JP2011058415A

JP2011058415A - Ｎｏ酸化触媒の劣化検出装置および方法

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Publication number: JP2011058415A
Application number: JP2009208443A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Fujita; 哲也藤田
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: JP5375462B2

Abstract

【課題】ＮＯ酸化触媒の劣化を容易に検出することができるＮＯ酸化触媒の劣化検出装置および方法を提供する。
【解決手段】ＮＯ酸化触媒５の劣化を検出するＮＯ酸化触媒５の劣化検出装置１であって、前記ＮＯ酸化触媒５に吸着されたＮＯ₂の吸着量が前記飽和吸着量未満のときに前記ＮＯ酸化触媒５の劣化判定が実施可能であると判定する実施判定手段と、前記ＮＯ酸化触媒５に流入する排ガスのＮＯｘ濃度を検出する流入側ＮＯｘ濃度検出手段と、前記ＮＯ酸化触媒５から流出した排ガスのＮＯｘ濃度を検出する流出側ＮＯｘ濃度検出手段と、前記実施判定手段により前記ＮＯ酸化触媒５の劣化判定が実施可能であると判定された際に、前記流入側ＮＯｘ濃度検出手段の検出値から前記流出側ＮＯｘ濃度検出手段の検出値を引いた差が所定のＮＯｘ濃度閾値以下のときに、前記ＮＯ酸化触媒５が劣化したと判定する劣化判定手段とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒の上流に配置され排ガス中のＮＯをＮＯ₂に酸化するＮＯ酸化触媒の劣化を検出するＮＯ酸化触媒の劣化検出装置および方法に関するものである。

ディーゼル排ガスのような酸素過剰雰囲気中のＮＯｘを処理するためにＮＯｘ吸蔵触媒や尿素ＳＣＲ触媒が実用化されている。また、これらのＮＯｘ触媒の上流にＮＯ酸化触媒を配置し、ＮＯ₂を生成することによりＮＯｘ吸蔵触媒や尿素ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能を高める方法が提案されている。

熱や被毒などによりＮＯ酸化触媒が劣化するとＮＯ₂生成性能が低下し下流のＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力が低下する。

今後は、排ガス浄化装置の劣化や故障を自動的に診断することを要求するＯＢＤ（Ｏｎ−ＢｏａｒｄＤｉａｇｎｏｓｔｉｃ）規制が強化されようとしており、触媒の劣化を検出することが求められている。

従来、酸化触媒の劣化検出手段として、ＣＯ、ＨＣの酸化活性の低下に関しては、酸化触媒（以下ＣＯ、ＨＣ酸化触媒という）の上流に燃料を添加するなどにより排ガス中のＨＣ濃度、ＣＯ濃度を高めた時のＣＯ、ＨＣ酸化触媒でのＣＯ、ＨＣの酸化反応の反応熱による排ガス温度などの上昇を検出することによりＣＯ、ＨＣ酸化触媒の劣化を判定する方法などが提案されている（例えば特許文献１など参照）。

特開２００８−１２１４２８号公報

しかしながら、上述の方法はＣＯ、ＨＣ酸化触媒のＣＯ、ＨＣ酸化性能劣化を検出することはできるが、ＮＯ酸化触媒の場合、ＮＯ酸化触媒にＮＯを供給する必要があることから、ＮＯ酸化触媒のＮＯ酸化性能の劣化を判定するには適しておらず、ＮＯ酸化性能劣化を検出することができなかった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＮＯ酸化触媒の劣化を容易に検出することができるＮＯ酸化触媒の劣化検出装置および方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気管に排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒が設けられ、そのＮＯｘ触媒よりも上流の排気管に、前記ＮＯｘ触媒に流入する排ガス中のＮＯを予めＮＯ₂に酸化するためのＮＯ酸化触媒が設けられ、そのＮＯ酸化触媒の劣化を検出するＮＯ酸化触媒の劣化検出装置であって、前記ＮＯ酸化触媒に吸着されたＮＯ₂の吸着量が飽和吸着量未満か否か判定すると共に、前記飽和吸着量未満のときに前記ＮＯ酸化触媒の劣化判定が実施可能であると判定する実施判定手段と、前記ＮＯ酸化触媒に流入する排ガスのＮＯｘ濃度を検出する流入側ＮＯｘ濃度検出手段と、前記ＮＯ酸化触媒から流出した排ガスのＮＯｘ濃度を検出する流出側ＮＯｘ濃度検出手段と、前記実施判定手段により前記ＮＯ酸化触媒の劣化判定が実施可能であると判定された際に、前記流入側ＮＯｘ濃度検出手段の検出値から前記流出側ＮＯｘ濃度検出手段の検出値を引いた差を求め、その差が所定のＮＯｘ濃度閾値以下のときに、前記ＮＯ酸化触媒が劣化したと判定する劣化判定手段とを備えたものである。

好ましくは、前記ＮＯｘ濃度閾値が０であるものである。

前記劣化判定手段は、前記流入側ＮＯｘ濃度検出手段の検出値から前記流出側ＮＯｘ濃度検出手段の検出値を引いた差をＮＯ転化率に換算し、その換算したＮＯ転化率が所定のＮＯ転化率閾値以下のときに、前記ＮＯ酸化触媒が劣化したと判定するものでもよい。

好ましくは、前記ＮＯ酸化触媒の温度を検出するための触媒温度検出手段を備え、前記ＮＯ酸化触媒は温度が高いほどＮＯ₂飽和吸着量が少なくなるものであり、前記実施判定手段は、前記触媒温度検出手段の検出値が所定の第１温度以上、かつ前記ＮＯ酸化触媒のＮＯ₂吸着量が前記触媒温度検出手段の検出値におけるＮＯ₂飽和吸着量以下となった後に、前記触媒温度検出手段の検出値が所定の第１温度よりも低い所定の第２温度まで低下したときに、前記ＮＯ酸化触媒の劣化判定が実施可能であると判定するものである。

上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気管に排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒が設けられ、そのＮＯｘ触媒よりも上流の排気管に、前記ＮＯｘ触媒に流入する排ガス中のＮＯを予めＮＯ₂に酸化するためのＮＯ酸化触媒が設けられ、そのＮＯ酸化触媒の劣化を検出するＮＯ酸化触媒の劣化検出方法において、前記ＮＯ酸化触媒に吸着されたＮＯ₂の吸着量が飽和吸着量未満の際に、前記ＮＯ酸化触媒に流入する排ガスのＮＯｘ濃度を検出すると共に、前記ＮＯ酸化触媒から流出した排ガスのＮＯｘ濃度を検出し、流入側のＮＯｘ濃度から流出側のＮＯｘ濃度を引いた差を求め、その差が所定のＮＯｘ濃度閾値以下のときに、前記ＮＯ酸化触媒が劣化したと判定するものである。

本発明によれば、ＮＯ酸化触媒の劣化を容易に検出することができるという優れた効果を発揮するものである。

図１は、本発明に係る一実施形態によるＮＯ酸化触媒の劣化検出装置の概略構成図である。図２は、ＮＯ酸化触媒およびＮＯｘセンサーの概略構成図である。図３は、ＮＯ酸化触媒の温度とＮＯ₂飽和吸着量との関係を説明するための図である。図４は、ＮＯ酸化触媒の温度とＮＯ₂生成率との関係を説明するための図である。図５は、本実施形態による劣化検出方法の制御フローの一例である。図６は、本実施形態による劣化検出方法の制御フローの一例である。図７は、ＮＯ酸化触媒の温度とＮＯ₂生成率との関係を説明するための図である。図８は、本実施形態の変形例による劣化検出方法の制御フローの一例である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施形態のＮＯ酸化触媒の劣化検出装置（以下、劣化検出装置という）は、自動車排ガス用ＮＯ酸化触媒の劣化を検出するものであり、例えば、車両に搭載されたディーゼルエンジン（以下、エンジンという）などに適用される。

図１に基づき本実施形態のエンジンおよび劣化検出装置の概略構造を説明する。

図１および図２に示すように、エンジン２は、燃焼室が形成されたエンジン本体１１と、そのエンジン本体１１からの排ガスを排出するための排気管３と、その排気管３に設けられ排ガスを浄化する排ガス浄化システム１２と、その排ガス浄化システム１２やエンジン本体１１などを制御するための電子制御ユニット６とを備える。

エンジン本体１１には、燃焼室に燃料を噴射、供給するためのインジェクタ１５や、エンジン回転数を検出するためのエンジン回転数センサー１６などが設けられる。インジェクタ１５の燃料噴射量、噴射時期が電子制御ユニット６により制御され、エンジン回転数センサー１６の検出値（エンジン回転数）が電子制御ユニット６に入力される。

排ガス浄化システム１２は、エンジン本体１１からの排ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するＮＯｘ触媒４と、そのＮＯｘ触媒４に流入する排ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を予めＮＯ₂（二酸化窒素）に酸化するためのＮＯ酸化触媒５と、そのＮＯ酸化触媒５の劣化を検出する劣化検出装置１とを備える。

本実施形態のＮＯｘ触媒４は、アンモニアを還元剤として排ガス中のＮＯｘを還元する尿素ＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）である。ＮＯｘ触媒４は、例えばセラミックハニカムなどからなる担体に、触媒成分（酸化バナジウムやゼオライトなど）を担持させて形成される。

このＮＯｘ触媒４よりも上流の排気管３には、その排気管３内に尿素水（尿素水溶液）を噴射、供給するために尿素添加部２１（尿素水噴射弁）が設けられる。その尿素添加部２１は、車両に搭載された尿素水タンク２２に供給ライン２３を介して接続される。また、尿素添加部２１の尿素水の噴射量、噴射時期が電子制御ユニット６により制御される。この尿素添加部２１から噴射された尿素水が排気管３内にてアンモニアへと分解されてＮＯｘ触媒４に供給される。

尿素添加部２１（およびＮＯｘ触媒４）よりも上流の排気管３には、前記ＮＯ酸化触媒５が設けられる。ＮＯ酸化触媒５は、例えばセラミックハニカムなどからなる担体に、触媒成分（パラジウムなど）を担持させて形成される。

劣化検出装置１は、ＮＯ酸化触媒５の温度を検出するための触媒温度検出手段と、その触媒温度検出手段の検出値を基にＮＯ酸化触媒５の劣化判定が実施可能であるか否か判定する実施判定手段と、ＮＯ酸化触媒５に流入する排ガスのＮＯｘ濃度を検出する流入側ＮＯｘ濃度検出手段をなす上流側ＮＯｘセンサー７と、ＮＯ酸化触媒５から流出した排ガスのＮＯｘ濃度を検出する流出側ＮＯｘ濃度検出手段をなす下流側ＮＯｘセンサー８と、実施判定手段によりＮＯ酸化触媒５の劣化判定が実施可能であると判定された際に、上流側および下流側ＮＯｘセンサー７、８の検出値を基にＮＯ酸化触媒５が劣化したか否か判定する劣化判定手段とを備える。本実施形態では、実施判定手段と劣化判定手段とが電子制御ユニット６により構成され、触媒温度検出手段が後述する温度センサー９と電子制御ユニット６とにより構成される。

上流側ＮＯｘセンサー７は、ＮＯ酸化触媒５よりも上流の排気管３に配置され、図例ではエンジン２とＮＯ酸化触媒５との間の排気管３に配置される。下流側ＮＯｘセンサー８は、ＮＯ酸化触媒５よりも下流の排気管３に配置され、図例ではＮＯ酸化触媒５と尿素添加部２１との間の排気管３に配置される。上流側ＮＯｘセンサー７および下流側ＮＯｘセンサー８は、例えば、排ガス中のＮＯｘによる酸素イオンの量を測定し、その測定値からＮＯｘ濃度を算出するものなどが考えられる。それら上流側ＮＯｘセンサー７および下流側ＮＯｘセンサー８の検出値（ＮＯｘ濃度）が電子制御ユニット６に各々入力される。

触媒温度検出手段は、ＮＯ酸化触媒５に流入する排ガス温度を検出する温度センサー９と、その温度センサー９により検出された排ガス温度を基にＮＯ酸化触媒５の温度を求める前記電子制御ユニット６とで構成される。温度センサー９は、ＮＯ酸化触媒５よりも上流側の排気管３に配置され、図例では上流側ＮＯｘセンサー７と同じ位置（排ガスの流れ方向における同じ位置）に配置される。この温度センサー９の検出値が電子制御ユニット６に入力され、その検出値から電子制御ユニット６がＮＯ酸化触媒５の温度を推定する。その推定された温度が触媒温度検出手段の検出値となる。

排気管３は、上流端がエンジン本体１１に接続され、そのエンジン本体１１側（上流側）から順に、上流側ＮＯｘセンサー７および温度センサー９、ＮＯ酸化触媒５、下流側ＮＯｘセンサー８、尿素添加部２１、ＮＯｘ触媒４が各々配置される。

電子制御ユニット６には、上述した上流側ＮＯｘセンサー７、温度センサー９、下流側ＮＯｘセンサー８やエンジン回転数センサー１６などのセンサー類と、インジェクタ１５や尿素添加部２１などのアクチュエータ類とが通信可能に接続される。

その電子制御ユニット６（劣化判定手段）は、上流側ＮＯｘセンサー７の検出値から下流側ＮＯｘセンサー８の検出値を引いた差を求め、その差が所定のＮＯｘ濃度閾値以下のときに、ＮＯ酸化触媒５が劣化したと判定する。

本実施形態では、前記ＮＯｘ濃度閾値が０であり、電子制御ユニット６（劣化判定手段）は、上流側ＮＯｘセンサー７と下流側ＮＯｘセンサー８との検出値が実質的に同じときに、ＮＯ酸化触媒５が劣化したと判断する。なお、実質的に同じとは、上流側ＮＯｘセンサー７および下流側ＮＯｘセンサー８の測定誤差の範囲内で、それらＮＯｘセンサー７、８の検出値が同じであることをいう。

また、電子制御ユニット６（実施判定手段）は、ＮＯ酸化触媒５に吸着されたＮＯ₂の吸着量が飽和吸着量未満か否か判定すると共に、飽和吸着量未満のときにＮＯ酸化触媒５の劣化判定が実施可能であると判定する。

より具体的には、電子制御ユニット６（実施判定手段）は、温度センサー９の検出値から推定したＮＯ酸化触媒５の温度が所定の第１温度（以下、実施判定温度という）以上、かつＮＯ酸化触媒５のＮＯ₂吸着量が、推定したＮＯ酸化触媒５の温度におけるＮＯ₂飽和吸着量以下となった後に、ＮＯ酸化触媒５の温度が実施判定温度よりも低い所定の第２温度（以下、劣化判定温度）まで低下したときに、ＮＯ酸化触媒５の劣化判定が実施可能であると判定する。

以上のように構成された劣化検出装置１は、車両に搭載されるＯＢＤ装置（車載式故障診断装置）の一部をなす。すなわち、車両に、排ガス浄化システム１２の異常（例えばＮＯ酸化触媒５の劣化など）を検知・監視し、異常発生時に故障表示ランプ３１により警報表示して運転者に知らせると共に、その故障内容を記憶保持するＯＢＤ装置が設けられ、そのＯＢＤ装置が、本実施形態の劣化検出装置１、前記故障表示ランプ３１などにより構成される。

故障表示ランプ３１は、例えば運転室などに設けられ、そのＯＮ、ＯＦＦが電子制御ユニット６により制御される。電子制御ユニット６は、故障内容を記憶するためのメモリ３２と、そのメモリ３２に記憶保持された故障内容を車両外部から読み取る故障診断ツール３３が接続可能な診断ツール用コネクタ３４とを有する。

次に、本実施形態によるＮＯ酸化触媒の劣化検出方法（以下、劣化検出方法という）を説明する。

本実施形態の劣化検出方法は、ＮＯ酸化触媒５の劣化を判定する方法であり、ＮＯ酸化触媒５の温度を温度センサー９などで推定できる手段（電子制御ユニット６）を設け、ＮＯ酸化触媒５の前後（上流および下流）のＮＯｘ濃度をＮＯｘセンサー７、８などで検出（測定または推定）し、そのＮＯ酸化触媒５の前後のＮＯｘ濃度を基にＮＯ酸化触媒５を劣化判定する方法である。

ＮＯ酸化触媒５で生成したＮＯ₂は吸着性が高く、ＮＯ酸化触媒５のＮＯ₂吸着が飽和に達していない場合、ＮＯ₂はＮＯ酸化触媒５に吸着される。ＮＯ酸化触媒５の前後のＮＯｘセンサー７、８から推定（検出）したＮＯ酸化触媒５の上流のＮＯｘ濃度より下流のＮＯｘ濃度が小さくなった場合、ＮＯ酸化触媒５でＮＯ₂が生成しＮＯ₂吸着が起こっている。この時のＮＯ酸化触媒５の温度とＮＯ₂吸着の程度とを基に劣化判定を行う。

劣化検出方法は、ディーゼル排ガスのような酸素過剰雰囲気中のＮＯｘを浄化するためにＮＯｘ吸蔵触媒や尿素ＳＣＲ触媒などのＮＯｘ触媒４を有し、そのＮＯｘ触媒４の上流に配置されたＮＯ酸化触媒５でＮＯ₂を生成することによりＮＯｘ浄化性能を向上させる排ガス浄化システム１２において、ＮＯ酸化触媒５の劣化を検出する。

劣化検出方法では、ＮＯ酸化触媒５の上流に温度センサー９を配置するなどしてＮＯ酸化触媒５の温度の推定を行うと共に、ＮＯ酸化触媒５の前後にＮＯｘセンサー７、８を配置してＮＯ酸化触媒５の前後のＮＯｘ濃度を推定（検出）できるようになっている。

ＮＯ酸化触媒５のＮＯ₂吸着量が所定のＮＯ₂吸着量閾値以下である場合で、ＮＯ酸化触媒５の温度が劣化判定温度Ｔ２になった場合に劣化判定を実施する。

この劣化判定実施時にＮＯ酸化触媒５の上流に配置された上流側ＮＯｘセンサー７から推定（検出）されるＮＯｘ濃度と、ＮＯ酸化触媒５の下流に配置された下流側ＮＯｘセンサー８から推定（検出）されるＮＯｘ濃度との差からＮＯ酸化触媒５の劣化の程度を判定し劣化検出を行う。

以下、図３から図６に基づきより詳細に説明する。

図３に、一般的なＮＯ酸化触媒５における温度とＮＯ₂の飽和吸着量（ＮＯ₂飽和吸着量）との関係を示す。図３の横軸が温度（触媒温度）であり、縦軸がＮＯ₂飽和吸着量である。

図３に示すように、ＮＯ酸化触媒５のＮＯ₂飽和吸着量は、温度が上昇するにつれて少なくなる。

例えば、ＮＯ酸化触媒５の温度がＡでＮＯ酸化触媒５にａ（温度ＡにおけるＮＯ₂飽和吸着量）のＮＯ₂が吸着しているとする。このＮＯ酸化触媒５の温度がＡからＴ１まで上昇すると、ＮＯ₂飽和吸着量はｂ（温度Ｔ１におけるＮＯ₂飽和吸着量）に低下するため、ＮＯ₂飽和吸着量の差ａ−ｂのＮＯ₂がＮＯ酸化触媒５から脱離することになる。

ＮＯ酸化触媒５のＮＯ₂吸着量がＮＯ₂飽和吸着量を超えているときは、ＮＯ酸化触媒５の上流のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ１とＮＯ酸化触媒５の下流のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ２との関係はＣＮＯｘ１＜ＣＮＯｘ２となる。ＮＯ₂吸着量が、ＮＯ₂飽和吸着量以下であれば、ＣＮＯｘ１＝ＣＮＯｘ２またはＣＮＯｘ１＞ＣＮＯｘ２となり、ＮＯ酸化触媒５のＮＯ₂吸着量がＮＯ₂飽和吸着量以下であるか否かを、ＮＯ酸化触媒５の前後のＮＯｘ濃度から判断できる。

ＮＯ酸化触媒５の温度がＴ１のときにＮＯ₂吸着量が飽和している場合に、ＮＯ酸化触媒５の温度がＴ１からＴ２に下がると、ＮＯ₂はｃ−ｂだけ吸着可能となる。つまり、ＮＯ酸化触媒５の温度がＴ１からＴ２に低下することで、ＮＯ酸化触媒５のＮＯ₂飽和吸着量は、Ｔ１のおけるＮＯ₂飽和吸着量ｂからＴ２のおけるＮＯ₂飽和吸着量ｃに増加し、そのＮＯ₂飽和吸着量の差ｃ−ｂだけＮＯ酸化触媒５にＮＯ₂が吸着可能となる。

このときに、Ｔ２においてＮＯ酸化触媒５でＮＯ酸化によりＮＯ₂が生成すればそのＮＯ₂はＮＯ酸化触媒５に吸着し、ＣＮＯｘ１＞ＣＮＯｘ２となり、ＮＯ酸化反応が起こっているか否かを判断できる。つまり、ＮＯ酸化触媒５の温度がＴ１からＴ２に低下してＮＯ酸化触媒５にＮＯ₂が吸着可能な状態であるにも拘わらず、ＮＯ酸化触媒５の出口のＮＯｘ濃度が入口のＮＯｘ濃度よりも低くなっていない場合（ＣＮＯｘ１＝ＣＮＯｘ２、またはＣＮＯｘ１＜ＣＮＯｘ２の場合）には、ＮＯ酸化触媒５でＮＯが正常に酸化されていないと判定でき、これにより、ＮＯ酸化触媒５のＮＯ酸化性能が劣化したと判定できる。

以上のように、図３のグラフに見られるように、ＮＯ₂飽和吸着量はＮＯ酸化触媒５の温度が低いと多く、ＮＯ酸化触媒５の温度が高くなると少なくなる。

ＮＯ酸化触媒５のＮＯ₂吸着量が、ＮＯ酸化触媒５の温度におけるＮＯ₂飽和吸着量を超えている場合、ＮＯ₂はＮＯ酸化触媒５から脱離する。このとき、ＮＯ酸化触媒５の下流のＮＯｘ濃度は上流のＮＯｘ濃度よりも高くなる。

ＮＯ₂吸着量がＮＯ₂飽和吸着量と同じ場合、吸着も脱離も起こらないため、ＮＯ酸化触媒５の下流のＮＯｘ濃度は上流のＮＯｘ濃度と変わらない（同じとなる）。

ＮＯ₂吸着量がＮＯ₂飽和吸着量よりも少ない場合、ＮＯ酸化触媒５でＮＯ₂が生成すれば生成したＮＯ₂がＮＯ酸化触媒５に吸着し、ＮＯ酸化触媒５の下流のＮＯｘ濃度が上流のＮＯｘ濃度よりも低くなるが、ＮＯ酸化触媒５でＮＯ₂が生成されなければＮＯ₂の吸着が起こらないため、ＮＯ酸化触媒５の上流のＮＯｘ濃度と下流のＮＯｘ濃度とは変わらない（同じになる）。

したがって、ＮＯ酸化触媒５が劣化してＮＯ₂が生成されなくなった場合、ＮＯ₂吸着量がＮＯ₂飽和吸着量未満であっても、ＮＯ酸化触媒５の上流のＮＯｘ濃度と下流のＮＯｘ濃度とが同じになる。

そこで、本実施形態では、ＮＯ酸化触媒５に吸着されたＮＯ₂の吸着量が飽和吸着量未満の際に、ＮＯ酸化触媒５に流入する排ガスのＮＯｘ濃度を検出すると共に、ＮＯ酸化触媒５から流出した排ガスのＮＯｘ濃度を検出し、流入側のＮＯｘ濃度から流出側のＮＯｘ濃度を引いた差を求め、その差が実質的に０のときに、ＮＯ酸化触媒５が劣化したと判定する。

ここで、上述の劣化判定を実施するためには、ＮＯ酸化触媒５に吸着されたＮＯ₂の吸着量が飽和吸着量未満であることが条件となる。

その劣化判定を実施するための条件は、２つの実施条件からなる。第１の実施条件は、ＮＯ酸化触媒５の触媒温度が実施判定温度Ｔ１、かつＮＯ₂吸着量が実施判定温度Ｔ１におけるＮＯ₂飽和吸着量ｂ以下となることである。第２の実施条件は、第１の実施条件が成立した後（例えば直後）に、ＮＯ酸化触媒５の温度が劣化判定温度Ｔ２となることである。

図５に基づき、劣化判定を実施可能か否かの判定するための制御フローについて説明する。図５は制御フローの一例を示したものである。この図５の制御フローは、エンジン２の運転中に電子制御ユニット６により所定の制御サイクルで繰り返し実行される。

この図５の制御フローにより、電子制御ユニット６は、ＮＯ酸化触媒５が劣化判定を実施できる状態にあるか否か判断する。

図５に示すように、電子制御ユニット６は、ＮＯ酸化触媒５の温度ＴｃａｔがＴ１と同じとなったら（Ｔｃａｔ＝Ｔ１）、ＮＯ₂吸着量が前記ＮＯ₂吸着量閾値以下か否かの判定をスタートする。図例では、ＮＯ₂吸着量閾値は、実施判定温度Ｔ１におけるＮＯ₂飽和吸着量ｂに設定される。実施判定温度Ｔ１は、ＮＯ酸化触媒５のＮＯ₂飽和吸着量が十分少なくなる（一定量以下になる）温度に設定される。実施判定温度Ｔ１は、３００℃以上とするのが望ましいが、劣化判定を行うときのＮＯ酸化触媒５の温度（劣化判定温度Ｔ２）におけるＮＯ₂飽和吸着量ｃから、実施判定温度Ｔ１におけるＮＯ₂飽和吸着量ｂを引いた差ｃ−ｂが劣化判定を実施できるＮＯ₂飽和吸着量となる温度以上であればよい。

より具体的には、ステップＳ１では、電子制御ユニット６は、温度センサー９の検出値から推定したＮＯ酸化触媒５の温度Ｔｃａｔが実施判定温度Ｔ１以上であるか否か判定する。

ＮＯ酸化触媒５の温度が一定温度以上となった場合、より詳細にはステップＳ１で求めたＮＯ酸化触媒５の温度Ｔｃａｔが実施判定温度Ｔ１以上の場合、電子制御ユニット６は、ステップＳ２およびステップＳ３で、ＮＯ酸化触媒５のＮＯ₂が飽和吸着量以下であるか否か判定する。

電子制御ユニット６は、ステップＳ２で、上流側ＮＯｘセンサー７および下流側ＮＯｘセンサー８の検出値（ＣＮＯｘ１、ＣＮＯｘ２）を取得し、ステップＳ３で、それら取得した上流ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ１と下流ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ２とを比較する。

ステップＳ３で、下流ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ２が上流ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ１以下の場合、電子制御ユニット６は、ＮＯ₂吸着量がＮＯ₂飽和吸着量ｂ以下になっていると判定して（ステップＳ４）、第１の実施条件（図では劣化判定開始条件１ともいう）を満たしたと判断する（ステップＡ）。

つまり、ＮＯ酸化触媒５の上流に配置された上流側ＮＯｘセンサー７で測定したＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ１が、ＮＯ酸化触媒５の下流に配置された下流側ＮＯｘセンサー８で測定したＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ２以上（ＣＮＯｘ１＞＝ＣＮＯｘ２）であれば、ＮＯ酸化触媒５のＮＯ₂吸着量は温度Ｔ１におけるＮＯ₂飽和吸着量ｂ以下であると判断できる。

他方、ＮＯ酸化触媒５の上流のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ１よりも下流のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ２のほうが高い場合（ステップＳ３でＮＯの場合）は、ＮＯ酸化触媒５にＮＯ₂飽和吸着量ｂ以上のＮＯ₂が吸着しておりＮＯ₂がＮＯ酸化触媒５より脱離していることを示しているので劣化判定可能な状態ではないことになる。

次に、ステップＡで第１の実施条件が成立した後、ＮＯ酸化触媒５の温度が劣化判定温度Ｔ２になった時（第２の実施条件が成立時）に、電子制御ユニット６は劣化判定をスタートする。

このスタート時には、ＮＯ酸化触媒５の温度がＴ１からＴ２に温度が下がることにより、ＮＯ酸化触媒５のＮＯ₂飽和吸着量が増大するので、ＮＯ酸化触媒５はＮＯ₂を十分に吸着可能な状態となっている。

次に、劣化判定について説明する。

ＮＯ酸化触媒５のＮＯ₂吸着量は一定量（Ｔ１におけるＮＯ₂飽和吸着量ｂ）以下の状態にあり、ＮＯ₂吸着量は飽和していないため、ＮＯ酸化触媒５でＮＯ₂が生成されればＮＯ酸化触媒５に吸着される状態にある。

ＮＯ₂が生成され吸着された場合、ＮＯ酸化触媒５の下流のＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘ２）は、ＮＯ酸化触媒５に吸着されるＮＯ₂の分だけ上流のＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘ１）に比べると低くなる。ＮＯ酸化触媒５の前後のＮＯｘセンサーで検出（計測または推定）したＮＯｘ濃度の差からＮＯ酸化触媒５でのＮＯ酸化反応が起こっているかどうかを検出することができる。劣化の判定は、劣化判定温度Ｔ２においてＮＯ酸化活性を示さなくなった場合（ＣＮＯｘ１＝ＣＮＯｘ２）に劣化したと判定することで行う。

ここで、ＮＯ酸化活性は、排ガス中のＯ₂濃度、排ガス流量などの影響を受けるため、エンジン運転状況から推定される排ガス条件を考慮して劣化判定温度Ｔ２を変更することが望ましい。例えば、インジェクタ１５の燃料噴射量から求められたエンジン負荷と、エンジン回転数センサー１６の検出値とを基に、劣化判定温度Ｔ２を補正することが考えられる。

図４は、ＮＯ酸化触媒５の温度とＮＯ₂生成率（ＮＯ転化率ともいう）との関係であるＮＯ₂生成曲線を示したものである。図４の横軸が温度（触媒温度）、縦軸がＮＯ₂生成率である。ラインＬ０は、初期ＮＯ₂生成曲線（ＮＯ酸化触媒５が劣化する前のＮＯ₂生成曲線）であり、ラインＬ１は、劣化後のＮＯ₂生成曲線である。なお、ＮＯ₂生成率は、ＮＯ酸化触媒５に流入する排ガスのＮＯｘ濃度をＣＮＯｘ１、ＮＯ酸化触媒５から流出する排ガスのＮＯｘ濃度をＣＮＯｘ２とすると、ＮＯ₂生成率＝（ＣＮＯｘ１−ＣＮＯｘ２）／ＣＮＯｘ１×１００となる。

図４のラインＬ１に示すように、ＮＯ酸化触媒５が劣化すると、低温領域でのＮＯ₂生成率が減少し、劣化判定温度Ｔ２ではＮＯ₂生成率が０となる。このように劣化判定温度Ｔ２でＮＯ酸化を示さない状態にＮＯ酸化触媒５がなったときに、ＮＯ酸化触媒５が劣化したと判定する。

図６に基づき、劣化判定のための制御フローについて説明する。図６は制御フローの一例を示したものである。図６の制御フローは、電子制御ユニット６により、図５の制御フローにおけるステップＡから連続して実行される。また、図６の制御フローには、ステップＳ６−Ｓ１２が含まれており、ステップＳ６およびステップＳ７が第２の実施条件の成立を判定するフロー、ステップＳ８−Ｓ１２が実際に劣化判定を行うフローである。

電子制御ユニット６は、ステップＳ６で、温度センサー９の検出値（排ガス温度）からＮＯ酸化触媒５の温度Ｔｃａｔを推定し、ステップＳ７で、推定した温度Ｔｃａｔが劣化判定温度Ｔ２と同じであるか否か判定する。

ステップ７で、ＮＯ酸化触媒５の温度Ｔｃａｔが劣化判定温度Ｔ２と同じである場合、電子制御ユニット６は、第２の実施条件が成立したと判定して、ステップＳ８よりＮＯ酸化触媒５の劣化判定を開始する。

電子制御ユニット６は、ステップＳ９で、上流側ＮＯｘセンサー７および下流側ＮＯｘセンサー８の検出値を取得し、そのステップＳ１０で、それら取得したＮＯ酸化触媒５の上流のＮＯｘ濃度と下流のＮＯｘ濃度とが実質的に同じであるか否か判定する。

ステップＳ１０で、ＮＯ酸化触媒５の上流のＮＯｘ濃度と下流のＮＯｘ濃度とが同じ場合、ＮＯ酸化触媒５は劣化判定温度Ｔ２におけるＮＯ酸化活性がないことから、電子制御ユニット６は、ＮＯ酸化触媒５が劣化していると判定する（ステップＳ１１）。ＮＯ酸化触媒５が劣化していると判定した後、電子制御ユニット６は、所定の異常処理を行う。異常処理としては、例えば、故障表示ランプ３１を点灯すると共に、ＮＯ酸化触媒５が劣化したという故障内容をメモリ３２に記憶することが考えられる。

このように、本実施形態によれば、ＮＯ酸化触媒５の前後のＮＯｘ濃度差を基に容易にＮＯ酸化触媒５の劣化を検出することが可能となる。

また、ＮＯ酸化触媒５の劣化判定が実施可能か否かを、ＮＯ酸化触媒５の温度とＮＯ₂飽和吸着量との関係から判断することで、ＮＯ酸化触媒５の劣化を誤って検出すること（誤診断）を防止できる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず様々な変形例や応用例が考えられるものである。

例えば、上述の実施形態では、ＮＯｘ濃度閾値を０に設定したが、これに限定されない。

また、上述の実施形態では、電子制御ユニット６が、ＮＯ酸化触媒５の上流および下流のＮＯｘ濃度同士を比較したが、これに限定されず、ＮＯ酸化触媒５の上流のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ１と下流のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ２とから、およそのＮＯ酸化の程度を推定することもでき（ＮＯ転化率＝（ＣＮＯｘ１−ＣＮＯｘ２）／ＣＮＯｘ１×１００）、例えば、図７に示すように、劣化判定温度Ｔ２におけるＮＯ転化率が、所定のＮＯ転化率閾値Ｘ１以下になったらＮＯ酸化触媒５が劣化していると判定してもよい。

この変形例を図８に基づき説明する。図８の制御フローは、図６の制御フローとは、ＮＯｘ濃度をＮＯ転化率（ＮＯ₂生成率）に換算するステップＳ９１およびステップＳ１０１が異なり、他のステップは同じである。そこで、ステップＳ９１およびステップＳ１０１のみ説明し、他のステップは説明を省略する。

図８に示すように、電子制御ユニット６（劣化判定手段）は、ステップＳ９の後、ステップＳ９１で、ＮＯ酸化触媒５の上流のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ１から下流のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ２を引いた差をＮＯ転化率に換算し、ステップＳ１０１で、その換算したＮＯ転化率が所定のＮＯ転化率閾値以下であるか否か判断し、ＮＯ転化率が所定のＮＯ転化率閾値以下のときに、ＮＯ酸化触媒５が劣化したと判定する。この変形例でも上述の実施形態と同様の効果が得られる。

１劣化検出装置（ＮＯ酸化触媒の劣化検出装置）
２エンジン
３排気管
４ＮＯｘ触媒
５ＮＯ酸化触媒
６電子制御ユニット（実施判定手段、劣化判定手段）
７上流側ＮＯｘセンサー（流入側ＮＯｘ濃度検出手段）
８下流側ＮＯｘセンサー（流出側ＮＯｘ濃度検出手段）

Claims

エンジンの排気管に排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒が設けられ、そのＮＯｘ触媒よりも上流の排気管に、前記ＮＯｘ触媒に流入する排ガス中のＮＯを予めＮＯ₂に酸化するためのＮＯ酸化触媒が設けられ、そのＮＯ酸化触媒の劣化を検出するＮＯ酸化触媒の劣化検出装置であって、
前記ＮＯ酸化触媒に吸着されたＮＯ₂の吸着量が飽和吸着量未満か否か判定すると共に、前記飽和吸着量未満のときに前記ＮＯ酸化触媒の劣化判定が実施可能であると判定する実施判定手段と、
前記ＮＯ酸化触媒に流入する排ガスのＮＯｘ濃度を検出する流入側ＮＯｘ濃度検出手段と、
前記ＮＯ酸化触媒から流出した排ガスのＮＯｘ濃度を検出する流出側ＮＯｘ濃度検出手段と、
前記実施判定手段により前記ＮＯ酸化触媒の劣化判定が実施可能であると判定された際に、前記流入側ＮＯｘ濃度検出手段の検出値から前記流出側ＮＯｘ濃度検出手段の検出値を引いた差を求め、その差が所定のＮＯｘ濃度閾値以下のときに、前記ＮＯ酸化触媒が劣化したと判定する劣化判定手段とを備えたことを特徴とするＮＯ酸化触媒の劣化検出装置。
前記ＮＯｘ濃度閾値が０である請求項１記載のＮＯ酸化触媒の劣化検出装置。
前記劣化判定手段は、前記流入側ＮＯｘ濃度検出手段の検出値から前記流出側ＮＯｘ濃度検出手段の検出値を引いた差をＮＯ転化率に換算し、その換算したＮＯ転化率が所定のＮＯ転化率閾値以下のときに、前記ＮＯ酸化触媒が劣化したと判定する請求項１記載のＮＯ酸化触媒の劣化検出装置。
前記ＮＯ酸化触媒の温度を検出するための触媒温度検出手段を備え、
前記ＮＯ酸化触媒は温度が高いほどＮＯ₂飽和吸着量が少なくなるものであり、
前記実施判定手段は、前記触媒温度検出手段の検出値が所定の第１温度以上、かつ前記ＮＯ酸化触媒のＮＯ₂吸着量が前記触媒温度検出手段の検出値におけるＮＯ₂飽和吸着量以下となった後に、前記触媒温度検出手段の検出値が所定の第１温度よりも低い所定の第２温度まで低下したときに、前記ＮＯ酸化触媒の劣化判定が実施可能であると判定する請求項１から３いずれかに記載のＮＯ酸化触媒の劣化検出装置。
エンジンの排気管に排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒が設けられ、そのＮＯｘ触媒よりも上流の排気管に、前記ＮＯｘ触媒に流入する排ガス中のＮＯを予めＮＯ₂に酸化するためのＮＯ酸化触媒が設けられ、そのＮＯ酸化触媒の劣化を検出するＮＯ酸化触媒の劣化検出方法において、
前記ＮＯ酸化触媒に吸着されたＮＯ₂の吸着量が飽和吸着量未満の際に、前記ＮＯ酸化触媒に流入する排ガスのＮＯｘ濃度を検出すると共に、前記ＮＯ酸化触媒から流出した排ガスのＮＯｘ濃度を検出し、流入側のＮＯｘ濃度から流出側のＮＯｘ濃度を引いた差を求め、その差が所定のＮＯｘ濃度閾値以下のときに、前記ＮＯ酸化触媒が劣化したと判定することを特徴とするＮＯ酸化触媒の劣化検出方法。