JP4650364B2 - ＮＯｘ触媒の劣化検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＮＯｘ触媒の劣化検出装置に関する。

ディーゼルエンジンの排気通路に設けられたＮＯｘ触媒の上流と下流にそれぞれ空燃比センサを配置し、リッチスパイク実行時のそれらの空燃比センサの出力に基づいてＮＯｘ触媒の劣化を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−３０８４５５号公報 特開２０００−２７４２７９号公報 特開２００２−４７９７９号公報 特開平１１−９３７４２号公報

しかしながら、エンジンから排出されるＰＭ等が触媒上流の空燃比センサに堆積する場合がある。この場合には、触媒上流の空燃比センサの出力が低下してしまい、ＮＯｘ触媒の劣化を正確に検出することができなくなる可能性がある。
また、かかる触媒上流の空燃比センサに対するＰＭ等の付着を防止すべく、該空燃比センサにカバーを設けた場合には、該空燃比センサの出力の応答性が低下してしまう可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エンジンから排出されるＰＭ等の影響を受けることなく、ＮＯｘ触媒の劣化検出を精度良く行うことが可能なＮＯｘ触媒の劣化検出装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、ＮＯｘ触媒の劣化検出装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気空燃比に応じてＮＯｘを吸蔵又は還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の下流の排気通路における排気空燃比を検出する空燃比センサと、
前記ＮＯｘ触媒の下流の排気通路におけるＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、
前記ＮＯｘ触媒の上流の排気通路に還元剤を供給するリッチスパイクを実行するリッチスパイク実行手段と、
前記リッチスパイクの実行時に、前記排気空燃比に基づいて前記ＮＯｘ触媒をすり抜ける余剰還元剤量を算出する余剰還元剤量算出手段と、
前記リッチスパイクの実行時に、前記ＮＯｘ濃度に基づいて前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出手段と、
前記余剰還元剤量と前記ＮＯｘ浄化率とによって規定される相関地点が所定範囲内に含まれる場合に、前記ＮＯｘ触媒の劣化検出を実行する劣化検出手段とを備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記相関地点が前記所定範囲内に含まれない場合に、前記リッチスパイク実行手段により供給される還元剤の量を変更する還元剤量変更手段を更に備えたことを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記ＮＯｘ浄化率算出手段は、前記ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ流入量を推定するＮＯｘ流入量推定手段を有し、
前記還元剤量変更手段により変更された還元剤の量が所定値以上である場合に、前記ＮＯｘ流入量を変更するＮＯｘ流入量変更手段を更に備えたことを特徴とする。

第１の発明によれば、ＮＯｘ触媒下流のＮＯｘセンサ及び空燃比センサを用いて、ＮＯｘ触媒の劣化が検出される。これにより、ＰＭ等の付着の影響を受けることなく、ＮＯｘ触媒の劣化を検出することができる。さらに、第１の発明によれば、余剰還元剤量とＮＯｘ浄化率とに基づいてＮＯｘ触媒の劣化検出が行われる。ここで、ＮＯｘ浄化率のみから正常であると判定されたＮＯｘ触媒には、エミッション特性の悪化を招来するＮＯｘ触媒が含まれてしまう。これに対して、ＮＯｘ浄化率に加えて余剰還元剤量を考慮することで、ＮＯｘ浄化率のみからＮＯｘ触媒の劣化検出を行う場合に比して、ＮＯｘ触媒の劣化検出を精度良く行うことができる。

また、第１の発明によれば、余剰還元剤量とＮＯｘ浄化率とによって規定される相関地点が所定範囲内に含まれる場合に、ＮＯｘ触媒の劣化検出が実行される。この所定範囲は、ＮＯｘ触媒以外の部品故障による影響を受けずに、ＮＯｘ触媒の劣化検出を実行可能な範囲である。よって、ＮＯｘ触媒以外の部品故障の影響を受けずに、ＮＯｘ触媒の劣化検出を精度良く行うことができる。

第２の発明によれば、相関地点が所定範囲内に含まれない場合には、リッチスパイク実行時に供給される還元剤の量が変更される。これにより、次回のリッチスパイク実行時に相関地点を所定範囲内に含ませることができる。よって、次回のリッチスパイク実行時に、ＮＯｘ触媒以外の部品故障の影響を受けずに、ＮＯｘ触媒の劣化検出を精度良く行うことができる。

第３の発明によれば、変更された還元剤の量が所定値以上である場合には、ＮＯｘ流入量が変更される。よって、相関地点が所定範囲から大きく外れている場合であっても、第３の発明による還元剤の量の変更と相まって、次回のリッチスパイク実行時に相関地点を所定範囲内に含ませることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１として、４サイクルのディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）を備えている。ディーゼルエンジン１は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。図１に示すディーゼルエンジン１は直列４気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

ディーゼルエンジン１の各気筒２のピストンは、クランク機構を介してクランク軸４に連結されている。クランク軸４の近傍には、クランク軸４の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ５が設けられている。

ディーゼルエンジン１の各気筒２には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ６が設置されている。各気筒のインジェクタ６は、共通のコモンレール７に接続されている。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ８によって所定の燃圧まで加圧される。この加圧された燃料は、コモンレール７内に蓄えられ、コモンレール７から各インジェクタ６に供給される。インジェクタ６は、１サイクル中に複数回、任意のタイミングで燃料を筒内に噴射することができる。

ディーゼルエンジン１の吸気ポート１０には、吸気バルブ１２が設けられている。この吸気バルブ１２の開弁特性（開弁時期、リフト量、作用角）は、図示しない公知の可変動弁機構により変更可能である。

吸気ポート１０は、吸気マニホールド１６を介して吸気通路１８に接続されている。吸気通路１８の途中には、吸気絞り弁２０が設けられている。吸気絞り弁２０は、アクセル開度センサ２１により検出されるアクセル開度AAに基づき、その開度が決定される電子制御弁である。吸気絞り弁２０の上流には、インタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の上流にはターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａが設けられている。コンプレッサ２４ａは、排気通路３８のタービン２４ｂと連結軸により連結されている。

コンプレッサ２４ａの上流には、吸入空気量Gaを検出するエアフロメータ２６が設けられている。エアフロメータ２６の上流にはエアクリーナ２８が設けられている。

このような構成によれば、ターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａにより圧縮された吸入空気は、インタークーラ２２で冷却される。インタークーラ２２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド１６によって各気筒の吸気ポート１０に分配される。

また、ディーゼルエンジン１の排気ポート３０には、排気バルブ３２が設けられている。この排気バルブ３２の開弁特性（開弁時期、リフト量、作用角）は、図示しない公知の可変動弁機構により変更可能である。

排気ポート３０は、排気マニホールド３６を介して排気通路３８に接続されている。排気通路３８には、ターボ過給機２４のタービン２４ｂが設けられている。タービン２４ｂの下流には、ＮＯｘ触媒４０が設けられている。ＮＯｘ触媒４０は、空燃比が理論空燃比より大きい雰囲気中、つまり理論空燃比よりリーンな雰囲気中では排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比以下の雰囲気中、つまり理論空燃比以下のリッチの雰囲気中では吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して放出する機能を有している。このＮＯｘ触媒４０は、ＮＯｘを吸蔵還元する機能のみを有するものでもよく、あるいは、排気ガス中のすすを捕集する機能を併せ持つＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)のようなものでもよい。また、ＮＯｘ触媒４０は、すすを捕集すること以外の機能を併せ持つものでもよい。

タービン２４ｂとＮＯｘ触媒４０との間には、排気ガス中に燃料を添加する排気燃料添加弁４２が設けられている。ＮＯｘ触媒４０の下流には、排気空燃比A/Foutを検出する空燃比センサ４４と、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ４６とが設けられている。

吸気通路１８の吸気マニホールド１６の近傍には、外部ＥＧＲ通路５２の一端が接続されている。外部ＥＧＲ通路５２の他端は、排気通路３８の排気マニホールド３６近傍に接続されている。本システムでは、この外部ＥＧＲ通路５２を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路１８に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。

外部ＥＧＲ通路５２の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５４が設けられている。外部ＥＧＲ通路５２におけるＥＧＲクーラ５４の下流には、ＥＧＲ弁５６が設けられている。このＥＧＲ弁５６の開度を大きくするほど、外部ＥＧＲ通路５２を通る排気ガス量（すなわち、外部ＥＧＲ量もしくは外部ＥＧＲ率）を増大させることができる。

また、本実施の形態１のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ６、サプライポンプ８、吸気絞り弁２０、排気燃料添加弁４２、ＥＧＲ弁５６等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ５、アクセル開度センサ２１、エアフロメータ２６、空燃比センサ４４、ＮＯｘセンサ４６等が接続されている。
また、ＥＣＵ６０は、クランク角センサ５の出力に基づいて、機関回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ６０は、アクセル開度AA等に基づいて、機関負荷KLを算出する。また、ＥＣＵ６０は、機関負荷KLに基づいて、インジェクタ６からの燃料噴射量Qを算出する。ＥＣＵ６０は、各センサからの信号に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼルエンジン１の運転状態を制御する。

［実施の形態１の特徴］
上記のように、本実施の形態１によるシステムは、ＮＯｘ触媒４０を備えている。かかるＮＯｘ触媒４０の劣化検出方法として、既述した特許文献１のように、ＮＯｘ触媒の上流と下流とにそれぞれ設けられた２つの空燃比センサの出力を用いる方法が知られている。しかし、エンジンから排出されるＰＭ等がＮＯｘ触媒上流の空燃比センサに堆積すると、該空燃比センサの出力低下が起こってしまい、正確にＮＯｘ触媒の劣化検出を行うことができなくなる可能性がある。そこで、ＮＯｘ触媒上流の空燃比センサへのＰＭ等の付着を防止すべく、空燃比センサにカバー（すす対策用カバー）を設ける対策が行われている。

しかし、空燃比センサにカバーを設けた場合には、図２に示すように、空燃比センサの出力（以下「センサ出力」という。）の応答性能が低下してしまう。図２は、空燃比センサにＰＭ等の付着防止用のカバーを設けた場合と設けない場合との、センサ出力の応答性能を比較するための図である。図２において符号Ａを付した直線は、触媒上流における実際の空燃比の変化を示している。符号Ｂを付した一点鎖線は、空燃比センサにカバーを設けた場合のセンサ出力の変化を示している。符号Ｃを付した破線は、空燃比センサにカバーを設けていない場合のセンサ出力の変化を示している。

図２に示すように、直線Ａと破線Ｃとはほぼ一致している。このため、カバーを設けていない場合にはセンサ出力の応答性能が高いことが分かる。一方、直線Ａの変化に対して、一点鎖線Ｂの変化は大きく遅れている。このため、カバーを設けた場合にはセンサ出力の応答性能が低下してしまうことが分かる。このように、空燃比センサにＰＭ付着防止用のカバーを設けると、センサ出力の応答性能が低下してしまうため、ＮＯｘ触媒の劣化検出を精度良く行うことは難しい。

そこで、ＮＯｘ触媒上流のセンサを用いずに、リッチスパイク実行時に、ＮＯｘ触媒下流のセンサのみを用いて、ＮＯｘ触媒の劣化検出を行う手法が考えられる。例えば、ＮＯｘ触媒の下流に配置されたＮＯｘセンサの出力のみを用いて、ＮＯｘ触媒の劣化を検出する手法が考えられる。この手法によれば、リッチスパイク実行時にＮＯｘ触媒から排出されるＮＯｘ濃度をＮＯｘセンサにより検出し、その検出結果を用いてＮＯｘ浄化率が算出される。そして、算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて、ＮＯｘ触媒の劣化検出が行われる。つまり、ＮＯｘ浄化率が基準値よりも低い場合に、ＮＯｘ触媒が劣化していると判断される。

しかし、本発明者等の検討の結果、リッチスパイク実行時にＮＯｘ触媒４０をすり抜ける余剰還元剤量（以下「余剰ＨＣ量」という。）に応じて、ＮＯｘ浄化率が大きく変化することが分かった。具体的には、リッチスパイク実行時にＮＯｘ触媒４０をすり抜ける余剰ＨＣ量Ghcと、ＮＯｘ触媒４０のＮＯｘ浄化率Rnoxとの間には、図３に示すような相関関係があることが分かった。図３は、リッチスパイク実行時の余剰ＨＣ量GhcとＮＯｘ浄化率Rnoxとの相関関係を示す図である。図３には、浄化性能が異なる４つのＮＯｘ触媒C1〜C4の相関関係が示されている。かかる触媒C1〜C4の相関関係から分かるように、余剰ＨＣ量Ghcが多いほど、ＮＯｘ浄化率Rnoxが高くなっている。

よって、上述したＮＯｘ浄化率のみによって触媒劣化を検出する手法によっては、余剰ＨＣ量Ghcが多い場合に、精度良くＮＯｘ触媒の劣化検出を行うことができない。つまり、余剰ＨＣ量Ghcが多い場合にのみＮＯｘ浄化率Rnoxが基準値Rthを超えるＮＯｘ触媒C2は、排気エミッション特性の観点から劣化触媒であると判断すべきであるが、ＮＯｘ浄化率Rnoxだけを基準とすると正常触媒であると判断され得る。

そこで、本実施の形態１では、リッチスパイク実行時に、余剰ＨＣ量GhcとＮＯｘ浄化率Rnoxとの両方を考慮して、ＮＯｘ触媒４０の劣化を検出する。ここで、「余剰ＨＣ量Ghc」とは、リッチスパイク実行時に排気燃料添加弁４２から添加されたＨＣ量のうち、ＮＯｘ触媒４０におけるＮＯｘの還元に用いられず、ＮＯｘ触媒をすり抜けたＨＣ量のことをいう。この余剰ＨＣ量Ghcは、当業者間では「すり抜けＨＣ量」ともいわれる。また、「ＮＯｘ浄化率Rnox」とは、前回のリッチスパイク終了後にＮＯｘ触媒４０に流入したＮＯｘ量に対する、リッチスパイク実行時に供給された還元剤により還元されたＮＯｘ量の割合のことをいう。以下、本実施の形態１によるＮＯｘ触媒４０の劣化検出手法につき具体的に説明する。

図３においてハッチングが付された所定範囲Rは、余剰ＨＣ量GhcとＮＯｘ浄化率Rnoxとによって規定されている。この所定範囲Rは、ＮＯｘ触媒４０以外の部品（例えば、排気燃料添加弁４２）の故障の影響を受けずに、ＮＯｘ触媒４０の浄化能力を判別することが可能な範囲である。

そこで、本実施の形態１では、余剰ＨＣ量GhcとＮＯｘ浄化率Rnoxとによって定まる相関地点Pがこの所定範囲R内に含まれる場合に、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出を実行する。具体的には、該相関地点Pが所定範囲R内に含まれる場合において、ＮＯｘ浄化率Rnoxが基準値Rth（例えば40%）よりも小さければＮＯｘ触媒４０が劣化していると判別し、ＮＯｘ浄化率Rnoxが基準値Rth以上であればＮＯｘ触媒４０が正常であると判別する。

かかる本実施の形態１による劣化検出手法に照らせば、図３に示す触媒C1,C2については、相関地点P1,P2が所定範囲R内に含まれ、その相関地点P1,P2におけるＮＯｘ浄化率Rnoxが基準値Rthよりも小さいため、劣化触媒であると判別される。また、同図に示す触媒C3,C4については、相関地点P3,P4が所定範囲R内に含まれ、その相関地点P3,P4におけるＮＯｘ浄化率Rnoxが基準値Rth以上であるため、正常触媒であると判別される。なお、この所定範囲Rは、車両やＮＯｘ触媒４０の種類毎に異なるため、予めマップとして作成され、ＥＣＵ６０内に格納されている。

次に、上記の余剰ＨＣ量GhcとＮＯｘ浄化率Rnoxの算出方法について説明する。
先ず、図４を参照して、上記余剰ＨＣ量Ghcの算出方法について説明する。図４は、余剰ＨＣ量Ghcの算出方法を説明するための図である。図４には、リッチスパイク実行時の、空燃比センサ出力A/Foutの変化が示されている。図４に示すように、時刻ｔ１において、リッチスパイクが開始されている。つまり、排気通路３８を流れる排気ガスに対して排気燃料添加弁４２から還元剤であるＨＣの添加が開始されている。なお、ＨＣの添加は、所定量を１回だけ添加してもよく、所定量を分割して複数回に分けて添加するようにしてもよい。この添加されたＨＣは、ＮＯｘ触媒４０に吸蔵されたＮＯｘの還元・浄化に用いられる。
このＨＣによりＮＯｘが還元されている間（例えば、時刻ｔ２）は、ＮＯｘ触媒４０からＨＣはすり抜けてこない。このため、空燃比センサ出力A/Foutは理論空燃比A/Fstに維持される。そして、ＮＯｘ触媒４０のＮＯｘが全て還元された後（例えば、時刻ｔ３）、添加されたＨＣはＮＯｘの還元に用いられないため、ＮＯｘ触媒４０をすり抜けてくる。このため、空燃比センサ出力A/Foutが、理論空燃比A/Fstよりもリッチ側に変化する。そして、排気燃料添加弁４２から添加されたＨＣが全てＮＯｘ触媒４０をすり抜けると（例えば、時刻ｔ４）、空燃比センサ出力A/Foutは、理論空燃比A/Fstよりもリーン側に再度変化する。このＮＯｘ触媒４０をすり抜けたＨＣの量の総和が、上記「余剰ＨＣ量Ghc」に相当する。この余剰ＨＣ量Ghcは、空燃比センサ出力A/Foutを用いて、次式(1)によって算出することができる。次式(1)において、「Ga」は吸入空気量である。
Ghc=∫{(Ga/(A/Fout))-(Ga/(A/Fst))}dt・・・(1)

次に、上記ＮＯｘ浄化率Rnoxの算出方法について説明する。上述したように、「ＮＯｘ浄化率Rnox」とは、前回のリッチスパイク終了後からＮＯｘ触媒４０に流入したＮＯｘ量に対する、リッチスパイク実行時に供給された還元剤により還元されたＮＯｘ量の割合のことをいう。よって、ＮＯｘ浄化率Rnoxは、次式(2)により算出することができる。次式(2)において、「Nin」は、ＮＯｘ触媒４０に流入するＮＯｘ量であり、「Nout」は、リッチスパイク実行時にＮＯｘ触媒４０から排出されるＮＯｘ量である。この「Nin」は、機関回転数Neと燃料噴射量Qとの関係で定められたマップ（図示せず）を参照して推定することができる。また、「Nout」は、ＮＯｘセンサ出力と、吸入空気量Gaとを用いて算出することができる。なお、この「Nin」を、上記マップによらず、モデル計算により求めることもできる。
Rnox={1-(Nout/Nin)}×100・・・(2)

本実施の形態１によれば、ＮＯｘ触媒４０下流の空燃比センサ４４の出力とＮＯｘセンサ４６の出力とを用いて求められた余剰ＨＣ量GhcとＮＯｘ浄化率Rnoxとに基づいて、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出を行うようにした。よって、エンジン１から排出されるＰＭ等の影響を受けることなく、ＮＯｘ触媒４０の劣化を検出することができる。さらに、ＮＯｘ浄化率Rnoxだけでなく余剰ＨＣ量Ghcを考慮することで、ＮＯｘ浄化率RnoxだけでＮＯｘ触媒の劣化を検出する場合に比して、精度良くＮＯｘ触媒４０の劣化を検出することができる。
また、本実施の形態１によれば、余剰ＨＣ量GhcとＮＯｘ浄化率Rnoxとによって定まる相関地点Pが所定範囲R内に含まれる場合に、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出が行われる。よって、ＮＯｘ触媒４０以外の部品故障の影響を受けることなく、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出を精度良く行うことができる。

ところで、経時により、排気燃料添加弁４２の噴射精度が低下する場合がある。そうすると、図３において符号P41,42を付して示す相関地点のように、該相関地点P41,42が所定範囲R内に含まれない可能性がある。かかる場合には、排気燃料添加弁４２により添加されるＨＣ量を変更する。例えば、相関地点P41の場合、ＨＣ量の変更量は、余剰ＨＣ量Ghcと所定範囲Rとの差dに応じて、マップあるいは計算式により算出する。このようにＨＣ量を変更することで、すなわちリッチ深さを変更することで、次回のリッチスパイク実行時に、余剰ＨＣ量GhcとＮＯｘ浄化率Rnoxとによって定まる相関地点を所定範囲R内に含ませることができる。よって、次回のリッチスパイク実行時に、ＮＯｘ触媒４０以外の部品故障の影響を受けることなく、ＮＯｘ触媒４０の劣化を検出することができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図５は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定間隔毎に起動されるものである。

図５に示すルーチンによれば、先ず、ＮＯｘ触媒４０の劣化判定を実行するための前提条件を具備しているか否かを判別する（ステップ１００）。このステップ１００では、排気燃料添加弁４２、空燃比センサ４４及びＮＯｘセンサ４６の信号線に断線がないかを、その出力をモニタすることにより判別する。このステップ１００で前提条件を具備していないと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

上記ステップ１００で前提条件を具備していると判別された場合には、リッチスパイクを実行しているか否かを判別する（ステップ１０２）。本実施の形態１によるＮＯｘ触媒４０の劣化検出は、リッチスパイク実行時に行われる。よって、このステップ１０２でリッチスパイクが実行されていないと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

一方、上記ステップ１０２でリッチスパイクが実行されていると判別された場合には、空燃比センサ出力を用いて、上式(1)に従って余剰ＨＣ量Ghcを算出する（ステップ１０４）。その後、ＮＯｘセンサ出力を用いて、上式(2)に従ってＮＯｘ浄化率Rnoxを算出する（ステップ１０６）。そして、算出されたＮＯｘ浄化率Rnoxでの余剰ＨＣ量Ghcが、所定範囲に含まれるか否かを判別する（ステップ１０８）。すなわち、このステップ１０８では、上記ステップ１０４で算出された余剰ＨＣ量Ghcと上記ステップ１０６で算出されたＮＯｘ浄化率Rnoxとによって定まる相関地点Pが、所定範囲Rに含まれるか否かを判別する。この所定範囲Rとは、車両やＮＯｘ触媒の種類に応じて予め定められた範囲であって、ＮＯｘ触媒４０以外の部品故障の影響を受けずにＮＯｘ触媒４０の劣化検出を行うことができる範囲である。このステップ１０８では、ＥＣＵ６０内に予め格納され、上記所定範囲がR定められているマップを読み出して、上記ステップ１０４，１０６でそれぞれ算出された余剰ＨＣ量GhcとＮＯｘ浄化率Rnoxとによって定まる相関地点Pが該マップの所定範囲Rに含まれるか否かを判別する。

上記ステップ１０８で相関地点Pが所定範囲Rに含まれないと判別された場合、例えば、図３に示す相関地点P41,P42のような場合には、排気燃料添加弁４２から添加されるＨＣ量を変更する（ステップ１１０）。このステップ１１０では、余剰ＨＣ量Ghcが所定範囲よりも多い場合にはＨＣ量が減量され、余剰ＨＣ量Ghaが所定範囲よりも少ない場合にはＨＣ量が増量される。ここで、ＨＣ量の変更量は、相関地点Pにおける余剰ＨＣ量Ghcと所定範囲Rとの差分（例えば、図３に示す差分d）に応じて決定することができる。具体的には、ＥＣＵ６０内に予め記憶されているマップを参照して、若しくは、数式を用いて、該差分に応じてＨＣ量の変更量を求めることができる。ステップ１１０の処理後、ステップ１０２の判別処理に戻る。

一方、ステップ１０８で相関地点Pが所定範囲Rに含まれると判別された場合には、上記ステップ１０６で算出されたＮＯｘ浄化率Rnoxが基準値Rthよりも小さいか否かを判別する（ステップ１１２）。この基準値Rthは、ＮＯｘ触媒４０の劣化判定を行うための基準値であり、例えば、４０（％）である。このステップ１１２でＮＯｘ浄化率Rnoxが基準値Rthよりも小さいと判別された場合には、ＮＯｘ触媒４０が劣化していると判定される（ステップ１１４）。この場合、触媒劣化を車両運転者に認知させるべく、警告ランプの点灯等の処理が行われる。また、ＮＯｘ浄化率Rnoxが基準値Rth以上であると判別された場合には、ＮＯｘ触媒４０は正常であると判定される（ステップ１１６）。

以上説明したように、図５に示すルーチンによれば、リッチスパイク実行時に余剰ＨＣ量GhcとＮＯｘ浄化率Rnoxとによって定まる相関地点Pが所定範囲R内に含まれる場合に、ＮＯｘ浄化率Rnoxと基準値Rthとを比較することでＮＯｘ触媒４０の劣化検出が実行される。よって、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出を実行するに当たり、余剰ＨＣ量Ghcが考慮されている。このため、ＮＯｘ浄化率RnoxだけでＮＯｘ触媒の劣化を検出する場合に比して、精度良くＮＯｘ触媒４０の劣化を検出することができる。
また、相関地点Pが所定範囲R内に含まれる場合には、ＮＯｘ触媒４０以外の部品故障の影響を受けることなく、ＮＯｘ触媒４０の浄化性能を精度良く判別することができる。
また、相関地点Pが所定範囲R内に含まれない場合には、排気燃料添加弁４２により添加されるＨＣ量が変更される。これにより、次回のリッチスパイク実行時に相関地点Pを所定範囲R内に含めることができる。このため、排気燃料添加弁４２の経時変化が起こった場合であっても、次回のリッチスパイク実行時に、ＮＯｘ触媒４０以外の部品故障の影響を受けることなく、ＮＯｘ触媒４０の浄化性能を精度良く判別することができる。

ところで、本実施の形態１では、ディーゼルエンジンについて説明したが、本発明を火花着火式のガソリンエンジンにも適用することができる。ＰＭ排出量が比較的多い筒内燃料噴射型のガソリンエンジンに対して本発明を適用することが好適である（後述する実施の形態２についても同様）。

尚、本実施の形態１においては、ＮＯｘ触媒４０が第１の発明における「ＮＯｘ触媒」に、空燃比センサ４４が第１の発明における「空燃比センサ」に、ＮＯｘセンサ４６が第１の発明における「ＮＯｘセンサ」に、排気燃料添加弁４２が第１の発明における「リッチスパイク実行手段」に、それぞれ相当する。また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１０２の処理を実行することにより第１の発明における「リッチスパイク実行手段」が、ステップ１０４の処理を実行することにより第１の発明における「余剰還元剤量算出手段」が、ステップ１０６の処理を実行することにより第１の発明における「ＮＯｘ浄化率算出手段」及び第４の発明における「ＮＯｘ流入量推定手段」が、ステップ１０８，１１２，１１４の処理を実行することにより第１及び第２の発明における「劣化検出手段」が、ステップ１１０の処理を実行することにより第３の発明における「還元剤量変更手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態２のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１では、余剰ＨＣ量GhcとＮＯｘ浄化率Rnoxとによって定まる相関地点Pが所定範囲R内に含まれない場合には、排気燃料添加弁４２により添加されるＨＣ量が変更されている。これは、経時変化により排気燃料添加弁４２から噴射されるＨＣ量が変化しやすいことを考慮したものである。かかるＨＣ量の変更により、次回のリッチスパイク実行時に相関地点Pを所定範囲R内に含ませることができる。よって、次回のリッチスパイク実行時に、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出を精度良く行うことができる。

ところが、ＨＣ変更量が基準値よりも多い場合、例えば、相関地点Pが所定範囲Rから大きく外れているような場合には、排気燃料添加弁４２が主要因ではないと推定することができる。この場合、ＮＯｘ浄化率Rnoxを正確に算出することができていないと推定する。ここで、ＮＯｘ浄化率Rnoxを算出する上式(2)では、ＮＯｘ触媒４０に流入するＮＯｘ量Ninが、マップもしくはモデル計算により求められている。

そこで、本実施の形態２では、ＨＣ変更量が基準値よりも多い場合には、マップもしくはモデル計算により求められるＮＯｘ量Ninを変更する。これにより、ＮＯｘ浄化率Rnoxを正確に算出することができる。よって、次回のリッチスパイク実行時に、相関地点Pを所定範囲R内に含めることができる。よって、本実施の形態２によっても、ＮＯｘ触媒４０以外の部品故障の影響を受けることなく、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出を精度良く行うことができる。

［実施の形態２における具体的処理］
図６は、本実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、図５に示すルーチンと並行して実行することが可能であり、所定間隔毎に起動されるものである。

図６に示すルーチンによれば、先ず、リッチスパイク実行時に排気燃料添加弁４２から添加されるＨＣ量（いわゆる、リッチ深さ）が変更されたか否かを判別する（ステップ１２０）。このステップ１２０では、図５に示すルーチンのステップ１１０が実行履歴を参照し、ＨＣ量が変更されたか否かを判別することができる。このステップ１２０でＨＣ量が変更されていないと判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。よって、図５に示すルーチンのステップ１１０の処理が実行された後に、本ルーチンの処理が有効に実行されることとなる。

上記ステップ１２０でＨＣ量が変更されたと判別された場合には、そのＨＣ変更量を読み込む（ステップ１２２）。その後、上記ステップ１２２で読み込まれたＨＣ変更量が所定値よりも大きいか否かを判別する（ステップ１２４）。この所定値は、相関地点Pが所定範囲R内に含まれないことの主要因が排気燃料添加弁４２にあるか否かを判別するための基準値である。この所定値は、車両を用いて行われた耐久試験の結果により定めることができる。このステップ１２４でＨＣ変更量が所定値以下であると判別された場合、例えば、相関地点Pと所定範囲Rとの差が小さい場合には、ＨＣ量の変更のみで次回のリッチスパイク実行時に相関地点Pを所定範囲R内に含ませることが可能であると判断される。よって、この場合には、本ルーチンを一旦終了する。

一方、上記ステップ１２４でＨＣ変更量が所定値よりも大きい場合には、排気燃料添加弁４２の経時変化のみが要因でないと判断される。この場合、相関地点P（つまり、該相関地点Pにおける余剰ＨＣ量Ghc,ＮＯｘ浄化率Rnox、以下同じ）が所定範囲Rよりも大きいか否かが判別される（ステップ１２６）。このステップ１２６で相関地点Pが所定範囲Rよりも大きいと判別された場合（例えば、図３に示す相関地点P42の場合）には、マップもしくはモデル計算により算出されたＮＯｘ触媒４０に流入するＮＯｘ量の推定値（以下「触媒流入ＮＯｘ推定量」という。）、すなわち上式(2)の「Nin」が、実際にＮＯｘ触媒４０に流入したＮＯｘ量よりも少ないと判断される。よって、この場合には、触媒流入ＮＯｘ推定量Ninを増量する（ステップ１２８）。具体的には、触媒流入ＮＯｘ推定量Ninが増量されるように、マップ値の変更もしくはモデル計算の係数の変更が行われる。

上記ステップ１２６で相関地点Pが所定範囲Rよりも大きくないと判別された場合には、相関地点Pが所定範囲Rよりも小さいか否かを判別する（ステップ１３０）。このステップ１３０で相関地点Pが所定範囲Rよりも小さくないと判別された場合、つまり、相関地点Pが所定範囲Rに含まれている場合には、触媒流入ＮＯｘ推定量の変更が不要であるため、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１３０で相関地点Pが所定範囲Rよりも小さいと判別された場合（例えば、図３に示す相関地点P41の場合）には、マップもしくはモデル計算により算出された触媒流入ＮＯｘ推定値Ninが、実際にＮＯｘ触媒４０に流入したＮＯｘ量よりも多いと判断される。よって、この場合には、触媒流入ＮＯｘ推定量Ninを減量する（ステップ１３２）。具体的には、触媒流入ＮＯｘ推定量Ninが減量されるように、マップ値の変更もしくはモデル計算の係数の変更が行われる。

以上説明したように、図６に示すルーチンによれば、排気燃料添加弁４２により添加されるＨＣ量の変更量が所定値よりも大きい場合に、触媒流入ＮＯｘ推定量が変更される。これにより、ＨＣ量の変更と相まって、次回のリッチスパイク実行時に相関地点Pを所定範囲R内に含ませることができる。よって、次回のリッチスパイク実行時に、ＮＯｘ触媒４０以外の部品故障の影響を受けることなく、ＮＯｘ触媒４０の劣化検出を精度良く実行することができる。

ところで、本実施の形態２では、ＨＣ変更量が所定値よりも大きい場合には、ＮＯｘ触媒４０に流入するＮＯｘ推定量を増量又は減量させることとしたが、このＮＯｘ推定量の増減に代えて若しくはこのＮＯｘ推定量の増減と共に、エアフロメータ２６の出力特性（すなわち、吸入空気量Ga）を変更するようにしてもよい。このエアフロメータ２６の出力特性を変更することで、上記実施の形態２と同様に、ＮＯｘ浄化率Rnoxを正確に求めることができ、相関地点Pを所定範囲R内に含ませることができる。

尚、本実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１２８又は１３２の処理を実行することにより第４の発明における「ＮＯｘ流入量変更手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１によるシステム構成を説明するための図である。 空燃比センサにＰＭ等の付着防止用のカバーを設けた場合と設けない場合との、センサ出力の応答性能を比較するための図である。 リッチスパイク実行時の余剰ＨＣ量GhcとＮＯｘ浄化率Rnoxとの相関関係を示す図である。 余剰ＨＣ量Ghcの算出方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２６ エアフロメータ
４０ ＮＯｘ触媒
４２ 排気燃料添加弁
４４ ＮＯｘセンサ
４６ 空燃比センサ
６０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気空燃比に応じてＮＯｘを吸蔵又は還元するＮＯｘ触媒と、
   前記ＮＯｘ触媒の下流の排気通路における排気空燃比を検出する空燃比センサと、
   前記ＮＯｘ触媒の下流の排気通路におけるＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、
   前記ＮＯｘ触媒の上流の排気通路に還元剤を供給するリッチスパイクを実行するリッチスパイク実行手段と、
   前記リッチスパイクの実行時に、前記排気空燃比に基づいて前記ＮＯｘ触媒をすり抜ける余剰還元剤量を算出する余剰還元剤量算出手段と、
   前記リッチスパイクの実行時に、前記ＮＯｘ濃度に基づいて前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出手段と、
   前記余剰還元剤量と前記ＮＯｘ浄化率とによって規定される相関地点が所定範囲内に含まれる場合に、前記ＮＯｘ触媒の劣化検出を実行する劣化検出手段とを備えたことを特徴とするＮＯｘ触媒の劣化検出装置。
2. 請求項１に記載のＮＯｘ触媒の劣化検出装置において、
   前記相関地点が前記所定範囲内に含まれない場合に、前記リッチスパイク実行手段により供給される還元剤の量を変更する還元剤量変更手段を更に備えたことを特徴とするＮＯｘ触媒の劣化検出装置。
3. 請求項２に記載のＮＯｘ触媒の劣化検出装置において、
   前記ＮＯｘ浄化率算出手段は、前記ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ流入量を推定するＮＯｘ流入量推定手段を有し、
   前記還元剤量変更手段により変更された還元剤の量が所定値以上である場合に、前記ＮＯｘ流入量を変更するＮＯｘ流入量変更手段を更に備えたことを特徴とするＮＯｘ触媒の劣化検出装置。

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