JP2018105146A - Deterioration diagnostic device for exhaust emission control device - Google Patents

Deterioration diagnostic device for exhaust emission control device Download PDF

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Takahito Ikedo
隆人 池戸
直樹 馬場
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直樹 馬場
松栄 上田
Matsue Ueda
松栄 上田
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Toru Kidokoro
徹 木所
靖志 岩崎
Yasushi Iwasaki
靖志 岩崎
晃司 萩原
Koji Hagiwara
晃司 萩原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a deterioration diagnostic device for an exhaust emission control device that is used for diagnosing deterioration of the exhaust emission control device having an NOx occlusion reduction type catalyst and a selective reduction type catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, is configured to enable a diagnosis to be made by using only one NOx sensor and can diagnose deterioration of each catalyst without depending on NHadsorption amount of the selective reduction type catalyst.SOLUTION: A deterioration diagnostic device 10 for an exhaust emission control device 24 includes: air-fuel ratio control means 12 for controlling an air-fuel ratio of exhaust gas flowing into an NOx occlusion reduction type catalyst 26; an NOx sensor 14 for detecting an NOx concentration of exhaust gas downstream of a selective reduction type catalyst 28; and a diagnosis section 16 for diagnosing deterioration of each catalyst. The diagnosis section 16 diagnoses deterioration of each catalyst on the basis of a first signal output by the NOx sensor 14 when the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled to a rich condition and a second signal output by the NOx sensor 14 when the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled to a lean condition.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置の劣化を診断する劣化診断装置に関する。   The present invention relates to a deterioration diagnosis device that diagnoses deterioration of an exhaust purification device provided in an exhaust passage of an internal combustion engine.

エンジンなどの内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物(NO)を浄化する技術として、内燃機関の排気通路に設けられたNOx吸蔵還元型触媒(NSR触媒)と、NSR触媒より下流側の排気通路に設けられた選択還元型触媒(SCR触媒)とを備える排気浄化装置が提案されている。例えば、特許文献1には、ディーゼルエンジンまたは希薄燃焼ガソリンエンジンの排気流の排出処理システムであって、NSR触媒または希薄NOxトラップ触媒(LNT触媒)によるアンモニア生成成分と、該NSR、LNT触媒の下流に配置されたSCR触媒であってCHA結晶構造を有する分子篩を含むSCR触媒と、を備える排出処理システムが開示されている。 As a technique for purifying nitrogen oxide (NO x ) contained in exhaust gas from an internal combustion engine such as an engine, a NOx occlusion reduction type catalyst (NSR catalyst) provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, and exhaust gas downstream from the NSR catalyst An exhaust emission control device including a selective reduction catalyst (SCR catalyst) provided in a passage has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses an exhaust gas exhaust treatment system for a diesel engine or a lean combustion gasoline engine, an ammonia generating component by an NSR catalyst or a lean NOx trap catalyst (LNT catalyst), and downstream of the NSR and LNT catalyst. And an SCR catalyst that includes a molecular sieve having a CHA crystal structure.

NSR触媒およびSCR触媒はいずれも、排気中の硫黄の被毒や排気の高熱等によって劣化する場合がある。内燃機関の排気通路に設けられたNSR触媒の劣化を診断する劣化診断装置、或いは、内燃機関の排気通路に設けられたSCR触媒の劣化を診断する劣化診断装置が提案されている。   Both the NSR catalyst and the SCR catalyst may deteriorate due to sulfur poisoning in the exhaust, high heat of the exhaust, or the like. A deterioration diagnosis device that diagnoses the deterioration of the NSR catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine or a deterioration diagnosis device that diagnoses the deterioration of the SCR catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine has been proposed.

特許文献2には、内燃機関の排気中の酸化剤と還元剤の割合を変化させる排気雰囲気可変手段と、内燃機関の排気通路に配置された排気後処理装置と、排気後処理装置の上流および下流に設けられる排気雰囲気検知手段と、第1および第2の劣化診断手段とを備える排気後処理装置の診断装置が開示されている。特許文献2に開示された診断装置では、第1の劣化診断手段は、排気雰囲気がリッチ側またはリーン側に切換えられる運転条件において排気後処理装置の劣化を診断し、第2の劣化診断手段は、第1の劣化診断手段により排気後処理装置が劣化していると判断された場合に、診断用の運転モードに移行して排気後処理装置の劣化を診断する。また、特許文献2には、排気後処理装置として、NOxトラップ触媒、それとディーゼルパティキュレートトラップ(DPF)との組合せ、当該組合せの上流に酸化触媒を配置した構成が開示されている。   Patent Document 2 discloses an exhaust atmosphere changing means for changing the ratio of an oxidizing agent and a reducing agent in the exhaust gas of an internal combustion engine, an exhaust aftertreatment device disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine, an upstream of the exhaust aftertreatment device, and A diagnostic apparatus for an exhaust aftertreatment device is disclosed that includes an exhaust atmosphere detection means provided downstream and first and second deterioration diagnosis means. In the diagnostic device disclosed in Patent Document 2, the first deterioration diagnosis means diagnoses deterioration of the exhaust aftertreatment device under operating conditions in which the exhaust atmosphere is switched to the rich side or lean side, and the second deterioration diagnosis means When it is determined by the first deterioration diagnosis means that the exhaust aftertreatment device has deteriorated, the operation shifts to a diagnostic operation mode to diagnose the deterioration of the exhaust aftertreatment device. Patent Document 2 discloses a configuration in which an NOx trap catalyst, a combination thereof with a diesel particulate trap (DPF), and an oxidation catalyst are disposed upstream of the combination as an exhaust aftertreatment device.

特許文献3には、内燃機関の排気通路に備えられた選択還元触媒と、選択還元触媒よりも上流側で排気通路内に還元剤を噴射する還元剤供給装置と、を備えた排気浄化装置における選択還元触媒の劣化状態を診断するための選択還元触媒の劣化診断装置であって、選択還元触媒よりも上流側/下流側のNO量をそれぞれ求める上流側/下流側NO量検出手段と、選択還元触媒の劣化状態を判定する判定手段とを備える劣化診断装置が開示されている。特許文献3に開示された劣化診断装置では、還元剤の噴射を停止してから上流側のNO量と下流側のNO量とが等しくなるまでの還元剤の消費量に基づいて、判定手段が選択還元触媒の劣化状態を判定する。 Patent Document 3 discloses an exhaust gas purification apparatus that includes a selective reduction catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and a reducing agent supply device that injects a reducing agent into the exhaust passage upstream of the selective reduction catalyst. a deterioration diagnosis device of the selective reduction catalyst for diagnosing a deterioration state of the selective reduction catalyst, an upstream / downstream amount of NO X detection means for obtaining respective amount of NO X at the upstream side / downstream side of the selective reduction catalyst In addition, a deterioration diagnosis apparatus including a determination unit that determines a deterioration state of the selective reduction catalyst is disclosed. The deterioration diagnosis device disclosed in Patent Document 3, based on the consumption of the reducing agent from the stop injection of the reducing agent until the amount of NO X at the upstream side and the downstream side of the NO X amount becomes equal, determination A means determines the deterioration state of the selective reduction catalyst.

特開2012−522636号公報JP 2012-522636 A 特開2004−308455号公報JP 2004-308455 A 特開2012−255397号公報JP 2012-255397 A

内燃機関の排気通路に設けられた、NSR触媒とSCR触媒とを備える排気浄化装置において、NSR触媒及びSCR触媒のそれぞれの劣化を診断する装置を設けることが考えられる。しかしながら、特許文献2に開示されたNSR触媒の診断装置、及び、特許文献3に開示されたSCR触媒の劣化診断装置の両者を設けるには、排気通路において、NSR触媒の上流側、NSR触媒とSCR触媒との間、SCR触媒の下流側の少なくとも3箇所にNOxセンサを設けなければならない。   In an exhaust emission control device provided with an NSR catalyst and an SCR catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, it is conceivable to provide a device for diagnosing the deterioration of each of the NSR catalyst and the SCR catalyst. However, in order to provide both the NSR catalyst diagnosis device disclosed in Patent Document 2 and the SCR catalyst deterioration diagnosis device disclosed in Patent Document 3, the upstream side of the NSR catalyst, Between the SCR catalyst, NOx sensors must be provided at least at three locations downstream of the SCR catalyst.

また、SCR触媒のNOx浄化率はSCR触媒のNH吸着量によって変動するため、NSR触媒及びSCR触媒を備える排気浄化装置において各触媒の劣化診断を正確に実施するために、SCR触媒のNH吸着量の算定等を行うことが考えられる。しかしながら、NOxセンサは排気中のNHとNOxとを区別できないため、NSR触媒とSCR触媒との間に設けたNOxセンサではSCR触媒に流入するNH濃度が正確に測定できず、SCR触媒のNH吸着量を推定することが困難である。そのために特許文献3では、SCR触媒の上流側からの還元剤の噴射を停止してNHの吸着量をゼロにした際に、SCR触媒の劣化診断を実施しているが、還元剤の噴射の停止により排気エミッションが悪化してしまうと考えられる。 Further, since the NOx purification rate of the SCR catalyst varies depending on the amount of NH 3 adsorbed by the SCR catalyst, the NH 3 of the SCR catalyst is used in order to accurately diagnose the deterioration of each catalyst in the exhaust gas purification apparatus including the NSR catalyst and the SCR catalyst. It is conceivable to calculate the amount of adsorption. However, since the NOx sensor cannot distinguish between NH 3 and NOx in the exhaust gas, the NOx sensor provided between the NSR catalyst and the SCR catalyst cannot accurately measure the NH 3 concentration flowing into the SCR catalyst. It is difficult to estimate the NH 3 adsorption amount. Therefore, in Patent Document 3, when the injection of the reducing agent from the upstream side of the SCR catalyst is stopped and the adsorption amount of NH 3 is made zero, the deterioration diagnosis of the SCR catalyst is performed. It is considered that exhaust emission deteriorates due to the stoppage of the engine.

本発明の目的は、内燃機関の排気通路に設けられた、NOx吸蔵還元型触媒と、NOx吸蔵還元型触媒より下流側にある選択還元型触媒とを備える排気浄化装置の劣化を診断する劣化診断装置であって、劣化診断に使用するNOxセンサが1つのみである構成とすることができ、且つ、選択還元型触媒のNH吸着量に依存することなく、NOx吸蔵還元型触媒及び選択還元型触媒の劣化を診断できる排気浄化装置の劣化診断装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a deterioration diagnosis for diagnosing deterioration of an exhaust gas purification device provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and comprising a NOx storage reduction catalyst and a selective reduction catalyst downstream of the NOx storage reduction catalyst. The apparatus can be configured so that only one NOx sensor is used for deterioration diagnosis, and the NOx occlusion reduction type catalyst and the selective reduction are not dependent on the NH 3 adsorption amount of the selective reduction type catalyst. It is an object of the present invention to provide a deterioration diagnosis device for an exhaust gas purification device that can diagnose deterioration of a type catalyst.

本発明に係る排気浄化装置の劣化診断装置は、内燃機関の排気通路に設けられた、NOx吸蔵還元型触媒と、前記NOx吸蔵還元型触媒よりも下流側にある選択還元型触媒とを備える排気浄化装置の劣化を診断する劣化診断装置であって、前記NOx吸蔵還元型触媒に流入する排気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、前記選択還元型触媒の下流の排気のNOx濃度を検知して、検知したNOx濃度に応じた信号を出力するNOxセンサと、前記NOx吸蔵還元型触媒及び前記選択還元型触媒の劣化を診断する診断部とを備え、前記診断部は、前記空燃比制御手段により前記空燃比がリッチ条件に制御されたときに前記NOxセンサが出力する第1信号と、前記空燃比制御手段により前記空燃比がリーン条件に制御されたときに前記NOxセンサが出力する第2信号とに基づいて、前記NOx吸蔵還元型触媒及び前記選択還元型触媒の劣化を診断する。   An exhaust gas purification apparatus deterioration diagnosis apparatus according to the present invention includes an exhaust gas provided with an NOx storage reduction catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and a selective reduction catalyst located downstream of the NOx storage reduction catalyst. A deterioration diagnosis device for diagnosing deterioration of a purification device, wherein air-fuel ratio control means for controlling an air-fuel ratio of exhaust flowing into the NOx storage reduction catalyst, and detecting NOx concentration in exhaust downstream of the selective reduction catalyst A NOx sensor that outputs a signal corresponding to the detected NOx concentration, and a diagnosis unit that diagnoses deterioration of the NOx storage reduction catalyst and the selective reduction catalyst, the diagnosis unit comprising the air-fuel ratio control A first signal output from the NOx sensor when the air-fuel ratio is controlled to a rich condition by the means, and the NOx when the air-fuel ratio is controlled to a lean condition by the air-fuel ratio control means. Capacitors is based on the second signal output to diagnose the deterioration of the NOx storage reduction catalyst and the selective reduction catalyst.

好適な態様では、前記診断部は、前記空燃比制御手段により前記空燃比がリッチ条件に制御されたときに前記第1信号を積算して第1積算値を算出し、前記空燃比制御手段により前記空燃比がリーン条件に制御されたときに前記第2信号を積算して第2積算値を算出し、前記第1積算値が予め定められた第1閾値を超え、且つ、前記第2積算値が予め定められた第2閾値を超えた場合に、前記選択還元型触媒が劣化していると診断し、前記第1積算値が前記第1閾値を超えず、且つ、前記第2積算値が前記第2閾値を超えた場合に、前記NOx吸蔵還元型触媒が劣化していると診断する。   In a preferred aspect, the diagnostic unit integrates the first signal to calculate a first integrated value when the air-fuel ratio is controlled to a rich condition by the air-fuel ratio control means, and the air-fuel ratio control means When the air-fuel ratio is controlled to a lean condition, the second signal is integrated to calculate a second integrated value, the first integrated value exceeds a predetermined first threshold, and the second integrated value is calculated. When the value exceeds a predetermined second threshold, it is diagnosed that the selective catalytic reduction catalyst has deteriorated, the first integrated value does not exceed the first threshold, and the second integrated value If the NO exceeds the second threshold value, the NOx storage reduction catalyst is diagnosed as being deteriorated.

他の好適な態様では、前記第1信号を積算する期間が、前記空燃比制御手段による前記空燃比をリッチ条件にする制御の開始から当該制御の終了まで又は当該制御の終了後所定時間が経過するまでの期間である。   In another preferred aspect, the period during which the first signal is accumulated is from the start of the control for setting the air-fuel ratio to the rich condition by the air-fuel ratio control means until the end of the control or a predetermined time after the end of the control. This is the period until

他の好適な態様では、前記内燃機関と前記NOx吸蔵還元型触媒との間の排気通路における排気中のNOx濃度を取得するNOx濃度取得手段を更に備える。   In another preferred aspect, the apparatus further comprises NOx concentration acquisition means for acquiring the NOx concentration in the exhaust in the exhaust passage between the internal combustion engine and the NOx storage reduction catalyst.

他の好適な態様では、前記NOx吸蔵還元型触媒と前記選択還元型触媒との間の排気通路における排気中のNOx濃度を取得するNOx濃度取得手段を更に備える。   In another preferred aspect, the apparatus further includes NOx concentration acquisition means for acquiring the NOx concentration in the exhaust in the exhaust passage between the NOx storage reduction catalyst and the selective reduction catalyst.

他の好適な態様では、前記NOxセンサが前記排気のNOx濃度を検知する間、前記NOx吸蔵還元型触媒及び前記選択還元型触媒の触媒床温度をそれぞれ上昇させる第1加熱手段及び第2加熱手段を更に備える。   In another preferred aspect, the first heating means and the second heating means increase the catalyst bed temperatures of the NOx storage reduction catalyst and the selective reduction catalyst while the NOx sensor detects the NOx concentration of the exhaust gas, respectively. Is further provided.

本発明によれば、選択還元型触媒の下流側の排気のNOx濃度を検知するNOxセンサからの出力信号のみに基づいてNOx吸蔵還元型触媒及び選択還元型触媒のそれぞれの劣化診断が可能となるため、排気浄化装置の劣化診断装置において、劣化診断に使用するNOxセンサが1つのみである構成とすることができ、且つ、選択還元型触媒のNH吸着量に依存することなく当該劣化診断が可能となる。さらに、各触媒の劣化診断を行うために、診断用運転モードの実施、或いは、排気性状に影響を与えうる各種装置の停止もしくは動作変更等を実施する必要が無いため、排気浄化装置の劣化診断に伴う燃費や排出ガス等への影響を抑制できる。 According to the present invention, it is possible to diagnose deterioration of each of the NOx occlusion reduction type catalyst and the selective reduction type catalyst based only on the output signal from the NOx sensor that detects the NOx concentration in the exhaust downstream of the selective reduction type catalyst. Therefore, the deterioration diagnosis device for the exhaust gas purification device can be configured such that only one NOx sensor is used for the deterioration diagnosis, and the deterioration diagnosis does not depend on the NH 3 adsorption amount of the selective catalytic reduction catalyst. Is possible. Furthermore, in order to diagnose the deterioration of each catalyst, it is not necessary to carry out a diagnostic operation mode or to stop or change the operation of various devices that may affect the exhaust properties. The impact on fuel consumption and exhaust gas can be suppressed.

本実施形態に係る劣化診断装置の一例を示す構成概略図である。It is a composition schematic diagram showing an example of a degradation diagnostic device concerning this embodiment. 本実施形態に係る劣化診断装置の他の例を示す構成概略図である。It is a structure schematic which shows the other example of the deterioration diagnostic apparatus which concerns on this embodiment. 図1に示す劣化診断装置による劣化診断結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the degradation diagnosis result by the degradation diagnostic apparatus shown in FIG. 本実施形態に係る劣化診断装置による劣化診断における、NOxセンサの出力信号を示すグラフである。It is a graph which shows the output signal of a NOx sensor in the deterioration diagnosis by the deterioration diagnosis apparatus concerning this embodiment. 図1に示す劣化診断装置による劣化診断結果の他の例を示すグラフである。It is a graph which shows the other example of the degradation diagnosis result by the degradation diagnostic apparatus shown in FIG. 図2に示す劣化診断装置による劣化診断結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the degradation diagnosis result by the degradation diagnostic apparatus shown in FIG. 本実施形態に係る劣化診断装置の他の例を示す構成概略図である。It is a structure schematic which shows the other example of the deterioration diagnostic apparatus which concerns on this embodiment. 図1に示す劣化診断装置による劣化診断結果の他の例を示すグラフである。It is a graph which shows the other example of the degradation diagnosis result by the degradation diagnostic apparatus shown in FIG. 本実施形態に係る劣化診断装置による劣化診断の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the deterioration diagnosis by the deterioration diagnosis apparatus which concerns on this embodiment.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below.

図1は、本実施形態に係る排気浄化装置24の劣化診断装置10の一例を示す構成概略図である。内燃機関20に接続された排気通路22には排気浄化装置24が設けられている。排気浄化装置24は、排気通路22の上流側から順に設けられたNOx吸蔵還元型触媒(NSR触媒26)と選択還元型触媒(SCR触媒28)とを備える。本実施形態に係る劣化診断装置10は、NOxセンサ14と空燃比制御手段12と診断部16とを備え、診断部16はNSR触媒26及びSCR触媒28の劣化を診断する。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of the deterioration diagnosis device 10 of the exhaust purification device 24 according to the present embodiment. An exhaust purification device 24 is provided in the exhaust passage 22 connected to the internal combustion engine 20. The exhaust purification device 24 includes a NOx occlusion reduction type catalyst (NSR catalyst 26) and a selective reduction type catalyst (SCR catalyst 28) provided in order from the upstream side of the exhaust passage 22. The deterioration diagnosis apparatus 10 according to the present embodiment includes a NOx sensor 14, an air-fuel ratio control means 12, and a diagnosis unit 16. The diagnosis unit 16 diagnoses the deterioration of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28.

内燃機関20は、シリンダ内部で燃料及び空気の混合気を燃焼させ、ピストンを往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関20は、車両用多気筒エンジンであり、ディーゼルエンジンなどの圧縮着火機関であってもよいし、ガソリンエンジンなどの火花点火機関であってもよい。   The internal combustion engine 20 generates power by burning a mixture of fuel and air inside the cylinder and reciprocating the piston. The internal combustion engine 20 is a vehicular multi-cylinder engine, and may be a compression ignition engine such as a diesel engine or a spark ignition engine such as a gasoline engine.

理論空燃比より高い空燃比での希薄燃焼(リーンバーン)を行うディーゼルエンジン及び希薄燃焼ガソリンエンジンは、理論空燃比と同程度のストイキ燃焼ガソリンエンジンと比較して、燃費を低減でき、気相炭化水素(HC)及び一酸化炭素(CO)の排出を低減できる。その一方、ディーゼルエンジン及び希薄燃焼ガソリンエンジンからは、比較的多量の窒素酸化物(NOx)が排出される。NOxには、例えばNO(一酸化窒素)、NO(二酸化窒素)、NO(亜鉛化窒素)などが含まれる。 Diesel engines and lean-burn gasoline engines that perform lean burn at a higher air-fuel ratio than the stoichiometric air-fuel ratio can reduce fuel consumption and gas-phase carbonization compared to stoichiometric gasoline engines that have the same stoichiometric air-fuel ratio. Emission of hydrogen (HC) and carbon monoxide (CO) can be reduced. On the other hand, relatively large amounts of nitrogen oxides (NOx) are emitted from diesel engines and lean burn gasoline engines. NOx includes, for example, NO (nitrogen monoxide), NO 2 (nitrogen dioxide), N 2 O (zincated nitrogen), and the like.

NSR触媒26は、内燃機関20の排気に含まれるNOxの浄化に使用される触媒であり、例えば、アルミナ(Al)等の酸化物からなる基材の表面に、触媒成分としての白金のような貴金属と、NOx吸蔵成分とが担持されて構成されている。NOx吸蔵成分は、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素等から選択される元素を含有する化合物である。 The NSR catalyst 26 is a catalyst used for purifying NOx contained in the exhaust gas of the internal combustion engine 20. For example, platinum as a catalyst component is formed on the surface of a base material made of oxide such as alumina (Al 2 O 3 ). Such a noble metal and a NOx occlusion component are supported. The NOx storage component is, for example, a compound containing an element selected from alkali metals, alkaline earth metals, rare earth elements, and the like.

NSR触媒26は、流入する排気の空燃比によってNOxを吸蔵または放出するNOx吸放出作用を有する。NSR触媒26に流入する排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン雰囲気では、NSR触媒26は排気中のNOxを硝酸塩の形で吸蔵する。他方、NSR触媒26に流入する排気の空燃比が理論空燃比と同じか理論空燃比より低いリッチ雰囲気では、NSR触媒26の吸蔵NOxは排気に含まれる還元成分(HC、CO、H)によって還元されて窒素(N)となる。 The NSR catalyst 26 has a NOx absorption / release action of storing or releasing NOx depending on the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas. In a lean atmosphere where the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the NSR catalyst 26 is higher than the stoichiometric air-fuel ratio, the NSR catalyst 26 stores NOx in the exhaust in the form of nitrate. On the other hand, in a rich atmosphere where the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 is the same as or lower than the stoichiometric air-fuel ratio, the NOx stored in the NSR catalyst 26 is reduced by reducing components (HC, CO, H 2 ) contained in the exhaust gas. It is reduced to nitrogen (N 2 ).

内燃機関20から排出され、NSR触媒26に流入する排気がリーンであるとき、NSR触媒26は、排気中のNOxを吸蔵して排気を浄化する機能を有する。しかし、NSR触媒26に排気中のNOxを吸蔵させ続けると、やがてNSR触媒26のNOx吸蔵量が飽和吸蔵量に達し、NSR触媒26はNOxを吸蔵できなくなる。そこで、NSR触媒26によるNOx吸蔵量が飽和吸蔵量に達する前にNSR触媒26に流入する排気をリッチ雰囲気にすることで、NSR触媒26から吸蔵NOxを放出させて、NSR触媒26のNOx吸蔵能力を回復させることができる。NSR触媒26は、このように、リッチ雰囲気の排気の一時的な供給(リッチスパイク)を繰り返し行うことにより、リーン条件で運転を行う内燃機関20から排出されるNOxを継続的に浄化することができる。   When the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 20 and flowing into the NSR catalyst 26 is lean, the NSR catalyst 26 has a function of storing NOx in the exhaust gas and purifying the exhaust gas. However, if the NSR catalyst 26 continues to store NOx in the exhaust, the NOx storage amount of the NSR catalyst 26 eventually reaches the saturated storage amount, and the NSR catalyst 26 cannot store NOx. Therefore, the NOx occlusion capacity of the NSR catalyst 26 is released by releasing the occluded NOx from the NSR catalyst 26 by making the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 rich before the NOx occlusion amount by the NSR catalyst 26 reaches the saturated occlusion amount. Can be recovered. As described above, the NSR catalyst 26 can continuously purify NOx discharged from the internal combustion engine 20 operating under the lean condition by repeatedly supplying the exhaust gas in a rich atmosphere (rich spike) repeatedly. it can.

ところが、NSR触媒26に流入する排気がリッチ雰囲気であるとき、NSR触媒26の触媒反応、例えば還元成分と吸蔵NOxとの反応の副生成物として、アンモニア(NH)が生成されることが知られている。NSR触媒26で生成されたNHは、NSR触媒26から脱離したNOxと反応してNになるものもあるが、大半はNSR触媒26よりも下流側に排出されると考えられる。後述の通り、排気がリッチであるときにNSR触媒26から排出されるNHは、NSR触媒26の下流側に設けられたSCR触媒28に吸着される。 However, it is known that when the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 has a rich atmosphere, ammonia (NH 3 ) is generated as a byproduct of the catalytic reaction of the NSR catalyst 26, for example, the reaction between the reducing component and the occluded NOx. It has been. Some NH 3 produced by the NSR catalyst 26 reacts with NOx desorbed from the NSR catalyst 26 to become N 2 , but most of the NH 3 is considered to be discharged downstream from the NSR catalyst 26. As will be described later, NH 3 discharged from the NSR catalyst 26 when the exhaust gas is rich is adsorbed by the SCR catalyst 28 provided on the downstream side of the NSR catalyst 26.

SCR触媒28は、内燃機関20の排気に含まれるNOxの浄化に使用される触媒であり、例えば、セラミックス又は酸化チタン等の担体に、触媒成分として卑金属酸化物、ゼオライト及び貴金属等が担持されて構成されている。SCR触媒28は、流入する排気の空燃比がリッチ雰囲気であるときに還元剤を吸着し、当該空燃比がリーン雰囲気であるとき、吸着した還元剤とNOxとを反応させることによって、排気中のNOxを浄化する作用を有する。   The SCR catalyst 28 is a catalyst used for purifying NOx contained in the exhaust gas of the internal combustion engine 20. For example, a base metal oxide, zeolite, noble metal, or the like is supported as a catalyst component on a carrier such as ceramics or titanium oxide. It is configured. The SCR catalyst 28 adsorbs the reducing agent when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is a rich atmosphere, and reacts the adsorbed reducing agent with NOx when the air-fuel ratio is a lean atmosphere. Has the effect of purifying NOx.

ここで、SCR触媒28における還元剤の吸着量には上限があることから、リーン排気中のNOxの浄化を継続して行うには、SCR触媒28に還元剤を定期的に供給する必要がある。本実施形態に係る排気浄化装置24では、SCR触媒28よりも上流側にNSR触媒26を備えており、排気がリッチ雰囲気であるときにNSR触媒26から排出されるNHを、SCR触媒28に吸着させる還元剤として利用する。これにより、SCR触媒28よりも上流側の排気通路22に還元剤(典型的には尿素水)を供給する還元剤供給装置を設けることなく、SCR触媒28に還元剤を供給することができる。 Here, since there is an upper limit on the amount of reducing agent adsorbed on the SCR catalyst 28, it is necessary to periodically supply the reducing agent to the SCR catalyst 28 in order to continuously purify NOx in the lean exhaust gas. . In the exhaust purification device 24 according to the present embodiment, the NSR catalyst 26 is provided upstream of the SCR catalyst 28, and NH 3 exhausted from the NSR catalyst 26 when the exhaust is in a rich atmosphere is supplied to the SCR catalyst 28. It is used as a reducing agent to be adsorbed. Accordingly, the reducing agent can be supplied to the SCR catalyst 28 without providing a reducing agent supply device that supplies the reducing agent (typically urea water) to the exhaust passage 22 upstream of the SCR catalyst 28.

上記の通り、NSR触媒26及びSCR触媒28を備える排気浄化装置24では、排気浄化装置24に流入する排気がリーン雰囲気であるリーン条件の場合、排気中のNOxをNSR触媒26が吸蔵し、NSR触媒26に吸蔵されなかったNOxはSCR触媒28においてSCR触媒28上のNHと反応してNに還元される。この2つの触媒の働きにより、リーン条件の排気におけるNOx濃度を著しく低減できる。一方、排気浄化装置24に流入する排気がリッチ雰囲気であるリッチ条件の場合、NSR触媒26で吸蔵されていたNOxが、排気中のHC、CO等によりNに還元される。このときNSR触媒26において副生成物としてNHが生成されるが、NHはSCR触媒28に吸着されるため、排気浄化装置24からのNHの排出量を低く抑えられる。これにより、リッチ条件の排気において、還元成分であるHC、CO、NH等の濃度についても低く抑えることができ、また、SCR触媒28に吸着したNHについては還元剤としての再利用も可能となる。 As described above, in the exhaust purification device 24 including the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28, when the exhaust gas flowing into the exhaust purification device 24 is in a lean condition, the NSR catalyst 26 stores NOx in the exhaust, NOx not occluded by the catalyst 26 reacts with NH 3 on the SCR catalyst 28 in the SCR catalyst 28 and is reduced to N 2 . By the action of these two catalysts, the NOx concentration in the exhaust under lean conditions can be remarkably reduced. On the other hand, in the case of rich conditions where the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification device 24 is a rich atmosphere, NOx stored in the NSR catalyst 26 is reduced to N 2 by HC, CO, etc. in the exhaust gas. At this time, NH 3 is generated as a by-product in the NSR catalyst 26, but NH 3 is adsorbed by the SCR catalyst 28, so that the amount of NH 3 discharged from the exhaust purification device 24 can be kept low. Thus, in the exhaust rich condition, a reducing component HC, CO, can be kept lower the concentration of such NH 3, also can be reused as a reducing agent for the NH 3 adsorbed to the SCR catalyst 28 It becomes.

この排気浄化装置24において使用されるNSR触媒26及びSCR触媒28はいずれも、排気中の硫黄含有成分による硫黄被毒や高熱等によって劣化する場合がある。NSR触媒26の劣化が生じると、NOxの飽和吸蔵量の減少等により、NSR触媒26のNOx浄化率が低下するおそれがある。SCR触媒28の劣化が生じると、還元剤の飽和吸着量の減少等により、SCR触媒28のNOx浄化率が低下するおそれがある。   Both the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 used in the exhaust purification device 24 may be deteriorated by sulfur poisoning or high heat due to sulfur-containing components in the exhaust gas. When the NSR catalyst 26 deteriorates, the NOx purification rate of the NSR catalyst 26 may decrease due to a decrease in the saturated storage amount of NOx. When the SCR catalyst 28 deteriorates, the NOx purification rate of the SCR catalyst 28 may decrease due to a decrease in the saturated adsorption amount of the reducing agent.

本実施形態に係る排気浄化装置24の劣化診断装置10は、空燃比制御手段12とNOxセンサ14と診断部16とを備え、診断部16はNSR触媒26及びSCR触媒28のそれぞれにおける劣化の有無を診断する。   The deterioration diagnosis device 10 of the exhaust purification device 24 according to the present embodiment includes an air-fuel ratio control means 12, a NOx sensor 14, and a diagnosis unit 16. The diagnosis unit 16 determines whether or not each of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 has deteriorated. Diagnose.

空燃比制御手段12は、排気浄化装置24のNSR触媒26に流入する排気の空燃比を制御する。空燃比制御手段12は、排気浄化装置24としてNSR触媒26を設けた場合に、NSR触媒26に流入する排気をリッチ雰囲気にするリッチスパイクを行うことで、NSR触媒26のNOx吸蔵能力を回復させる公知の手段であれば、いずれの手段であってもよい。空燃比制御手段12としては、内燃機関20に供給される混合気の空燃比を変更できる手段、例えば、シリンダへ供給される吸気量の調整手段、燃料噴射装置等が挙げられる。燃料噴射装置がシリンダ内に設けられている場合、膨張行程後期または排気行程において燃料を噴射して排気中の未燃燃料の濃度を高めることにより、排気のリッチ雰囲気を実現してもよい。   The air-fuel ratio control means 12 controls the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the NSR catalyst 26 of the exhaust purification device 24. When the NSR catalyst 26 is provided as the exhaust purification device 24, the air-fuel ratio control means 12 restores the NOx storage capability of the NSR catalyst 26 by performing a rich spike that makes the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 a rich atmosphere. Any means may be used as long as it is a known means. Examples of the air-fuel ratio control means 12 include means capable of changing the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine 20, for example, means for adjusting the amount of intake air supplied to the cylinder, a fuel injection device, and the like. When the fuel injection device is provided in the cylinder, a rich atmosphere of exhaust may be realized by injecting fuel in the late stage of the expansion stroke or in the exhaust stroke to increase the concentration of unburned fuel in the exhaust.

空燃比制御手段12は、NSR触媒26よりも上流側の排気通路22に設けられ、排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段であってもよい。還元剤供給手段で排気中に還元剤を供給することにより、NSR触媒26に流入する排気をリッチ雰囲気にすることができる。この場合の還元剤としては、例えば、水素、一酸化炭素等の気体、液体または気体の炭化水素、ガソリン、軽油等の液体燃料等が使用できる。還元剤供給手段の供給する還元剤の量は、内燃機関20の運転状態(機関回転数、燃料噴射量等)に基づいて決定すればよい。空燃比制御手段12は、後述する診断部16の指示によって作動する。空燃比制御手段12は、NSR触媒26よりも上流側の排気通路22に空燃比センサを設けて排気の空燃比を測定することにより、空燃比のフィードバック制御を行ってもよい。   The air-fuel ratio control means 12 may be a reducing agent supply means that is provided in the exhaust passage 22 upstream of the NSR catalyst 26 and supplies a reducing agent into the exhaust. By supplying the reducing agent into the exhaust gas by the reducing agent supply means, the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 can be made rich. As the reducing agent in this case, for example, a gas such as hydrogen or carbon monoxide, a liquid or gaseous hydrocarbon, a liquid fuel such as gasoline or light oil, or the like can be used. The amount of reducing agent supplied by the reducing agent supply means may be determined based on the operating state of the internal combustion engine 20 (engine speed, fuel injection amount, etc.). The air-fuel ratio control means 12 operates according to an instruction from the diagnosis unit 16 described later. The air-fuel ratio control means 12 may perform air-fuel ratio feedback control by providing an air-fuel ratio sensor in the exhaust passage 22 upstream of the NSR catalyst 26 and measuring the air-fuel ratio of the exhaust.

本実施形態に係る劣化診断装置10は、SCR触媒28の下流に設けられたNOxセンサ14を備える。NOxセンサ14は、排気のNOx濃度を検知して、検知したNOx濃度に応じた信号を出力する。NOxセンサ14は、その内部で排気中のNOxをNとOに分解し、そのOに基づく酸素イオン量に比例した電流を出力するものである。一方、排気中のNHは、NOxセンサ14の内部で酸化されてNOとHOに分解し、分解したNOが排気中のNOxと同様の原理で電流を出力する。よって、NOxセンサ14は、NOx及びNHの合計濃度に比例した信号を出力するものであり、NOx濃度とアンモニア濃度とを区別して出力することはできない。本実施形態に係る劣化診断装置10は、SCR触媒28の下流以外に設けられたNOxセンサを備えてもよい。 The deterioration diagnosis device 10 according to this embodiment includes a NOx sensor 14 provided downstream of the SCR catalyst 28. The NOx sensor 14 detects the NOx concentration of the exhaust gas and outputs a signal corresponding to the detected NOx concentration. The NOx sensor 14 decomposes NOx in the exhaust into N 2 and O 2 and outputs a current proportional to the amount of oxygen ions based on the O 2 . On the other hand, NH 3 in the exhaust is oxidized inside the NOx sensor 14 and decomposed into NO and H 2 O, and the decomposed NO outputs a current on the same principle as NOx in the exhaust. Therefore, the NOx sensor 14 outputs a signal proportional to the total concentration of NOx and NH 3 , and cannot output the NOx concentration and the ammonia concentration separately. The deterioration diagnosis apparatus 10 according to the present embodiment may include a NOx sensor provided at a location other than the downstream side of the SCR catalyst 28.

なお、NOxセンサ14が設けられる「SCR触媒28の下流」とは、SCR触媒28の少なくとも一部よりも下流側を意味する。NOxセンサ14は、例えば、SCR触媒28の内部における排気の流れに沿った方向の全長に対して30%よりも下流側の領域に配置することが好ましく、SCR触媒28の内部における当該全長に対して50%付近またはそれよりも下流側の領域に配置することがより好ましい。排気浄化装置24が複数のSCR触媒28を備える場合、「全長」とは、最も上流側に配置されたSCR触媒28の上流端から、最も下流側に配置されたSCR触媒28の下流端までの長さを意味する。図1に示す劣化診断装置10では、NOxセンサ14は、SCR触媒28よりも下流側の排気通路22に設けられている。図2は、本実施形態に係る劣化診断装置10の他の例を示す構成概略図であり、図2に示す劣化診断装置10では、NOxセンサ14は、SCR触媒28の内部であって、排気の流れに沿った方向の全長に対して50%付近の位置に設けられている。   Note that “downstream of the SCR catalyst 28” where the NOx sensor 14 is provided means downstream of at least a part of the SCR catalyst 28. The NOx sensor 14 is preferably disposed, for example, in a region downstream of 30% with respect to the total length in the direction along the exhaust flow inside the SCR catalyst 28, and with respect to the total length inside the SCR catalyst 28. More preferably, it is arranged in the vicinity of 50% or in the downstream region. When the exhaust emission control device 24 includes a plurality of SCR catalysts 28, the “full length” means from the upstream end of the SCR catalyst 28 arranged on the most upstream side to the downstream end of the SCR catalyst 28 arranged on the most downstream side. It means length. In the deterioration diagnosis device 10 shown in FIG. 1, the NOx sensor 14 is provided in the exhaust passage 22 on the downstream side of the SCR catalyst 28. FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating another example of the deterioration diagnosis apparatus 10 according to the present embodiment. In the deterioration diagnosis apparatus 10 illustrated in FIG. 2, the NOx sensor 14 is disposed inside the SCR catalyst 28 and is exhausted. It is provided at a position in the vicinity of 50% of the total length in the direction along the flow.

図1に戻り、本実施形態に係る劣化診断装置10は、排気浄化装置24が備えるNSR触媒26及びSCR触媒28の劣化を診断する診断部16を備える。診断部16は、空燃比制御手段12により空燃比がリッチ条件に制御されたときにNOxセンサ14が出力する第1信号と、空燃比制御手段12により空燃比がリーン条件に制御されたときにNOxセンサ14が出力する第2信号とに基づいて、NSR触媒26及びSCR触媒28の劣化を診断する。   Returning to FIG. 1, the deterioration diagnosis device 10 according to the present embodiment includes a diagnosis unit 16 that diagnoses deterioration of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 included in the exhaust purification device 24. The diagnosis unit 16 outputs a first signal output from the NOx sensor 14 when the air-fuel ratio is controlled to a rich condition by the air-fuel ratio control means 12, and when the air-fuel ratio is controlled to a lean condition by the air-fuel ratio control means 12. The deterioration of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 is diagnosed based on the second signal output from the NOx sensor 14.

診断部16は、例えばマイクロコンピュータから構成され、空燃比制御手段12に対してその動作を指示する指示信号の送信、及び、NOxセンサ14が出力した信号の受信等を行うものである。診断部16は、空燃比制御手段12によって制御された排気の空燃比条件(リッチまたはリーン)、及び、NOxセンサ14の出力信号に基づいて、排気浄化装置24が備えるNSR触媒26及びSCR触媒28の劣化診断を行う。診断部16における劣化診断は、マイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現されるものとなっている。また、図示しないものの、診断部16には、RAMやROM等の記憶素子からなる記憶手段、及び、空燃比制御手段12等への通電を行うための駆動回路等が備えられている。記憶手段には、制御プログラム及び所定範囲(所定時間、閾値等)を示す情報等が予め記憶されるとともに、診断部16による演算結果等が書き込まれるようになっている。診断部16は、劣化診断の結果、NSR触媒26またはSCR触媒28に異常劣化が生じていると判断した場合には、異常信号を例えばダイアグ等に出力し、ダイアグはインジケータ等の表示手段に当該異常劣化が生じたことを表示する。   The diagnosis unit 16 is composed of, for example, a microcomputer, and transmits an instruction signal for instructing the air-fuel ratio control means 12 to operate, and receives a signal output from the NOx sensor 14. Based on the exhaust air-fuel ratio condition (rich or lean) controlled by the air-fuel ratio control means 12 and the output signal of the NOx sensor 14, the diagnosis unit 16 includes an NSR catalyst 26 and an SCR catalyst 28 included in the exhaust purification device 24. Diagnose the deterioration. The deterioration diagnosis in the diagnosis unit 16 is realized by executing a program by a microcomputer. Although not shown, the diagnosis unit 16 includes a storage unit including a storage element such as a RAM and a ROM, a drive circuit for energizing the air-fuel ratio control unit 12 and the like. In the storage means, a control program and information indicating a predetermined range (predetermined time, threshold value, etc.) are stored in advance, and a calculation result by the diagnosis unit 16 is written. When the diagnosis unit 16 determines that the NSR catalyst 26 or the SCR catalyst 28 is abnormally deteriorated as a result of the deterioration diagnosis, the diagnosis unit 16 outputs an abnormal signal to, for example, a diagnosis unit. Displays that abnormal deterioration has occurred.

本実施形態に係る劣化診断装置10による、NSR触媒26及びSCR触媒28を備える排気浄化装置24の劣化診断について、図3を参照しながら具体的に説明する。図3は、本実施形態に係る劣化診断装置10による劣化診断結果の一例を示すグラフである。図3のグラフにおいては、空燃比制御手段12により空燃比がリッチ条件に制御されたときにNOxセンサ14が出力する第1信号を積算して得られる第1積算値(積算値RI)を横軸に、また、空燃比制御手段12により空燃比がリーン条件に制御されたときにNOxセンサ14が出力する第2信号を積算して得られた第2積算値(積算値LI)を縦軸にそれぞれ示す。   Deterioration diagnosis of the exhaust purification device 24 including the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 by the deterioration diagnosis device 10 according to the present embodiment will be specifically described with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing an example of the deterioration diagnosis result by the deterioration diagnosis apparatus 10 according to the present embodiment. In the graph of FIG. 3, the first integrated value (integrated value RI) obtained by integrating the first signal output from the NOx sensor 14 when the air-fuel ratio is controlled to the rich condition by the air-fuel ratio control means 12 is shown horizontally. The vertical axis represents the second integrated value (integrated value LI) obtained by integrating the second signal output from the NOx sensor 14 when the air-fuel ratio is controlled to the lean condition by the air-fuel ratio control means 12. Respectively.

図3のグラフ中、破線で囲われた領域(A)内にある丸印(○)は、NSR触媒26及びSCR触媒28がいずれも劣化していない排気浄化装置24を用いて得られたNOxセンサ14出力信号の積算値RI及び積算値LIの座標(RI,LI)を示したものである。同様に、破線で囲われた領域(B)内にある三角印(△)は、NSR触媒26が劣化してSCR触媒28が劣化していない排気浄化装置24を用いて得られた積算値RI及びLIの座標(RI,LI)を、破線で囲われた領域(C)内にある四角印(□)は、SCR触媒28が劣化してNSR触媒26が劣化していない排気浄化装置24を用いて得られた積算値RI及びLIの座標(RI,LI)を、それぞれ示したものである。以下、NSR触媒26及びSCR触媒28の劣化の有無によって座標(RI,LI)の分布領域が異なるものとなる理由について説明する。   In the graph of FIG. 3, a circle (◯) in the region (A) surrounded by a broken line indicates NOx obtained using the exhaust purification device 24 in which neither the NSR catalyst 26 nor the SCR catalyst 28 has deteriorated. The integrated value RI of the sensor 14 output signal and the coordinates (RI, LI) of the integrated value LI are shown. Similarly, the triangular mark (Δ) in the region (B) surrounded by the broken line indicates the integrated value RI obtained using the exhaust purification device 24 in which the NSR catalyst 26 has deteriorated and the SCR catalyst 28 has not deteriorated. The square marks (□) in the region (C) surrounded by the broken line with the coordinates (RI, LI) of LI indicate that the SCR catalyst 28 has deteriorated and the NSR catalyst 26 has not deteriorated. The integrated values RI and LI coordinates (RI, LI) obtained by using them are respectively shown. Hereinafter, the reason why the distribution area of the coordinates (RI, LI) varies depending on whether the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 are deteriorated will be described.

[領域(A):NSR触媒26−正常、SCR触媒28−正常]
NSR触媒26及びSCR触媒28がいずれも劣化していない排気浄化装置24では、上記の通り、NSR触媒26でのNOx吸蔵と、SCR触媒28でのNOx還元反応とにより、リーン条件の排気中のNOx濃度が著しく低減される。また、排気がリーンであるとSCR触媒28に吸着したNHはNOx還元反応で消費されるため、排気中にNHは殆ど排出されない。よって、NSR触媒26に流入する排気がリーンであるとき、NOxセンサ14が検知するNOx濃度及びNH濃度はいずれも低濃度であるため、NOxセンサ14の出力信号の積算値LIは、図3に示すように非常に低く抑えられる。
[Area (A): NSR catalyst 26-normal, SCR catalyst 28-normal]
In the exhaust purification device 24 in which neither the NSR catalyst 26 nor the SCR catalyst 28 has deteriorated, as described above, the NOx occlusion in the NSR catalyst 26 and the NOx reduction reaction in the SCR catalyst 28 cause the The NOx concentration is significantly reduced. Further, when the exhaust gas is lean, NH 3 adsorbed on the SCR catalyst 28 is consumed by the NOx reduction reaction, so that NH 3 is hardly discharged into the exhaust gas. Therefore, when the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 is lean, since the NOx concentration and the NH 3 concentration detected by the NOx sensor 14 are both low, the integrated value LI of the output signal of the NOx sensor 14 is as shown in FIG. As shown in FIG.

一方、NSR触媒26に流入する排気がリッチである場合、排気中のNOx濃度はごく低く、また、NSR触媒26が吸蔵していたNOxは排気中のHC、CO等の還元剤成分によりNに還元されるため、NSR触媒26、ひいては、SCR触媒28からは、NOxは殆ど排出されない。NHについては、リッチ条件下ではNSR触媒26における反応の副生成物としてNHが生成されるが、その大部分はSCR触媒28に吸着される。よって、NSR触媒26に流入する排気がリッチであるときも、NOxセンサ14が検知するNOx濃度及びNH濃度はいずれも低濃度であるため、NOxセンサ14の出力信号の積算値RIは、図3に示すように低く抑えられる。 On the other hand, when the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 is rich, the NOx concentration in the exhaust gas is very low, and the NOx occluded in the NSR catalyst 26 is N 2 due to the reducing agent components such as HC and CO in the exhaust gas. Therefore, almost no NOx is discharged from the NSR catalyst 26, and hence the SCR catalyst 28. As for NH 3 , NH 3 is produced as a by-product of the reaction in the NSR catalyst 26 under rich conditions, but most of it is adsorbed by the SCR catalyst 28. Therefore, even when the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 is rich, since the NOx concentration and the NH 3 concentration detected by the NOx sensor 14 are both low, the integrated value RI of the output signal of the NOx sensor 14 is As shown in FIG.

結果として、NSR触媒26及びSCR触媒28がいずれも劣化していない排気浄化装置24では、図3のグラフ中、積算値RI及びLIからなる座標(RI,LI)は左下側の領域(A)内に分布することになる。   As a result, in the exhaust purification device 24 in which neither the NSR catalyst 26 nor the SCR catalyst 28 has deteriorated, the coordinates (RI, LI) composed of the integrated values RI and LI in the graph of FIG. 3 are the lower left region (A). Will be distributed within.

[領域(B):NSR触媒26−劣化、SCR触媒28−正常]
NSR触媒26が劣化すると、NSR触媒26のNOx飽和吸蔵量が減少する。NSR触媒26が劣化し、SCR触媒28が劣化していない排気浄化装置24では、排気がリーンである場合、NSR触媒26におけるNOx吸蔵量がすぐに飽和するため、NSR触媒26におけるNOx浄化率が低下する。また、NSR触媒26におけるNOx吸蔵量が少ないと、リッチ条件下でNSR触媒26から排出されるNHの量が少なくなり、SCR触媒28に吸着したNHの吸着量も減少する。そのため、リーン条件下でSCR触媒28にて還元されるNOxの量も、還元剤であるNHの減少に伴って減少する。NHについては、SCR触媒28に吸着したNHはNOxの還元により消費されるため、ほとんど排出されない。よって、NSR触媒26に流入する排気がリーンであるとき、NSR触媒26でのNOx吸蔵量が減少し、且つ、SCR触媒28でのNH吸着量が減少することにより、排気浄化装置24全体からのNOx排出量が増加し、NOxセンサ14の出力信号の積算値LIは、図3に示すように領域(A)に比較して増加する。
[Area (B): NSR catalyst 26-deteriorated, SCR catalyst 28-normal]
When the NSR catalyst 26 deteriorates, the NOx saturated occlusion amount of the NSR catalyst 26 decreases. In the exhaust gas purification device 24 in which the NSR catalyst 26 has deteriorated and the SCR catalyst 28 has not deteriorated, when the exhaust gas is lean, the NOx occlusion amount in the NSR catalyst 26 is immediately saturated. descend. Further, if the NOx occlusion amount in the NSR catalyst 26 is small, the amount of NH 3 discharged from the NSR catalyst 26 under a rich condition decreases, and the adsorption amount of NH 3 adsorbed on the SCR catalyst 28 also decreases. Therefore, the amount of NOx reduced by the SCR catalyst 28 under lean conditions also decreases with a decrease in NH 3 that is a reducing agent. The NH 3, NH 3 adsorbed on the SCR catalyst 28 for consumption by the reduction of NOx, is hardly discharged. Therefore, when the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 is lean, the NOx occlusion amount in the NSR catalyst 26 is reduced, and the NH 3 adsorption amount in the SCR catalyst 28 is reduced. NOx emission amount increases, and the integrated value LI of the output signal of the NOx sensor 14 increases as compared with the region (A) as shown in FIG.

一方、排気がリッチである場合、NSR触媒26に流入する排気中のNOx濃度はごく低く、また、NSR触媒26に吸蔵されたNOxは排気中の還元剤成分によってNに還元されるため、NSR触媒26及びSCR触媒28からNOxは殆ど排出されない。NHはNSR触媒26での副生成物として生成されるが、その大部分はSCR触媒28に吸着される。よって、リッチ条件下では、排気浄化装置24全体からのNOx排出量及びNH排出量はいずれも低濃度であるため、NOxセンサ14の出力信号の積算値RIは、図3に示すように低く抑えられる。 On the other hand, when the exhaust is rich, the NOx concentration in the exhaust flowing into the NSR catalyst 26 is very low, and the NOx occluded in the NSR catalyst 26 is reduced to N 2 by the reducing agent component in the exhaust. Little NOx is discharged from the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28. NH 3 is produced as a by-product in the NSR catalyst 26, most of which is adsorbed on the SCR catalyst 28. Thus, the rich conditions, since NOx emissions and NH 3 emissions from the entire exhaust gas purification device 24 are both at low concentrations, the integrated value RI of the output signal of the NOx sensor 14, as shown in FIG. 3 lower It can be suppressed.

結果として、NSR触媒26が劣化し、SCR触媒28が劣化していない排気浄化装置24の場合、図3のグラフ中、積算値RI及びLIからなる座標(RI,LI)は、領域(A)に対して上方に移動した領域(B)内に分布することになる。   As a result, in the case of the exhaust purification device 24 in which the NSR catalyst 26 is deteriorated and the SCR catalyst 28 is not deteriorated, the coordinates (RI, LI) composed of the integrated values RI and LI in the graph of FIG. Are distributed in the region (B) moved upward.

[領域(C):NSR触媒26−正常、SCR触媒28−劣化]
SCR触媒28が劣化すると、SCR触媒28のNH飽和吸着量が減少する。SCR触媒28が劣化し、NSR触媒26が劣化していない排気浄化装置24では、排気がリーンである場合、NSR触媒26のNOx吸蔵量は影響されないためNSR触媒26でのNOx浄化率は低下しない。それに対してSCR触媒28では、リッチ条件下においてNH吸着量がすぐに飽和するため、リーン条件下でのNOxの還元に使用するNH吸着量が減少し、SCR触媒28でのNOx浄化率が低下する。NHについては、SCR触媒28に吸着したNHはNOxの還元により消費されるため、ほとんど排出されない。よって、NSR触媒26に流入する排気がリーンであるとき、SCR触媒28でのNH吸着量が減少することにより、排気浄化装置24全体からのNOx排出量が増加し、NOxセンサ14の出力信号の積算値LIは、図3に示すように領域(A)に比較して増加する。
[Region (C): NSR catalyst 26-normal, SCR catalyst 28-deteriorated]
When the SCR catalyst 28 deteriorates, the NH 3 saturated adsorption amount of the SCR catalyst 28 decreases. In the exhaust purification device 24 in which the SCR catalyst 28 has deteriorated and the NSR catalyst 26 has not deteriorated, when the exhaust gas is lean, the NOx storage amount of the NSR catalyst 26 is not affected, so the NOx purification rate in the NSR catalyst 26 does not decrease. . In the SCR catalyst 28 with respect thereto, NH 3 for adsorption amount is immediately saturated in rich conditions, NH 3 adsorption amount used for the reduction of NOx under lean conditions reduces, NOx purification rate in the SCR catalyst 28 Decreases. The NH 3, NH 3 adsorbed on the SCR catalyst 28 for consumption by the reduction of NOx, is hardly discharged. Therefore, when the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 is lean, the amount of NH 3 adsorbed by the SCR catalyst 28 decreases, so that the NOx emission amount from the entire exhaust purification device 24 increases, and the output signal of the NOx sensor 14 The integrated value LI increases as compared with the region (A) as shown in FIG.

一方、排気がリッチである場合、NSR触媒26に流入する排気中のNOx濃度はごく低く、また、NSR触媒26に吸蔵されたNOxは排気中の還元剤成分によってNに還元されるため、NSR触媒26及びSCR触媒28からNOxは殆ど排出されない。NHについては、本来であれば、NSR触媒26での副生成物として生成されたNHは、その大部分がSCR触媒28によって吸着されるはずである。しかしながら、SCR触媒28が劣化してNH飽和吸着量が減少しているため、SCR触媒28におけるNH吸着量がすぐに飽和して、それ以降、SCR触媒28より下流側にNHが排出される。排出されたNHはNOxセンサ14に検知される。よって、NSR触媒26に流入する排気がリッチであるとき、SCR触媒28でのNH飽和吸着量の減少により、排気浄化装置24からのNH排出量が増加し、NOxセンサ14の出力信号の積算値RIは、図3に示すように増加する。 On the other hand, when the exhaust is rich, the NOx concentration in the exhaust flowing into the NSR catalyst 26 is very low, and the NOx occluded in the NSR catalyst 26 is reduced to N 2 by the reducing agent component in the exhaust. Little NOx is discharged from the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28. The NH 3, would otherwise, NH 3 generated as a by-product in the NSR catalyst 26 is for the most part should be adsorbed by the SCR catalyst 28. However, since the SCR catalyst 28 deteriorates and the NH 3 saturated adsorption amount decreases, the NH 3 adsorption amount in the SCR catalyst 28 immediately saturates, and thereafter, NH 3 is discharged downstream from the SCR catalyst 28. Is done. The discharged NH 3 is detected by the NOx sensor 14. Therefore, when the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 is rich, the NH 3 exhaust amount from the exhaust purification device 24 increases due to the decrease in the NH 3 saturated adsorption amount at the SCR catalyst 28, and the output signal of the NOx sensor 14 The integrated value RI increases as shown in FIG.

結果として、SCR触媒28が劣化し、NSR触媒26が劣化していない排気浄化装置24の場合、図3のグラフ中、積算値RI及びLIからなる座標(RI,LI)は、領域(A)に対して上方且つ右方に移動した領域(C)内に分布することになる。   As a result, in the case of the exhaust purification device 24 in which the SCR catalyst 28 has deteriorated and the NSR catalyst 26 has not deteriorated, the coordinates (RI, LI) composed of the integrated values RI and LI in the graph of FIG. Are distributed in the region (C) that has moved upward and to the right.

上記の通り、本実施形態に係る排気浄化装置24の劣化診断では、実際の劣化診断において算出された積算値RI及びLIの座標位置が、図3に示す座標面(RI,LI)のどの領域に該当するかを判断することによって、NSR触媒26及びSCR触媒28のそれぞれについて異常劣化が生じたか否かを、容易且つ明確に判定することができる。積算値RI及びLIの座標位置がどの領域に該当するかの具体的な判断方法としては、例えば、座標面(RI,LI)において上記領域(A)〜(C)を分離する閾値を、積算値RI及びLIのそれぞれについて予め実験等により決定した上で、実際の劣化診断において算出された積算値RI及びLIを当該閾値と対比する方法が挙げられる。   As described above, in the deterioration diagnosis of the exhaust gas purification device 24 according to the present embodiment, the coordinate positions of the integrated values RI and LI calculated in the actual deterioration diagnosis indicate which region of the coordinate plane (RI, LI) shown in FIG. Therefore, it can be easily and clearly determined whether or not abnormal deterioration has occurred for each of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28. As a specific method of determining which region the coordinate positions of the integrated values RI and LI correspond to, for example, a threshold for separating the regions (A) to (C) on the coordinate plane (RI, LI) is integrated. There is a method in which the integrated values RI and LI calculated in actual deterioration diagnosis are compared with the threshold values after the values RI and LI are determined in advance by experiments or the like.

より具体的には、積算値LIについて、NSR触媒26及びSCR触媒28がいずれも正常である場合とNSR触媒26及びSCR触媒28の少なくとも一方が劣化した場合とを分ける閾値LI(図3参照)、並びに、積算値RIについて、NSR触媒26が劣化してSCR触媒28が正常である場合と、NSR触媒26が正常でありSCR触媒28が劣化した場合とを分ける閾値RI(図3参照)を、予め決定しておく。次いで、本実施形態に係る劣化診断を実施し、算出された積算値LIを閾値LIと対比する。このとき、LI≦LIならば、劣化診断が実施されたNSR触媒26及びSCR触媒28はいずれも正常であると判定される。また、LI>LIである場合、算出された積算値RIを閾値RIとを対比し、RI≦RIならばNSR触媒26が劣化したと判定され、RI>RIならばSCR触媒28が劣化したと判定される。 More specifically, with respect to the integrated value LI, a threshold value LI 0 that divides a case where both the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 are normal and a case where at least one of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 deteriorates (see FIG. 3). ) And the integrated value RI, a threshold RI 0 that separates the case where the NSR catalyst 26 is deteriorated and the SCR catalyst 28 is normal from the case where the NSR catalyst 26 is normal and the SCR catalyst 28 is deteriorated (see FIG. 3). ) Is determined in advance. Then, it carried out degradation diagnosis according to this embodiment, comparing the accumulated value LI and the calculated threshold LI 0. At this time, if LI ≦ LI 0 , it is determined that both the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 on which the deterioration diagnosis has been performed are normal. Further, LI> when LI is zero, the integrated value RI calculated by comparing the threshold value RI 0, it is determined that RI ≦ RI 0 if the NSR catalyst 26 is deteriorated, RI> RI 0 if SCR catalyst 28 Is determined to have deteriorated.

このように、本実施形態に係る劣化診断装置10は、内燃機関20からの排気性状の測定装置として、SCR触媒28の下流の排気のNOx濃度を検知するNOxセンサ14を1つ設けるだけで、排気浄化装置24が備えるNSR触媒26及びSCR触媒28のそれぞれの劣化の有無を診断することができる。従って、本実施形態に係る劣化診断装置10では、特許文献2又は3等に記載の装置を適用する場合に比較してよりシンプルな構成でNSR触媒及びSCR触媒の劣化診断を行うことができる。   As described above, the deterioration diagnosis device 10 according to the present embodiment includes only one NOx sensor 14 that detects the NOx concentration of the exhaust downstream of the SCR catalyst 28 as a device for measuring the exhaust properties from the internal combustion engine 20. The presence or absence of deterioration of each of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 provided in the exhaust purification device 24 can be diagnosed. Therefore, in the deterioration diagnosis device 10 according to the present embodiment, the deterioration diagnosis of the NSR catalyst and the SCR catalyst can be performed with a simpler configuration as compared with the case where the device described in Patent Document 2 or 3 is applied.

しかも、本実施形態に係る劣化診断装置10による排気浄化装置24の劣化診断では、特殊な診断用運転モードの実施、或いは、排気性状に影響を与えうる各種装置の停止もしくは動作変更等を必ずしも必要としない。当該劣化診断のためのNOxセンサ14の検知は、空燃比制御手段12を用いて排気の空燃比をリッチ条件又はリーン条件に制御したときに実施すればよく、空燃比制御手段12を用いた排気の空燃比の制御は、NSR触媒26を排気浄化装置24として使用する際に従来より行われたものである。よって、本実施形態に係る劣化診断装置10は、排気浄化装置24の劣化診断に伴う燃費や排出ガス等への影響を著しく抑制できる。   In addition, in the deterioration diagnosis of the exhaust gas purification device 24 by the deterioration diagnosis device 10 according to the present embodiment, it is necessary to implement a special diagnostic operation mode or to stop or change the operation of various devices that can affect the exhaust properties. And not. The detection of the NOx sensor 14 for the deterioration diagnosis may be performed when the air-fuel ratio of the exhaust is controlled to the rich condition or the lean condition using the air-fuel ratio control means 12, and the exhaust using the air-fuel ratio control means 12 is performed. The control of the air-fuel ratio is conventionally performed when the NSR catalyst 26 is used as the exhaust purification device 24. Therefore, the deterioration diagnosis device 10 according to the present embodiment can remarkably suppress the influence on the fuel consumption, exhaust gas and the like accompanying the deterioration diagnosis of the exhaust purification device 24.

さらに、本実施形態に係る劣化診断装置10では、排気中のNOx濃度とNH濃度とを区別せずに検知する従来のNOxセンサ14を使用するにもかかわらず、SCR触媒28のNH吸着量に依存することなく、NSR触媒26及びSCR触媒28のそれぞれについて劣化の有無が診断できる。 Further, in the deterioration diagnosis apparatus 10 according to the present embodiment, the SCR catalyst 28 is adsorbed with NH 3 , despite using the conventional NOx sensor 14 that detects the NOx concentration and the NH 3 concentration in the exhaust gas without distinction. The presence or absence of deterioration of each of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 can be diagnosed without depending on the amount.

SCR触媒28のNH吸着量がSCR触媒28の下流に設けられたNOxセンサ14の出力に及ぼす影響について説明する。図3のグラフ中、各領域(A)〜(C)に見られる同じ印の分布、即ち、座標(RI,LI)の位置の違いは、SCR触媒28におけるNHの初期吸着量の違いに基づくものである。SCR触媒28におけるNHの初期吸着量とは、NSR触媒26に流入する排気の空燃比をリーン条件からリッチ条件へ変更した時点(リッチスパイク開始時)でのNH吸着量である。例えば領域(B)(NSR触媒26−劣化、SCR触媒28−正常)では、三角印(△)は縦軸方向に沿って分布している。排気がリッチである場合、SCR触媒が飽和しない限り、SCR触媒の下流における排気のNOx濃度及びNH濃度は、変化しない。一方、排気がリーンである場合、SCR触媒28におけるNH初期吸着量が多い分、SCR触媒28において多くのNOxが還元されてNOx浄化率が向上するため、積算値LIが低下する。よって、領域(B)では、SCR触媒28におけるNH初期吸着量が多いほど、三角印(△)は縦軸方向を下方に移動することになる。 The effect of the NH 3 adsorption amount of the SCR catalyst 28 on the output of the NOx sensor 14 provided downstream of the SCR catalyst 28 will be described. In the graph of FIG. 3, the distribution of the same mark seen in each of the regions (A) to (C), that is, the difference in the position of the coordinates (RI, LI) is due to the difference in the initial adsorption amount of NH 3 in the SCR catalyst 28. Is based. The initial amount of adsorption of NH 3 in the SCR catalyst 28, an NH 3 adsorption amount at the time of changing the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 from lean condition to the rich condition (during the rich spike start). For example, in the region (B) (NSR catalyst 26-deteriorated, SCR catalyst 28-normal), the triangle marks (Δ) are distributed along the vertical axis direction. When the exhaust is rich, the NOx concentration and NH 3 concentration of the exhaust downstream of the SCR catalyst do not change unless the SCR catalyst is saturated. On the other hand, when the exhaust gas is lean, since the amount of NH 3 initial adsorption in the SCR catalyst 28 is large, a large amount of NOx is reduced in the SCR catalyst 28 and the NOx purification rate is improved, so the integrated value LI decreases. Therefore, in the region (B), the triangle mark (Δ) moves downward in the vertical axis direction as the amount of initial NH 3 adsorption on the SCR catalyst 28 increases.

領域(C)(NSR触媒26−正常、SCR触媒28−劣化)では、SCR触媒のNH飽和吸着量が低下しているため、SCR触媒28におけるNH初期吸着量が多いほど、吸着可能なNHの量が低下する。よって、排気がリッチである場合、SCR触媒28におけるNH初期吸着量が多くなると、SCR触媒28の下流における排気中のNH濃度が増えて積算値RIが増加する。一方、排気がリーンである場合、NSR触媒26に流入する排気のNOx濃度が高く、NH濃度が低い。NSR触媒26が正常であるため、NOx浄化率が高く、SCR触媒28に流入する排気中のNOx濃度が低くなるため、NH吸着量が変化しても、積算値LIは大きく変化しない。よって、領域(C)では、SCR触媒28におけるNH初期吸着量が多いほど、四角印(□)は横軸方向を右方に移動することになる。 In the region (C) (NSR catalyst 26-normal, SCR catalyst 28-degraded), the amount of NH 3 saturated adsorption of the SCR catalyst is decreased, so that the larger the initial amount of NH 3 adsorption on the SCR catalyst 28, the more the adsorption is possible. The amount of NH 3 decreases. Therefore, when the exhaust gas is rich, the NH 3 concentration in the exhaust gas downstream from the SCR catalyst 28 increases and the integrated value RI increases as the NH 3 initial adsorption amount in the SCR catalyst 28 increases. On the other hand, when the exhaust gas is lean, the NOx concentration of the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 is high and the NH 3 concentration is low. Since the NSR catalyst 26 is normal, the NOx purification rate is high and the NOx concentration in the exhaust gas flowing into the SCR catalyst 28 is low. Therefore, even if the NH 3 adsorption amount changes, the integrated value LI does not change greatly. Therefore, in the region (C), the square mark (□) moves to the right in the horizontal axis direction as the amount of initial NH 3 adsorption on the SCR catalyst 28 increases.

図3に示すように、NSR触媒26及びSCR触媒28についての劣化の有無が異なる各領域(A)〜(C)毎に、SCR触媒28のNH初期吸着量によって座標(RI,LI)の分布が見られる。しかし、領域(A)〜(C)は互いに重複せず、上記の通り、算出された積算値RI及びLIを閾値RI及びLIと対比することよって、NSR触媒26及びSCR触媒28のそれぞれについて劣化の有無を判定することができる。 As shown in FIG. 3, the coordinates (RI, LI) of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 are coordinated (RI, LI) depending on the NH 3 initial adsorption amount of the SCR catalyst 28 for each region (A) to (C) where the presence or absence of deterioration is different. Distribution is seen. However, the regions (A) to (C) do not overlap each other, and as described above, the calculated integrated values RI and LI are compared with the threshold values RI 0 and LI 0 , so that the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 respectively. The presence or absence of deterioration can be determined.

なお、排気浄化装置24において、NSR触媒26及びSCR触媒28の両者が同時に劣化することも考えられる。この場合、リーン条件下では、NSR触媒26のNOx吸蔵量がすぐに飽和するため、NSR触媒26におけるNOx浄化率が低下し、SCR触媒28のNH吸着量が低下しているため、SCR触媒28におけるNOx浄化率も低下する。他方、SCR触媒28に吸着したNHはNOxの還元により消費されるため、NHはほとんど排出されない。よって、NSR触媒26及びSCR触媒28の両者が同時に劣化した場合、リーン条件下でのNOxセンサ14の出力信号の積算値LIは、図3中の領域(A)〜(C)に比較して大幅に増加する。 In the exhaust purification device 24, it is also conceivable that both the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 deteriorate simultaneously. In this case, since the NOx occlusion amount of the NSR catalyst 26 is saturated immediately under lean conditions, the NOx purification rate in the NSR catalyst 26 is reduced, and the NH 3 adsorption amount of the SCR catalyst 28 is reduced. The NOx purification rate at 28 also decreases. On the other hand, since NH 3 adsorbed on the SCR catalyst 28 is consumed by the reduction of NOx, NH 3 is hardly discharged. Therefore, when both the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 deteriorate at the same time, the integrated value LI of the output signal of the NOx sensor 14 under the lean condition is compared with the regions (A) to (C) in FIG. Increase significantly.

それに対して排気がリッチである場合、NSR触媒26に流入する排気中のNOx濃度はごく低く、また、NSR触媒26に吸蔵されたNOxは排気中の還元剤成分によってNに還元されるため、NSR触媒26及びSCR触媒28からNOxは殆ど排出されない。他方、NSR触媒26での副生成物として生成されるNHは、SCR触媒28に少量吸着されるが、SCR触媒28のNH吸着量がすぐに飽和して、SCR触媒28より下流側にNHが排出される。よって、NSR触媒26及びSCR触媒28の両者が同時に劣化した場合、リッチ条件下でのNOxセンサ14の出力信号の積算値RIは、図3中の領域(A)及び(B)に対して増加し、領域(C)と同程度となる。 On the other hand, when the exhaust gas is rich, the NOx concentration in the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 is very low, and the NOx occluded in the NSR catalyst 26 is reduced to N 2 by the reducing agent component in the exhaust gas. NOx is hardly discharged from the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28. On the other hand, a small amount of NH 3 produced as a by-product in the NSR catalyst 26 is adsorbed by the SCR catalyst 28. However, the amount of NH 3 adsorbed by the SCR catalyst 28 is immediately saturated, and is further downstream than the SCR catalyst 28. NH 3 is discharged. Therefore, when both the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 deteriorate at the same time, the integrated value RI of the output signal of the NOx sensor 14 under the rich condition increases with respect to the regions (A) and (B) in FIG. However, it becomes almost the same as the region (C).

結果として、NSR触媒26及びSCR触媒28の両者が劣化した排気浄化装置24の場合、積算値RI及びLIからなる座標(RI,LI)は、領域(C)の更に上方に移動した領域内に分布することになる。本実施形態に係る劣化診断装置10では、例えば、領域(C)と、NSR触媒26及びSCR触媒28の両者が劣化した場合に座標(RI,LI)が分布することになる領域とを分ける閾値LIを予め決定しておき、次いで、本実施形態に係る劣化診断を実施して算出された積算値LIを閾値LIと対比することにより、NSR触媒26が正常であってSCR触媒28が劣化した場合と、NSR触媒26及びSCR触媒28の両者が劣化した場合とを判定することができる。 As a result, in the case of the exhaust gas purification device 24 in which both the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 have deteriorated, the coordinates (RI, LI) made up of the integrated values RI and LI are within the region moved further above the region (C). Will be distributed. In the deterioration diagnosis device 10 according to the present embodiment, for example, a threshold value that separates the region (C) from the region where the coordinates (RI, LI) are distributed when both the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 deteriorate. LI 1 is determined in advance, and then the integrated value LI calculated by performing the deterioration diagnosis according to the present embodiment is compared with the threshold value LI 1 so that the NSR catalyst 26 is normal and the SCR catalyst 28 is It is possible to determine when the deterioration has occurred and when both the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 have deteriorated.

図4を参照しながら、NOxセンサ14の出力信号の積算期間について説明する。図4は、本実施形態に係る劣化診断装置10による劣化診断における、NOxセンサ14の出力信号を示すグラフである。図4に示すグラフは、NSR触媒26が正常であり、SCR触媒28が劣化した排気浄化装置24におけるNOxセンサ14の出力信号をシミュレーションしたものである。図4には、NOxセンサ14の出力信号とともに、NSR触媒26に流入する排気のNOx濃度、NSR触媒26とSCR触媒28との間の排気のNOx濃度及びNH濃度についても示されている。 The accumulation period of the output signal of the NOx sensor 14 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a graph showing an output signal of the NOx sensor 14 in the deterioration diagnosis by the deterioration diagnosis apparatus 10 according to the present embodiment. The graph shown in FIG. 4 is a simulation of the output signal of the NOx sensor 14 in the exhaust purification device 24 in which the NSR catalyst 26 is normal and the SCR catalyst 28 is deteriorated. FIG. 4 also shows the NOx concentration of the exhaust flowing into the NSR catalyst 26, the NOx concentration of the exhaust between the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28, and the NH 3 concentration, together with the output signal of the NOx sensor 14.

診断部16が、積算値RIを算出するためにNOxセンサ14から出力する第1信号を積算する期間は、空燃比制御手段12により排気の空燃比がリッチ条件に制御されている期間であればよい。第1信号の積算期間は、例えば、空燃比制御手段12により当該制御が開始されてから当該制御が終了するまでの期間が望ましく、また、空燃比制御手段12により当該制御が開始されてから、当該制御の終了後所定時間TRが経過するまでの期間であってもよい。図4に示す通り、排気の空燃比がリッチ条件からリーン条件に変更された後であっても、所定時間TRが経過するまでは、NH等のリッチ条件下での生成物が引き続き排出されるためである。所定時間TRは、例えば0秒間以上5秒間以下である。 The period during which the diagnosis unit 16 integrates the first signal output from the NOx sensor 14 to calculate the integrated value RI is a period in which the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled to the rich condition by the air-fuel ratio control means 12. Good. The integration period of the first signal is preferably a period from the start of the control by the air-fuel ratio control means 12 to the end of the control, and after the control is started by the air-fuel ratio control means 12, It may be a period until a predetermined time TR elapses after the end of the control. As shown in FIG. 4, even after the air-fuel ratio of the exhaust gas is changed from the rich condition to the lean condition, the product under the rich condition such as NH 3 is continuously discharged until the predetermined time TR elapses. Because. The predetermined time TR is, for example, not less than 0 seconds and not more than 5 seconds.

積算値LIを算出するためにNOxセンサ14から出力する第2信号を積算する期間は、空燃比制御手段12により排気の空燃比がリーン条件に制御されている期間であればよいが、空燃比制御手段12により当該制御が開始されてから所定時間TLが経過した時に第2信号の積算を開始することが望ましい。NH等のリッチ条件下での生成物の排出が少なくなり、NOxセンサ14の出力信号が安定するためである。所定時間TLは、所定時間TRより大きく、例えば5秒間以上である。第2信号の積算期間の終端は特に制限されず、例えば、空燃比制御手段12により排気の空燃比がリーン条件からリッチ条件に変更された時に第2信号の積算を終了すればよい。 The period during which the second signal output from the NOx sensor 14 is integrated in order to calculate the integrated value LI may be a period in which the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled to the lean condition by the air-fuel ratio control means 12. It is desirable to start the integration of the second signal when a predetermined time TL has elapsed since the control by the control means 12 was started. This is because discharge of products under rich conditions such as NH 3 is reduced, and the output signal of the NOx sensor 14 is stabilized. The predetermined time TL is longer than the predetermined time TR, for example, 5 seconds or longer. The end of the integration period of the second signal is not particularly limited. For example, the integration of the second signal may be ended when the air-fuel ratio of the exhaust gas is changed from the lean condition to the rich condition by the air-fuel ratio control means 12.

図1に示す劣化診断装置10は、第1NOx濃度取得手段32、流量取得手段34、第1温度センサ36、第2温度センサ38及び第2NOx濃度取得手段40を備える。これらの各装置は、それぞれが取得したデータに基づく信号を診断部16に出力し、診断部16は、受信した各信号に基づき、各劣化診断の開始条件成立の確認、或いは、適正条件での劣化診断の実施等を実施する。   The degradation diagnosis apparatus 10 shown in FIG. 1 includes first NOx concentration acquisition means 32, flow rate acquisition means 34, first temperature sensor 36, second temperature sensor 38, and second NOx concentration acquisition means 40. Each of these devices outputs a signal based on the acquired data to the diagnosis unit 16, and the diagnosis unit 16 confirms whether the deterioration diagnosis start condition is satisfied based on each received signal, or under appropriate conditions. Conduct deterioration diagnosis.

第1NOx濃度取得手段32は、内燃機関20とNSR触媒26との間の排気通路22における排気中のNOx濃度を取得する。第1NOx濃度取得手段32は、例えば、内燃機関20の運転状態(回転速度、燃料噴射量等)、空燃比制御手段12により制御される排気の空燃比等に基づいて、NSR触媒26に流入する排気中のNOx濃度を推定するように構成されていてもよい。また、第1NOx濃度取得手段32は排気通路22の内燃機関20とNSR触媒26との間に設けられたNOxセンサであってもよい。   The first NOx concentration acquisition means 32 acquires the NOx concentration in the exhaust in the exhaust passage 22 between the internal combustion engine 20 and the NSR catalyst 26. The first NOx concentration acquisition means 32 flows into the NSR catalyst 26 based on, for example, the operating state (rotational speed, fuel injection amount, etc.) of the internal combustion engine 20 and the air-fuel ratio of the exhaust controlled by the air-fuel ratio control means 12. You may be comprised so that the NOx density | concentration in exhaust_gas | exhaustion may be estimated. The first NOx concentration acquisition means 32 may be a NOx sensor provided between the internal combustion engine 20 and the NSR catalyst 26 in the exhaust passage 22.

流量取得手段34は、排気通路22を流れる排気の流量Qを取得する。流量取得手段34は、例えば公知の流量計であってもよい。流量取得手段34は、内燃機関20の吸入空気量センサであってもよく、その場合、流量Qは内燃機関20の吸入空気量に基づいて算出される。   The flow rate acquisition unit 34 acquires the flow rate Q of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 22. The flow rate acquisition means 34 may be a known flow meter, for example. The flow rate acquisition means 34 may be an intake air amount sensor of the internal combustion engine 20, in which case the flow rate Q is calculated based on the intake air amount of the internal combustion engine 20.

第1温度センサ36はNSR触媒26の下流側の排気通路22における排気の温度を検知し、第2温度センサ38はSCR触媒28の下流側の排気通路22における排気の温度を検知する。第1温度センサ36及び第2温度センサ38としては、熱電対、サーミスタ、あるいは赤外線温度センサ等が用いられる。第1温度センサ36及び第2温度センサ38は、検知したそれぞれの排気中の温度を示すデータを診断部16に出力する。診断部16は、第1温度センサ36の出力値に基づいてNSR触媒26の床温を推定し、また、第2温度センサ38の出力値に基づいてSCR触媒28の床温を推定することができる。   The first temperature sensor 36 detects the temperature of the exhaust gas in the exhaust passage 22 downstream of the NSR catalyst 26, and the second temperature sensor 38 detects the temperature of the exhaust gas in the exhaust passage 22 downstream of the SCR catalyst 28. As the first temperature sensor 36 and the second temperature sensor 38, a thermocouple, a thermistor, an infrared temperature sensor, or the like is used. The first temperature sensor 36 and the second temperature sensor 38 output data indicating the detected temperatures in the exhaust gas to the diagnosis unit 16. The diagnosis unit 16 may estimate the bed temperature of the NSR catalyst 26 based on the output value of the first temperature sensor 36, and may estimate the bed temperature of the SCR catalyst 28 based on the output value of the second temperature sensor 38. it can.

第2NOx濃度取得手段40は、NSR触媒26とSCR触媒28との間の排気通路22における排気中のNOx濃度を取得する。第2NOx濃度取得手段40は、例えば、内燃機関20の運転状態、空燃比制御手段12により制御される排気の空燃比、第1温度センサ36の出力値に基づいて推定したNSR触媒26の床温度、及び、予め取得された正常状態のNSR触媒26のNOx吸蔵速度等に基づいて、NSR触媒26とSCR触媒28との間の排気のNOx濃度を推定するように構成されていてもよい。また、第2NOx濃度取得手段40はNSR触媒26とSCR触媒28との間に設けられたNOxセンサであってもよい。   The second NOx concentration acquisition means 40 acquires the NOx concentration in the exhaust gas in the exhaust passage 22 between the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28. The second NOx concentration acquisition means 40 is, for example, the bed temperature of the NSR catalyst 26 estimated based on the operating state of the internal combustion engine 20, the air-fuel ratio of the exhaust controlled by the air-fuel ratio control means 12, and the output value of the first temperature sensor 36. The NOx concentration of the exhaust gas between the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 may be estimated based on the NOx occlusion speed of the NSR catalyst 26 in the normal state acquired in advance. Further, the second NOx concentration acquisition means 40 may be a NOx sensor provided between the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28.

本実施形態に係る劣化診断装置10において、診断部16は、流量取得手段34により取得された排気通路22内部の流量Q、第1NOx濃度取得手段32により取得されたNSR触媒26に流入する排気のNOx濃度C1、及び、第2NOx濃度取得手段40により取得されたNSR触媒26から排出される排気のNOx濃度C2に基づいて、NSR触媒26が現に吸蔵しているNOx吸蔵量Stを推定する。これにより推定されるNSR触媒26のNOx吸蔵量Stは、例えば、NSR触媒26のNOx吸蔵能を回復するための空燃比制御手段12による排気の空燃比の制御(リッチスパイク)、或いは、後述のより適切な劣化診断のための劣化診断の実施可否の判定等に用いられる。   In the deterioration diagnosis device 10 according to the present embodiment, the diagnosis unit 16 detects the flow rate Q inside the exhaust passage 22 acquired by the flow rate acquisition unit 34 and the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 acquired by the first NOx concentration acquisition unit 32. Based on the NOx concentration C1 and the NOx concentration C2 of the exhaust discharged from the NSR catalyst 26 acquired by the second NOx concentration acquisition means 40, the NOx storage amount St currently stored in the NSR catalyst 26 is estimated. The NOx occlusion amount St of the NSR catalyst 26 estimated thereby is, for example, control of the air-fuel ratio (rich spike) of the exhaust by the air-fuel ratio control means 12 for recovering the NOx occlusion capacity of the NSR catalyst 26, or described later This is used to determine whether or not to perform deterioration diagnosis for more appropriate deterioration diagnosis.

本実施形態に係る劣化診断装置10を用いて、NOxセンサ14の出力信号の積算値RI及びLIを算出し、算出した積算値RI及びLIを閾値RI及びLIと対比してNSR触媒26及びSCR触媒28の劣化を診断する劣化診断方法において、リーン空燃比での運転時間が短く、第1信号(空燃比がリッチ条件に制御されたときにNOxセンサ14が出力する信号)の積算開始時におけるNSR触媒26が吸蔵したNOx吸蔵量St(以下「NOx吸蔵量Stf」ともいう)が少ない場合、閾値LIの設定が困難となる場合がある。なぜなら、NOx吸蔵量Stfが少ないと、空燃比がリッチ条件に制御されたときにNSR触媒26から排出されるNH量が少なくなり、SCR触媒28に吸着されるNH量も少なくなる。すると、NSR触媒26及びSCR触媒28がいずれも正常であっても、SCR触媒28でのNOx浄化率が低くなり、結果として積算値LIが大きくなる。他方、NSR触媒26が異常劣化し、SCR触媒28が正常であるときは、SCR触媒28の初期NH吸着量が飽和状態であると、異常劣化したNSR触媒26が吸蔵できなかったNOxは、SCR触媒28で浄化されるため、積算値LIが小さくなる。この結果、NSR触媒26及びSCR触媒28がいずれも正常であるときの積算値LIと、NSR触媒26が異常劣化し、SCR触媒28が正常であるときの積算値LIとの差が小さくなるためである。 Using the deterioration diagnosis device 10 according to the present embodiment, the integrated values RI and LI of the output signal of the NOx sensor 14 are calculated, and the calculated integrated values RI and LI are compared with the threshold values RI 0 and LI 0 to thereby calculate the NSR catalyst 26. In the deterioration diagnosis method for diagnosing deterioration of the SCR catalyst 28, the operation time at the lean air-fuel ratio is short, and the integration of the first signal (the signal output from the NOx sensor 14 when the air-fuel ratio is controlled to the rich condition) is started. When the NOx occlusion amount St occluded by the NSR catalyst 26 at this time (hereinafter also referred to as “NOx occlusion amount Stf”) is small, it may be difficult to set the threshold LI 0 . This is because if the NOx occlusion amount Stf is small, the amount of NH 3 discharged from the NSR catalyst 26 when the air-fuel ratio is controlled to a rich condition decreases, and the amount of NH 3 adsorbed by the SCR catalyst 28 also decreases. Then, even if both the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 are normal, the NOx purification rate in the SCR catalyst 28 decreases, and as a result, the integrated value LI increases. On the other hand, when the NSR catalyst 26 is abnormally deteriorated and the SCR catalyst 28 is normal, if the initial NH 3 adsorption amount of the SCR catalyst 28 is saturated, NOx that the abnormally deteriorated NSR catalyst 26 could not occlude is Since it is purified by the SCR catalyst 28, the integrated value LI becomes small. As a result, the difference between the integrated value LI when the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 are both normal and the integrated value LI when the NSR catalyst 26 is abnormally deteriorated and the SCR catalyst 28 is normal is small. It is.

図5は、図1に示す劣化診断装置10による劣化診断結果であって、積算値LIの積算期間が短く、NOx吸蔵量Stfが少ない場合の劣化診断結果を示すグラフである。図5には、NSR触媒26及びSCR触媒28の劣化の有無がそれぞれ異なる排気浄化装置24に対して、図1に示す劣化診断装置10を用いて劣化診断を行った場合の積算値RI及びLIの分布が示されている。図5中の領域(X)で示すように、NSR触媒26が劣化してSCR触媒28が正常である三角印(△)の分布の下方側(NH初期吸着量が多いもの)が、NSR触媒及びSCR触媒ともに正常である丸印(○)の分布と近接するため、閾値LIの設定が困難になる。 FIG. 5 is a graph showing the deterioration diagnosis result obtained by the deterioration diagnosis apparatus 10 shown in FIG. 1 and showing the deterioration diagnosis result when the integration period of the integrated value LI is short and the NOx occlusion amount Stf is small. FIG. 5 shows the integrated values RI and LI when the deterioration diagnosis is performed using the deterioration diagnosis device 10 shown in FIG. 1 with respect to the exhaust gas purification device 24 in which the presence or absence of deterioration of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 is different. The distribution of is shown. As indicated by a region (X) in FIG. 5, the lower side of the distribution of triangle marks (Δ) where the NSR catalyst 26 is deteriorated and the SCR catalyst 28 is normal (the NH 3 initial adsorption amount is large) is NSR. to close the distribution of circle is normal to both the catalyst and the SCR catalyst (○), the setting of the threshold LI 0 is difficult.

また、図5中の領域(Y)で示すように、SCR触媒28が劣化してNSR触媒26が正常である四角印(□)の分布の左方側(NH初期吸着量が少ないもの)が、NSR触媒26が劣化してSCR触媒28が正常である三角印(△)の分布と近接するため、閾値RIの設定も困難になる。これは、NOx吸蔵量Stfが少ないと、リッチ条件下でのNSR触媒26からのNOx放出量、ひいては副生成物のNH生成量が少なくなり、NH初期吸着量の少ないSCR触媒28に吸着される結果、NOxセンサ14検知時での排気中のNH濃度が小さくなり、座標(RI,LI)が左方に移動するためと考えられる。 Further, as indicated by a region (Y) in FIG. 5, the left side of the distribution of square marks (□) where the SCR catalyst 28 is deteriorated and the NSR catalyst 26 is normal (the NH 3 initial adsorption amount is small) However, since the NSR catalyst 26 is deteriorated and the SCR catalyst 28 is close to the distribution of triangle marks (Δ), it is difficult to set the threshold value RI 0 . This is because if the NOx occlusion amount Stf is small, the amount of NOx released from the NSR catalyst 26 under rich conditions, and hence the amount of NH 3 produced as a by-product, is reduced, and adsorbed on the SCR catalyst 28 having a small initial amount of NH 3 adsorption As a result, it is considered that the NH 3 concentration in the exhaust gas when the NOx sensor 14 is detected becomes small, and the coordinates (RI, LI) move to the left.

それに対して、図2に示す実施形態では、NOxセンサ14が、SCR触媒28の内部における排気の流れに沿った方向の全長に対して50%付近の位置に設けられている。劣化診断装置10において、NOxセンサ14を図2に示すようにSCR触媒28の内部に設ける場合、図1に示すようにSCR触媒28の下流側の排気通路22に設ける場合と比較して、より適切な劣化診断を実施できるNOx吸蔵量Stfの範囲の下限を低くすることができる。これは、SCR触媒28の内部にNOxセンサ14を設けることで、SCR触媒28の上流端からNOxセンサ14までの間に存在するSCR触媒28成分の量を低減し、NH飽和吸着量を低下させたことに起因する。 On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 2, the NOx sensor 14 is provided at a position near 50% with respect to the total length in the direction along the exhaust flow inside the SCR catalyst 28. In the deterioration diagnosis apparatus 10, when the NOx sensor 14 is provided inside the SCR catalyst 28 as shown in FIG. 2, it is more compared with the case where it is provided in the exhaust passage 22 on the downstream side of the SCR catalyst 28 as shown in FIG. The lower limit of the range of the NOx occlusion amount Stf at which appropriate deterioration diagnosis can be performed can be lowered. This is because by providing the NOx sensor 14 inside the SCR catalyst 28, the amount of the SCR catalyst 28 component existing between the upstream end of the SCR catalyst 28 and the NOx sensor 14 is reduced, and the NH 3 saturated adsorption amount is reduced. It is caused by having made it.

図6は、図2に示す劣化診断装置10による劣化診断結果であって、NOx吸蔵量Stfが少ない場合の劣化診断結果を示すグラフである。図6には、NSR触媒26及びSCR触媒28の劣化の有無がそれぞれ異なる排気浄化装置24に対して、図2に示す劣化診断装置10を用いて劣化診断を行った場合の積算値RI及びLIの分布が示されている。NOxセンサ14をSCR触媒28の内部に設けて、SCR触媒28の上流端からNOxセンサ14までの間に存在するSCR触媒28成分量が低減することで、NH飽和吸着量が低下すると、SCR触媒28のNH初期吸着量の最大値も低下するため、図6に示す三角印(△)の分布の下端は、図5に示す三角印(△)の分布の下端に対して上方に移動したものとなる。これにより、領域(A)と領域(B)との近接を回避して、閾値LIの設定を行えるようになる。また、SCR触媒28のNH飽和吸着量が低下すれば、SCR触媒28のNH初期吸着量が少ない場合であっても、リッチ条件下でNSR触媒26から生成したNHによりSCR触媒28が短時間で飽和するため、図6に示す四角印(□)の分布の左端は、図5に示す四角印(□)の分布の左端に対して、右方に移動したものとなる。これにより、領域(B)と領域(C)との近接を回避して、閾値RIの設定を行えるようになる。 FIG. 6 is a graph showing the deterioration diagnosis result obtained by the deterioration diagnosis apparatus 10 shown in FIG. 2 and the deterioration diagnosis result when the NOx occlusion amount Stf is small. FIG. 6 shows the integrated values RI and LI when the deterioration diagnosis is performed using the deterioration diagnosis device 10 shown in FIG. 2 for the exhaust purification device 24 in which the presence or absence of deterioration of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 is different. The distribution of is shown. When the NO 3 sensor 14 is provided inside the SCR catalyst 28 and the amount of the SCR catalyst 28 component existing between the upstream end of the SCR catalyst 28 and the NO x sensor 14 is reduced, the NH 3 saturated adsorption amount is reduced. Since the maximum value of the NH 3 initial adsorption amount of the catalyst 28 also decreases, the lower end of the distribution indicated by the triangle (Δ) shown in FIG. 6 moves upward relative to the lower end of the distribution indicated by the triangle (Δ) shown in FIG. Will be. Thus, to avoid proximity region (A) and region (B), it will allow the setting of the threshold LI 0. Further, if the NH 3 saturated adsorption amount of the SCR catalyst 28 is decreased, the SCR catalyst 28 is caused by NH 3 generated from the NSR catalyst 26 under the rich condition even if the NH 3 initial adsorption amount of the SCR catalyst 28 is small. Since it is saturated in a short time, the left end of the distribution of square marks (□) shown in FIG. 6 is moved to the right with respect to the left end of the distribution of square marks (□) shown in FIG. As a result, the threshold RI 0 can be set while avoiding the proximity of the region (B) and the region (C).

上記の通り、NOxセンサ14をSCR触媒28の内部に設けることで、劣化診断を実施できるNOx吸蔵量Stfの範囲の下限が低くなれば、NSR触媒26に吸蔵されたNOxを還元するリッチスパイクを長期間休止させる必要がなく、適切なタイミングで劣化診断を実施することができ、更には、排気系統からの排出ガスの悪化を抑制することが可能となる。   As described above, by providing the NOx sensor 14 inside the SCR catalyst 28, if the lower limit of the NOx occlusion amount Stf in which the deterioration diagnosis can be performed becomes low, a rich spike that reduces NOx occluded in the NSR catalyst 26 is generated. It is not necessary to pause for a long period of time, deterioration diagnosis can be performed at an appropriate timing, and further deterioration of exhaust gas from the exhaust system can be suppressed.

図7は、本実施形態に係る劣化診断装置10の他の例を示す構成概略図である。図7に示す劣化診断装置10は、NOxセンサ14が排気のNOx濃度を検知する間、NSR触媒26及びSCR触媒28の触媒床温度をそれぞれ上昇させる第1加熱手段42及び第2加熱手段44を備える。第1加熱手段42及び第2加熱手段44は触媒床温度を上昇させる機能を有する公知のヒーター等であればよい。第1加熱手段42によりNSR触媒26の触媒床温度が上昇すると、それに伴ってNSR触媒26のNOx飽和吸蔵量は低下する。また、第2加熱手段44によりSCR触媒28の触媒床温度が上昇すると、それに伴ってSCR触媒28のNH飽和吸着量は低下する。従って、図7に示す劣化診断装置10は、NOxセンサ14が排気のNOx濃度を検知する間NSR触媒26及びSCR触媒28の触媒床温度を上昇させることで、図2に示す劣化診断装置10と同様の原理により、図1に示す劣化診断装置10に比較して、より適切な劣化診断を実施できるNOx吸蔵量Stfの範囲の下限を低くすることができる。これにより、NSR触媒26に吸蔵されたNOxを還元するリッチスパイクを長期間休止させる必要がなく、適切なタイミングで劣化診断を実施することができ、更には、排気系統からの排出ガスの悪化を抑制することが可能となる。 FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating another example of the deterioration diagnosis apparatus 10 according to the present embodiment. 7 includes first heating means 42 and second heating means 44 that increase the catalyst bed temperatures of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28, respectively, while the NOx sensor 14 detects the NOx concentration of the exhaust gas. Prepare. The 1st heating means 42 and the 2nd heating means 44 should just be a well-known heater etc. which have the function to raise a catalyst bed temperature. When the catalyst bed temperature of the NSR catalyst 26 is increased by the first heating means 42, the NOx saturated occlusion amount of the NSR catalyst 26 is decreased accordingly. Further, when the catalyst bed temperature of the SCR catalyst 28 is increased by the second heating means 44, the NH 3 saturated adsorption amount of the SCR catalyst 28 is decreased accordingly. Therefore, the deterioration diagnosis apparatus 10 shown in FIG. 7 increases the catalyst bed temperatures of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 while the NOx sensor 14 detects the NOx concentration of the exhaust gas, so that the deterioration diagnosis apparatus 10 shown in FIG. Based on the same principle, the lower limit of the range of the NOx occlusion amount Stf in which more appropriate deterioration diagnosis can be performed can be made lower than that of the deterioration diagnosis device 10 shown in FIG. As a result, it is not necessary to suspend the rich spike that reduces NOx stored in the NSR catalyst 26 for a long period of time, and deterioration diagnosis can be performed at an appropriate timing. Further, deterioration of exhaust gas from the exhaust system can be reduced. It becomes possible to suppress.

図1に戻り、図1に示す劣化診断装置10における診断部16は、NSR触媒26が現に吸蔵しているNOx吸蔵量Stを推定するが、推定されたNSR触媒26のNOx吸蔵量Stの値と実際のNOx吸蔵量Strが異なる場合がある。図8は、図1に示す劣化診断装置10による劣化診断結果の他の例を示すグラフである。図8には、診断部16により推定されたNSR触媒26のNOx吸蔵量Stと実際のNOx吸蔵量Strが異なる場合の積算値RI及びLIの分布が示されている。   Returning to FIG. 1, the diagnosis unit 16 in the deterioration diagnosis apparatus 10 shown in FIG. 1 estimates the NOx occlusion amount St that the NSR catalyst 26 actually occludes, but the estimated value of the NOx occlusion amount St of the NSR catalyst 26. And the actual NOx occlusion amount Str may differ. FIG. 8 is a graph showing another example of the deterioration diagnosis result by the deterioration diagnosis apparatus 10 shown in FIG. FIG. 8 shows distributions of the integrated values RI and LI when the NOx storage amount St of the NSR catalyst 26 estimated by the diagnosis unit 16 is different from the actual NOx storage amount Str.

NOx吸蔵量Stと比較してNOx吸蔵量Strが小さい場合(図8中の、領域(B)内のアスタリスク(*)及び領域(C)内のX印(×))、排気がリッチ条件に制御されたときのNSR触媒26から排出されるNHの量が少なくなるため、NOxセンサ14出力信号の積算値RI(横軸)が低下する傾向にある。また、排気がリーン条件に制御されたときのNOxセンサ14出力信号の積算値LI(縦軸)については、NSR触媒26が劣化した領域(B)において、NOx飽和吸蔵量の低下、及び、NOx吸蔵量StとNOx吸蔵量Strとの差に伴って変動したものもあるが、全体として大きな変動は見られない。よって、図8に示すように、NOx吸蔵量Stと比較してNOx吸蔵量Strが小さい場合、分布領域が左側に移動する傾向が見られるものの、領域(A)〜(C)はいずれも良好に分離するため、積算値RI及びLIを閾値RI及びLIと対比してNSR触媒26及びSCR触媒28の劣化を診断する劣化診断が可能である。 When the NOx occlusion amount Str is smaller than the NOx occlusion amount St (in FIG. 8, the asterisk (*) in the region (B) and the X mark (x) in the region (C)), the exhaust is in a rich condition. Since the amount of NH 3 discharged from the NSR catalyst 26 when controlled is reduced, the integrated value RI (horizontal axis) of the NOx sensor 14 output signal tends to decrease. Further, regarding the integrated value LI (vertical axis) of the NOx sensor 14 output signal when the exhaust gas is controlled to the lean condition, in the region (B) where the NSR catalyst 26 has deteriorated, the NOx saturation occlusion amount decreases, and the NOx Although there are some that fluctuate with the difference between the storage amount St and the NOx storage amount Str, there is no significant change as a whole. Therefore, as shown in FIG. 8, when the NOx occlusion amount Str is smaller than the NOx occlusion amount St, the distribution region tends to move to the left side, but the regions (A) to (C) are all good. Therefore, the deterioration diagnosis for diagnosing the deterioration of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 by comparing the integrated values RI and LI with the threshold values RI 0 and LI 0 is possible.

NOx吸蔵量Stと比較してNOx吸蔵量Strが大きい場合(図8中の、領域(B)内の黒菱印(◆)及び領域(C)内の黒丸印(●))についても同様であり、図8に示すように、分布領域が右側に移動する傾向が見られるものの、領域(A)〜(C)はいずれも良好に分離するため、積算値RI及びLIを閾値RI及びLIと対比してNSR触媒26及びSCR触媒28の劣化を診断する劣化診断が可能である。上記の通り、診断部16により推定されたNSR触媒26のNOx吸蔵量Stと実際のNOx吸蔵量Strに差が生じた場合においても、本実施形態に係る劣化診断装置10は、NSR触媒26及びSCR触媒28のそれぞれにおける劣化の有無を判定することができる。 The same applies to the case where the NOx occlusion amount Str is larger than the NOx occlusion amount St (the black diamond (♦) in the region (B) and the black circle (●) in the region (C) in FIG. 8). Yes, as shown in FIG. 8, although the distribution region tends to move to the right side, the regions (A) to (C) are all well separated, so the integrated values RI and LI are set to the threshold values RI 0 and LI. A deterioration diagnosis for diagnosing the deterioration of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 in comparison with 0 is possible. As described above, even when there is a difference between the NOx occlusion amount St of the NSR catalyst 26 estimated by the diagnosis unit 16 and the actual NOx occlusion amount Str, the degradation diagnosis device 10 according to this embodiment includes the NSR catalyst 26 and The presence or absence of deterioration in each of the SCR catalysts 28 can be determined.

本実施形態に係る劣化診断装置10を用いた劣化診断においては、診断部16により推定されたNSR触媒26のNOx吸蔵量Stを用いる場合は特に、劣化診断を複数回実施して、複数の劣化診断結果の平均値等に基づいて、NSR触媒26及びSCR触媒28における劣化の有無について最終判断することが望ましい。   In the deterioration diagnosis using the deterioration diagnosis apparatus 10 according to the present embodiment, particularly when the NOx occlusion amount St of the NSR catalyst 26 estimated by the diagnosis unit 16 is used, the deterioration diagnosis is performed a plurality of times, and a plurality of deteriorations are performed. It is desirable to make a final determination as to whether or not the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 are deteriorated based on the average value of the diagnosis results.

本実施形態に係る劣化診断装置10を用いた劣化診断の実施に支障が生じるもので無い限り、排気通路22には他の装置が設けられていてもよい。例えば、内燃機関20がディーゼルエンジンである場合、排気中に含まれるHCやCOを酸化する酸化触媒、及び、排気中に含まれる煤等の微粒子(PM)を捕集する機能を有するパティキュレートフィルタを、NSR触媒26より上流側の排気通路22に設けていてもよい。   As long as the deterioration diagnosis using the deterioration diagnosis device 10 according to the present embodiment is not hindered, another device may be provided in the exhaust passage 22. For example, when the internal combustion engine 20 is a diesel engine, an oxidation catalyst that oxidizes HC and CO contained in the exhaust, and a particulate filter having a function of collecting particulates (PM) such as soot contained in the exhaust May be provided in the exhaust passage 22 upstream of the NSR catalyst 26.

図9は、本実施形態に係る劣化診断装置10が行う排気浄化装置24の劣化診断のフローを示したフローチャートである。以下、図1を参照しつつ、図9のフローチャートの各ステップについて説明する。なお、当該劣化診断は、所定の期間が経過する毎に実施される。また、リッチスパイクが実施されていないときはNSR触媒26に流入する排気がリーン条件に制御されているものとする。   FIG. 9 is a flowchart showing a flow of deterioration diagnosis of the exhaust purification device 24 performed by the deterioration diagnosis device 10 according to the present embodiment. Hereinafter, each step of the flowchart of FIG. 9 will be described with reference to FIG. The deterioration diagnosis is performed every time a predetermined period elapses. Further, it is assumed that the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 is controlled to the lean condition when the rich spike is not performed.

ステップS102では、排気浄化装置24の劣化診断の開始条件が成立したか否かを判定する。この劣化診断の開始条件は、例えば、NSR触媒26及びSCR触媒28の各床温が活性温度以上となっていること、内燃機関20の吸入空気量が所定範囲内であること、内燃機関20の運転状態が定常運転もしくは短時間で定常となる準定常状態であること等である。NSR触媒26の床温は第1温度センサ36の出力値に基づいて推定可能である。また、SCR触媒28の温度は第2温度センサ38の出力値に基づいて推定可能である。ステップS102で開始条件が成立したと判定されれば、ステップS104に進む。ステップS102で開始条件が成立しないと判定されれば、本処理を終了し、所定期間経過後に劣化診断を再度実施する。   In step S102, it is determined whether or not a deterioration diagnosis start condition for the exhaust purification device 24 is satisfied. The deterioration diagnosis start condition is, for example, that the bed temperatures of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 are equal to or higher than the activation temperature, the intake air amount of the internal combustion engine 20 is within a predetermined range, For example, the operation state is a steady operation or a quasi-steady state that becomes steady in a short time. The bed temperature of the NSR catalyst 26 can be estimated based on the output value of the first temperature sensor 36. Further, the temperature of the SCR catalyst 28 can be estimated based on the output value of the second temperature sensor 38. If it is determined in step S102 that the start condition is satisfied, the process proceeds to step S104. If it is determined in step S102 that the start condition is not satisfied, the present process is terminated, and the deterioration diagnosis is performed again after a predetermined period.

ステップS104では、空燃比制御手段12により、NSR触媒26に流入する排気の空燃比がリッチ条件に制御されるリッチスパイクが開始される。これにより、NSR触媒26に流入する排気は理論空燃比より低いリッチ雰囲気となり、NSR触媒26が吸蔵しているNOxが完全に還元される。   In step S104, a rich spike is started in which the air-fuel ratio control means 12 controls the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 to a rich condition. As a result, the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 becomes a rich atmosphere lower than the stoichiometric air-fuel ratio, and NOx stored in the NSR catalyst 26 is completely reduced.

ステップS106では、ステップS104のリッチスパイクが完了したか否か、即ち、リッチスパイクが所定の期間継続したか否かを判定する。ステップS104においてリッチスパイクの継続期間は、例えば、内燃機関20における燃料噴射量、NSR触媒26の推定NOx吸蔵量等から算出される。ステップS106でリッチスパイクが完了していないと判定されれば、ステップS106の処理を繰り返す。つまり、所定の時間が経過するまでリッチスパイクは継続される。ステップS106でリッチスパイクが完了したと判定されれば、空燃比制御手段12によりNSR触媒26に流入する排気の空燃比がリーン条件に制御され、ステップS108に進む。   In step S106, it is determined whether or not the rich spike in step S104 has been completed, that is, whether or not the rich spike has continued for a predetermined period. In step S104, the duration of the rich spike is calculated from, for example, the fuel injection amount in the internal combustion engine 20, the estimated NOx storage amount of the NSR catalyst 26, and the like. If it is determined in step S106 that the rich spike has not been completed, the process of step S106 is repeated. That is, the rich spike is continued until a predetermined time has elapsed. If it is determined in step S106 that the rich spike has been completed, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 is controlled to a lean condition by the air-fuel ratio control means 12, and the process proceeds to step S108.

ステップS108では、排気の空燃比がリーン条件に制御されているときにNSR触媒26に吸蔵されるNOx吸蔵量Stが算出される。NOx吸蔵量Stの算出のため、流量取得手段34により排気通路22内部の流量Qが取得される。また、NOx濃度取得手段により内燃機関20の運転状態に基づいてNSR触媒26上流の推定NOx濃度C1の値が取得される。さらに、内燃機関20の運転状態と、第1温度センサ出力値に基づいて推定したNSR触媒26床温と、予め取得された正常状態のNSR触媒26のNOx吸蔵速度とに基づいて、NSR触媒26下流かつSCR触媒28上流の推定NOx濃度C2の値が取得される。NSR触媒26上流の推定NOx濃度C1及びNSR触媒26下流の推定NOx濃度C2との差、及び流量Qに基づいて、NSR触媒26のNOx吸蔵量Stが算出される。なお、推定NOx濃度C1及びC2は、それぞれ第1NOx濃度取得手段32及び第2NOx濃度取得手段40からの値を用いてもよい。   In step S108, the NOx storage amount St stored in the NSR catalyst 26 when the air-fuel ratio of the exhaust is controlled to the lean condition is calculated. In order to calculate the NOx occlusion amount St, the flow rate acquisition means 34 acquires the flow rate Q inside the exhaust passage 22. Further, the estimated NOx concentration C1 upstream of the NSR catalyst 26 is acquired by the NOx concentration acquisition means based on the operating state of the internal combustion engine 20. Furthermore, based on the operating state of the internal combustion engine 20, the bed temperature of the NSR catalyst 26 estimated based on the output value of the first temperature sensor, and the NOx occlusion speed of the NSR catalyst 26 in the normal state acquired in advance, the NSR catalyst 26 A value of the estimated NOx concentration C2 downstream and upstream of the SCR catalyst 28 is acquired. Based on the difference between the estimated NOx concentration C1 upstream of the NSR catalyst 26 and the estimated NOx concentration C2 downstream of the NSR catalyst 26 and the flow rate Q, the NOx occlusion amount St of the NSR catalyst 26 is calculated. The estimated NOx concentrations C1 and C2 may be values from the first NOx concentration acquisition unit 32 and the second NOx concentration acquisition unit 40, respectively.

ステップS110では、NSR触媒26のNOx吸蔵量Stが所定値St1以上であるか否かを判定する。所定値St1は、NSR触媒26の劣化診断が可能な程度のNOx吸蔵量として、予め実験等により定められた値である。NSR触媒26が劣化してNOx飽和吸蔵量が低下していても、NSR触媒26のNOx吸蔵量Stが少なければ、NOxセンサ14の出力信号に変化が現れずNSR触媒26の劣化診断が困難となる。そのため、ステップS110では、NOx吸蔵量Stが所定値St1以上となり、NSR触媒26の劣化診断が可能になったことの確認を行う。NOx吸蔵量Stが所定値St1より小さいと判定されれば、リーン運転を継続し、ステップS108を再度実施する。NOx吸蔵量Stが所定値St1以上であると判定されれば、ステップS112に進む。   In step S110, it is determined whether or not the NOx occlusion amount St of the NSR catalyst 26 is equal to or greater than a predetermined value St1. The predetermined value St1 is a value determined in advance by experiments or the like as the NOx occlusion amount that allows the deterioration diagnosis of the NSR catalyst 26 to be performed. Even if the NSR catalyst 26 deteriorates and the NOx saturation storage amount decreases, if the NOx storage amount St of the NSR catalyst 26 is small, the output signal of the NOx sensor 14 does not change and it is difficult to diagnose the deterioration of the NSR catalyst 26. Become. Therefore, in step S110, it is confirmed that the NOx occlusion amount St is equal to or greater than the predetermined value St1, and that the deterioration diagnosis of the NSR catalyst 26 is possible. If it is determined that the NOx occlusion amount St is smaller than the predetermined value St1, the lean operation is continued and step S108 is performed again. If it is determined that the NOx occlusion amount St is equal to or greater than the predetermined value St1, the process proceeds to step S112.

ステップS112では、NSR触媒26のNOx吸蔵量Stが所定値St2以下であるか否かを判定する。所定値St2としては、例えば、NSR触媒26のNOx飽和吸蔵量またはこれに近い値を定めることができる。NOx吸蔵量Stが所定値St2より大きいと判定されれば、本処理を終了し、所定期間経過後に劣化診断を再度実施する。NSR触媒26のNOx吸蔵量Stが所定値St2を超える場合、NSR触媒26のNOx吸蔵量Stの算出過程において何らかの誤りが生じ、精確な劣化診断を実施できない可能性が高いためである。NOx吸蔵量Stが所定値St2以下であると判定されれば、ステップS114に進む。   In step S112, it is determined whether or not the NOx occlusion amount St of the NSR catalyst 26 is equal to or less than a predetermined value St2. As the predetermined value St2, for example, the NOx saturated occlusion amount of the NSR catalyst 26 or a value close to this can be determined. If it is determined that the NOx occlusion amount St is larger than the predetermined value St2, the present process is terminated, and the deterioration diagnosis is performed again after a predetermined period. This is because when the NOx occlusion amount St of the NSR catalyst 26 exceeds the predetermined value St2, there is a high possibility that some kind of error occurs in the process of calculating the NOx occlusion amount St of the NSR catalyst 26 and accurate deterioration diagnosis cannot be performed. If it is determined that the NOx occlusion amount St is equal to or less than the predetermined value St2, the process proceeds to step S114.

ステップS114では、NOxセンサ14の出力信号の積算値がゼロにされる。ステップS116では、空燃比制御手段12により、NSR触媒26に流入する排気の空燃比がリッチ条件に制御されるリッチスパイクが開始される。ステップS118では、モニタされているNOxセンサ14の出力信号を微小時間毎に積算する処理が開始される。ステップS118におけるNOxセンサ14の出力信号の積算の開始は、例えば、リッチスパイクの開始と同時である。   In step S114, the integrated value of the output signal of the NOx sensor 14 is set to zero. In step S116, a rich spike is started in which the air-fuel ratio control means 12 controls the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 to a rich condition. In step S118, the process of integrating the output signal of the monitored NOx sensor 14 every minute time is started. The start of integration of the output signal of the NOx sensor 14 in step S118 is, for example, simultaneously with the start of the rich spike.

ステップS120では、ステップS116のリッチスパイクが完了したか否か、即ち、リッチスパイクが所定の期間継続したか否かを判定する。ステップS120でリッチスパイクが完了していないと判定されれば、ステップS120の処理を繰り返す。つまり、所定の時間が経過するまでリッチスパイクは継続され、その間、NOxセンサ14の出力信号が積算される。ステップS120でリッチスパイクが完了したと判定されれば、空燃比制御手段12によりNSR触媒26に流入する排気の空燃比がリーン条件に制御され、ステップS122に進む。   In step S120, it is determined whether or not the rich spike in step S116 has been completed, that is, whether or not the rich spike has continued for a predetermined period. If it is determined in step S120 that the rich spike has not been completed, the process of step S120 is repeated. That is, the rich spike is continued until a predetermined time elapses, during which the output signal of the NOx sensor 14 is integrated. If it is determined in step S120 that the rich spike has been completed, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 is controlled to a lean condition by the air-fuel ratio control means 12, and the process proceeds to step S122.

ステップS122では、NOxセンサ14の出力信号の積算が終了され、排気がリッチ条件に制御されたときにNOxセンサ14が出力する第1信号を積算して得られる第1積算値(積算値RI)が算出される。ステップS122におけるNOxセンサ14の出力信号の積算の終了は、例えば、リッチスパイクの完了と同時、または、リッチスパイクの完了から所定時間TRが経過した時点である。   In step S122, the integration of the output signal of the NOx sensor 14 is finished, and the first integrated value (integrated value RI) obtained by integrating the first signal output from the NOx sensor 14 when the exhaust is controlled to the rich condition. Is calculated. The completion of the integration of the output signal of the NOx sensor 14 in step S122 is, for example, at the same time as the completion of the rich spike or at the time when a predetermined time TR has elapsed from the completion of the rich spike.

ステップS124では、NOxセンサ14の出力信号の積算値がゼロにされる。ステップS126では、モニタされているNOxセンサ14の出力信号を微小時間毎に積算する処理が開始される。ステップS126におけるNOxセンサ14の出力信号の積算の開始は、例えば、リッチスパイクの終了から所定時間TL(但しTL>TRである)が経過した時点である。   In step S124, the integrated value of the output signal of the NOx sensor 14 is set to zero. In step S126, the process of integrating the output signal of the monitored NOx sensor 14 every minute time is started. The start of integration of the output signal of the NOx sensor 14 in step S126 is, for example, a point in time when a predetermined time TL (where TL> TR) has elapsed since the end of the rich spike.

ステップS128では、リーン条件下での運転時間が所定時間T1を超えたか否かを判定する。ステップS128でリーン条件下での運転時間が所定時間T1を超えていないと判定されれば、ステップS128の処理を繰り返す。つまり、所定時間T1が経過するまでリーン条件下での運転が継続され、その間、NOxセンサ14の出力信号が積算される。ステップS128でリーン条件下での運転時間が所定時間T1を超えたと判定されれば、ステップS130に進む。   In step S128, it is determined whether or not the operating time under lean conditions has exceeded a predetermined time T1. If it is determined in step S128 that the operation time under the lean condition does not exceed the predetermined time T1, the process of step S128 is repeated. That is, the operation under the lean condition is continued until the predetermined time T1 elapses, during which the output signal of the NOx sensor 14 is integrated. If it is determined in step S128 that the operating time under the lean condition has exceeded the predetermined time T1, the process proceeds to step S130.

ステップS130では、リーン条件下での運転時間が所定時間T2を超えたか否かを判定する。ステップS130でリーン条件下での運転時間が所定時間T2を超えていないと判定されれば、ステップS132に進む。リーン条件下での運転時間が所定時間T2を超えたと判定されれば、本処理を終了し、所定期間経過後に劣化診断を再度実施する。リーン条件下での運転時間が所定時間T2を超える場合、NSR触媒26のNOx吸蔵量がNOx飽和吸蔵量になり、SCR触媒28のNH吸着量が小さくなることに起因してNOx浄化率が低下し、排出ガスが悪化することで、運転領域としてふさわしくなくなるためである。 In step S130, it is determined whether or not the operating time under lean conditions has exceeded a predetermined time T2. If it is determined in step S130 that the operation time under the lean condition does not exceed the predetermined time T2, the process proceeds to step S132. If it is determined that the operation time under the lean condition has exceeded the predetermined time T2, the present process is terminated, and the deterioration diagnosis is performed again after the predetermined period. When the operation time under lean conditions exceeds a predetermined time T2, NOx occlusion amount of the NSR catalyst 26 becomes NOx saturation occlusion amount, due to the adsorbed NH 3 amount of the SCR catalyst 28 is reduced NOx purification rate This is because the exhaust gas is lowered and the exhaust gas is deteriorated, so that it is not suitable as an operation region.

ステップS132では、NOxセンサ14の出力信号の積算が終了され、排気がリーン条件に制御されたときにNOxセンサ14が出力する第2信号を積算して得られる第2積算値(積算値LI)が算出される。   In step S132, the integration of the output signal of the NOx sensor 14 is finished, and the second integrated value (integrated value LI) obtained by integrating the second signal output from the NOx sensor 14 when the exhaust is controlled to the lean condition. Is calculated.

ステップS134では、ステップS132で算出された積算値LIが、予め定められた閾値LIと比較される。積算値LIが閾値LIを超えていなければ、ステップS136に進んでNSR触媒26及びSCR触媒28はいずれも正常であると判定される。積算値LIが閾値LIを超えていれば、ステップS138に進む。 In step S134, the integrated value LI which is calculated in step S132 it is compared with a threshold LI 0 determined in advance. If the integrated value LI does not exceed the threshold LI 0 , the process proceeds to step S136, and it is determined that both the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 are normal. If the integrated value LI exceeds the threshold value LI 0 , the process proceeds to step S138.

ステップS138では、ステップS122で算出された積算値RIが、予め定められた閾値RIと比較される。積算値RIが閾値RIを超えていなければ、ステップS140に進んでNSR触媒26が劣化したと判定される。他方、積算値RIが閾値RIを超えていれば、ステップS142に進んでSCR触媒28が劣化したと判定される。 In step S138, the integrated value RI calculated in step S122 is compared with a threshold value RI 0 determined in advance. If the integrated value RI does not exceed the threshold value RI 0 , the process proceeds to step S140 and it is determined that the NSR catalyst 26 has deteriorated. On the other hand, if the integrated value RI exceeds the threshold value RI 0 , the process proceeds to step S142 and it is determined that the SCR catalyst 28 has deteriorated.

本実施形態によれば、排気通路22に設けられたNSR触媒26及びSCR触媒28を備える排気浄化装置24について、SCR触媒28の下流における排気のNOx濃度を検知するNOxセンサ14からの出力信号のみに基づいて、NSR触媒26及びSCR触媒28のそれぞれの劣化の有無を診断することができる。よって、本実施形態に係る排気浄化装置24の劣化診断装置10は、使用するNOxセンサが1つのみである構成を有しながら、NSR触媒及びSCR触媒の劣化診断を行うことができる。また、本実施形態に係る排気浄化装置24の劣化診断装置10により、SCR触媒28のNH吸着量に依存することなく、NSR触媒26及びSCR触媒28の劣化が診断される。 According to the present embodiment, only the output signal from the NOx sensor 14 that detects the NOx concentration of the exhaust downstream of the SCR catalyst 28 for the exhaust purification device 24 that includes the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 provided in the exhaust passage 22. Based on the above, it is possible to diagnose whether each of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 has deteriorated. Therefore, the deterioration diagnosis device 10 of the exhaust purification device 24 according to the present embodiment can perform the deterioration diagnosis of the NSR catalyst and the SCR catalyst while having a configuration in which only one NOx sensor is used. In addition, the deterioration diagnosis device 10 of the exhaust purification device 24 according to the present embodiment diagnoses the deterioration of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 without depending on the NH 3 adsorption amount of the SCR catalyst 28.

さらに、本実施形態に係る排気浄化装置24の劣化診断装置10では、空燃比制御手段12を用いてNSR触媒26に流入する排気の空燃比をリッチ条件及びリーン条件に制御したときの、NOxセンサ14からの出力信号を取得すれば、NSR触媒26及びSCR触媒28のそれぞれの劣化を診断することができる。よって、NSR触媒26及びSCR触媒28の劣化診断に際し、特殊な診断用運転モードの実施、或いは、排気性状に影響を与えうる各種装置の停止もしくは動作変更等を必要としないため、排気浄化装置24の劣化診断に伴う燃費や排出ガス等への影響を抑制できる。   Further, in the deterioration diagnosis device 10 of the exhaust purification device 24 according to the present embodiment, the NOx sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 26 is controlled to the rich condition and the lean condition using the air-fuel ratio control means 12. If the output signal from 14 is acquired, the deterioration of each of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 can be diagnosed. Therefore, when the deterioration diagnosis of the NSR catalyst 26 and the SCR catalyst 28 is performed, it is not necessary to perform a special diagnostic operation mode or to stop or change the operation of various devices that may affect the exhaust properties. It is possible to suppress the influence on the fuel consumption, exhaust gas, etc. associated with the deterioration diagnosis.

10 劣化診断装置、12 空燃比制御手段、14 NOxセンサ、16 診断部、20 内燃機関、22 排気通路、24 排気浄化装置、26 NSR触媒、28 SCR触媒、32 第1NOx濃度取得手段、34 流量取得手段、36 第1温度センサ、38 第2温度センサ、40 第2NOx濃度取得手段、42 第1加熱手段、44 第2加熱手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Deterioration diagnostic apparatus, 12 Air fuel ratio control means, 14 NOx sensor, 16 Diagnosis part, 20 Internal combustion engine, 22 Exhaust passage, 24 Exhaust gas purification apparatus, 26 NSR catalyst, 28 SCR catalyst, 32 1st NOx concentration acquisition means, 34 Flow volume acquisition Means, 36 first temperature sensor, 38 second temperature sensor, 40 second NOx concentration acquisition means, 42 first heating means, 44 second heating means.

Claims (6)

内燃機関の排気通路に設けられた、NOx吸蔵還元型触媒と、前記NOx吸蔵還元型触媒よりも下流側にある選択還元型触媒とを備える排気浄化装置の劣化を診断する劣化診断装置であって、
前記NOx吸蔵還元型触媒に流入する排気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
前記選択還元型触媒の下流の排気のNOx濃度を検知して、検知したNOx濃度に応じた信号を出力するNOxセンサと、
前記NOx吸蔵還元型触媒及び前記選択還元型触媒の劣化を診断する診断部とを備え、
前記診断部は、前記空燃比制御手段により前記空燃比がリッチ条件に制御されたときに前記NOxセンサが出力する第1信号と、前記空燃比制御手段により前記空燃比がリーン条件に制御されたときに前記NOxセンサが出力する第2信号とに基づいて、前記NOx吸蔵還元型触媒及び前記選択還元型触媒の劣化を診断する、排気浄化装置の劣化診断装置。
A deterioration diagnosis device that diagnoses deterioration of an exhaust purification device that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and includes a NOx storage reduction catalyst and a selective reduction catalyst that is downstream of the NOx storage reduction catalyst. ,
Air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst;
A NOx sensor that detects the NOx concentration in the exhaust downstream of the selective catalytic reduction catalyst and outputs a signal corresponding to the detected NOx concentration;
A diagnostic unit for diagnosing deterioration of the NOx storage reduction catalyst and the selective reduction catalyst;
The diagnostic unit has a first signal output from the NOx sensor when the air-fuel ratio is controlled to a rich condition by the air-fuel ratio control means, and the air-fuel ratio is controlled to a lean condition by the air-fuel ratio control means. A deterioration diagnosis device for an exhaust gas purification device that diagnoses deterioration of the NOx storage reduction catalyst and the selective reduction catalyst based on a second signal that is sometimes output by the NOx sensor.
前記診断部は、前記空燃比制御手段により前記空燃比がリッチ条件に制御されたときに前記第1信号を積算して第1積算値を算出し、前記空燃比制御手段により前記空燃比がリーン条件に制御されたときに前記第2信号を積算して第2積算値を算出し、
前記第1積算値が予め定められた第1閾値を超え、且つ、前記第2積算値が予め定められた第2閾値を超えた場合に、前記選択還元型触媒が劣化していると診断し、
前記第1積算値が前記第1閾値を超えず、且つ、前記第2積算値が前記第2閾値を超えた場合に、前記NOx吸蔵還元型触媒が劣化していると診断する、請求項1に記載の排気浄化装置の劣化診断装置。
The diagnostic unit integrates the first signal to calculate a first integrated value when the air-fuel ratio is controlled to a rich condition by the air-fuel ratio control means, and the air-fuel ratio is made lean by the air-fuel ratio control means. When the condition is controlled, the second signal is integrated to calculate a second integrated value,
When the first integrated value exceeds a predetermined first threshold value and the second integrated value exceeds a predetermined second threshold value, it is diagnosed that the selective catalytic reduction catalyst has deteriorated. ,
The diagnosis is made that the NOx storage reduction catalyst is deteriorated when the first integrated value does not exceed the first threshold value and the second integrated value exceeds the second threshold value. The exhaust gas purification device deterioration diagnosis device according to claim 1.
前記第1信号を積算する期間が、前記空燃比制御手段による前記空燃比をリッチ条件にする制御の開始から当該制御の終了まで又は当該制御の終了後所定時間が経過するまでの期間である、請求項2に記載の排気浄化装置の劣化診断装置。   The period for accumulating the first signal is a period from the start of the control that makes the air-fuel ratio rich by the air-fuel ratio control means to the end of the control or until a predetermined time elapses after the control ends. The deterioration diagnosis device for an exhaust gas purification device according to claim 2. 前記内燃機関と前記NOx吸蔵還元型触媒との間の排気通路における排気中のNOx濃度を取得するNOx濃度取得手段を更に備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の排気浄化装置の劣化診断装置。   The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 3, further comprising NOx concentration acquisition means for acquiring NOx concentration in the exhaust gas in an exhaust passage between the internal combustion engine and the NOx storage reduction catalyst. Deterioration diagnostic device. 前記NOx吸蔵還元型触媒と前記選択還元型触媒との間の排気通路における排気中のNOx濃度を取得するNOx濃度取得手段を更に備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の排気浄化装置の劣化診断装置。   The exhaust gas purification according to any one of claims 1 to 4, further comprising NOx concentration acquisition means for acquiring a NOx concentration in the exhaust gas in an exhaust passage between the NOx storage reduction catalyst and the selective reduction catalyst. Equipment deterioration diagnosis device. 前記NOxセンサが前記排気のNOx濃度を検知する間、前記NOx吸蔵還元型触媒及び前記選択還元型触媒の触媒床温度をそれぞれ上昇させる第1加熱手段及び第2加熱手段を更に備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の排気浄化装置の劣化診断装置。
The first heating means and the second heating means for increasing the catalyst bed temperatures of the NOx occlusion reduction catalyst and the selective reduction catalyst while the NOx sensor detects the NOx concentration of the exhaust gas, respectively. The deterioration diagnosis device for an exhaust gas purification device according to any one of?
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