JP5672295B2 - 排気浄化装置の劣化判定システム - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化装置の劣化判定システムに関する。

内燃機関から排出される排気中に含まれるＮＯｘを、アンモニアを還元剤として使用することで浄化するための選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）を有する排気浄化装置が知られている。当該排気浄化装置には、ＮＯｘ触媒でのアンモニア吸着量がＮＯｘ浄化のために適切な状態となるように、ＮＯｘ触媒の上流側において、排気中に、アンモニア又はアンモニアの前駆体（例えば、尿素）を供給する供給弁等が設置される。

ここで、ＮＯｘ触媒が正常であっても、ＮＯｘ触媒の温度が上昇することにより、該ＮＯｘに吸着可能なアンモニア量が減少し、該ＮＯｘ触媒からアンモニアが流出することがある。これに対し、ＮＯｘ触媒よりも下流側に酸化触媒を配置することで、ＮＯｘ触媒から流出するアンモニアを浄化することが知られている。そして、ＮＯｘ触媒よりも下流側に酸化触媒を配置し、ＮＯｘ触媒へ供給する尿素の量を増加させたときの、酸化触媒よりも下流のＮＯｘセンサの値に基づいて、ＮＯｘ触媒及び酸化触媒の異常を判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、ＮＯｘ触媒よりも下流に設けたアンモニアスリップ触媒において、アンモニアがＮＯに転化することが知られている（例えば、特許文献２参照。）。また、ＮＯｘ触媒よりも下流に設けたアンモニアスリップ触媒において、４００℃以上でアンモニアがＮＯに転化することが知られている（例えば、特許文献３参照。）。また、ＮＯｘセンサのセンサセルにおいてアンモニアがＮＯに転化した場合には、センサ出力が増加することが知られている（例えば、特許文献４参照。）。

ここで、ＮＯｘ触媒の温度が上昇すると、該ＮＯｘ触媒からアンモニアが脱離することがある。このようなアンモニアの脱離は、正常なＮＯｘ触媒でも起こり得るため、これ自体はＮＯｘ触媒の異常ではない。また、ＮＯｘ触媒の温度および酸化触媒の温度、排気の流量によっては、酸化触媒が正常であっても、ＮＯｘ触媒から流出したアンモニアが酸化触媒において酸化されなかったり、ＮＯｘ触媒から流出したアンモニアがＮＯｘに転化したりする。したがって、ＮＯｘ触媒及び酸化触媒が正常であっても、酸化触媒よりも下流にアンモニアが流出したり、アンモニアから転化したＮＯｘが流出したりすることがある。

ところで、ＮＯｘセンサは、アンモニアも検知するため、酸化触媒よりも下流にＮＯｘセンサを備える場合には、酸化触媒から流出するＮＯｘ及びアンモニアが検知される。このため、ＮＯｘ触媒よりも上流のＮＯｘ濃度と、酸化触媒よりも下流のＮＯｘ濃度と、に基づいてＮＯｘ浄化率を算出すると、ＮＯｘ触媒の温度上昇に伴い酸化触媒から流出するアンモニア及びＮＯｘにより、ＮＯｘ浄化率が低く算出される。そして、ＮＯｘ浄化率に基づいて排気浄化装置の劣化判定を実施すると、ＮＯｘ触媒及び酸化触媒が正常であるにもかかわらず、劣化していると判定される虞がある。

特開２００９−１５６１５９号公報 特開２００６−００９６０８号公報 特開２０１１−１９６３０９号公報 特開２００９−１１５０３２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、その目的は、選択還元型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化装置の劣化判定システムにおいて、劣化判定時の誤判定を抑制することにより、劣化判定の精度をより高めることにある。

上記課題を達成するために本発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤とする選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側で、該選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側に設けられ、酸化能を有する触媒と、
前記酸化能を有する触媒よりも下流側に設けられ、該酸化能力を有する触媒から流出する排気中のＮＯｘを検出するとともに、排気中のアンモニアもＮＯｘとして検出するＮＯｘセンサと、
前記ＮＯｘセンサの検出値に基づいて、該選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化判定を行う劣化判定部と、
を有する排気浄化装置の劣化判定システムにおいて、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニア量が、該選択還元型ＮＯｘ触媒でのアンモニアの吸着と脱離とが平衡状態となるときのアンモニアの吸着量である平衡吸着量よりも多くなる場合に、前記酸化能を有する触媒に流入するアンモニア量のうち、前記酸化能を有する触媒から流出するアンモニア量、又は、前記酸化能を有する触媒においてＮＯｘに転化するアンモニア量、の少なくとも一方または合計値を算出する流出量算出部と、
前記流出量算出部により算出される値が閾値を超える場合には、前記劣化判定部による劣化判定において前記ＮＯｘセンサの検出値の利用を制限し、又は該劣化判定部による劣化判定自体を禁止する劣化判定制限部と、
を備える。

劣化判定部は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒の劣化判定を実施する。当該ＮＯｘ触媒は、排気中のアンモニアを吸着し、それを還元剤としてＮＯｘを選択的に還元する。なお、このＮＯｘ触媒で消費されるアンモニアは、還元剤供給部によって排気に供給されるアンモニア又はアンモニアの前駆体（例えば、尿素等）である。供給されるこれらのアンモニア等は、水溶液の状態で排気に供給されてもよく、また、気体の状態で排気に供給されてもよい。

ここで、ＮＯｘ触媒の下流側には、当該触媒から流れ出る排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサが設けられている。このＮＯｘセンサは、いわゆるアンモニアの干渉を受けるタイプのＮＯｘセンサであるため、排気中にアンモニアが含まれるとき、そのアンモニアもＮＯｘとして検出される特性を有する。したがって、ＮＯｘセンサの検出値は、排気中に含まれるＮＯｘおよびアンモニアに依拠することとなる。

そして、本発明に係る排気浄化装置の劣化判定システムでは、このＮＯｘセンサの検出値を利用して、劣化判定部により、ＮＯｘ触媒の劣化判定が行われる。すなわち、ＮＯｘ触媒から流れ出る排気中のＮＯｘ量としてＮＯｘセンサの検出値を利用するとともに、ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中のＮＯｘ量を利用することで、例えば、ＮＯｘの浄化率に基づいたＮＯｘ触媒の劣化判定が可能となる。一般には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率が基準となる値を下回ったときに、当該触媒が劣化していると判定することができる。

ここで、ＮＯｘ触媒においては、触媒担体に吸着するアンモニア量と触媒担体から脱離するアンモニア量は、ＮＯｘ触媒が置かれる環境（触媒温度等）に応じて逐次変化し得るものである。しかし、ＮＯｘ触媒が置かれる環境が安定しているときには、触媒担体に吸着するアンモニア量と触媒担体から脱離するアンモニア量が釣り合った状態、すなわち平衡状態に至る。本願では、アンモニアの吸着に関し平衡状態に至っているＮＯｘ触媒でのアンモニア吸着量を、平衡吸着量と称する。ＮＯｘ触媒においては、温度が高くなるに従い平衡吸着量が減少する特性（以下、「吸着特性」ともいう。）が表れる。なお、ＮＯｘ触媒が劣化している場合であっても、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率は低いものの、上記吸着特性を確認することができる。

以上を考慮して、本出願人は、ＮＯｘ触媒に関しＮＯｘセンサの検出値を利用した劣化判定部による劣化判定を行う際に、正常であると判断されるべきＮＯｘ触媒が誤って劣化している（正常でない）と判断される可能性があることを見出した。

ここで、ＮＯｘ触媒の温度が上昇している過程にあって、その温度変化が比較的急である場合には、ＮＯｘ触媒でのアンモニア吸着に関する平衡状態が崩れる可能性がある。上述したＮＯｘ触媒での吸着特性に従えば、ＮＯｘ触媒の温度が上昇すると、ＮＯｘ触媒でのアンモニアの脱離が間に合わずに、実際のアンモニアの吸着量がＮＯｘ触媒温度に対応する平衡吸着量より多い状態が生じることになる。

このようにＮＯｘ触媒の温度上昇に起因してアンモニアの吸着量が過剰になると、結果として、ＮＯｘ触媒から流出するアンモニア量が多くなる。このアンモニアは、酸化能を有する触媒において酸化され得るが、その時の条件によっては、アンモニアが酸化されないまま酸化能を有する触媒を通過する場合もある。また、酸化能を有する触媒においてアンモニアがＮＯｘに転化し、該ＮＯｘの状態で酸化能を有する触媒から流出する場合もある。

酸化能を有する触媒よりも下流側に配置されているＮＯｘセンサは、ＮＯｘ及びアンモニアを検出することから、上記の通り酸化能を有する触媒を通過するアンモニア（以下、「スリップアンモニア」ともいう。）、及び酸化能を有する触媒においてＮＯｘに転化されるアンモニア（以下、「ＮＯｘ転化アンモニア」ともいう。）により検出値が大きくなる。

そして、スリップアンモニア量及びＮＯｘ転化アンモニア量が多くなると、ＮＯｘセンサの検出値に基づいて算出されるＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率が、見かけ上、低下してしまう。そのため、仮にＮＯｘ触媒が正常であると判定されるべき状態にある場合であっても、この見かけ上のＮＯｘ浄化率の低下により、誤ってＮＯｘ触媒は劣化している（正常でない）との判定をするおそれがある。

これに対して劣化判定制限部は、スリップアンモニア量またはＮＯｘ転化アンモニア量の少なくとも一方、または、合計値が、閾値以上の場合には、劣化判定時の誤判定を抑制するために、ＮＯｘセンサの検出値の利用を制限するか、又は劣化判定自体を禁止する。なお、ＮＯｘセンサの検出値の利用を制限することには、ＮＯｘセンサの検出値を用いずに劣化判定を実施したり、ＮＯｘセンサの検出値を用いるとしても該検出値の劣化判定に対する影響度を低下させたりすることを含む。また、ここでいう閾値は、劣化判定の精度が所望の精度となる場合の値、または、劣化判定の精度が許容範囲内となる場合の値としてもよい。この閾値は、法規に応じて決定してもよい。

また、スリップアンモニア量またはＮＯｘ転化アンモニア量は、ＮＯｘ触媒から流出するアンモニア量と関連しているため、該ＮＯｘ触媒から流出するアンモニア量に基づいて
求めることができる。なお、ＮＯｘ触媒から流出するアンモニア量は、ＮＯｘ触媒の温度上昇時にＮＯｘ触媒から脱離するアンモニア量としてもよい。

このように、劣化判定部による劣化判定においてＮＯｘセンサの検出値の利用を制限し、又は該劣化判定部による劣化判定自体を禁止することで、ＮＯｘ触媒が正常であるにもかかわらず、劣化していると判定されることを抑制できる。したがって、ＮＯｘ触媒の劣化判定の精度を向上させることができる。

また、本発明においては、前記流出量算出部は、前記酸化能を有する触媒の温度及び前記内燃機関の吸入空気量に基づいて、前記酸化能を有する触媒に流入するアンモニア量のうち、前記酸化能を有する触媒から流出するアンモニア量、又は、前記酸化能を有する触媒においてＮＯｘに転化するアンモニア量、の一方または合計値を算出することができる。

ここで、このアンモニアが酸化される度合いは、酸化能を有する触媒の温度及び酸化能を有する触媒を通過する排気の流量と関連がある。したがって、酸化能を有する触媒に流入するアンモニア量に対するスリップアンモニア量の比、及び、酸化能を有する触媒に流入するアンモニア量に対するＮＯｘ転化アンモニア量の比は、酸化能を有する触媒の温度及び内燃機関の吸入空気量と関連がある。なお、内燃機関の吸入空気量は、酸化能を有する触媒を通過する排気の流量と関連がある。すなわち、酸化能を有する触媒の温度及び内燃機関の吸入空気量に基づいて、アンモニアスリップ量及びＮＯｘ転化アンモニア量を算出することができる。

本発明においては、前記劣化判定部は、
前記ＮＯｘセンサの検出値および前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中のＮＯｘ量に基づいて算出される該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を、該選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を判定するための閾値である判定閾値と比較することで劣化判定を実施し、
前記流出量算出部により算出される値が閾値以下の場合には、前記流出量算出手段による算出値に基づいて前記判定閾値を変更することができる。

ここで、流出量算出部により算出される値が閾値以下の場合には、劣化判定の精度が高いと考えられるため、劣化判定部による劣化判定においてＮＯｘセンサの検出値の利用の制限はなされず、該劣化判定部による劣化判定自体も禁止されない。しかし、このような場合であっても、スリップアンモニア又はＮＯｘ転化アンモニアが酸化能を有する触媒から流出し、ＮＯｘセンサに検出され得る。このときのＮＯｘセンサの検出値の変化量は小さいものの、この変化量に応じて判定閾値を変更すれば、劣化判定の精度を更に向上させることができる。すなわち、スリップアンモニア量またはＮＯｘ転化アンモニア量に応じてＮＯｘセンサの検出値が変化するため、流出量算出手段による算出値に基づいて判定閾値を変更することで、スリップアンモニア量またはＮＯｘ転化アンモニア量の影響を小さくすることができる。

本発明においては、前記平衡吸着量が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇することで減少する場合に、少なくとも、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の実際のアンモニア吸着量と、前記平衡吸着量と、の差である過剰吸着量に基づいて、前記酸化能を有する触媒に流入するアンモニア量を算出する流入量算出部を備えることができる。

ここで、過剰吸着量と、ＮＯｘ触媒から脱離するＮＯｘ量と、には相関関係がある。また、ＮＯｘ触媒から脱離するＮＯｘ量が、そのまま酸化能を有する触媒に流入すると考えれば、過剰吸着量と酸化能を有する触媒に流入するアンモニア量とにも相関関係がある。
この相関関係にしたがって、流入量算出部は、過剰吸着量に基づいて、酸化能を有する触媒に流入するアンモニア量を算出することができる。

本発明においては、前記流入量算出部は、更に、
前記還元剤供給部から供給される還元剤のうち余剰な還元剤に起因して、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に余剰に吸着するアンモニア量と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒において前記平衡吸着量よりも多いアンモニアを吸着していることに起因して、前記選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘ還元のために前記平衡状態のときよりも多く消費されるアンモニア量と、
前記流入量算出部により算出される値と、
の少なくとも一つに基づいて、前記過剰吸着量を算出することができる。

ＮＯｘ触媒に余剰に吸着するアンモニアは、ＮＯｘの還元に必要なアンモニアに対して余剰となるアンモニアである。例えば、還元剤供給部の冷却を目的として、ＮＯｘの還元に必要なアンモニア量よりも多くのアンモニアを供給することがある。このような場合であっても、ＮＯｘ触媒には平衡状態よりも多くのアンモニアが吸着し得る。そして、ＮＯｘ触媒に余剰に吸着するアンモニア量は、過剰吸着量を増加させる方向に作用する。

また、ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニア量が多くなるほど、ＮＯｘを還元しやすくなるため、アンモニアの消費量が増加する。これは、平衡状態よりも多くのアンモニアが吸着されている場合であっても当てはまる。したがって、平衡状態よりも多くのアンモニアが吸着されている場合には、平衡状態よりもアンモニアの消費量が増加する。そして、平衡状態のときよりも多く消費されるアンモニア量は、過剰吸着量を減少させる方向に作用する。

また、流入量算出部により算出される値は、ＮＯｘ触媒から流出するアンモニア量とすることができる。そして、ＮＯｘ触媒からのアンモニアの脱離量は、ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニア量に応じて変化する。すなわち、ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニア量が多いほど、アンモニアが脱離し易いため、アンモニアの脱離量が多くなる。一方、ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニア量も、ＮＯｘ触媒からのアンモニアの脱離量に応じて変化する。すなわち、ＮＯｘ触媒からのアンモニアの脱離量が多いほど、ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニア量が少なくなるため、過剰吸着量が少なくなる。このように、ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニア量と、ＮＯｘ触媒から脱離するアンモニア量と、は互いに影響している。そして、流入量算出部により算出される値、そして、ＮＯｘ触媒から流出されるアンモニア量は、過剰吸着量を減少させる方向に作用する。

このように、ＮＯｘ触媒に余剰に吸着するアンモニア量、平衡状態よりも増加するアンモニア消費量、流入量算出部により算出される値によりＮＯｘ触媒から流出するアンモニア量が変化するため、スリップアンモニア量及びＮＯｘ転化アンモニア量も変化し得る。したがって、ＮＯｘ触媒に余剰に吸着するアンモニア量、平衡状態よりも増加するアンモニア消費量、流入量算出部により算出される値を考慮して過剰吸着量を算出することで、劣化判定の精度を向上させることができる。

なお、平衡状態よりも増加するアンモニア消費量は、０に設定されてもよい。ここで、ＮＯｘ触媒が正常であれば、アンモニアの吸着に関し平衡状態に至っているときのＮＯｘ浄化率が略１００％となる。このため、平衡状態よりも多くのアンモニアが吸着された状態でもＮＯｘ浄化率は１００％となり殆ど変らない。このため、アンモニアの消費量も殆ど変らない。したがって、平衡状態よりも増加するアンモニア消費量は、０と考えることができる。

本発明によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化装置の劣化判定システムにおいて、劣化判定時の誤判定を抑制することにより、劣化判定の精度をより高めることができる。

実施例に係る内燃機関の吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。 ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量と、ＡＳＣ触媒に流入するアンモニア量との関係を示した図である。 ＮＯｘ触媒の温度と、ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量との関係を示した図である。 触媒温度が急激に上昇し吸着状態が点Ｐ１から点Ｐ３に示す状態に至ったＮＯｘ触媒での、アンモニアの吸着量を模式的に示した図である。 ＮＯｘ触媒の温度と、アンモニアの脱離量との関係を示した図である。 触媒温度が急激に上昇したときの時刻（ｔ）から演算周期で１サイクル後の時刻（ｔ＋１）に至るまでのＮＯｘ触媒でのアンモニアの吸着量を模式的に示した図である。 触媒温度が急激に上昇したときのアンモニア吸着量の推移を示した図である。 ＡＳＣ触媒の温度と、ＮＯｘ転化率との関係を示した図である。 ＡＳＣ触媒の温度と、アンモニアスリップ率との関係を示した図である。 実施例１に係る排気浄化装置の劣化判定のフローを示したフローチャートである。 図１０に示す制御が実施された場合の、内燃機関に関する各パラメータの推移（実験例）を例示したタイムチャートである。 実施例２に係る排気浄化装置の劣化判定のフローを示したフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１は、本実施例に係る内燃機関の吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には排気通路２が接続されている。排気通路２には、排気中のＮＯｘをアンモニアを還元剤として選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒３（以下、「ＮＯｘ触媒３」という。）が設けられ、更にＮＯｘ触媒３よりも下流側に、ＮＯｘ触媒３からスリップしてくるアンモニアを酸化するための酸化触媒４（以下、「ＡＳＣ触媒４」という。）が設けられている。なお、本実施例においてはＡＳＣ触媒４が、本発明における酸化能を有する触媒に相当する。また、ＡＳＣ触媒４は酸化能を有していればよいため、三元触媒等の他の触媒であってもよい。
また、ＮＯｘ触媒３において還元剤として作用するアンモニアを生成するために、尿素タンク６に貯留されている尿素水が供給弁５によって排気中に添加される。なお、本実施例においては供給弁５が、本発明における還元剤供給部に相当する。また、ＮＯｘ触媒３の上流側に、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタと、更にその上流側に排気中の所定成分（未燃燃料やＣＯ等）を酸化するための酸化触媒と、を設けてもよい。

さらに、ＮＯｘ触媒３の上流側には、ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘを検出す
るＮＯｘセンサ７が設けられ、ＮＯｘ触媒３の下流側には、ＮＯｘ触媒３から流れ出る排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ８と、排気温度を検出する温度センサ９が設けられている。

一方、内燃機関１には、吸気通路１５が接続されている。吸気通路１５には、吸気の流量を検出するエアフローメータ１６が設けられている。

そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態や排気浄化装置等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、上述したＮＯｘセンサ７、ＮＯｘセンサ８、温度センサ９、エアフローメータ１６の他、クランクポジションセンサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続され、各センサの検出値がＥＣＵ２０に渡される。

したがって、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ１１の検出に基づく機関回転数や、アクセル開度センサ１２の検出に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。なお、本実施例では、ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘはＮＯｘセンサ７によって検出可能であるが、内燃機関１から排出される排気（ＮＯｘ触媒３に浄化される前の排気であり、すなわちＮＯｘ触媒３に流れ込む排気）に含まれるＮＯｘは、内燃機関の運転状態と関連性を有することから、上記内燃機関１の運転状態に基づいて、推定することも可能である。また、ＥＣＵ２０は、温度センサ９若しくはＮＯｘ触媒３よりも上流に設けられた温度センサによって検出される排気温度に基づいて、ＮＯｘ触媒３およびＡＳＣ触媒４の温度を推定することが可能である。また、ＥＣＵ２０は、エアフローメータ１６によって検出される吸入空気量に基づいて、排気の流量を推定することが可能である。

そして、検出または推定される排気中のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ量としてもよい。）に応じて、ＥＣＵ２０は供給弁５に指示を出し、ＮＯｘの還元浄化に必要な量の尿素水が排気中に供給される。なお、ＮＯｘ触媒３が活性された状態にない場合には、供給された尿素水を用いてのＮＯｘ浄化を効果的に行えないことから、供給弁５からの尿素水供給は、推定されるＮＯｘ触媒３の温度が、該触媒が活性状態にある所定温度以上となっている場合に行われる。

ここで、ＮＯｘ触媒３の劣化判定について説明する。ＮＯｘ触媒３の劣化判定は、ＮＯｘ触媒３によるＮＯｘ浄化率が所定の閾値（判定閾値）を下回ったときに、ＮＯｘ触媒３の還元能力が十分ではないとして劣化状態にあるとの判断を行う。なお、本実施例においてはＮＯｘ触媒３の劣化判定を行うＥＣＵ２０が、本発明における劣化判定部に相当する。ここで、ＮＯｘ触媒３のＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒３に流入するＮＯｘ量に対してＮＯｘ触媒３で浄化されるＮＯｘ量の比であり、以下の式で表すことができる。
ＮＯｘ浄化率 ＝ １−（ＮＯｘセンサ８の検出値）／（ＮＯｘセンサ７の検出値） ・・・（式１）

ここで、ＮＯｘセンサ７およびＮＯｘセンサ８は、アンモニアの干渉を受ける。そのため、各ＮＯｘセンサ７、８の検出部に流れ込む排気中にアンモニア分子が含まれていると、それをＮＯｘとして検出してしまう。この点を考慮して、ＮＯｘセンサ７は、供給弁５から排気中に供給される尿素水の影響を受けない程度に、供給弁５から上流側に離れて設置されている。

一方で、ＮＯｘセンサ８については、供給弁５から供給された尿素水により生成されたアンモニアであってＮＯｘ触媒３での選択還元反応に供されず、またＡＳＣ触媒４により酸化除去されなかったアンモニア（以下、「スリップアンモニア」という）の影響を受け
ることになる。また、ＮＯｘセンサ８については、供給弁５から供給された尿素水により生成されたアンモニアであってＮＯｘ触媒３での選択還元反応に供されず、またＡＳＣ触媒４により酸化されてＮＯｘに転化したアンモニア（以下、「ＮＯｘ転化アンモニア」という）の影響を受けることになる。

これらの点を踏まえると、ＮＯｘセンサ７及びＮＯｘセンサ８の検出値に基づいて算出される見かけ上のＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒３における実際のＮＯｘ浄化率に対して、スリップアンモニア及びＮＯｘ転化アンモニアの分だけ低下する。すなわち、見かけ上のＮＯｘ浄化率は、以下の分だけ低下する。
見かけ上のＮＯｘ浄化率の低下分 ＝ （スリップアンモニア量＋ＮＯｘ転化アンモニア量）／（ＮＯｘセンサ７の検出値から求まるＮＯｘ量） ・・・（式２）
なお、式２における夫々の「量」は、「濃度」としてもよい。

このように、スリップアンモニア又はＮＯｘ転化アンモニアが発生するとＮＯｘセンサ８がその影響を受け、その結果、見かけ上、ＮＯｘ浄化率は低下することになる。

ここで、ＮＯｘ浄化率に関しこのような特性を有する排気浄化装置の劣化判定システムにおいて、内燃機関１の運転状態が変動する特定の過渡状態の際に、一時的にスリップアンモニア量又はＮＯｘ転化アンモニア量が増加する現象を、本出願人は見出した。そして、ＮＯｘセンサ８の検出値に基づいて算出されるＮＯｘ浄化率はスリップアンモニア又はＮＯｘ転化アンモニアの影響を受けることから、スリップアンモニア量又はＮＯｘ転化アンモニア量が一時的に増加すると、特定の過渡状態の際に見かけ上のＮＯｘ浄化率が低下する。その結果、ＮＯｘ触媒３が正常であるにもかかわらず、算出されるＮＯｘ浄化率が、判定閾値を下回る可能性が生じる。そのため、本来は正常な状態にあると判断されるべきＮＯｘ触媒３が、劣化している状態にあると判断されることになる。

そこで、図２〜図４に基づいて、誤った劣化判定（誤劣化判定）を招き得る特定の過渡状態について説明する。図２は、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量と、ＡＳＣ触媒４に流入するアンモニア量との関係を示した図である。図２において、「平衡吸着量」とは、アンモニアの吸着に関し平衡状態にある場合のアンモニア吸着量である。ここでいう平衡状態とは、ＮＯｘ触媒の担体にアンモニアが吸着する量と担体から吸着していたアンモニアが脱離する量とが釣り合い、見かけ上、担体に吸着するアンモニアの量が一定となる状態を言う。ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量が、平衡吸着量よりも少ない場合には、ＮＯｘ触媒３においてアンモニアの吸着が支配的になり、平衡吸着量よりも多い場合には、ＮＯｘ触媒３においてアンモニアの脱離が支配的になる。そして、アンモニアの脱離が支配的になると、ＮＯｘ触媒３から流出するアンモニア量が増加するため、ＡＳＣ触媒４に流入するアンモニア量が増加する。この現象は、アンモニア吸着量が多くなるほど、より顕著に表れる。そして、平衡吸着量は、ＮＯｘ触媒３の温度に大きく依存する。

ここで、図３は、ＮＯｘ触媒３の温度と、ＮＯｘ触媒３におけるアンモニア吸着量との関係を示した図である。図３において、実線Ｌ１は平衡吸着量を示している。ＮＯｘ触媒３が正常な状態である場合には、ＮＯｘ触媒温度の上昇とともにＮＯｘ触媒３に吸着されるアンモニア量が減少する場合がある。

ここで、アンモニアの吸着に関し平衡状態にあるＮＯｘ触媒３において、該ＮＯｘ触媒３の温度が上昇した場合の、アンモニア吸着量について考察する。なお、触媒温度が２５０℃にあるときには、ＮＯｘ触媒３は平衡状態（すなわち、点Ｐ１（触媒温度２５０℃、アンモニア吸着量Ｘ１）で表される状態）にあるとする。このような場合、触媒温度が２５０℃から３５０℃に緩やかに変化していくと、ＮＯｘ触媒３の温度とアンモニア吸着量で定義されるＮＯｘ触媒３の吸着状態は、実線Ｌ１で規定される平衡状態に対応する軌跡
を経て、触媒温度が３５０℃の場合の平衡状態（すなわち、点Ｐ２（触媒温度３５０℃、アンモニア吸着量Ｘ２）で表される状態）へと至る。この場合、ＮＯｘ触媒３は、常に平衡状態に置かれている。

しかし、触媒温度が２５０℃から３５０℃に急激に上昇した場合、ＮＯｘ触媒３でのアンモニアの脱離が追いつかず、ＮＯｘ触媒３の吸着状態は、実線Ｌ１で規定される平衡状態から大きく外れた状態、すなわち、点Ｐ３（触媒温度３５０℃、アンモニア吸着量Ｘ１）で表される状態へと至る。この点Ｐ３で表される状態は、ＮＯｘ触媒３の温度の上昇が急であったためにアンモニアを過剰に吸着した状態（以下、「吸着過剰状態」ともいう）と言うことができる。

このように吸着過剰状態がＮＯｘ触媒３において生じていると、その吸着し得る容量に応じてＮＯｘ触媒３からアンモニアが脱離することになり、その結果として、ＮＯｘ触媒３から流れ出る排気中のアンモニアが一時的に増加する。このアンモニアの一時的な増加によって、ＮＯｘ浄化率が判定閾値を下回る可能性が生じ、本来、正常状態にあると判断されるべきＮＯｘ触媒３に対して、誤って劣化しているとの判断（上記誤劣化判定）がされる可能性がある。このような場合には、ＮＯｘセンサ８の検出値を利用したＮＯｘ浄化率の算出（上記式１に基づく算出）を控えることが好ましい。

これに対して本実施例では、ＮＯｘ触媒３から脱離するアンモニア量を推定し、この値に基づいて、更に、スリップアンモニア量及びＮＯｘ転化アンモニア量を推定する。そして、スリップアンモニア量またはＮＯｘ転化アンモニア量の少なくとも一方、または、その合計値が、閾値を超える場合には、ＮＯｘセンサ８の検出値を利用したＮＯｘ浄化率の算出を禁止するか、又は、排気浄化装置の劣化判定を禁止する。

ここで、上述したＮＯｘ触媒３の吸着過剰状態について、詳細に検討する。図４は、触媒温度が急激に上昇し吸着状態が点Ｐ１から点Ｐ３に示す状態に至ったＮＯｘ触媒３での、アンモニアの吸着量を模式的に示した図である。ここで、図４において、上向きの矢印で表される変位は、アンモニアの吸着に関する過剰量を増加させる方向に作用するものであり、逆に、下向きの矢印で表される変位は、アンモニアの吸着に関する過剰量を減少させる方向に作用するものである。なお、以下では、平衡吸着量を超える分のアンモニア吸着量を「過剰吸着量」と称する。

矢印Ｘ１１は、ＮＯｘ触媒３の温度が急激に上昇したことにより発生する過剰吸着量（Ｘ１−Ｘ２）を意味する。なお、ＮＯｘ触媒３の温度と平衡吸着量との関係は予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ２０に記憶しておく。そして、その関係に従って、ＮＯｘ触媒３の温度に対応した平衡吸着量を算出できる。

なお、アンモニア吸着量は、ＮＯｘ触媒３に流入するＮＯｘ量によっても変化し得る。このため、ＮＯｘ触媒３の温度及びＮＯｘ触媒３に流入するＮＯｘ量を考慮して過剰吸着量を算出してもよい。

そして、ＮＯｘ触媒３の過剰吸着量について、矢印Ｘ１１に加えて、以下に示す３つの因子も考慮するのが好ましい。これらの因子を考慮することで、過剰吸着量をより正確に把握することができる。

（１）供給弁５による尿素水供給に起因するアンモニア吸着量
ここで、ＮＯｘ触媒３の状態によらず、供給弁５から供給する尿素水量を増減させることがある。例えば、供給弁５の温度が高くなりすぎると考えられる運転状態の場合には、供給弁５の温度を低下させるために、ＮＯｘ浄化のための必要量よりも多い尿素水を供給
弁５から供給する。すなわち、より多くの尿素水を供給弁５に流通させることにより、該供給弁５の温度低下を図る。このような場合には、ＮＯｘ触媒３に流入するアンモニア量が増加する。

そして、この余剰アンモニアはＮＯｘ触媒３の担体に吸着されることで、過剰吸着量を拡大する方向に作用する。そこで、供給弁５による尿素水供給に起因するアンモニア吸着量ΔＮ１は、図４では矢印Ｘ１２で表され、その大きさは以下の式で表すことができる。
ΔＮ１＝供給尿素水によるアンモニア生成量−基準アンモニア生成量 ・・・（式３）

ここで、「供給尿素水によるアンモニア生成量」については、供給された尿素水量と排気温度との関連について予め実験等でデータを取得し、そのデータを制御マップとしてＥＣＵ２０内のメモリに記憶しておく。そして、その制御マップに随時アクセスすることで、供給弁５によって供給された尿素水量および排気温度に基づいて、ＮＯｘ触媒３に供給されるアンモニア量を算出できる。また、「基準アンモニア生成量」は、還元反応に利用することが可能なアンモニア量であり、予めの実験等で求めておけばよい。

なお、何らかの理由により尿素水の供給量を減少させる場合も考えられる。この場合には、図４において矢印Ｘ１２が下向きとなり、アンモニアの吸着に関する過剰量を縮小する方向に作用する。

（２）非平衡状態によるアンモニア消費の増加量
上記の通り、点Ｐ３に示すＮＯｘ触媒の吸着状態は、平衡状態から外れた状態、すなわち非平衡状態と言える。ＮＯｘ触媒３の温度上昇によりＮＯｘ触媒３の吸着状態が非平衡状態に至ると、ＮＯｘ触媒３に吸着されているアンモニア量が多くなることから、同一の触媒温度での平衡状態にある場合と比べて、ＮＯｘとアンモニアとの反応が促進されて、アンモニアの消費量が増加すると考えられる。このアンモニアの消費増加量は、過剰吸着量を縮小する方向に作用する。そして、このアンモニアの消費増加量ΔＮ２は、図４では矢印Ｘ１３で表される。

アンモニアの消費増加量ΔＮ２については、アンモニア吸着量と、ＮＯｘ触媒３の温度と、排気流量（吸入空気量としてもよい。）とをパラメータとして、これらのパラメータとＮＯｘ浄化率の増加量とを関連付けて、事前の実験等を経て制御マップを構築し、ＥＣＵ２０内のメモリに記憶しておく。そして、その制御マップに随時アクセスして、随時の非平衡状態にあるＮＯｘ触媒３における、上記ＮＯｘ浄化率の増加量と、ＮＯｘ触媒３に流れ込む排気中のＮＯｘ量とから、アンモニアの消費増加量ΔＮ２を算出することができる。

なお、ＮＯｘ触媒３が正常な状態の場合には、平衡状態におけるＮＯｘ浄化率が略１００％となる。それよりもＮＯｘ浄化率が高くなり得る吸着過剰状態では、当然にＮＯｘ浄化率が略１００％となる。すなわち、平衡状態であっても、非平衡状態であっても、ＮＯｘ浄化率がほとんど変わらないので、アンモニアの消費増加量ΔＮ２は極めて少なくなると考えられる。したがって、アンモニアの消費増加量ΔＮ２の値を固定的に０と設定してもよい。

（３）ＮＯｘ触媒３からのアンモニア脱離量
ＮＯｘ触媒３において吸着過剰状態では、該ＮＯｘ触媒３からアンモニアが脱離し得る。ただし、吸着過剰状態であるからといって、過剰に吸着されているアンモニアの全てが一斉に脱離する訳ではない。すなわち、過剰吸着量は、徐々に減少していく。そして、このアンモニアの脱離量は、過剰吸着量を縮小する方向に作用する。このアンモニアの脱離量ΔＮ３は、図４では、矢印Ｘ１４で表される。

そして、アンモニアの脱離量ΔＮ３は、過剰吸着量と、ＮＯｘ触媒３の温度と、をパラメータとして、例えば次式により算出することができる。
ΔＮ３＝ｋ×過剰吸着量×ｅｘｐ（−Ｅａ／ＮＯｘ触媒温度） ・・・（式４）
なお、ｋ及びＥａは、予め実験またはシミュレーション等により得られる定数である。

ここで、図５は、ＮＯｘ触媒３の温度と、アンモニアの脱離量ΔＮ３との関係を示した図である。このように、アンモニアの脱離量ΔＮ３は、ＮＯｘ触媒３の温度に依存し、ＮＯｘ触媒３の温度が高くなるほど、アンモニアの脱離量ΔＮ３は多くなるが、ＮＯｘ触媒３の温度が高くなるほど、ＮＯｘ触媒３の温度の上昇度合いに対する、アンモニアの脱離量ΔＮ３の増加度合いが小さくなる。

そして、ＮＯｘ触媒３における過剰吸着量は、温度上昇に起因する過剰吸着量（Ｘ１−Ｘ２）に対して、上記（１）−（３）を考慮することで、正確に把握することができる。図４に示す例では、矢印Ｘ１１と矢印Ｘ１２とを合わせた大きさから、矢印Ｘ１３および矢印Ｘ１４の大きさを差し引いたアンモニア吸着量ΔＸが、最終的なＮＯｘ触媒３の過剰吸着量に相当する。この最終的なＮＯｘ触媒３の過剰吸着量ΔＸは、演算周期で１サイクルの期間におけるアンモニア吸着量の増減を考慮して求まる値といえる。

なお、アンモニアの脱離量ΔＮ３は、過剰吸着量をパラメータとし、該過剰吸着量は、アンモニアの脱離量ΔＮ３をパラメータとする。ここで、過剰吸着量を算出するときには、演算周期で１サイクル前に算出されたアンモニアの脱離量ΔＮ３を用いることで、過剰吸着量及びアンモニアの脱離量ΔＮ３を繰り返し算出することができる。そして、演算周期で１サイクル前に算出された過剰吸着量ΔＸの大きさを、その次のサイクルにおける矢印Ｘ１１と矢印Ｘ１２とを合わせた大きさにさらに加算して、その値から矢印Ｘ１３および矢印Ｘ１４の大きさを差し引くことで、新たな過剰吸着量ΔＸを算出する。ここで、図６は、触媒温度が急激に上昇したときの時刻（ｔ）から演算周期で１サイクル後の時刻（ｔ＋１）に至るまでのＮＯｘ触媒３でのアンモニアの吸着量を模式的に示した図である。また、図７は、触媒温度が急激に上昇したときのアンモニア吸着量の推移を示した図である。図６及び図７において、（ｔ−１）は演算周期で１サイクル前のときの値を示し、（ｔ）は演算周期で今回のサイクルのときの値を示し、（ｔ＋１）は演算周期で次のサイクルのときの値を示している。また、図７において、一点鎖線は平衡吸着量を示し、実線は実際の吸着量を示している。時刻（ｔ）における過剰吸着量ΔＸ（ｔ）は、図４に示した関係に基づいて算出することができ、時刻（ｔ＋１）における過剰吸着量ΔＸ（ｔ＋１）は、図６に示した関係に基づいて算出することができる。時刻（ｔ＋１）以降の過剰吸着量ΔＸも同様にして、図６に示した関係に基づいて算出することができる。このように、前のサイクルで算出された過剰吸着量ΔＸを考慮して、その後の過剰吸着量ΔＸを繰り返し算出することができる。

ところで、ＮＯｘ触媒３よりも下流にＡＳＣ触媒４を備えている場合には、ＮＯｘ触媒３から脱離したアンモニアが該ＡＳＣ触媒４において酸化されることで、浄化されることもある。一方、ＡＳＣ触媒４において酸化されずにそのまま通過するアンモニアや、ＡＳＣ触媒４においてＮＯｘに転化されるアンモニアも存在し得る。ＡＳＣ触媒４に流入したアンモニアにより、ＡＳＣ触媒４において以下の反応が起こり得る。
４ＮＨ_３＋３Ｏ_２→２Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ ・・・（式５）
４ＮＨ_３＋５Ｏ_２→４ＮＯ＋６Ｈ_２Ｏ ・・・（式６）
４ＮＨ_３＋４Ｏ_２→２Ｎ_２Ｏ＋６Ｈ_２Ｏ ・・・（式７）
４ＮＨ_３→４ＮＨ_３ ・・・（式８）

上記式５は、アンモニアがＮ_２に転化する反応である。このＮ_２はＮＯｘセンサ８では
検出されないため、ＮＯｘ浄化率に影響を与えない。上記式６は、アンモニアがＮＯに転化する反応である。すなわち、ＮＯｘ転化アンモニアによりＮＯが発生する反応である。このＮＯはＮＯｘセンサ８において検出されるため、上記式６の反応が起こると、ＮＯｘ浄化率が低下する。上記式７は、アンモニアがＮ_２Ｏに転化する反応である。Ｎ_２ＯはＮＯｘセンサ８において検出されないため、ＮＯｘ浄化率に影響を与えない。上記式８は、アンモニアが反応せずにＡＳＣ触媒４を通過することを示している。このＡＳＣ触媒４を通過するアンモニアは、スリップアンモニアである。上記式８の場合には、アンモニアがＮＯｘセンサ８において検出されるため、アンモニアがＡＳＣ触媒４を通過すると、ＮＯｘ浄化率が低下する。そして、ＮＯｘセンサ８の検出値に基づいてＮＯｘ浄化率を算出する場合には、スリップアンモニア及びＮＯｘ転化アンモニアが存在するときに、ＮＯｘ触媒３におけるＮＯｘ浄化率を正しく算出することが困難となり得る。

そこで、本実施例では、ＮＯｘ触媒３から脱離するアンモニア量を推定し、この値に基づいて、更に、スリップアンモニア量またはＮＯｘ転化アンモニア量を推定する。スリップアンモニア量またはＮＯｘ転化アンモニア量は、ＮＯｘ触媒３からのアンモニア脱離量に基づいて算出される。アンモニア脱離量の算出方法は、上記（３）で説明した。以下では、アンモニア脱離量に基づいて、スリップアンモニア量及びＮＯｘ転化アンモニア量を算出する方法について説明する。

ここで、図８は、ＡＳＣ触媒４の温度と、ＮＯｘ転化率との関係を示した図である。ＮＯｘ転化率とは、ＡＳＣ触媒４に流入するアンモニア量に対する、ＮＯｘに転化するアンモニア量の比である。ＮＯｘ転化率は、ＡＳＣ触媒４の温度及び吸入空気量Ｇａ（排気流量としてもよい。）と関連がある。そして、ＡＳＣ触媒４の温度及び吸入空気量Ｇａを求めれば、図８の関係に従って、ＮＯｘ転化率を求めることができる。なお、図８の関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてマップ化し、ＥＣＵ２０に記憶しておく。そして、そのマップにアクセスすることでＡＳＣ触媒４の温度及び吸入空気量Ｇａに対応したＮＯｘ転化率を算出できる。さらに、ＡＳＣ触媒４に流入するアンモニア量、すなわち、ＮＯｘ触媒３からのアンモニア脱離量に、ＮＯｘ転化率を乗算することにより、ＮＯｘ転化アンモニア量を算出することができる。

また、図９は、ＡＳＣ触媒４の温度と、アンモニアスリップ率との関係を示した図である。アンモニアスリップ率とは、ＡＳＣ触媒４に流入するアンモニア量に対する、ＡＳＣ触媒４を通過するアンモニア量の比である。アンモニアスリップ率は、ＡＳＣ触媒４の温度及び吸入空気量Ｇａ（排気流量としてもよい。）と関連がある。そして、ＡＳＣ触媒４の温度及び吸入空気量Ｇａを求めれば、図９の関係に従って、アンモニアスリップ率を求めることができる。なお、図９の関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてマップ化し、ＥＣＵ２０内のメモリに記憶しておく。そして、そのマップにアクセスすることでＡＳＣ触媒４の温度及び吸入空気量Ｇａに対応したアンモニアスリップ率を算出できる。そして、ＡＳＣ触媒４に流入するアンモニア量、すなわち、ＮＯｘ触媒３からのアンモニア脱離量に、アンモニアスリップ率を乗算することにより、スリップアンモニア量を算出することができる。

以上を踏まえ、ＥＣＵ２０により排気浄化装置の劣化判定が実施される。図１０は、本実施例に係る排気浄化装置の劣化判定のフローを示したフローチャートである。当該制御は、ＥＣＵ２０により、所定の時間毎に実施される。

ステップＳ１０１では、劣化判定を実施するための条件が成立しているか否か判定される。劣化判定の条件は、例えば、ＮＯｘ触媒３及びＡＳＣ触媒４の温度が、活性温度を上回っているか、ＮＯｘセンサ７、８の温度が、ＮＯｘ検出を行い得る温度にまで上昇しているか等が挙げられる。ＮＯｘ触媒３及びＡＳＣ触媒４の温度は温度センサ９の検出値に
基づいて推定でき、また、ＮＯｘセンサ７、８の温度は、内燃機関１が暖機を開始してからの経過時間等に基づいて推定できる。また、内燃機関１の暖機が完了していることを条件の一つとしてもよい。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０２へ進む。一方、ステップＳ１０１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進んで、排気浄化装置の劣化判定が禁止される。

ステップＳ１０２では、過剰吸着量の計算が開始される。

ステップＳ１０３では、ＡＳＣ触媒４に流入するアンモニア量が算出される。なお、ＡＳＣ触媒４に流入するアンモニア量は、ＮＯｘ触媒３から脱離するアンモニア量と等しい。すなわち、上記のように、ＮＯｘ触媒３からのアンモニア脱離量を算出する。なお、本実施例においてはステップＳ１０３を処理するＥＣＵ２０が、本発明における流入量算出部に相当する。

ステップＳ１０４では、アンモニアスリップ量及びＮＯｘ転化アンモニア量が算出される。すなわち、図８に示した関係にしたがってＮＯｘ転化率を求め、該ＮＯｘ転化率をステップＳ１０３で算出されるＡＳＣ触媒４に流入するアンモニア量に乗算することで、ＮＯｘ転化アンモニア量を算出する。また、図９に示した関係にしたがってアンモニアスリップ率を求め、該アンモニアスリップ率をステップＳ１０３で算出されるＡＳＣ触媒４に流入するアンモニア量に乗算することで、アンモニアスリップ量を算出する。なお、本実施例においてはステップＳ１０４を処理するＥＣＵ２０が、本発明における流出量算出部に相当する。

ステップＳ１０５では、スリップアンモニア量とＮＯｘ転化アンモニア量との合計値が、閾値以下であるか否か判定される。この閾値は、所望の判定精度で劣化判定を実施することができる合計値として、予め実験又はシミュレーション等により求めてＥＣＵ２０に記憶させておく。なお、スリップアンモニア量またはＮＯｘ転化アンモニア量の何れか一方の値を閾値と比較してもよい。また、スリップアンモニア量及びＮＯｘ転化アンモニア量の夫々を、夫々の閾値と比較してもよい。

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、排気浄化装置の劣化判定が許可される。一方、ステップＳ１０５で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、排気浄化装置の劣化判定が禁止される。なお、本実施例においてはステップＳ１０５及びステップＳ１０７を処理するＥＣＵ２０が、本発明における劣化判定制限部に相当する。また、ステップＳ１０７においては、劣化判定自体を禁止する代わりに、ＮＯｘセンサ８の検出値の利用を制限してもよい。なお、ＮＯｘセンサ８の検出値の利用を制限することには、ＮＯｘセンサ８の検出値を用いずに劣化判定を実施したり、ＮＯｘセンサ８の検出値を用いるとしても該検出値の劣化判定に対する影響度を低下させたりすることを含む。

そして、ステップＳ１０６において排気浄化装置の劣化判定が許可されると、排気浄化装置の劣化判定が実施される。排気浄化装置の劣化判定は、例えば、ＮＯｘセンサ７、８の検出値により算出されるＮＯｘ浄化率が判定閾値以上であるか否か判定することにより実施される。すなわち、ＮＯｘ浄化率が判定閾値以上であれば、排気浄化装置は正常であると判定され、ＮＯｘ浄化率が判定閾値未満であれば、排気浄化装置は劣化していると判定される。なお、判定閾値は、排気浄化装置が正常であるといえる場合のＮＯｘ浄化率として予め設定される。

ここで、図１１は、図１０に示す制御が実施された場合の、内燃機関１に関する各パラメータの推移（実験例）を例示したタイムチャートである。なお、この実験では、正常な
状態のＮＯｘ触媒３及びＡＳＣ触媒４を使用した。図１１において、「車速」は、内燃機関１が搭載される車両の速度を示しており、「温度」はＮＯｘ触媒３の温度（実線）及びＡＳＣ触媒４の温度（一点鎖線）を示しており、「ＮＯｘ浄化率」は、ＮＯｘセンサ７、８の検出値を利用して算出されたＮＯｘ浄化率を示しており、「ＮＯｘ転化ＮＨ_３＋スリップＮＨ_３」は、ＮＯｘ転化アンモニア量とスリップアンモニア量との合計値を示している。そして、「ＮＯｘ転化ＮＨ_３＋スリップＮＨ_３」における閾値は、図１０のステップＳ１０５における閾値である。図１１の各図の横軸は時間であり、共通の時間範囲での各パラメータの推移が、図示されている。

図１１においてＴ１からＴ２までの期間において、車速の上昇と共にＮＯｘ触媒３及びＡＳＣ触媒４の温度が急に上昇している。このＴ１からＴ２の期間において、実際の吸着量が平衡吸着量よりも多くなり、吸着過剰状態となる。そうすると、ＮＯｘ触媒３から脱離したアンモニアがＡＳＣ触媒４に流入し、このアンモニアの一部がＮＯｘに転化したり、アンモニアのままＡＳＣ触媒４から流出したりする。これにより、Ｔ３からＴ４の期間においてＮＯｘ浄化率が低下し、一部の期間において判定閾値を下回る。

一方、スリップアンモニア量及びＮＯｘ転化アンモニア量が閾値を超える期間である、Ｔ５からＴ６の期間において、排気浄化装置の劣化判定が禁止される。すなわち、ＮＯｘ浄化率が判定閾値を下回る虞のある期間において、劣化判定が禁止される。なお、ＮＯｘセンサ７、８による検出値を使用した劣化判定を禁止する場合には、代わりに他の手段による劣化判定を実施してもよい。

以上説明したように、本実施例によれば、スリップアンモニア及びＮＯｘ転化アンモニアにより排気浄化装置の劣化判定の精度が低下する場合に、劣化判定を禁止するか又はＮＯｘセンサ７、８の検出値の使用を禁止するため、ＮＯｘ触媒３が正常であるにもかかわらず劣化していると判定されることを抑制できる。

また、排気浄化装置の劣化判定の精度が低下する時期を正確に予測できるため、劣化判定を禁止する期間またはＮＯｘセンサ７、８の検出値の使用を禁止する期間を必要最低限に抑えることができる。これにより、劣化判定の頻度を高めることができる。

さらに、推定したスリップアンモニア量をアンモニア供給等の制御に用いることで、スリップアンモニア量を低減することができる。また、推定したスリップアンモニア量をＮＯｘ浄化率の低下を抑制する制御に用いることで、ＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。

（実施例２）
本実施例においては、スリップアンモニア量及びＮＯｘ転化アンモニア量に基づいて、判定閾値を変化させる。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。

ここで、スリップアンモニア及びＮＯｘ転化アンモニアによるＮＯｘ浄化率の低下量は、上記式２に基づいて推定することができる。この低下量に基づいて判定閾値を変化させることにより、劣化判定の精度を向上させることができる。

図１２は、本実施例に係る排気浄化装置の劣化判定のフローを示したフローチャートである。当該制御は、ＥＣＵ２０により、所定の時間毎に実施される。なお、図１０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。

図１２に示したフローでは、ステップＳ１０５で肯定判定がなされると、ステップＳ２０１へ進む。そして、ステップＳ２０１では、ステップＳ１０４で算出されるスリップア
ンモニア量及びＮＯｘ転化アンモニア量に基づいて、判定閾値が変更される。判定閾値の変更量は、上記式２により得られるＮＯｘ浄化率の低下量としてもよい。また、スリップアンモニア量及びＮＯｘ転化アンモニア量と判定閾値の変更量との関係を予め実験等により求めてＥＣＵ２０に記憶させておいてもよい。

このように、スリップアンモニア及びＮＯｘ転化アンモニアにより、ＮＯｘ浄化率が低下したとしても、スリップアンモニア量及びＮＯｘ転化アンモニア量に基づいて、判定閾値を変化させることにより、ＮＯｘ触媒３が正常であっても劣化していると判定されることを抑制できる。

（実施例３）
前記実施例においては、スリップアンモニア量とＮＯｘ転化アンモニア量との合計値に基づいた判定を実施したが、本実施例では、スリップアンモニア量またはＮＯｘ転化アンモニア量の一方に基づいた劣化判定を実施する。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。

まず、スリップアンモニア量のみに基づいて、劣化判定を禁止するか否か又はＮＯｘセンサ７、８の検出値の使用を禁止するか否か判定する場合について考察する。なお、ＮＯｘ転化アンモニア量のみに基づいて劣化判定を実施する場合には、以下の説明において、スリップアンモニアとＮＯｘ転化アンモニアとを入れ替えて考えればよい。

ここで、スリップアンモニアによるＮＯｘ浄化率の低下分のみを考えたとしても、ＮＯｘ転化アンモニアによるＮＯｘ浄化率の低下は起こり得る。したがって、ＮＯｘ転化アンモニアが存在しないと考えて劣化判定を行うと、劣化判定精度が低下し得る。そこで、本実施例では、ＮＯｘ転化アンモニア量が、取り得る値の最大値になっているものと仮定する。すなわち、ＮＯｘ浄化率が最も低下し得るようなＮＯｘ転化アンモニア量になっているものと仮定する。

ここで、排気浄化装置の劣化判定を、例えば、ＡＳＣ触媒４の温度が２００℃から４００℃の間の場合に行うものとする。ＡＳＣ触媒４の温度が例えば２００℃から４００℃までの範囲内でＮＯｘ触媒４の劣化判定を実施すると、前記図８により示されるＮＯｘ転化率は、ＡＳＣ触媒４の温度が４００℃のときに最も高くなる。したがって、ＡＳＣ触媒４の温度が例えば４００℃のときのＮＯｘ転化率を用いて、ＮＯｘ転化アンモニア量を算出してもよい。一方、スリップアンモニア量は、前記実施例１と同様にして、実際のＡＳＣ触媒４の温度や吸入空気量に基づいて算出する。このように、ＮＯｘ転化アンモニア量を簡易的に求めることで、ＮＯｘ触媒３の劣化判定時の処理を簡素化することができる。

なお、排気浄化装置の劣化判定時には、図１０及び図１２のステップＳ１０４において、ＮＯｘ転化アンモニア量を上記のように算出すればよい。

また、スリップアンモニアとＮＯｘ転化アンモニアとが同時に発生しないようなＡＳＣ触媒４を用いることで、スリップアンモニア量またはＮＯｘ転化アンモニア量の何れか一方のみを算出してもよい。すなわち、スリップアンモニアが発生するＡＳＣ触媒４の温度及び吸入空気量と、ＮＯｘ転化アンモニアが発生するＡＳＣ触媒４の温度及び吸入空気量と、が重ならないようなＡＳＣ触媒４を用いることで、スリップアンモニアとＮＯｘ転化アンモニアとが同時に発生しなくなる。これにより、ＡＳＣ触媒４の温度及び吸入空気量に応じて、スリップアンモニアまたはＮＯｘ転化アンモニアの何れか一方のみを考慮すればよいことになる。

また、スリップアンモニアまたはＮＯｘ転化アンモニアの何れか一方のみが発生する温
度において、ＮＯｘ触媒３の劣化判定を実施することにより、スリップアンモニア量またはＮＯｘ転化アンモニア量の何れか一方のみを算出してもよい。

これらの場合、実施例１または２において、スリップアンモニア量またはＮＯｘ転化アンモニア量の一方のみを算出し、他方は０と考えればよい。すなわち、図１０及び図１２のステップＳ１０４において算出されるスリップアンモニア量またはＮＯｘ転化アンモニア量の一方を０とすればよい。

以上説明したように本実施例によれば、スリップアンモニア量またはＮＯｘ転化アンモニア量の何れか一方を算出するだけでＮＯｘ触媒３の劣化判定を実施することができるため、処理を簡素化することができる。

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 選択還元型ＮＯｘ触媒
４ 酸化触媒
５ 供給弁
６ 尿素タンク
７ ＮＯｘセンサ
８ ＮＯｘセンサ
９ 温度センサ
１１ クランクポジションセンサ
１２ アクセル開度センサ
１５ 吸気通路
１６ エアフローメータ
２０ ＥＣＵ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤とする選択還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側で、該選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側に設けられ、酸化能を有する触媒と、
   前記酸化能を有する触媒よりも下流側に設けられ、該酸化能力を有する触媒から流出する排気中のＮＯｘを検出するとともに、排気中のアンモニアもＮＯｘとして検出するＮＯｘセンサと、
   前記ＮＯｘセンサの検出値に基づいて、該選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化判定を行う劣化判定部と、
   を有する排気浄化装置の劣化判定システムにおいて、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着されているアンモニア量が、該選択還元型ＮＯｘ触媒でのアンモニアの吸着と脱離とが平衡状態となるときのアンモニアの吸着量である平衡吸着量よりも多くなる場合に、前記酸化能を有する触媒に流入するアンモニア量のうち、前記酸化能を有する触媒から流出するアンモニア量、又は、前記酸化能を有する触媒においてＮＯｘに転化するアンモニア量、の少なくとも一方または合計値を算出する流出量算出部と、
   前記流出量算出部により算出される値が閾値を超える場合には、前記劣化判定部による劣化判定において前記ＮＯｘセンサの検出値の利用を制限し、又は該劣化判定部による劣化判定自体を禁止する劣化判定制限部と、
   を備える排気浄化装置の劣化判定システム。
2. 前記流出量算出部は、前記酸化能を有する触媒の温度及び前記内燃機関の吸入空気量に基づいて、前記酸化能を有する触媒に流入するアンモニア量のうち、前記酸化能を有する触媒から流出するアンモニア量、又は、前記酸化能を有する触媒においてＮＯｘに転化するアンモニア量、の一方または合計値を算出する請求項１に記載の排気浄化装置の劣化判定システム。
3. 前記劣化判定部は、
   前記ＮＯｘセンサの検出値および前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中のＮＯｘ量に基づいて算出される該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を、該選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を判定するための閾値である判定閾値と比較することで劣化判定を実施し、
   前記流出量算出部により算出される値が閾値以下の場合には、前記流出量算出手段による算出値に基づいて前記判定閾値を変更する請求項１または２に記載の排気浄化装置の劣化判定システム。
4. 前記平衡吸着量が、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇することで減少する場合に、少なくとも、前記選択還元型ＮＯｘ触媒の実際のアンモニア吸着量と、前記平衡吸着量と、の差である過剰吸着量に基づいて、前記酸化能を有する触媒に流入するアンモニア量を算出する流入量算出部を備える請求項１から３の何れか１項に記載の排気浄化装置の劣化判定システム。
5. 前記流入量算出部は、更に、
   前記還元剤供給部から供給される還元剤のうち余剰な還元剤に起因して、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に余剰に吸着するアンモニア量と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒において前記平衡吸着量よりも多いアンモニアを吸着していることに起因して、前記選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘ還元のために前記平衡状態のときよりも多く消費されるアンモニア量と、
   前記流入量算出部により算出される値と、
   の少なくとも一つに基づいて、前記過剰吸着量を算出する請求項４に記載の排気浄化装置の劣化判定システム。

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