JP2018071490A - Deterioration diagnosis device of selective reduction catalyst - Google Patents

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健 白澤
Ken Shirasawa
健 白澤
徹 木所
Toru Kidokoro
徹 木所
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Masato Ogiso
誠人 小木曽
謙太 廣岡
Kenta Hirooka
謙太 廣岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the lowering of diagnosis accuracy resulting from the lamination adsorption of NH, in a deterioration diagnosis device which performs a deterioration diagnosis of an SCR catalyst on the basis of an NHconcentration of exhaust emission flowing out of the SCR catalyst when an additive is added from an adding device.SOLUTION: In a deterioration diagnosis device which performs a deterioration diagnosis of an SCR catalyst on the basis of an NHconcentration of exhaust emission flowing out of the SCR catalyst in a state that diagnosis addition processing for adding a large amount of additives larger than those at a normal time into the exhaust emission from an adding device is performed, in a period in which the SCR catalyst is brought into a lamination adsorptive state out of an execution period of the diagnosis addition processing, an atmosphere of the SCR catalyst is made to be an atmosphere in which lamination adsorption hardly occurs by raising a water component concentration of the exhaust emission flowing into the SCR catalyst.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒(SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒)の劣化を診断する技術に関する。   The present invention relates to a technique for diagnosing deterioration of a selective reduction catalyst (SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst) disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine.

従来、排気中に含まれるNOを浄化するシステムとして、SCR触媒と該SCR触媒より上流の排気中にNH又はNHの前駆体である添加剤を添加する添加装置とを内燃機関の排気通路に配置し、SCR触媒へ流入するNOの量等に応じて添加剤を供給するものが知られている。 Conventionally, as a system for purifying NO X contained in exhaust gas, an SCR catalyst and an addition device for adding an additive that is an NH 3 or a precursor of NH 3 to the exhaust gas upstream of the SCR catalyst are used as exhaust gas for an internal combustion engine. An apparatus is known that is arranged in a passage and supplies an additive in accordance with the amount of NO x flowing into the SCR catalyst.

上記したようなシステムにおいては、SCR触媒の劣化を診断することも重要である。SCR触媒の劣化を診断する技術としては、SCR触媒と、SCR触媒より上流の排気中に尿素水溶液を添加する添加装置と、SCR触媒から流出する排気のNHの濃度を検出するNHセンサと、を備えたシステムにおいて、添加装置から尿素水溶液を添加しているときにNHセンサによって検出されるNH濃度が閾値より大きければ、SCR触媒が劣化していると診断するものが知られている(例えば、特許文献1を参照)。 In the system as described above, it is also important to diagnose the deterioration of the SCR catalyst. As a technique for diagnosing the deterioration of the SCR catalyst, there are an SCR catalyst, an adding device for adding an aqueous urea solution into the exhaust upstream of the SCR catalyst, an NH 3 sensor for detecting the concentration of NH 3 in the exhaust flowing out of the SCR catalyst, Is known to diagnose that the SCR catalyst has deteriorated if the NH 3 concentration detected by the NH 3 sensor is larger than a threshold value when adding the urea aqueous solution from the addition device. (For example, refer to Patent Document 1).

国際公開第2006/046339号International Publication No. 2006/046339 特開2013−124642号公報JP2013-124642A 特開2010−043585号公報JP 2010-043585 A

上記従来技術は、SCR触媒の劣化が進むと、該SCR触媒の持つ吸着サイト(例えば、触媒担体に担持されたCuやFe等の酸点)のうち、活性可能な吸着サイトが減少するため、添加装置から尿素水溶液が添加されているときに該SCR触媒をすり抜けるNHの量(NHスリップ量)が多くなるという知見に基づくものである。よって、上記従来技術の方法を利用してSCR触媒の劣化を精度良く診断するためには、劣化状態にあるSCR触媒のNH吸着能(活性可能な吸着サイトにより吸着可能なNH量)を超える多量のNHを、該SCR触媒へ供給する必要がある。つまり、SCR触媒の劣化診断を目的としてNHを供給するときは、SCR触媒によるNO浄化を目的としてNHを供給するとき(通常時)に比べ、より多くのNHをSCR触媒に供給する必要がある。 In the above prior art, when the deterioration of the SCR catalyst proceeds, the adsorption sites that can be activated are reduced among the adsorption sites (for example, acid sites such as Cu and Fe supported on the catalyst carrier) of the SCR catalyst. the amount of NH 3 slip through the SCR catalyst when the aqueous urea solution from the addition device is added (NH 3 slip amount) is based on the finding that increases. Therefore, in order to accurately diagnose the deterioration of the SCR catalyst using the above prior art method, the NH 3 adsorption capacity of the deteriorated SCR catalyst (the amount of NH 3 that can be adsorbed by the active adsorption site) is determined. It is necessary to supply a large amount of NH 3 exceeding the SCR catalyst. That is, when supplying NH 3 for the purpose of degradation diagnosis of the SCR catalyst supply when supplying NH 3 for the purpose of NO X purification by SCR catalyst compared to (normal), more the NH 3 in the SCR catalyst There is a need to.

ところで、SCR触媒がNHを吸着する形態には、上記の如くSCR触媒の吸着サイトにNHが吸着する形態(以下、「化学吸着」と称する)と、SCR触媒に化学吸着されたNHに排気中のNHが吸着して積層する形態(以下、「積層吸着」と称する)とがある。ここで、SCR触媒のNH吸着能が飽和していない状態であれば、化学吸着が積層吸着より優位になるため、積層吸着が発現しにくい。しかしながら、SCR触媒のNH吸着能が飽和した状態であれば、化学吸着によってNHを吸着することができないため、積層吸着によるNHの吸着が発現しやすい。よって、劣化状態にあるSCR触媒へ比較的多量のNHを供給することで、該SCR触媒のNH吸着能を飽和させても、積層吸着が発現する可能性がある。積層吸着が発現した場合は、劣化状態のSCR触媒をすり抜けるNHの量が劣化度合に見合った量よりも少なくなるため、該SCR触媒の劣化を精度良く診断することが困難になる虞がある。 Incidentally, the form in which the SCR catalyst adsorbs NH 3, forms NH 3 adsorption sites of the SCR catalyst as described above is adsorbed (hereinafter referred to as "chemical adsorption") and, NH 3, which is chemically adsorbed on the SCR catalyst There is a mode in which NH 3 in the exhaust is adsorbed and stacked (hereinafter referred to as “stacked adsorption”). Here, if the NH 3 adsorption capacity of the SCR catalyst is not saturated, the chemical adsorption is superior to the laminated adsorption, so that the laminated adsorption is hardly exhibited. However, if the NH 3 adsorbing ability of the SCR catalyst is saturated, NH 3 cannot be adsorbed by chemical adsorption, so that adsorption of NH 3 by stack adsorption is likely to occur. Therefore, by supplying a relatively large amount of NH 3 to the deteriorated SCR catalyst, even if the NH 3 adsorption ability of the SCR catalyst is saturated, stacked adsorption may occur. When stacked adsorption occurs, the amount of NH 3 that passes through the deteriorated SCR catalyst is less than the amount commensurate with the degree of deterioration, which may make it difficult to accurately diagnose the deterioration of the SCR catalyst. .

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、添加装置から排気中へ添加剤が添加されている状態でSCR触媒から流出する排気のNH濃度に基づいて、該SCR触媒の劣化診断を行う劣化診断装置において、NHの積層吸着に起因する診断精度の低下を抑制することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is based on the NH 3 concentration of the exhaust gas flowing out from the SCR catalyst in a state where the additive is added to the exhaust gas from the addition device. An object of the present invention is to suppress degradation in diagnostic accuracy caused by NH 3 stack adsorption in a degradation diagnostic apparatus that diagnoses degradation of an SCR catalyst.

本発明は、上記した課題を解決するために、添加装置から排気中へ通常時より多くの添加剤を添加するための診断用添加処理が実行されている状態でSCR触媒から流出する排気のNH濃度に基づいて、SCR触媒の劣化診断を行う劣化診断装置であって、診断用添加処理の実行期間のうち、SCR触媒が積層吸着可能な状態となる期間では、SCR触媒の雰囲気を積層吸着の起こりにくい雰囲気とすることで、診断精度の低下を抑制するようにした。 In order to solve the above-described problems, the present invention is directed to the NH of exhaust gas flowing out from the SCR catalyst in a state where diagnostic addition processing for adding more additive into the exhaust gas from the addition device than usual is performed. 3 is a deterioration diagnosis device for diagnosing deterioration of an SCR catalyst based on the concentration, and during the period of execution of the addition process for diagnosis, the atmosphere of the SCR catalyst is stacked and adsorbed during a period in which the SCR catalyst can be stacked and adsorbed. By making the atmosphere less likely to occur, the degradation of diagnostic accuracy was suppressed.

詳細には、本発明は、内燃機関の排気通路に配置されたSCR触媒と、前記SCR触媒より上流の排気中にNH又はNHの前駆体である添加剤を添加する添加装置と、前記SCR触媒から流出する排気のNH濃度を検出する検出手段と、前記SCR触媒によるNO浄化を目的として前記添加装置から添加される添加剤量より多くの添加剤量を前記添加装置から添加させる処理である診断用添加処理を実行する制御手段と、前記診断用添加処理の実行時に前記検出手段が検出するNH濃度に基づいて、前記SCR触媒の劣化診断を行う診断手段と、を備える、劣化診断装置である。そして、前記劣化診断装置は、前記SCR触媒の温度を取得する取得手段と、前記診断用添加処理の実行期間のうち、前記取得手段により取得される温度が所定温度以下となる期間では、前記取得手段により取得される温度が前記所定温度より高くなる期間に比べ、前記SCR触媒へ流入する排気の水分濃度を高くする処理を行う処理手段と、を更に備えるようにした。 Specifically, the present invention relates to an SCR catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, an addition device for adding an additive that is NH 3 or a precursor of NH 3 into the exhaust upstream of the SCR catalyst, detecting means for detecting the NH 3 concentration in exhaust gas flowing out of the SCR catalyst, is added a number of additives amounts than additive amount to be added from the addition device for the purpose of NO X purification by the SCR catalyst from said adding device Control means for executing a diagnostic addition process, and diagnostic means for diagnosing deterioration of the SCR catalyst based on the NH 3 concentration detected by the detection means during execution of the diagnostic addition process. It is a deterioration diagnosis device. Then, the deterioration diagnosis device is configured to acquire the temperature of the SCR catalyst and the acquisition in a period in which the temperature acquired by the acquisition unit is equal to or lower than a predetermined temperature in the execution period of the diagnostic addition process. And a processing means for performing a process of increasing the moisture concentration of the exhaust gas flowing into the SCR catalyst as compared with a period in which the temperature acquired by the means is higher than the predetermined temperature.

ここでいう「所定温度」は、SCR触媒が排気中のNHを積層吸着可能になる温度の上限値である。なお、添加装置から排気中へ単位時間あたりに添加される添加剤の量が多くなるほど、排気中のNHがSCR触媒に積層吸着されやすいため、添加装置から排気中へ単位時間あたりに添加される添加剤の量が多くなるほど、前記所定温度がより高温側の温度に設定されるようにしてもよい。 The “predetermined temperature” here is an upper limit value of the temperature at which the SCR catalyst can stack and adsorb NH 3 in the exhaust gas. Note that as the amount of additive added per unit time from the addition device into the exhaust gas increases, NH 3 in the exhaust gas is more easily stacked and adsorbed on the SCR catalyst, so that it is added from the addition device into the exhaust gas per unit time. The predetermined temperature may be set to a higher temperature as the amount of the additive increases.

本発明によれば、添加装置から排気中へ添加剤が添加されている状態でSCR触媒から流出する排気のNH濃度に基づいて、該SCR触媒の劣化診断を行う劣化診断装置において、NHの積層吸着に起因する診断精度の低下を抑制することができる。 According to the present invention, based on the added device in NH 3 concentration of the exhaust gas additive to the exhaust gas flows out from the SCR catalyst in a state of being added, in degradation diagnostic apparatus for performing the deterioration diagnosis of the SCR catalyst, NH 3 It is possible to suppress a decrease in diagnostic accuracy due to the stacked adsorption.

本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the exhaust system of the internal combustion engine to which this invention is applied. SCR触媒の温度とNH吸着量とから決定される、劣化診断実行領域を示す図である。Is determined from the temperature and the adsorbed NH 3 amount of the SCR catalyst, it shows a degradation diagnosis execution region. SCR触媒の温度と単位時間あたりに添加される尿素水溶液の量とから特定される、積層吸着発現領域を示す図である。It is a figure which shows the lamination | stacking adsorption | suction expression area | region specified from the temperature of an SCR catalyst, and the quantity of the urea aqueous solution added per unit time. EGR率と排気中の水分濃度との相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation with an EGR rate and the water concentration in exhaust_gas | exhaustion. SCR触媒の劣化診断処理を行われる際にECUによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process routine performed by ECU when performing the deterioration diagnosis process of an SCR catalyst.

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.

図1は、本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、希薄燃焼運転される圧縮着火式の内燃機関(ディーゼルエンジン)である。なお、内燃機関1は、希薄燃焼運転可能な火花点火式の内燃機関(ガソリンエンジン)であってもよい。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust system of an internal combustion engine to which the present invention is applied. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine) operated in a lean combustion mode. The internal combustion engine 1 may be a spark ignition type internal combustion engine (gasoline engine) capable of lean burn operation.

内燃機関1には、気筒内から排出される既燃ガス(排気)を流通させるための排気通路2が接続されている。排気通路2の途中には、第一触媒ケーシング3が配置されている。第一触媒ケーシング3より下流の排気通路2には、第二触媒ケーシング4が配置されている。   Connected to the internal combustion engine 1 is an exhaust passage 2 for circulating burned gas (exhaust gas) discharged from the cylinder. A first catalyst casing 3 is disposed in the middle of the exhaust passage 2. A second catalyst casing 4 is disposed in the exhaust passage 2 downstream from the first catalyst casing 3.

第一触媒ケーシング3は、筒状のケーシング内にNSR触媒が担持された触媒担体と、パティキュレートフィルタと、を収容している。NSR触媒は、排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中のNOを吸蔵し、且つ排気の空燃比がリッチ空燃比であるときは吸蔵していたNOを放出させつつ排気中の還元成分(HCやCO等)と反応させることで、Nに還元させる。パティキュレートフィルタは、排気中に含まれるPM(Particulate Matter)を捕集する。 The first catalyst casing 3 accommodates a catalyst carrier in which an NSR catalyst is supported in a cylindrical casing, and a particulate filter. The NSR catalyst stores NO X in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust is a lean air-fuel ratio, and releases the stored NO X when the air-fuel ratio of the exhaust is a rich air-fuel ratio. It is reduced to N 2 by reacting with a reducing component (such as HC or CO). The particulate filter collects PM (Particulate Matter) contained in the exhaust gas.

第二触媒ケーシング4は、筒状のケーシング内に、SCR触媒が担持された触媒担体を収容している。前記触媒担体は、例えば、コーディライトやFe−Cr−Al系の耐熱鋼等から形成されるハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの基材に、アルミナ系又はゼオライト系の触媒担体をコーティングしたものである。そして、前記触媒担体には、遷移金属元素であるCuやFe等がイオン交換されて担持されている。このように構成されるSCR触媒は、排気中に含まれるNHをCuやFe等の酸点(吸着サイト)で化学吸着し、且つその吸着サイトに吸着されたNHを還元剤として排気中のNOをNに還元させる。 The second catalyst casing 4 accommodates a catalyst carrier carrying an SCR catalyst in a cylindrical casing. The catalyst carrier is, for example, a monolith type base material having a honeycomb-shaped cross section formed of cordierite, Fe-Cr-Al heat-resistant steel, or the like, coated with an alumina-based or zeolite-based catalyst carrier. It is. The catalyst carrier carries a transition metal element such as Cu or Fe after ion exchange. The SCR catalyst configured in this manner chemically adsorbs NH 3 contained in exhaust gas at acid sites (adsorption sites) such as Cu and Fe, and in the exhaust gas using NH 3 adsorbed on the adsorption site as a reducing agent. NO X is reduced to N 2 .

第一触媒ケーシング3と第二触媒ケーシング4との間の排気通路2には、NH又はNHの前駆体である添加剤を排気中へ添加(噴射)するための添加弁5が配置されている。添加弁5は、ポンプ50を介して添加剤タンク51に接続されている。ポンプ50は、添加剤タンク51に貯留されている添加剤を吸引するとともに、吸引された添加剤を添加弁5へ圧送する。添加弁5は、ポンプ50から圧送されてくる添加剤を排気通路2内へ噴射する。添加弁5とポンプ50と添加剤タンク51との組合せは、本発明に係わる添加装置に相当する。なお、添加剤タンク51に貯留される添加剤としては、NHガス、又は尿素やカルバミン酸アンモニウム等の水溶液を使用することができるが、本実施例では、尿素水溶液を用いるものとする。 In the exhaust passage 2 between the first catalyst casing 3 and the second catalyst casing 4, an addition valve 5 for adding (injecting) NH 3 or an additive which is a precursor of NH 3 into the exhaust is disposed. ing. The addition valve 5 is connected to an additive tank 51 via a pump 50. The pump 50 sucks the additive stored in the additive tank 51 and pumps the sucked additive to the addition valve 5. The addition valve 5 injects the additive pumped from the pump 50 into the exhaust passage 2. The combination of the addition valve 5, the pump 50, and the additive tank 51 corresponds to the addition apparatus according to the present invention. As the additive stored in the additive tank 51, NH 3 gas or an aqueous solution such as urea or ammonium carbamate can be used. In this embodiment, an aqueous urea solution is used.

添加弁5から尿素水溶液が噴射されると、該尿素水溶液が排気とともに第二触媒ケーシング4へ流入する。その際、尿素水溶液が排気の熱を受けて熱分解され、又はSCR触媒により加水分解される。尿素水溶液が熱分解又は加水分解されると、NHが生成される。このようにして生成されたNHは、SCR触媒に吸着又は吸蔵される。SCR触媒に吸着又は吸蔵されたNHは、排気中に含まれるNOと反応してNやHOを生成する。つまり、NHは、NOの還元剤として機能する。 When the urea aqueous solution is injected from the addition valve 5, the urea aqueous solution flows into the second catalyst casing 4 together with the exhaust gas. At that time, the urea aqueous solution is thermally decomposed by the heat of the exhaust or is hydrolyzed by the SCR catalyst. When the urea aqueous solution is thermally decomposed or hydrolyzed, NH 3 is generated. The NH 3 thus generated is adsorbed or occluded by the SCR catalyst. NH 3 adsorbed or occluded by the SCR catalyst reacts with NO X contained in the exhaust to generate N 2 and H 2 O. That is, NH 3 functions as a NO X reducing agent.

また、内燃機関1には、EGR装置が取り付けられている。EGR装置は、第一触媒ケーシング3より上流の排気通路2から吸気通路14へ排気の一部(EGRガス)を導くためのEGR通路15と、EGR通路15の通路断面積を変更することにより該EGR通路15を流れるEGRガス量を調整するためのEGR弁16と、から構成されている。   In addition, an EGR device is attached to the internal combustion engine 1. The EGR device changes the passage cross-sectional area of the EGR passage 15 and the EGR passage 15 for guiding a part of the exhaust gas (EGR gas) from the exhaust passage 2 upstream of the first catalyst casing 3 to the intake passage 14. And an EGR valve 16 for adjusting the amount of EGR gas flowing through the EGR passage 15.

このように構成された内燃機関1には、ECU10が併設されている。ECU10は、
CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等を備えた電子制御ユニットである。ECU10には、第一NOセンサ6、第二NOセンサ7、排気温度センサ8、NHセンサ9、クランクポジションセンサ11、アクセルポジションセンサ12、及びエアフローメータ13等の各種センサが電気的に接続されている。
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an ECU 10. The ECU 10
An electronic control unit including a CPU, ROM, RAM, backup RAM, and the like. The ECU 10 includes various sensors such as a first NO X sensor 6, a second NO X sensor 7, an exhaust temperature sensor 8, an NH 3 sensor 9, a crank position sensor 11, an accelerator position sensor 12, and an air flow meter 13. It is connected.

第一NOセンサ6は、第一触媒ケーシング3と第二触媒ケーシング4の間の排気通路2に配置され、第二触媒ケーシング4へ流入する排気のNO濃度に相関する電気信号を出力する。第二NOセンサ7は、第二触媒ケーシング4より下流の排気通路2に配置され、第二触媒ケーシング4から流出する排気のNO濃度に相関する電気信号を出力する。排気温度センサ8は、第二触媒ケーシング4より下流の排気通路2に配置され、第二触媒ケーシング4から流出する排気の温度と相関する電気信号を出力する。NHセンサ9は、第二触媒ケーシング4より下流の排気通路2に配置され、第二触媒ケーシング4から流出する排気のNH濃度に相関する電気信号を出力するものであり、本発明に係わる「検出手段」に相当する。なお、第二NOセンサ7は、排気中のNOに加え、排気中のNHにも反応する特性を有することから、該第二NOセンサ7がNHセンサを兼用するようにしてもよい。その場合は、第二NOセンサ7が本発明に係わる「検出手段」に相当する。 The first NO X sensor 6 is disposed in the exhaust passage 2 between the first catalyst casing 3 and the second catalyst casing 4, and outputs an electrical signal correlated with the NO X concentration of the exhaust flowing into the second catalyst casing 4. . The second NO X sensor 7 is disposed in the exhaust passage 2 downstream from the second catalyst casing 4, and outputs an electrical signal that correlates with the NO X concentration of the exhaust gas flowing out from the second catalyst casing 4. The exhaust temperature sensor 8 is disposed in the exhaust passage 2 downstream from the second catalyst casing 4 and outputs an electrical signal correlated with the temperature of the exhaust gas flowing out from the second catalyst casing 4. The NH 3 sensor 9 is disposed in the exhaust passage 2 downstream of the second catalyst casing 4 and outputs an electrical signal correlated with the NH 3 concentration of the exhaust gas flowing out from the second catalyst casing 4. It corresponds to “detection means”. Since the second NO X sensor 7 has a characteristic of reacting to NH 3 in the exhaust in addition to NO X in the exhaust, the second NO X sensor 7 is also used as the NH 3 sensor. Also good. In that case, the second NO X sensor 7 corresponds to the “detecting means” according to the present invention.

クランクポジションセンサ11は、内燃機関1の出力軸(クランクシャフト)の回転位置に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ12は、アクセルペダルの操作量(アクセル開度)に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ13は、内燃機関1に吸入される空気の量(質量)に相関する電気信号を出力する。   The crank position sensor 11 outputs an electrical signal correlated with the rotational position of the output shaft (crankshaft) of the internal combustion engine 1. The accelerator position sensor 12 outputs an electrical signal that correlates with the amount of operation of the accelerator pedal (accelerator opening). The air flow meter 13 outputs an electrical signal correlated with the amount (mass) of air taken into the internal combustion engine 1.

また、ECU10は、内燃機関1に取り付けられた各種機器(例えば、燃料噴射弁等)に加え、上記した添加弁5、EGR弁16、及びポンプ50等と電気的に接続されている。ECU10は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関1の各種機器、添加弁5、EGR弁16、及びポンプ50等を電気的に制御する。例えば、ECU10は、内燃機関1の燃料噴射制御、EGR制御、及び添加弁5から間欠的に添加剤を噴射させる添加制御等の既知の制御に加え、第二触媒ケーシング4に収容されたSCR触媒の劣化を診断する処理(劣化診断処理)を実行する。   The ECU 10 is electrically connected to the above-described addition valve 5, EGR valve 16, pump 50 and the like in addition to various devices (for example, a fuel injection valve) attached to the internal combustion engine 1. The ECU 10 electrically controls various devices of the internal combustion engine 1, the addition valve 5, the EGR valve 16, the pump 50, and the like based on the output signals of the various sensors described above. For example, the ECU 10 performs the SCR catalyst accommodated in the second catalyst casing 4 in addition to known controls such as fuel injection control of the internal combustion engine 1, EGR control, and addition control for intermittently injecting the additive from the addition valve 5. A process (deterioration diagnosis process) for diagnosing the deterioration of is executed.

以下、本実施例における劣化診断処理の実行方法について述べる。SCR触媒の劣化を診断する方法としては、該SCR触媒のNO浄化率(SCR触媒へ流入するNO量に対して、SCR触媒で浄化されたNO量の割合)に基づく方法が考えられる。しかしながら、図1に示すように、SCR触媒より上流にNSR触媒が配置される構成においては、SCR触媒へ流入するNOの絶対量が少ないため、精度良く劣化診断を行うことが困難になる可能性がある。 Hereinafter, a method for executing the deterioration diagnosis process in the present embodiment will be described. As a method of diagnosing the deterioration of the SCR catalyst, NO X purification rate of the SCR catalyst based methods (with respect to the amount of NO X flowing into the SCR catalyst, the amount of NO X ratio of being purified by the SCR catalyst) is considered . However, as shown in FIG. 1, in a configuration in which the NSR catalyst is placed from the SCR catalyst in the upstream, since the absolute amount of the NO X flowing into the SCR catalyst is small, can be difficult to accurately perform the deterioration diagnosis There is sex.

上記した問題に対し、添加弁5から通常時(SCR触媒によるNOの浄化を目的として、添加弁5から尿素水溶液を添加させるとき)より多くの尿素水溶液を添加させるための診断用添加処理を実行し、且つその診断用添加処理の実行期間におけるNHセンサ9の測定値(NH濃度)に基づいて、SCR触媒の劣化を診断する方法が考えられる。具体的には、添加弁5から所定量の尿素水溶液を添加させる。ここでいう所定量は、上記の如く通常時より多い量である。より詳細には、前記所定量は、SCR触媒が劣化していない正常な状態であれば該SCR触媒のNH吸着能が飽和せず、且つSCR触媒が劣化した状態であれば該SCR触媒のNH吸着能が飽和する量のNHがSCR触媒へ供給されるように定められる。そして、診断用添加処理の実行期間中にNHセンサ9により測定されるNH濃度が所定の閾濃度以下であれば、SCR触媒が正常であると診断し、診断用添加処理の実行期間中にNHセンサ9により測定されるNH濃度が所定の閾濃度を超えれば、SCR触媒が劣化していると診断する。ここでいう閾濃度は、SCR触媒が
劣化していれば、診断用添加処理の実行期間中にNHセンサ9により測定されるNH濃度が該閾濃度を超えると想定される値であり、予め実験やシミュレーションの結果に基づいて求めておくものとする。
To the above-described problems (for the purpose of purification of the NO X by the SCR catalyst, when is added the aqueous urea solution from the addition valve 5) normal from the addition valve 5 and the diagnostic addition process to add more of the aqueous urea solution from A method of diagnosing the deterioration of the SCR catalyst based on the measured value (NH 3 concentration) of the NH 3 sensor 9 during the execution of the diagnostic addition process is conceivable. Specifically, a predetermined amount of urea aqueous solution is added from the addition valve 5. The predetermined amount here is a larger amount than usual as described above. More specifically, if the SCR catalyst is in a normal state in which the SCR catalyst is not deteriorated, the NH 3 adsorption capacity of the SCR catalyst is not saturated, and if the SCR catalyst is in a deteriorated state, the predetermined amount is An amount of NH 3 that saturates the NH 3 adsorption capacity is determined to be supplied to the SCR catalyst. Then, if the NH 3 concentration measured by the NH 3 sensor 9 during the execution period of the diagnostic addition process is equal to or lower than the predetermined threshold concentration, it is diagnosed that the SCR catalyst is normal, and during the execution period of the diagnostic addition process If the NH 3 concentration measured by the NH 3 sensor 9 exceeds a predetermined threshold concentration, it is diagnosed that the SCR catalyst is deteriorated. The threshold concentration here is a value that is assumed that the NH 3 concentration measured by the NH 3 sensor 9 during the execution period of the diagnostic addition process exceeds the threshold concentration if the SCR catalyst is deteriorated, Assume that it is obtained in advance based on the results of experiments and simulations.

ところで、SCR触媒にNHが吸着する形態には、上記の如く吸着サイトにNHが化学吸着される形態と、吸着サイトに化学吸着されているNHに排気中のNHが積層吸着する形態とが含まれる。そして、SCR触媒が劣化すると、該SCR触媒が持つ吸着サイトのうち、活性可能な吸着サイトが減少するため、SCR触媒のNH吸着能が小さくなる。そのため、診断用添加処理の実行期間中にSCR触媒から流出する排気の濃度は、SCR触媒が劣化していない場合より劣化している場合の方が大きくなると考えられていた。しかしながら、SCR触媒のNH吸着能が飽和していない状態においては、上記積層吸着が発現しにくいが、SCR触媒のNH吸着能が飽和している状態においては、上記積層吸着が発現しやすい。よって、診断用添加処理の実行期間において、劣化状態にあるSCR触媒へ比較的多量のNHを供給することで、該SCR触媒のNH吸着能を飽和させても、積層吸着が発現する可能性がある。それに伴い、劣化に起因するNH吸着能の低下分が積層吸着によって補われる可能性がある。その場合、診断用添加処理の実行期間中にSCR触媒から流出する排気のNH濃度は、該SCR触媒の劣化状態に見合った濃度より小さくなる可能性がある。その結果、SCR触媒が劣化しているにもかかわらず、該SCR触媒が正常であると誤診断される可能性がある。 Incidentally, the form in which NH 3 is adsorbed on the SCR catalyst, and forms NH 3 adsorption site as described above are chemically adsorbed, is NH 3 in the exhaust gas NH 3, which is chemically adsorbed to the adsorption sites laminated adsorption And forms. When the SCR catalyst is deteriorated, among the adsorption sites of the SCR catalyst, the active adsorption sites are reduced, and the NH 3 adsorption ability of the SCR catalyst is reduced. For this reason, it has been considered that the concentration of the exhaust gas flowing out from the SCR catalyst during the execution of the diagnostic addition process is larger when the SCR catalyst is deteriorated than when the SCR catalyst is not deteriorated. However, in the state where the NH 3 adsorption capacity of the SCR catalyst is not saturated, the stacked adsorption is difficult to develop, but in the state where the NH 3 adsorption capacity of the SCR catalyst is saturated, the stacked adsorption is likely to occur. . Therefore, by supplying a relatively large amount of NH 3 to the deteriorated SCR catalyst during the execution period of the diagnostic addition process, even if the NH 3 adsorption capacity of the SCR catalyst is saturated, it is possible to develop stacked adsorption. There is sex. Accordingly, there is a possibility that a decrease in NH 3 adsorption capacity due to deterioration is compensated by stack adsorption. In that case, the NH 3 concentration of the exhaust gas flowing out from the SCR catalyst during the execution period of the diagnostic addition process may be smaller than the concentration commensurate with the deterioration state of the SCR catalyst. As a result, although the SCR catalyst is deteriorated, there is a possibility that the SCR catalyst is erroneously diagnosed as being normal.

ここで、上記したSCR触媒によるNHの吸着形態を踏まえ、SCR触媒がNHを積層吸着しない状態にあるときに、上記した方法による劣化診断を行うことが考えられる。SCR触媒に積層吸着されたNHは、SCR触媒に化学吸着されたNHに比べ、低い温度域でSCR触媒から脱離しやすい。そのため、SCR触媒に積層吸着されたNHが脱離する高温域、言い換えると、SCR触媒がNHを積層吸着しない高温域において、SCR触媒の劣化診断を行うことが考えられる。しかしながら、SCR触媒が化学吸着することができるNHの最大量(SCR触媒のNH吸着能が飽和するときの吸着量(以下、「飽和吸着量」と称する))は、SCR触媒の温度が高くなるにつれて小さくなる傾向がある。そのため、SCR触媒の温度が高くなるにつれて、SCR触媒が正常であるときの飽和吸着量とSCR触媒が劣化しているときの飽和吸着量との差が小さくなる可能性がある。よって、SCR触媒の劣化を精度良く診断することが困難になる可能性がある。 Here, based on the above-described adsorption form of NH 3 by the SCR catalyst, it is conceivable to perform the deterioration diagnosis by the above-described method when the SCR catalyst is in a state in which the NH 3 is not stacked and adsorbed. NH 3 that is stacked and adsorbed on the SCR catalyst is more easily desorbed from the SCR catalyst in a lower temperature range than NH 3 that is chemisorbed on the SCR catalyst. Therefore, the high temperature range NH 3 stacked adsorbed on the SCR catalyst is eliminated, in other words, in the high temperature region where the SCR catalyst is not laminated adsorb NH 3, it is conceivable to perform the deterioration diagnosis of the SCR catalyst. However, the maximum amount of NH 3 that can be chemically adsorbed by the SCR catalyst (the amount of adsorption when the NH 3 adsorption capacity of the SCR catalyst is saturated (hereinafter referred to as “saturated adsorption amount”)) is the temperature of the SCR catalyst. There is a tendency to get smaller as it gets higher. Therefore, as the temperature of the SCR catalyst increases, the difference between the saturated adsorption amount when the SCR catalyst is normal and the saturated adsorption amount when the SCR catalyst is deteriorated may be reduced. Therefore, it may be difficult to accurately diagnose the deterioration of the SCR catalyst.

そこで、本実施形態では、SCR触媒の正常時における飽和吸着量とSCR触媒の劣化時における飽和吸着量との差が比較的大きくなる低温域において、劣化診断を行うものとする。そして、診断用添加処理の実行期間のうち、SCR触媒が積層吸着可能な状態になる期間では、SCR触媒の雰囲気を積層吸着の起こりにくい雰囲気とすることで、NHセンサ9によって測定されるNH濃度とSCR触媒の劣化度合との相関を高めるようにした。 Therefore, in this embodiment, the deterioration diagnosis is performed in a low temperature range where the difference between the saturated adsorption amount when the SCR catalyst is normal and the saturated adsorption amount when the SCR catalyst is deteriorated is relatively large. In the period during which the diagnostic addition process is performed, in the period in which the SCR catalyst is in a stackable state, the atmosphere of the SCR catalyst is set to an atmosphere in which stacking adsorption is unlikely to occur, so that the NH measured by the NH 3 sensor 9 is measured. The correlation between the 3 concentration and the degree of deterioration of the SCR catalyst was increased.

ここで、図2は、SCR触媒の温度とSCR触媒のNH吸着量(化学吸着されているNH量)とから決定される、劣化診断実行領域を示す図である。図2中の実線は、SCR触媒の正常時における飽和吸着量を示す。図2中の一点鎖線は、SCR触媒の劣化時における飽和吸着量を示す。図2中のTemp1は、添加弁5から添加された尿素水溶液が熱分解及び加水分解されてNHが生成され得る温度の下限値である。図2中のTemp2は、SCR触媒の正常時における飽和吸着量とSCR触媒の劣化時における飽和吸着量との間に、精度の高い劣化診断を行える程度の差が生じる温度の上限値である。また、図2中のA2が示すNH吸着量は、SCR触媒が正常であって、且つ該SCR触媒の温度が前記Temp2であるときの飽和吸着量(図2中のA1)から所定のマージンを差し引いた量である。本実施形態の劣化診断実行領域(図2中の斜線部)は、図2に示すように
、SCR触媒の温度がTemp1〜Temp2の範囲に属し、且つSCR触媒のNH吸着量がA2以下となる領域に定められる。
Here, FIG. 2 is a diagram showing a deterioration diagnosis execution region determined from the temperature of the SCR catalyst and the NH 3 adsorption amount (chemically adsorbed NH 3 amount) of the SCR catalyst. The solid line in FIG. 2 shows the amount of saturated adsorption when the SCR catalyst is normal. A one-dot chain line in FIG. 2 indicates a saturated adsorption amount when the SCR catalyst is deteriorated. Temp 1 in FIG. 2 is a lower limit value of the temperature at which the aqueous urea solution added from the addition valve 5 can be thermally decomposed and hydrolyzed to produce NH 3 . Temp2 in FIG. 2 is an upper limit value of the temperature at which a difference that can perform a highly accurate deterioration diagnosis between the saturated adsorption amount when the SCR catalyst is normal and the saturated adsorption amount when the SCR catalyst is deteriorated. Further, the NH 3 adsorption amount indicated by A2 in FIG. 2 is a predetermined margin from the saturated adsorption amount (A1 in FIG. 2) when the SCR catalyst is normal and the temperature of the SCR catalyst is Temp2. Is the amount after subtracting. As shown in FIG. 2, the degradation diagnosis execution region (shaded portion in FIG. 2) of the present embodiment is such that the temperature of the SCR catalyst belongs to the range of Temp1 to Temp2, and the NH 3 adsorption amount of the SCR catalyst is A2 or less. It is determined to be an area.

また、図3は、SCR触媒がNHを積層吸着可能となる領域(積層吸着発現領域)を示す図である。図3中のTemp1、Temp2、図2中のTemp1、Temp2と同一である。図3中の斜線部は、積層吸着発現領域を示す。図3に示すように、Temp1〜Temp2の温度範囲のうち、SCR触媒の温度が所定温度Temp3より高い領域では、積層吸着が発現しない。一方、SCR触媒の温度が所定温度Temp3以下となる領域では、積層吸着が発現し得る。詳細には、SCR触媒の温度が所定温度Temp3以下となる領域のうち、添加弁5から単位時間あたりに添加される尿素水溶液の量が比較的少ない領域では、積層吸着が発現しない。しかしながら、SCR触媒の温度が所定温度Temp3以下となる領域のうち、添加弁5から単位時間あたりに添加される尿素水溶液の量がある程度多くなる領域では、積層吸着が発現する。なお、前述したように診断用添加処理では、通常時より多量の尿素水溶液を添加させる必要がある一方で、診断用添加処理を速やかに終了させる必要もあるため、添加弁5から単位時間当たりに添加される尿素水溶液の量を比較的多くする必要がある。よって、診断用添加処理の実行期間において、SCR触媒の温度が所定温度Temp3以下であるときは、SCR触媒が積層吸着可能な状態にあるとみなすものとする。 FIG. 3 is a diagram showing a region (stacked adsorption developing region) where the SCR catalyst can stack and adsorb NH 3 . It is the same as Temp1 and Temp2 in FIG. 3, and Temp1 and Temp2 in FIG. A hatched portion in FIG. 3 indicates a stacked adsorption expression region. As shown in FIG. 3, in the temperature range of Temp1 to Temp2, stacked adsorption does not occur in a region where the temperature of the SCR catalyst is higher than the predetermined temperature Temp3. On the other hand, in the region where the temperature of the SCR catalyst is equal to or lower than the predetermined temperature Temp3, stacked adsorption can occur. Specifically, in the region where the temperature of the SCR catalyst is equal to or lower than the predetermined temperature Temp3, in the region where the amount of the aqueous urea solution added per unit time from the addition valve 5 is relatively small, stacked adsorption does not occur. However, in the region where the temperature of the SCR catalyst is equal to or lower than the predetermined temperature Temp3, in the region where the amount of the urea aqueous solution added per unit time from the addition valve 5 is increased to some extent, stacked adsorption occurs. In addition, as described above, in the diagnostic addition process, it is necessary to add a larger amount of urea aqueous solution than usual, but it is also necessary to quickly terminate the diagnostic addition process. It is necessary to relatively increase the amount of the aqueous urea solution added. Therefore, when the temperature of the SCR catalyst is equal to or lower than the predetermined temperature Temp3 during the execution period of the diagnostic addition process, it is assumed that the SCR catalyst is in a state where it can be stacked and adsorbed.

次に、積層吸着発現領域においてSCR触媒の雰囲気を積層吸着の起こりにくい雰囲気とする方法について述べる。SCR触媒に積層吸着したNHは、水分濃度(HO濃度)の高い雰囲気に曝されることで、SCR触媒から脱離する。よって、SCR触媒の劣化診断処理の実行期間のうち、SCR触媒の状態が積層吸着発現領域にある期間では、SCR触媒へ流入する排気の水分濃度を高めることで、SCR触媒におけるNHの積層吸着を抑制するものとする(以下、「積層吸着抑制処理」と称する)。なお、SCR触媒へ流入する排気の水分濃度を高める方法としては、EGR装置によるEGR率を大きくする方法を用いることができる。図4は、EGR率とSCR触媒へ流入する排気の水分濃度との相関を示す図である。図4に示すように、EGR率が大きくなるほど、SCR触媒へ流入する排気の水分濃度が高くなる。そこで、本実施形態では、SCR触媒におけるNHの積層吸着を抑制し得る水分濃度である目標水分濃度Ctrgを実験やシミュレーションの結果から求め、その目標水分濃度Ctrgを実現することができる目標EGR率R1も求めておくものとする。ここでいう目標水分濃度Ctrgは、SCR触媒におけるNHの積層吸着を抑制し得る最小の水分濃度に所定のマージンを加算した濃度である。 Next, a method for setting the atmosphere of the SCR catalyst to an atmosphere in which stacking adsorption hardly occurs in the stacking adsorption development region will be described. NH 3 laminated and adsorbed on the SCR catalyst is desorbed from the SCR catalyst by being exposed to an atmosphere having a high moisture concentration (H 2 O concentration). Therefore, during the period in which the deterioration diagnosis process for the SCR catalyst is performed, in the period in which the state of the SCR catalyst is in the stacked adsorption development region, the moisture concentration of the exhaust gas flowing into the SCR catalyst is increased, thereby stacking NH 3 on the SCR catalyst. (Hereinafter referred to as “lamination adsorption suppression process”). As a method for increasing the moisture concentration of the exhaust gas flowing into the SCR catalyst, a method for increasing the EGR rate by the EGR device can be used. FIG. 4 is a diagram showing a correlation between the EGR rate and the moisture concentration of the exhaust gas flowing into the SCR catalyst. As shown in FIG. 4, the greater the EGR rate, the higher the moisture concentration of the exhaust flowing into the SCR catalyst. Therefore, in the present embodiment, a target water concentration Ctrg, which is a water concentration that can suppress the stacked adsorption of NH 3 on the SCR catalyst, is obtained from the results of experiments and simulations, and the target EGR rate at which the target water concentration Ctrg can be realized. Assume that R1 is also obtained. The target water concentration Ctrg here is a concentration obtained by adding a predetermined margin to the minimum water concentration that can suppress the stacking adsorption of NH 3 in the SCR catalyst.

SCR触媒の劣化診断実行期間のうち、SCR触媒の状態が積層吸着発現領域にある期間において上記積層吸着抑制処理が実行されると、SCR触媒におけるNHの積層吸着が抑制されるため、より精度の高い劣化診断を行うことが可能となる。 When the stack adsorption suppression process is executed in the period in which the state of the SCR catalyst is in the stack adsorption development region in the deterioration diagnosis execution period of the SCR catalyst, the stack adsorption of NH 3 on the SCR catalyst is suppressed. It is possible to perform a high deterioration diagnosis.

以下、本実施例における劣化診断処理の具体的な実行手順について図5に沿って説明する。図5は、SCR触媒の劣化診断処理が行われるときに、ECU10によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、内燃機関1の運転中において、ECU10によって繰り返し実行される処理ルーチンである。なお、本実施形態では、1トリップあたりに1回の割合で劣化診断処理が実行されるものとする。   Hereinafter, a specific execution procedure of the deterioration diagnosis process in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing a processing routine executed by the ECU 10 when the deterioration diagnosis process for the SCR catalyst is performed. This processing routine is a processing routine that is repeatedly executed by the ECU 10 during operation of the internal combustion engine 1. In the present embodiment, it is assumed that the deterioration diagnosis process is executed once per trip.

図5の処理ルーチンでは、ECU10は、先ずS101の処理において、診断フラグの値が“0”であるか否かを判別する。診断フラグは、SCR触媒の劣化診断が終了したとき(例えば、後述するS111又はS112の処理が終了したとき)に“1”がセットされ、内燃機関1の運転が停止されたとき、又は内燃機関1が始動されるときに“0”にリセットされるフラグである。診断フラグの値が“1”である場合は、当該トリップにおける劣化診断処理が既に終了していることになる。そのため、S101の処理において否定
判定された場合は、ECU10は、本処理ルーチンの処理を終了する。一方、診断フラグの値が“0”である場合は、当該トリップにおける劣化診断処理が未だ終了していないことになる。そのため、S101の処理において肯定判定された場合は、ECU10は、S102の処理へ進む。
In the processing routine of FIG. 5, the ECU 10 first determines whether or not the value of the diagnostic flag is “0” in the processing of S101. The diagnosis flag is set to “1” when the deterioration diagnosis of the SCR catalyst is finished (for example, when the processing of S111 or S112 described later is finished), or when the operation of the internal combustion engine 1 is stopped, or the internal combustion engine This flag is reset to “0” when 1 is started. When the value of the diagnosis flag is “1”, the deterioration diagnosis process in the trip has already been completed. Therefore, when a negative determination is made in the process of S101, the ECU 10 ends the process of this process routine. On the other hand, when the value of the diagnosis flag is “0”, the deterioration diagnosis process in the trip has not been completed yet. Therefore, if an affirmative determination is made in the process of S101, the ECU 10 proceeds to the process of S102.

S102の処理では、ECU10は、劣化診断処理の実行条件が成立しているか否か、すなわちSCR触媒の状態が前述の図2に示した劣化診断実行領域に属しているかを判別する。その際、SCR触媒のNH吸着量は、別途の処理ルーチンで推定されるNH吸着量を用いるものとする。別途の処理ルーチンでは、単位時間あたりにSCR触媒へ供給されるNH量から、単位時間あたりにSCR触媒において消費されるNH量(NOの還元に消費されるNHの量)と単位時間あたりのNHスリップ量とを減算した値を積算することによって推定されるものとする。SCR触媒に供給されるNH量は、添加弁5から添加される尿素水溶液の量をパラメータとして演算される。SCR触媒において消費されるNH量は、NO流入量とNO浄化率とをパラメータとして演算される。ここでいうNO浄化率は、SCR触媒が正常であるという想定の下で、SCR触媒へ流入する排気の流量とSCR触媒の温度とをパラメータとして演算される。NHスリップ量は、NH吸着量の前回の推定値と、SCR触媒の温度と、単位時間あたりにSCR触媒を通過する排気の流量と、をパラメータとして演算される。一方、SCR触媒の温度は、排気温度センサ8の測定値から演算されるものとする。なお、ECU10が排気温度センサ8の測定値からSCR触媒の温度を演算することにより、本発明に係わる「取得手段」が実現される。前記S102処理において否定判定された場合は、ECU10は、本処理ルーチンを終了する。一方、前記S102の処理において肯定判定された場合は、ECU10は、S103の処理へ進む。 In the process of S102, the ECU 10 determines whether or not an execution condition for the deterioration diagnosis process is satisfied, that is, whether or not the state of the SCR catalyst belongs to the deterioration diagnosis execution region shown in FIG. At this time, NH 3 adsorption amount of the SCR catalyst, and those using NH 3 adsorption amount estimated in separate processing routine. In a separate processing routine, the NH 3 amount supplied to the SCR catalyst per unit time, the amount of NH 3 is consumed in the SCR catalyst per unit time (the amount of NH 3 to be consumed in the reduction of NO X) units It shall be estimated by integrating the subtracted value and the NH 3 slip amount per time. The amount of NH 3 supplied to the SCR catalyst is calculated using the amount of urea aqueous solution added from the addition valve 5 as a parameter. The amount of NH 3 consumed in the SCR catalyst is calculated using the NO X inflow amount and the NO X purification rate as parameters. The NO X purification rate here is calculated using the flow rate of the exhaust gas flowing into the SCR catalyst and the temperature of the SCR catalyst as parameters under the assumption that the SCR catalyst is normal. The NH 3 slip amount is calculated using the previous estimated value of the NH 3 adsorption amount, the temperature of the SCR catalyst, and the flow rate of exhaust gas passing through the SCR catalyst per unit time as parameters. On the other hand, the temperature of the SCR catalyst is calculated from the measured value of the exhaust temperature sensor 8. The ECU 10 calculates the temperature of the SCR catalyst from the measured value of the exhaust gas temperature sensor 8, thereby realizing “acquiring means” according to the present invention. If a negative determination is made in step S102, the ECU 10 ends the processing routine. On the other hand, if an affirmative determination is made in the process of S102, the ECU 10 proceeds to the process of S103.

S103の処理では、ECU10は、診断用添加処理を開始する。すなわち、ECU10は、所定量の尿素水溶液を添加させるべく、添加弁5を制御する。ここでいう所定量は、前述したように、SCR触媒が劣化していない正常な状態であれば該SCR触媒のNH吸着能が飽和せず、且つSCR触媒が劣化した状態であれば該SCR触媒のNH吸着能が飽和する量のNHがSCR触媒へ供給されるように定められた尿素水溶液の量であって、通常時より多い量である。なお、ECU10がS103の処理を実行することにより、本発明に係わる「制御手段」が実現される。続いて、ECU10は、S104の処理へ進み、タイマtの値を所定時間Δtだけインクリメントする。詳細には、ECU10は、前回値told(初期値は零)に所定時間Δtを加算することで、タイマtの値を更新する。このタイマtは、診断用添加処理の実行時間を計測するものである。所定時間Δtは、該S104の前回の実行時からの経過時間に相当する。 In the process of S103, the ECU 10 starts a diagnostic addition process. That is, the ECU 10 controls the addition valve 5 so as to add a predetermined amount of urea aqueous solution. As described above, the predetermined amount here is that the NH 3 adsorption capacity of the SCR catalyst is not saturated if the SCR catalyst is in a normal state where the SCR catalyst is not deteriorated, and the SCR catalyst is deteriorated if the SCR catalyst is in a deteriorated state. The amount of the urea aqueous solution is determined so that NH 3 in an amount that saturates the NH 3 adsorption capacity of the catalyst is supplied to the SCR catalyst, and is larger than usual. It should be noted that the “control means” according to the present invention is realized when the ECU 10 executes the process of S103. Subsequently, the ECU 10 proceeds to the process of S104 and increments the value of the timer t by a predetermined time Δt. Specifically, the ECU 10 updates the value of the timer t by adding a predetermined time Δt to the previous value told (initial value is zero). This timer t measures the execution time of the diagnostic addition process. The predetermined time Δt corresponds to the elapsed time from the previous execution of S104.

S105の処理では、ECU10は、SCR触媒がNHを積層吸着可能な状態にあるか否か、すなわち、SCR触媒の状態が前述の図3に示した積層吸着発現領域に属しているか否かを判別する。詳細には、SCR触媒の温度が所定温度Temp3以下であるか否かを判別する。その際、SCR触媒の温度は、前記S102の処理と同様の方法により取得される。S105の処理において肯定判定された場合は、SCR触媒がNHを積層吸着する可能性があるため、ECU10は、S106の処理において積層吸着抑制処理を実行する。具体的には、EGR率が前述の目標EGR率R1となるように、EGR弁16を制御する。このようにECU10がS106の処理を実行することにより、本発明に係わる「処理手段」が実現される。また、S105の処理において否定判定された場合は、SCR触媒がNHを積層吸着する可能性がないため、ECU10は、S107の処理へむ。S107の処理が実行される時点において、積層吸着抑制処理が既に実行されていれば、ECU10は、EGR弁16の開度を通常の開度に復帰させることで、積層吸着抑制処理を停止する。また、S107の処理が実行される時点において、積層吸着抑制処理が実行されていなければ、ECU10は、EGR弁16の開度を通常の開度に維持することで
、積層吸着抑制処理の停止状態を維持する。
In the process of S105, the ECU 10 determines whether or not the SCR catalyst is in a state capable of stacking and adsorbing NH 3 , that is, whether or not the state of the SCR catalyst belongs to the above-described stacked adsorption expression region shown in FIG. Determine. Specifically, it is determined whether or not the temperature of the SCR catalyst is equal to or lower than a predetermined temperature Temp3. At that time, the temperature of the SCR catalyst is acquired by the same method as the process of S102. If an affirmative determination is made in the process of S105, the ECU 10 executes the stacked adsorption suppression process in the process of S106 because the SCR catalyst may stack and adsorb NH 3 . Specifically, the EGR valve 16 is controlled so that the EGR rate becomes the aforementioned target EGR rate R1. Thus, the “processing means” according to the present invention is realized by the ECU 10 executing the processing of S106. If a negative determination is made in the process of S105, the ECU 10 proceeds to the process of S107 because there is no possibility that the SCR catalyst stacks and adsorbs NH 3 . If the stacked adsorption suppression process has already been performed at the time when the process of S107 is executed, the ECU 10 stops the stacked adsorption suppression process by returning the opening of the EGR valve 16 to the normal opening. Further, if the stacked adsorption suppression process is not performed at the time when the process of S107 is performed, the ECU 10 maintains the opening degree of the EGR valve 16 at the normal opening degree, thereby stopping the stacked adsorption suppression process. To maintain.

ECU10は、S106又はS107の処理を実行し終えると、S108の処理へ進む。S108の処理では、ECU10は、SCR触媒の状態が劣化診断実行領域に属しているか否かを再度判別する。これは、積層吸着抑制処理が実行されることによって、SCR触媒の温度等が変化する可能性があるためである。S108の処理において否定判定された場合は、ECU10は、後述するS114及びS115の処理を順次実行する。一方、S108の処理において肯定判定された場合は、ECU10は、S109の処理へ進む。   When the ECU 10 finishes executing the process of S106 or S107, the ECU 10 proceeds to the process of S108. In the process of S108, the ECU 10 determines again whether or not the state of the SCR catalyst belongs to the deterioration diagnosis execution region. This is because the temperature of the SCR catalyst or the like may change due to the execution of the stacked adsorption suppression process. If a negative determination is made in step S108, the ECU 10 sequentially executes steps S114 and S115 described later. On the other hand, when an affirmative determination is made in the process of S108, the ECU 10 proceeds to the process of S109.

S109の処理では、ECU10は、NHセンサ9の測定値(NH濃度)CNHを読み込んで、該NH濃度CNHが閾濃度Cthre以下であるか否かを判別する。ここでいう閾濃度Cthreは、前述したように、SCR触媒が劣化していれば、診断用添加処理の実行期間中にNHセンサ9の測定値が該閾濃度Cthreを超えると想定される値である。 In the process of S109, the ECU 10 reads the measured value (NH 3 concentration) CNH 3 of the NH 3 sensor 9, and determines whether or not the NH 3 concentration CNH 3 is less than or equal to the threshold concentration Cthre. As described above, the threshold concentration Cthre here is a value that is assumed that the measured value of the NH 3 sensor 9 exceeds the threshold concentration Cthre during the execution of the diagnostic addition process if the SCR catalyst is deteriorated. It is.

前記S109の処理において肯定判定された場合は、ECU10は、S110の処理へ進み、タイマtの値が所定値t0以上であるか否かを判別する。所定値t0は、SCR触媒が正常であれば該SCR触媒のNH吸着能が飽和せず、且つSCR触媒が劣化していれば該SCR触媒のNH吸着能が飽和すると想定される量の尿素水溶液を、添加弁5から添加させるのに要する時間である。S110の処理において否定判定された場合は、ECU10は、S104の処理へ戻る。一方、S110の処理において肯定判定された場合は、ECU10は、S111の処理へ進み、SCR触媒が正常であると診断する。また、前記S109の処理において否定判定された場合は、ECU10は、S112の処理へ進み、SCR触媒が劣化していると診断する。なお、ECU10がS109、S111、及びS112の処理を実行することにより、本発明に係わる「診断手段」が実現される。 If an affirmative determination is made in the process of S109, the ECU 10 proceeds to the process of S110, and determines whether or not the value of the timer t is equal to or greater than a predetermined value t0. The predetermined value t0 is an amount that is assumed that the NH 3 adsorption capacity of the SCR catalyst is not saturated if the SCR catalyst is normal, and that the NH 3 adsorption capacity of the SCR catalyst is saturated if the SCR catalyst is deteriorated. This is the time required for the urea aqueous solution to be added from the addition valve 5. If a negative determination is made in the process of S110, the ECU 10 returns to the process of S104. On the other hand, when an affirmative determination is made in the process of S110, the ECU 10 proceeds to the process of S111 and diagnoses that the SCR catalyst is normal. When a negative determination is made in the process of S109, the ECU 10 proceeds to the process of S112 and diagnoses that the SCR catalyst has deteriorated. The ECU 10 executes the processes of S109, S111, and S112, thereby realizing the “diagnostic unit” according to the present invention.

ECU10は、前記S111又は前記S112の処理を実行し終えると、S113の処理へ進み、診断フラグの値を“0”から“1”に変更する。次いで、ECU10は、S114の処理へ進み、診断用添加処理を停止する。その際、積層吸着抑制処理が実行されていれば、該積層吸着抑制処理も停止させる。そして、ECU10は、S115の処理においてタイマtの値を零にリセットして、本処理ルーチンの実行を終了する。   When the ECU 10 finishes executing the process of S111 or S112, the ECU 10 proceeds to the process of S113, and changes the value of the diagnostic flag from “0” to “1”. Next, the ECU 10 proceeds to the process of S114 and stops the diagnostic addition process. At that time, if the stacked adsorption suppression process is being executed, the stacked adsorption suppression process is also stopped. Then, the ECU 10 resets the value of the timer t to zero in the process of S115, and ends the execution of this process routine.

以上述べた手順によりSCR触媒の劣化診断処理が実行されると、劣化診断処理の実行期間中にSCR触媒の状態が積層吸着発現領域に入っても、SCR触媒におけるNHの積層吸着を抑制することができる。そのため、劣化診断処理の実行期間中にSCR触媒をすり抜けるNHの量が、SCR触媒の劣化状態に見合った量になる。その結果、SCR触媒の劣化を精度良く診断することが可能となる。 When the deterioration diagnosis process of the SCR catalyst is executed according to the procedure described above, even if the state of the SCR catalyst enters the stacked adsorption expression region during the execution period of the deterioration diagnosis process, the NH 3 stack adsorption on the SCR catalyst is suppressed. be able to. Therefore, the amount of NH 3 that passes through the SCR catalyst during the execution period of the deterioration diagnosis process is an amount that matches the deterioration state of the SCR catalyst. As a result, it is possible to accurately diagnose the deterioration of the SCR catalyst.

<他の実施形態>
前述の実施形態では、積層吸着抑制処理の実行方法として、EGR率を高める方法を例示したが、気筒内、又は第一触媒ケーシング3より上流の排気通路2へ水を噴射するための水噴射弁が内燃機関1に併設されている場合は、SCR触媒の状態が積層吸着発現領域に属しているときに、水噴射弁から水を噴射させ、又は水噴射弁からの水噴射量を増加させる方法により、積層吸着抑制処理を実行してもよい。その場合、単位時間あたりの水噴射量は、SCR触媒の温度が高くなるほど多くし、且つ添加弁5から単位時間あたりに添加される尿素水溶液の量が多くなるほど多くすればよい。
<Other embodiments>
In the above-described embodiment, the method of increasing the EGR rate is exemplified as the execution method of the stacked adsorption suppression process. However, the water injection valve for injecting water into the exhaust passage 2 in the cylinder or upstream from the first catalyst casing 3 is exemplified. Is attached to the internal combustion engine 1, a method of injecting water from the water injection valve or increasing the amount of water injection from the water injection valve when the state of the SCR catalyst belongs to the stacked adsorption expression region Thus, the stacked adsorption suppression process may be executed. In this case, the amount of water injection per unit time may be increased as the temperature of the SCR catalyst is increased and the amount of urea aqueous solution added per unit time from the addition valve 5 is increased.

1 内燃機関
2 排気通路
3 第一触媒ケーシング
4 第二触媒ケーシング
5 添加弁
6 第一NOセンサ
7 第二NOセンサ
8 排気温度センサ
9 NHセンサ
10 ECU
14 吸気通路
15 EGR通路
16 EGR弁
1 Internal combustion engine 2 Exhaust passage 3 First catalyst casing 4 Second catalyst casing 5 Addition valve 6 First NO X sensor 7 Second NO X sensor 8 Exhaust temperature sensor 9 NH 3 sensor 10 ECU
14 Intake passage 15 EGR passage 16 EGR valve

Claims (1)

内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒より上流の排気中にNH又はNHの前駆体である添加剤を添加する添加装置と、
前記選択還元型触媒から流出する排気のNH濃度を検出する検出手段と、
前記選択還元型触媒によるNO浄化を目的として前記添加装置から添加される添加剤より多量の添加剤を前記添加装置から添加させる処理である診断用添加処理を実行する制御手段と、
前記診断用添加処理の実行時に前記検出手段が検出するNH濃度に基づいて、前記選択還元型触媒の劣化診断を行う診断手段と、
を備える、選択還元型触媒の劣化診断装置であって、
前記選択還元型触媒の温度を取得する取得手段と、
前記診断用添加処理の実行期間のうち、前記取得手段により取得される温度が所定温度以下となる期間では、前記取得手段により取得される温度が前記所定温度より高くなる期間に比べ、前記選択還元型触媒へ流入する排気の水分濃度を高くする処理を行う処理手段と、
を更に備えることを特徴とする、選択還元型触媒の劣化診断装置。
A selective reduction catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine;
An addition device for adding an additive which is NH 3 or a precursor of NH 3 into the exhaust gas upstream of the selective catalytic reduction catalyst;
Detecting means for detecting the NH 3 concentration in the exhaust gas flowing out from the selective catalytic reduction catalyst;
And control means for performing the selective reduction catalyst by NO X purifying the added amounts of additive than additive to be added from the device is a process of adding from the addition device diagnostic addition processing purposes,
Diagnostic means for diagnosing deterioration of the selective catalytic reduction catalyst based on the NH 3 concentration detected by the detection means when the diagnostic addition process is performed;
A degradation diagnosis apparatus for a selective catalytic reduction catalyst, comprising:
Obtaining means for obtaining the temperature of the selective catalytic reduction catalyst;
Of the execution period of the diagnostic addition process, the selective reduction is performed in a period in which the temperature acquired by the acquisition unit is equal to or lower than a predetermined temperature compared to a period in which the temperature acquired by the acquisition unit is higher than the predetermined temperature. Processing means for performing processing for increasing the moisture concentration of the exhaust gas flowing into the catalyst,
A deterioration reduction apparatus for a selective catalytic reduction catalyst, further comprising:
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