JP4655819B2 - 内燃機関の排気浄化装置及びその劣化判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化を判定する技術に関するものである。

排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する触媒の一つとして、流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには、排気中のＮＯｘを保持（吸蔵）して大気中に放出しないようにし、当該触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ空燃比（理論空燃比以下）となったときには、保持していたＮＯｘを放出し、活性化された触媒（白金Ｐｔ等）により燃料（ＨＣ）と反応させ、Ｎ_２に還元して外気に排出する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がある。

このように、ＮＯｘ触媒は、排気中のＮＯｘをリーンの時に吸蔵、リッチの時に放出するＮＯｘ吸蔵剤と、酸化成分と還元成分との反応を起こさせる貴金属触媒とから構成され、それぞれ吸蔵放出機能、活性化機能を組み合わせて排気を浄化している。

よって、このＮＯｘ触媒が劣化する要因としては前記のＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵放出機能の低下、及び貴金属触媒の活性化機能の低下がある。これらの原因としては、硫黄（Ｓ）被毒によるＮＯｘ吸蔵能力の低下や、シンタリングによる貴金属触媒の活性化の低下などが例示できる。

これら触媒の劣化程度を判定する方法として、特許文献１では以下の方法が提案されている。つまり、触媒が劣化することによる触媒活性能力の低下及び還元剤活性化温度が上昇する特性により、内燃機関が停止することを条件に燃料添加ノズルで排気中に燃料を添加して、ＮＯｘ触媒に燃料を供給する。そして、これによりＮＯｘ触媒が昇温した後に所定の温度に到達するまでの時間を測定し、この測定時間が予想される時間より短い場合に触媒は劣化していると判定するものである。
特開２００３−２０６７２８号公報 特開２００３−２１４１５３号公報 特表２００２−７０８７３号公報

しかしながら、上述した特許文献１の方法では、内燃機関が停止することを条件していることから、内燃機関が長期間継続運転される場合には、その間に触媒の劣化を判定することができない。また、還元剤である燃料を添加した後、触媒温度の実測値が所定温度(
触媒活性温度)を下回るまでの時間で劣化を判断しているので時間がかかる。

本発明は、上記した問題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、迅速かつ確実に触媒の劣化判定を行うことができる技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ空燃比となったときには吸蔵していたＮＯｘを放出する機能と、酸化成分と還元成分とを反応させる機能とを有する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、当該ＮＯｘ触媒上流の排気中に還元剤を添加する還元剤添加手段と、当該還元剤添加手段から還元剤を添加させることにより前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空
燃比とし、吸蔵していたＮＯｘを放出・還元させ、かつＮＯｘが還元されることにより発生した酸素と添加した還元剤とを酸化還元反応させるＮＯｘ還元処理を行うＮＯｘ還元処理手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ還元処理手段がＮＯｘ還元処理を行っている時のＮＯｘ触媒の実際の温度と前記酸化還元反応の反応熱による上昇温度に基づいてＮＯｘ触媒の劣化判定を行う劣化判定手段を備えることを特徴とする。

劣化判定手段は、例えば、ＮＯｘ触媒の実際の温度から前記酸化還元反応の反応熱による温度上昇を考慮しない場合のＮＯｘ触媒の推定温度（未考慮推定温度）を減算した偏差温度が、所定温度より低い場合にＮＯｘ触媒が劣化していると判定するものである。なお、所定温度は、例えば、エミッション評価で規制を通るぎりぎりの触媒が酸化還元反応の反応熱により上昇する温度である。

あるいは、以下のようにして劣化判定を行ってもよい。つまり、内燃機関の始動後からの負荷及び機関回転数から導くことができる排気温度の履歴に基づいて把握するＮＯｘ触媒の温度に、劣化していないＮＯｘ触媒、例えば新品のＮＯｘ触媒における、酸化還元反応の反応熱による上昇温度を加算してＮＯｘ触媒の温度を推定する（以下、このようにして推定する温度を、上述の「未考慮推定温度」と区別して「考慮推定温度」という。）。そして、ＮＯｘ触媒の実際の温度と、考慮推定温度から未考慮推定温度を減算した値に定数αを乗算した値（＝（考慮推定温度−未考慮推定温度）×α）を考慮推定温度から減算した比較値Ｚ（＝考慮推定温度−（考慮推定温度−未考慮推定温度）×α）とを比較し、ＮＯｘ触媒の実際の温度が比較値Ｚ以下である場合に劣化していると判定してもよい。なお、αは、予め実験等の経験則により導き出し、設定しておくものでもよいし、内燃機関の運転状態に応じて可変させてもよい。

そして、劣化判定手段が前者の手法で劣化判定を行う場合には、劣化判定手段は、前記偏差温度が前記所定温度より低いと判断した場合に直ちに劣化していると判定せずに、還元剤添加量を増量させ、それでも前記偏差温度が前記所定温度より低い場合にはＮＯｘ触媒が劣化していると判定することを特徴とする

ＮＯｘ還元処理時に還元剤添加手段から還元剤を添加したとしても、実際にＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比がリッチになっているのか検出困難である。ゆえに、ＮＯｘ触媒の温度が上昇していないのが、触媒が劣化しているせいなのか、還元剤がＮＯｘ触媒に至らず、排気の空燃比がリッチになっていないせいなのかが不明である。それゆえ、このようにすることで、より精度よく触媒劣化判定を行うことができる。

また、前記劣化判定手段は、前記劣化判定を行う場合には、当該劣化判定を行わない場合よりも、ＮＯｘ還元処理時の還元剤添加量を増量させることが好適である。

これは以下の理由によるものである。つまり、ＮＯｘ還元処理の頻度に対して触媒劣化判定を行う頻度は少なくてよく、ＮＯｘ還元処理を複数回行う毎に触媒劣化判定を１回行えばよい。一方、ＮＯｘ還元処理時に添加する還元剤量に応じて酸化還元反応が行われることから、添加する還元剤量が少ないと酸化還元反応により発生する反応熱も少ない。そして、その反応熱により上昇する温度も低い。それゆえ、添加する還元剤量が少ないと、添加した還元剤量にしたがって充分に酸化還元反応が行われているとしても温度変化が小さいことから、誤って劣化判定してしまうおそれがある。

それゆえ、触媒劣化判定を行うＮＯｘ還元処理時には、触媒劣化判定を行わないＮＯｘ還元処理時よりも添加する還元剤量を多くすることで、触媒劣化判定を行うＮＯｘ還元処理時には、触媒劣化判定を行わないＮＯｘ還元処理時よりも酸化還元反応が促進され、その反応熱による触媒の温度変化が明確になるので、触媒劣化判定をより精度よく行うこと
ができる。

また、前記劣化判定手段は、内燃機関の運転状態が前記ＮＯｘ触媒を通過する単位時間当たりの排気量が多くなる状態である場合には前記劣化判定を行わないことが好適である。

ＮＯｘ触媒を通過する単位時間当たりの排気量が多い（排気流速が高い）と、その分排気により触媒の熱が持ち去られることから、ＮＯｘ還元処理時の酸化還元反応による反応熱が高くても、ＮＯｘ触媒の温度変化が小さくなる。また、排気流速が高いと触媒内での還元剤滞在時間が短くなり、その結果、還元剤が触媒内で十分に還元反応しないまますり抜けてしまう場合もある。それゆえ、内燃機関の運転状態が、加速時など、ＮＯｘ触媒を通過する単位時間当たりの排気量が多くなる状態である場合には触媒劣化判定を行わないようにすることで、触媒劣化判定をより確実に行うことができる。

また、前記劣化判定手段は、前記劣化判定を行う場合には、当該劣化判定を行わない場合よりも、内燃機関の気筒内の空燃比のリッチ度合いを高めることが好適である。

ＮＯｘ還元処理中に気筒内から排出される燃焼排気中の酸素が多いほど、つまり、気筒内の空燃比がリーンなほど、添加する還元剤量が多くなる。一方で、燃焼排気中の酸素はＮＯｘ触媒内で、放出されたＮＯｘの還元により発生した酸素とともに還元されることになる。そのため、これが、劣化判定を行う際の外乱となる。

そこで、触媒劣化判定を行うＮＯｘ還元処理時には、当該劣化判定を行わない場合よりも、内燃機関の気筒内の空燃比のリッチ度合いを高め、例えば、気筒内の空燃比を理論空燃比に近づけ、燃焼排気中の酸素をできるかぎり減少させるようにすることで、より精度よく触媒劣化判定を行うことができる。

上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の劣化判定方法においては、流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ空燃比となったときには吸蔵していたＮＯｘを放出する機能と、酸化成分と還元成分とを反応させる機能とを有する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、当該ＮＯｘ触媒上流の排気中に還元剤を添加する還元剤添加手段と、当該還元剤添加手段から還元剤を添加させることにより前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とし、吸蔵していたＮＯｘを放出・還元させ、かつＮＯｘが還元されることにより発生した酸素と添加した還元剤とを酸化還元反応させるＮＯｘ還元処理を行うＮＯｘ還元処理手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置の劣化判定方法であって、前記ＮＯｘ還元処理手段がＮＯｘ還元処理を行っている時のＮＯｘ触媒の実際の温度と前記酸化還元反応の反応熱による上昇温度に基づいてＮＯｘ触媒の劣化判定を行うことを特徴とする。この方法を用いることにより、迅速かつ確実に触媒の劣化判定を行うことができる。

以上説明したように、本発明によれば、迅速かつ確実に触媒の劣化判定を行うことができる。

以下に、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１に示す内燃機関１は、ディーゼルエンジンである。内燃機関１には排気通路２が接
続されており、内燃機関１からの排気が排気通路２を流れる。この排気通路２は、下流にて大気へと通じており、排気通路２の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という。）３が備えられている。

また、排気通路２におけるＮＯｘ触媒３の上流側には、排気通路２内を流通する排気中に還元剤たる燃料を添加する還元剤添加弁４が取り付けられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、当該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０が併設されている。このＥＣＵ１
０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路であり、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ１０には、排気温度センサ（図示省略）、クランクポジションセンサ（図示省略）、アクセルポジションセンサ（図示省略）、エアフローメータ（図示省略）などといった各種センサが電気配線を介して接続され、各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ１０には、還元剤添加弁４、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁等が電気配線を介して接続され、これらを制御することが可能になっている。

ＮＯｘ触媒３は、当該触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには、排気中のＮＯｘを吸蔵して大気中に放出しないようにし、当該触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ空燃比（理論空燃比以下）となったときには、吸蔵していたＮＯｘを放出し、活性化された触媒（白金Ｐｔ等）により燃料（ＨＣ）と反応させ、Ｎ_２に還元して外気に排出する触媒である。

そして、かかるＮＯｘ触媒３を用いる場合においては、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前に、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出及び還元して除去する、ＮＯｘ還元処理を行う必要がある。それゆえ、ＥＣＵ１０は、ＲＯＭに記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、後述するＮＯｘ還元処理を実行する。

ＮＯｘ還元処理では、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチ空燃比とする、所謂リッチスパイク制御を実行する。

リッチスパイク制御では、ＥＣＵ１０は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、ＮＯｘ触媒３が活性状態にある、排気温度センサの出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、等の条件を例示することができる。

上記リッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＥＣＵ１０は、添加する還元剤量を算出し、当該量の還元剤を還元剤添加弁４からスパイク的に噴射させてＮＯｘ触媒３に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。

そして、還元剤添加弁４から燃料が添加されると、還元剤添加弁４から添加された還元剤は、気筒から排出された排気と混ざり合って目標リッチ空燃比の混合気を形成してＮＯｘ触媒３に流入する。

この結果、ＮＯｘ還元処理中、ＮＯｘ触媒３に流入する排気の空燃比は、比較的に短い
周期で「リーン」と「スパイク的な目標リッチ空燃比」とを交互に繰り返すことになり、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＮＯｘが放出・還元されることになる。

ところで、ＮＯｘ触媒３は、排気中のＮＯｘをリーンの時に吸蔵、リッチの時に放出するＮＯｘ吸蔵剤と、還元剤である燃料により活性化されて、排出されたＮＯｘと還元成分とで酸化還元反応を起こさせる貴金属触媒とから構成され、それぞれ吸蔵放出機能、活性化機能を組み合わせて排気を浄化するものである。

よって、このＮＯｘ触媒は、ＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵放出能力が低下する、又は貴金属触媒の活性化機能、つまり酸化還元能力が低下する、劣化が発生する可能性がある。ＮＯｘ触媒が劣化すると排気を充分に浄化することができないことから、早期に劣化を把握することが需要である。なお、この劣化が発生する原因としては、硫黄（Ｓ）被毒によるＮＯｘ吸蔵能力の低下や、シンタリングによる貴金属触媒の活性化の低下、つまり酸化還元能力の低下などを例示できる。

以下に、本実施例に係るＮＯｘ触媒の触媒劣化判定について述べる。

ＮＯｘ触媒は、上述したように、当該触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比以下となったときに、吸蔵していたＮＯｘを放出し、燃料（ＨＣ）と反応させ、Ｎ_２に還元して外気に排出する触媒である。そして、ＮＯｘがＮ_２に還元される際に発生する酸素は、排気中のＨＣやＣＯとの間で酸化還元反応する。その結果、ＮＯｘ触媒は、この酸化還元反応の反応熱により床温が上昇する。

これに対して、劣化した触媒では、上述したように酸化還元能力が低下することから、ＮＯｘがＮ_２に還元される際に発生する酸素は、排気中のＨＣやＣＯとの間で酸化還元反応し難くなる。それゆえ、劣化したＮＯｘ触媒は、劣化していない触媒に比べて、床温が上昇する度合いが低下する。

そこで、本実施例においては、上述したＮＯｘ還元処理中に、ＮＯｘ触媒３の実温度を把握し、当該温度がＮＯｘ還元処理中であるにもかかわらず充分に高くない場合には、ＮＯｘがＮ_２に還元される際に発生する酸素とＨＣやＣＯなどの還元成分との間で酸化還元反応が充分に行われていないと考えられるため、当該ＮＯｘ触媒は劣化していると判定する。

より具体的には、ＮＯｘ還元処理中のＮＯｘ触媒３の実温度と、ＮＯｘがＮ_２に還元される際に発生する酸素とＨＣやＣＯとの間での酸化還元反応による反応熱分の温度上昇を考慮しない場合のＮＯｘ触媒３の推定温度（以下、「未考慮推定温度」という。）と、を比較する。そして、図３に示すように、実触媒温度から未考慮推定温度を減算した偏差温度（＝実触媒温度−未考慮推定温度）が予め定められた所定温度より低い場合には、ＮＯｘがＮ_２に還元される際に発生する酸素とＨＣなどの還元成分との間で酸化還元反応が充分に行われていないと考えられるため、当該ＮＯｘ触媒は劣化していると判定する。一方、所定温度以上である場合には酸化還元反応が充分に行われていると考えられるため、当該ＮＯｘ触媒は劣化していないと判定する。

当該所定温度は、例えば、エミッション評価で規制を通るぎりぎりの触媒が酸化還元反応の反応熱により上昇する温度であり、このエミッション評価で規制を通るぎりぎりの触媒が排気通路２に備えられているとした場合に、酸化還元反応により何度上昇するかを、予め実験等の経験則により導き出し、当該温度を所定温度として設定する。

また、単位時間当たりに触媒を通過する排気の量及びその温度に応じて当該触媒から持
ち去られる熱量が変化することなどを考慮して、内燃機関の運転状態に応じて所定温度を可変させてもよい。さらに、ＮＯｘ還元処理の態様に応じて酸化還元反応による反応熱が異なることから、かかる事項をも考慮して所定温度を可変させてもよい。

なお、ＮＯｘ触媒３の実温度は、当該ＮＯｘ触媒３の温度を直に検出するセンサによって検出するものでもよいし、当該触媒３の前後に設けられた排気温度センサの検出値などから推定するものでもよい。

また、未考慮推定温度は、内燃機関の始動後からの負荷及び機関回転数から導くことができる排気温度の履歴によって推定するものである。

以下、具体的にＮＯｘ触媒の触媒劣化を判定する制御ルーチンについて図２に示すフローチャートに沿って説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間毎、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ１０が実行するルーチンである。

本制御ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ず、ステップ（以下、単に「Ｓ」という場合もある。）１０１において、上述したＮＯｘ還元処理中であるか否かを判別する。そして、肯定判定された場合は、Ｓ１０２へ進み、否定判定された場合は、本ルーチンの実行を終了する。

Ｓ１０２においては、実触媒温度から未考慮推定温度を減算した偏差温度（＝実触媒温度−未考慮推定温度）が予め定められた所定温度（ΔＴ）未満であるか否かを判別する。そして、肯定判定された場合は、ＮＯｘ還元処理中にもかかわらずＮＯｘ触媒の温度が充分に上昇していないと考えられることから、Ｓ１０３へ進みＮＯｘ触媒３は劣化していると判定する。

一方、Ｓ１０２で否定判定された場合には、ＮＯｘ触媒の温度が充分に上昇しており、ＮＯｘ触媒３は正常であると考えられることから、劣化判定をしないで本ルーチンの実行を終了する。

このようにしてＮＯｘ触媒３の劣化を判定することにより、簡易迅速に劣化判定を行うことができる。

また、触媒下流に設けたＡ／Ｆ（空燃比）センサがリーンとならない、あるいはリーン度合いが少ない場合に、ＮＯｘ還元能力が低下したとして劣化判定する場合には、瞬時に判定しなければならず、センサ時定数等で検出できなかったりＨ_２やＨＣ成分でずれたりするため精度が悪い。これと比較すると、本実施例のように劣化判定を行う場合には、ＮＯｘ触媒の温度は徐々に変化するため検出し易く、また、ＨＣなどの排気成分でセンサ値がずれることもない。

なお、上述した実施例においては、実触媒温度から未考慮推定温度を減算した偏差温度が予め定められた所定温度未満であるか否かでＮＯｘ触媒の劣化を判定しているが、特にこれに限定されるものではなく、以下のようにして判別してもよい。

内燃機関の始動後からの負荷及び機関回転数から導くことができる排気温度の履歴と、劣化していないＮＯｘ触媒、例えば新品のＮＯｘ触媒における、ＮＯｘがＮ_２に還元される際に発生する酸素と還元成分との間での酸化還元反応による反応熱とに基づいてＮＯｘ触媒の温度を推定する。以下、このようにして推定する温度を、上述の「未考慮推定温度」と区別して「考慮推定温度」という。

そして、図４に示すように、実触媒温度と、考慮推定温度から未考慮推定温度を減算した値に定数αを乗算した値（＝（考慮推定温度−未考慮推定温度）×α）を考慮推定温度から減算した比較値Ｚ（＝考慮推定温度−（考慮推定温度−未考慮推定温度）×α）とを比較し、実触媒温度が比較値Ｚより低い場合には劣化と判定し、実触媒温度が比較値Ｚ以上である場合には劣化していないと判定してもよい。

なお、αは、予め実験等の経験則により導き出し、設定しておくものでもよいし、内燃機関の運転状態に応じて可変させてもよい。

そして、このようにしてＮＯｘ触媒３の劣化判定を行うことで、より精度よく判定することができる。

また、以下の事項を加味して劣化判定を行うことが好適である。

（１）所定時間経過後の実触媒温度と未考慮推定温度との偏差温度（＝実触媒温度−未考慮推定温度）が前記所定温度（ΔＴ）未満である場合に劣化と判定することが好適である。

これは、還元剤添加弁４からＮＯｘ触媒３までには距離があることもあり、還元剤たる燃料を添加した後、実際に酸化還元反応による反応熱が発生するまでにはある程度の時間が必要だからである。それゆえ、当該時間を予め実験等の経験則により導き出し、所定時間として設定しておき、当該所定時間後の偏差温度に基づいて判定することで、より精度よく判定することができる。

（２）上記（１）に加えて、前記偏差温度が所定温度未満である状態が予め定められた一定期間継続したら劣化と判定することが好適である。内燃機関の負荷変化により、排気温度などが変化し、ＮＯｘ触媒の温度に影響を与えるが、このように一定期間継続したら劣化と判定することにより、より確実に判定することができる。

（３）一定期間の偏差積算が所定温度未満である場合に劣化と判定することが好適である。床温の瞬時変化はないものの、このように平均値で判定する方がより確実に判定することができる。

（４）所定期間経過するまでに、前記偏差温度が一度も所定温度を超えなかった場合に劣化していないと判定することが好適である。これにより、より確実に判定することができる。

なお、上記（１）〜（４）の条件を複数回満たしているか否かで判定することで、さらに精度よく判定することができる。

ここで、ＮＯｘ還元処理の頻度に対して触媒劣化判定を行う頻度は少なくてよい。つまり、ＮＯｘ還元処理を複数回行う毎に触媒劣化判定を１回行えばよい。

一方、ＮＯｘ還元処理時に添加する還元剤量に応じて酸化還元反応が行われることから、添加する還元剤量が少ないと酸化還元反応により発生する反応熱も少ない。そして、その反応熱により上昇する触媒床温も低い。それゆえ、添加する還元剤量が少ないと、添加した還元剤量にしたがって充分に酸化還元反応が行われているとしても温度変化が小さいことから、誤って劣化判定してしまうおそれがある。

それゆえ、触媒劣化判定を行うＮＯｘ還元処理時には、触媒劣化判定を行わないＮＯｘ還元処理時よりも添加する還元剤量を多くすることが好適である。これにより、触媒劣化判定を行うＮＯｘ還元処理時には、触媒劣化判定を行わないＮＯｘ還元処理時よりも酸化還元反応が促進され、その反応熱による触媒の温度変化が明確になるので、触媒劣化判定をより精度よく行うことができる。

また、単位時間当たりに触媒を通過する排気の量が多いと、その分排気により触媒の熱が持ち去られることから、ＮＯｘ還元処理時の酸化還元反応による反応熱が高くても、ＮＯｘ触媒の温度変化が小さくなる。それゆえ、加速時など、単位時間当たりに触媒を通過する排気の量が多くなる運転状態の場合には触媒劣化判定を行わないようにすることが好適である。

また、ＮＯｘ還元処理中に気筒内から排出される燃焼排気中の酸素が多いほど、つまり、気筒内の空燃比がリーンなほど、添加する還元剤量が多くなる。一方で、燃焼排気中の酸素が、ＮＯｘ触媒３に至る前に添加された還元剤により全て還元されるわけではなく、その一部はＮＯｘ触媒で、放出されたＮＯｘの還元により発生した酸素とともに還元されることになる。そのため、これが、実触媒温度と未考慮推定温度との偏差温度を算出する際の外乱となる。

そこで、触媒劣化判定を行うＮＯｘ還元処理時には、気筒内の空燃比のリッチ度合いを高め、例えば理論空燃比に近づけ、燃焼排気中の酸素をできるかぎり減少させるようにすることが好適である。これにより、より精度よく触媒劣化判定を行うことができる。

また、ＮＯｘ還元処理時に還元剤添加弁から還元剤を添加したとしても、実際にＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比がリッチになっているのか検出困難である。ゆえに、ＮＯｘ触媒の温度が上がっていないのが、触媒が劣化しているせいなのか、還元剤が届かずに排気の空燃比がリッチになっていないせいなのかが不明である。

そこで、実触媒温度と未考慮推定温度との偏差温度が小さい場合には還元剤添加量を徐々に増やし、一定の増加量(システムのばらつきからこれだけ増やせば間違いなく排気の
空燃比がストイキ以下になる量) 、例えば、５０％増やしても、偏差温度が小さい時に、ＮＯｘ触媒が劣化していると判定することが好適である。これにより、より精度よく触媒劣化判定を行うことができる。

実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。 実施例に係る触媒劣化を判定する制御ルーチンを示すフローチャートである。 ＮＯｘ触媒の温度変化と、触媒が劣化していると判定する態様を模式的に示す図である。 ＮＯｘ触媒の温度変化と、触媒が劣化していると判定する他の態様を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
４ 還元剤添加弁
１０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ空燃比となったときには吸蔵していたＮＯｘを放出する機能と、酸化成分と還元成分とを反応させる機能とを有する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、
   当該ＮＯｘ触媒上流の排気中に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
   当該還元剤添加手段から還元剤を添加させることにより前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とし、吸蔵していたＮＯｘを放出・還元させ、かつＮＯｘが還元されることにより発生した酸素と添加した還元剤とを酸化還元反応させるＮＯｘ還元処理を行うＮＯｘ還元処理手段と、
   を備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記ＮＯｘ還元処理手段がＮＯｘ還元処理を行っている時のＮＯｘ触媒の実際の温度と前記酸化還元反応の反応熱による上昇温度に基づいてＮＯｘ触媒の劣化判定を行う劣化判定手段を備え、
   前記劣化判定手段は、ＮＯｘ触媒の実際の温度から前記酸化還元反応の反応熱による温度上昇を考慮しない場合のＮＯｘ触媒の推定温度を減算した偏差温度が、所定温度より低い場合にＮＯｘ触媒が劣化していると判定するものであり、
   前記劣化判定手段は、前記偏差温度が前記所定温度より低いと判断した場合に直ちに劣化していると判定せずに、還元剤添加量を増量させ、それでも前記偏差温度が前記所定温度より低い場合にはＮＯｘ触媒が劣化していると判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ空燃比となったときには吸蔵していたＮＯｘを放出する機能と、酸化成分と還元成分とを反応させる機能とを有する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、
   当該ＮＯｘ触媒上流の排気中に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
   当該還元剤添加手段から還元剤を添加させることにより前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とし、吸蔵していたＮＯｘを放出・還元させ、かつＮＯｘが還元されることにより発生した酸素と添加した還元剤とを酸化還元反応させるＮＯｘ還元処理を行うＮＯｘ還元処理手段と、
   を備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記ＮＯｘ還元処理手段がＮＯｘ還元処理を行っている時のＮＯｘ触媒の実際の温度と前記酸化還元反応の反応熱による上昇温度に基づいてＮＯｘ触媒の劣化判定を行う劣化判定手段を備え、
   前記劣化判定手段は、前記劣化判定を行う場合には、当該劣化判定を行わない場合よりも、ＮＯｘ還元処理時の還元剤添加量を増量させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ空燃比となったときには吸蔵していたＮＯｘを放出する機能と、酸化成分と還元成分とを反応させる機能とを有する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、
   当該ＮＯｘ触媒上流の排気中に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
   当該還元剤添加手段から還元剤を添加させることにより前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とし、吸蔵していたＮＯｘを放出・還元させ、かつＮＯｘが還元されることにより発生した酸素と添加した還元剤とを酸化還元反応させるＮＯｘ還元処理を行うＮＯｘ還元処理手段と、
   を備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記ＮＯｘ還元処理手段がＮＯｘ還元処理を行っている時のＮＯｘ触媒の実際の温度と前記酸化還元反応の反応熱による上昇温度に基づいてＮＯｘ触媒の劣化判定を行う劣化判定手段を備え、
   前記劣化判定手段は、内燃機関の運転状態が前記ＮＯｘ触媒を通過する単位時間当たりの排気量が多くなる状態である場合には前記劣化判定を行わないことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ空燃比となったときには吸蔵していたＮＯｘを放出する機能と、酸化成分と還元成分とを反応させる機能とを有する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、
   当該ＮＯｘ触媒上流の排気中に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
   当該還元剤添加手段から還元剤を添加させることにより前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とし、吸蔵していたＮＯｘを放出・還元させ、かつＮＯｘが還元されることにより発生した酸素と添加した還元剤とを酸化還元反応させるＮＯｘ還元処理を行うＮＯｘ還元処理手段と、
   を備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記ＮＯｘ還元処理手段がＮＯｘ還元処理を行っている時のＮＯｘ触媒の実際の温度と前記酸化還元反応の反応熱による上昇温度に基づいてＮＯｘ触媒の劣化判定を行う劣化判定手段を備え、
   前記劣化判定手段は、前記劣化判定を行う場合には、当該劣化判定を行わない場合よりも、内燃機関の気筒内の空燃比のリッチ度合いを高めることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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