）。次いで、判定終了フラグＦ＿ＤＯＮＥを「１」にセットし（ステップ１５）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ１３の答がＮＯで、浄化率ηＮＯｘが小さいときには、三元触媒７においてＮＯｘが十分には還元されていないとして、三元触媒７が劣化していると判定し、触媒劣化フラグＦ＿ＮＧを「１」にセットし（ステップ１６）、上記ステップ１５を実行する。

図８は、エンジン３の運転を理論空燃比よりもリーンなリーン運転とリッチなリッチ運転との間で切り換えたときのＮＯｘ濃度ＣＮＯｘや浄化率ηＮＯｘなどの推移の一例を示している。同図に示すように、エンジン３の運転がリーン運転からリッチ運転に移行すると、それに伴い、上流側ＮＯｘ濃度ＵＣＮＯｘ（一点鎖線で図示）が若干、低下するとともに、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴがしきい値αを下回るようになり（ステップ４：ＹＥＳ）（時点ｔ１）、還元剤の供給が開始される。そして、その後、第１空燃比変化量ＤＡ／Ｆ１がしきい値ωよりも小さい状態が所定時間Ｔα、継続したときに（ステップ５：ＹＥＳ）（時点ｔ２）、浄化率ηＮＯｘおよび判定値γが算出される（ステップ１１、１２）。また、供給された還元剤により三元触媒７においてＮＯｘが還元されることによって、三元触媒７よりも下流側のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘは、上流側ＮＯｘ濃度ＵＣＮＯｘよりも小さくなる。

三元触媒７が劣化していないときには、還元剤の供給中、三元触媒７でＮＯｘの還元が十分に行われることによって、実線で示すように、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが非常に小さくなり、浄化率ηＮＯｘは、判定値γを大きく上回る。したがって、ηＮＯｘ＞γのときに、三元触媒７が劣化していないと判定することができる。これに対し、三元触媒７が劣化したときには、三元触媒７においてＮＯｘの還元が十分に行われないため、二点鎖線で示すように、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘは、非劣化時よりも大きくなり、浄化率ηＮＯｘは、判定値γを下回るようになる。したがって、ηＮＯｘ≦γのときに、三元触媒７が劣化していると判定することができる。そして、還元剤の供給が終了し、リーン運転が再開されると（時点ｔ３以降）、上流側ＮＯｘ濃度ＵＣＮＯｘおよびＮＯｘ濃度ＣＮＯｘは、元の状態に戻る。

また、図９は、リッチ運転による還元剤の供給中、劣化していない三元触媒７においてＮＨ３が発生した場合のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘや浄化率ηＮＯｘなどの推移の一例を示している。同図に示すように、還元剤の供給中、三元触媒７においてＮＨ３が発生すると（時点ｔ４以降）、このＮＨ３分の濃度がＮＯｘ濃度ＣＮＯｘに含まれることによって、その分、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが見かけ上、増大する。それに伴い、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘに基づいて算出される浄化率ηＮＯｘは、三元触媒７が劣化していないにもかかわらず、見かけ上、低下し、判定値γを下回る。

これに対して、本実施形態によれば、前述したように、還元剤の供給開始後、ＮＨ３が発生するまでに要する時間に相当する遅れ時間τを算出する（ステップ７）とともに、この遅れ時間τが経過する直前、すなわちＮＨ３が発生するタイミングの直前に算出された浄化率ηＮＯｘを劣化判定に用いる（ステップ１０、１１、１３）。したがって、ＮＨ３の影響を受けることなく、三元触媒７の劣化を精度良く判定することができる。

また、遅れ時間τを、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴ、排ガス温度ＴＥＸＧ、空間速度ＳＶおよび第２空燃比変化量ＤＡ／Ｆ２に応じて算出する。したがって、ＮＨ３の発生タイミングをエンジン３の運転状態や三元触媒７の温度状態などに応じて適切に推定でき、それにより、劣化判定に及ぼすＮＨ３の影響を確実に排除することができる。

なお、本実施形態では、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴが安定しているか否かを判定するために第１空燃比変化量ＤＡ／Ｆ１と比較されるしきい値ωを、一定値に設定しているが、次のようにして設定してもよい。すなわち、ＮＯｘ濃度センサ１４の検出精度は、エンジン３の運転状態、例えば、エンジン回転数ＮＥ、燃料噴射量ＱＩＮＪ、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴや空間速度ＳＶに応じて変化するので、これらのパラメータに応じて、しきい値ωを設定してもよい。

次に、図１０を参照しながら、本発明の第２実施形態による劣化判定処理について説明する。本処理は、上述した第１実施形態による図２の処理と比較して、三元触媒７におけるＮＨ３の発生タイミングを推定する手法のみが異なっている。このため、図１０において、第１実施形態と同じ実行内容の部分については、同じステップ番号を付するとともに、以下、第１実施形態と異なる実行内容を中心として説明する。

前記ステップ１の答がＹＥＳのとき（Ｆ＿ＤＯＮＥ＝１）、またはステップ４の答がＮＯのとき（Ａ／ＦＡＣＴ≧α）には、そのまま本処理を終了する。また、前記ステップ５の答がＹＥＳで、第１空燃比変化量ＤＡ／Ｆ１が所定のしきい値ωよりも小さい状態が所定時間Ｔα、継続したときには、ＮＯｘ濃度変化量ＤＣＮＯｘが所定の正のしきい値ＤＮＯｘＲＥＦよりも大きいか否かを判別する（ステップ３１）。このＮＯｘ濃度変化量ＤＣＮＯｘは、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘの今回値から前回値を減算することによって算出される。ステップ３１の答がＮＯのときには、前記ステップ１１以降を実行し、浄化率ηＮＯｘおよび判定値γを算出する。

一方、上記ステップ３１の答がＹＥＳになったとき、すなわちＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが増大し始めたときには、ＮＨ３が発生したと推定する。次いで、前記ステップ１３以降を実行し、前述したように、ＮＨ３が発生する直前に算出された浄化率ηＮＯｘに基づいて、劣化を判定する。

以上のように、本実施形態によれば、還元剤の供給中、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが増大し始めたタイミングを、三元触媒７においてＮＨ３が発生したタイミングとして推定するので、実際にＮＨ３が発生したタイミングを適切に推定することができる。また、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが増大し始めたタイミングの判定を、前記ステップ４および５の答がＹＥＳのとき、すなわち、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴが安定しており、還元剤の量および生成されるＮＯｘの量が安定していることを条件として行うので、ＮＨ３の発生タイミングをより精度良く推定することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態は、触媒として三元触媒７を用いた例であるが、排ガス中のＮＯｘを供給された還元剤により還元し、浄化する触媒であれば、他の適当な触媒、例えば、排ガス中の酸素濃度が高いときにＮＯｘを捕捉するとともに、捕捉したＮＯｘを還元雰囲気下で還元するＮＯｘ触媒を用いてもよい。また、実施形態では、還元剤の供給を、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴを理論空燃比よりもリッチ側に制御することによって行っているが、還元剤としての燃料を触媒に直接、供給することによって行ってもよい。

さらに、実施形態では、劣化を判定するためのパラメータとして、浄化率ηＮＯｘを用いているが、他の適当なパラメータ、例えば、還元剤の供給中においてＮＨ３が発生する前に検出されたＮＯｘ濃度ＣＮＯｘをそのまま用いてもよい。また、実施形態では、ＮＨ３の発生タイミングの推定を、エンジン３の運転状態に応じて算出した遅れ時間τやＮＯｘ濃度ＣＮＯｘの実際の増加開始タイミングに基づいて行っているが、推定可能な他の適当なパラメータに基づいて行ってもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本実施形態による触媒の劣化判定装置、およびこれを適用した内燃機関を概略的に示す図である。 本発明の第１実施形態による劣化判定処理を示すフローチャートである。 図２のステップ７のτ算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 図３の処理で用いられるτＢＡＳＥテーブルの一例である。 図３の処理で用いられるＫＴテーブルの一例である。 図３の処理で用いられるＫＳＶテーブルの一例である。 図３の処理で用いられるＫＤＡ／Ｆテーブルの一例である。 エンジンの運転の切換に伴うＮＯｘ濃度などの推移の一例を、三元触媒の劣化時および非劣化時について示すタイミングチャートである。 エンジンの運転の切換に伴うＮＯｘ濃度などの推移の一例を、三元触媒においてＮＨ３が発生した場合について示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態による劣化判定処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 劣化判定装置
２ ＥＣＵ（還元剤供給判別手段、発生タイミング推定手段、触媒劣化判定手段、運転
状態検出手段、遅れ時間算出手段）
３ エンジン
５ 排気管（排気系）
７ 三元触媒（触媒）
１１ エアーフローセンサ（運転状態検出手段）
１２ ＬＡＦセンサ（運転状態検出手段）
１３ 排ガス温度センサ（運転状態検出手段）
１４ ＮＯｘ濃度センサ
ＣＮＯｘ ＮＯｘ濃度
τ 遅れ時間

Claims (3)

1. 内燃機関の排気系に設けられ、還元剤が供給されたときに、当該還元剤により排ガス中のＮＯｘを還元し、浄化する触媒の劣化を判定する触媒の劣化判定装置であって、
   前記排気系の前記触媒よりも下流側において排ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサと、
   前記触媒への前記還元剤の供給中であるか否かを判別する還元剤供給判別手段と、
   前記還元剤の供給中に前記触媒においてＮＨ３が発生する発生タイミングを推定する発生タイミング推定手段と、
   前記還元剤の供給中でかつ前記推定された発生タイミングの前に検出された前記ＮＯｘ濃度に基づいて、前記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、
   を備えることを特徴とする触媒の劣化判定装置。
2. 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに備え、
   前記発生タイミング推定手段は、
   前記検出された運転状態に応じて、前記触媒におけるＮＨ３の発生の遅れ時間を算出する遅れ時間算出手段を有し、
   前記触媒への前記還元剤の供給の開始後、前記算出された遅れ時間が経過したタイミングを、前記発生タイミングとして推定することを特徴とする、請求項１に記載の触媒の劣化判定装置。
3. 前記発生タイミング推定手段は、前記触媒への前記還元剤の供給中、前記ＮＯｘ濃度が増大し始めたタイミングを前記発生タイミングとして推定することを特徴とする、請求項１に記載の触媒の劣化判定装置。

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