JP2010236458A - ＮＯｘ触媒の劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ触媒の還元性能を考慮しつつ高精度で診断を行う。
【解決手段】ＮＯｘ触媒が所定温度以上の高温という条件下で吸蔵ＮＯｘが放出された後の第１吸蔵量を計測する。ＮＯｘ触媒が前記所定温度未満の低温という条件下でＮＯｘ触媒にストイキ又はリッチの排気ガスが供給されることにより吸蔵ＮＯｘが放出された後の第２吸蔵量を計測する。計測された第１吸蔵量を所定の判定値Ｘと比較してＮＯｘ触媒が正常か劣化かを判定する。計測された第１吸蔵量および第２吸蔵量に基づいて判定値Ｘを設定する。ＮＯｘ触媒の還元性能を表す第２吸蔵量に基づいて判定値を設定するので、ＮＯｘ触媒の還元性能を考慮した高精度な診断が可能となる。
【選択図】図５

Description

本発明はＮＯｘ触媒の劣化診断装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化を診断する装置に関する。

一般に、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気系に配置される排気浄化装置として、排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するためのＮＯｘ触媒が知られている。このＮＯｘ触媒としては様々なタイプのものが知られているが、その中で、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して除去する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（NSR: NOx Storage Reduction）が公知である。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、これに供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキともいう）よりリーン（即ち、酸素過剰雰囲気）のときには排気ガス中のＮＯｘを硝酸塩の形で吸蔵し、排気ガスの空燃比が理論空燃比またはこれよりリッチ（即ち、酸素不足雰囲気）のときには吸蔵したＮＯｘを放出しＮ₂に還元するという、ＮＯｘの吸放出作用を有する。

一方、ＮＯｘ触媒が劣化すると正常時よりも多くのＮＯｘが大気に排出されてしまうことから、これを防止すべく、ＮＯｘ触媒の劣化を診断することが行われている。特に自動車の分野では車載状態（オンボード）で劣化診断を実施する要請がある。

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が劣化すると触媒が吸蔵できるＮＯｘの量すなわちＮＯｘ吸蔵量が低下する。よってＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を計測し、これを所定の判定値と比較することで、ＮＯｘ触媒が正常か劣化かを判断することができる。

なお、特許文献１には、ＮＯｘ触媒の活性度が比較的低いタイミングで計測されたＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能に関する指標値と、ＮＯｘ触媒の活性度が比較的高いタイミングで計測された指標値とに基づき、ＮＯｘ触媒の異常を判定する異常診断装置が開示されている。

特開２００８−１４４７１１号公報

ところで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒については、これから吸蔵ＮＯｘを放出させてＮＯｘ触媒の吸蔵能を回復させる再生と称する処理が行われる。この再生には二種類が存在する。

一つは、ＮＯｘ触媒から吸蔵ＮＯｘを放出させて還元するために行われる再生であり、ＮＯｘ触媒が比較的低温の通常の触媒温度（例えば約２００〜４００℃）のときに排気ガスの空燃比を短時間だけストイキまたはリッチに制御する（すなわち、リッチスパイクを実行する）ことで行われる。このような再生ないし空燃比制御を以下、通常再生と称す。

もう一つは、ＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄（Ｓ）分を脱離させるための再生、或いは排気通路に別途設置されたパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称す）から堆積パティキュレートを燃焼除去するフィルタの再生と同時に行われる再生である。これは、ＮＯｘ触媒の触媒温度が比較的高温（例えば６００℃以上）という条件下で行われる。ＮＯｘ触媒の温度を高温とすることにより、ＮＯｘ触媒に吸着されていた硝酸塩および硫酸塩が熱分解し、脱離される。このような再生を以下、高温再生と称す。

ところで、本発明者らは、鋭意研究の結果、高温再生の後と通常再生の後とで、計測されるＮＯｘ吸蔵量の値が異なることを見出した。すなわち、高温再生は、高温下で行われるため、吸蔵ＮＯｘをほぼ完全に放出させることができ、その後に計測されるＮＯｘ吸蔵量は大きい。他方、通常再生は、低温下で行われるため、その後に計測されるＮＯｘ吸蔵量は、高温再生の後に計測されるＮＯｘ吸蔵量に比べ相対的に小さい。

そして、通常再生後に計測されるＮＯｘ吸蔵量は、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出する能力、すなわちＮＯｘ触媒の還元性能を純粋に表すと考えることができる。なぜなら、このＮＯｘ吸蔵量は、高温という助けを借りずに雰囲気のみで行われた再生の後に得られた値だからである。

さらに、触媒のＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ浄化率との間には高い相関があるが、本発明者らは、この相関が、ＮＯｘ触媒の還元性能によって変化することをも見出した。よって例えば所定値以下のＮＯｘ浄化率の触媒を劣化と判定しようとする場合、ＮＯｘ触媒の還元性能を考慮しないと、劣化診断を高い精度で行うことが困難である。

そこで本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘ触媒の還元性能を考慮しつつ高精度で診断を行うことができるＮＯｘ触媒の劣化診断装置を提供することにある。

本発明の一の形態によれば、
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化を診断する装置であって、
前記ＮＯｘ触媒が所定温度以上の高温という条件下で吸蔵ＮＯｘが放出された後の第１吸蔵量を計測する第１計測手段と、
前記ＮＯｘ触媒が前記所定温度未満の低温という条件下で前記ＮＯｘ触媒にストイキ又はリッチの排気ガスが供給されることにより吸蔵ＮＯｘが放出された後の第２吸蔵量を計測する第２計測手段と、
前記第１計測手段により計測された前記第１吸蔵量を所定の判定値と比較して前記ＮＯｘ触媒が正常か劣化かを判定する判定手段と、
前記第１計測手段および前記第２計測手段によりそれぞれ計測された前記第１吸蔵量および前記第２吸蔵量に基づいて前記判定値を設定する判定値設定手段と、
を備えたことを特徴とするＮＯｘ触媒の劣化診断装置が提供される。

本発明によれば、ＮＯｘ触媒の還元性能を考慮しつつ高精度で診断を行うことができるという、優れた効果が発揮される。

本発明が適用される内燃機関の概略的なシステム図である。 通常再生時のタイムチャートである。 第１吸蔵量計測時のタイムチャートである。 第２吸蔵量計測時のタイムチャートである。 第１吸蔵量とＮＯｘ浄化率の相関関係を示すグラフである。 アンモニア生成量と水素生成量の相関関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明が適用される内燃機関の概略的なシステム図である。図中、１０は、自動車用の圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンであり、１１は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、１２は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、１３は燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ１７に供給された燃料が、高圧ポンプ１７によりコモンレール１８に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール１８内の高圧燃料がインジェクタ１４から燃焼室１３内に直接噴射供給される。エンジン１０からの排気ガスは、排気マニフォルド１２からターボチャージャ１９を経た後にその下流の排気通路１５に流され、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。またＥＧＲ装置などの他の排気浄化デバイスを含むことも任意である。

他方、エアクリーナ２０から吸気通路２１内に導入された吸入空気は、エアフローメータ２２、ターボチャージャ１９、インタークーラ２３、スロットルバルブ２４を順に通過して吸気マニフォルド１１に至る。エアフローメータ２２は吸入空気量を検出するためのセンサであり、具体的には吸入空気の流量に応じた信号を出力する。スロットルバルブ２４には電子制御式のものが採用されている。

排気通路１５には、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒、特に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒３０が設けられている。また、ＮＯｘ触媒３０の上流側には、排気ガス中の未燃成分（特にＨＣ）を酸化して浄化する酸化触媒３２と、排気ガス中の煤等の粒子状物質（ＰＭ）を捕集して燃焼除去するＤＰＲ（Diesel Particulate Reduction）触媒３４とが設けられている。

酸化触媒３２の上流側には、前述の高温再生を行うため、還元剤としての燃料を噴射する前段燃料添加弁４０が設けられている。また、ＤＰＲ触媒３４とＮＯｘ触媒３０の間には、前述の通常再生を行うため、燃料を噴射する後段燃料添加弁４２が設けられている。

また、エンジン全体の制御を司る制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）１００が設けられている。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ１００は、各種センサ類の検出値等に基づいて、所望のエンジン制御が実行されるように、インジェクタ１４、高圧ポンプ１７、スロットルバルブ２４等を制御する。またＥＣＵ１００は、高温再生および通常再生のときの燃料噴射量を制御すべく、前段燃料添加弁４０および後段燃料添加弁４２をそれぞれ制御する。

ＥＣＵ１００に接続されるセンサ類としては、前述のエアフローメータ２２の他、ＮＯｘ触媒３０の上流側と下流側にそれぞれ設けられたＮＯｘセンサ即ち触媒前ＮＯｘセンサ５０及び触媒後ＮＯｘセンサ５２と、ＮＯｘ触媒３０の上流側と下流側にそれぞれ設けられた排気温センサ即ち触媒前排気温センサ５４及び触媒後排気温センサ５６が含まれる。前記ＮＯｘセンサ５０，５２は、それら設置位置における排気ガスのＮＯｘ濃度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。前記排気温センサ５４，５６は、それら設置位置における排気ガスの温度に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。

さらに本実施形態では、ＮＯｘ触媒３０の下流側に空燃比センサ６０が設けられている。空燃比センサ６０は、その設置位置における排気ガスの空燃比に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。

この他、クランク角センサ２６及びアクセル開度センサ２７がＥＣＵ１００に接続されている。クランク角センサ２６はクランク角の回転時にクランクパルス信号をＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はそのクランクパルス信号に基づきエンジン１０のクランク角を検出すると共に、エンジン１０の回転速度を常時演算する。アクセル開度センサ２７は、ユーザによって操作されるアクセルペダルの開度（アクセル開度）に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（NSR: NOx Storage Reduction）３０は、アルミナＡｌ₂Ｏ₃等の酸化物からなる基材表面に、触媒成分としての白金Ｐｔのような貴金属と、ＮＯｘ吸収成分とが担持されて構成されている。ＮＯｘ吸収成分は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ、セシウムＣｓ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、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つから成る。

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒３０は、これに流入される排気ガスの空燃比がストイキよりリーンのときにはＮＯｘを硝酸塩の形で吸蔵し、これに流入される排気ガスの空燃比がストイキ又はそれよりリッチのときには吸蔵したＮＯｘを放出するという、ＮＯｘの吸放出作用を有する。本実施形態のようなディーゼルエンジンの場合、通常時の排気空燃比はストイキよりリーンであり、ＮＯｘ触媒３０は排気中のＮＯｘの吸収を行う。一方、ＮＯｘ触媒３０の上流側にて還元剤が供給され、流入排気ガスの空燃比がストイキ又はそれよりリッチになると、ＮＯｘ触媒３０は吸収したＮＯｘの放出を行う。この放出されたＮＯｘは還元剤と反応して還元浄化される。

還元剤に関しては、排気中で炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯ等の還元成分を発生するものであれば良く、水素、一酸化炭素等の気体、プロパン、プロピレン、ブタン等の液体又は気体の炭化水素、ガソリン、軽油、灯油等の液体燃料等が使用できる。本実施形態では貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるためディーゼルエンジンの燃料である軽油を使用している。本実施形態では還元剤を供給する燃料添加弁４０，４２が別途設けられているが、これに代えて或いはこれに加えて、インジェクタ１４から燃焼室１３に膨張行程後期又は排気行程で燃料を噴射するいわゆるポスト噴射を行うことが可能である。

ＮＯｘ触媒３０のＮＯｘ吸放出作用はＮＯｘ触媒３０が所定の活性温度域にないと行えない。そこで本実施形態ではＮＯｘ触媒３０の温度が検出又は推定される。ＮＯｘ触媒３０の温度は、触媒に埋設した温度センサにより直接検出することもできるが、本実施形態ではそれを推定することとしている。具体的には、ＥＣＵ１００が、触媒前排気温センサ５４及び触媒後排気温センサ５６によりそれぞれ検出された触媒前排気温及び触媒後排気温に基づき、触媒温度を推定する。なお推定方法はこのような例に限られない。

前述したように、ＮＯｘ触媒３０から吸蔵ＮＯｘを放出させてＮＯｘ触媒３０のＮＯｘ吸蔵能を回復させる再生と称する処理が行われる。この再生には二種類が存在する。一つは、ＮＯｘ触媒から吸蔵ＮＯｘを放出させる目的で行われる通常再生である。通常再生は、ＮＯｘ触媒３０が所定温度（例えば６００℃）未満の低温という条件下、具体的には通常の触媒温度（例えば約２００〜４００℃）の条件下で、後段燃料添加弁４２から燃料を噴射することにより、排気ガスの空燃比を短時間だけストイキまたはリッチに制御する（すなわち、通常リッチスパイクを実行する）ことで行われる。

もう一つは、ＮＯｘ触媒３０に吸蔵された硫黄（Ｓ）分を脱離させる目的、或いはＤＰＲ触媒３４に堆積したＰＭを燃焼除去する目的で行われる高温再生である。高温再生は、ＮＯｘ触媒３０を所定温度（例えば６００℃）以上の高温という条件下に置くことで行われる。

ＮＯｘ触媒３０は、燃料中に含まれる硫黄（Ｓ）分に起因して排ガス中の硫黄分をＢａＳＯ₄などの硫酸塩として吸蔵してしまい、Ｓ被毒することがある。硫酸塩は、ＮＯｘ吸蔵時に生成される硝酸塩に比べて安定性が高いため、単に通常リッチスパイクを実行しただけではＮＯｘ触媒から放出されない。この硫酸塩を放出するためには、ＮＯｘ触媒３０をより高温にする必要がある。すなわち、ＮＯｘ触媒３０を、これに吸蔵された硫酸塩が熱分解して脱離するほどの高温まで加熱する必要がある。このような高温下では、ＮＯｘ触媒３０に吸蔵された硝酸塩ももはや保持されず、熱分解して脱離してしまう。

高温再生に際しては、前段燃料添加弁４０から燃料が噴射される。するとこの燃料が酸化触媒３２で酸化、燃焼され、高温な排気ガスが生成される。この高温の排気ガスは、ＮＯｘ触媒３０に供給されてＮＯｘ触媒３０を高温まで加熱し、ＮＯｘ触媒３０から硫酸塩と硝酸塩を同時に脱離させる。また、ＤＰＲ触媒３４にも供給されて堆積ＰＭを燃焼除去するのに利用される。なお、かかる高温排気ガスはリッチであることが多いが、リーンであってもよい。高温再生に際して後段燃料添加弁４２から噴射した燃料をＮＯｘ触媒３０で直接燃焼させてＮＯｘ触媒３０を加熱してもよい。

これら通常再生と高温再生は、所定のタイミング毎に定期的ないし周期的に行われる。例えば、触媒前ＮＯｘセンサ５０により検出された触媒前ＮＯｘ濃度Ｃ１と、触媒後ＮＯｘセンサ５２により検出された触媒後ＮＯｘ濃度Ｃ２との差ΔＣ＝Ｃ１−Ｃ２が所定値以下に減少したならば、ＮＯｘ触媒３０が実質的にＮＯｘを吸蔵できなくなり吸蔵ＮＯｘがほぼ飽和量に達したとみなして、通常再生を行う。他方、高温再生の周期は通常再生の周期より長いことが多い。例えば通常再生を一乃至複数回行ってもＮＯｘ吸蔵量が回復しないときにはＳ被毒が生じたとみなして高温再生を実行する。また、差圧等に基づきＤＰＲ触媒３４に多量のＰＭが堆積したことが検出されたときにも高温再生を実行する。

次に、ＮＯｘ触媒３０の劣化診断について説明する。

ＥＣＵ１００は、通常再生と高温再生のいずれの後においても、ＮＯｘ触媒３０が吸蔵し得るＮＯｘの量すなわちＮＯｘ吸蔵量を計測する。すなわち、図２に示すようにＥＣＵ１００は、通常再生に際して、排気ガスの空燃比Ａ／ＦをリッチとするリッチスパイクＲＳの終了時点ｔ２から次のリッチスパイクの開始時点ｔ１まで、所定の演算周期毎に、ＮＯｘ触媒３０に流入するＮＯｘ量（これを入ＮＯｘと称す）とＮＯｘ触媒３０から流出するＮＯｘ量（これを出ＮＯｘと称す）との差を求め、且つこれを積算して、ＮＯｘ吸蔵量を求める。

具体的にはＥＣＵ１００は、触媒前ＮＯｘセンサ５０により検出された触媒前ＮＯｘ濃度Ｃ１と、触媒後ＮＯｘセンサ５２により検出された触媒後ＮＯｘ濃度Ｃ２との差ΔＣ＝Ｃ１−Ｃ２に、排ガス流量の代用値である吸入空気量Ｇａ（エアフローメータ２２により検出される）を乗じて得られた値ΔＣ・Ｇａを、所定の演算周期毎に求め、且つこれをあるリッチスパイクＲＳの終了時点ｔ２から次のリッチスパイクの開始時点ｔ１まで積算してＮＯｘ吸蔵量を求める。

同様にＥＣＵ１００は、高温再生に際して、ある高温再生の終了時点から次の通常再生または高温再生の開始時点まで、入ＮＯｘと出ＮＯｘとの差を求め、且つこれを積算し、ＮＯｘ吸蔵量を求める。

こうして高温再生後に計測されたＮＯｘ吸蔵量を第１吸蔵量Ｍ１、通常再生後に計測されたＮＯｘ吸蔵量を第２吸蔵量Ｍ２と称す。

図３および図４にそれぞれ第１吸蔵量Ｍ１および第２吸蔵量Ｍ２の計測の様子を示す。図から分かるように、第１吸蔵量Ｍ１の計測値は第２吸蔵量Ｍ２の計測値より大きい。その理由は、高温再生が高温下で行われ吸蔵ＮＯｘをほぼ完全に放出させることができるため、高温再生後に多くのＮＯｘを吸蔵できるのに対し、通常再生が低温下で行われ吸蔵ＮＯｘを高温再生時のように放出させることができないため、通常再生後にも高温再生後ほど多くのＮＯｘを吸蔵できないからである。

そして本実施形態では、第１吸蔵量Ｍ１の計測値を所定の判定値Ｘと比較してＮＯｘ触媒３０が正常か劣化かを判定する。すなわち、Ｍ１＞ＸであればＮＯｘ触媒３０を正常と判定し、Ｍ１≦ＸであればＮＯｘ触媒３０を劣化と判定する。

ところで、ＮＯｘ触媒３０にはＮＯｘを吸蔵する能力と放出する能力とがあるが、通常再生後に計測される第２吸蔵量Ｍ２はＮＯｘを放出する能力、すなわちＮＯｘ触媒の還元性能を純粋に表すと考えることができる。なぜなら、この第２吸蔵量Ｍ２は、高温という助けを借りずに雰囲気のみで行われた再生の後に得られた値だからである。

他方、高温再生後に計測される第１吸蔵量Ｍ１はＮＯｘを吸蔵する能力、すなわちＮＯｘ触媒の吸蔵性能を純粋に表すと考えることができる。なぜなら、この第１吸蔵量Ｍ１は、高温再生により吸蔵ＮＯｘをほぼ完全に放出した後に得られた値だからである。

一方、ＮＯｘ触媒３０のＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ浄化率との間には高い相関があるが、この相関は、ＮＯｘ触媒３０の還元性能によって変化する。これを図５に基づいて説明する。

図５において、横軸には第１吸蔵量Ｍ１が取ってあり、縦軸にはＮＯｘ浄化率が取ってある。また線Ａ，Ｂは、第１吸蔵量Ｍ１と第２吸蔵量Ｍ２との比すなわち吸蔵量比Ｒ＝Ｍ１／Ｍ２が異なる触媒についての第１吸蔵量Ｍ１とＮＯｘ浄化率との関係を示す。

概して、ＮＯｘ浄化率は、第１吸蔵量Ｍ１の増加と共に増加し、第１吸蔵量Ｍ１が所定値以上になると一定となり、すなわち飽和する傾向にある。

ところが、このような相関関係は吸蔵量比Ｒ＝Ｍ１／Ｍ２によって変化する。吸蔵量比Ｒは線Ｂの方が線Ａより大であり、すなわち線Ｂの方が線Ａよりも、同一の第１吸蔵量Ｍ１に対し第２吸蔵量Ｍ２が小さいという関係にある。これはすなわち、線Ｂの方が線ＡよりもＮＯｘ触媒３０の還元性能が低いことを意味する。吸蔵量比Ｒが大きくなるすなわち還元性能が低下するにつれ、同一の第１吸蔵量Ｍ１に対するＮＯｘ浄化率は低下する。

ここで、所定のＮＯｘ浄化率Ｈを劣化判定の閾値と定め、閾値Ｈ以下の触媒を劣化、閾値Ｈより大きい触媒を正常と判定しようとする場合、吸蔵量比Ｒに応じて、閾値Ｈに対応する第１吸蔵量Ｍ１の値は変化する。線Ａの場合、閾値Ｈに対応する第１吸蔵量Ｍ１の値はａであり、線Ｂの場合、閾値Ｈに対応する第１吸蔵量Ｍ１の値はａより大きいｂである。

閾値Ｈと前記判定値Ｘとは対応するものであるから、線Ａの特性を示す触媒に対しては判定値Ｘをａとすべきであり、線Ｂの特性を示す触媒に対しては判定値Ｘをｂとすべきである。

また、線Ｂは線Ａよりも還元性能が低いため、触媒としては劣化側である。

以上の検討を踏まえ、本実施形態では、判定値Ｘを、それぞれ計測された第１吸蔵量Ｍ１と第２吸蔵量Ｍ２との値、より詳細にはこれらの比Ｒに基づき、設定する。すなわち、吸蔵量比Ｒが大きいほど判定値Ｘが大きくなるように、判定値Ｘを変化させる。例えば線Ａのような吸蔵量比Ｒを示す触媒に対してはＸ＝ａとし、線Ｂのような吸蔵量比Ｒを示す触媒に対してはＸ＝ｂとする。こうすると、同一の第１吸蔵量Ｍ１が計測されても触媒の還元性能の低下につれ、判定値Ｘが増大し、劣化判定し易くなり、上記検討に見合った結果となる。従ってこれにより、ＮＯｘ触媒の還元性能を考慮しつつ高精度で診断を行うことが可能となる。

ＥＣＵ１００で実行される具体的な診断処理については、まず予め、吸蔵量比Ｒと判定値Ｘとの関係を規定したマップまたは関数（以下、マップ等という）をＥＣＵ１００に記憶しておく。このマップ等は、吸蔵量比Ｒが大きいほど大きな判定値Ｘを得られるように規定しておく。そしてＥＣＵ１００は、第１吸蔵量Ｍ１と第２吸蔵量Ｍ２とを計測した後、これら計測値に基づき吸蔵量比Ｒを算出し、吸蔵量比Ｒに対応した判定値Ｘをマップ等から算出する。次いでＥＣＵ１００は、第１吸蔵量Ｍ１と判定値Ｘを比較し、Ｍ１＞ＸであればＮＯｘ触媒３０を正常、Ｍ１≦ＸであればＮＯｘ触媒３０を劣化と判定する。

ところで、次のような他の実施形態も可能である。上述の基本実施形態では判定値Ｘを吸蔵量比Ｒに応じて可変とした。これに対し、第１の他の実施形態にあっては、判定値Ｘを吸蔵量比Ｒに拘わらず一定値とする一方、吸蔵量比Ｒ自体を別の判定値と比較してその結果をも利用して正常劣化判定を行う。

例えば、吸蔵量比Ｒについての判定値をＹとし、Ｍ１≦Ｘ（吸蔵性能の低下）およびＲ≧Ｙ（還元性能の低下）の少なくとも一方が成立したとき、ＮＯｘ触媒３０を劣化と判定する。他方、Ｍ１＞ＸおよびＲ＜Ｙの両方が成立したとき、ＮＯｘ触媒３０を正常と判定する。

次に、第２の他の実施形態について説明する。

図１に示したような、ＮＯｘ触媒３０の下流側に設置された空燃比センサ６０は、高温再生時における排気空燃比の制御に用いられる。すなわち、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ６０によって検出された空燃比が所定の目標空燃比に一致するよう、前段燃料添加弁４０から噴射される燃料量をフィードバック制御する。

ところで、高温再生時にＮＯｘ触媒３０にリッチな（特に著しくリッチな）排気ガスが供給されると、ＮＯｘ触媒３０で生成される水素Ｈ₂の影響により、空燃比センサ６０の出力がリッチ側にズレる。例えば、排気ガスの空燃比が１４．２であるのに、空燃比センサ６０は空燃比１４．０相当の出力を発する。こうなると空燃比センサ６０により正確な空燃比を検出できなくなり、空燃比制御の精度が悪化する。

一方、かかるリッチ状態では、ＮＯｘ触媒３０内でアンモニアＮＨ₃も生成される。このアンモニアＮＨ₃の生成量と水素Ｈ₂の生成量との間には、図６に示すような相関関係ないし比例関係がある。他方、ＮＯｘ触媒３０の下流側に設置された触媒後ＮＯｘセンサ５２は、その構造上、アンモニアＮＨ₃も検出可能であり、すなわち排気ガスのアンモニア濃度に対応した信号を出力可能である。

そこで、この第２の他の実施形態においては、高温再生時、ＥＣＵ１００が触媒後ＮＯｘセンサ５２の検出値に基づいて空燃比センサ６０の検出値を補正する。

具体的には、図６に示した相関関係に対応する、触媒後ＮＯｘセンサ５２の検出値と水素（Ｈ₂）生成量との関係を予めマップ等としてＥＣＵ１００に記憶させる。そしてＥＣＵ１００は、高温再生時、触媒後ＮＯｘセンサ５２の検出値からマップ等を参照して水素生成量を求め、この水素生成量から所定のマップ等に従い補正値を算出し、この補正値により空燃比センサ６０の検出値を補正する。補正値は、水素生成量が大きくなるほど空燃比センサ６０の検出値を大きくリーン側に補正するように規定しておく。

こうして、空燃比センサ６０の検出値は、水素影響を除去するようにリーン側に補正され、実際の排気空燃比相当の正確な値となる。この補正後の検出値を用いて排気空燃比を制御することにより、空燃比制御の精度を著しく向上することができる。

また、水素生成量を検出する装置（センサ等）を追加することなく水素生成量を推定することができるので、構造上およびコスト上の利点も存在する。

なお、この第２の他の実施形態は通常再生に適用することも可能である。

以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、エンジンは車両用以外であってもよいし、火花点火式内燃機関、とりわけ直噴リーンバーンガソリンエンジンであってもよい。前記実施形態では、高温再生用と通常再生用とで二本の燃料添加弁４０，４２を用いたが、これに限らず、両方の再生を一本の燃料添加弁で行ってもよいし、燃料添加弁を用いずポスト噴射等によって行ってもよい。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１０ エンジン
１５ 排気通路
２２ エアフローメータ
３０ ＮＯｘ触媒
４０ 前段燃料添加弁
４２ 後段燃料添加弁
５０ 触媒前ＮＯｘセンサ
５２ 触媒後ＮＯｘセンサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｍ１ 第１吸蔵量
Ｍ２ 第２吸蔵量
Ｘ 判定値

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化を診断する装置であって、
   前記ＮＯｘ触媒が所定温度以上の高温という条件下で吸蔵ＮＯｘが放出された後の第１吸蔵量を計測する第１計測手段と、
   前記ＮＯｘ触媒が前記所定温度未満の低温という条件下で前記ＮＯｘ触媒にストイキ又はリッチの排気ガスが供給されることにより吸蔵ＮＯｘが放出された後の第２吸蔵量を計測する第２計測手段と、
   前記第１計測手段により計測された前記第１吸蔵量を所定の判定値と比較して前記ＮＯｘ触媒が正常か劣化かを判定する判定手段と、
   前記第１計測手段および前記第２計測手段によりそれぞれ計測された前記第１吸蔵量および前記第２吸蔵量に基づいて前記判定値を設定する判定値設定手段と、
   を備えたことを特徴とするＮＯｘ触媒の劣化診断装置。

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