JP5861720B2

JP5861720B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5861720B2
Application number: JP2014007630A
Authority: JP
Inventors: 林　孝太郎; 孝太郎林; 剛小渕
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2034-01-20
Also published as: US20150204228A1; US9416716B2; JP2015137541A

Description

本発明は、選択還元型触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）が排気
通路に配置された内燃機関の制御装置に関する。

理論空燃比より高い空燃比（リーン空燃比）の混合気により運転される内燃機関として、選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）が排気通路に配置された内燃機関が知られている。このような内燃機関において、ＳＣＲ触媒の異常を検出する方法として、ＳＣＲ触媒が吸着可能な水分量と該ＳＣＲ触媒の劣化度合いが相関することに着目し、ＳＣＲ触媒が吸着可能な水分量に基づいて該ＳＣＲ触媒の劣化度合いを判定する方法が知られている。また、ＳＣＲ触媒が吸着可能な水分量を特定する方法として、選択還元型触媒から水分が脱離する際に、水分が排気の熱を吸収することで、排気の温度が低下する現象をとらえる方法が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２０１０−２７５９４７号公報特開２００３−３４３３３４号公報

ところで、ＳＣＲ触媒が排気系から取り外された状態で内燃機関が運転されると、排気中のＮＯ_Ｘを好適に浄化することができず、排気エミッションが悪化する。よって、ＳＣＲ触媒が排気系から取り外された場合に、ＳＣＲ触媒が取り外されていることを検出することも重要である。

これに対し、内燃機関が冷間始動された後のように、ＳＣＲ触媒の温度が低いときに、ＳＣＲ触媒の上流を流れる排気の温度（上流側排気温度）と、ＳＣＲ触媒の下流を流れる排気の温度（下流側排気温度）と、を比較する方法が考えられる。

ＳＣＲ触媒が取り付けられている場合は、排気の熱がＳＣＲ触媒に奪われるため、上流側排気温度と下流側排気温度との差が大きくなる。一方、ＳＣＲ触媒が取り付けられていない場合は、排気の熱がＳＣＲ触媒に奪われないため、上流側排気温度と下流側排気温度との差が小さくなる。よって、上流側排気温度と下流側排気温度との差が閾値より小さい場合に、ＳＣＲ触媒が取り外されていると判定する方法が考えられる。

ここで、ＳＣＲ触媒の温度が低いときに、ＳＣＲ触媒は、排気中や大気中の水分を吸着する特性を有する。たとえば、内燃機関の運転停止中において、ＳＣＲ触媒の温度が低くなると、ＳＣＲ触媒は、排気通路内の大気に含まれる水分を吸着する。また、内燃機関の始動後において、ＳＣＲ触媒の温度が低いときに、ＳＣＲ触媒は、排気中に含まれる水分を吸着する。

ＳＣＲ触媒が水分を吸着する際には、吸着反応熱が発生する。そのため、内燃機関の始動後において、ＳＣＲ触媒が排気中の水分を吸着する現象が発現すると、吸着反応熱によって下流側排気温度が高められる。その結果、上流側排気温度と下流側排気温度との差が小さくなったり、又は下流側排気温度が上流側排気温度より高くなったりする可能性がある。このような現象が発現しているときに、上記したような判定処理が実施されると、Ｓ
ＣＲ触媒が取り付けられているにもかかわらず、ＳＣＲ触媒が取り外されていると誤判定される可能性がある。

本発明は、上記したような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＳＣＲ触媒が排気通路に配置されるべき内燃機関の制御装置において、ＳＣＲ触媒が取り外されているか否かを判定する際の誤判定を防止することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、上流側排気温度と下流側排気温度とに基づいてＳＣＲ触媒が取り外されているかを判定する内燃機関の制御装置において、ＳＣＲ触媒が排気中の水分を吸着する状態にあると考えられるときは上記の判定を行わないようにした。

詳細には、本発明の内燃機関の制御装置は、
内燃機関の排気通路において選択還元型触媒が配置されるべき部位へ流入する排気の温度を検出する上流側温度検出手段と、
内燃機関の排気通路において選択還元型触媒が配置されるべき部位から流出する排気の温度を検出する下流側温度検出手段と、
内燃機関の始動後に前記上流側温度検出手段により測定された温度と前記下流側温度検出手段により測定された温度との温度差に相関するパラメータに基づいて、前記部位に選択還元型触媒が取り付けられているか否かを判定する処理であるダミー判定処理を実行する判定手段と、
を備え、
前記判定手段は、内燃機関の前回の運転停止から今回の始動までの期間において前記選択還元型触媒の温度が一定温度以下となる時間が所定時間以上であるときは前記ダミー判定処理を実行し、前記選択還元型触媒の温度が一定温度以下となる時間が前記所定時間未満であるときは前記ダミー判定処理を行わないようにした。

ここでいう「前記上流側温度検出手段により測定された温度と前記下流側温度検出手段により測定された温度との温度差に相関するパラメータ」は、たとえば、上流側排気温度検出手段により検出された温度から下流側排気温度検出手段により検出された温度を差し引いた温度差、又は上流側排気温度検出手段により検出された温度に対して下流側排気温度検出手段により検出された温度の比率等である。

排気通路において選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）が配置されるべき部位にＳＣＲ触媒が配置されている場合は、排気の熱がＳＣＲ触媒に奪われるため、下流側温度検出手段により測定される温度（下流側排気温度）は、上流側温度検出手段により測定される温度（上流側排気温度）より低くなる。特に、内燃機関の始動後においてＳＣＲ触媒の温度が低いときは、排気からＳＣＲ触媒へ伝わる熱量が多いため、上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が大きくなり、又は上流側排気温度に対する下流側排気温度の比率が小さくなる。

一方、排気通路においてＳＣＲ触媒が配置されるべき部位にＳＣＲ触媒が配置されていない場合（ＳＣＲ触媒が取り外されている場合）は、排気の熱がＳＣＲ触媒によって奪われないため、上流側排気温度に対する下流側排気温度の低下量が少なくなる。その結果、上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が小さくなり、又は上流側排気温度に対する下流側排気温度の比率が大きくなる。

したがって、内燃機関の始動後における上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が閾値より小さい場合、又は上流側排気温度に対する下流側排気温度の比率が閾値より大き
い場合は、排気通路におけるＳＣＲ触媒が配置されるべき部位にＳＣＲ触媒が取り付けられていないと判定することができる。

ところで、排気通路におけるＳＣＲ触媒が配置されるべき部位にＳＣＲ触媒が配置されている場合は、内燃機関の運転停止中に排気通路内の残留排気や大気に含まれる水分がＳＣＲ触媒に吸着される。ＳＣＲ触媒の水分吸着量は、内燃機関の運転停止時間が長くなるほど多くなる。ただし、ＳＣＲ触媒が吸着可能な水分量には限りがあるため、内燃機関の運転停止時間がある程度長くなると、ＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和する。

ＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和する前に内燃機関が始動された場合は、内燃機関の始動後にＳＣＲ触媒が排気中の水分を吸着する現象が発現する。ＳＣＲ触媒が排気中の水分を吸着すると、吸着反応熱によって排気が暖められる。そのため、上流側排気温度に対する下流側排気温度の低下量が少なくなったり、下流側排気温度が上流側排気温度より高くなったりする可能性がある。その結果、ＳＣＲ触媒が排気通路に取り付けられている場合であっても、上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が閾値より小さくなり、又は上流側排気温度に対する下流側排気温度の比率が閾値より大きくなる可能性がある。

一方、ＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和した後に内燃機関が始動された場合は、内燃機関の始動後にＳＣＲ触媒が排気中の水分を吸着する現象が発現せず、ＳＣＲ触媒から水分が脱離する現象が発現する。ＳＣＲ触媒から水分が脱離するときは、該水分が排気の熱を吸収する。そのため、上流側排気温度に対する下流側排気温度の低下量が大きくなる。その結果、ＳＣＲ触媒が排気通路に取り付けられている場合は取り付けられていない場合に比べ、上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が大きくなり、又は上流側排気温度に対する下流側排気温度の比率が小さくなる。

したがって、排気通路に配置されるべきＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和していると考えられるときに、ダミー判定処理が行われることが望ましい。言い換えると、排気通路に配置されるべきＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和していないと推定されるときは、ダミー判定処理が行われないことが望ましい。

これに対し、本発明の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の前回の運転停止から今回の始動までの期間においてＳＣＲ触媒の温度が一定温度以下となる時間が所定時間以上であるときにダミー判定処理が実行され、前記時間が所定時間未満であるときはダミー判定処理が実行されなくなる。

ここでいう「一定温度」と「所定時間」は、選択還元型触媒の温度が一定温度以下となる時間が所定時間以上になると、選択還元型触媒の水分吸着能力が飽和すると考えられる温度及び時間に設定される。たとえば、「一定温度」は、ＳＣＲ触媒が水分を吸着することができる温度域の最大値（たとえば、５０℃）である。また、「所定時間」は、ＳＣＲ触媒の温度が一定温度以下であるときに、該ＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和するまでに要する時間である。

このような構成によれば、ＳＣＲ触媒の水分吸着反応によって下流側排気温度が高くなる可能性がある場合（上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が小さくなる場合、又は上流側排気温度に対する下流側排気温度の比率が大きくなる場合）には、ダミー判定処理が行われなくなる。その結果、ＳＣＲ触媒が取り付けられているにもかかわらず、ＳＣＲ触媒が取り外されていると誤判定されることが防止される。

また、排気通路に配置されるべきＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和していると考えられるときは、ＳＣＲ触媒が取り付けられている場合の温度差又は比率と、ＳＣＲ触媒が取り
外されている場合の温度差又は比率との間に顕著な差が現れる。そのようなときにダミー判定処理が行われると、ダミー判定処理の判定精度を高めることができる。

なお、内燃機関の運転が停止される際に選択還元型触媒が水分を吸着している可能性がある。内燃機関の運転停止時に選択還元型触媒が水分を吸着している場合は吸着していない場合に比べ、選択還元型触媒の水分吸着能力が飽和するまでにかかる時間が短くなる。よって、前記所定時間は、内燃機関の運転停止時における選択還元型触媒の水分吸着量（以下、「停止時吸着量」と称する）に応じて変更されてもよい。

なお、停止時吸着量は、内燃機関の運転停止時における選択還元型触媒の温度に相関する。そのため、内燃機関の運転停止時における選択還元型触媒の温度に基づいて、停止時吸着量を求めることができる。そして、選択還元型触媒の水分吸着能力が飽和する水分吸着量（以下、「飽和吸着量」と称する）から停止時吸着量を減算し、その差分に基づいて所定時間を設定すればよい。また、内燃機関の運転停止時における選択還元型触媒の温度に応じて所定時間が変更されてもよい。

本発明によれば、ＳＣＲ触媒が排気通路に配置されるべき内燃機関の制御装置において、ＳＣＲ触媒が取り外されているか否かを判定するにあたり、誤判定を防止することができる。

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。ＳＣＲ触媒の温度が水分吸着温度以下である場合において水分吸着量の経時変化を示す図である。ＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒の水分吸着量との関係を示す図である。内燃機関の運転が停止された時点の水分吸着量に基づいて飽和時間を補正する例を示す図である。ＳＣＲ触媒の水分吸着量を求める際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。ダミー判定処理を行う際にＥＣＵが実行す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空燃比（リーン空燃比）の混合気により運転可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、内燃機関１は、希薄燃焼運転される圧縮着火式の内燃機関であってもよい。

内燃機関１は、燃料噴射弁２を備えている。燃料噴射弁２は、吸気通路（たとえば、吸気ポート）へ燃料を噴射する弁装置であってもよく、又は気筒内へ燃料を噴射する弁装置であってもよい。

内燃機関１は、排気通路３と接続されている。排気通路３は、内燃機関１の気筒内で燃焼されたガス（排気）が流通する通路である。排気通路３の途中には、第一触媒ケーシング４が配置されている。第一触媒ケーシング４は、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、前記コート層に担持される貴金属（たとえば、白金、パラジウム、又はロジウム等）とから構成される三元触媒を収容する。

第一触媒ケーシング４より下流の排気通路３には、第二触媒ケーシング５が配置される。第二触媒ケーシング５は、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、パラジウム、ロジウム等）と、コート層に担持されるＮＯ_Ｘ吸蔵剤（アルカリ類、アルカリ土類等）とから構成される吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）を収容する。

第二触媒ケーシング５より下流の排気通路３には、第三触媒ケーシング６が配置される。第三触媒ケーシング６は、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム構造体と、ハニカム構造体を被覆するゼオライト系のコート層と、コート層に担持される貴金属（白金やパラジウム等）とから構成される選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）を収容する。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ７が併設される。ＥＣＵ７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。ＥＣＵ７は、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）８、酸素濃度センサ（Ｏ_２センサ）９、上流側排気温度センサ１０、下流側排気温度センサ１１、アクセルポジションセンサ１２、クランクポジションセンサ１３、及びエアフローメータ１４等の各種センサと電気的に接続されている。

空燃比センサ８は、第一触媒ケーシング４より上流の排気通路３に取り付けられ、第一触媒ケーシング４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。酸素濃度センサ９は、第一触媒ケーシング４と第二触媒ケーシング５との間の排気通路３に取り付けられ、第一触媒ケーシング４から流出した排気に含まれる酸素の濃度に相関する電気信号を出力する。上流側排気温度センサ１０は、本発明に係わる上流側排気温度検出手段に相当し、第二触媒ケーシング５と第三触媒ケーシング６との間の排気通路３に取り付けられ、第二触媒ケーシング５から流出する排気の温度（第三触媒ケーシング６へ流入する排気の温度）に相関する電気信号を出力する。下流側排気温度センサ１１は、本発明に係わる下流側排気温度検出手段に相当し、第三触媒ケーシング６より下流の排気通路３に取り付けられ、第三触媒ケーシング６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。アクセルポジションセンサ１２は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１３は、内燃機関１の出力軸（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１４は、内燃機関１の気筒内に吸入される空気量（吸入空気量）に相関する電気信号を出力する。

ＥＣＵ７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。たとえば、ＥＣＵ７は、クランクポジションセンサ１３の出力信号に基づいて演算される機関回転速度とアクセルポジションセンサ１２の出力信号（アクセル開度）とに基づいて混合気の目標空燃比を演算する。ＥＣＵ７は、目標空燃比とエアフローメータ１４の出力信号（吸入空気量）に基づいて燃料噴射弁２の目標燃料噴射量（燃料噴射期間）を演算し、目標燃料噴射量に従って燃料噴射弁２を作動させる。

なお、ＥＣＵ７は、内燃機関１の運転状態が低回転・低負荷領域又は中回転・中負荷領域にある場合等は、目標空燃比を理論空燃比より高いリーン空燃比に設定する。ＥＣＵ７は、内燃機関１の運転状態が高負荷領域又は高回転領域にある場合は、目標空燃比を理論空燃比又は理論空燃比より低いリッチ空燃比に設定する。このように、内燃機関１の運転状態が低回転・低負荷領域や中回転・中負荷領域（以下、これらの運転領域を「リーン運転領域」と称する）に属するときに、内燃機関１が希薄燃焼運転されることにより、燃料
消費量を少なく抑えることができる。また、ＥＣＵ７は、空燃比センサ８の出力信号が前記目標空燃比と一致するように目標燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック制御や、酸素濃度センサ９の出力信号に基づいて空燃比フィードバック制御に使用される補正係数の学習制御等を行う。

ところで、目標空燃比がリーン空燃比に設定される場合（内燃機関１が希薄燃焼運転される場合）は、第一触媒ケーシング４に収容された三元触媒のＮＯ_Ｘ浄化性能が低くなる。そのため、目標空燃比がリーン空燃比に設定されている場合は、第二触媒ケーシング５のＮＳＲ触媒と第三触媒ケーシング６のＳＣＲ触媒によって排気中のＮＯ_Ｘを浄化する必要がある。

ＮＳＲ触媒は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の酸素濃度が高いとき（排気の空燃比がリーンであるとき）は、排気中のＮＯ_Ｘを吸蔵又は吸着する。ＮＳＲ触媒は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の酸素濃度が低く、且つ炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が排気に含まれるとき（排気の空燃比がリッチであるとき）は、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯ_Ｘを放出し、放出されたＮＯ_Ｘを窒素（Ｎ_２）に還元させる。

そこで、ＥＣＵ８は、前記リーン運転領域においては、リッチスパイク処理を周期的に実行する。リッチスパイク処理は、排気中の酸素濃度が低く且つＨＣやＣＯの濃度が高くなるように、燃料噴射量や吸入空気量を調整する処理である。リッチスパイク処理は、ＮＳＲ触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵量が一定量以上になったとき、前回のリッチスパイク処理終了時からの運転時間（好ましくは、目標空燃比がリーン空燃比に設定された運転時間）が一定時間以上になったとき、前回のリッチスパイク処理終了時からの走行距離（好ましくは、目標空燃比がリーン空燃比に設定された走行距離）が一定距離以上になったときに実行されればよい。リッチスパイク処理の具体的な実行方法としては、燃料噴射弁２の燃料噴射量を増加させる処理、又は吸気絞り弁（スロットル弁）の開度を減少させる処理の少なくなくとも一つを実行する方法を用いることができる。なお、燃料噴射弁２が気筒内に直接燃料を噴射する構成においては、気筒の排気行程中に燃料噴射弁２から燃料を噴射させる方法によりリッチスパイク処理が実行されてもよい。

ＳＣＲ触媒は、排気中に含まれるアンモニア（ＮＨ_３）を吸着する。ＳＣＲ触媒は、該ＳＣＲ触媒に吸着されたＮＨ_３と排気中のＮＯ_Ｘを反応させることにより、ＮＯ_Ｘを窒素（Ｎ_２）に還元させる。なお、ＳＣＲ触媒へ供給されるＮＨ_３は、三元触媒やＮＳＲ触媒において生成される。たとえば、リッチスパイク処理が実行された場合に、三元触媒においてＮＯ_Ｘの一部がＮＨ_３に還元され、ＮＳＲ触媒において該ＮＳＲ触媒から流出したＮＯ_Ｘの一部がＮＨ_３に還元される。その際、ＮＳＲ触媒において生成されるＮＨ_３の量は、リッチスパイク処理が実行される間隔や、リッチスパイク処理が実行されるときの空燃比等によって変化する。よって、ＳＣＲ触媒へＮＨ_３を供給する場合は、リッチスパイク処理の実行間隔がＮＨ_３の生成に適した間隔に設定され、又はリッチスパイク処理実行時の空燃比がＮＨ_３の生成に適した空燃比（たとえば、１４．１程度）に設定されればよい。

上記したようにリッチスパイク処理が実行されることにより、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合であっても排気中のＮＯ_Ｘを浄化することができる。ところで、ＳＣＲ触媒を収容していないケーシングや排気管が第三触媒ケーシング６の代わりに排気通路３に配置された場合のように、ＳＣＲ触媒が排気通路３から取り外された場合は、ＮＳＲ触媒から流出したＮＯ_Ｘが浄化されずに大気中へ排出され、排気エミッションが悪化する。よって、ＳＣＲ触媒が排気通路３から取り外された場合は、ＳＣＲ触媒が取り外されたことを速やかに検出し、警告灯の点灯等を行う必要がある。

以下では、排気通路３からＳＣＲ触媒が取り外されたか否かを判定する処理（ダミー判定処理）について説明する。ダミー判定処理は、内燃機関１の始動後であって、排気通路３に配置されるべきＳＣＲ触媒の温度が低いとき（たとえば、ＳＣＲ触媒の温度が排気温度より低いとき）に、上流側排気温度センサ１０の測定値（上流側排気温度）と下流側排気温度センサ１１の測定値（下流側排気温度）との温度差を演算し、該温度差が閾値未満であればＳＣＲ触媒が取り外されていると判定する処理である。

ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されている場合は、排気の熱がＳＣＲ触媒に奪われるため、下流側排気温度が上流側排気温度より低くなる。特に、内燃機関１が冷間始動された直後のようにＳＣＲ触媒の温度が低いときは、排気からＳＣＲ触媒へ伝わる熱量が多くなるため、上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が大きくなる。

一方、ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されていない場合は、排気の熱がＳＣＲ触媒によって奪われないため、上流側排気温度に対する下流側排気温度の低下量が少なくなる。その結果、上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が小さくなる。

したがって、上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が閾値より小さい場合は、ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されていない（ＳＣＲ触媒が排気通路３から取り外されている）と判定することができる。

ところで、ＳＣＲ触媒は、内燃機関１の運転停止中に排気通路３内の残留排気や大気に含まれる水分を吸着する特性を有する。特に、ＳＣＲ触媒がゼオライト系の材料を含んでいる場合は、残留排気又は大気に含まれる水分量が少ない状況下においても、残留排気又は大気に含まれる水分がＳＣＲ触媒に吸着される。ただし、ＳＣＲ触媒の水分吸着能力には限りがあるため、運転停止時間が長くなると、ＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和する。

ＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和する前に内燃機関１が始動された場合は、内燃機関１の始動後にＳＣＲ触媒が排気中の水分を吸着する現象が発現する。ＳＣＲ触媒が排気中の水分を吸着すると、吸着反応熱によって排気が暖められる。そのため、上流側排気温度に対する下流側排気温度の低下量が少なくなったり、下流側排気温度が上流側排気温度より高くなったりする可能性がある。その結果、ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されている場合であっても、上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が閾値より小さくなる可能性がある。その場合は、ＳＣＲ触媒が取り外されていないにもかかわらず、ＳＣＲ触媒が取り外されていると誤判定される可能性がある。

一方、ＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和した後に内燃機関１が始動された場合は、内燃機関１の始動後にＳＣＲ触媒が排気中の水分を吸着する現象が発現せず、ＳＣＲ触媒から水分が脱離する現象が発現する。ＳＣＲ触媒から水分が脱離するときは、該水分が排気の熱を吸収する。そのため、上流側排気温度に対する下流側排気温度の低下量が大きくなる。その結果、ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されている場合は配置されていない場合に比べ、上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が大きくなる。

そこで、本実施例においては、ＥＣＵ７は、内燃機関１が始動される時点でＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和していると推定された場合はダミー判定処理を実行し、内燃機関１が始動される時点でＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和していないと推定された場合はダミー判定処理が実行しないようにした。

このような条件に従ってダミー判定処理が実行されると、水分吸着反応によって下流側排気温度が高くなるとき（上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が小さくなるとき）に、ダミー判定処理が行われなくなる。その結果、ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されているにもかかわらず、ＳＣＲ触媒が取り外されていると誤判定されることが防止される。

一方、ＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和していると推定されたときにダミー判定処理が行われると、ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されている場合の温度差と配置されていない場合の温度差と間に顕著な差が現れる。その結果、ダミー判定処理の判定精度を高めることができる。

次に、内燃機関１が始動される時点でＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和しているか否かを判別する方法について述べる。ＳＣＲ触媒の水分吸着能力は、該ＳＣＲ触媒の温度が一定温度（たとえば、５０℃）以下のときに活性する。すなわち、ＳＣＲ触媒は、該ＳＣＲ触媒の温度が一定温度以下であるときに、残留排気又は大気中の水分を吸着する。なお、以下では前記一定温度を「水分吸着温度」と称する。

図２は、ＳＣＲ触媒の温度が水分吸着温度以下である場合において、ＳＣＲ触媒の水分吸着量の経時変化を示す図である。図２に示すように、ＳＣＲ触媒の温度が水分吸着温度以下である場合は、ＳＣＲ触媒の水分吸着量が経時的に増加する。そして、ＳＣＲ触媒の水分吸着量が飽和吸着量（ＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和するときの水分吸着量）に達した後（図２中のｔ１以降）は、ＳＣＲ触媒の水分吸着量が飽和吸着量と同量になる。

そこで、ＳＣＲ触媒の水分吸着量が飽和吸着量に達するまでに要する時間（以下、「飽和時間」と称する）を求めておき、内燃機関１の運転停止中にＳＣＲ触媒の温度が水分吸着温度以下となった時間（以下、「吸着時間」と称する）が飽和時間以上であればＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和していると推定し、前記吸着時間が飽和時間未満であればＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和していないと推定することができる。

ただし、内燃機関１の運転が停止される時点でＳＣＲ触媒は多少の水分を吸着している可能性がある。図３は、ＳＣＲ触媒の温度と水分吸着量との関係を示す図である。図３において、ＳＣＲ触媒の温度が所定の温度Ｔｅｍｐ１（たとえば、１００℃）より低いときは、ＳＣＲ触媒は、飽和吸着量と略同量の水分を吸着する。また、ＳＣＲ触媒の温度が所定の温度Ｔｅｍｐ１以上である場合は、ＳＣＲ触媒は、飽和吸着量より少ないものの、多少の水分を吸着する。よって、内燃機関１の運転が停止される時点において、ＳＣＲ触媒は、該ＳＣＲ触媒の温度に応じた量の水分を吸着していることになる。

そこで、本実施例では、内燃機関１の運転停止時におけるＳＣＲ触媒の温度と図３に示したような関係とに基づいて、内燃機関１の運転停止時におけるＳＣＲ触媒の水分吸着量（「停止時吸着量」）を求め、その停止時吸着量と図２に示したような関係とに基づいて、飽和時間を求めるようにした。

具体的には、ＥＣＵ７は、先ず、図４に示すように、飽和吸着量から停止時吸着量を減算することにより、水分吸着能力が飽和するまでに必要となる水分量ΣＭＯを求める。次いで、ＥＣＵ７は、ΣＭＯと同量の水分がＳＣＲ触媒に吸着されるために必要となる時間（図４中のｔ２）を求める。そして、ＥＣＵ７は、前記時間ｔ２を飽和時間に設定する。

別法として、ＥＣＵ７は、ＳＣＲ触媒の温度が吸着温度以下である場合に、停止時吸着量と同量の水分がＳＣＲ触媒に吸着されるのに要する時間を求め、その時間と図２中の時
間ｔ１との差を飽和時間に設定してもよい。なお、ＳＣＲ触媒の温度が吸着温度以下である場合に、停止時吸着量と同量の水分がＳＣＲ触媒に吸着されるのに要する時間は、内燃機関１の運転停止時におけるＳＣＲ触媒の温度に相関する。よって、停止時吸着量と同量の水分がＳＣＲ触媒に吸着されるのに要する時間は、内燃機関１の運転停止時におけるＳＣＲ触媒の温度をパラメータとして求められてもよい。

上記した種々の方法により飽和時間が定められると、内燃機関１が始動される時点でＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和しているか否かを正確に推定することが可能となり、ダミー判定処理の精度を高めることが可能になる。

以下、本実施例におけるダミー判定処理の実行手順について図５、６に沿って説明する。図５は、ＳＣＲ触媒の水分吸着量を求めるための処理ルーチンであり、内燃機関１の運転が停止されたときにＥＣＵ７によって実行される。図６は、ダミー判定処理を行うための処理ルーチンであり、内燃機関１の始動時にＥＣＵ７によって実行される。図５、６の処理ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されている。

図５の処理ルーチンでは、ＥＣＵ７は、先ずＳ１０１の処理において、内燃機関１の運転が停止されたか否かを判別する。たとえば、ＥＣＵ７は、イグニッションスイッチがオフにされたときに、内燃機関１の運転が停止されたと判定する。

前記Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、本ルーチンの実行を終了する。前記Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０２の処理へ進む。

Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ７は、内燃機関１が停止されたときのＳＣＲ触媒の温度Ｔｅｍｐｓｃｒを検出する。ここでいうＳＣＲ触媒の温度Ｔｅｍｐｓｃｒは、ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されていると仮定した場合のＳＣＲ触媒の温度である。ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されている場合において、ＳＣＲ触媒の温度は、下流側排気温度センサ１１の測定値（下流側排気温度）に相関する。よって、ＥＣＵ７は、下流側排気温度センサ１１の測定値（下流側排気温度）をパラメータとしてＳＣＲ触媒の温度Ｔｅｍｐｓｃｒを求める。その際、下流側排気温度とＳＣＲ触媒の温度Ｔｓｃｒとの関係を予め求めておき、その関係と下流側排気温度とに基づいてＳＣＲ触媒の温度を求めてもよい。

Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０２の処理で求められたＳＣＲ触媒の温度Ｔｓｃｒと前述した図３に示したような関係とに基づいて、内燃機関１の運転が停止された時点におけるＳＣＲ触媒の水分吸着量（停止時吸着量）を演算する。ここでいう停止時吸着量は、ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されていると仮定した場合の水分吸着量である。

Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０３の処理で求められた停止時吸着量と前述した図２に示したような関係に基づいて飽和時間ｔｓを演算する。たとえば、ＥＣＵ７は、前述した図４の説明で述べたような方法により飽和時間ｔｓを求める。ここでいう飽和時間ｔｓは、ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されていると仮定した場合の飽和時間である。Ｓ１０４の処理で求められた飽和時間ｔｓは、バックアップＲＡＭ等に記憶される。

Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ７は、前述したＳ１０２と同様の方法によりＳＣＲ触媒の温度Ｔｅｍｐｓｃｒを再度検出し、該温度Ｔｅｍｐｓｃｒが水分吸着温度ＴｅｍｐＡ以下に低下したか否かを判別する。Ｓ１０５の処理において否定判定された場合（Ｔｅｍｐｓ
ｃｒ＞ＴｅｍｐＡ）は、ＥＣＵ７は、該Ｓ１０５の処理を繰り返し実行する。Ｓ１０５の処理において肯定判定された場合（Ｔｅｍｐｓｃｒ≦ＴｅｍｐＡ）は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０６の処理へ進む。

Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ７は、内燃機関１の運転停止中においてＳＣＲ触媒の温度Ｔｅｍｐｓｃｒが水分吸着温度ＴｅｍｐＡ以下となった時間（吸着時間）ｔを計測する。ここでいう吸着時間ｔは、ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されていると仮定した場合の吸着時間である。

Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０６の処理で計測された吸着時間ｔと前記Ｓ１０４の処理で求められた飽和時間ｔｓとを比較し、吸着時間ｔが飽和時間ｔｓ以上に達したか否かを判別する。Ｓ１０７の処理において否定判定された場合（ｔ＜ｔｓ）は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０６の処理へ戻る。Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合（ｔ≧ｔｓ）は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０８の処理へ進む。

Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ７は、吸着時間ｔをバックアップＲＡＭ等に記憶させる。ＥＣＵ７は、Ｓ１０８の処理を実行した後に、本ルーチンの実行を終了する。なお、本ルーチンの実行途中で内燃機関１が始動された場合は、ＥＣＵ７は、その時点の吸着時間ｔをバックアップＲＡＭ等に記憶させて、本ルーチンの実行を終了する。

次に、図６の処理ルーチンでは、ＥＣＵ７は、Ｓ２０１の処理において内燃機関１が始動されたか否かを判別する。詳細には、ＥＣＵ７は、スタータスイッチがオン（ＯＮ）にされ、次いで機関回転速度が一定値（たとえば、アイドル回転速度）以上になったときに、内燃機関１が始動されたと判定する。Ｓ２０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ２０１の処理を繰り返し実行する。Ｓ２０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ２０２の処理へ進む。

Ｓ２０２の処理では、ＥＣＵ７は、バックアップＲＡＭ等に記憶されている飽和時間ｔｓと吸着時間ｔとを読み込み、吸着時間ｔが飽和時間ｔｓ以上であるか否かを判別する。

Ｓ２０２の処理において否定判定された場合（ｔ＜ｔｓ）は、排気通路３に配置されるべきＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和していないことになる。そのため、ＳＣＲ触媒が排気通路３に配置されていれば、内燃機関１の始動後にＳＣＲ触媒が排気中の水分を吸着する現象が発現する。内燃機関１の始動後にＳＣＲ触媒が排気中の水分を吸着する現象が発現すると、ＳＣＲ触媒が排気通路３に配置されている場合であっても上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が閾値より小さくなる可能性がある。そこで、ＥＣＵ７は、Ｓ２０２の処理で否定判定された場合は、ダミー判定処理を実行せずに、本ルーチンの実行を終了する。

一方、Ｓ２０２の処理において肯定判定された場合（ｔ≧ｔｓ）は、排気通路３に配置されるべきＳＣＲ触媒の水分吸着能力が飽和していることになる。そのため、ＳＣＲ触媒が排気通路３に配置されていれば、内燃機関１の始動後にＳＣＲ触媒が排気中の水分を吸着する現象が発現せず、ＳＣＲ触媒から水分が脱離する現象が発現することになる。内燃機関１の始動後にＳＣＲ触媒から水分が脱離する減少が発現すると、上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が大きくなる。よって、ＥＣＵ７は、Ｓ２０２の処理で肯定判定された場合は、Ｓ２０３乃至Ｓ２０７の処理においてダミー判定処理を実行する。

Ｓ２０３の処理では、ＥＣＵ７は、上流側排気温度センサ１０の測定値（上流側排気温度）Ｔｅｍｐｕｐと下流側排気温度センサ１１の測定値（下流側排気温度）Ｔｅｍｐｄｗｎとを読み込む。

Ｓ２０４の処理では、ＥＣＵ７は、Ｓ２０３の処理で読み込まれた上流側排気温度Ｔｅｍｐｕｐが所定の温度範囲（Ａ以上且つＢ以下の温度範囲）に属するか否かを判別する。ここでいう温度範囲は、ＳＣＲ触媒が水分を脱離し易い温度範囲であり、たとえば、１００℃から１３０℃までの範囲である。Ｓ２０４の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ２０３の処理へ戻る。Ｓ２０４の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ２０５の処理へ進む。

Ｓ２０５の処理では、ＥＣＵ７は、Ｓ２０３の処理で検出された上流側排気温度Ｔｅｍｐｕｐと下流側排気温度Ｔｅｍｐｄｗｎとの温度差△Ｔｅｍｐ（＝Ｔｅｍｐｕｐ−Ｔｅｍｐｄｗｎ）を演算し、その温度差△Ｔｅｍｐが閾値△Ｔｏｂｄ未満であるか否かを判別する。

Ｓ２０５の処理において肯定判定された場合（△Ｔｅｍｐ＜△Ｔｏｂｄ）は、ＥＣＵ７は、Ｓ２０６の処理へ進み、ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されていない（ＳＣＲ触媒が未装着である）と判定する。その場合、ＥＣＵ７は、車両の室内に設けられた警告灯等を点灯させることにより、運転者にＳＣＲ触媒の装着を促すようにしてもよい。

Ｓ２０５の処理において否定判定された場合（△Ｔｅｍｐ≧△Ｔｏｂｄ）は、ＥＣＵ７は、Ｓ２０７の処理へ進み、ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されている（ＳＣＲ触媒が装着されている）と判定する。

以上述べたようにＥＣＵ７が図５、６の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる判定手段が実現される。その結果、ＳＣＲ触媒の水分吸着反応によって下流側排気温度が高くなる可能性がある場合（上流側排気温度と下流側排気温度との温度差が小さくなる場合）には、ダミー判定処理が行われなくなる。よって、ＳＣＲ触媒が排気通路３に配置されているにもかかわらず、ＳＣＲ触媒が排気通路３に配置されていないと誤判定されることが防止される。また、ＳＣＲ触媒が排気通路３に配置されている場合の温度差とＳＣＲ触媒が排気通路３に配置されていない場合の温度差との間に顕著な差が現れるときにダミー判定処理が実行されるため、ダミー判定処理の判定精度を高めることもできる。

なお、図６の処理ルーチンのＳ２０５の処理において、ＥＣＵ７は、上流側排気温度Ｔｅｍｐｕｐが前記した所定の温度範囲に属しているときの上流側排気温度Ｔｅｍｐｕｐの平均値と下流側排気温度Ｔｅｍｐｄｗｎの平均値とを求め、それらの差が閾値△Ｔｏｂｄ未満であるか否かを判別してもよい。

また、ＥＣＵ７は、Ｓ２０５の処理において、上流側排気温度Ｔｅｍｐｕｐが前記した所定の温度範囲に属しているときの上流側排気温度Ｔｅｍｐｕｐと下流側排気温度Ｔｅｍｐｄｗｎとの温度差△Ｔｅｍｐを積算し、その積算値が別途の閾値未満であるか否かを判別してもよい。これらの方法によれば、ダミー判定処理の判定精度を一層高めることができる。

なお、ＳＣＲ触媒が配置されるべき部位より下流の排気通路３にＮＯ_Ｘセンサが取り付けられている場合は、前記部位へ流入するＮＯ_Ｘの量（ＮＯ_Ｘ流入量）と前記部位から流出するＮＯ_Ｘの量（ＮＯ_Ｘ流出量）との差が閾値未満であることを条件として、ＳＣＲ触媒が取り外されていると判定する方法も考えられる。

しかしながら、ＮＯ_Ｘセンサを利用した方法は、内燃機関１の始動後においてＳＣＲ触媒が活性するまでは実施することができない。これに対し、本実施例で述べた方法は、内
燃機関の始動後においてＳＣＲ触媒が活性する前に実施することができるため、始動後の早い時期にＳＣＲ触媒の取り外しを検出することができる。

また、ＳＣＲ触媒より上流にＮＳＲ触媒が配置される構成においては、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量が少なくなるため、ＮＯ_Ｘセンサの測定誤差に起因した誤判定を招く可能性がある。これに対し、本実施例で述べた方法は、ＳＣＲ触媒が排気通路３に配置されている場合と配置されていない場合との差が顕著に現れるときに実施されるため、上流側排気温度センサ１０や下流側排気温度センサ１１の測定誤差に起因した誤判定が発生し難い。

本実施例では、上流側排気温度と下流側排気温度との温度差をパラメータとしてダミー判定処理を行う例について述べたが、上流側排気温度に対する下流側排気温度の比率をパラメータとしてダミー判定処理を行ってもよい。たとえば、ＥＣＵ７は、上流側排気温度に対する下流側排気温度の比率が閾値以下あるときは、ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されていると判定し、前記比率が閾値より大きいときは、ＳＣＲ触媒を収容した第三触媒ケーシング６が排気通路３に配置されていないと判定すればよい。

本実施例では、リーン空燃比の混合気により運転可能な火花点火式内燃機関の排気通路に配置されるべきＳＣＲ触媒の取り外しを判定する例について述べたが、リーン空燃比の混合気により運転される圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）の排気通路に、ＳＣＲ触媒と該ＳＣＲ触媒へ流入する排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体である添加剤を添加する添加弁とが配置される構成においても、同様の方法によってＳＣＲ触媒の取り外しを判定することができる。

１内燃機関
２燃料噴射弁
３排気通路
４第一触媒ケーシング
５第二触媒ケーシング
６第三触媒ケーシング
７ＥＣＵ
８空燃比センサ
９酸素濃度センサ
１０上流側排気温度センサ
１１下流側排気温度センサ

Claims

内燃機関の排気通路において選択還元型触媒が配置されるべき部位へ流入する排気の温度を検出する上流側温度検出手段と、
内燃機関の排気通路において選択還元型触媒が配置されるべき部位から流出する排気の温度を検出する下流側温度検出手段と、
内燃機関の始動後に前記上流側温度検出手段により測定された温度と前記下流側温度検出手段により測定された温度との温度差に相関するパラメータに基づいて、前記部位に選択還元型触媒が取り付けられているか否かを判定する処理であるダミー判定処理を実行する判定手段と、
を備え、
前記判定手段は、内燃機関の前回の運転停止から今回の始動までの期間において前記選択還元型触媒の温度が一定温度以下となる時間が所定時間以上であるときは前記ダミー判定処理を実行し、前記選択還元型触媒の温度が一定温度以下となる時間が前記所定時間未満であるときは前記ダミー判定処理を行わないことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記選択還元型触媒の温度が一定温度以下となる時間が所定時間以上になったときに前記選択還元型触媒の水分吸着能力が飽和するように、前記一定温度及び前記所定時間が設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記一定温度は、前記選択還元型触媒が水分を吸着可能な温度の最大値であり、
前記所定時間は、前記選択還元型触媒の水分吸着能力が飽和するまでに要する時間であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
内燃機関の前回の運転停止時における前記選択還元型触媒の水分吸着量に応じて前記所定時間が変更されることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。