JP2018178734A

JP2018178734A - 内燃機関の排気浄化システム

Info

Publication number: JP2018178734A
Application number: JP2017073845A
Authority: JP
Inventors: 洋介橋本; Yosuke Hashimoto; 厚平森; Kohei Mori
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2018-11-15

Abstract

【課題】ＮＨ3スリップの検出に基づきＳＣＲの劣化判定を行うシステムにおいて、判定精度の向上を図りつつ、ＮＨ3スリップの検出機会を確保して劣化判定を継続的に行う。【解決手段】ＳＣＲと、ＮＯｘセンサと、還元剤供給装置と、ＮＯｘセンサによるＮＨ3スリップの検出に基づいてＳＣＲの劣化を判定するＥＣＵと、を備える内燃機関の排気浄化システムである。ＥＣＵは、正常なＳＣＲの特性に基づいて、正常なＳＣＲにおける最大ＮＨ3吸着量と計算ＮＨ3吸着量との差であるスリップ余裕量を算出し（Ｓ２）、且つ、劣化したＳＣＲの特性に基づいて必要ＮＨ3量を算出する（Ｓ３）とともに、スリップ余裕量が必要ＮＨ3量を超える場合には、尿素の添加量を増加させる（Ｓ４、Ｓ５）一方、スリップ余裕量が必要ＮＨ3量以下の場合には、尿素の添加量の増加を停止し（Ｓ４、Ｓ６）、エンジン２からのＮＯｘの排出量を増加させる（Ｓ７）。【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関し、特に選択還元触媒の劣化を判定する機能を有する内燃機関の排気浄化システムに関するものである。

従来から、ディーゼルエンジンにおいては、選択還元触媒（Selective Catalytic Reduction：以下、ＳＣＲともいう。）を排気通路に設け、当該ＳＣＲの上流側に設けた還元剤供給装置から還元剤である尿素水を添加し、尿素水が分解されることで生成し当該ＳＣＲに吸着するＮＨ₃と、エンジンから排出されるＮＯｘとを化学反応させることにより、排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化システムが知られている。

このような排気浄化システムでは、ＳＣＲの故障に起因するＮＯｘの排出を抑えるべく、ＳＣＲが劣化していないか否かを監視する必要があるところ、従来から様々な劣化（異常）検出方法が提案されている。

例えば特許文献１には、ＮＯｘ浄化率の低下を検出した際に、ＳＣＲの出口側（下流側）に配設したＮＯｘセンサによってＮＨ₃のスリップの有無を判断し、ＮＨ₃のスリップがあった場合にはＳＣＲに劣化があると判定し、ＮＨ₃のスリップがない場合には還元剤タンク内に低濃度の還元剤または／および還元剤以外のものが補給されたと判定する還元剤の異常検出方法が開示されている。

特開２０１０−２６１３２７号公報

ところで、ＮＯｘセンサには製造公差があるため、ＳＣＲの下流側に設けられたＮＯｘセンサによってＮＨ₃のスリップ（以下、ＮＨ₃スリップともいう。）の有無を検出するには、ＮＯｘを浄化（ＮＯｘと化学反応）させるのに必要なＮＨ₃に加え、検出に必要な量のＮＨ₃を生成させる必要が、換言すると、尿素水の添加量を浄化に必要な量よりも増量させる必要がある。

しかしながら、尿素水の添加量を増量させながら検出を継続すると、たとえＳＣＲが正常であっても、ＳＣＲに吸着するＮＨ₃の量が、ＳＣＲの最大ＮＨ₃吸着量を超えてしまい、正常なＳＣＲであるにも拘わらずＮＨ₃スリップが検出されるため、ＳＣＲが劣化していないか否かを判定することが困難になるという問題がある。

そこで、ＳＣＲが正常であってもＮＨ₃スリップが検出されるという事態を避けるべく、ＳＣＲに吸着するＮＨ₃の量がＳＣＲの最大ＮＨ₃吸着量を超えた場合には、尿素水の添加量の増加を停止することが考えられる。しかしながら、これでは、検出に必要なＮＨ₃の量が確保されないため、ＮＨ₃スリップの有無を検出する機会が減ってしまうという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＮＯｘセンサによるＮＨ₃スリップの検出に基づいてＳＣＲの劣化を判定する内燃機関の排気浄化システムにおいて、判定精度の向上を図りつつ、ＮＨ₃スリップの検出機会を確保して、ＳＣＲの劣化判定を継続的に行う技術を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、ＳＣＲに吸着するＮＨ₃の量がＳＣＲの最大ＮＨ₃吸着量を超えた場合には、尿素水の添加量の増加を停止するのみならず、ＳＣＲに入るＮＯｘを増加させることで、速やかにＳＣＲにおけるＮＨ₃の収支を合せるようにしている。

具体的には、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられる選択還元触媒と、当該選択還元触媒の下流側に設けられるＮＯｘセンサと、当該選択還元触媒に上流側から尿素を添加する還元剤供給装置と、当該ＮＯｘセンサによるＮＨ₃のスリップの検出に基づいて当該選択還元触媒の劣化を判定する制御装置と、を備える内燃機関の排気浄化システムを対象としている。

そして、上記制御装置は、正常な選択還元触媒の特性に基づいて、正常な選択還元触媒におけるＮＨ₃の最大吸着量と計算吸着量との差であるスリップ余裕量を算出し、且つ、劣化した選択還元触媒の特性に基づいて、上記ＮＯｘセンサによるＮＨ₃のスリップの検出に必要なＮＨ₃の量である必要ＮＨ₃量を算出するとともに、上記スリップ余裕量が上記必要ＮＨ₃量を超える場合には、還元剤供給装置による尿素の添加量を増加させる一方、上記スリップ余裕量が上記必要ＮＨ₃量以下の場合には、還元剤供給装置による尿素の添加量の増加を停止し、上記内燃機関からのＮＯｘの排出量を増加させるように構成されていることを特徴とするものである。

この構成では、正常な選択還元触媒の特性に基づいて算出されるスリップ余裕量が、劣化した選択還元触媒の特性に基づいて算出される必要ＮＨ₃量を超える場合には、還元剤供給装置による尿素の添加量を増加させる。それ故、選択還元触媒の下流側に設けられるＮＯｘセンサによってＮＨ₃スリップの検出が可能になるとともに、実際にＮＨ₃スリップが検出された場合には、必要ＮＨ₃量を超える正常なスリップ余裕量が確保されていないことが、換言すると、選択還元触媒が正常でないことが明らかになるので、選択還元触媒の劣化を確実に判定することができる。

一方、スリップ余裕量が必要ＮＨ₃量以下の場合には、還元剤供給装置による尿素の添加量の増加を停止することから、選択還元触媒が正常であるにもかかわらず、ＮＯｘセンサによってＮＨ₃スリップが検出されるのを抑えることができる。

これらにより、ＮＯｘセンサによるＮＨ₃スリップの検出に基づいて選択還元触媒の劣化を判定する際の判定精度を向上させることができる。

ここで、正常な選択還元触媒ではＮＯｘ浄化率が高いところ、本発明では、スリップ余裕量が必要ＮＨ₃量以下の場合には、尿素の添加量の増加を停止するとともに、内燃機関からのＮＯｘの排出量を増加させることから、増量されたＮＯｘとの還元反応によって、選択還元触媒に余分に吸着したＮＨ₃を速やかに減らすことができる。これにより、速やかに選択還元触媒におけるＮＨ₃の収支を合せて、スリップ余裕量を回復させることができる。そうして、回復したスリップ余裕量が必要ＮＨ₃量を超えると、再び尿素の添加量を増加させるので、ＮＨ₃スリップの検出機会を確保することができる。しかも、速やかにスリップ余裕量を回復させることが可能であることから、選択還元触媒が劣化しているか否かの判定をほぼ切れ目なく継続することができる。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムによれば、判定精度の向上を図りつつ、ＮＨ₃スリップの検出機会を確保して判定を継続的に行うことができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化システムを模式的に示す図である。ＳＣＲにおける計算ＮＨ₃吸着量の算出方法を模式的に説明する図である。正常なＳＣＲの特性を模式的に示す図であり、同図（ａ）はＮＯｘ浄化率特性を示し、同図（ｂ）はＮＨ₃吸着特性を示している。劣化したＳＣＲの特性を模式的に示す図であり、同図（ａ）はＮＯｘ浄化率特性を示し、同図（ｂ）はＮＨ₃吸着特性を示している。ＳＣＲのＮＨ₃吸着特性を模式的に示す図であり、同図（ａ）は正常なＳＣＲを示し、同図（ｂ）は劣化したＳＣＲを示している。ＳＣＲのＮＨ₃吸着特性を模式的に示す図であり、同図（ａ）は正常なＳＣＲを示し、同図（ｂ）は劣化したＳＣＲを示している。ＳＣＲ劣化判定制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

−全体構成−
図１は、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化システム１を模式的に示す図である。この排気浄化システム１が適用される内燃機関は、例えば、ディーゼルエンジン２（以下、単にエンジン２ともいう。）である。エンジン２は、図１に示すように、各気筒からの排気ガスＥＧを外部へ排出するための排気通路２１と、各気筒へ吸気を導入するための吸気通路２２と、排気ガスＥＧの一部を吸気通路２２へ環流させるためのＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路２３と、このＥＧＲ通路２３をバイパスするためのバイパス通路２４と、を有している。

吸気通路２２には、上流側から順に、エアーフローメータ２０、スロットルバルブ２５、ＥＧＲバルブ２６、サージタンク２７が設けられている。エアーフローメータ２０はエンジン２が吸入する吸入空気量を計測し、その計測結果を表す信号をＥＣＵ１０に送信する。スロットルバルブ２５は、ＥＣＵ１０からの制御指令に応じて、エンジン２に供給される空気量を調整可能に構成されている。ＥＧＲバルブ２６は、ＥＣＵ１０からの制御指令に応じて、ＥＧＲ通路２３またはバイパス通路２４を通じて吸気通路２２へ環流される排気ガスＥＧであるＥＧＲガスの量を調整可能に構成されている。

ＥＧＲ通路２３には、ＥＧＲクーラ２８と、開閉バルブ２９とが設けられている。ＥＧＲクーラ２８は、ＥＧＲ通路２３を通過するＥＧＲガスを冷却する。開閉バルブ２９は、ＥＣＵ１０からの制御指令に応じて、ＥＧＲ通路２３を開閉するように構成されている。

バイパス通路２４は、ＥＧＲ通路２３に対して、ＥＧＲクーラ２８をバイパスするように設けられている。バイパス通路２４には、ＥＣＵ１０からの制御指令に応じて、バイパス通路２４を開閉する開閉バルブ３０が設けられている。開閉バルブ３０を開き、開閉バルブ２９を閉じることにより、ＥＧＲガスがバイパス通路２４を流通するようになっている。

排気浄化システム１は、図１に示すように、排気通路２１に設けられる酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst）３と、排気通路２１における酸化触媒３の下流側に設けられる選択還元触媒（以下、ＳＣＲともいう。）５と、排気通路２１における酸化触媒３とＳＣＲ５との間に設けられる温度センサ４と、排気通路２１におけるＳＣＲ５の上流側に設けられるＮＯｘセンサ１１と、排気通路２１におけるＳＣＲ５の下流側に設けられるＮＯｘセンサ１３と、ＳＣＲ５に上流側から尿素水を添加する還元剤供給装置６と、ＥＣＵ（制御装置）１０と、を備えている。

酸化触媒３は、排気ガスＥＧ中の未燃燃料等を酸化する触媒金属等からなり、酸化触媒３における酸化反応により、排気ガスＥＧの温度が昇温されるようになっている。

還元剤供給装置６は、所定濃度の尿素水が収容される尿素水タンク７と、排気通路２１におけるＳＣＲ５の上流側に設けられた尿素水添加弁８と、を有している。尿素水タンク７と尿素水添加弁８とは、管路９により接続されていて、尿素水タンク７に収容された尿素水はポンプ（図示せず）により尿素水添加弁８に供給されるようになっている。尿素水添加弁８は、ＥＣＵ１０からの制御指令に応じた量の尿素水をＳＣＲ５に向けて排気通路２１へ供給可能に構成されている。排気通路２１に供給された尿素水が、排気ガスＥＧの熱によって加水分解されることでＮＨ₃（アンモニア）が生成される。

ＳＣＲ５は、ゼオライト系触媒やバナジウム系触媒などから成り、いわゆる尿素選択還元法により窒素酸化物を還元する周知の選択還元触媒である。尿素水添加弁８から添加された尿素水が加水分解されることで生成されるＮＨ₃は、ＳＣＲ５に吸着される。ＳＣＲ５は、ＮＨ₃を還元剤として、排気ガスＥＧに含まれるＮＯｘを選択的に還元してＨ₂（窒素ガス）とＨ₂Ｏ（水）にする。

ＳＣＲ５に、そのＮＨ₃吸着能力を超えて過剰なＮＨ₃が供給されると、ＮＨ₃がＳＣＲ５をスリップしてＳＣＲ５の下流に排出される。このため、ＳＣＲ５に供給するＮＨ₃量（尿素水量）は、通常、ＮＯｘの還元が最も効率的に実行され、かつ、ＮＨ₃のスリップ（以下、ＮＨ₃スリップともいう。）が発生しない量に調整されている。

温度センサ４は、ＳＣＲ５に流入する排気ガスＥＧの温度を検出する。上流側のＮＯｘセンサ１１は、ＳＣＲ５に流入する排気ガスＥＧ中のＮＯｘ濃度を検出する。一方、下流側のＮＯｘセンサ１３は、ＳＣＲ５から流出する排気中のＮＯｘ濃度を検出する。また、ＮＯｘセンサ１３はＮＨ₃にも反応するので、ＮＨ₃がＳＣＲ５をスリップしてＳＣＲ５の下流に排出されると、ＮＨ₃スリップを検出する。

ＥＣＵ（Electric Control Unit）１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵが実行するプログラムおよびマップ等を予め記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵが必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）、電源が遮断されている間もデータを保持するバックアップＲＡＭ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されている。ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことによりエンジン２の各種制御を実行する。

ＥＣＵ１０には、ＳＣＲ５の上流側に設けられたＮＯｘセンサ１１、ＳＣＲ５の下流側に設けられたＮＯｘセンサ１３、ＳＣＲ５に流入する排気ガスＥＧの温度を検出する温度センサ４、および、吸気通路２２に設けられたエアーフローメータ２０の検出信号が入力される。また、ＥＣＵ１０には、エンジン回転速度を表す信号や、アクセル開度を表す信号や、スロットルバルブ２５の開度を表す信号などが入力される。

一方、ＥＣＵ１０からは、これら各種センサからの入力信号に基づいて、スロットルバルブ２５の開閉を制御するためのスロットル信号や燃料噴射量および噴射時期を制御するための信号といったエンジン出力制御指令信号や、開閉バルブ２９および開閉バルブ３０の開閉を制御するための信号などが出力され、これらを通じて、ＥＣＵ１０は、エンジン２の出力制御などを実行する。

さらに、本実施形態のＥＣＵ１０は、以下に説明するように、ＮＯｘセンサ１３によるＮＨ₃スリップの検出に基づいてＳＣＲ５の劣化を判定するように構成されている。

−ＳＣＲ劣化判定制御−
ＥＣＵ１０は、ＮＯｘセンサ１３によるＮＨ₃スリップの検出に基づいてＳＣＲ５の劣化を判定するが、上述の如く、ＳＣＲ５のＮＨ₃吸着能力を超える過剰なＮＨ₃がＳＣＲ５に供給されなければ、ＮＨ₃スリップは発生しない。

また、ＮＯｘセンサ１３には製造公差があるため、ＳＣＲ５の下流側に設けられたＮＯｘセンサ１３によってＮＨ₃スリップの有無を検出するには、ＮＯｘを浄化させるのに必要なＮＨ₃に加え、ＮＨ₃スリップの検出に必要な量（以下、必要ＮＨ₃量ともいう。）のＮＨ₃を生成させる必要がある。換言すると、ＮＯｘセンサ１３の製造公差によらずＮＨ₃スリップの有無を検出するには、尿素水の添加量を浄化に必要な量よりも増量させる必要がある。

しかしながら、尿素水の添加量を増量させながらＮＨ₃スリップの検出を継続すると、たとえＳＣＲ５が正常であっても、ＳＣＲ５に吸着するＮＨ₃の量が、ＳＣＲ５におけるＮＨ₃の最大吸着量（以下、最大ＮＨ₃吸着量ともいう。）を超えてしまい、正常なＳＣＲ５であるにも拘わらずＮＨ₃スリップが検出されるため、ＳＣＲ５が劣化していないか否かを判定することが困難になる場合がある。

そこで、ＳＣＲ５が正常であってもＮＨ₃スリップが検出されるという事態を避けるべく、ＳＣＲ５に吸着するＮＨ₃の量がＳＣＲ５の最大ＮＨ₃吸着量を超えた場合には、尿素水の増量を停止することが考えられるが、これでは、必要ＮＨ₃量が確保されないため、ＮＨ₃スリップの有無を検出する機会が減ってしまう場合がある。

そこで、本実施形態では、ＳＣＲ５に吸着するＮＨ₃量がＳＣＲ５の最大ＮＨ₃吸着量を超えた場合には、尿素水の添加量の増加を停止するのみならず、ＳＣＲ５に入るＮＯｘを増加させることで、速やかにＳＣＲ５におけるＮＨ₃の収支を合せるようにしている。

具体的には、本実施形態の排気浄化システム１では、正常なＳＣＲの特性に基づいて、正常なＳＣＲにおける最大ＮＨ₃吸着量と計算ＮＨ₃吸着量（I）との差であるスリップ余裕量を算出し、且つ、劣化したＳＣＲの特性に基づいて必要ＮＨ₃量を算出するとともに、スリップ余裕量が必要ＮＨ₃量を超える場合には、還元剤供給装置６による尿素水の添加量を増加させる一方、スリップ余裕量が必要ＮＨ₃量以下の場合には、還元剤供給装置６による尿素水の添加量の増加を停止し、エンジン２からのＮＯｘの排出量を増加させるＳＣＲ劣化判定制御を実行するようにＥＣＵ１０を構成している。以下、かかるＳＣＲ劣化判定制御について詳細に説明する。

図２は、ＳＣＲにおける計算ＮＨ₃吸着量の算出方法を模式的に説明する図である。また、図３は、正常なＳＣＲの特性を模式的に示す図であり、同図（ａ）はＮＯｘ浄化率特性を示し、同図（ｂ）はＮＨ₃吸着特性を示している。さらに、図４は、劣化したＳＣＲの特性を模式的に示す図であり、同図（ａ）はＮＯｘ浄化率特性を示し、同図（ｂ）はＮＨ₃吸着特性を示している。図３に示す正常なＳＣＲの特性（ＮＯｘ浄化率特性およびＮＨ₃吸着特性）並びに図４に示す正常なＳＣＲの特性（ＮＯｘ浄化率特性およびＮＨ₃吸着特性）は、それぞれマップ化されてＲＯＭに記憶されている。なお、図３（ａ）および図４（ａ）に示すＮＯｘ浄化率特性は、ＳＣＲにおけるＮＨ₃吸着量毎にマップ化されている。

図３（ｂ）および図４（ｂ）から、ＳＣＲにおけるＮＨ₃吸着量は、ＳＣＲ床温が高温になるほど低下するとともに、正常なＳＣＲよりも劣化したＳＣＲの方が低下することが分かる。また、図３（ａ）および図４（ａ）から、ＳＣＲにおけるＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ床温が高温になるほど良化するとともに、劣化したＳＣＲよりも正常なＳＣＲの方が大量の排気ガスＥＧを浄化可能であることが分かる。

そうして、ＥＣＵ１０は、正常なＳＣＲの計算ＮＨ₃吸着量（I）を算出する際には、正常なＳＣＲのＮＯｘ浄化率特性およびＮＨ₃吸着特性をＲＯＭから取得するとともに、ＳＣＲ床温、排気ガス量、ＮＨ₃添加量、および、ＳＣＲ５に入るＮＯｘ量（以下、ＳＣＲ入りＮＯｘ量ともいう。）を取得する。

具体的には、ＥＣＵ１０は、温度センサ４によって検出される、ＳＣＲ５に流入する排気ガスＥＧの温度に基づいてＳＣＲ床温を取得する。また、ＥＣＵ１０は、例えば、エアーフローメータ２０によって計測される吸入空気量に基づいて排気ガス量を算出する。さらに、ＥＣＵ１０は、還元剤供給装置６による尿素水の添加量に基づいてＳＣＲ５へのＮＨ₃添加量を取得する。また、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘセンサ１１によって検出されるＮＯｘ濃度およびＳＣＲ５に流入する排気ガス量に基づいて、ＳＣＲ入りＮＯｘ量を取得する。

そうして、ＥＣＵ１０は、図２に示すように、正常なＳＣＲのＮＨ₃吸着特性を用いて、ＳＣＲ床温に基づきＮＨ₃スリップ量を算出する。具体的には、ＳＣＲ床温が決まれば、ＮＨ₃吸着特性から正常なＳＣＲに吸着可能なＮＨ₃量（ＮＨ₃吸着量）が決まるので、それを超えるＮＨ₃量をＮＨ₃スリップ量として算出する。

また、ＥＣＵ１０は、得られたＮＨ₃吸着量に基づいて、ＮＨ₃吸着量毎にマップ化された複数のＮＯｘ浄化率特性の中から、当該ＮＨ₃吸着量に対応する正常なＳＣＲのＮＯｘ浄化率特性を取得する。ＥＣＵ１０は、取得した正常なＳＣＲのＮＯｘ浄化率特性を用いて、ＳＣＲ床温および排気ガス量に基づきＮＯｘ浄化率を算出し、ＳＣＲ入りＮＯｘ量を浄化するのに必要なＮＨ₃の量を、ＮＨ₃消費量として算出する。

そうして、ＥＣＵ１０は、ＮＨ₃添加量（＋）からＮＨ₃スリップ量（−）を減算し、残ったＮＨ₃量から更にＮＨ₃消費量（−）を減算することで、正常なＳＣＲにおける計算ＮＨ₃吸着量（I）を算出する。

同様に、ＥＣＵ１０は、劣化したＳＣＲのＮＯｘ浄化率特性およびＮＨ₃吸着特性を、図２に示す算出方法に当てはめることで、劣化したＳＣＲにおける計算ＮＨ₃吸着量（II）を算出する。

図５および図６は、ＳＣＲのＮＨ₃吸着特性を模式的に示す図であり、同図（ａ）は正常なＳＣＲを示し、同図（ｂ）は劣化したＳＣＲを示している。なお、図５（ｂ）および図６（ｂ）における検出目標ＮＨ₃吸着量は、図４（ｂ）に示す劣化したＳＣＲのＮＨ₃吸着特性に、ＮＯｘセンサ１３の製造公差を加味して設定されたものであり、ＮＨ₃吸着量が検出目標ＮＨ₃吸着量以上（図５（ｂ）および図６（ｂ）の斜線部）でなければ、ＮＯｘセンサ１３によってＮＨ₃スリップが検出されないことを示すものである。なお、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すＮＨ₃吸着特性もマップ化されてＲＯＭに記憶されている。

ＥＣＵ１０は、図５（ａ）に示すように、正常なＳＣＲの最大ＮＨ₃吸着量と、正常なＳＣＲの計算ＮＨ₃吸着量（I）との差から、ＳＣＲ５が正常であると仮定した場合におけるスリップ余裕量を算出する。また、ＥＣＵ１０は、図５（ｂ）に示すように、劣化したＳＣＲの検出目標ＮＨ₃吸着量と、劣化したＳＣＲの計算ＮＨ₃吸着量（II）との差から、ＳＣＲ５が劣化していると仮定した場合における必要ＮＨ₃量を算出する。

そうして、ＥＣＵ１０は、スリップ余裕量＞必要ＮＨ₃量の場合には、還元剤供給装置６による尿素水の添加量を増加させる（以下、検出用尿素添加ともいう。）。このように、検出用尿素添加を実行することで、ＳＣＲ５に必要ＮＨ₃量が添加されるので、ＳＣＲ５の下流側に設けられるＮＯｘセンサ１３によってＮＨ₃スリップの検出が可能になる。ここで、ＳＣＲ５が正常であるという仮定が正しければ、ＳＣＲ５に必要ＮＨ₃量が添加されても、かかる必要ＮＨ₃量はスリップ余裕量に吸収されるので、ＮＯｘセンサ１３によってＮＨ₃スリップが検出されることはない。仮に、ＮＯｘセンサ１３によってＮＨ₃スリップが検出された場合には、ＳＣＲ５が正常であるという仮定が正しくないことが、換言すると、ＳＣＲ５が劣化していることが明らかになるので、ＳＣＲ５の劣化を確実に判定することができる。

もっとも、検出用尿素添加を行いながらＮＨ₃スリップの検出を継続すると、たとえＳＣＲ５が正常であっても、図６（ａ）に示すように、計算ＮＨ₃吸着量（I）が増加するため、スリップ余裕量が相対的に小さくなる。これに対し、ＳＣＲ床温等に変化が無ければ、図６（ｂ）に示すように、必要ＮＨ₃量はほとんど変化しない。そうして、必要ＮＨ₃量がスリップ余裕量を超えると、正常なＳＣＲ５であるにも拘わらずＮＨ₃スリップが検出されることになる。

そこで、ＥＣＵ１０は、スリップ余裕量≦必要ＮＨ₃量の場合には、還元剤供給装置６による検出用尿素添加を停止する。これにより、ＳＣＲ５が正常であるにもかかわらず、ＮＯｘセンサ１３によってＮＨ₃スリップが検出されるのを抑えることができる。

これらにより、ＮＯｘセンサ１３によるＮＨ₃スリップの検出に基づいてＳＣＲ５の劣化を判定する際の判定精度を向上させることができる。

さらに、ＥＣＵ１０は、スリップ余裕量≦必要ＮＨ₃量の場合には、還元剤供給装置６による検出用尿素添加を停止するのみならず、エンジン２からのＮＯｘの排出量を増加させる。例えば、ＥＣＵ１０は、開閉バルブ３０および開閉バルブ２９を共に閉じることにより、ＥＧＲガスのＥＧＲ通路２３およびバイパス通路２４への流入を抑えて、ＥＧＲガス量を減少させることで、ＮＯｘの排出量を増加させる。また、例えば、ＥＣＵ１０は、燃料噴射時期を進角させることにより、ＮＯｘの排出量を増加させる。なお、ＮＯｘ浄化率が低い運転領域で、ＮＯｘの排出量を増加させると、排気悪化を招くため、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ床温等に基づきＮＯｘ浄化率を推定し、ＮＯｘの排出量を増加させるか否かを決定するように構成されている。

ここで、正常なＳＣＲ５ではＮＯｘ浄化率が高いところ、エンジン２からのＮＯｘの排出量を増加させれば、増量されたＮＯｘとの還元反応によった、余分に吸着されたＮＨ₃を速やかに減らすことができる。これにより、速やかにＳＣＲ５におけるＮＨ₃の収支を合せて、スリップ余裕量を回復させることができる。そうして、回復したスリップ余裕量が必要ＮＨ₃量を超えると、再び検出用尿素添加を実行するので、ＮＨ₃スリップの検出機会を確保することができる。しかも、速やかにスリップ余裕量を回復させることが可能であることから、ＳＣＲ５が劣化しているか否かの判定をほぼ切れ目なく継続することができる。

−フローチャート−
次に、ＥＣＵ１０が実行するＳＣＲ劣化判定制御を図７に示すフローチャートに沿って説明する。

先ず、ステップＳ１では、ＥＣＵ１０が、ＳＣＲ床温（温度センサ４によって検出）、排気ガス量（吸入空気量に基づき算出）、ＮＨ₃添加量（尿素水の添加量に基づき算出）、ＳＣＲ入りＮＯｘ量（ＮＯｘセンサ１１によって検出）、正常なＳＣＲの特性および劣化したＳＣＲの特性（ＲＯＭに記憶）を取得し、ステップＳ２へ進む。

次のステップＳ２では、ＥＣＵ１０がスリップ余裕量を算出した後、ステップＳ３へ進む。次のステップＳ３では、ＥＣＵ１０が必要ＮＨ₃量を算出した後、ステップＳ４へ進む。なお、ステップＳ２での演算と、ステップＳ３での演算とは同時並行で行ってもよい。

次のステップＳ４では、ＥＣＵ１０が、スリップ余裕量が必要ＮＨ₃量を超えているか否かを判定する。このステップＳ４での判定がＹＥＳの場合、換言すると、ＳＣＲ５が正常であるという仮定が正しければ、ＮＯｘセンサ１３によってＮＨ₃スリップが検出されない場合には、ステップＳ５へ進む。次のステップＳ５では、ＥＣＵ１０が検出用尿素添加を実行し、そのままＲＥＴＵＲＮする。

一方、このステップＳ４での判定がＮＯの場合、換言すると、正常なＳＣＲ５であるにも拘わらずＮＨ₃スリップが検出される可能性がある場合には、ステップＳ６へ進む。次のステップＳ６では、ＥＣＵ１０が検出用尿素添加を停止した後、ステップＳ７へ進む。

次のステップＳ７では、ＥＣＵ１０が、例えば、ＥＧＲガスのＥＧＲ通路２３およびバイパス通路２４への流入を抑えてＥＧＲガス量を減少させたり、燃料噴射時期を進角させたりする、ＮＯｘ増量用のエンジン制御を行った後、ＲＥＴＵＲＮする。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

上記実施形態では、エアーフローメータ２０によって計測される吸入空気量に基づいて排気ガス量を算出するようにしたが、これに限らず、例えば、排気通路２１に設けた排気ガス量を検出する排気量センサ（図示せず）を用いて排気ガス量を取得するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ＮＯｘ増加方法として、ＥＧＲガス量を減少させる方法や、燃料噴射時期を進角させる方法を例示したが、例えば、ＥＧＲガス量を減少させる方法と、燃料噴射時期を進角させる方法とを併用してもよい。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明によると、判定精度の向上を図りつつ、ＮＨ₃スリップの検出機会を確保して判定を継続的に行うことができるので、ＮＯｘセンサによるＮＨ₃スリップの検出に基づいてＳＣＲの劣化を判定する機能を有する内燃機関の排気浄化システムに適用して極めて有益である。

１排気浄化システム
２ディーゼルエンジン（内燃機関）
５ＳＣＲ（選択還元触媒）
６還元剤供給装置
１３ＮＯｘセンサ
２１排気通路

Claims

内燃機関の排気通路に設けられる選択還元触媒と、当該選択還元触媒の下流側に設けられるＮＯｘセンサと、当該選択還元触媒に上流側から尿素を添加する還元剤供給装置と、当該ＮＯｘセンサによるＮＨ₃のスリップの検出に基づいて当該選択還元触媒の劣化を判定する制御装置と、を備える内燃機関の排気浄化システムであって、
上記制御装置は、
正常な選択還元触媒の特性に基づいて、正常な選択還元触媒におけるＮＨ₃の最大吸着量と計算吸着量との差であるスリップ余裕量を算出し、且つ、劣化した選択還元触媒の特性に基づいて、上記ＮＯｘセンサによるＮＨ₃のスリップの検出に必要なＮＨ₃の量である必要ＮＨ₃量を算出するとともに、
上記スリップ余裕量が上記必要ＮＨ₃量を超える場合には、還元剤供給装置による尿素の添加量を増加させる一方、上記スリップ余裕量が上記必要ＮＨ₃量以下の場合には、還元剤供給装置による尿素の添加量の増加を停止し、上記内燃機関からのＮＯｘの排出量を増加させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。