JP2012036860A

JP2012036860A - 触媒劣化診断装置

Info

Publication number: JP2012036860A
Application number: JP2010178840A
Authority: JP
Inventors: 嘉則 ▲高▼橋; Yoshinori Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2012-02-23

Abstract

【課題】コスト増を抑制し、触媒がどの程度劣化しているかを判定できるようにした、触媒劣化診断装置を提供する。
【解決手段】エンジン１０の排気通路に設けられた酸化触媒２３と、酸化触媒２３の下流側に設けられ、酸化触媒２３を通過した後の排気中に含まれるＮＯｘの量である第一ＮＯｘ値を検出する第一ＮＯｘセンサ４１と、エンジン１０から排出された直後の排気中に含まれるＮＯｘの量である第二ＮＯｘ値を取得する第二ＮＯｘ値取得手段３２と、第一ＮＯｘセンサ４１により検出した前記第一ＮＯｘ値と第二ＮＯｘ値取得手段３２により取得した前記第二ＮＯｘ値とに基づいて、酸化触媒２３を通過した後の前記排気中に含まれるＮＯ₂の値を取得するＮＯ₂値取得手段３３と、ＮＯ₂値取得手段３３により取得した前記ＮＯ₂値と酸化触媒２３の温度とに基づいて酸化触媒２３の劣化度を判定する劣化判定手段３４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に用いられる触媒の劣化度を判定する触媒劣化診断装置に関する。

内燃機関（以下、エンジンという）、中でもディーゼルエンジンの排気中には、大気汚染物質である煤等の粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）が含まれている。そこで、エンジンの排気通路に、ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）を設置し、大気中へのＰＭの放出を防止する技術が知られている。

ＤＰＦは、例えば排気中からＰＭ以外の成分を濾過する多孔性フィルタとして形成され、そのＰＭ捕集量（ＰＭ堆積量）には限度がある。また、たとえＰＭ堆積量が上限値に達していなくても、ＰＭ堆積量の増加に伴ってエンジンの排気圧力が増大し、燃費の悪化を招くおそれがある。そのため、ＰＭ堆積量が基準値以上になったときには、ＤＰＦに溜まったＰＭを燃焼除去するＤＰＦ再生処理が実施される。ＤＰＦの再生処理の種類には、ＰＭをＤＰＦに捕集しながら再生を実施する連続再生と、排気管内に燃料等の酸化剤を供給して捕集したＰＭを強制的に燃焼させる強制再生とがある。

ＤＰＦでＰＭを燃焼し再生するために、ＤＰＦの排気上流側には、前段酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst、以下、ＤＯＣと略称する）が設けられている。ＤＯＣはエンジンから排出されたＮＯｘ（窒素酸化物）中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化してＮＯ2（二酸化窒素）を生成するものであり、この生成されたＮＯ2の酸化還元反応を利用することでＤＰＦでの連続再生が促進される。あるいは、排気管内に供給された燃料等をＤＯＣにて燃焼させ、この燃焼熱により強制再生が実施される。

ところで、ＤＯＣは使用を続けることで、熱などの影響により徐々に劣化していく。このような経時劣化が進行すると、ＮＯからＮＯ2を生成する能力が低下するため、ＤＯＣの劣化に伴いＤＰＦの再生能力も低下する。適切にＤＰＦを再生できなくなると、ＤＰＦに堆積するＰＭの量が増大し、これにより燃費の悪化を引き起こすなど、環境に悪影響を与えかねない。

このような課題を解決するために、下記の特許文献１には、ＤＯＣの劣化診断を行う劣化診断装置が開示されている。この劣化診断装置は、ＤＯＣの上流側及び下流側に排気温度センサを設け、排気流量をパラメータとして含む排気熱量を用いて、ＤＯＣが劣化しているか否かを判定するものである。

特開２０１０−１１２２２０号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の劣化診断装置は、熱量積算値が劣化判定閾値よりも大きいか否かを判定し、劣化判定閾値よりも大きければＤＯＣは劣化している、小さければ劣化していない、との判定をすることしかできない。つまり、ＤＯＣがどの程度劣化しているかは判定することができず、あとどの程度使用可能なのか、いつ頃交換が必要なのか等の情報までは得られない。

本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、触媒がどの程度劣化しているかを判定できるようにした、触媒劣化診断装置を提供することを目的とする。
さらに、ＮＯｘセンサを用いて判定を行うことにより、コスト増を抑制した、触媒劣化診断装置を提供することも併せて目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の触媒劣化診断装置は、エンジンの排気通路に設けられた酸化触媒と、前記酸化触媒の下流側に設けられ、前記酸化触媒を通過した後の排気中に含まれるＮＯｘの量である第一ＮＯｘ値を検出する第一ＮＯｘセンサと、前記エンジンから排出された直後の排気中に含まれるＮＯｘの量である第二ＮＯｘ値を取得する第二ＮＯｘ値取得手段と、前記第一ＮＯｘセンサにより検出した前記第一ＮＯｘ値と前記第二ＮＯｘ値取得手段により取得した前記第二ＮＯｘ値とに基づいて、前記酸化触媒を通過した後の前記排気中に含まれるＮＯ2の値を取得するＮＯ2値取得手段と、前記ＮＯ2値取得手段により取得した前記ＮＯ2値と前記酸化触媒の温度とに基づいて前記酸化触媒の劣化度を判定する劣化判定手段と、を備えることを特徴としている。

また、前記エンジンの前記排気通路に設けられたパティキュレートフィルタをさらに備え、前記劣化判定手段は、前記パティキュレートフィルタの強制再生時に前記酸化触媒の劣化判定を実施することが好ましい。なお、ここでいう強制再生時とは、強制再生を実行している最中のみならず、強制再生開始直後や強制再生終了後も含み、特に、強制再生終了後、前記酸化触媒の温度が所定の温度まで低下してきた時がより好ましい。

また、前記第二ＮＯｘ値取得手段は、予め設定した前記エンジンの回転数と前記エンジンの負荷と前記第二ＮＯｘ値との対応関係を示すマップにより前記第二ＮＯｘ値を取得することが好ましい。
また、前記酸化触媒の上流側に設けられ、前記エンジンから排出された直後の前記排気中に含まれる前記第二ＮＯｘ値を検出する第二ＮＯｘセンサをさらに備え、前記第二ＮＯｘ値取得手段は、前記第二ＮＯｘセンサにより前記第二ＮＯｘ値を取得することが好ましい。

また、前記ＮＯ2値取得手段は、前記酸化触媒を通過した後の前記排気中に含まれる前記ＮＯ2の量を前記ＮＯ2値として取得し、前記劣化判定手段は、前記量が少ないほど劣化度が高いと判定することが好ましい。
或いは、前記ＮＯ2値取得手段は、前記酸化触媒を通過した後の前記排気中に含まれる前記第一ＮＯｘ値に対する前記ＮＯ2の比を前記ＮＯ2値として取得し、前記劣化判定手段は、前記比が小さいほど劣化度が高いと判定することが好ましい。

また、前記劣化判定手段による判定の結果を報知する報知手段をさらに備えることが好ましい。

本発明の触媒劣化診断装置によれば、酸化触媒の下流側に設けられた第一ＮＯｘセンサにより酸化触媒の劣化度を判定することができるため、簡素な構成で触媒がどの程度劣化しているかの判定が可能であり、触媒劣化による排気の悪化を事前に抑制するだけでなく、触媒の劣化度の状態に応じた制御もでき、常にクリーンな排気を保つことができる。
また、劣化判定手段がパティキュレートフィルタの強制再生時に劣化判定を実施する場合、走行時の強制再生（自動再生）及び停車時の強制再生（手動再生）の何れの強制再生時でも、酸化触媒が昇温され、パティキュレートフィルタ内のＰＭが燃焼し、ＮＯ2によるＰＭの燃焼反応がなくなるため、ＮＯ2の低下がなく、ＮＯ2値による判定精度を高めることができる。

また、第二ＮＯｘ値を予め設定したエンジンの回転数とエンジンの負荷と第二ＮＯｘ値との対応関係を示すマップから取得することにより、ＮＯｘセンサは酸化触媒の下流側に１つ設けるだけでよいため、構成が簡素であり、コストを抑制することができる。
また、第二ＮＯｘ値を、酸化触媒の上流側に設けられた第二ＮＯｘセンサにより検出して取得する場合は、正確な値を取得することができ、触媒劣化の判定精度を高めることができる。

また、ＮＯ2の量に基づいて酸化触媒の劣化判定を実施する場合は、排気流量が少ないアイドル運転等の場合であっても、触媒劣化の判定を行うことができる。
一方、ＮＯ2の比に基づいて酸化触媒の劣化判定を実施する場合は、触媒劣化の判定を容易に行うことができる。
また、報知手段を設けた場合は、触媒の劣化度を、例えばドライバに報知することで、メンテナンスや酸化触媒の交換を促すことができる。

本発明の第一乃至第三実施形態にかかる触媒劣化診断装置が適用された排気浄化装置を示す模式的な全体構成図である。本発明の第一乃至第三実施形態にかかる触媒劣化診断装置で用いる内燃機関の運転状態と排気中に含まれるＮＯｘの量との関係を示すマップ（第二ＮＯｘ値マップ）である。本発明の第一及び第二実施形態にかかる触媒劣化診断装置で用いるＮＯｘセンサの特性を示すマップ（ＮＯｘセンサ特性マップ）である。本発明の第一及び第三実施形態にかかる触媒劣化診断装置で用いる触媒温度とＮＯ2量との関係を示すマップ（ＮＯ2量劣化判定マップ）である。本発明の第一乃至第三実施形態にかかる触媒劣化診断装置による診断方法を示す制御フローである。本発明の第二及び第三実施形態にかかる触媒劣化診断装置で用いる触媒温度とＮＯ2比率との関係を示すマップ（ＮＯ2比率劣化判定マップ）である。

以下、図面を参照して開示の触媒劣化診断装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。

［１．第一実施形態］
［１−１．全体構成］
本実施形態にかかる触媒劣化診断装置は、車両だけでなくエンジンを搭載した乗り物、例えば船舶等に適用することも可能であるが、ここでは、一般的な乗用車やトラック，バス等の車両に適用した例で説明する。

図１に示すように、エンジン１０は、ここでは直列６気筒機関のディーゼルエンジンとして構成されている。エンジン１０の各気筒には燃料噴射弁１１が設けられ、各燃料噴射弁１１はコモンレール１２から加圧燃料を供給され、開弁に伴って対応する気筒の筒内に燃料を噴射する。なお、エンジン１０はガソリンエンジンでもよく、気筒数はこれに限定されない。また、図１では車両の前方側（フロント）にエンジン１０が搭載され、車両の後方側（リヤ）へ向かって排気が流れるように構成されているが、車両への配置はこれに限定されない。

エンジン１０の吸気側には吸気マニホールド１３が装着され、吸気マニホールド１３に接続された吸気通路１４には、上流側よりエアクリーナ１５，ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａ及びインタークーラ１７が設けられている。また、エンジン１０の排気側には排気マニホールド１８が装着され、排気マニホールド１８には、コンプレッサ１６ａと同軸上に連結されたターボチャージャ１６のタービン１６ｂが接続されている。タービン１６ｂには排気通路１９が接続され、排気通路１９は車両の後方に向けて延設されている。この排気通路１９の途中に、排気浄化装置２０が設けられている。

［１−２．排気浄化装置の構成］
排気浄化装置２０は、排気上流側に設けられた上流側排気浄化装置２１と、上流側排気浄化装置２１の排気下流側に設けられた下流側排気浄化装置２２と、上流側排気浄化装置２１及び下流側排気浄化装置２２の間に設けられた尿素水添加ノズル２８とを有している。なお、上流側排気浄化装置２１及び下流側排気浄化装置２２はそれぞれ筒状のケーシング内に、その軸方向に触媒等が配設されて排気が流れるよう構成されており、上流側排気浄化装置２１及び下流側排気浄化装置２２は、排気が直線状に流れるように設置されている。

上流側排気浄化装置２１は、上流側に配置される前段酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst、以下、ＤＯＣと略称する）２３と、下流側に配置されるパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）２４とを内蔵する。なお、以下、上流側排気浄化装置２１をＤＰＦ装置２１という。
このＤＰＦ装置２１は、排気中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）を捕集する機能と、捕集したＰＭを連続的に酸化させて除去する機能とを併せ持つ。なお、ＰＭとは、炭素からなる黒煙（すす）の周囲に燃え残った燃料や潤滑油の成分，硫黄化合物等が付着した粒子状の物質である。

ＤＯＣ２３は、排気中の成分に対する酸化能を持った酸化触媒であり、金属，セラミックス等からなるハニカム状の担体に触媒物質を担持したものである。ＤＯＣ２３によって酸化される排気中の成分には、ＮＯや未燃燃料中のＨＣ（炭化水素）等及び一酸化炭素が挙げられる。例えば、ＮＯがＤＯＣ２３で酸化されるとＮＯ2が生成される。なお、ＤＯＣ２３は劣化するとＮＯ2生成量が減少し、触媒能力が低下する。

ＤＰＦ２４は、ＰＭを捕集する多孔質フィルタ（例えば、セラミックフィルタ）である。ＤＰＦ２４の内部は、多孔質の壁体によって排気の流通方向に沿って複数に分割されている。この壁体には、ＰＭの微粒子に見合った大きさの多数の細孔が形成される。排気が壁体の近傍や内部を通過する際に壁体内，壁体表面にＰＭが捕集され、排気が濾過される。また、ＤＰＦ２４の表面には触媒貴金属が担持されているものもあり、排気中のＮＯ2等を酸化剤として排気微粒子が焼却される。このようなＤＰＦ２４の再生制御は、後述するコントローラ３０によって制御される。再生制御によってＤＰＦ２４に捕集されたＰＭが除去され、ＤＰＦ２４が再生浄化される。

下流側排気浄化装置２２は、上流側に配置される選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）２５と、その下流側に配置される後段酸化触媒（Clean Up Catalyst、以下、ＣＵＣと略称する）２６とを内蔵する。なお、以下、下流側排気浄化装置２２をＳＣＲ装置２２という。
ＳＣＲ２５は、尿素添加型の窒素酸化物選択還元型触媒であり、上流側から供給されるアンモニアが吸着するとともに、吸着したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘをＮ2へと還元するものである。なお、アンモニアを吸着する機能はＳＣＲ２５に必須の機能ではなく、触媒の種類は任意であり、例えばゼオライト系，バナジウム系等の触媒を用いることが考えられる。

ＣＵＣ２６は、ＳＣＲ２５での還元反応における余剰分のアンモニアを除去するための酸化触媒である。
ＤＰＦ装置２１とＳＣＲ装置２２との間に設けられた尿素水添加ノズル２８は、添加装置２７により、尿素水タンク２９内に貯留されている還元剤としての尿素水をＳＣＲ２５に向かう排気中に噴射し添加する。この尿素水の添加は、後述するコントローラ３０により制御される。

［１−３．コントローラ］
コントローラ（ＥＣＵ，Engine (electronic) Control Unit）３０は、エンジン制御や排気浄化制御等にかかる各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等を備えて構成されている。

エンジン１０のクランクシャフト（図示せず）の近傍には、エンジン回転数を検出する図示しないエンジン回転数センサが設けられ、車両の任意の位置には、運転者によるアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出する図示しないアクセル開度センサが設けられている。
ＤＰＦ装置２１には、ＤＯＣ２３の上流側に排気温度を検出する温度センサ４２が設けられており、ＤＯＣ２３に流入する排気の温度を検出する。この排気温度は、ＤＯＣ２３の触媒温度とみなして利用する。また、ＳＣＲ装置２２の下流側の排気通路１９には、ＮＯｘセンサ（第一ＮＯｘセンサ）４１が設けられており、ＤＰＦ装置２１及びＳＣＲ装置２２を通過した後の排気中のＮＯｘの量（例えば、ＮＯｘ濃度，質量，モル濃度等）に対応する第一ＮＯｘ値を常時検出する。

ＮＯｘセンサ４１による検出は、例えば１秒間に１０回のように、一定周期で連続して行われ、この検出結果をある期間（例えば２０〜３０秒）積算し、積算されたＮＯｘ値を第一ＮＯｘ値とする。これは、ＮＯｘセンサ４１による検出結果のばらつきの影響を抑制し、判定精度を高めるためである。ただし、上記の検出方法は一例に過ぎず、周期や期間は適宜設定可能である。

コントローラ３０は、ＮＯｘセンサ４１，温度センサ４２，エンジン回転数センサ，アクセル開度センサ等のセンサ類や、エンジン１０の各気筒の燃料噴射弁１１や添加装置２７等のデバイス類に接続されている。そして、各種センサによる検出結果はコントローラ３０に送信され、これらの検出結果に基づいて、燃料噴射弁１１や添加装置２７等のデバイス類を駆動制御する。

コントローラ３０は、ＤＰＦ２４に堆積したＰＭを燃焼し、ＤＰＦ２４を再生するための制御を行うＤＰＦ再生制御手段３１としての機能要素と、エンジン１０から排出された直後の排気中に含まれるＮＯｘの量である第二ＮＯｘ値を取得する第二ＮＯｘ値取得手段３２としての機能要素と、ＤＰＦ装置２１及びＳＣＲ装置２２を通過した後の排気中に含まれるＮＯ2の値を取得するＮＯ2値取得手段３３としての機能要素と、ＮＯ2値取得手段３３により取得したＮＯ2値に基づいてＤＯＣ２３の劣化度を判定する劣化判定手段３４としての機能要素とを有している。

ＤＰＦ再生制御手段３１は、ＤＰＦ２４の強制再生について、ＤＰＦ２４に堆積しているＰＭの量を図示しない圧力センサ等の検出結果から判断し、最適な再生時期を判断する等の制御を行うものであり、種々の公知技術を適用することができる。
第二ＮＯｘ値取得手段３２は、エンジン１０から排出された直後の排気中に含まれるＮＯｘの量である第二ＮＯｘ値を取得する。ここで取得される第二ＮＯｘ値の次元は前述の第一ＮＯｘ値と同次元であるとする。また、エンジン１０から排出された直後の排気とは、エンジン１０から排出された排気であって、ＤＰＦ装置２１に流入する前の排気である。本実施形態では、図２に示すように、エンジン回転数センサにより検出されるエンジン回転数と、アクセル開度センサにより検出されるアクセル開度から求まるエンジン負荷（トルク）と、第二ＮＯｘ値との対応関係が記述されたマップ（以下、第二ＮＯｘ値マップという）が予めコントローラ３０に記憶されており、エンジン１０の運転状態に応じて第二ＮＯｘ値が推定される。例えば、エンジン回転数が高回転でトルクが大きい場合は、第二ＮＯｘ値は大きな値となり、多くのＮＯｘがエンジン１０から排出されていることとなる。

第二ＮＯｘ値取得手段３２による第二ＮＯｘ値の推定は、例えば１秒間に１０回のように、ＮＯｘセンサ４１による検出と同周期で第二ＮＯｘ値マップより連続して推定され、これらをＮＯｘセンサ４１と同期間（例えば２０〜３０秒）積算し、積算されたＮＯｘ値を第二ＮＯｘ値とする。これは、上記のＮＯｘセンサ４１による検出結果のばらつきの影響を抑制し、判定精度を高めることと同様の目的によるものであるが、上記の検出方法は一例に過ぎず、周期や期間は適宜設定可能である。また、第二ＮＯｘ値は予め定められた第二ＮＯｘ値マップから推定する方法に限られず、例えば予め定められた数式等により演算してもよい。

ＮＯ2値取得手段３３は、ＳＣＲ装置２２の下流側に設けられたＮＯｘセンサ４１により、ＤＰＦ装置２１及びＳＣＲ装置２２を通過した後の排気中に含まれるＮＯ2の値を取得する。なお、本実施形態では、ＳＣＲ装置２２を通過した後の排気中に含まれるＮＯ2の量をＮＯ2値として取得する。
ＮＯ2値取得手段３３は、図３に示すＮＯｘセンサの特性を示すマップ（以下、ＮＯｘセンサ特性マップという）を用いて、第二ＮＯｘ値（図３中、ＮＯｘ２と示す）に対する第一ＮＯｘ値（図３中、ＮＯｘ１と示す）の比率から、ＮＯｘセンサ４１で検出された第一ＮＯｘ値に対するＮＯ2の比率（以下、ＮＯ2比率という）を求め、ＮＯ2比率に第一ＮＯｘ値をかけることにより、ＳＣＲ装置２２を通過した後の排気中に含まれるＮＯ2の量を取得する。

ＮＯｘセンサ特性マップは、排気中のＮＯ2がＮＯｘセンサの出力に与える影響を調査した結果得られたマップであり、ＮＯ2比率が高くなるほどＮＯｘセンサの出力値は低下する。つまり、エンジン１０から排出された直後の排気中に含まれるＮＯｘ量である第二ＮＯｘ値に対して、ＤＰＦ装置２１及びＳＣＲ装置２２を通過した後の排気中に含まれるＮＯｘ量である第一ＮＯｘ値が小さいほどＮＯ2比率は高い。

ここで、本実施形態では、ＮＯｘセンサ４１がＳＣＲ装置２２の下流側に設けられているため、このＮＯｘセンサ特性マップを用いるためには、以下の条件を要する。
〔条件Ａ〕尿素水添加ノズル２８による尿素水の添加を停止していること。
〔条件Ｂ〕ＳＣＲ２５にアンモニアが吸着していないこと。
〔条件Ｃ〕ＤＰＦ２４内に堆積しているＰＭの量が少ないこと。

上記〔条件Ａ〕及び〔条件Ｂ〕が必要なのは、上記〔条件Ａ〕及び〔条件Ｂ〕のいずれか一方でも満たさない場合、ＳＣＲ装置２２においてＮＯｘの還元が行われ、ＳＣＲ装置２２の下流側に設けられたＮＯｘセンサ４１によって検出されるＮＯｘ値が、ＤＯＣ２３を通過した直後のＮＯｘ値から変化してしまい、後述する劣化判定を正確に行うことができなくなるからである。

また、上記〔条件Ｃ〕が必要なのは、上記〔条件Ｃ〕を満たさない場合、つまり、ＤＰＦ２４内にＰＭが多く堆積している場合は、ＮＯ2による酸化反応が発生し、ＮＯ2がＮＯとなり、ＤＯＣ２３上で生成されたＮＯ2量が変化してＮＯ2量を少なく判定してしまうおそれがあるからである。
劣化判定手段３４は、ＮＯ2値取得手段３３により取得したＮＯ2量に基づいてＤＯＣ２３の劣化度を判定する。図４は、触媒温度とＮＯ2量と触媒劣化度との対応関係を示すマップ（以下、ＮＯ2量劣化判定マップという）であり、劣化判定手段３４は図４に示すＮＯ2量劣化判定マップを用いてＤＯＣ２３の劣化度の判定を実施する。

ＤＯＣ２３は、触媒温度が高いほどＮＯ2を多く生成する特性を有するが、劣化度が小さくほぼ新品の状態（以下、劣化度小という）のほうが、同じ触媒温度でも劣化度が大きい状態（以下、劣化度大という）のものよりも多くのＮＯ2を生成することができる。そのため、ＤＯＣ２３で生成されるＮＯ2量から、ＤＯＣ２３の劣化度を判定することが可能である。なお、ＤＯＣ２３が新品の状態とは、ある条件下において所望のＮＯ2量を生成できる状態をいい、この状態を劣化度０とし、劣化度の基準とする。そして、基準である新品の状態で生成できるＮＯ2量に対して、ＮＯ2の生成量の減少に応じて、劣化度が小から中，そして大へと大きくなる。

ここで、劣化判定手段３４によりＤＯＣ２３の劣化度を判定するには、上記の〔条件Ａ〕，〔条件Ｂ〕及び〔条件Ｃ〕に加えて、以下の条件を要する。
〔条件Ｄ〕ＤＯＣ２３の触媒温度が１５０[℃]〜４００[℃]であること。
これは、触媒の劣化度によりＮＯ2生成量に大きな差が現れるのが大体１５０[℃]以上であること、及び、４００[℃]近くまで高温となると、熱解離により生成されたＮＯ2がＮＯに解離してしまうことによる。

劣化判定手段３４は、図４に示すように、例えばＤＯＣ２３の触媒温度がＴａ[℃]であるときに、ＮＯ2値取得手段３３により取得されたＮＯ2量がＡ[g/h]であったら、ＤＯＣ２３の劣化度を中と判定する。なお、図４では、劣化度を五等分に区切っているが、ＮＯ2量劣化判定マップはこれに限られず、より細分化してもよいし、細分化した間を直線補間するようにしてもよい。

また、車両には、図１に示すように、ドライバにＤＯＣ２３の劣化度を知らせるための表示パネル（報知手段）４３やアラーム（報知手段）４４が備えられている。劣化判定手段３４によりＤＯＣ２３の劣化度が判定されると、ＤＯＣ２３の劣化度を表示パネル４３に表示したり、ＤＯＣ２３の劣化度が大きいと判定され交換が必要であれば、表示パネル４３やアラーム４４によりドライバにＤＯＣ２３の交換を促したりして、ドライバに判定結果を知らせる。

［１−４．作用，効果］
本実施形態にかかる触媒劣化診断装置は上述のように構成されているので、ＤＯＣ２３の劣化度の判定は、図５のフローチャートに従って実施することができる。下記の各ステップは、コンピュータのハードウェアに割り当てられた各機能（手段）が、ソフトウェア（コンピュータプログラム）によって動作することによって実施される。なお、ＮＯｘセンサ４１によるＮＯｘ値の検出は常時行っている。

図５に示すように、まず、ステップＳ１０において、劣化判定条件が成立したか否かを判定する。この劣化判定条件は、上記した〔条件Ａ〕〜〔条件Ｄ〕である。ここで、〔条件Ｄ〕のＤＯＣ２３の触媒温度については、例えば、ＤＰＦ２４の強制再生中や強制再生終了後であれば、ＤＯＣ２３が昇温されるため、〔条件Ｄ〕を容易に満たし、且つ、ＤＰＦ２４内のＰＭが燃焼されているため、〔条件Ｃ〕も満たす。劣化判定条件を満たす場合はステップＳ２０へ進み、劣化判定条件を満たさない場合はリターンする。

ステップＳ２０において、ＮＯｘセンサ４１によって第一ＮＯｘ値を検出する。第一ＮＯｘ値は、上述したように積算した値である。次に、第二ＮＯｘ値を取得するために、エンジン回転数及びエンジン負荷を検出し、これらに基づいて図２の第二ＮＯｘ値マップから第二ＮＯｘ値を取得する（ステップＳ３０）。そして、第一ＮＯｘ値及び第二ＮＯｘ値に基づき、図３のＮＯｘセンサ特性マップを用いてＮＯ2の量であるＮＯ2値を取得する（ステップＳ４０）。

ステップＳ５０において、ＤＯＣ２３の触媒温度と取得したＮＯ2量とに基づいて、図４のＮＯ2量劣化判定マップを用いてＤＯＣ２３の劣化度を判定する。そして、判定結果を表示パネル４３に表示したり、劣化度が高く交換が必要な場合等は表示パネル４３に加え、アラーム４４を鳴らしたりして、ドライバに報知する（ステップＳ６０）。

したがって、本触媒劣化診断装置によれば、ＳＣＲ装置２２の下流側に設けられたＮＯｘセンサ４１と第二ＮＯｘ値マップとからそれぞれ取得した第一ＮＯｘ値及び第二ＮＯｘ値からＮＯ2量を取得し、取得したＮＯ2量に基づいてＤＯＣ２３の劣化度を判定することができるため、簡素な構成でコストを抑制しながら、ＤＯＣ２３がどの程度劣化しているのか判定が可能であり、触媒劣化による排気の悪化を事前に抑制するだけでなく、触媒の劣化度の状態に応じた制御もでき、常にクリーンな排気を保つことができる。

また、劣化判定手段３４がＤＰＦ２４の強制再生時、つまり、強制再生中や強制再生終了後に行われる場合、走行時の強制再生（自動再生）及び停車時の強制再生（手動再生）の何れの強制再生時でも、ＤＯＣ２３が昇温され、ＤＰＦ２４内のＰＭが燃焼され、ＮＯ2によるＰＭの燃焼反応がなくなるため、ＮＯ2の低下がなく、ＮＯ2量による判定精度を高めることができる。また、表示パネル４３及びアラーム４４により、ＤＯＣ２３の劣化度を乗員に報知することで、メンテナンスやＤＯＣ２３の交換を促すことができる。
特に本実施形態では、ＮＯ2量に基づいてＤＯＣ２３の劣化度を判定しているため、排気流量が少ないアイドル運転等の場合であっても、触媒劣化の判定を行うことができる。

［１−５．変形例］
上記実施形態では、ＮＯｘセンサ４１をＳＣＲ装置２２の下流側の排気通路１９に配置したが、ＮＯｘセンサの位置はこれに限られず、ＤＯＣ２３の下流側であればよい。例えば、図１中に一点鎖線で示すように、ＤＯＣ２３とＤＰＦ２４の間にＮＯｘセンサ５１を設けてもよい。

この場合は、ＳＣＲ装置２２及びＤＰＦ２４の上流側にＮＯｘセンサ５１が配置されるため、ＮＯｘセンサ５１によって検出される第一ＮＯｘ値はＳＣＲ２５によるＮＯｘ浄化やＰＭのＮＯ2による酸化反応の影響を受けない。そのため、上記実施形態において判定条件として必要であった、〔条件Ａ〕〜〔条件Ｃ〕が不要であり、ＤＯＣ２３が所定温度まで昇温されていれば劣化度を判定することができるため、劣化判定条件が上記実施形態に比べ緩和され、比較的容易に劣化判定を実施することができる。

また、ＮＯｘセンサはＤＰＦ２４と尿素水添加ノズル２８の噴射口との間に配置してもよい。この場合は、ＮＯｘセンサによって検出される第一ＮＯｘ値はＳＣＲ２５によるＮＯｘ浄化の影響を受けないため、上記第一実施形態において判定条件として必要であった、〔条件Ａ〕及び〔条件Ｂ〕が不要であり、ＤＯＣ２３が所定温度まで昇温されており、ＤＰＦ２４内にＰＭがほぼ堆積していなければ劣化度を判定することができるため、劣化判定条件が上記実施形態に比べ緩和され、比較的容易に劣化判定を実施することができる。

［２．第二実施形態］
［２−１．構成］
次に、本発明の第二実施形態にかかる触媒劣化診断装置について、図６も加えて説明する。本実施形態の触媒劣化診断装置は、ＮＯ2値取得手段３３及び劣化判定手段３４に関連する部分を除いて第一実施形態のものと同様に構成されているため、第一実施形態のものと対応する要素については、第一実施形態の説明と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本触媒劣化診断装置におけるＮＯ2値取得手段３３は、ＳＣＲ装置２２の下流側に設けられたＮＯｘセンサ４１により、ＤＰＦ装置２１及びＳＣＲ装置２２を通過した後の排気中に含まれるＮＯ2の値を、第一ＮＯｘ値に対するＮＯ2の比として取得する。すなわち、図３のＮＯｘセンサ特性マップを用いて、図２の第二ＮＯｘ値マップから得られた第二ＮＯｘ値に対する第一ＮＯｘ値の割合からＮＯ2比率を求め、そのＮＯ2比率をＮＯ2値として取得する。

本触媒劣化診断装置における劣化判定手段３４は、ＮＯ2値取得手段３３により取得したＮＯ2比率に基づいてＤＯＣ２３の劣化度を判定する。図６は、触媒温度とＮＯ2比率と触媒劣化度との対応関係を示すマップ（以下、ＮＯ2比率劣化判定マップという）であり、劣化判定手段３４は図６に示すＮＯ2比率劣化判定マップを用いてＤＯＣ２３の劣化度の判定を実施する。また、劣化判定手段３４によりＤＯＣ２３の劣化度を判定するには、第一実施形態で述べた〔条件Ａ〕〜〔条件Ｄ〕を要する。

劣化判定手段３４は、図６に示すように、例えばＤＯＣ２３の触媒温度がＴｂ[℃]であるときに、ＮＯ2値取得手段３３により取得されたＮＯ2比率がＢであったら、ＤＯＣ２３の劣化度を中と判定する。なお、図６では、劣化度を五等分に区切っているが、ＮＯ2比率劣化判定マップはこれに限られず、より細分化してもよいし、細分化した間を直線補間するようにしてもよい。

［２−２．作用，効果］
本実施形態にかかる触媒劣化診断装置は上述のように構成されているので、ＤＯＣ２３の劣化度の判定は、第一実施形態と同様、図５のフローチャートに従って実施することができる。なお、本触媒劣化診断装置は、図５に示すフローチャートのステップＳ４０及びＳ５０以外のステップは第一実施形態と同様であるため、重複する説明は一部省略する。

図５に示すように、ステップＳ１０において劣化判定条件の成立を判定し、成立している場合のみ以下のステップを実施する。ステップＳ２０において、ＮＯｘセンサ４１により第一ＮＯｘ値を検出し、ステップＳ３０において、第二ＮＯｘ値マップから第二ＮＯｘ値を取得する。
次に、ＮＯ2値取得手段３３により、第一ＮＯｘ値及び第二ＮＯｘ値からＮＯ2比率を取得する（ステップＳ４０）。そして、劣化判定手段３４によりＮＯ2比率に基づいてＤＯＣ２３がどの程度劣化しているか、劣化度を判定し（ステップＳ５０）、ドライバに判定結果を報知する（ステップＳ６０）。

したがって、本触媒劣化診断装置によれば、ＳＣＲ装置２２の下流側に設けられたＮＯｘセンサ４１と第二ＮＯｘ値マップとからそれぞれ取得した第一ＮＯｘ値及び第二ＮＯｘ値からＮＯ2比率を取得し、取得したＮＯ2比率に基づいてＤＯＣ２３の劣化度を判定することができるため、簡素な構成でコストを抑制しながら、ＤＯＣ２３がどの程度劣化しているのか判定が可能であり、触媒劣化による排気の悪化を事前に抑制するだけでなく、触媒の劣化度の状態に応じた制御もでき、常にクリーンな排気を保つことができる。

また、第一実施形態と同様、劣化判定手段３４がＤＰＦ２４の強制再生時、つまり、強制再生中や強制再生終了後に行われる場合は、走行時の強制再生（自動再生）及び停車時の強制再生（手動再生）の何れの強制再生時でも、ＤＯＣ２３が昇温され、ＤＰＦ２４内のＰＭが燃焼され、ＮＯ2によるＰＭの燃焼反応がなくなるため、ＮＯ2の低下がなく、ＮＯ2比率による判定精度を高めることができる。また、表示パネル４３及びアラーム４４により、ＤＯＣ２３の劣化度を乗員に報知することで、メンテナンスやＤＯＣ２３の交換を促すことができる。

特に本実施形態では、図６に示すＮＯ2比率劣化判定マップを用いて、ＮＯ2比率に基づいてＤＯＣ２３の劣化度を判定しているため、ＮＯ2比率からＮＯ2量を算出する必要がないため演算が簡素化され、さらに、触媒劣化がＮＯ2生成能力に与える影響がより大きいのがＮＯ2比率で比較した場合であるため、触媒劣化の判定を容易に行うことができる。ただし、一定量の排気流量が必要であるため、排気流量が少ないアイドル運転等の場合は第一実施形態のほうが適切である。

［２−３．変形例］
上記第二実施形態では、ＮＯｘセンサ４１をＳＣＲ装置２２の下流側の排気通路１９に配置したが、ＮＯｘセンサの位置はこれに限られず、ＤＯＣ２３の下流側であればよいため、例えば、図１中に一点鎖線で示すように、ＤＯＣ２３とＤＰＦ２４との間にＮＯｘセンサ５１を設けてもよい。

この場合は、ＳＣＲ装置２２及びＤＰＦ２４の上流側にＮＯｘセンサ５１が配置されるため、ＮＯｘセンサ５１によって検出される第一ＮＯｘ値はＳＣＲ２５によるＮＯｘ浄化やＰＭのＮＯ2による酸化反応の影響を受けない。そのため、上記第二実施形態において判定条件として必要であった、〔条件Ａ〕〜〔条件Ｃ〕が不要であり、ＤＯＣ２３が所定温度まで昇温されていれば劣化度を判定することができるため、劣化判定条件が上記実施形態に比べ緩和され、比較的容易に劣化判定を実施することができる。

また、ＮＯｘセンサはＤＰＦ２４と尿素水添加ノズル２８の噴射口との間に配置してもよい。この場合は、ＮＯｘセンサによって検出される第一ＮＯｘ値はＳＣＲ２５によるＮＯｘ浄化の影響を受けないため、上記第二実施形態において判定条件として必要であった、〔条件Ａ〕及び〔条件Ｂ〕が不要であり、ＤＯＣ２３が所定温度まで昇温されており、ＤＰＦ２４内にＰＭがほぼ堆積していなければ劣化度を判定することができるため、劣化判定条件が上記実施形態に比べ緩和され、比較的容易に劣化判定を実施することができる。

［３．第三実施形態］
［３−１．構成］
次に、本発明の第三実施形態にかかる触媒劣化診断装置について説明する。本実施形態にかかる触媒劣化診断装置は、第二ＮＯｘ値取得手段３２に関連する部分を除いて第一実施形態のものと同様に構成されているため、第一実施形態のものと対応する要素については、第一実施形態の説明と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態における第二ＮＯｘ値取得手段３２は、エンジン１０から排出された直後の排気中に含まれるＮＯｘの量である第二ＮＯｘ値を、図１に二点鎖線で示すように、第二のＮＯｘセンサ（第二ＮＯｘセンサ）６１をＤＯＣ２３の上流側に配置して、第二ＮＯｘセンサ６１により検出して取得する。つまり、本実施形態では、ＮＯｘセンサはＤＯＣ２３の上流と下流とにそれぞれ１つずつ設けられており、ＮＯｘ値は全てセンサ値として取得するよう構成されている。

［３−２．作用，効果］
本実施形態にかかる触媒劣化診断装置は上述のように構成されているため、ＤＯＣ２３の劣化度の判定は、第一実施形態と同様、図５のフローチャートに従って実施することができる。なお、本触媒劣化診断装置は、図５に示すフローチャートのステップＳ３０以外のステップは第一実施形態と同様であるため、重複する説明は一部省略する。

図５に示すように、ステップＳ１０において劣化判定条件の成立を判定し、成立している場合のみ以下のステップを実施する。ステップＳ２０において、ＮＯｘセンサ（第一ＮＯｘセンサ）４１により第一ＮＯｘ値を検出し、ステップＳ３０において、第二ＮＯｘセンサ６１により第二ＮＯｘ値を検出する。
なお、第二ＮＯｘセンサ６１による第二ＮＯｘ値の検出は、第一ＮＯｘ値の検出と同様、例えば１秒間に１０回のように、一定周期で連続して行い、この検出結果をある期間（例えば２０〜３０秒）積算し、積算されたＮＯｘ値を第二ＮＯｘ値とする。これは、第二ＮＯｘセンサ６１による検出結果のばらつきの影響を抑制し、判定精度を高めるためである。ただし、上記の検出方法は一例に過ぎず、周期や期間は適宜設定可能である。

第一ＮＯｘ値及び第二ＮＯｘ値を取得したら、ステップＳ４０においてＮＯ2の量であるＮＯ2値を取得し、ＮＯ2量に基づいてＤＯＣ２３がどの程度劣化しているか、劣化度を判定し（ステップＳ５０）、ドライバに判定結果を報知する（ステップＳ６０）。

したがって、本触媒劣化診断装置によれば、ＳＣＲ装置２２の下流側に設けられたＮＯｘセンサ４１と、ＤＯＣ２３の上流側、すなわちエンジン１０の直下流側に設けられた第二ＮＯｘセンサ６１とからそれぞれ検出した第一ＮＯｘ値及び第二ＮＯｘ値からＮＯ2量を取得し、取得したＮＯ2量に基づいてＤＯＣ２３の劣化度を判定することができるため、ＤＯＣ２３がどの程度劣化しているのかより精度良く判定することができ、触媒劣化による排気の悪化を事前に抑制するだけでなく、触媒の劣化度の状態に応じた制御もでき、常にクリーンな排気を保つことができる。

また、第一実施形態と同様、劣化判定手段３４がＤＰＦ２４の強制再生時、つまり、強制再生中や強制再生終了後に行われる場合は、走行時の強制再生（自動再生）及び停車時の強制再生（手動再生）の何れの強制再生時でも、ＤＯＣ２３が昇温され、ＤＰＦ２４内のＰＭが燃焼され、ＮＯ2によるＰＭの燃焼反応がなくなるため、ＮＯ2の低下がなく、ＮＯ2量による判定精度を高めることができる。また、表示パネル４３及びアラーム４４により、ＤＯＣ２３の劣化度を乗員に報知することで、メンテナンスやＤＯＣ２３の交換を促すことができる。また、ＮＯ2量に基づいてＤＯＣ２３の劣化度を判定しているため、排気流量が少ないアイドル運転等の場合であっても、触媒劣化の判定を行うことができる。

［３−３．変形例］
本実施形態では、ＮＯ2値取得手段３３は、上記第一実施形態と同様ＮＯ2の量をＮＯ2値として取得しているが、上記第二実施形態のように、ＮＯ2比率をＮＯ2値として取得してもよい。つまり、本実施形態を第二ＮＯｘ値取得手段３２に関連する部分を除いて第二実施形態のものと同様に構成してもよい。この場合は、ＮＯ2比率に基づいてＤＯＣ２３の劣化度を判定しているため、触媒劣化の判定を容易に行うことができる。

［４．その他］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
上記実施形態では、第二ＮＯｘ値取得手段３２は、第二ＮＯｘ値マップ及び第二ＮＯｘセンサ６１のいずれか一方により第二ＮＯｘ値を取得しているが、第二ＮＯｘ値マップ及び第二ＮＯｘセンサ６１の両方を用いて第二ＮＯｘ値を取得するようにしてもよい。例えば、どちらか一方でもう一方の取得結果を検算するように構成してもよく、それぞれの検出結果を平均化してもよい。第二ＮＯｘ値マップ及び第二ＮＯｘセンサの両方を用いることにより、より正確な第二ＮＯｘ値を取得することが可能となる。

また、ＮＯｘセンサを、ＤＯＣ２３の上流側，ＤＯＣ２３とＤＰＦ２４との間，及びＳＣＲ装置２２の下流側の３箇所に配置する構成にしてもよい。これにより、排気中に含まれるＮＯｘの量を正確に検出することが可能となるため、判定精度を高めることができる。
また、触媒劣化判定はＤＰＦ２４の再生処理中や再生終了後に限られず、ＤＯＣ２３の触媒温度が上記した〔条件Ａ〕を満たしていればよい。

また、本触媒劣化診断装置は、ＳＣＲ装置２２を備えない車両等にも当然適用可能である。
また、上記実施形態では、ＮＯ2比率は、第一ＮＯｘ値及び第二ＮＯｘ値に基づいて、図３のＮＯｘセンサ特性マップから取得する手段を説明したが、ＮＯ2比率の取得方法はこれに限定されない。例えば、ＮＯのみの量を検出するＮＯセンサと、ＮＯ及びＮＯ2の量をともに検出するＮＯｘセンサとを用いてＮＯ2比率を推定，算出してもよい。または、ＮＯ2分析計を用いてＮＯ2比率を把握する構成としてもよい。排気中のＮＯ2比率を把握することで、上記した実施形態と同様の効果を得ることができる。

１０エンジン
１９排気通路
２０排気浄化装置
２１ＤＰＦ装置（上流側排気浄化装置）
２２ＳＣＲ装置（下流側排気浄化装置）
２３前段酸化触媒（ＤＯＣ）
２４ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ，パティキュレートフィルタ）
２５選択還元型触媒（ＳＣＲ）
２６後段酸化触媒（ＣＵＣ）
２７添加装置（尿素水添加装置）
２８尿素水添加ノズル（尿素水添加装置）
２９尿素水タンク
３０コントローラ（ＥＣＵ）
３１ＤＰＦ再生制御手段
３２第二ＮＯｘ値取得手段
３３ＮＯ2値取得手段
３４劣化判定手段
４１ＮＯｘセンサ（第一ＮＯｘセンサ）
４２温度センサ
４３表示パネル（報知手段）
４４アラーム（報知手段）
５１ＮＯｘセンサ（第一ＮＯｘセンサ）
６１第二ＮＯｘセンサ

Claims

エンジンの排気通路に設けられた酸化触媒と、
前記酸化触媒の下流側に設けられ、前記酸化触媒を通過した後の排気中に含まれるＮＯｘの量である第一ＮＯｘ値を検出する第一ＮＯｘセンサと、
前記エンジンから排出された直後の排気中に含まれるＮＯｘの量である第二ＮＯｘ値を取得する第二ＮＯｘ値取得手段と、
前記第一ＮＯｘセンサにより検出した前記第一ＮＯｘ値と前記第二ＮＯｘ値取得手段により取得した前記第二ＮＯｘ値とに基づいて、前記酸化触媒を通過した後の前記排気中に含まれるＮＯ2の値を取得するＮＯ2値取得手段と、
前記ＮＯ2値取得手段により取得した前記ＮＯ2値と前記酸化触媒の温度とに基づいて前記酸化触媒の劣化度を判定する劣化判定手段と、を備える
ことを特徴とする、触媒劣化診断装置。
前記エンジンの前記排気通路に設けられたパティキュレートフィルタをさらに備え、
前記劣化判定手段は、前記パティキュレートフィルタの強制再生時に前記酸化触媒の劣化判定を実施する
ことを特徴とする、請求項１記載の触媒劣化診断装置。
前記第二ＮＯｘ値取得手段は、予め設定した前記エンジンの回転数と前記エンジンの負荷と前記第二ＮＯｘ値との対応関係を示すマップにより前記第二ＮＯｘ値を取得する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の触媒劣化診断装置。
前記酸化触媒の上流側に設けられ、前記エンジンから排出された直後の前記排気中に含まれる前記第二ＮＯｘ値を検出する第二ＮＯｘセンサをさらに備え、
前記第二ＮＯｘ値取得手段は、前記第二ＮＯｘセンサにより前記第二ＮＯｘ値を取得する
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の触媒劣化診断装置。
前記ＮＯ2値取得手段は、前記酸化触媒を通過した後の前記排気中に含まれる前記ＮＯ2の量を前記ＮＯ2値として取得し、
前記劣化判定手段は、前記量が少ないほど劣化度が高いと判定する
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の触媒劣化診断装置。
前記ＮＯ2値取得手段は、前記酸化触媒を通過した後の前記排気中に含まれる前記第一ＮＯｘ値に対する前記ＮＯ2の比を前記ＮＯ2値として取得し、
前記劣化判定手段は、前記比が小さいほど劣化度が高いと判定する
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の触媒劣化診断装置。
前記劣化判定手段による判定の結果を報知する報知手段をさらに備える
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の触媒劣化診断装置。