JP2015190427A - 排気ガス浄化装置の劣化診断方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】幅広い温度域でＮＯｘを浄化できる排気ガス浄化装置の劣化診断を、簡便な構成で精度良く行う方法及び装置を提供する。【解決手段】排気ガス中のＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ部は、排気ガス温度が第１温度域と第２温度域との２つの温度域でＮＯｘを脱離するＮＯｘトラップ材を含み、予め実験的に求めていたＮＯｘトラップ部の前記第１温度域と第２温度域のＮＯｘ脱離特性に基づいて、エンジンからのＮＯｘ排出量（Ａ）における前記第１温度域と第２温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）、（Ａ２）に対し、前記ＮＯｘトラップ部の下流側に設けられたＮＯｘ量検出手段により検出された、前記ＮＯｘトラップ部から流出する前記第１温度域でのＮＯｘ量（Ｂ１）と前記基準値（Ａ１）との比較、及び第２温度域でのＮＯｘ量（Ｂ２）と前記基準値（Ａ２）との比較に基づいて、前記ＮＯｘトラップ部の劣化度合いを判定する。【選択図】図５

Description

本発明は、エンジンから排出されるＮＯｘを含む排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置の劣化診断方法及び装置に関するものである。

従来、リーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジン等のエンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するために、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を利用することが知られている。このＮＯｘ吸蔵還元触媒は、ＮＯｘ吸蔵材によって排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵する。そして、エンジンの空燃比をリッチに変調するリッチパージにより、ＮＯｘ吸蔵材からのＮＯｘの放出、及び未燃ガスや触媒金属によるＮＯｘの還元が行われる。一般に、ＮＯｘ吸蔵材として、例えばバリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）及びマグネシウム（Ｍｇ）等のアルカリ土類金属が主に採用されている。

ところで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒材料は、高温の排気ガスに長時間晒されることで触媒金属が凝集粗大化してその表面積が低下すること等により劣化することが知られている。また、ＮＯｘ吸蔵材においては、燃料中の硫黄（Ｓ）を吸収してＳ被毒が起こり、ＮＯｘ吸蔵能が低下することが知られている。

従って、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化に伴うＮＯｘ排出量の増加を防止すべく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化診断方法及び装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示される劣化診断装置は、排気通路に複数の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を直列に設けた内燃機関において、前記複数のＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能をそれぞれ計測する計測手段と、前記計測手段により計測された複数のＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能の比及び差の少なくとも一方に基づいて、少なくとも上流側のＮＯｘ触媒の被毒を検出する被毒検出手段とを備えている。

特開２００９−１５０２８２号公報

特許文献１の劣化診断装置は、従来の上記アルカリ土類金属よりなるＮＯｘ吸蔵材を含むＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化診断を行うことを想定した装置である。しかしながら、これらのＮＯｘ吸蔵材は、排気ガス温度が２５０℃以上でなければＮＯｘの吸蔵ができないため、より低温においてもＮＯｘをトラップ可能な材料が求められていた。本願発明者らは、ジルコニア（ＺｒＯ_２）及びイットリウム（Ｙ）固溶ＺｒＯ_２が約１００℃の温度でＮＯｘをトラップすること、複数のトラップ態様（吸着、吸蔵）を有すること、及び約１５０℃以上３５０℃未満で吸着していたＮＯｘを脱離し、さらに約３５０℃以上で吸蔵していたＮＯｘを放出することを見出し、そのＺｒＯ_２系ＮＯｘトラップ材を含むＮＯｘトラップ部を備えた排気ガス浄化装置に関する出願を行っている（特願２０１４−０２８２９６号出願、特願２０１４−０２８２９７号出願、及び特願２０１４−０２８２９９号出願）。このように、排気ガス温度が１００℃程度の低温でＮＯｘをトラップすることができ、且つ複数の温度域でＮＯｘを脱離可能なＮＯｘトラップ材を含むＮＯｘトラップ部と、ＮＯｘ還元触媒とを備えた排気ガス浄化装置において、その劣化診断を行う方法及び装置は、いまだ報告されていない。

従って、本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、幅広い温度域でＮＯｘを浄化できる排気ガス浄化装置の劣化診断を、簡便な構成で精度良く行う方法及び装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、低温でＮＯｘをトラップし、複数の温度域でＮＯｘを脱離可能なＮＯｘトラップ部を備えた排気ガス浄化装置において、ＮＯｘトラップ部の劣化診断を各温度域において行うようにした。

具体的には、本発明に係る劣化診断方法は、エンジンの排気ガス通路に設けられ、排気ガス中のＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ部を備えた排気ガス浄化装置の劣化診断方法であって、前記ＮＯｘトラップ部は、排気ガス温度が第１温度以上第２温度未満の第１温度域と、第３温度以上第４温度未満の第２温度域との２つの温度域でＮＯｘを脱離するＮＯｘトラップ材を含み、前記エンジンからのＮＯｘ排出量（Ａ）を決定するステップと、予め実験的に求めていた前記ＮＯｘトラップ部の前記第１温度域のＮＯｘ脱離特性と前記第２温度域のＮＯｘ脱離特性とに基づいて、前記ＮＯｘ排出量（Ａ）における前記第１温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）と前記第２温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ２）とを設定するステップと、前記ＮＯｘトラップ部の上流側に設けられた排気ガス温度検出手段により、前記ＮＯｘトラップ部に流入する排気ガス温度を検出するステップと、前記ＮＯｘトラップ部の下流側に設けられたＮＯｘ量検出手段により、前記ＮＯｘトラップ部から流出するＮＯｘ量（Ｂ）を検出するステップと、前記排気ガス温度が第１温度域にあるときの前記ＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量（Ｂ１）と前記基準値（Ａ１）との比較、及び前記排気ガス温度が第２温度域にあるときの前記ＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量（Ｂ２）と前記基準値（Ａ２）との比較に基づいて、前記ＮＯｘトラップ部が劣化しているか否かを判定するステップとを備えたことを特徴とする。

本発明に係る劣化診断方法によれば、エンジンの運転に伴って排気ガス温度が上昇していく局面において、第１及び第２の各温度域で、ＮＯｘトラップ部が初期の脱離性能を発揮しているか否かを検出することができ、ＮＯｘトラップ部の劣化を精度良く診断することができる。なお、本発明に係る劣化診断方法において、第３温度は第２温度より高くても低くてもよい。すなわち、第３温度が第２温度よりも高い場合は、第１温度域と第２温度域は重複しないが、第３温度が第２温度よりも低い場合は、第１温度域と第２温度域には重複する温度域が生じる。また、第３温度は第２温度と同じ温度であってもよい。

また、本発明に係る劣化診断方法においては、前記ＮＯｘトラップ材として、吸着していたＮＯｘを前記第１温度域において脱離し、吸蔵していたＮＯｘを前記第２温度域において放出する化合物を用いることができる。

本構成とすることにより、各温度域において脱離されるＮＯｘは、トラップ態様が異なるため、第１温度域における劣化診断では、ＮＯｘトラップ部の吸着能の劣化診断を、第２温度域における劣化診断では、ＮＯｘトラップ部の吸蔵能の劣化診断をそれぞれ行うことができる。すなわち、各温度域の劣化診断により、ＮＯｘトラップ部の異なる性能について劣化診断を行い、どの性能が劣化しているかを明らかにすることができる。

また、本発明に係る劣化診断方法は、前記ＮＯｘトラップ部よりも排気ガス流れ方向下流側に、ＮＯｘ還元触媒を配設しており、前記ＮＯｘ還元触媒の下流側に設けられた第２のＮＯｘ量検出手段により、前記ＮＯｘ還元触媒から流出するＮＯｘ量を検出するステップと、前記ＮＯｘ量検出手段により検出された前記ＮＯｘトラップ部から流出するＮＯｘ量と、前記第２のＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量との比較に基づいて、前記ＮＯｘ還元触媒が劣化しているか否かを判定するステップとをさらに備えることができる。

これにより、ＮＯｘトラップ部の劣化診断を行うとともに、ＮＯｘトラップ部の下流側のＮＯｘ還元触媒の劣化診断も併せて行うことができる。従って、ＮＯｘトラップ部が劣化していない場合であっても、ＮＯｘ還元触媒の劣化を診断することができ、排気ガス浄化装置全体の劣化診断を行うことができるとともに、ＮＯｘトラップ部とＮＯｘ還元触媒のいずれが劣化しているかを精度良く特定することができる。

また、本発明に係る劣化診断方法においては、前記ＮＯｘ還元触媒に、前記ＮＯｘトラップ材とは異なるＮＯｘ吸蔵材が備えられ、前記ＮＯｘ還元触媒が劣化しているか否かを判定する際に、前記ＮＯｘ吸蔵材が吸蔵しているＮＯｘ量を差し引くことができる。

これにより、ＮＯｘトラップ材を含むＮＯｘトラップ部と、例えばアルカリ土類金属等のＮＯｘ吸蔵材を有する従来のＮＯｘ吸蔵還元触媒とを備えた排気ガス浄化装置においても、ＮＯｘ吸蔵材により吸蔵／放出されるＮＯｘ量を考慮してＮＯｘ還元触媒の劣化診断を精度良く行うことができる。

また、本発明に係る劣化診断方法においては、前記ＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）を、前記排気ガス温度が前記第１温度から前記第２温度に至るまでに流出するＮＯｘの流出量に基づいて設定することができる。

これにより、排気ガス温度の上昇速度・態様等に影響されることなく、そのときのエンジン状態に応じたＮＯｘトラップ部の劣化診断を精度良く行う上で有利になる。

また、本発明に係る劣化診断装置は、エンジンの排気ガス通路に設けられ、排気ガス中のＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ部を備えた排気ガス浄化装置の劣化診断装置であって、前記ＮＯｘトラップ部は、排気ガス温度が第１温度以上第２温度未満の第１温度域と、第３温度以上第４温度未満の第２温度域との２つの温度域でＮＯｘを脱離するＮＯｘトラップ材を含み、前記エンジンからのＮＯｘ排出量（Ａ）を決定し、予め実験的に求めていた前記ＮＯｘトラップ部の前記第１温度域のＮＯｘ脱離特性と前記第２温度域のＮＯｘ脱離特性とに基づいて、前記ＮＯｘ排出量（Ａ）における前記第１温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）と前記第２温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ２）とを設定する設定部と、前記ＮＯｘトラップ部の上流側に設けられ、前記ＮＯｘトラップ部に流入する排気ガス温度を検出するための排気ガス温度検出手段と、前記ＮＯｘトラップ部の下流側に設けられ、前記ＮＯｘトラップ部から流出するＮＯｘ量（Ｂ）を検出するためのＮＯｘ量検出手段と、前記排気ガス温度が第１温度域にあるときの前記ＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量（Ｂ１）と前記基準値（Ａ１）との比較、及び前記排気ガス温度が第２温度域にあるときの前記ＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量（Ｂ２）と前記基準値（Ａ２）との比較に基づいて、前記ＮＯｘトラップ部が劣化しているか否かを判定する判定部とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る劣化診断装置によれば、エンジンの運転に伴って排気ガス温度が上昇していく局面において、第１及び第２の各温度域で、ＮＯｘトラップ部が初期の脱離性能を発揮しているか否かを検出することができ、ＮＯｘトラップ部の劣化を精度良く診断することができる。なお、本発明に係る劣化診断装置においても、第３温度は第２温度より高くても低くてもよく、また同じ温度であってもよい。

また、本発明に係る劣化診断装置においては、前記ＮＯｘトラップ材は、吸着していたＮＯｘを前記第１温度域において脱離し、吸蔵していたＮＯｘを前記第２温度域において放出する化合物である構成とすることができる。

また、本発明に係る劣化診断装置は、前記ＮＯｘトラップ部よりも排気ガス流れ方向下流側に、ＮＯｘ還元触媒が配設され、前記ＮＯｘ還元触媒の下流側に設けられ、前記ＮＯｘ還元触媒から流出するＮＯｘ量を検出するための第２のＮＯｘ量検出手段をさらに備え、前記判定部が、前記ＮＯｘ量検出手段により検出された前記ＮＯｘトラップ部から流出するＮＯｘ量と、前記第２のＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量との比較に基づいて、前記ＮＯｘ還元触媒が劣化しているか否かをさらに判定する構成とすることができる。

これにより、上述のごとく、ＮＯｘトラップ部の劣化診断とともに、ＮＯｘ還元触媒の劣化診断も併せて行うことができる。従って、排気ガス浄化装置全体の劣化診断を行うことができるとともに、ＮＯｘトラップ部とＮＯｘ還元触媒のいずれが劣化しているかを精度良く特定することができる。

また、本発明に係る劣化診断装置においては、前記ＮＯｘ還元触媒に、前記ＮＯｘトラップ材とは異なるＮＯｘ吸蔵材が備えられ、前記ＮＯｘ還元触媒が劣化しているか否かを判定する際に、前記ＮＯｘ吸蔵材が吸蔵しているＮＯｘ量を差し引く構成とすることができる。

また、本発明に係る劣化診断装置においては、前記設定部が、前記ＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）を、前記排気ガス温度が前記第１温度から前記第２温度に至るまでに流出するＮＯｘの流出量に基づいて設定する構成とすることができる。

以上説明したように、本発明に係る劣化診断方法及び装置によると、幅広い温度域でＮＯｘを浄化できる排気ガス浄化装置の劣化診断を、簡便な構成で精度良く行うことができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る劣化診断装置を備えた排気ガス浄化装置の模式図である。 図２は、本発明の第１実施形態における排気ガス浄化装置のＮＯｘトラップ部の構成を示す断面図である。 図３は、ＺｒＯ_２に対してＮＯ含有ガス流入時のガス温度とＮＯ流出濃度との関係を示すグラフ図である。 図４は、本発明の第１実施形態における排気ガス浄化装置のＮＯｘ還元触媒の構成を示す断面図である。 図５は、本発明の第１実施形態に係る劣化診断方法のステップを示すフローチャートである。 図６は、本発明の第２実施形態に係る劣化診断装置を備えた排気ガス浄化装置の模式図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係る劣化診断方法のステップを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（第１実施形態）
（排気ガス浄化装置の構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る劣化診断装置を備えた排気ガス浄化装置の構成を示す。

図１に示すように、本実施形態に係る排気ガス浄化装置１は、エンジン燃焼室（図示せず。）から排出された排気ガスが通る排気ガス通路２に配設されたＮＯｘトラップ部３と、その排気ガス流れ方向下流側に配設されたＮＯｘ還元触媒４と、劣化診断装置５とを備える。

ＮＯｘトラップ部３は、排気ガス中に含まれるＮＯｘをトラップし、排気ガス温度が第１温度以上第２温度未満の第１温度域と、第３温度以上第４温度未満の第２温度域との２つの温度域において、ＮＯｘを脱離するＮＯｘトラップ材を含む。このようなＮＯｘトラップ材は、具体的には例えば、ＺｒＯ_２及びＹ固溶ＺｒＯ_２等のＺｒＯ_２系ＮＯｘトラップ材である。これらのＺｒＯ_２系ＮＯｘトラップ材は、約１００℃以上の温度域において、ＮＯｘを複数のトラップ態様（吸着、吸蔵）でトラップすることができる。そして、排気ガス温度が約１５０℃以上３５０℃未満で吸着していたＮＯｘを脱離し、さらに約３５０℃以上で吸蔵していたＮＯｘを放出する。従って、本ＺｒＯ_２系ＮＯｘトラップ材は、第１温度を１５０℃、第２温度及び第３温度を３５０℃、第４温度を６００℃として、排気ガス温度が第１温度域と第２温度域との２つの温度域においてＮＯｘを脱離することができる。また、本明細書において、ＮＯｘの「吸着」とは、ＮＯｘが酸素存在下ＮＯ_２等の状態で、ＺｒＯ_２等の固体表面に物理的にトラップ（物理吸着）されることを意味し、また、ＮＯｘの「吸蔵」とは、ＮＯｘがＺｒ等に対してＮＯ_３ ⁻の状態で化学的にトラップ（吸蔵）されることを意味する。

図２は、本実施形態に係るＮＯｘトラップ部３の排気ガス流れ方向に垂直な断面の一部を示す図である。図２に示すように、ＮＯｘトラップ部３は、コージェライト製のハニカム担体３０の排気ガス通路壁に、ＺｒＯ_２を含むＺｒＯ_２層３１が配設されて構成されており、ＺｒＯ_２層３１の内側の空間が排気ガス通路２となっている。ハニカム担体３０は、そのセル断面形状が六角形である六角セルハニカム構造となっている。図２では、図の簡略化のため、１つのセルにのみ上記ＺｒＯ_２層３１を描いているが、全てのセルに上記ＺｒＯ_２層３１が形成されている。また、ＺｒＯ_２としては、上述のごとく、Ｙが固溶されているＹ固溶ＺｒＯ_２を使用することもできる。このようにすると、ＺｒＯ_２の塩基性が増大し、ＺｒＯ_２におけるＮＯｘトラップ性を向上できる。

次に、ＺｒＯ_２のＮＯｘトラップ能について説明する。図３は、ＺｒＯ_２に対してＮＯ含有ガス流入時のガス温度とＮＯ流出濃度との関係を示すグラフ図である。ＺｒＯ_２に対して、周知の方法である昇温脱離ガス分析法（ＴＰＤ法）を用いて、ガス温度を１００℃から漸次昇温したときの、ＺｒＯ_２下流のＮＯ濃度を測定した。本測定のために、まず、担体上に形成したＺｒＯ_２層に対して、Ｈｅ雰囲気で６００℃、１０分間の前処理を行った。その後、ＮＯを含むガスを導入した。具体的に、評価ガスの組成は、ＮＯが１０００ｐｐｍであり、Ｏ_２が１０％であり、残部がＮ_２である。評価ガス温度を１００℃にして３０分間維持した後、ガス温度を１７℃／ｍｉｎで昇温した。

ガス温度が１００℃の際は、約２０分の間、ＮＯの流入濃度である１０００ｐｐｍよりもＮＯ流出濃度が小さくなっていることから、ＺｒＯ_２はＮＯをトラップすることが判る。その後、ガス温度を昇温させると、約２００℃においてＺｒＯ_２からのＮＯ流出濃度がピークとなり、ガス温度が約３５０℃に至るまで、ＮＯ流出濃度が減少し続けた。その後、再びＮＯ流出濃度は増加し始め、約５００℃でＺｒＯ_２からのＮＯ流出濃度がピークとなった。この結果から、ＺｒＯ_２は、２つの温度域でトラップしたＮＯを脱離することが判る。実際、約１５０℃から約３５０℃までの第１温度域において脱離したＮＯは吸着の態様でトラップされており、約３５０℃から約６００℃の第２温度域で脱離されたＮＯは吸蔵の態様でトラップされていることが判っている。

図４は、本実施形態に係るＮＯｘ還元触媒４の排気ガス流れ方向に垂直な断面の一部を示す図である。図４に示すように、ＮＯｘ還元触媒４は、コージェライト製のハニカム担体４０の排気ガス通路壁に、二層の触媒層が積層されて構成されている。なお、ＮＯｘ還元触媒４におけるハニカム担体４０も、そのセル断面形状が六角形である六角セルハニカム構造となっており、図４においても、図の簡略化のため、１つのセルにのみ上記触媒層を描いているが、全てのセルに上記触媒層が形成されている。具体的に、ＮＯｘ還元触媒４において、排気ガス通路壁と接するように形成された下層触媒層４１はアルミナとセリアとを含み、下層触媒層４１の上に形成された上層触媒層４２はアルミナを含み、下層触媒層４１及び上層触媒層４２には、触媒金属であるＰｔ及びＲｈが含浸担持されている。ここで、下層触媒層４１及び上層触媒層４２には、触媒金属であるＰｔ及びＲｈに加え、ＮＯｘ吸蔵材であるＢａ、Ｓｒ及びＭｇが含浸担持された構成としてもよい。このように、ＮＯｘ還元触媒４に、ＮＯｘトラップ部３に含まれるＮＯｘトラップ材とは異なるＮＯｘ吸蔵材を備えることにより、ＮＯｘ還元触媒４は、排気ガス温度が約２５０℃以上のリーン雰囲気の際に上記ＮＯｘ吸蔵材によりＮＯｘを吸蔵できると共に、リッチ雰囲気において上記触媒金属によりＮＯｘの還元に作用することができる。

（劣化診断装置）
本実施形態に係る劣化診断装置５は、図１に示すように、排気ガス温度検出手段６と、第１センサ７と、電子制御装置８とを備える。

ここで、排気ガス温度検出手段６は、ＮＯｘトラップ部３の上流側に設けられ、ＮＯｘトラップ部３に流入する排気ガス温度を検出する、例えば温度センサである。なお、排気ガス温度検出手段６は、本発明に係る劣化診断方法のステップの進行に拘わらず、排気ガス温度を常にモニタリングする構成とすることが好ましい。

また、第１センサ７は、ＮＯｘトラップ部３の下流側であり且つＮＯｘ還元触媒４の上流側に設けられ、ＮＯｘトラップ部３から流出するＮＯｘ量（Ｂ）を検出するＮＯｘ量検出手段である。ここで、第１センサ７は、本発明に係る劣化診断方法のステップの進行に拘わらず、ＮＯｘトラップ部３から流出するＮＯｘ量を常にモニタリングする構成とすることが好ましい。また、第１センサ７が検出するＮＯｘ量としては、排気ガス中に含有されるＮＯｘ濃度であることが好ましい。

電子制御装置８は、排気ガス温度検出手段６、第１センサ７のみならず、エンジンシステムに配設されたその他各種検出手段からの出力信号が入力され、エンジンシステム全体を制御する役割を担う。本実施形態において、電子制御装置８は、各温度域のＮＯｘ流出量基準値を設定する設定部と、ＮＯｘトラップ部３が劣化しているか否かを判定する判定部とを備える。

また、本実施形態に係る劣化診断装置５は、図１には図示していないが、ＮＯｘトラップ部３が劣化していると診断された場合に、その診断結果を運転者等に知らせるための、例えば警告灯やアラーム等の通知手段を備える構成とすることができる。

（劣化診断方法）
図５は、本実施形態に係る劣化診断方法のステップを示すフローチャートである。

電子制御装置８の設定部は、まずエンジンの運転状態を読込み（Ｓ１）、そのエンジンの運転状態に基づいて、エンジンからのＮＯｘ排出量（Ａ）を決定する（Ｓ２）。このとき、ＮＯｘ排出量（Ａ）は、読込まれたエンジン運転状態に対し、予め電子制御装置８内に記録されたエンジン運転状態に伴うＮＯｘ排出量データから推定し、決定することができる。また、エンジンからの排気ガス通路２であって、ＮＯｘトラップ部３の上流側に別のＮＯｘ量検出手段を配設し、この別のＮＯｘ量検出手段によりエンジンからのＮＯｘ排出量（Ａ）を検出し、決定する構成としてもよい。なお、ＮＯｘ排出量（Ａ）は、排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度として決定されることが好ましい。

次に、電子制御装置８の設定部は、予め実験的に求めていたＮＯｘトラップ部３の第１温度域のＮＯｘ脱離特性と第２温度域のＮＯｘ脱離特性とに基づいて、ＮＯｘ排出量（Ａ）における第１温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）と第２温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ２）とを設定する（Ｓ３）。具体的には例えば、各温度域におけるＮＯｘ脱離特性として、第１温度域のＮＯｘ流出量と第２温度域のＮＯｘ流出量との比を予め実験的に求め、この比に基づいて、ＮＯｘ排出量（Ａ）における第１温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）と第２温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ２）とを算出し、設定することができる。

より具体的には例えば、図３に示すように、昇温脱離ガス分析法（ＴＰＤ法）を用いて、ガス温度を１００℃から漸次昇温したときの、ＺｒＯ_２下流のＮＯ流出濃度を測定する。そして、この測定結果に基づき、例えばＮＯ流出濃度が増加し始める温度である１５０℃を第１温度Ｔ１、一度減少したＮＯ流出濃度が再び増加し始める温度である３５０℃を第２温度（＝第３温度）Ｔ２、及びＮＯ流出濃度が再び減少し定常状態となった温度である６００℃を第４温度Ｔ３と設定する。

次に、第１温度域におけるＮＯ流出量Ｑ１と、第２温度域におけるＮＯ流出量Ｑ２との比Ｐ、すなわち、
Ｐ＝Ｑ１／Ｑ２ （１）
を予め算出し決定する。

そして、式（１）により求めた両温度域のＮＯ流出量の比Ｐに基づいて、ＮＯｘ排出量（Ａ）における第１温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）を、式（２）により算出する。
Ａ１＝Ａ・Ｐ／（１＋Ｐ） （２）
また、ＮＯｘ排出量（Ａ）における第２温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ２）を、式（３）により算出する。
Ａ２＝Ａ／（１＋Ｐ） （３）
このようにして、式（２）及び式（３）により算出したＡ１及びＡ２を、劣化診断を行う際の基準値として設定することができる。なお、前記測定に際しては、評価ガスを、ＮＯに加えて、排気ガスに含有されるＮＯｘの組成に近い混合ガスとすることが好ましい。

次に、排気ガス温度検出手段６により、ＮＯｘトラップ部３に流入する排気ガス温度Ｔを検出し、排気ガス温度ＴがＴ１以上になったところで（Ｓ４）、第１センサ７により、ＮＯｘトラップ部３から流出するＮＯｘ量（Ｂ）を検出し、このＮＯｘ量（Ｂ）の積算を開始する（Ｓ５）。

次に、ＮＯｘトラップ部３に流入する排気ガス温度ＴがＴ２以上になったところで（Ｓ６）、第１センサ７により検出され、積算された、排気ガス温度が第１温度域にあるときのＮＯｘトラップ部３から流出するＮＯｘ量（Ｂ１）を検出する（Ｓ７）。その後、判定部は、この積算されたＮＯｘ量（Ｂ１）と、設定部において設定したＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）との比較を行い、その比較に基づいてＮＯｘトラップ部３が劣化しているか否かを判定する。具体的には、第１センサ７により検出されたＮＯｘ量（Ｂ１）がＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）未満である場合に（Ｓ８）、ＮＯｘトラップ部３が劣化していると診断する（Ｓ９）。ＮＯｘトラップ部３が劣化していると診断された場合には、第１警告灯が点灯し（Ｓ１０）、また、劣化していると診断されなかった場合には、第１警告灯は点灯せずに、次のステップへ進行する。

第１センサ７により検出される、ＮＯｘトラップ部３から流出するＮＯｘ量（Ｂ）は、排気ガス温度ＴがＴ２以上になったところから（Ｓ６）、新たに積算される（Ｓ１１）。その後、排気ガス温度ＴがＴ３以上になったところで（Ｓ１２）、第１センサ７により検出され、積算された、排気ガス温度が第２温度域にあるときのＮＯｘトラップ部３から流出するＮＯｘ量（Ｂ２）を検出する（Ｓ１３）。

その後、判定部は、この積算されたＮＯｘ量（Ｂ２）と、設定部において設定したＮＯｘ流出量基準値（Ａ２）との比較を行い、その比較に基づいてＮＯｘトラップ部３が劣化しているか否かを判定する。具体的には、第１センサ７により検出されたＮＯｘ量（Ｂ２）がＮＯｘ流出量基準値（Ａ２）未満である場合に（Ｓ１４）、ＮＯｘトラップ部３が劣化していると診断される（Ｓ１５）。ＮＯｘトラップ部３が劣化していると診断された場合には、第２警告灯が点灯し（Ｓ１６）、また、劣化していると診断されなかった場合には、第１警告灯は点灯せずに、劣化診断のステップは終了する。

従って、本実施形態に係る劣化診断方法によれば、エンジンの運転に伴って排気ガス温度が上昇していく局面において、第１及び第２の各温度域で、ＮＯｘトラップ部が初期の脱離性能を発揮しているか否かを検出することができ、ＮＯｘトラップ部の劣化を精度良く診断することができる。

また、本実施形態においては、ＮＯｘトラップ部３に含まれるＮＯｘトラップ材は、吸着していたＮＯｘを第１温度域において脱離し、吸蔵していたＮＯｘ第２温度域においてを脱離するため、前記ステップＳ５〜Ｓ９ではＮＯｘトラップ部３の吸着能の劣化診断を、また前記ステップＳ１１〜Ｓ１５ではＮＯｘトラップ部３の吸蔵能の劣化診断を行うことができる。

すなわち、各温度域の劣化診断により、ＮＯｘトラップ部３の異なる性能について劣化診断を行い、どの性能が劣化しているかを明らかにすることができる。

また、本実施形態においては、ＮＯｘ排出量（Ａ）における第１温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）を、第１温度域のＮＯｘ脱離特性として排気ガス温度ＴがＴ１からＴ２に至るまでに流出するＮＯｘの流出量に基づいて設定し、また、第２温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ２）を、第２温度域のＮＯｘ脱離特性として排気ガス温度ＴがＴ２からＴ３に至るまでに流出するＮＯｘの流出量に基づいて設定している。

従って、排気ガス温度の上昇速度・態様等に影響されることなく、そのときのエンジン状態に応じたＮＯｘトラップ部３の劣化診断を精度良く行う上で有利になる。

さらに、本実施形態においては、第１温度域における劣化診断においてＮＯｘトラップ部３の劣化が決定した場合であっても、第２温度域における劣化診断を続けて行う構成としている。この場合、ＮＯｘトラップ部３全体の劣化診断としては、排気ガス温度が第１温度域にあるときのＮＯｘ量（Ｂ１）とＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）との比較、及び第２温度域にあるときのＮＯｘ量（Ｂ２）とＮＯｘ流出量基準値（Ａ２）との比較の少なくとも一方に基づいて行われる。

すなわち、判定部は、下記式（４）〜式（６）のいずれかの場合に、ＮＯｘトラップ部３の劣化を決定する。
Ｂ１＜Ａ１，Ｂ２≧Ａ２ （４）
Ｂ１≧Ａ１，Ｂ２＜Ａ２ （５）
Ｂ１＜Ａ１，Ｂ２＜Ａ２ （６）
このとき、式（４）の場合は、ＮＯｘトラップ部３の吸着能の劣化、式（５）の場合は吸蔵能の劣化、及び式（６）の場合は吸着能及び吸蔵能ともに劣化していると診断される。

また、一方、下記式（７）の場合には、ＮＯｘトラップ部３は劣化していないと診断される。
Ｂ１≧Ａ１，Ｂ２≧Ａ２ （７）

なお、本実施形態において、ＮＯｘトラップ部３の劣化診断は、昇温過程で行われるため、第１温度域における劣化診断においてＮＯｘトラップ部３の劣化が決定した場合、その時点で劣化診断のステップを終了する構成としてもよい。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る劣化診断装置を備えた排気ガス浄化装置の模式図である。本実施形態について説明を行う上で、第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。

（劣化診断装置）
本実施形態においては、劣化診断装置５が、第２センサ９を備える点で、第１実施形態の構成と異なる。

第２センサ９は、ＮＯｘ還元触媒４の下流側に設けられ、ＮＯｘ還元触媒４から流出するＮＯｘ量を検出する第２のＮＯｘ量検出手段であり、特に、本実施形態においては、ＮＯｘ還元触媒４から流出するＮＯｘ濃度を検出する。ここで、第２センサ９は、本発明に係る劣化診断のステップの進行に拘わらず、ＮＯｘ還元触媒４から流出するＮＯｘ量を常にモニタリングする構成とすることが好ましい。

また、ＮＯｘトラップ部３の下流側であり且つＮＯｘ還元触媒４の上流側に配置された第１センサ７は、本実施形態においては、ＮＯｘトラップ部３から流出するＮＯｘ濃度を検出する。

さらに、本構成において、電子制御装置８には第２センサ９からの出力信号も入力される。

また、本実施形態に係る劣化診断装置５は、図６には図示していないが、ＮＯｘトラップ部３のみならず、ＮＯｘ還元触媒４が劣化していると診断された場合にも、その診断結果を運転者等に知らせるための、例えば警告灯やアラーム等の通知手段を備える構成とすることができる。

（劣化診断方法）
図７は、本実施形態に係る劣化診断方法のステップを示すフローチャートである。

本実施形態に係る劣化診断方法において、ＮＯｘトラップ部３の劣化診断方法は、図７に示すように、第１実施形態の場合と同様のステップにより行われる（Ｓ１〜Ｓ１６）。なお、本実施形態においては、第１センサ７により検出されるＮＯｘ量（Ｂ）は、ＮＯｘトラップ部３から流出するＮＯｘ濃度であり、ＮＯｘ量（Ｂ１）及びＮＯｘ量（Ｂ２）は、各温度域において第１センサ７により検出されたＮＯｘ濃度の積算量である。

ここで、本実施形態においては、ＮＯｘトラップ部３が劣化していないと診断された場合に（Ｓ１４において、矢印ＮＯの場合）、ＮＯｘトラップ部３の下流側であり且つＮＯｘ還元触媒４の上流側に配置された第１センサ７により、ＮＯｘトラップ部３から流出するＮＯｘ濃度（Ｃ）を検出する（Ｓ１７）。さらに、第２センサ９により、ＮＯｘ還元触媒４から流出するＮＯｘ濃度（Ｄ）を検出する（Ｓ１８）。そして、判定部は、第１センサ７により検出されたＮＯｘ濃度（Ｃ）と第２センサ９により検出されたＮＯｘ量（Ｄ）との比較に基づいて、ＮＯｘ還元触媒４が劣化しているか否かを判定する。具体的には、下記式（８）に示すように、ＮＯｘ濃度（Ｃ）とＮＯｘ濃度（Ｄ）との差が予め設定された所定値（Ｒ）以下である場合に（Ｓ１９）、ＮＯｘ還元触媒４の劣化を決定する（Ｓ２０）。
Ｃ−Ｄ≦Ｒ （８）
ここで、所定値（Ｒ）は、例えば、未使用のＮＯｘ還元触媒４が処理できる最大ＮＯｘ濃度のうちの所定の割合のＮＯｘ濃度、すなわち、例えば５０％のＮＯｘ濃度というように、任意に設定することができる。

次に、ＮＯｘトラップ部３は劣化していないが、ＮＯｘ還元触媒４が劣化していると診断された場合には、第３警告灯が点灯し（Ｓ２１）、劣化診断のステップは終了する。また、ＮＯｘトラップ部３及びＮＯｘ還元触媒４の両者ともに、劣化していないと診断された場合には、第１〜第３警告灯は点灯することなく劣化診断のステップは終了する。

本構成とすることにより、ＮＯｘトラップ部３の劣化診断を行うとともに、ＮＯｘトラップ部３の下流側のＮＯｘ還元触媒４の劣化診断も併せて行うことができる。従って、ＮＯｘトラップ部３が劣化していない場合であっても、ＮＯｘ還元触媒４の劣化を診断することができ、排気ガス浄化装置１全体の劣化診断を行うことができるとともに、ＮＯｘトラップ部３とＮＯｘ還元触媒４のいずれが劣化しているかを精度良く特定することができる。

なお、本実施形態においては、ＮＯｘトラップ部３が劣化していないと診断された場合にのみ、ＮＯｘ還元触媒４の劣化診断を行う構成としているが、ＮＯｘトラップ部３の劣化診断の結果に拘わらず、ＮＯｘ還元触媒４の劣化診断を行う構成とすることもできる。

また、上述のごとく、ＮＯｘ還元触媒４に、ＮＯｘトラップ部３に含まれるＮＯｘトラップ材とは異なるＮＯｘ吸蔵材、例えばＢａ、Ｓｒ及びＭｇ等のＮＯｘ吸蔵材を備えた構成とすることもできる。この場合、第１センサ７により検出されたＮＯｘ濃度（Ｃ）と第２センサ９により検出されたＮＯｘ濃度（Ｄ）との差は、ＮＯｘ還元触媒４により還元処理されたＮＯｘ濃度と、ＮＯｘ吸蔵材により吸蔵されているＮＯｘ濃度（Ｆ）との合計となる。すなわち、本構成においては、ＮＯｘ還元触媒４が劣化しているか否かを判定する際に、ＮＯｘ吸蔵材が吸蔵しているＮＯｘ濃度（Ｆ）を差し引く必要がある。すなわち、具体的には、下記式（９）に示すように、ＮＯｘ濃度（Ｃ）とＮＯｘ濃度（Ｄ）との差が予め設定された新たな所定値（Ｒ’）以下である場合に、ＮＯｘ還元触媒４の劣化を決定することができる。
Ｃ−Ｄ≦Ｒ’ （９）
Ｒ’＝Ｒ＋Ｆ （１０）
ここで、新たな所定値（Ｒ’）は、所定値（Ｒ）を、式（８）と同様に未使用のＮＯｘ還元触媒４が処理できる最大ＮＯｘ濃度のうちの所定の割合のＮＯｘ濃度とした場合に、ＮＯｘ吸蔵材により吸蔵されているＮＯｘ濃度（Ｆ）を加えた値として、式（１０）のように設定することができる。

本構成によれば、例えば、ＮＯｘトラップ部３と、アルカリ土類金属等のＮＯｘ吸蔵材を有する従来のＮＯｘ吸蔵還元触媒とを備えた排気ガス浄化装置１においても、ＮＯｘ吸蔵材により吸蔵／放出されるＮＯｘ量を考慮してＮＯｘ還元触媒４の劣化診断を精度良く行うことができる。

（その他の実施形態）
本発明に係る劣化診断方法においては、３つ以上の複数の温度域において、ＮＯｘトラップ部３の劣化診断を行う構成とすることができる。具体的には例えば、第１〜第４温度に加え、第５温度及び第６温度を設定し、排気ガス温度が第１温度以上第２温度未満を第１温度域、第３温度以上第４温度未満を第２温度域、及び第５温度以上第６温度未満を第３温度域とすることができる。なお、各温度域は、互いに重複温度域が生じない設定とすることも、また、重複温度域が生じる設定とすることも可能である。この場合、第１実施形態及び第２実施形態のステップＳ３と同様の方法で、各温度域におけるそれぞれのＮＯｘ流出量基準値を設定し、この基準値と、第１センサ７により検出し、積算した、各温度域におけるＮＯｘ量とを比較することにより、各々の温度域におけるＮＯｘトラップ部３の劣化診断を行うことができる。また、さらに具体的には、第１実施形態及び第２実施形態に係る劣化診断方法において、Ｔ１以上Ｔ２未満の第１温度域を２つ以上の複数の温度域に分割し、その各々の温度域において基準値を設定し、第１センサ７により検出したＮＯｘ量と比較する構成とすることができる。

本構成とすることにより、昇温過程において、より多くの温度域でＮＯｘトラップ部３の劣化診断を行うことができるため、劣化診断の精度をさらに向上させることができる。

本発明は、幅広い温度域でＮＯｘを浄化できる排気ガス浄化装置の劣化診断を、簡便な構成で精度良く行うことができるので、極めて有用であり、産業上の利用可能性が高い。

１ 排気ガス浄化装置
２ 排気ガス通路
３ ＮＯｘトラップ部
４ ＮＯｘ還元触媒
５ 劣化診断装置
６ 排気ガス温度検出手段
７ 第１センサ
８ 電子制御装置
９ 第２センサ

Claims (10)

1. エンジンの排気ガス通路に設けられ、排気ガス中のＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ部を備えた排気ガス浄化装置の劣化診断方法であって、
   前記ＮＯｘトラップ部は、排気ガス温度が第１温度以上第２温度未満の第１温度域と、第３温度以上第４温度未満の第２温度域との２つの温度域でＮＯｘを脱離するＮＯｘトラップ材を含み、
   前記エンジンからのＮＯｘ排出量（Ａ）を決定するステップと、
   予め実験的に求めていた前記ＮＯｘトラップ部の前記第１温度域のＮＯｘ脱離特性と前記第２温度域のＮＯｘ脱離特性とに基づいて、前記ＮＯｘ排出量（Ａ）における前記第１温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）と前記第２温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ２）とを設定するステップと、
   前記ＮＯｘトラップ部の上流側に設けられた排気ガス温度検出手段により、前記ＮＯｘトラップ部に流入する排気ガス温度を検出するステップと、
   前記ＮＯｘトラップ部の下流側に設けられたＮＯｘ量検出手段により、前記ＮＯｘトラップ部から流出するＮＯｘ量（Ｂ）を検出するステップと、
   前記排気ガス温度が第１温度域にあるときの前記ＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量（Ｂ１）と前記基準値（Ａ１）との比較、及び前記排気ガス温度が第２温度域にあるときの前記ＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量（Ｂ２）と前記基準値（Ａ２）との比較に基づいて、前記ＮＯｘトラップ部が劣化しているか否かを判定するステップと
   を備えたことを特徴とする、劣化診断方法。
2. 前記ＮＯｘトラップ材として、吸着していたＮＯｘを前記第１温度域において脱離し、吸蔵していたＮＯｘを前記第２温度域において放出する化合物を用いる
   ことを特徴とする、請求項１に記載の劣化診断方法。
3. 前記ＮＯｘトラップ部よりも排気ガス流れ方向下流側に、ＮＯｘ還元触媒を配設しており、
   前記ＮＯｘ還元触媒の下流側に設けられた第２のＮＯｘ量検出手段により、前記ＮＯｘ還元触媒から流出するＮＯｘ量を検出するステップと、
   前記ＮＯｘ量検出手段により検出された前記ＮＯｘトラップ部から流出するＮＯｘ量と、前記第２のＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量との比較に基づいて、前記ＮＯｘ還元触媒が劣化しているか否かを判定するステップと
   をさらに備えたことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の劣化診断方法。
4. 前記ＮＯｘ還元触媒に、前記ＮＯｘトラップ材とは異なるＮＯｘ吸蔵材が備えられ、
   前記ＮＯｘ還元触媒が劣化しているか否かを判定する際に、前記ＮＯｘ吸蔵材が吸蔵しているＮＯｘ量を差し引く
   ことを特徴とする、請求項３に記載の排気ガス浄化装置の劣化診断方法。
5. 前記ＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）を、前記排気ガス温度が前記第１温度から前記第２温度に至るまでに流出するＮＯｘの流出量に基づいて設定する
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の劣化診断方法。
6. エンジンの排気ガス通路に設けられ、排気ガス中のＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ部を備えた排気ガス浄化装置の劣化診断装置であって、
   前記ＮＯｘトラップ部は、排気ガス温度が第１温度以上第２温度未満の第１温度域と、第３温度以上第４温度未満の第２温度域との２つの温度域でＮＯｘを脱離するＮＯｘトラップ材を含み、
   前記エンジンからのＮＯｘ排出量（Ａ）を決定し、予め実験的に求めていた前記ＮＯｘトラップ部の前記第１温度域のＮＯｘ脱離特性と前記第２温度域のＮＯｘ脱離特性とに基づいて、前記ＮＯｘ排出量（Ａ）における前記第１温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）と前記第２温度域のＮＯｘ流出量基準値（Ａ２）とを設定する設定部と、
   前記ＮＯｘトラップ部の上流側に設けられ、前記ＮＯｘトラップ部に流入する排気ガス温度を検出するための排気ガス温度検出手段と、
   前記ＮＯｘトラップ部の下流側に設けられ、前記ＮＯｘトラップ部から流出するＮＯｘ量（Ｂ）を検出するためのＮＯｘ量検出手段と、
   前記排気ガス温度が第１温度域にあるときの前記ＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量（Ｂ１）と前記基準値（Ａ１）との比較、及び前記排気ガス温度が第２温度域にあるときの前記ＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量（Ｂ２）と前記基準値（Ａ２）との比較に基づいて、前記ＮＯｘトラップ部が劣化しているか否かを判定する判定部と
   を備えたことを特徴とする、劣化診断装置。
7. 前記ＮＯｘトラップ材は、吸着していたＮＯｘを前記第１温度域において脱離し、吸蔵していたＮＯｘを前記第２温度域において放出する化合物である
   ことを特徴とする、請求項６に記載の劣化診断装置。
8. 前記ＮＯｘトラップ部よりも排気ガス流れ方向下流側に、ＮＯｘ還元触媒が配設され、
   前記ＮＯｘ還元触媒の下流側に設けられ、前記ＮＯｘ還元触媒から流出するＮＯｘ量を検出するための第２のＮＯｘ量検出手段をさらに備え、
   前記判定部が、前記ＮＯｘ量検出手段により検出された前記ＮＯｘトラップ部から流出するＮＯｘ量と、前記第２のＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量との比較に基づいて、前記ＮＯｘ還元触媒が劣化しているか否かをさらに判定する
   ことを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の劣化診断装置。
9. 前記ＮＯｘ還元触媒に、前記ＮＯｘトラップ材とは異なるＮＯｘ吸蔵材が備えられ、
   前記ＮＯｘ還元触媒が劣化しているか否かを判定する際に、前記ＮＯｘ吸蔵材が吸蔵しているＮＯｘ量を差し引く
   ことを特徴とする、請求項８に記載の劣化診断装置。
10. 前記設定部が、前記ＮＯｘ流出量基準値（Ａ１）を、前記排気ガス温度が前記第１温度から前記第２温度に至るまでに流出するＮＯｘの流出量に基づいて設定する
    ことを特徴とする、請求項６〜９のいずれか１項に記載の劣化診断装置。

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