JP5182200B2 - 触媒劣化判定装置及び触媒劣化判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、触媒劣化判定装置及び触媒劣化判定方法に関する。

内燃機関の排気通路に設けられる選択還元型ＮＯx触媒の下流側のアンモニア濃度の推
定値と実測値との差が所定値よりも大きいときに該ＮＯx触媒が劣化したと判定する技術
が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。しかし、アンモニア濃度を検知するセンサに誤差があると、劣化判定を正確に行うことが困難となる。

また、選択還元型ＮＯx触媒の上流側のＮＯx濃度と下流側のＮＯx濃度とを比較して、
該選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯx浄化率を算出することができる。このＮＯx浄化率
が低下したことを以て選択還元型ＮＯx触媒が劣化したと判定することができる。しかし
、ＮＯx濃度を検知するセンサに誤差があると、ＮＯx浄化率を正確に求めることが困難となるため、劣化判定を正確に行うことが困難となる。

特開２００６−１２５３２３号公報 特開２００８−５７４０４号公報 特開２００７−１００５０８号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、ＮＯx濃度の絶対値を
正確に求めることができない場合であっても、選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを正
確に求めることができる技術の提供を目的とする。

上記課題を達成するために本発明による触媒劣化判定装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による触媒劣化判定装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ還元剤により選択的にＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側のＮＯx濃度を検知する上流側検知手段と、
前記選択還元型ＮＯx触媒よりも下流側のＮＯx濃度を検知する下流側検知手段と、
を備えた触媒劣化判定装置において、
前記選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率を推定する推定手段と、
前記還元剤供給手段により還元剤が供給されたときの前記上流側検知手段及び前記下流側検知手段により検知されるＮＯx濃度に基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率を少なくとも極大値が得られるまで複数回算出する算出手段と、
前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記推定手段により推定されるＮＯ_２の比率と、該比率の基準値と、を比較することにより前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする。

選択還元型ＮＯx触媒は、例えばアンモニアを還元剤として、ＮＯxを選択的に還元する。還元剤供給手段は、例えばアンモニアまたは尿素水を噴射する噴射装置を備えて構成さ
れていても良い。上流側検知手段はＮＯx濃度を、例えば内燃機関の運転状態に基づいて
推定しても良く、センサにより測定しても良い。下流側検知手段は、選択還元型ＮＯx触
媒によりＮＯxが浄化された後のＮＯx濃度を例えばセンサにより測定する。なお、ＮＯx
にはＮＯ及びＮＯ_２が含まれる。このＮＯx濃度に基づいて、還元剤を供給しても良い。

推定手段は、例えば内燃機関の運転状態に基づいてＮＯx中のＮＯ_２の比率を推定する
。センサ等を用いてＮＯx中のＮＯ_２の比率を検知しても良い。このＮＯx中のＮＯ_２の比率は、選択還元型ＮＯx触媒にてＮＯがＮＯ_２に酸化される前の値である。そして、選択
還元型ＮＯx触媒におけるＮＯx浄化率と、該選択還元型ＮＯx触媒へ流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率と、の関係を求める。

ここで、選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率は、該選択還元型ＮＯx触媒の温
度及びＮＯx中のＮＯ_２の比率によって変わる。そして、選択還元型ＮＯx触媒の温度を例えば規定の範囲とした場合には、ＮＯとＮＯ_２とが略同じ量ずつ浄化されるため、ＮＯ_２の比率が特定の値（例えば５０％近傍）のときにＮＯxの浄化率が最大となる。なお、本
発明における基準値は、この特定の値であり、選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯx浄化率が極大値となるＮＯ_２の比率である。このＮＯ_２の比率は、選択還元型ＮＯx触媒にてＮ
ＯがＮＯ_２に酸化された後の値である。この基準値は例えば５０％またはこの近傍であるが、触媒の状態や種類によって異なることがあるため、実験等により求めても良い。

算出手段は、ＮＯxの浄化率をＮＯ_２の比率が異なるときに複数回算出することにより
、該ＮＯxの浄化率の極大値を求めている。つまり、ＮＯ_２の比率によってＮＯxの浄化率が変わるため、ＮＯxの浄化率とＮＯ_２の比率との関係を複数回算出することで極大値を
得ている。このときのＮＯ_２の比率は、推定手段により得られる値である。

ここで、選択還元型ＮＯx触媒には酸化能力が備わる。すなわち、選択還元型ＮＯx触媒では、ＣｕまたはＦｅの酸化能力によりＮＯがＮＯ_２に酸化される。そうすると、選択還元型ＮＯx触媒における酸化能力が高い場合には、該選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯ_２の量に対して、選択還元型ＮＯx触媒内のＮＯ_２量が多くなる。そして、選択還元型Ｎ
Ｏx触媒におけるＮＯxの浄化率は、ＮＯx中のＮＯ_２の比率によって変わるため、ＮＯxの浄化率が選択還元型ＮＯx触媒の酸化能力に応じて変わる。つまり、選択還元型ＮＯx触媒の酸化能力が高いと、選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率であってＮＯx浄化率が極大値となるＮＯ_２の比率が基準値からずれる。このずれは、選択還元型Ｎ
Ｏx触媒の酸化能力が高いほど大きくなる。そして、酸化能力が低くなるほど、つまり、
選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いが高いほど、選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx
中のＮＯ_２の比率であってＮＯx浄化率が極大値となるＮＯ_２の比率が基準値に近づく。

このように、ＮＯx浄化率が極大値となるＮＯ_２の比率の基準値からのずれと、選択還
元型ＮＯx触媒の劣化の度合いと、には相関があるため、このずれに基づいて該選択還元
型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定することができる。この場合、ＮＯx浄化率が極大値となるＮＯ_２の比率が基準値より小さくなるほど、劣化度合いが小さいと判定しても良い。このように、選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯx浄化率の極大値を用いることにより、該選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx濃度の絶対値に誤差が生じていたとしても、選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いの判定を正確に行うことができる。つまり、上流側検知手段
及び下流側検知手段による検知されるＮＯx濃度の絶対値の誤差に影響を受けることなく
、選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定することができる。

なお、選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いは、該選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの
浄化率が極大値となるときの推定手段により推定されるＮＯ_２の比率と、該比率の基準値と、を比較することにより判定されるが、この場合、これらの差から判定しても良く、こ
れらの比から判定しても良い。

また、本発明ではＮＯx中のＮＯ_２の比率を用いて選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いの判定を行っているが、これに代えてＮＯx中のＮＯの比率を用いて劣化度合いの判定を行
うこともできる。つまり、ＮＯxがＮＯとＮＯ_２とからなるとすれば、ＮＯx中のＮＯ_２の比率が大きくなるほど、その分ＮＯの比率は小さくなる。この関係を用いれば、ＮＯx中
のＮＯの比率を用いて劣化度合いの判定を行うことができる。

また、本発明においては、前記判定手段は、前記比率の基準値と、前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記推定手段により推定されるＮＯ_２の比率と、の差が小さいほど、前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いが大きいと判定
することができる。

つまり、選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いが高くなると選択還元型ＮＯx触媒にてＮＯがＮＯ_２に酸化され難くなるため、ＮＯx浄化率が極大値となるときの推定手段により推
定されるＮＯ_２の比率が基準値に近づく。

また、本発明においては、前記選択還元型ＮＯx触媒の温度を検知する温度検知手段を
備え、
前記判定手段は、前記温度検知手段により検知される温度が所定の範囲内のときに前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定することができる。

なお、温度検知手段は、内燃機関の運転状態から温度を推定しても良く、センサにより温度を測定しても良い。また、所定の範囲は、ＮＯとＮＯ_２とが同じ量だけ反応する範囲とすることができる。

ここで、選択還元型ＮＯx触媒でＮＯまたはＮＯ_２が還元されるときに、ＮＯまたはＮ
Ｏ_２の夫々が還元される量は、選択還元型ＮＯx触媒の温度に応じて変わる。そして、Ｎ
ＯとＮＯ_２とが同じ量だけ反応する温度の範囲内においてＮＯx浄化率とＮＯ_２の比率と
の関係を求めると、ＮＯx浄化率の極大値を容易に得ることができる。すなわち、所定の
範囲内の温度のときにＮＯxの浄化率を算出することにより、該ＮＯx浄化率の極大値を容易に求めることができるため、選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いを容易に判定すること
ができる。

本発明においては、前記判定手段は、前記温度検知手段により検知される温度が前記所定の範囲よりも高い温度である所定の高温範囲内の場合には、ＮＯx浄化率の変化率が規
定値となるときにＮＯx浄化率が前記極大値になるとして前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定することができる。

選択還元型ＮＯx触媒の温度が所定の範囲よりも高い場合には、ＮＯxの浄化率が全体的に上昇するため、ＮＯ_２比率の変化に対するＮＯx浄化率の変化が小さくなる。そのため
、ＮＯx浄化率の極大値を求めることが困難となる。つまり、所定の高温範囲とは、ＮＯxの浄化率の極大値を得ることが困難な範囲とすることができる。これに対し、ＮＯx浄化
率の変化率が所定の高温範囲内で設定されている規定値となるときのＮＯx浄化率を極大
値として扱うことができる。規定値とは、ＮＯx中のＮＯ_２の比率とＮＯx浄化率との関係において特異となる点におけるＮＯx浄化率の変化率である。このようにして、ＮＯx浄化率の極大値を特定し難い場合であっても、それに代わる特異点を求めることにより選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いの判定を容易に行なうことができる。

本発明においては、前記判定手段は、前記温度検知手段により検知される温度が前記所
定の範囲よりも低い温度である所定の低温範囲内の場合には、ＮＯx浄化率の変化率が２
つの規定値の何れかとなるときの前記推定手段により推定されるＮＯ_２の比率を夫々求め、該ＮＯ_２の比率の平均値においてＮＯxの浄化率が極大値になるとして前記選択還元型
ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定することができる。

選択還元型ＮＯx触媒の温度が所定の範囲よりも低い場合には、ＮＯxの浄化率が全体的に低下する。そして、温度が所定の範囲のときにＮＯxの浄化率が高いＮＯ_２比率ほど、
ＮＯx浄化率の低下の度合いが大きい。つまり、選択還元型ＮＯx触媒の温度が所定の範囲のときにＮＯxの浄化率が極大値となる付近では、温度が所定の範囲よりも低くなるとＮ
Ｏ_２比率の変化に対するＮＯx浄化率の変化が小さくなる。このため、ＮＯx浄化率の極大値を特定し難くなる。ただし、ＮＯxの浄化率が比較的低いＮＯ_２比率では、ＮＯx浄化率の低下の度合いが小さいため、ＮＯ_２比率の変化に対するＮＯx浄化率の変化が大きい。
そうすると、ＮＯx浄化率の極大値の付近とその前後とで、ＮＯx浄化率の変化率が大きく変化する特異な点ができる。この特異な点は、ＮＯx浄化率の極大値の付近よりＮＯ_２比
率が高いときと低いときとの２点存在する。そして、ＮＯx浄化率の極大値となるＮＯ_２
比率よりもＮＯ_２比率が高くなるほど又は低くなるほど同じ傾向でＮＯx浄化率が変化す
ると仮定すれば、２つの特異な点に対応するＮＯ_２比率の中間のＮＯ_２比率においてＮＯx浄化率が極大値になると扱うことができる。このようにして、ＮＯx浄化率の極大値となるＮＯ_２比率を特定し難い場合であっても、２点の特異な点のＮＯ_２比率の平均値を求めることにより選択還元型ＮＯx触媒の劣化度合いの判定を容易に行なうことができる。

本発明においては、前記判定手段により判定される前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の
度合いに応じて、前記内燃機関から排出されるＮＯx中のＮＯ_２比率を調節することがで
きる。

つまり、選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いに応じてＮＯx中のＮＯ_２の比率とＮＯx
浄化率との関係が変わるため、ＮＯx浄化率がより高くなるようにＮＯ_２比率を調節すれ
ば、ＮＯx浄化率をより高くできる。

また、上記課題を達成するために本発明による触媒劣化判定方法は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明によるＮＯx触媒劣化判定方法は、
選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率を推定する第１の工程と、
前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率を少なくとも極大値が得られるまで複数回算出する第２の工程と、
前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記第１の工程で得られるＮＯ_２の比率と、該比率の基準値と、を比較することにより前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定する第３の工程と、
を含んで構成されることを特徴とする。

本発明によれば、ＮＯx濃度の絶対値を正確に求めることができない場合であっても、
選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを正確に求めることができる。

実施例に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。 ＮＯx触媒の温度（床温）と、ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率と、の関係を示した図である。 ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率と、ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率と、の関係をＮＯx触媒の劣化度合いに応じて示した図である。 ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率と、ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率と、の関係の一例を示したマップである。 実施例１に係るＮＯx触媒の劣化判定のフローを示したフローチャートである。 ＮＯx触媒の温度（床温）と、ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率と、の関係を示した図である。 ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率と、ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率と、の関係を示した図である。 ＮＯx触媒の温度（床温）と、ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率と、の関係を示した図である。 ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率と、ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率と、の関係を示した図である。 実施例２に係るＮＯx触媒の劣化判定のフローを示したフローチャートである。

以下、本発明に係る触媒劣化判定装置及び触媒劣化判定方法の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係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、４つの気筒を有するディーゼル機関である。そして本実施例では、尿素ＳＣＲシステムを採用している。

内燃機関１には、排気通路２が接続されている。この排気通路２の途中には、選択還元型ＮＯx触媒４（以下、ＮＯx触媒４という。）が備えられている。

また、ＮＯx触媒４よりも上流の排気通路２には、排気中に尿素水を噴射する噴射弁５
が取り付けられている。噴射弁５は、後述するＥＣＵ１０からの信号により開弁して排気中へ尿素水を噴射する。なお、本実施例においては噴射弁５が、本発明における還元剤供給手段に相当する。

噴射弁５から噴射された尿素水は、排気の熱で加水分解されアンモニア（ＮＨ_３）となり、ＮＯx触媒４に吸着する。このＮＨ_３がＮＯxを還元させる。

噴射弁５よりも上流の排気通路２には、排気中のＮＯx濃度を測定する第１ＮＯxセンサ７が取り付けられている。また、ＮＯx触媒４よりも下流の排気通路２には、排気中のＮ
Ｏx濃度を測定する第２ＮＯxセンサ８及び排気の温度を測定する温度センサ９が取り付けられている。なお、本実施例においては第１ＮＯxセンサ７が、本発明における上流側検
知手段に相当する。また、本実施例においては第２ＮＯxセンサ８が、本発明における下
流側検知手段に相当する。さらに、本実施例においては温度センサ９が、本発明における温度検知手段に相当する。また、第１ＮＯxセンサ７によりＮＯx濃度を測定することに代えて、内燃機関１の運転状態に基づいてＮＯx濃度を推定しても良い。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、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。

また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１２、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これら各種セ
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、噴射弁５が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により噴射弁５の開閉時期が制御される。

ここで、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率は、ＮＯx中のＮＯ_２の比率とＮＯx触媒４の温度とに応じて変化する。なお、ＮＯx触媒４では温度に応じて以下の反応が起こると
考えられる。
６ＮＯ_２＋８ＮＨ_３→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ・・・式（１）
４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ・・・式（２）
ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ・・・式（３）

ここで、式（１）は、反応速度が遅いため、主に高温で起こるＮＯ_２の浄化反応である。式（２）は、式（１）よりも反応速度が遅いため、式（１）よりも低い温度から起こるＮＯの浄化反応である。式（３）は、反応速度が速いため、式（２）よりも低い温度から起こるＮＯとＮＯ_２との浄化反応である。なお、式（３）で示される反応によればＮＯとＮＯ_２とが等しい量だけ浄化される。つまり、式（３）で示す反応が主に起こる温度の範囲では、ＮＯとＮＯ_２との比が１対１のときにＮＯxの浄化率が最大となる。

ここで、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率は、内燃機関１から排出されるＮＯx中のＮＯ_２の比率と等しいものとする。そして、内燃機関１から排出されるＮＯx中のＮＯ_２の比率は、機関回転数、燃料量（機関負荷としても良い）、燃焼温度等に基づいて推定することができる。この推定には周知の技術を用いることができるため、説明を省略する。また、これらの関係を予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶させておいても良い。

そして本実施例では、ＮＯx触媒４において該ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２
の比率に対するＮＯx浄化率が極大値となるときのＮＯ_２の比率に基づいて該ＮＯx触媒４の劣化の度合いを求める。

ここで、図２は、ＮＯx触媒４の温度（床温）と、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率
と、の関係を示した図である。実線は、式（３）の反応のみによる浄化率である。一点鎖線は、式（２）の反応のみによる浄化率である。二点鎖線は、式（１）の反応のみによる浄化率である。

図２に示されるように、式（３）の反応が支配的な温度範囲がある。つまり、ＮＯx触
媒４の温度が図２に示すＴ１からＴ２までの範囲では、式（１）及び式（２）の反応によるＮＯxの浄化は殆ど行なわれず、主に式（３）の反応によりＮＯxが浄化される。

ここで、式（３）による反応では、ＮＯとＮＯ_２とが同じ量だけ浄化される。このため、ＮＯ_２の比率が基準値のときにＮＯx触媒４の浄化率が最高になる。このように、ＮＯx浄化率が最高となるときのＮＯx中のＮＯ_２の比率を以下「基準値」という。

このＮＯ_２の比率は、ＮＯx触媒４内におけるＮＯ_２の比率であって、ＮＯx触媒４に流入するＮＯ_２の比率とは異なる。つまり、ＮＯx触媒４には、ＣｕやＦｅが含まれている
が、これらの酸化能力によりＮＯがＮＯ_２に酸化される。そして、ＮＯx触媒４内でＮＯ
がＮＯ_２に酸化された後のＮＯx中のＮＯ_２の比率が基準値のときにＮＯx触媒４の浄化率が最高となる。

したがって、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率が基準値となっていても、
ＮＯx触媒４内でＮＯ_２が生成されることによりＮＯ_２の比率が基準値以上となるため、
ＮＯxの浄化率が最高とならない場合がある。一方、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮ
Ｏ_２の比率が基準値より低くても、ＮＯx触媒４内でＮＯ_２の比率が基準値となればＮＯxの浄化率は最高となり得る。ＮＯx触媒４の劣化度合いが低いほど、つまり新品に近いほ
ど、該ＮＯx触媒４の酸化能力は高い。そのため、ＮＯx触媒４の劣化度合いが低いほど、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率が低いときにＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率が極大値となる。

ここで図３は、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率と、ＮＯx触媒４におけ
るＮＯxの浄化率と、の関係をＮＯx触媒４の劣化度合いに応じて示した図である。実線は新品の場合、二点鎖線は劣化度合いが比較的大きな場合、一点鎖線は劣化度合いが中程度の場合を示している。

ＮＯx触媒４の劣化の度合いが高くなるほど、ＮＯxの浄化率が低くなり、且つＮＯx浄
化率の極大値となるＮＯx中のＮＯ_２の比率が基準値に近づく。本実施例では、この関係
を利用してＮＯx触媒４の劣化の度合いを求める。つまり、ＮＯx触媒４の劣化の度合いに応じてＮＯx浄化率の極大値となるＮＯx中のＮＯ_２の比率が基準値に近づくため、ＮＯx
浄化率の極大値に基づいてＮＯx触媒４の劣化度合いを判定することができる。

ＮＯx触媒４の劣化度合いを判定するには、まず、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮ
Ｏ_２の比率を推定する。そのために、内燃機関１から排出されるＮＯx中のＮＯ_２の比率
を求める。前述のように、内燃機関１から排出されるＮＯx中のＮＯ_２の比率は、機関回
転数、燃料量（機関負荷としても良い）、燃焼温度等に応じて変化するため、これらの関係を予め実験等により求めてマップ化しておく。

次に、ＮＯx触媒４の温度が、式（３）の反応が支配的な温度範囲内のときの、ＮＯx触媒４へ流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率と、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率との関係
を求める。

この関係を求めるために、横軸にＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率をとり、縦軸にＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率をとったマップを作成する。なお、ＮＯx触
媒４の温度によってＮＯxの浄化率は変化するため、ＮＯx触媒４の温度毎にマップを作成する。この場合、式（３）の反応が支配的な温度範囲内で例えば摂氏１０度毎に分けてマップを作成しても良い。

そして図４は、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率と、ＮＯx触媒４におけ
るＮＯxの浄化率と、の関係の一例を示したマップである。ＮＯ_２の比率と、ＮＯxの浄化率と、の関係を複数回求め、夫々の点を図４に記入している。内燃機関１の運転状態等が変化することによりＮＯx中のＮＯ_２の比率が変化するため、図４のマップには複数の点
が記入されていく。このマップの作成は、ＮＯxの浄化率の極大値が判定できるまで続け
る。

図４に示されるように、ＮＯxの浄化率には極大値が存在する。前述のように、ＮＯx触媒４の酸化能力が低下すると、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率が最も高くなるときのＮＯ_２の比率が変化する。そして、図４に示されるＮＯxの浄化率が極大値のときのＮＯ
_２の比率が基準値に近づくほど、ＮＯx触媒４の劣化度合いが大きいことになる。なお、
ＮＯx触媒４の劣化度合いが小さい場合には、図４に示される極大値となるときのＮＯ_２
の比率が基準値よりも小さくなる。

例えば、新品時のＮＯx浄化率が極大となるときのＮＯ_２の比率を初期値としてＥＣＵ
１０に記憶しておき、その後、ＮＯx浄化率が極大値となるときのＮＯ_２の比率が初期値
から基準値にどれだけ近づいたかによりＮＯx触媒４の劣化度合いを求めることができる
。また、基準値と、ＮＯx浄化率が極大値となるときのＮＯ_２の比率と、の差からＮＯx触媒４の劣化度合いを求めることもできる。

また、ＮＯx触媒４の劣化を許容できる限度の値を規定値として設定した場合には、Ｎ
Ｏx浄化率が極大値となるときのＮＯ_２の比率が規定値以下のときに、ＮＯx触媒４は正常であると判定できる。また、極大値となるときのＮＯ_２の比率が規定値よりも大きいときに、ＮＯx触媒４は劣化していると判定できる。ここで、正常とは、劣化の度合いが許容
できる限度を超えていないことを意味する。また、劣化しているとは、劣化の度合いが許容できる限度を超えていることを意味する。

図５は、本実施例に係るＮＯx触媒４の劣化判定のフローを示したフローチャートであ
る。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。また、本ルーチンは、第１ＮＯxセンサ７又は第２ＮＯxセンサ８により測定されるＮＯx濃度に基づいて
噴射弁５から適量の還元剤がＮＯx触媒４へ供給されているときに実行される。

ステップＳ１０１では、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率を測定する条件が成立しているか否か判定される。この条件は、ＮＯx触媒４の劣化判定を正確に行うために必要と
なる条件である。例えば、ＮＯx触媒４の温度が所定の範囲（図２に示すＴ１からＴ２ま
で範囲）内となっているか否か判定される。また、ＮＯx触媒４に吸着しているＮＨ_３量
が十分であるか否か判定される。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定がなされた場合にはＮＯx触媒４の劣化判定を行うことがで
きない状態であるため本ルーチンを終了させる。

ステップＳ１０２では、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率を推定する。例えば内燃機関１の運転状態をマップに代入してＮＯ_２の比率を得る。なお、本実施例においてはステップＳ１０２を処理するＥＣＵ１０が、本発明における推定手段に相当する。また、本実施例においてはステップＳ１０２が、本発明における第１の工程に相当する。

ステップＳ１０３では、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率が検知される。つまり、第１ＮＯxセンサ７及び第２ＮＯxセンサ８により得られるＮＯx濃度からＮＯxの浄化率が算出される。第１ＮＯxセンサ７により得られるＮＯx濃度を上流ＮＯx濃度とし、第２ＮＯxセンサ８により得られるＮＯx濃度を下流ＮＯx濃度とすると、ＮＯx浄化率は以下の式に
より算出できる。
ＮＯx浄化率＝（上流ＮＯx濃度−下流ＮＯx濃度）／（上流ＮＯx濃度）

なお、夫々のセンサにより得られるＮＯx濃度から単位時間当たりに夫々のセンサを通
過するＮＯx量を算出し、該ＮＯx量を用いてＮＯx浄化率を算出しても良い。

ステップＳ１０４では、図４に示したマップを作成する。つまり、図４に示したマップ上にステップＳ１０２で得られるＮＯ_２の比率及びステップＳ１０３で得られるＮＯxの
浄化率によって定まる点を記入する。

ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で記入された点が所定値以上であるか否か判定される。この所定値は、ＮＯx浄化率の極大値を求めるために最低限必要となる値であ
る。例えば極大値を得るために必要となる点の数を所定値として予め求めておき、所定値以上の数がマップ上に記入されているか否か判定する。ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ１０６では、ＮＯxの浄化率の極大値が得られるか否か判定される。例えば
図４に示したマップ上に所定の比率以下の間隔でＮＯ_２比率が記入されており且つＮＯ_２比率が高くなるに従ってＮＯx浄化率が高くなる場合と低くなる場合との両方の場合が記
入されているときにＮＯx浄化率の極大値を得ることができる。

ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ１０７では、ＮＯxの浄化率が極大値となるＮＯ_２の比率を求める。つまり
、図４に示したマップからＮＯx浄化率の極大値を読み取り、さらに、この極大値に対応
するＮＯ_２の比率を読み取る。なお、本実施例においてはステップＳ１０３から１０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における算出手段に相当する。また、本実施例においてはステップＳ１０３から１０７が、本発明における第２の工程に相当する。

ステップＳ１０８では、ＮＯxの浄化率が極大値となるＮＯ_２の比率と、基準値（例え
ば５０％）とを比較する。つまり、ＮＯxの浄化率が極大値となるＮＯ_２の比率が基準値
からどれだけずれているのかを求める。例えば、基準値とＮＯxの浄化率が極大値となる
ＮＯ_２の比率との差または比を算出する。

ステップＳ１０９では、ＮＯx触媒４の劣化度合いを算出する。この劣化度合いは、新
品時と比較してどれだけ劣化しているのかを表す値である。ステップＳ１０８で求めた差または比と、ＮＯx触媒４の劣化度合いとの関係は予め求めておく。なお、本実施例にお
いてはステップＳ１０９を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定手段に相当する。また、本実施例においてはステップＳ１０９が、本発明における第３の工程に相当する。

ステップＳ１１０では、ＮＯx触媒４の劣化度合いが規定値以下であるか否か判定され
る。ここでいう規定値は、ＮＯx触媒４の劣化度合いが許容できる限度の値である。この
規定値は予め実験等により求めておく。ステップＳ１１０で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１１へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１２へ進む。

ステップＳ１１１では、ＮＯx触媒４が正常であると判定される。

ステップＳ１１２では、ＮＯx触媒４が劣化していると判定される。この場合、ＮＯx触媒４に異常があると運転者等に警告しても良い。

以上説明したように本実施例によれば、ＮＯx浄化率が極大値となるときのＮＯx中のＮＯ_２の比率に基づいてＮＯx触媒４の劣化度合いを判定することができる。ここで、第１
ＮＯxセンサ７または第２ＮＯxセンサ８から得られるＮＯx濃度に誤差がある場合には、
この誤差の影響によりＮＯx浄化率の算出値に誤差が生じる。このため、ＮＯx浄化率そのものを用いてＮＯx触媒４の劣化度合いを判定すると、センサの誤差の影響によりＮＯx触媒４の劣化度合いを正確に求めることができなくなる虞がある。一方、ＮＯx浄化率が極
大値となるときのＮＯx中のＮＯ_２比率を求める場合には、センサの誤差の影響が小さい
。つまり、ＮＯx浄化率そのものではなく、ＮＯx浄化率が極大値となるときのＮＯx中の
ＮＯ_２比率に基づいてＮＯx触媒４の劣化度合いを判定すれば、より精度の高い判定が可
能となる。

本実施例では、ＮＯx触媒４の温度が実施例１と異なる場合について説明する。つまり
、図２に示したＴ１からＴ２までの温度よりも低いか、または高い場合について説明する
。さらに、ＮＯx触媒４の劣化の度合いを判定した後の内燃機関１の制御について説明す
る。その他の装置については実施例１と同じため説明を省略する。

図６は、ＮＯx触媒４の温度（床温）と、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率と、の関
係を示した図である。実線、一点鎖線、二点鎖線については図２と同じ意味を持つ。

図６に示すように、ＮＯx触媒４の温度がＴ３以上の場合には、ＮＯx触媒４の温度が変化しても式（３）及び式（２）の反応によるＮＯx浄化率はほとんど変化せず、式（１）
の反応によるＮＯx浄化率が変化する。

ここで、図７は、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率と、ＮＯx触媒４にお
けるＮＯxの浄化率と、の関係を示した図である。実線はＮＯx触媒４の温度が図２におけるＴ１からＴ２の範囲内の場合を示し、一点鎖線はＮＯx触媒４の温度が図６におけるＴ
３以上の場合を示している。

このように、ＮＯx触媒４の温度がＴ３以上になると、ＮＯx中のＮＯ_２の比率が高い側であっても、また低い側であってもＮＯx浄化率が上昇するので、ＮＯx浄化率の極大値を得ることが困難となる。

ただし、ＮＯx浄化率の変化率が急激に変化するＮＯ_２の比率（以下、変化点という。
）を検知することができる。この変化点は、実施例１の極大値に相当する。つまり、ＮＯx触媒４の劣化が進行するほど、変化点が基準値に近づく。従って、この変化点と基準値
とを比較することでＮＯx触媒４の劣化の度合いを判定することができる。変化点は、Ｎ
Ｏx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２比率の変化量に対するＮＯx浄化率の変化量が規定
値となる箇所として求めることができる。つまり、ＮＯ_２比率とＮＯx浄化率の関係を図
７で示す曲線で表したときに、該曲線の接線の傾きが規定値となる箇所を変化点とすることができる。

図８は、ＮＯx触媒４の温度（床温）と、ＮＯx触媒４におけるＮＯxの浄化率と、の関
係を示した図である。実線、一点鎖線、二点鎖線については図２と同じ意味を持つ。

図８に示すように、ＮＯx触媒４の温度がＴ４以下の場合には、ＮＯx触媒４の温度が低いほど式（３）の反応によるＮＯx浄化率が低くなる。また、式（１）及び式（２）の反
応によるＮＯx浄化率はほとんど変化しない。さらに、全体的にＮＯx浄化率が低い。つまり、完全活性状態にはない。

ここで、図９は、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率と、ＮＯx触媒４にお
けるＮＯxの浄化率と、の関係を示した図である。実線はＮＯx触媒４の温度が図２におけるＴ１からＴ２の範囲内の場合を示し、一点鎖線、二点鎖線の順に温度が低くなり、二点鎖線はＮＯx触媒４の温度が図８におけるＴ４以下の場合を示している。

このように、ＮＯx触媒４の温度がＴ４以下になると、温度がＴ１からＴ２の範囲内の
ときにＮＯx浄化率が高くなるＮＯ_２比率ほど、ＮＯx浄化率の低下度合いが大きい。このため、温度がＴ１からＴ２の範囲内のときにＮＯx浄化率が極大値となっていたＮＯ_２の
比率付近では、ＮＯx浄化率が殆ど変化しない。つまり、ＮＯx浄化率の極大値を得ることが困難となる。

ただし、図９に示されるように、ＮＯx浄化率の変化率が急激に変化する変化点を２箇
所検知することができる。この２箇所の変化点の中間点のＮＯ_２比率は、温度がＴ１からＴ２の範囲内のときにＮＯx浄化率が極大値となっていたＮＯ_２の比率に相当する。つま
り、ＮＯx触媒４の劣化が進行するほど、２箇所の変化点の中間点が基準値に近づく。従
って、この２箇所の変化点の中間点と基準値とを比較することでＮＯx触媒４の劣化の度
合いを判定することができる。変化点は、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２比率の変化量に対するＮＯx浄化率の変化量が規定値となる箇所として求めることができる。こ
の規定値は２つある。つまり、ＮＯ_２比率とＮＯx浄化率の関係を図９で示す曲線で表し
たときに、該曲線の接線の傾きが規定値となる２箇所を変化点とすることができる。

なお、ＮＯx触媒４の劣化度合いに基づいて該ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２
の比率を調節しても良い。前述のように、ＮＯx触媒４の劣化度合いが小さいほど、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２比率がより低いときにＮＯx浄化率が最高となる。このＮＯx浄化率が最高となるＮＯ_２比率となるように、ＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮ
Ｏ_２の比率を調節する。この調節は、内燃機関１の運転状態（例えば機関回転数、燃料量、燃焼温度等）を変更することにより行なう。つまり、内燃機関１から排出されるＮＯx
中のＮＯ_２の比率は、内燃機関１の運転状態に応じて変化するので、ＮＯx浄化率が最高
となるＮＯ_２比率となるように内燃機関１の運転状態を変化させる。ＮＯ_２比率と内燃機関１の運転状態との関係は予め実験等により求めておいても良い。

図１０は、本実施例に係るＮＯx触媒４の劣化判定のフローを示したフローチャートで
ある。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。また、本ルーチンは、第１ＮＯxセンサ７又は第２ＮＯxセンサ８により測定されるＮＯx濃度に基づい
て噴射弁５から適量の還元剤がＮＯx触媒４へ供給されているときに実行される。

なお、図５に示したフローとステップＳ１０５までは同じ処理がなされるため、ステップＳ１０５以降について説明する。また、図５に示したフローと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。

ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０１へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ２０１では、ＮＯxの浄化率の変化点が２箇所存在するか否か判定される。
例えば図９に示したマップ上でＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２比率の変化量に対するＮＯx浄化率の変化量が規定値となる箇所が２箇所存在するか否かにより判定される
。規定値は２種類設定される。この規定値は、変化点を示す値として予め実験等により求めておく。本ステップでは、ＮＯx触媒４の温度がＴ４以下の場合であるか否か判定して
いる。

ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ２０２では、２箇所の変化点に対応するＮＯ_２比率の中間点が算出される。例えば２箇所の変化点に対応するＮＯ_２比率の平均値とする。この平均値が、ＮＯx触媒
４のＮＯx浄化率が極大値となるＮＯ_２比率とされる。その後ステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ２０３では、ＮＯxの浄化率の変化点が１箇所存在するか否か判定される。
例えば図７に示したマップ上でＮＯx触媒４に流入するＮＯx中のＮＯ_２比率の変化量に対するＮＯx浄化率の変化量が規定値となる箇所が１箇所存在するか否かにより判定される
。この規定値は、変化点を示す値として予め実験等により求めておく。本ステップでは、ＮＯx触媒４の温度がＴ３以上の場合であるか否か判定している。

ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進み、否定判定が
なされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ２０４では、変化点に対応するＮＯ_２比率が算出される。このときに算出されるＮＯ_２比率が、ＮＯx触媒４が極大値となるＮＯ_２比率とされる。その後ステップＳ
１０８へ進む。

ステップＳ２０５では、ＮＯx触媒４の劣化度合いに応じて内燃機関１から排出させる
ＮＯx中のＮＯ_２の比率を制御する。つまり、ＮＯx浄化率が極大値となるＮＯ_２比率となるように、例えば内燃機関１の運転状態を変更する。なお、ＮＯx浄化率が極大値となる
ＮＯ_２比率は、ＮＯx触媒４の温度領域によって変わるため、それぞれの温度領域で算出
されるＮＯ_２比率の極大値となるように制御する。

以上説明したように本実施例によれば、ＮＯx浄化率の極大値を判定するのが困難な温
度領域であっても、ＮＯx中のＮＯ_２の比率に基づいてＮＯx触媒４の劣化度合いを判定することができる。つまり、より広い温度領域でＮＯx触媒４の劣化度合いを判定すること
ができる。ここで、第１ＮＯxセンサ７または第２ＮＯxセンサ８から得られるＮＯx濃度
に誤差がある場合には、この誤差の影響によりＮＯx浄化率の算出値に誤差が生じる。こ
のため、ＮＯx浄化率そのものを用いてＮＯx触媒４の劣化度合いを判定すると、センサの誤差の影響によりＮＯx触媒４の劣化度合いを正確に求めることができなくなる虞がある
。一方、ＮＯx浄化率の変化点に基づいてＮＯx触媒４の劣化度合いを判定する場合には、センサの誤差の影響が小さい。つまり、ＮＯx浄化率そのものではなく、ＮＯx浄化率の変化点となるＮＯ_２比率または２箇所の変化点の中間となるＮＯ_２比率に基づいてＮＯx触
媒４の劣化度合いを判定すれば、より精度の高い判定が可能となる。

さらに、ＮＯx触媒４の劣化度合いに応じて内燃機関１を制御すれば、ＮＯx浄化率をより向上させることができる。

１ 内燃機関
２ 排気通路
４ 選択還元型ＮＯx触媒
５ 噴射弁
７ 第１ＮＯxセンサ
８ 第２ＮＯxセンサ
９ 温度センサ
１０ ＥＣＵ
１１ アクセルペダル
１２ アクセル開度センサ
１３ クランクポジションセンサ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ還元剤により選択的にＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
   前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側のＮＯx濃度を検知する上流側検知手段と、
   前記選択還元型ＮＯx触媒よりも下流側のＮＯx濃度を検知する下流側検知手段と、
   を備えた触媒劣化判定装置において、
   前記選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率を推定する推定手段と、
   前記還元剤供給手段により還元剤が供給されたときの前記上流側検知手段及び前記下流側検知手段により検知されるＮＯx濃度に基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率を少なくとも極大値が得られるまで複数回算出する算出手段と、
   前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記推定手段により推定されるＮＯ_２の比率と、該比率の基準値と、を比較することにより前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定する判定手段と、
   を備え、
   前記基準値を５０％または５０％近傍の値とすることを特徴とする触媒劣化判定装置。
2. 前記判定手段は、前記比率の基準値と、前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記推定手段により推定されるＮＯ_２の比率と、の差が小さいほど、前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いが大きいと判定することを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化判定装置。
3. 前記選択還元型ＮＯx触媒の温度を検知する温度検知手段を備え、
   前記判定手段は、前記温度検知手段により検知される温度が所定の範囲内のときに前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定することを特徴とする請求項１または２に記載の触媒劣化判定装置。
4. 前記判定手段は、前記温度検知手段により検知される温度が前記所定の範囲よりも低い温度である所定の低温範囲内の場合には、前記ＮＯ _２ の比率が変化してもＮＯｘ浄化率が変化しない範囲と、前記ＮＯ _２ の比率が変化するとＮＯｘ浄化率が変化する範囲と、の境である２点のＮＯ_２の比率を夫々求め、該ＮＯ_２の比率の平均値においてＮＯxの浄化率
   が極大値になるとして前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定することを特徴とする請求項３に記載の触媒劣化判定装置。
5. 前記判定手段により判定される前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いに応じて、前記内燃機関から排出されるＮＯx中のＮＯ_２比率を調節することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の触媒劣化判定装置。
6. 内燃機関の排気通路に設けられ還元剤により選択的にＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
   前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記選択還元型ＮＯx触媒よりも上流側のＮＯx濃度を検知する上流側検知手段と、
   前記選択還元型ＮＯx触媒よりも下流側のＮＯx濃度を検知する下流側検知手段と、
   を備えた内燃機関における触媒劣化判定方法において、
   前記選択還元型ＮＯx触媒に流入するＮＯx中のＮＯ_２の比率を推定する第１の工程と、
   前記還元剤供給手段により還元剤が供給されたときの前記上流側検知手段及び前記下流側検知手段により検知されるＮＯx濃度に基づいて前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率を少なくとも極大値が得られるまで複数回算出する第２の工程と、
   前記選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの浄化率が極大値となるときの前記第１の工程で得られるＮＯ_２の比率と、該比率の基準値である５０％または５０％近傍の値と、を比較することにより前記選択還元型ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定する第３の工程と、
   を含んで構成されることを特徴とする触媒劣化判定方法。

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