JP2019157671A - 排気浄化触媒の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の排気通路に配置されるＮＳＲ触媒の異常を精度良く検出することができる技術を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、ＮＳＲ触媒の実際のＮＯＸ吸蔵率である実ＮＯＸ吸蔵率とクライテリア触媒のＮＯＸ吸蔵率である基準ＮＯＸ吸蔵率とを比較することで、ＮＳＲ触媒の異常を検出する、排気浄化触媒の異常検出装置である。この異常検出装置は、ＮＳＲ触媒へ流入するＨＣ量である流入ＨＣ量とＮＳＲ触媒の温度とに基づいて、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＨＣの量であるＨＣ吸着量を演算する。そして、当該異常検出装置は、ＮＳＲ触媒へ流入する排気のＮＯＸ濃度である流入ＮＯＸ濃度とＨＣ吸着量とに基づいて、基準ＮＯＸ吸蔵率を推定するようにした。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置される排気浄化触媒の異常を検出する技術に関する。

近年、希薄燃焼運転される内燃機関において、排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときは排気中のＮＯ_Ｘを吸蔵し、且つ排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比であるときは吸蔵していたＮＯ_Ｘを脱離させつつ還元するＮＯ_Ｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ（NO_X Storage Reduction）触媒）を、該内燃機関の排気通路に配置するこ
とで、希薄燃焼運転時に該内燃機関から排出されるＮＯ_Ｘを浄化する技術が知られている。そして、上記したＮＳＲ触媒の異常を検出する技術として、内燃機関の運転状態やＮＳＲ触媒の使用履歴等からＮＳＲ触媒が正常状態にあると想定した場合におけるＮＯ_Ｘ吸蔵量（理想ＮＯ_Ｘ吸蔵量）を推定するとともに、ＮＳＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘ量及びＮＳＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘ量からＮＳＲ触媒の実ＮＯ_Ｘ吸蔵量を演算し、それら理想ＮＯ_Ｘ吸蔵量と実ＮＯ_Ｘ吸蔵量との差に基づいて、ＮＳＲ触媒の異常（劣化）を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１４−２０２１２６号公報

ところで、ＮＳＲ触媒における吸蔵サイトには、ＮＯ_Ｘの代わりに炭化水素（ＨＣ）が一時的に吸着される場合がある。ＮＳＲ触媒の吸蔵サイトにＨＣが吸着されると、該吸蔵サイトが排気中のＮＯ_Ｘを吸蔵することができなくなる。ただし、ＮＳＲ触媒の雰囲気がＨＣの酸化可能な雰囲気になると、吸蔵サイトに吸着しているＨＣが酸化及び除去されるため、その吸蔵サイトがＮＯ_Ｘを吸蔵可能な状態に復帰する。よって、ＮＳＲ触媒が正常状態にある場合においても、ＨＣを吸着した吸蔵サイトの数（ＨＣ吸着量）が多くなると、該ＮＳＲ触媒の吸蔵可能なＮＯ_Ｘ量が少なくなる。しかしながら、上記した従来技術では、理想ＮＯ_Ｘ吸蔵量を推定する際に、ＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量が考慮されていないため、理想ＮＯ_Ｘ吸蔵量の推定精度が低くなる可能性がある。それにより、ＮＳＲ触媒の異常検出精度も低くなる可能性がある。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に配置されるＮＳＲ触媒の異常を精度良く検出することができる技術を提供することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、内燃機関の排気通路に配置されるＮＯ_Ｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）の異常検出装置である。この異常検出装置は、ＮＳＲ触媒から流出する排気のＮＯ_Ｘ濃度である流出ＮＯ_Ｘ濃度を検出するＮＯ_Ｘセンサと、ＮＳＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_Ｘ濃度である流入ＮＯ_Ｘ濃度を取得する流入ＮＯ_Ｘ濃度取得手段と、ＮＯ_Ｘセンサにより検出される流出ＮＯ_Ｘ濃度、及び流入ＮＯ_Ｘ濃度取得手段により取得される流入ＮＯ_Ｘ濃度に基づいて、ＮＳＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘ量に対して該ＮＳＲ触媒で実際に吸蔵されるＮＯ_Ｘ量の割合である実ＮＯ_Ｘ吸蔵率を演算する実ＮＯ_Ｘ吸蔵率演算手段と、ＮＳＲ触媒へ流入する
排気の空燃比を検出する空燃比センサと、ＮＳＲ触媒を流通する排気の流量を取得する排気流量取得手段と、空燃比センサの検出値、及び排気流量取得手段により取得される排気流量に基づいて、ＮＳＲ触媒へ流入する炭化水素の量である流入ＨＣ量を演算する流入ＨＣ量演算手段と、ＮＳＲ触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、空燃比センサの検出値、流入ＨＣ量演算手段により算出される流入ＨＣ量、及び触媒温度取得手段により取得される温度に基づいて、ＮＳＲ触媒に吸着されている炭化水素の量であるＨＣ吸着量を演算するＨＣ吸着量演算手段と、流入ＮＯ_Ｘ濃度取得手段により取得される流入ＮＯ_Ｘ濃度、及びＨＣ吸着量演算手段により算出されるＨＣ吸着量に基づいて、クライテリア触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵率である基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率を推定する基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率推定手段と、実ＮＯ_Ｘ吸蔵率演算手段により算出される実ＮＯ_Ｘ吸蔵率と基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率推定手段により推定される基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率とを比較することで、ＮＳＲ触媒の異常を検出する異常検出手段と、を備えるようにした。なお、ここでいう「クライテリア触媒」は、正常と異常との境界状態にあるときのＮＳＲ触媒に相当する。

本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置されるＮＳＲ触媒の異常を精度良く検出することができる。

本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。 ＮＳＲ触媒におけるＨＣ吸着量の経時変化を示すタイミングチャートである。 ＮＳＲ触媒におけるＨＣ吸着量を演算する際にＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。 ＮＳＲ触媒の異常検出処理を行う際にＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、理論空燃比より高いリーン空燃比の混合気を燃焼して運転（希薄燃焼運転）される圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。なお、内燃機関１は、希薄燃焼運転可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。

内燃機関１は、気筒へ燃料を供給するための燃料噴射弁２を備え、該燃料噴射弁２から噴射された燃料と空気との混合気を気筒内で燃焼させることができるようになっている。斯様な内燃機関１には、気筒内で燃焼されたガス（排気）を流通させるための排気管３が接続されている。排気管３の途中には、第１触媒ケーシング４が配置されている。第１触媒ケーシング４には、例えば、酸化触媒、又は酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタが収容されている。

前記第１触媒ケーシング４より下流の排気管３には、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）を収容する第２触媒ケーシング５が配置されている。第２触媒ケーシング５は、例えば、アルミナ等のコート層によって被覆されたハニカム構造体と、コート層に担持される貴金属（白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等）と、コート層に担持されるセリア（ＣｅＯ_２）等の助触媒と、コート層に担持されるＮＯ_Ｘ吸蔵材（アルカリ類、アルカリ土類等）と、を収容する。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６が併設
される。ＥＣＵ６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ６は、第１ＮＯ_Ｘセンサ７０、第２ＮＯ_Ｘセンサ７１、第１空燃比センサ８０、第２空燃比センサ８１、排気温度センサ９、アクセルポジションセンサ１０、クランクポジションセンサ１１、及びエアフローメータ１２等の各種センサと電気的に接続されている。

第１ＮＯ_Ｘセンサ７０は、第１触媒ケーシング４と第２触媒ケーシング５との間の排気管３に取り付けられ、第２触媒ケーシング５へ流入する排気に含まれるＮＯ_Ｘの濃度に相関する電気信号を出力する（本発明に係る「流入ＮＯ_Ｘ濃度取得手段」に相当する。）。第２ＮＯ_Ｘセンサ７１は、第２触媒ケーシング５より下流の排気管３に取り付けられ、第２触媒ケーシング５から流出する排気に含まれるＮＯ_Ｘの濃度に相関する電気信号を出力する。第１空燃比センサ８０は、第１触媒ケーシング４と第２触媒ケーシング５との間の排気管３に取り付けられ、第２触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比に相関する電気信号を出力する。第２空燃比センサ８１は、第２触媒ケーシング５より下流の排気管３に取り付けられ、第２触媒ケーシング５から流出する排気の空燃比に相関する電気信号を出力する。排気温度センサ９は、第２触媒ケーシング５より下流の排気管３に取り付けられ、第２触媒ケーシング５から流出する排気の温度に相関する電気信号を出力する。

また、アクセルポジションセンサ１０は、アクセルペダルに取り付けられ、該アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１１は、内燃機関１に取り付けられ、機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１２は、内燃機関１の吸気管（図示せず）に取り付けられ、吸気管内を流れる新気（空気）の量（質量）に相関する電気信号を出力する。

ＥＣＵ６は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の運転状態を制御する。例えば、ＥＣＵ６は、アクセルポジションセンサ１０の出力信号（アクセル開度）に基づいて演算される機関負荷とクランクポジションセンサ１１の出力信号に基づいて演算される機関回転速度とに基づいて、目標燃料噴射量（燃料噴射期間）や目標燃料噴射時期を演算し、それら目標燃料噴射量及び目標燃料噴射時期に従って燃料噴射弁２を作動させる。

また、ＥＣＵ６は、内燃機関１が希薄燃焼運転されているときに、リッチスパイク処理を実行する。リッチスパイク処理は、膨張行程又は排気行程における燃焼に寄与しないタイミングで燃料噴射弁２から燃料を噴射（ポスト噴射）させることで、排気の空燃比を理論空燃比よりリッチなリッチ空燃比にするための処理である。ここで、第２触媒ケーシング５に収容されるＮＳＲ触媒は、該ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比が理論空燃比よりリーンなリーン空燃比であるときに、該排気に含まれるＮＯ_Ｘを吸蔵する。ここでいう「吸蔵」は、ＮＳＲ触媒が排気中のＮＯ_Ｘを化学的に吸蔵する態様、及び物理的に吸着する態様を含むものとする。そして、ＮＳＲ触媒がＮＯ_Ｘを吸蔵している状態において、上記したリッチスパイク処理が実行されることで排気の空燃比がリッチ空燃比になると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯ_Ｘが該ＮＳＲ触媒から脱離されつつ、排気中の未燃燃料成分によってＮ_２に還元される。これにより、ＮＳＲ触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵能力が飽和することを抑制しつつ、大気中へ排出されるＮＯ_Ｘの量を低減することができる。なお、リッチスパイク処理の実行方法は、燃料噴射弁２からポスト噴射させる方法に限定されるものではなく、第２触媒ケーシング５より上流の排気管３に燃料添加弁を取り付けて、該燃料添加弁から燃料を噴射させる方法を用いることもできる。

ところで、第２触媒ケーシング５のＮＳＲ触媒に劣化や故障等の異常が発生すると、内燃機関１が希薄燃焼運転されているときに、第２触媒ケーシング５へ流入したＮＯ_Ｘのうち、ＮＳＲ触媒に吸蔵されないＮＯ_Ｘの量が増加し、それに伴って大気中へ排出されるＮＯ_Ｘの量も増加する可能性がある。そのため、第２触媒ケーシング５のＮＳＲ触媒が異常状態に陥った場合には、該ＮＳＲ触媒の異常を速やかに検出して、車両の運転者に修理を促したり、内燃機関１の希薄燃焼運転を禁止したりする必要がある。そこで、本実施例におけるＥＣＵ６は、上記した各種処理に加え、ＮＳＲ触媒の異常検出処理も実行する。

（異常検出処理の概要）
本実施例では、ＥＣＵ６は、リッチスパイク処理終了直後におけるＮＳＲ触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵率（実ＮＯ_Ｘ吸蔵率）を求め、その実ＮＯ_Ｘ吸蔵率とクライテリア触媒（正常と異常との境界状態にあるときのＮＳＲ触媒に相当）のＮＯ_Ｘ吸蔵率（基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率）とを比較することで、ＮＳＲ触媒の異常検出処理を行う。

ここで、リッチスパイク処理終了直後（ＮＳＲ触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵量が略“０”になっている状態）では、第２触媒ケーシング５へ流入するＮＯ_Ｘの略全てがＮＳＲ触媒に吸蔵される。そのため、第２触媒ケーシング５へ流入するＮＯ_Ｘ量に対してＮＳＲ触媒に吸蔵されるＮＯ_Ｘ量の割合（ＮＯ_Ｘ吸蔵率）が極めて高い割合で安定する。これに対し、パティキュレートフィルタの再生処理やＮＳＲ触媒の硫黄被毒解消処理等が実行された場合のように、ＮＳＲ触媒が高温の雰囲気に曝されると、ＮＳＲ触媒における吸蔵サイトの一部が熱劣化することで、ＮＳＲ触媒の実ＮＯ_Ｘ吸蔵率が低下する。よって、リッチスパイク処理の終了直後におけるＮＳＲ触媒の実ＮＯ_Ｘ吸蔵率がクライテリア触媒の基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率を下回っていれば、ＮＳＲ触媒が異常であると判定することができる。

なお、ＮＳＲ触媒の実ＮＯ_Ｘ吸蔵率は、該ＮＳＲ触媒の劣化状態の他に、該ＮＳＲ触媒の温度（床温）、該ＮＳＲ触媒を流通する排気の流量（流速）、及び該ＮＳＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_Ｘ濃度の影響も受ける。そのため、基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率も、クライテリア触媒がＮＳＲ触媒と同等の条件（ＮＳＲ触媒の温度、ＮＳＲ触媒を流通する排気の流量（流速）、及びＮＳＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_Ｘ濃度）に置かれていることを想定して推定されるものとする。

ところで、ＮＳＲ触媒の吸蔵サイトには、排気中のＨＣが一時的に吸着される可能性がある。ＨＣを吸着した状態の吸蔵サイトは、排気中のＮＯ_Ｘを吸蔵することができない。そのため、ＨＣ吸着状態の吸蔵サイトが多くなると（ＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量が多くなると）、ＮＳＲ触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵率が小さくなる。よって、ＮＳＲ触媒が正常状態にある場合においても、ＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量が多ければ、ＮＯ_Ｘ吸蔵率が小さくなるため、ＮＳＲ触媒が異常であると誤診断される可能性がある。

そこで、本実施例の異常検出処理では、ＮＳＲ触媒の温度、ＮＳＲ触媒を流通する排気の流量（流速）、及びＮＳＲ触媒へ流入する排気のＮＯ_Ｘ濃度に加え、ＮＳＲ触媒のＨＣＨＣ吸着量も考慮して、基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率を推定するようにした。

（ＨＣ吸着量の演算方法）
本実施例において、ＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量を演算する手順について、図２及び図３基づいて説明する。図２は、ＮＳＲ触媒の温度（床温）、ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比（入Ａ／Ｆ）、及びＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量の経時変化を示すタイミングチャートである。図３は、ＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量を演算する際にＥＣＵ６が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。

先ず、図２中の期間ｔ０〜ｔ１では、ＮＳＲ触媒の床温がＨＣの酸化し始める温度Ｔｈ
ｃｏ（以下、「ＨＣ酸化開始温度Ｔｈｃｏ」と称する。）以上であるため、ＮＳＲ触媒の吸蔵サイトに吸着されているＨＣが酸化及び除去されることになる。ただし、図２に示す例では、当初のＨＣ吸着量（図２中のｔ０におけるＨＣ吸着量）が“０”であるため、期間ｔ０〜ｔ１におけるＨＣ吸着量が“０”のまま推移する。図２中の期間ｔ１〜ｔ２では、ＮＳＲ触媒の床温がＨＣ酸化開始温度Ｔｈｃｏより低く、且つ入Ａ／ＦがＨＣ吸着上限空燃比Ａ／Ｆｔｈｒｅ以下のリーン空燃比になるため、排気中のＨＣがＮＳＲ触媒の吸蔵サイトに吸着される。それにより、ＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量が経時的に増加する。なお、ここでいう「ＨＣ吸着上限空燃比Ａ／Ｆｔｈｒｅ」は、入Ａ／Ｆが該ＨＣ吸着上限空燃比Ａ／Ｆｔｈｒｅより高い空燃比（リーン側の空燃比）になると、排気中のＨＣがＮＳＲ触媒の吸蔵サイトに殆ど吸着されなくなる空燃比であり、理論空燃比よりリーン側の空燃比である。図２中の期間ｔ２〜ｔ３では、ＮＳＲ触媒の床温がＨＣ酸化開始温度Ｔｈｃｏより低くなる一方で、入Ａ／ＦがＨＣ吸着上限空燃比Ａ／Ｆｔｈｒｅより高くなるため、ＮＳＲ触媒の吸蔵サイトに吸着しているＨＣが酸化及び除去されない一方で、排気中のＨＣがＮＳＲ触媒の吸蔵サイトに殆ど吸着されない。その結果、図２中の期間ｔ２〜ｔ３では、ＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量が略一定量で推移する。図２中の期間ｔ３〜ｔ４では、上記した期間ｔ１〜ｔ２と同様に、ＮＳＲ触媒の床温がＨＣ酸化開始温度Ｔｈｃｏより低く、且つ入Ａ／ＦがＨＣ吸着上限空燃比Ａ／Ｆｔｈｒｅ以下となるため、ＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量が経時的に増加する。図２中の期間ｔ４〜ｔ５では、入Ａ／ＦがＨＣ吸着上限空燃比Ａ／Ｆｔｈｒｅ以下のリーン空燃比であるものの、ＮＳＲ触媒の床温がＨＣ酸化開始温度Ｔｈｃｏ以上になるため、ＮＳＲ触媒の吸蔵サイトに吸着されているＨＣが酸化及び除去されることになる。その結果、図２中の期間ｔ４〜ｔ５では、ＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量が経時的に減少する。なお、図２に示す例では、期間ｔ４〜ｔ５の途中でＨＣ吸着量の減少速度が変化しているが、これは期間ｔ４〜ｔ５の途中で入Ａ／Ｆが変化（すなわち、ＮＳＲ触媒へ流入する排気の酸素濃度が変化）することで、ＨＣの酸化速度が変化することに因る。図２中の期間ｔ５〜ｔ６では、上記した期間ｔ２〜ｔ３と同様に、ＮＳＲ触媒の床温がＨＣ酸化開始温度Ｔｈｃｏより低くなる一方で、入Ａ／ＦがＨＣ吸着上限空燃比Ａ／Ｆｔｈｒｅより高くなるため、ＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量が略一定量で推移する。図２中のｔ６以降では、前述のリッチスパイク処理が実行されることで、入Ａ／Ｆが理論空燃比より低い空燃比（リッチ側の空燃比）になっている。その際、ＮＳＲ触媒の床温がＨＣ酸化開始温度Ｔｈｃｏより低いものの、排気中のＨＣのみならず吸蔵サイトに吸着されているＨＣも他の吸蔵サイトから脱離したＮＯ_Ｘの還元に寄与するため、ＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量が経時的に減少する。以上の傾向を考慮すると、ＮＳＲ触媒の床温がＨＣ酸化開始温度Ｔｈｃｏより低く、且つ入Ａ／Ｆが理論空燃比以上でＨＣ吸着上限空燃比Ａ／Ｆｔｈｒｅ以下の空燃比であるときに、ＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量が増加する一方で、ＮＳＲ触媒の床温がＨＣ酸化開始温度Ｔｈｃｏ以上であるとき、及び入Ａ／Ｆがリッチ空燃比であるときに、ＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量が減少することになる。

図３の処理ルーチンは、上記図２に示したようなＮＳＲ触媒のＨＣ吸着特性に基づいて、ＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量を演算するための処理ルーチンである。この処理ルーチンは、内燃機関１の運転中にＥＣＵ６によって繰り返し実行される（例えば、１サイクル毎に実行される）。

図３の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、先ず、Ｓ１０１の処理において、ＮＳＲ触媒の温度（床温）Ｔｎｓｒを取得し、その床温Ｔｎｓｒが上記のＨＣ酸化開始温度Ｔｈｃｏより低いか否かを判別する。ここでいうＮＳＲ触媒の床温Ｔｎｓｒは、排気温度センサ９の検出値から推定することができる。なお、上記の排気温度センサ９に加え、第１触媒ケーシング４と第２触媒ケーシング５との間の排気管３にも排気温度センサが取り付けられる構成においては、それら２つの排気温度センサによる検出値の差に基づいて、ＮＳＲ触媒の床温Ｔｎｓｒが推定されてもよい。これらの方法によってＥＣＵ６が床温Ｔｎｓｒを取得することで、本発明に係る「触媒温度取得手段」が実現される。

前記Ｓ１０１の処理で肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０２の処理へ進む。Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ６は、第１空燃比センサ８０の検出値（入Ａ／Ｆ）を読み込み、その入Ａ／Ｆが理論空燃比Ａ／Ｆｓｔ以上であるか否かを判別する。該Ｓ１０２の処理で肯定判定された場合は、Ｓ１０３の処理へ進む。

Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０２の処理で読み込まれた入Ａ／Ｆが上記のＨＣ吸着上限空燃比Ａ／Ｆｔｈｒｅ以下であるか否かを判別する。該Ｓ１０３の処理で肯定判定された場合は、上記図２中の期間ｔ１〜ｔ２及び期間ｔ３〜ｔ４のように、排気中のＨＣがＮＳＲ触媒の吸蔵サイトに吸着し易い状態、すなわちＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量が増加する状態となる。そこで、該Ｓ１０３の処理で肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０４の処理へ進む。

Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒におけるＨＣ吸着量の増加分△ｈｃｉｃｒを演算する。例えば、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒へ流入するＨＣ量（流入ＨＣ量）に、ＮＳＲ触媒におけるＨＣ吸着率を乗算することで、ＨＣ吸着量の増加分△ｈｃｉｃｒを演算する。ここでいう流入ＨＣ量は、ＮＳＲ触媒へ流入する排気のＨＣ濃度とＮＳＲ触媒へ流入する排気の流量とを乗算することで求めることができる。ＮＳＲ触媒へ流入する排気のＨＣ濃度は、排気中の未燃燃料濃度に、未燃燃料中においてＨＣが占める割合を乗算することで求めることができる。その際、未燃燃料中においてＨＣが占める割合は、内燃機関１の運転状態（例えば、燃料噴射量、燃料噴射時期、機関負荷、機関回転速度等）をパラメータとして求めることができる。また、ＮＳＲ触媒へ流入する排気の流量は、エアフローメータ１２によって検出される吸入空気量に、燃料噴射弁２からの燃料噴射量を加算することで求めることができる。なお、上記した方法によってＥＣＵ６が排気流量を取得することで本発明に係る「排気流量取得手段」が実現されるとともに、上記した方法によってＥＣＵ６が流入ＨＣ量を演算することで本発明に係る「流入ＨＣ量演算手段」が実現される。一方、上記のＨＣ吸着率は、ＮＳＲ触媒の吸蔵サイトによるＨＣの吸着し易さを示す指標であり、ＮＳＲ触媒へ流入する排気のＨＣ濃度、ＮＳＲ触媒へ流入する排気の流速（単位時間あたりの排気流量）、及びＮＳＲ触媒の床温Ｔｎｓｒ等から推定することができる。例えば、ＮＳＲ触媒へ流入する排気のＨＣ濃度が高くなるほど、ＨＣ吸着率が大きな値に設定されればよい。また、ＮＳＲ触媒へ流入する排気の流速が小さくなるほど、ＨＣ吸着率が大きな値に設定されればよい。さらに、ＮＳＲ触媒の床温Ｔｎｓｒが低くなるほど、ＨＣ吸着率が大きな値に設定されればよい。斯様な方法によって増加分△ｈｃｉｃｒが算出されると、ＥＣＵ６は、該増加分△ｈｃｉｃｒを、ＮＳＲ触媒におけるＨＣ吸着量の変化分Δｈｃとして設定する。なお、この場合における変化分Δｈｃは、正数となる。

上記Ｓ１０３の処理で否定判定された場合は、上記図２中の期間ｔ２〜ｔ３及び期間ｔ５〜ｔ６のように、ＮＳＲ触媒の床温がＨＣ酸化開始温度Ｔｈｃｏより低くなる一方で、入Ａ／ＦがＨＣ吸着上限空燃比Ａ／Ｆｔｈｒｅより高くなるため、ＮＳＲ触媒の吸蔵サイトに吸着しているＨＣが酸化及び除去されないものの、排気中のＨＣがＮＳＲ触媒の吸蔵サイトに殆ど吸着されない。そのため、上記Ｓ１０３の処理で否定判定された場合には、ＥＣＵ６は、Ｓ１０５の処理へ進み、変化分Δｈｃに“０”を設定する。

上記Ｓ１０１の処理で否定判定された場合は、上記図２中の期間ｔ４〜ｔ５のように、ＮＳＲ触媒の吸蔵サイトに吸着されているＨＣが酸化及び除去され易い状態となる。また、上記Ｓ１０２の処理で否定判定された場合は、上記図２中のｔ６以降のように、ＮＳＲ触媒の吸蔵サイトに吸着されているＨＣがＮＯ_Ｘの還元に消費されることになる。これらの場合においては、ＮＳＲ触媒におけるＨＣ吸着量が減少方向へ変化することになる。そして、何れの場合においても、ＨＣ吸着量の減少分Δｈｃｄｃｒは、ＮＳＲ触媒の床温Ｔ
ｎｓｒやＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比（入Ａ／Ｆ）に相関する。よって、上記Ｓ１０１の処理で否定判定された場合、及び上記Ｓ１０２の処理で否定判定された場合には、ＥＣＵ６は、Ｓ１０６の処理へ進み、ＮＳＲ触媒の床温Ｔｎｓｒ及び入Ａ／Ｆに基づいて、ＮＳＲ触媒におけるＨＣ吸着量の減少分Δｈｃｄｃｒを演算する。斯様な方法によって減少分Δｈｃｄｃｒが算出されると、ＥＣＵ６は、該減少分Δｈｃｄｃｒを、ＮＳＲ触媒におけるＨＣ吸着量の変化分Δｈｃとして設定する。なお、この場合における変化分Δｈｃは、負数となる。

ＥＣＵ６は、上記したＳ１０４、Ｓ１０５、又はＳ１０６の何れかの処理を実行し終えると、Ｓ１０７の処理へ進む。Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ６は、本処理ルーチンの前回の実行時に求められたＨＣ吸着量Σｈｃｏｌｄに、上記の何れかの処理で求められた変化分Δｈｃを加算することで、新たなＨＣ吸着量Σｈｃを演算する。斯様にして算出されたＨＣ吸着量Σｈｃは、ＥＣＵ６のバックアップＲＡＭ等に記憶される。

以上述べた処理ルーチンをＥＣＵ６が繰り返し実行することにより、現時点におけるＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量Σｈｃを求めることができる。なお、ＥＣＵ６が図３の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係る「ＨＣ吸着量演算手段」が実現される。

（異常検出の処理フロー）
次に、本実施例における異常検出処理の実行手順について図４に沿って説明する。図４は、ＮＳＲ触媒の異常検出処理を行う際にＥＣＵ６によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、前述したように、リッチスパイク処理の終了（ＮＳＲ触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵量が略“０”になったこと）をトリガとして実行される。なお、本処理ルーチンは、１トリップ中に複数回実行されてもよく、１トリップ中に１回のみ実行されてもよい。

図４の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、先ずＳ２０１の処理において、第１ＮＯ_Ｘセンサ７０の検出値（流入ＮＯ_Ｘ濃度）ＣＮＯ_Ｘｉｎ、第２ＮＯ_Ｘセンサ７１の検出値（流出ＮＯ_Ｘ濃度）ＣＮＯ_Ｘｏｕｔ、ＮＳＲ触媒の床温Ｔｎｓｒ、ＮＳＲ触媒を流通する排気流量Ｆｒ、及びＮＳＲ触媒のＨＣ吸着量Σｈｃ等の各種データを取得する。その際、流入ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯ_Ｘｉｎは、内燃機関１の運転状態から推定されてもよい。また、ＨＣ吸着量Σｈｃは、前述の図３の処理ルーチンで求められたＨＣ吸着量Σｈｃ（バックアップＲＡＭに記憶されているＨＣ吸着量Σｈｃ）が用いられる。

Ｓ２０２の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０１の処理で取得された流入ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯ_Ｘｉｎと流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯ_Ｘｏｕｔとを、下記の式（１）に代入することにより、ＮＳＲ触媒の実ＮＯ_Ｘ吸蔵率Ｅａｃｔを演算する。
Ｅａｃｔ＝（ＣＮＯ_Ｘｉｎ−ＣＮＯ_Ｘｏｕｔ）／ＣＮＯ_Ｘｉｎ・・・（１）
なお、ＥＣＵ６が該Ｓ２０２の処理を実行することで、本発明に係る「実ＮＯ_Ｘ吸蔵率演算手段」が実現される。

Ｓ２０３の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０１の処理で取得された、流入ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯ_Ｘｉｎ、床温Ｔｎｓｒ、排気流量Ｆｒ、及びＨＣ吸着量Σｈｃをパラメータとして、クライテリア触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵率（基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率）Ｅｂａｓｅを演算する。その際、流入ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯ_Ｘｉｎと床温Ｔｎｓｒと排気流量ＦｒとＨＣ吸着量Σｈｃと基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率Ｅｂａｓｅとの相関は、予め実験やシミュレーションの結果に基づく適合作業によって求めておき、それらの相関をマップ又は関数式の形態でＥＣＵ６のＲＯＭに記憶させておくものとする。その際のマップ又は関数式は、ＨＣ吸着量Σｈｃが多い場合は少ない場合に比べ、基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率Ｅｂａｓｅが小さくなるように形成されるものとする。なお、ＥＣＵ６が該Ｓ２０３の処理を実行することで、本発明に係る「基準ＮＯ_Ｘ吸
蔵率推定手段」が実現される。

Ｓ２０４の処理では、ＥＣＵは、前記Ｓ２０２の処理で算出された実ＮＯ_Ｘ吸蔵率Ｅａｃｔが、前記Ｓ２０３の処理で推定された基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率Ｅｂａｓｅ以上であるか否かを判別する。該Ｓ２０４の処理において肯定判定された場合には、ＥＣＵ６は、Ｓ２０５の処理へ進み、ＮＳＲ触媒が正常であると判定する。一方、該Ｓ２０４の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ２０６の処理へ進み、ＮＳＲ触媒が異常であると判定する。なお、ＥＣＵ６がＳ２０４〜Ｓ２０６の処理を実行することで、本発明に係る「異常検出手段」が実現される。

以上述べた実施形態によれば、ＮＳＲ触媒の実ＮＯ_Ｘ吸蔵率とクライテリア触媒の基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率とを比較することで、ＮＳＲ触媒の異常検出を行う場合に、ＮＳＲ触媒の吸蔵サイトに吸着しているＨＣ量（ＨＣ吸着量）を考慮して基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率が定められるため、ＮＳＲ触媒にＨＣが吸着することに起因する、異常検出精度の低下を抑制することができる。

１ 内燃機関
２ 燃料噴射弁
３ 排気管
５ 第２触媒ケーシング
６ ＥＣＵ
９ 排気温度センサ
７０ 第１ＮＯ_Ｘセンサ
７１ 第２ＮＯ_Ｘセンサ
８０ 第１空燃比センサ
８１ 第２空燃比センサ

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に配置されるＮＯ_Ｘ吸蔵還元型触媒の異常検出装置であって、
   前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元型触媒から流出する排気のＮＯ_Ｘ濃度である流出ＮＯ_Ｘ濃度を検出するＮＯ_Ｘセンサと、
   前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元型触媒へ流入する排気のＮＯ_Ｘ濃度である流入ＮＯ_Ｘ濃度を取得する流入ＮＯ_Ｘ濃度取得手段と、
   前記ＮＯ_Ｘセンサにより検出される流出ＮＯ_Ｘ濃度、及び前記流入ＮＯ_Ｘ濃度取得手段により取得される流入ＮＯ_Ｘ濃度に基づいて、前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元型触媒へ流入するＮＯ_Ｘ量に対して該ＮＯ_Ｘ吸蔵還元型触媒で実際に吸蔵されるＮＯ_Ｘ量の割合である実ＮＯ_Ｘ吸蔵率を演算する実ＮＯ_Ｘ吸蔵率演算手段と、
   前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元型触媒へ流入する排気の空燃比を検出する空燃比センサと、
   前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元型触媒を流通する排気の流量を取得する排気流量取得手段と、
   前記空燃比センサの検出値、及び前記排気流量取得手段により取得される排気流量に基づいて、前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元型触媒へ流入する炭化水素の量である流入ＨＣ量を演算する流入ＨＣ量演算手段と、
   前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元型触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、
   前記空燃比センサの検出値、前記流入ＨＣ量演算手段により算出される流入ＨＣ量、及び前記触媒温度取得手段により取得される温度に基づいて、前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元型触媒に吸着されている炭化水素の量であるＨＣ吸着量を演算するＨＣ吸着量演算手段と、
   前記流入ＮＯ_Ｘ濃度取得手段により取得される流入ＮＯ_Ｘ濃度、及び前記ＨＣ吸着量演算手段により算出されるＨＣ吸着量に基づいて、クライテリア触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵率である基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率を推定する基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率推定手段と、
   前記実ＮＯ_Ｘ吸蔵率演算手段により算出される実ＮＯ_Ｘ吸蔵率と前記基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率推定手段により推定される基準ＮＯ_Ｘ吸蔵率とを比較することで、前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元型触媒の異常を検出する異常検出手段と、
   を備える、排気浄化触媒の異常検出装置。

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