JP2009209781A - 車両用排気浄化触媒の劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化触媒に供給される反応物質の量が少ない場合であっても、排気浄化触媒の劣化を判定することのできる車両用排気浄化触媒の劣化判定装置を提供する。
【解決手段】電子制御装置５０は、上流側排気温センサ５５によって検出される上流側排気温と、下流側排気温センサ５６によって検出される下流側排気温とに基づいてＰＭフィルタ４２を通過する排気の通過前後の状態を比較することによりＰＭフィルタ４２に担持されたＮＯｘ吸蔵還元触媒における排気浄化反応の反応量を推定する。電子制御装置５０は、触媒床温がＮＯｘ吸蔵還元触媒の活性化が完了する活性化温度未満であり且つ同触媒床温の上昇に伴って同ＮＯｘ吸蔵還元触媒における排気浄化反応の反応量が増大する温度域にあるときに、同触媒床温と前記推定される反応量との関係に基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化を判定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、車載内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒の劣化を判定する車両用排気浄化触媒の劣化判定装置に関する。

内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒は、長期間にわたる使用によって次第に劣化し、その排気浄化能力が低下する。このように劣化した排気浄化触媒をそのまま使用し続けると排気性状が悪化するため、劣化した排気浄化触媒を交換する等、メンテナンスを行う必要がある。そして、こうしたメンテナンスを適切なタイミングで行うためには、排気浄化触媒の劣化の進行度合を正確に把握することが必要となる。

ここで、排気浄化反応が生じているときには、その反応熱によって排気浄化触媒を通過する際に排気の温度が上昇するが、排気浄化触媒の劣化が進行して排気浄化反応が生じにくくなると、排気浄化反応による反応熱が小さくなるため、排気の温度上昇量も低下することとなる。すなわち、排気浄化触媒を通過する際の排気の温度上昇量は、排気浄化触媒の劣化度合と相関を有して変化することとなる。

そこで、特許文献１に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置では、排気通路における排気浄化触媒よりも下流側の部位に排気温センサを設け、排気浄化触媒を通過した排気の温度を検出するようにしている。尚、図１２に示されるように排気浄化触媒は触媒床温の上昇とともに活性化し、活性化温度ＴＨａｃｔ以上にまで触媒床温が上昇したときに排気浄化反応が最も促進された状態になる。そのため、特許文献１に記載の劣化判定装置では、触媒床温が活性化温度ＴＨａｃｔ以上になり排気浄化反応が最も活発に生じるようになった状態において、排気温センサによって検出される排気温度に基づいて排気浄化触媒における反応熱の大きさを推定し、その反応熱の大きさに基づいて排気浄化触媒の劣化を判定するようにしている。

具体的には、図１２に一点鎖線で示されるように、排気浄化反応が全く発生しない状態にまで劣化したと仮定して算出した仮想排気温度と、実線で示される排気温度の検出値とを比較し、検出された排気温度と仮想排気温度との乖離が小さいほど排気浄化触媒における反応熱が小さく、排気浄化触媒の劣化がより進行している旨を判定するようにしている。

このように排気浄化触媒が活性化した状態において、排気温センサによって検出される排気温度と仮想排気温度とを比較することにより、その乖離の大きさに基づいて排気浄化触媒の劣化を判定することができるようになる。
特開２００５‐６９２１８号公報

ところで、排気浄化触媒における排気浄化能力に対して排気浄化触媒に供給される反応物質の量が少ない場合には、排気浄化触媒を通過する間に反応物質が全て反応してしまうため、排気浄化反応の量は排気浄化触媒の劣化度合に関わらずほとんど等しくなる。そのため、発生する反応熱もほとんど等しくなり、図１３に示されるように、排気浄化触媒の下流側の排気温センサによって検出される排気温度には劣化度合の差が現れにくくなる。その結果、排気浄化触媒に供給される反応物質の量が少ない場合には排気温センサによって検出される排気温度に基づいて正確に排気浄化触媒の劣化を判定することができなくなってしまう。

尚、こうした課題は上記のように排気浄化触媒の下流側の排気温度に基づいて発熱量を算出し、これに基づいて排気浄化触媒の劣化を判定する劣化判定装置に限られるものではない。すなわち、排気中に含まれる反応物質の量を検出するセンサを排気浄化触媒の上流側と下流側にそれぞれ設け、これらのセンサによって検出される反応物質の量の差から排気浄化触媒における反応量を算出してこの反応量の大きさに基づいて排気浄化触媒の劣化度合を判定する劣化判定装置にあっても同様に生じ得るものである。

本願発明者は、図１２及び図１３に示されるように劣化が進行するとともに次第に排気浄化触媒が活性化しにくくなり、反応が起こり始める温度が高くなるとともに、同一の触媒床温における反応量が少なくなることに着目し、排気浄化反応が起こり始める温度域における反応量の違いに基づいて排気浄化触媒の劣化を判定することができることを発見した。

この発明は上記の知見に基づくものであり、その目的は排気浄化触媒に供給される反応物質の量が少ない場合であっても、排気浄化触媒の劣化を判定することのできる車両用排気浄化触媒の劣化判定装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、車載内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒の触媒床温を推定する触媒床温推定手段と、前記排気浄化触媒を通過する排気の通過前後の状態を比較することにより同排気浄化触媒における排気浄化反応の反応量を推定する反応量推定手段と、前記触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が前記排気浄化触媒の活性化が完了する活性化温度未満であり且つ同触媒床温の上昇に伴って同排気浄化触媒における排気浄化反応の反応量が増大する温度域にあるときに、同触媒床温と前記反応量推定手段によって推定される反応量との関係に基づいて前記排気浄化触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備える車両用排気浄化触媒の劣化判定装置であることをその要旨とする。

排気浄化触媒の劣化が進行すると、排気浄化反応が起こりにくくなり、排気浄化反応が起こり始める触媒床温が高くなる。そして、触媒床温が活性化温度未満であり、触媒床温の上昇に伴って同排気浄化触媒における反応量が増大する温度域にあっては、触媒床温が同一であっても劣化が進行しているほど反応量が少なくなる。従って、触媒床温がこの温度域にあるときには、同触媒床温と反応量との関係に基づいて排気浄化触媒の劣化を判定することができる。

また、活性化温度未満であり、触媒床温の上昇に伴って排気浄化触媒における反応量が増大する温度域にあっては、活性化温度以上の温度域に比べて排気浄化触媒における反応量の最大値も小さくなる。そのため、この温度域にあっては、排気浄化触媒に供給される反応物質の量が少ない場合であっても、反応物質が全て反応してしまうことが少なく、劣化度合の違いによる反応量の差を検出することができる。そのため、上記請求項１に記載の構成によれば、排気浄化触媒に供給される反応物質の量が少ない場合であっても、反応量の差に基づいて排気浄化触媒の劣化を判定することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置において、前記劣化判定手段は前記触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が所定の温度になったときに前記反応量推定手段によって推定される反応量が少ないほど前記排気浄化触媒の劣化度合が大きい旨を判定することをその要旨とする。

上述のように劣化が進行するほど同一の触媒床温に対する排気浄化反応の反応量は少なくなるため、具体的には上記請求項２に記載の発明のように、推定される触媒床温が所定の温度になったときに推定される反応量が少ないほど排気浄化触媒の劣化度合が大きい旨を判定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置において、前記劣化判定手段は前記触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が所定の温度になったときに前記反応量推定手段によって推定される反応量が所定の反応量以上であるときには前記排気浄化触媒が正常である旨の判定を行う一方、同反応量が前記所定の反応量未満であるときには前記排気浄化触媒が異常である旨の判定を行うことをその要旨とする。

上記構成によれば、推定される触媒床温が所定温度になったときに推定される反応量に基づいて、同反応量が所定の反応量以上であるときには排気浄化触媒が正常に機能している旨を判定して正常判定を行う一方、同反応量が所定の反応量未満であるときには排気浄化触媒の劣化が進行し、その機能が低下しているおそれがある旨を判定して異常判定を行うことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置において、前記劣化判定手段は前記推定される触媒床温が前記温度域における所定の温度範囲内あるときに前記反応量推定手段によって推定される反応量が所定の反応量以上になった場合には前記排気浄化触媒が正常である旨の判定を行う一方、前記推定される触媒床温が前記所定の温度範囲を超えるまで上昇しても前記反応量が前記所定の反応量以上にならない場合には前記排気浄化触媒が異常である旨の判定を行うことをその要旨とする。

上記構成によれば、推定される触媒床温が所定の温度範囲にあるときに推定される反応量が所定の反応量にまで上昇した場合には、その時点で正常である旨の判定を行うようにしている。そのため、推定される触媒床温が所定の温度まで上昇するのを待たずに同判定を行うことができ、より早期に正常である旨の判定を行うことができる。一方、推定される触媒床温が上昇してこの所定の温度範囲を超えるまで上昇しても推定される反応量が所定量未満である場合には、排気浄化触媒が劣化して正常に機能していないおそれがあるため、これに基づいて異常である旨の判定を行うことができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置において、前記劣化判定手段は前記反応量推定手段によって推定される反応量が所定の反応量になったときに前記触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が高いときほど前記排気浄化触媒の劣化度合が大きい旨を判定することをその要旨とする。

上述のように排気浄化触媒の劣化が進行するほど、排気浄化反応が起こり始める触媒床温が高くなり、排気浄化反応の反応量が所定の反応量に到達する触媒床温は高くなる。そのため、上記請求項５に記載の発明のように、推定される反応量が所定の反応量になったときに推定される触媒床温が高いほど排気浄化触媒の劣化度合が大きい旨を判定することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１又は請求項５に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置において、前記劣化判定手段は前記反応量推定手段によって推定される反応量が所定の反応量になったときに前記触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が所定の温度未満であるときには前記排気浄化触媒が正常である旨の判定を行う一方、同触媒床温が所定の温度以上であるときには前記排気浄化触媒が異常である旨の判定を行うことをその要旨とする。

上記構成によれば、推定される反応量が所定の反応量になったときに推定される触媒床温に基づいて、同触媒床温が所定の温度未満であるときには排気浄化触媒が正常に機能している旨を判定して正常判定を行う一方、同触媒床温が所定の温度以上であるときには排気浄化触媒の劣化が進行し、その機能が低下しているおそれがある旨を判定して異常判定を行うことができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置において、前記触媒床温推定手段及び前記反応量推定手段は、前記排気通路における前記排気浄化触媒よりも上流側の部位に設けられ同排気浄化触媒に導入される排気の温度を検出する上流側排気温センサと、同排気浄化触媒よりも下流側の部位に設けられ同排気浄化触媒を通過した排気の温度を検出する下流側排気温センサとを含み、前記触媒床温推定手段は前記上流側排気温センサによって検出される上流側排気温が高いほど前記排気浄化触媒の触媒床温が高い旨を推定し、前記反応量推定手段は前記下流側排気温センサによって検出される下流側排気温が前記上流側排気温センサによって検出される上流側排気温よりも高いほど前記排気浄化触媒における排気浄化反応の反応量が多い旨を推定することをその要旨とする。

排気浄化触媒の触媒床温は同排気浄化触媒に導入される排気との熱交換により変化するため、排気浄化触媒に導入される排気の温度が高いときほど触媒床温は高くなる。すなわち排気浄化触媒の上流側の排気温度と触媒床温とは高い相関を有している。また、排気浄化反応が生じているときには、その反応熱の影響によって排気浄化触媒を通過する間に排気の温度が上昇する。すなわち、排気浄化触媒を通過した排気の温度と排気浄化反応の反応量とは高い相関を有している。そのため、上記請求項７に記載の発明のように排気通路における排気浄化触媒よりも上流側の部位と下流側の部位にそれぞれ排気温センサを設けることにより、これらの排気温センサによって検出される上流側排気温と下流側排気温とに基づいて触媒床温と排気浄化反応の反応量を推定することができる。具体的には、上流側排気温が高いほど触媒床温が高い旨を推定することができるとともに、下流側排気温が上流側排気温よりも高いほど排気浄化触媒における反応熱が大きく、排気浄化反応の反応量が多い旨を推定することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置において、前記触媒床温推定手段は外気温を検出する外気温検出手段を更に含み、同外気温検出手段によって検出される外気温が低いときほど前記上流側排気温に基づいて推定される前記排気浄化触媒の触媒床温が低くなるように同触媒床温を補正することをその要旨とする。

排気浄化触媒と外気との熱交換により排気浄化触媒の熱量の一部は外気に奪われる。そのため、排気浄化触媒に導入される排気の温度が同一であり、その排気から排気浄化触媒に与えられる熱量が同じ場合であっても、外気温が低いときほど触媒床温は低下する。そこで、上記請求項８に記載の発明では、外気温検出手段を設け、同外気温検出手段によって検出される外気温に基づいて外気温が低いときほど推定される触媒床温が低くなるように同触媒床温を補正するようにしている。こうした構成を採用すれば、排気浄化触媒の外周側から外気に奪われる熱量を考慮してより正確に触媒床温を推定することができるようになる。

請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置において、前記触媒床温推定手段は車速を検出する車速検出手段を含み、該検出される車速が速いときほど前記上流側排気温に基づいて推定される前記排気浄化触媒の触媒床温が低くなるように同触媒床温を補正することをその要旨とする。

また、車速が速いときには単位時間あたりに排気浄化触媒の外周面に接触する外気の量が増大するため、排気浄化触媒と外気との熱交換が促進される。そのため、車速が速いほど触媒床温は低下する。そこで、上記請求項９に記載の発明では、車速が速いときほど推定される触媒床温が低くなるように同触媒床温を補正するようにしている。こうした構成を採用すれば、車速の変化に伴い排気浄化触媒の外周側から奪われる熱量の変化を考慮してより正確に触媒床温を推定することができるようになる。

尚、排気浄化触媒の触媒床温をより正確に推定する上では請求項８に記載の構成に請求項９に記載の構成を適用し、外気温と車速との双方を参照して触媒床温を補正する構成を採用することが望ましい。

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置において、前記排気浄化触媒の劣化を判定するのに伴い、前記排気通路における前記排気浄化触媒よりも上流側の部位に設けられた酸化触媒に未燃燃料を供給して酸化反応を生じさせ、その酸化熱によって前記排気浄化触媒に導入される排気を昇温して前記排気浄化触媒の触媒床温を上昇させる昇温制御を実行する昇温制御手段を更に備えることをその要旨とする。

上記構成によれば、排気浄化触媒の劣化を判定するのに伴い、排気浄化触媒の触媒床温を上昇させる昇温制御が実行されるようになるため、触媒床温が速やかに上昇するとともに、排気浄化反応の反応量が速やかに増大するようになる。その結果、触媒床温又は排気浄化反応の反応量が排気浄化触媒の劣化を判定するための所定の値に短期間で到達するようになり、早期に排気浄化触媒の劣化判定を完了させることができるようになる。

（第１の実施形態）
以下、この発明にかかる車両用排気浄化触媒の劣化判定装置を、ディーゼルエンジンを搭載した車両を統括的に制御する電子制御装置として具体化した第１の実施形態について、図１〜４を参照して説明する。

図１は、本実施形態にかかる電子制御装置５０と、この電子制御装置５０の制御対象であるディーゼルエンジン１０の概略構成を示している。図１に示されるようにディーゼルエンジン１０には、吸気通路２０と排気通路３０とが接続されている。吸気通路２０には、モータ２１ａにより開閉駆動される吸気絞り弁２１が設けられており、この吸気絞り弁２１の開度を変更することにより燃焼室１１に導入される空気の量が調量される。

ディーゼルエンジン１０の燃焼室１１には、気筒毎に燃料噴射弁１２が設けられている。これら燃料噴射弁１２はコモンレール１３に接続されており、コモンレール１３に充填された燃料を燃焼室１１内に噴射する。尚、このコモンレール１３には、サプライポンプ１４によって図示しない燃料タンクに貯留された燃料が圧送される。

また、図１に示されるように吸気通路２０及び排気通路３０は、ターボチャージャ２２に接続されている。ターボチャージャ２２は、排気通路３０を流れる排気のエネルギによってそのタービン２２ａを回転させることにより、吸気通路２０内の空気を加圧して燃焼室１１に送り込む。

また、排気通路３０におけるターボチャージャ２２よりも上流側の部位には、吸気通路２０に連通し排気通路３０内の排気の一部を吸気通路２０に還流する排気還流通路４３が接続されている。この排気還流通路４３には、リニアソレノイド４４ａによって開閉駆動されるＥＧＲ弁４４が設けられており、このＥＧＲ弁４４の開度を変更することにより排気通路３０から吸気通路２０に還流される排気の量が調量される。

更に排気通路３０のターボチャージャ２２よりも下流側の部分には、触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２が設けられている。これら触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２には、各々にＮＯｘ吸蔵還元触媒が担持されている。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、リーン状態においてＮＯｘを吸蔵する一方で、リッチ状態では、吸蔵したＮＯｘと、排気に含まれるＣＯ及び未燃燃料成分のＨＣとを反応させてＮＯｘを還元し、これらをＮ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏにすることにより排気を浄化する。

ＰＭフィルタ４２は、多孔質材料によって形成されたモノリス構造のフィルタであり、排気中の煤等を主成分とする粒子状物質（ＰＭ）を捕捉する。上述のようにＰＭフィルタにもＮＯｘ吸蔵還元触媒が担持されているため、ＰＭフィルタ４２に捕捉されたＰＭは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の酸化作用によって酸化され、除去される。

また、図１に示されるように排気通路３０におけるＰＭフィルタ４２よりも上流側の部位、より詳しくは触媒コンバータ４１とＰＭフィルタ４２との間には上流側排気温センサ５５が設けられている。また、排気通路３０におけるＰＭフィルタ４２よりも下流側の部位には下流側排気温センサ５６が設けられている。これら各排気温センサ５５，５６により触媒コンバータ４１を通過してＰＭフィルタ４２に導入される排気の温度である上流側排気温ＴＨｕｐ、ＰＭフィルタ４２を通過した排気の温度である下流側排気温ＴＨｌｏｗがそれぞれ検出される。

これら各排気温センサ５５，５６の出力信号はディーゼルエンジン１０を統括的に制御する電子制御装置５０に取り込まれる。電子制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたデジタルコンピュータと、ディーゼルエンジン１０の各装置を駆動するための駆動回路とを含んで構成されている。電子制御装置５０には、上述した各排気温センサ５５，５６の他、吸気通路２０に設けられて吸入空気量ＧＡ及び外気温ＴＨＡを検出するエアフロメータ５１、車速ＳＰＤを検出する車速センサ５２、ディーゼルエンジン１０の機関冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ５３、機関回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ５４等が接続されている。そして、これら各種センサ５１〜５６の出力信号は電子制御装置５０に取り込まれる。

また、電子制御装置５０には、運転席のインスツルメントパネルに設けられた触媒異常ランプ６０が接続されている。この触媒異常ランプ６０は、後述する劣化判定処理を通じて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が正常に機能していない旨の異常判定がなされたときに電子制御装置５０によって点灯される。

電子制御装置５０は、上記各種センサ５１〜５６の出力信号に基づいて、燃料噴射弁１２による燃料噴射時期制御や燃料噴射量制御を実行する。また、ＥＧＲ弁４４の開度及び吸気絞り弁２１の開度を調節することにより吸気通路２０に還流させる排気の量を調量するＥＧＲ制御、また排気浄化処理の一環として、触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２に反応物質として未燃燃料成分のＨＣを供給する燃料添加処理等を実行する。

ところで、一般に排気浄化触媒は、長期間にわたる使用によって次第に劣化し、排気浄化能力が低下する。上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒にあっては、劣化が進行するとリーン状態にあってもＮＯｘを吸蔵することができなくなったり、リッチ状態にあってもＮＯｘを還元することができなくなったりする。そして、このように劣化した触媒をそのまま使用し続けると排気性状が悪化するため、これを抑制するために劣化した触媒を交換する等、適切なメンテナンスを行う必要がある。ここで、こうしたメンテナンスを適切なタイミングで行うためには、触媒の劣化状態を正確に把握することが必要となる。

そこで本実施形態の電子制御装置５０にあっては、ＰＭフィルタ４２における反応熱の大きさに基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化状態を判定する劣化判定処理を実行する。
以下、この劣化判定処理にかかる制御について図２〜４を参照して説明する。尚、図２は本実施形態にかかる劣化判定処理の一連の流れを示すフローチャートである。この処理は、機関運転中に電子制御装置５０によって実行される。

この処理が開始されると電子制御装置５０は、図５に示されるようにまずステップＳ１００において、ＲＯＭに予め記憶された演算マップを参照し、上流側排気温ＴＨｕｐ及び外気温ＴＨＡに基づいて触媒床温ＴＨＣを算出する。図３に示されるようにこの演算マップは、上流側排気温ＴＨｕｐが高いほど触媒床温ＴＨＣが高くなるように、また上流側排気温ＴＨｕｐが等しい場合であっても外気温ＴＨＡが低いときほど触媒床温ＴＨＣが低くなるように設定されている。

ステップＳ１００において、触媒床温ＴＨＣを算出すると、ステップＳ１１０へと進み、算出された触媒床温ＴＨＣが下限温度ＴＨａ以上であるか否かを判定する。この下限温度ＴＨａは、予め行う実験等の結果に基づき、正常に機能する状態にあるＮＯｘ吸蔵還元触媒において酸化反応が生じ始める触媒床温に基づいて設定されている。ステップＳ１１０において触媒床温ＴＨＣが下限温度ＴＨａ未満である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）には、ステップＳ１００へと戻り、ステップＳ１００及びステップＳ１１０を繰り返す。

一方、機関運転に伴い触媒床温ＴＨＣが上昇し、ステップＳ１１０において触媒床温ＴＨＣが下限温度ＴＨａ以上である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）には、ステップＳ１２０へと進む。そして、ステップＳ１２０において、触媒床温ＴＨＣが上限温度ＴＨｂ以下であるか否かを判定する。この上限温度ＴＨｂは、下限温度ＴＨａよりも高く且つＮＯｘ吸蔵還元触媒の活性化温度ＴＨａｃｔよりも低い温度に設定されている。すなわち、ステップＳ１２０にあっては、触媒床温ＴＨＣが活性化温度ＴＨａｃｔ未満であり且つ触媒床温ＴＨＣの上昇に伴ってＮＯｘ吸蔵還元触媒におけるＮＯｘ還元反応の反応量が増大する温度域内に設定された所定の温度範囲内にあるか否かを判定する。

ステップＳ１２０において、触媒床温ＴＨＣが上限温度ＴＨｂ以下である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、すなわち触媒床温ＴＨＣが上記所定の温度範囲内に有る旨の判定がなされた場合には、ステップＳ１３０へと進む。そして、ステップＳ１３０において、下流側排気温ＴＨｌｏｗから上流側排気温ＴＨｕｐを減算し、上流側排気温ＴＨｕｐと下流側排気温ＴＨｌｏｗとの温度差ΔＴＨを算出する。

こうして温度差ΔＴＨを算出すると、ステップＳ１４０へと進み、ＲＡＭに記憶されたカウント値ｉを「１」だけインクリメントする。そして、ステップＳ１５０へと進み、ステップＳ１３０において算出した温度差ΔＴＨが判定値Ａ以上であるか否かを判定する。この判定値Ａは、温度差ΔＴＨがこの判定値Ａ以上になることにより、ＰＭフィルタ４２における酸化反応の反応量が所定量以上であり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が正常に機能している旨を判定することができるように予め行う実験等の結果に基づいてその大きさが設定されている。

ステップＳ１５０において、温度差ΔＴＨが判定値Ａ以上である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）には、ステップＳ１６０へと進み、ＲＡＭに記憶されたカウント値ｉを「０」にリセットする。そして、ステップＳ１７０へと進んでＰＭフィルタ４２におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒が正常に機能している旨の正常判定を行いこの劣化判定処理を終了する。

一方、温度差ΔＴＨが判定値Ａ未満である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１５０：ＮＯ）には、ステップＳ１２０へと戻る。すなわち、触媒床温ＴＨＣが下限温度ＴＨａから上限温度ＴＨｂまでの上記所定の温度範囲内にあるときには、ステップＳ１２０〜１５０を繰り返し、温度差ΔＴＨが判定値Ａ以上になるか否かを常に監視する。そして、触媒床温ＴＨＣがこの温度範囲内にあるときに温度差ΔＴＨが判定値Ａ以上になったときには上述のようにその時点でステップＳ１６０及びステップＳ１７０へと進み、正常判定を行う。

一方で、正常判定がなされる前にステップＳ１２０において、触媒床温ＴＨＣが上限温度ＴＨｂよりも大きい旨の判定がなされた場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）、すなわち触媒床温ＴＨＣが上記所定の温度範囲を超えるまで上昇しても温度差ΔＴＨが判定値Ａ以上にならなかった場合には、ステップＳ１８０へと進む。

そして、ステップＳ１８０では、カウント値ｉが所定値ｎより大きいか否かを判定する。ここでは、カウント値ｉが所定値ｎより大きいか否かに基づいて少なくともｎ回はステップＳ１２０〜１５０の判定処理が繰り返されたか否かを判定する。

ステップＳ１８０において、カウント値ｉが所定値ｎより大きい旨の判定がなされた場合（ステップＳ１８０：ＹＥＳ）には、判定処理を実行したものの触媒床温ＴＨＣが所定の温度範囲を超えるまで上昇しても温度差ΔＴＨが判定値Ａ以上にならなかった旨を判断し、ステップＳ１９０へと進む。そして、ステップＳ１９０において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が劣化している旨の劣化判定を行う。こうして劣化判定がなされると、電子制御装置５０は、触媒異常ランプ６０を点灯させ、この処理を終了する。

一方、ステップＳ１８０において、カウント値ｉが所定値ｎ以下である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１８０：ＮＯ）には、所定の温度範囲において十分に判定処理が行われていないため、正常判定及び異常判定を行わずにこの処理を終了する。これにより、例えば機関停止直後の機関再始動時のように機関運転開始時から既に触媒床温ＴＨＣが上限温度ＴＨｂ以上である場合等には、正常判定及び劣化判定が行われずにこの処理は終了される。

次に本実施形態にかかる劣化判定処理の作用について、図４を参照して説明する。図４は、触媒床温ＴＨＣと温度差ΔＴＨとの関係が劣化の進行に伴って変化する様子を示すグラフである。尚、図４にあっては劣化度合の変化を実線Ｘ、実線Ｙ、実線Ｚで示している。この図４にあっては劣化度合が最も小さい状態を実線Ｘで示しており、そこから実線Ｙ、実線Ｚの順に劣化度合が次第に大きくなった状態を示している。

図４に示されるように、劣化が進行するのに伴って次第に酸化反応が起こり始める触媒床温ＴＨＣが高くなるとともに、同一の触媒床温ＴＨＣにおける反応量が少なくなり、温度差ΔＴＨが小さくなる。

ここで、ＰＭフィルタ４２に供給される反応物質、すなわち排気に含まれるＮＯｘやＨＣ等が少ない場合には、反応物質が反応しきってしまうため、実線Ｘで示されるように最も劣化度合が小さい場合であっても温度差ΔＴＨは、ΔＴＨｍａｘまでしか増大しない。そのため、活性化温度ＴＨａｃｔ以上の温度域にあっては、これら実線Ｘ、実線Ｙ、実線Ｚで示されるいずれの状態にあっても、検出される温度差ΔＴＨの大きさがΔＴＨｍａｘとなり、この温度差ΔＴＨに基づいて劣化度合を判定することは難しい。

しかし、上述のように本実施形態の劣化判定処理にあっては、下限温度ＴＨａから上限温度ＴＨｂまでの所定の温度範囲において温度差ΔＴＨが判定値Ａ以上になるか否かを監視するようにしている。この温度範囲にあっては、活性化温度ＴＨａｃｔ以上の温度域に比べてＮＯｘ吸蔵還元触媒における反応量の最大値が小さいため、反応物質の量が少ない場合であっても、反応物質が全て反応してしまうことが少なく、図４に示されるように劣化度合の違いに基づく温度差ΔＴＨの差を検出することができる。

そして、本実施形態の劣化判定処理によれば、この所定の温度範囲において温度差ΔＴＨが判定値Ａ以上になる場合、すなわち実線Ｘと実線Ｙで示される状態にあっては温度差ΔＴＨが判定値Ａ以上になった時点で正常判定がなされる。その一方で、実線Ｚで示される状態にあっては触媒床温ＴＨＣが上限温度ＴＨｂを超えても温度差ΔＴＨが判定値Ａ以上にならないため異常判定がなされるようになる。

このように本実施形態の劣化判定処理にあっては、反応物質の量が少ない場合であってもＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化を判定することができる。
以上説明した第１の実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）上述したようにＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化が進行すると、酸化反応が起こりにくくなり、酸化反応が起こり始める触媒床温ＴＨＣが高くなる。そして、触媒床温ＴＨＣが活性化温度ＴＨａｃｔ未満であり、触媒床温ＴＨＣの上昇に伴ってＰＭフィルタ４２における反応量が増大する温度域にあっては、触媒床温ＴＨＣが同一であっても劣化が進行しているほど反応量が少なくなる。従って、触媒床温ＴＨＣがこの温度域にあるときには、触媒床温ＴＨＣと反応量との関係に基づいて排気浄化触媒の劣化を判定することができる。

また、活性化温度ＴＨａｃｔ未満であり、触媒床温ＴＨＣの上昇に伴ってＰＭフィルタ４２における反応量が増大する温度域にあっては、活性化温度ＴＨａｃｔ以上の温度域に比べてＰＭフィルタにおける反応量の最大値も小さくなる。そのため、この温度域にあっては、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給される反応物質の量が少ない場合であっても、反応物質が全て反応してしまうことが少なく、劣化度合の違いによる反応量の差を検出することができる。そのため、上述したようにこうした温度域内に設定される所定の温度範囲において温度差ΔＴＨが判定値Ａ以上になるか否かを監視する本実施形態の劣化判定処理によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給される反応物質の量が少ない場合であっても、反応量の差に基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化を判定することができる。

（２）上記実施形態では、触媒床温ＴＨＣが所定の温度範囲にあるときに算出される温度差ΔＴＨが判定値Ａ以上になり、反応量が所定の反応量にまで上昇した場合には、その時点で正常である旨の判定を行うようにしている。そのため、触媒床温ＴＨＣが所定の温度まで上昇するのを待たずに判定を行うことができ、早期に正常である旨の判定を行うことができる。また、触媒床温ＴＨＣが上昇してこの所定の温度範囲を超えるまで上昇しても温度差ΔＴＨが判定値Ａ未満であり、反応量が所定量未満である場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が劣化して正常に機能していない旨の異常判定を行うようにしている。これにより、上記実施形態によれば、早期に正常判定を行うとともに、触媒床温ＴＨＣが上昇してこの所定の温度範囲を超えるまで上昇しても温度差ΔＴＨが判定値Ａに到達しないときには、これに基づいて的確に異常判定を行うことができる。

（３）ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒床温ＴＨＣはＰＭフィルタ４２に導入される排気との熱交換により変化するため、ＰＭフィルタ４２に導入される排気の温度が高いときほど触媒床温ＴＨＣは高くなる。すなわちＰＭフィルタ４２の上流側の排気温度と触媒床温ＴＨＣとは高い相関を有している。また、酸化反応が生じているときには、その反応熱の影響によってＰＭフィルタ４２を通過する間に排気の温度が上昇する。そのため、ＰＭフィルタ４２を通過した排気の温度と酸化反応の反応量とは高い相関を有している。この点、上記実施形態にあっては、排気通路３０におけるＰＭフィルタ４２よりも上流側の部位と下流側の部位にそれぞれ排気温センサ５５，５６を設けるようにしている。これにより、これらの排気温センサ５５，５６によって検出される上流側排気温ＴＨｕｐと下流側排気温ＴＨｌｏｗとに基づいて触媒床温ＴＨＣとＰＭフィルタ４２における反応量を推定することができる。

（４）上記実施形態では、エアフロメータ５１によって検出される外気温ＴＨＡに基づいて、上流側排気温ＴＨｕｐが等しい場合であっても外気温ＴＨＡが低いときほど触媒床温ＴＨＣが低くなるように触媒床温ＴＨＣを補正するようにしている。このため、ＰＭフィルタ４２の外周側から外気に奪われる熱量を考慮してより正確に触媒床温ＴＨＣを推定することができる。
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。第１の実施形態では、触媒床温ＴＨＣが下限温度ＴＨａから上限温度ＴＨｂまでの所定の温度範囲内にあるときに温度差ΔＴＨが判定値Ａ以上になるか否かに基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化判定を行うこととした。これに対して本実施形態では、活性化温度ＴＨａｃｔ未満であり且つ同触媒床温ＴＨＣの上昇に伴って同ＮＯｘ吸蔵還元触媒における排気浄化反応の反応量が増大する温度域において、触媒床温ＴＨＣが所定の判定温度ＴＨｊｄｇになったときに算出される温度差ΔＴＨが判定値Ｂ以上であるか否かに基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒が劣化しているか否かを判定するようにしている。

以下、第１の実施形態と共通する点については説明を割愛し、両実施形態の相違点である劣化判定処理について説明する。
図５は、本実施形態にかかる劣化判定処理一連の処理の流れを示すフローチャートである。この一連の処理は、第１の実施形態と同様に機関運転中に電子制御装置５０によって実行される。

図５に示されるようにこの処理が開始されると電子制御装置５０は、まずステップＳ２００において、第１の実施形態におけるステップＳ１００と同様に上流側排気温ＴＨｕｐ及び外気温ＴＨＡに基づいて触媒床温ＴＨＣを算出する。

そしてステップＳ２１０へと進み、算出された触媒床温ＴＨＣが判定温度ＴＨｊｄｇになったか否かを判定する。この判定温度ＴＨｊｄｇは、活性化温度ＴＨａｃｔ未満であり且つ正常に機能する状態のＮＯｘ吸蔵還元触媒においてある程度の反応量で酸化反応が生じる温度に設定されている。尚、このステップＳ２１０にあっては、触媒床温ＴＨＣが判定温度ＴＨｊｄｇよりも僅かに小さいＴＨｊｄｇ−αから判定温度ＴＨｊｄｇよりも僅かに大きいＴＨｊｄｇ＋αまでの範囲に収まっていることに基づいて、触媒床温ＴＨＣが判定温度ＴＨｊｄｇになった旨を判定する。また、判定温度ＴＨｊｄｇ及びαの値は、ＴＨｊｄｇ＋α及びＴＨｊｄｇ−αの値が、活性化温度ＴＨａｃｔ未満であり且つ同触媒床温ＴＨＣの上昇に伴って同ＮＯｘ吸蔵還元触媒における排気浄化反応の反応量が増大する温度域内に収まるようにその値が設定されている。

ステップＳ２１０において、触媒床温ＴＨＣが判定温度ＴＨｊｄｇ−αから判定温度ＴＨｊｄｇ＋αまでの範囲にあらず、判定温度ＴＨｊｄｇになっていない旨の判定がなされた場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）には、ステップＳ２００へと戻る。

一方、ステップＳ２１０において、触媒床温ＴＨＣが判定温度ＴＨｊｄｇ−αから判定温度ＴＨｊｄｇ＋αまでの範囲に収まっており、判定温度ＴＨｊｄｇになった旨の判定がなされた場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）には、ステップＳ２２０へと進む。

そして、ステップＳ２２０において、下流側排気温ＴＨｌｏｗから上流側排気温ＴＨｕｐを減算し、上流側排気温ＴＨｕｐと下流側排気温ＴＨｌｏｗとの温度差ΔＴＨを算出する。こうして触媒床温ＴＨＣが判定温度ＴＨｊｄｇになったときの温度差ΔＴＨを算出すると、ステップＳ２３０へと進み、この温度差ΔＴＨが判定値Ｂ以上であるか否かを判定する。この判定値Ｂは、触媒床温ＴＨＣが判定温度ＴＨｊｄｇであるときに温度差ΔＴＨがこの判定値Ｂ以上であれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒において十分に酸化反応が起こっており、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が正常に機能している旨を判定することのできる値に設定されている。

ステップＳ２３０において、温度差ΔＴＨが判定値Ｂ以上である旨の判定がなされた場合（ステップＳ２３０：ＹＥＳ）には、これに基づきＮＯｘ吸蔵還元触媒が正常に機能している旨を判断し、ステップＳ２４０へと進んで正常判定を行う。こうして正常判定を行うと電子制御装置５０はこの処理を終了する。

一方、ステップＳ２３０において、温度差ΔＴＨが判定値Ｂ未満である旨の判定がなされた場合（ステップＳ２３０：ＮＯ）には、判定温度ＴＨｊｄｇにおけるＮＯｘ吸蔵還元触媒の反応量が少ないため、これに基づきＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化が進行しており、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が正常に機能していない旨を判断し、ステップＳ２５０へと進んで劣化判定を行う。

こうして劣化判定を行うと電子制御装置５０は触媒異常ランプ６０を点灯させ、この処理を終了する。
次に本実施形態にかかる劣化判定処理の作用について、図６を参照して説明する。図６は、図４と同様に触媒床温ＴＨＣと温度差ΔＴＨとの関係が劣化の進行に伴って変化する様子を示すグラフである。尚、この図６にあっても図４と同様に劣化度合の変化を実線Ｘ、実線Ｙ、実線Ｚで示している。

上述したように、劣化が進行するのに伴って次第に酸化反応が起こり始める触媒床温ＴＨＣが高くなるとともに、同一の触媒床温ＴＨＣにおける反応量が少なくなり、温度差ΔＴＨが小さくなる。そのため、図６に示されるように判定温度ＴＨｊｄｇにおける温度差ΔＴＨは劣化が進行しているほど小さくなる。

本実施形態の劣化判定処理にあっては、触媒床温ＴＨＣが判定温度ＴＨｊｄｇになったときに算出される温度差ΔＴＨが判定値Ｂ以上であるか否かに基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒が劣化しているか否かを判定するようにしている。そのため、図６に示されるように触媒床温ＴＨＣが判定温度ＴＨｊｄｇになったときに温度差ΔＴＨが判定値Ｂ以上になる場合、すなわち実線Ｘと実線Ｙで示される状態にあっては、これに基づいて正常判定がなされる。一方で、実線Ｚで示される状態にあっては触媒床温ＴＨＣが判定温度ＴＨｊｄｇになったときの温度差ΔＴＨが判定値Ｂ未満であるため、これに基づいて異常判定がなされるようになる。

このように上記第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に反応物質の量が少ない場合であってもＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化を判定することができる。
尚、上記第２の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。

・図６にΔＴＨｘ、ΔＴＨｙ、ΔＴＨｚとして示されるように劣化が進行するほど判定温度ＴＨｊｄｇにおける温度差ΔＴＨは小さくなる。そのため、触媒床温ＴＨＣが判定温度ＴＨｊｄｇになったときの温度差ΔＴＨに基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化度合を判定することもできる。例えば、予め実験等を行いその結果に基づいて図７に示されるように触媒床温ＴＨＣが判定温度ＴＨｊｄｇになったときの温度差ΔＴＨと劣化度合との関係を示すマップを作成する。そして、こうしたマップを参照して触媒床温ＴＨＣが判定温度ＴＨｊｄｇになったときの温度差ΔＴＨが小さいほど劣化度合を示す数値が大きくなるように劣化度合を定量的に判定すればよい。こうした構成を採用すれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化がどれだけ進行しているのかを定量的に推定することができ、例えば、この推定に基づいて次回のメンテナンスまでの予想期間を算出し、運転者に報知すること等ができるようになる。
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。第２の実施形態では、活性化温度ＴＨａｃｔ未満であり且つ同触媒床温ＴＨＣの上昇に伴って同ＮＯｘ吸蔵還元触媒における排気浄化反応の反応量が増大する温度域において、触媒床温ＴＨＣが所定の判定温度ＴＨｊｄｇになったときに算出される温度差ΔＴＨが判定値Ｂ以上であるか否かに基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒が劣化しているか否かを判定するようにした。これに対して本実施形態では、同温度域において、温度差ΔＴＨが所定の判定温度差ΔＴＨｊｄｇになったときの触媒床温ＴＨＣが判定値Ｃ未満であるか否かに基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒が劣化しているか否かを判定するようにしている。

以下、第１及び第２の実施形態と共通する点については説明を割愛し、両実施形態の相違点である劣化判定処理について説明する。
図８は、本実施形態における劣化判定処理の一連の流れを示すフローチャートである。この一連の処理は、第１及び第２の実施形態と同様に機関運転中に電子制御装置５０によって実行される。

図８に示されるようにこの処理が開始されると電子制御装置５０は、まずステップＳ３００において、第１の実施形態におけるステップＳ１００及び第２の実施形態におけるステップＳ２００と同様に上流側排気温ＴＨｕｐ及び外気温ＴＨＡに基づいて触媒床温ＴＨＣを算出する。

そしてステップＳ３１０へと進み、下流側排気温ＴＨｌｏｗから上流側排気温ＴＨｕｐを減算して上流側排気温ＴＨｕｐと下流側排気温ＴＨｌｏｗとの温度差ΔＴＨを算出する。こうして温度差ΔＴＨを算出すると、ステップＳ３２０へと進み、この温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになったか否かを判定する。この判定温度差ΔＴＨｊｄｇは、温度差ΔＴＨがこの値よりも大きいことに基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒においてある程度の量の酸化反応が生じていることを判定することができるようにその大きさが設定される。この実施形態ではこの判定温度差ΔＴＨｊｄｇを極力小さく設定し、温度差ΔＴＨがこの判定温度差ΔＴＨｊｄｇになったことに基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒において酸化反応が生じ始めたことを判定できるようにしている。尚、このステップＳ３２０にあっては、温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇよりも僅かに小さいΔＴＨｊｄｇ−αから判定温度差ΔＴＨｊｄｇよりも僅かに大きいΔＴＨ＋αまでの範囲に収まっていることに基づいて、温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになった旨を判定する。

ステップＳ３２０において、温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇ−αから判定温度差ΔＴＨｊｄｇ＋αまでの範囲に収まっており、温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになった旨の判定がなされた場合（ステップＳ３２０：ＹＥＳ）には、ステップＳ３３０へと進む。

ステップＳ３３０では、このときの触媒床温ＴＨＣが判定値Ｃ未満であるか否かを判定する。この判定値Ｃは、温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになったときの触媒床温がこの値よりも小さいことに基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化が進行しておらず、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が正常に機能している旨を判定することのできる値に設定されている。

ステップＳ３３０において、温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになったときの触媒床温ＴＨＣが判定値Ｃ未満である旨の判定がなされた場合（ステップＳ３３０：ＹＥＳ）には、劣化が進行していない旨を判断し、ステップＳ３４０へと進む。そしてステップＳ３４０において、電子制御装置５０は正常判定を行い、この処理を終了する。

一方、ステップＳ３３０において、温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになったときの触媒床温ＴＨＣが判定値Ｃ以上である旨の判定がなされた場合（ステップＳ３３０：ＮＯ）には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒において酸化反応が生じ始める温度が高く、既に劣化が進行している旨を判断し、ステップＳ３６０へと進む。そしてステップＳ３６０において、電子制御装置５０は異常判定を行う。こうして異常判定を行うと電子制御装置５０は触媒異常ランプ６０を点灯し、この処理を終了する。

一方、ステップＳ３２０において、温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇ−αから判定温度差ΔＴＨｊｄｇ＋αの範囲にあらず、温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになっていない旨の判定がなされた場合（ステップＳ３２０：ＮＯ）には、ステップＳ３５０へと進む。

ステップＳ３５０では、現在の触媒床温ＴＨＣが上限温度ＴＨｄより大きいか否かを判定する。この上限温度ＴＨｄは、上記判定値Ｃよりも大きな値に設定されている。そのため、ステップＳ３５０において、触媒床温ＴＨＣが上限温度ＴＨｄより高い旨の判定がなされた場合（ステップＳ３５０：ＹＥＳ）には、触媒床温ＴＨＣが高くなっているのにも関わらず、温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇにならないほどＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化が進行している旨の判断がなされ、ステップＳ３６０へと進み、劣化判定を行う。

一方、ステップＳ３５０において、触媒床温ＴＨＣが上限温度ＴＨｄ以下である旨の判定がなされた場合（ステップＳ３５０：ＮＯ）には、ステップＳ３００へと戻り、この劣化判定処理が繰り返される。

次に本実施形態にかかる劣化判定処理の作用について、図９を参照して説明する。図９は、図４及び図６と同様に触媒床温ＴＨＣと温度差ΔＴＨとの関係が劣化の進行に伴って変化する様子を示すグラフである。尚、この図９にあっても図４及び図６と同様に劣化度合の変化を実線Ｘ、実線Ｙ、実線Ｚで示している。

上述したように酸化反応が起こり始める触媒床温ＴＨＣは、劣化が進行するのに伴って次第に高くなるため、図９に示されるように温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになるときの触媒床温ＴＨＣは、劣化が進行するほど高くなる。

本実施形態の劣化判定処理にあっては、温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになったときの触媒床温ＴＨＣが判定値Ｃ未満であるか否かに基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒が劣化しているか否かを判定するようにしている。そのため、図９に示されるように温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになったときの触媒床温ＴＨＣが判定値Ｃ未満になる場合、すなわち実線Ｘと実線Ｙで示される状態にあっては、これに基づいて正常判定がなされる。一方で、実線Ｚで示される状態にあっては、温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになったときの触媒床温ＴＨＣが判定値Ｃ以上になるため、これに基づいて異常判定がなされるようになる。

このように上記第３の実施形態によれば、第１及び第２の実施形態と同様に反応物質の量が少ない場合であってもＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化を判定することができる。
尚、上記第３の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。

・図９にＴＨｘ、ＴＨｙ、ＴＨｚで示されるように、劣化が進行するほど温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになるときの触媒床温ＴＨＣは高くなる。そのため、温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになるときの触媒床温ＴＨＣに基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化度合を判定することもできる。例えば、予め実験等を行いその結果に基づいて図１０に示されるように温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになるときの触媒床温ＴＨＣと劣化度合との関係を示すマップを作成する。そして、こうしたマップを参照して温度差ΔＴＨが判定温度差ΔＴＨｊｄｇになるときの触媒床温ＴＨＣが大きいときほど劣化度合を示す数値が大きくなるように劣化度合を定量的に判定すればよい。こうした構成を採用すれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化がどれだけ進行しているかを定量的に推定することができ、例えば、この推定に基づいて次回のメンテナンスまでの予想期間を算出し、運転者に報知すること等ができるようになる。

また、上記第１〜３の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・車速ＳＰＤが速いときには単位時間あたりにＰＭフィルタ４２の外周面に接触する外気の量が増大し、ＰＭフィルタ４２と外気との熱交換が促進されるため、車速ＳＰＤが速いほど触媒床温ＴＨＣは低下する。そこで、外気温ＴＨＡに加えて、車速センサ５２によって検出される車速ＳＰＤに基づいて車速ＳＰＤが速いときほど触媒床温ＴＨＣが低くなるように触媒床温ＴＨＣを補正する構成を採用することもできる。こうした構成を採用すれば、車速ＳＰＤの変化に伴いＰＭフィルタ４２の外周側から奪われる熱量の変化を考慮してより正確に触媒床温ＴＨＣを推定することができるようになる。

・尚、外気温ＴＨＡが低いときほど触媒床温ＴＨＣが低くなるように触媒床温ＴＨＣを補正する構成を省略し、上流側排気温ＴＨｕｐに基づいて算出された触媒床温ＴＨＣを車速ＳＰＤのみに基づいて補正する構成を採用することもできる。

・また、こうした補正を行わずに、上流側排気温ＴＨｕｐのみに基づいて上流側排気温ＴＨｕｐが高いときほど触媒床温ＴＨＣが高い旨を推定する構成を採用することもできる。

・また、上記実施形態では触媒床温推定手段として、上流側排気温センサ５５によって検出される上流側排気温ＴＨｕｐに基づいて触媒床温ＴＨＣを算出する構成を採用したが、これに換えて、触媒床温ＴＨＣを直接検出する温度センサをＰＭフィルタ４２に設け、この温度センサによって触媒床温ＴＨＣを直接検出する構成を採用することもできる。

・また、上記実施形態では反応量推定手段として、上流側排気温センサ５５と下流側排気温センサ５６とを設け、下流側排気温ＴＨｌｏｗから上流側排気温ＴＨｕｐを減算することによってＰＭフィルタ４２を通過した排気の温度上昇量を算出し、この温度上昇量に基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒における反応量を推定する構成を示した。これに対して、ＰＭフィルタ４２の上流側と下流側の排気に含まれる反応物質、例えばＨＣの濃度を検出する上流側濃度センサ及び下流側濃度センサを設け、上流側濃度センサによって検出される上流側における反応物質の濃度と下流側濃度センサによって検出される下流側における反応物質の濃度との乖離に基づいて、反応量を推定する構成を採用することもできる。こうした構成を採用した場合には、上流側濃度センサによって検出される濃度に対して下流側濃度センサによって検出される濃度が小さいほど、酸化反応によって消費された反応物質の量が多いことが推定されるため、これに基づいて排気浄化反応の反応量が多い旨を推定することができる。また、これとは逆に反応によって生成される物質の濃度を検出し、上流側濃度センサによって検出される濃度に対して下流側濃度センサによって検出される濃度が大きいほど、排気浄化反応の反応量が多い旨を推定することもできる。

・ディーゼルエンジン１０にあっては、低負荷運転時には排気還流通路４３を通じて吸気通路２０に大量の排気を還流させるＥＧＲ制御が実行されているため、ガソリンエンジンと比較して触媒床温ＴＨＣが上昇しにくい。この点、劣化判定処理を実行する際にポスト噴射等を実行し、ＰＭフィルタ４２よりも上流側に配設された触媒コンバータ４１に反応物質として未燃燃料を供給して酸化反応を生じさせ、その酸化熱によってＰＭフィルタ４２に導入される排気を昇温してＰＭフィルタ４２における触媒床温ＴＨＣを積極的に上昇させることもできる。こうした構成を採用すれば、劣化判定処理に伴い、触媒床温ＴＨＣが速やかに上昇するとともに、酸化反応の反応量が速やかに増大するようになる。その結果、触媒床温ＴＨＣ又は温度差ΔＴＨが排気浄化触媒の劣化を判定するための所定の値（判定温度ＴＨｊｄｇ、判定温度差ΔＴＨｊｄｇ）に短期間で到達するようになり、早期に劣化判定を完了させることができるようになる。

・また、こうした昇温制御の具体的な方法はポスト噴射に限らず、その他、排気通路３０における触媒コンバータ４１よりも上流側の部位に燃料添加弁を設け、排気通路３０内に燃料を直接供給する方法等を採用することができる。

・上記各実施形態で示した劣化判定処理は、触媒床温ＴＨＣと酸化反応の反応量との関係に基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化を判定する劣化判定手段の一例であり、適宜変更することができる。例えば、予め行う実験等の結果に基づいて図１１に示されるように基準となる劣化度合のＮＯｘ吸蔵還元触媒における触媒床温ＴＨＣと温度差ΔＴＨとの関係をマップ化し、このマップと実際に算出される触媒床温ＴＨＣと温度差ΔＴＨとの関係とを比較することによってもＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化を判定することができる。具体的には、図１１に実線で示される基準となる触媒床温ＴＨＣと温度差ΔＴＨとの関係に対し、算出される触媒床温ＴＨＣ及び温度差ΔＴＨが図１１における実線よりも右側の領域Ａで推移する傾向にある場合には、これに基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化度合が基準となる劣化度合よりも大きい旨の劣化判定を行うことができる。また、基準となる触媒床温ＴＨＣと温度差ΔＴＨとの関係に対し、算出される触媒床温ＴＨＣ及び温度差ΔＴＨが図１１における実線よりも左側の領域Ｂで推移する傾向にある場合には、これに基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化度合が基準となる劣化度合よりも小さい旨の正常判定を行うことができる。

・触媒床温を強制的に昇温し、ＰＭフィルタ４２に堆積したＰＭを消滅させるフィルタ再生処理等のように、大量の未燃燃料をＰＭフィルタ４２に供給する燃料添加処理を実行する場合にあっては、従来のようにＰＭ活性化温度ＴＨｘ以上の温度域において劣化判定を行うこともできる。そのため、本願発明にかかる劣化判定処理に加え、従来の劣化判定処理を実行し、これら双方の劣化判定処理の結果を照らし合わせて、最終的な劣化判定を行う構成を採用することもできる。この場合には、例えば、少なくとも一方の劣化判定処理において劣化判定が行われていることを条件に、最終的にＮＯｘ吸蔵還元触媒が劣化している旨の劣化判定を行い、触媒異常ランプ６０を点灯させるといった構成を採用することができる。

・上記実施形態にあってはＰＭフィルタ４２に担持されたＮＯｘ吸蔵還元触媒を対象として劣化判定処理を実行する構成を示したが、本願発明はこうした構成に限定されるものではない。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に限らず、排気に含まれる反応物質を浄化する排気浄化反応を促進させる排気浄化触媒であれば、本願発明を適用することができる。

・また、上記実施形態にあってはディーゼルエンジン１０の電子制御装置５０として本願発明の劣化判定装置を具体化した例を示したが、本願発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンの排気浄化触媒の劣化判定装置として適用することもできる。

この発明の第１実施形態にかかるディーゼルエンジンの概略構成を示す模式図。 同実施形態にかかる劣化判定処理の一連の流れを示すフローチャート。 上流側排気温及び外気温と、触媒床温との関係を示すマップ。 劣化の進行に伴う触媒床温と温度差との関係の変化を示すグラフ。 第２の実施形態にかかる劣化判定処理の一連の流れを示すフローチャート。 劣化の進行に伴う触媒床温と温度差との関係の変化を示すグラフ。 触媒床温が所定の判定温度になったときの温度差と触媒の劣化度合との関係を示すマップ。 第３の実施形態にかかる劣化判定処理の一連の流れを示すフローチャート。 劣化の進行に伴う触媒床温と温度差との関係の変化を示すグラフ。 温度差が所定の判定温度差になったときの触媒床温と触媒の劣化度合との関係を示すマップ。 基準となる劣化度合にある排気浄化触媒における触媒床温ＴＨＣと温度差ΔＴＨとの関係を示すマップ。 従来の劣化判定の方法を説明する説明図。 反応物質が少ない場合における温度上昇量と劣化度合との関係を示す説明図。

符号の説明

１０…ディーゼルエンジン、１１…燃焼室、１２…燃料噴射弁、１３…コモンレール、１４…サプライポンプ、２０…吸気通路、２１…吸気絞り弁、２１ａ…モータ、２２…ターボチャージャ、２２ａ…タービン、３０…排気通路、４１…触媒コンバータ、４２…ＰＭフィルタ、４３…排気還流通路、４４…ＥＧＲ弁、４４ａ…リニアソレノイド、５０…電子制御装置、５１…エアフロメータ、５２…車速センサ、５３…水温センサ、５４…回転速度センサ、５５…上流側排気温センサ、５６…下流側排気温センサ、６０…触媒異常ランプ。

Claims (10)

1. 車載内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒の触媒床温を推定する触媒床温推定手段と、前記排気浄化触媒を通過する排気の通過前後の状態を比較することにより同排気浄化触媒における排気浄化反応の反応量を推定する反応量推定手段と、前記触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が前記排気浄化触媒の活性化が完了する活性化温度未満であり且つ同触媒床温の上昇に伴って同排気浄化触媒における排気浄化反応の反応量が増大する温度域にあるときに、同触媒床温と前記反応量推定手段によって推定される反応量との関係に基づいて前記排気浄化触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備える
   車両用排気浄化触媒の劣化判定装置。
2. 請求項１に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置において、
   前記劣化判定手段は前記触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が所定の温度になったときに前記反応量推定手段によって推定される反応量が少ないほど前記排気浄化触媒の劣化度合が大きい旨を判定する
   ことを特徴とする車両用排気浄化触媒の劣化判定装置。
3. 前記劣化判定手段は前記触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が所定の温度になったときに前記反応量推定手段によって推定される反応量が所定の反応量以上であるときには前記排気浄化触媒が正常である旨の判定を行う一方、同反応量が前記所定の反応量未満であるときには前記排気浄化触媒が異常である旨の判定を行う
   請求項１又は請求項２に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置。
4. 前記劣化判定手段は前記推定される触媒床温が前記温度域における所定の温度範囲内あるときに前記反応量推定手段によって推定される反応量が所定の反応量以上になった場合には前記排気浄化触媒が正常である旨の判定を行う一方、前記推定される触媒床温が前記所定の温度範囲を超えるまで上昇しても前記反応量が前記所定の反応量以上にならない場合には前記排気浄化触媒が異常である旨の判定を行う
   請求項１又は請求項２に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置。
5. 請求項１に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置において、
   前記劣化判定手段は前記反応量推定手段によって推定される反応量が所定の反応量になったときに前記触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が高いときほど前記排気浄化触媒の劣化度合が大きい旨を判定する
   ことを特徴とする車両用排気浄化触媒の劣化判定装置。
6. 前記劣化判定手段は前記反応量推定手段によって推定される反応量が所定の反応量になったときに前記触媒床温推定手段によって推定される触媒床温が所定の温度未満であるときには前記排気浄化触媒が正常である旨の判定を行う一方、同触媒床温が所定の温度以上であるときには前記排気浄化触媒が異常である旨の判定を行う
   請求項１又は請求項５に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置。
7. 前記触媒床温推定手段及び前記反応量推定手段は、前記排気通路における前記排気浄化触媒よりも上流側の部位に設けられ同排気浄化触媒に導入される排気の温度を検出する上流側排気温センサと、同排気浄化触媒よりも下流側の部位に設けられ同排気浄化触媒を通過した排気の温度を検出する下流側排気温センサとを含み、
   前記触媒床温推定手段は前記上流側排気温センサによって検出される上流側排気温が高いほど前記排気浄化触媒の触媒床温が高い旨を推定し、
   前記反応量推定手段は前記下流側排気温センサによって検出される下流側排気温が前記上流側排気温センサによって検出される上流側排気温よりも高いほど前記排気浄化触媒における排気浄化反応の反応量が多い旨を推定する
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置。
8. 前記触媒床温推定手段は外気温を検出する外気温検出手段を更に含み、同外気温検出手段によって検出される外気温が低いときほど前記上流側排気温に基づいて推定される前記排気浄化触媒の触媒床温が低くなるように同触媒床温を補正する
   請求項７に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置。
9. 前記触媒床温推定手段は車速を検出する車速検出手段を含み、該検出される車速が速いときほど前記上流側排気温に基づいて推定される前記排気浄化触媒の触媒床温が低くなるように同触媒床温を補正する
   請求項７又は請求項８に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置。
10. 前記排気浄化触媒の劣化を判定するのに伴い、前記排気通路における前記排気浄化触媒よりも上流側の部位に設けられた酸化触媒に未燃燃料を供給して酸化反応を生じさせ、その酸化熱によって前記排気浄化触媒に導入される排気を昇温して前記排気浄化触媒の触媒床温を上昇させる昇温制御を実行する昇温制御手段を更に備える
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の車両用排気浄化触媒の劣化判定装置。

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