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JP5880705B2 - 排気浄化装置の劣化検出システム - Google Patents

排気浄化装置の劣化検出システム Download PDF

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Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置される排気浄化装置の劣化を検出する技術に関する。
従来、選択還元型触媒（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）と、アンモニア（ＮＨ3）の前駆体である還元剤（尿素やカルバミン酸アンモニウム等の水溶液）を排気中に添加するための還元剤添加弁と、を内燃機関の排気通路に配置した排気浄化装置が知られている。
上記したような排気浄化装置の劣化を検出する技術として、内燃機関の運転状態が定常状態にあるときの選択還元型触媒のＮＯX浄化率と、過渡状態においてＮＯX浄化率の過渡変動が安定するのに要する時間と、に基づいて、選択還元型触媒の劣化を判定する技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。
特許文献２には、選択還元型触媒のＮＨ3吸着能力が低くなる高温域において、該選択還元型触媒に実際に吸着されたＮＨ3の量を特定し、特定されたＮＨ3の量が閾値以下のときに選択還元型触媒が劣化していると判定する技術について述べられている。
特許文献３には、尿素水添加弁の１回当たりの開弁時間を短縮しつつ、添加周波数を増加させることにより、所定期間あたりの添加量を一定に保つ技術について述べられている。
特許文献４には、選択還元型触媒の温度が所定の低温域にあれば、還元剤添加弁から噴射される尿素水溶液の噴射圧力を高めることにより、尿素水溶液の噴霧粒径を変更する技術について述べられている。
特許文献５には、排気の圧力波のピークが還元剤添加弁の位置に到達したときに、該還元剤添加弁から還元剤を供給させることにより、還元剤の微粒化を図る技術について述べられている。
特開２０１１−２０２６３９号公報 特開２００９−１２７４９６号公報 特開２０１０−０７１２５５号公報 特開２００９−２９３５１３号公報 特開２０１０−０５３８０７号公報
前記特許文献１に記載された方法により選択還元型触媒の劣化判定が行われる場合は、内燃機関が定常状態で運転されること、内燃機関が過渡状態で運転されること、及びＮＯX浄化率の過渡変動が安定するまで内燃機関の過渡状態が継続されること等の種々の条件が成立する必要がある。そのため、選択還元型触媒の劣化判定に要する時間が長くなったり、選択還元型触媒の劣化を早期に検出することができなかったりする可能性がある。また、内燃機関の運転状態が定常状態にあるときのＮＯX浄化率の絶対量は、ＮＯXセンサの測定誤差や還元剤添加弁の添加量誤差等によって変化する場合があるため、検出精度が低くなる可能性もある。
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、該選択還元型触媒より上流の排気通路に配置される還元剤添加弁と、前記選択還元型触媒より下流の排気通路に配置されるＮＯXセンサと、を備えた排気浄化装置の劣化検出システムにおいて、選択還元型触媒の劣化を早期に検出することができるとともに、検出精度を高めることができる技術の提供にある。
本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒より上流の排気通路に配置される還元剤添加弁と、前記選択還元型触媒より下流の排気通路に配置されるＮＯXセンサと、を備えた排気浄化装置の劣化検出システムにおいて、還元剤添加弁が還元剤を添加するように制御されているときに、一定期間あたりの添加量を固定しつつ還元剤の添加間隔を変更すべく還元剤添加弁を制御し、添加間隔が変更されているときと変更されていないときのＮＯX浄化率の差に基づいて選択還元型触媒の劣化を判定するようにした。
詳細には、本発明の排気浄化装置の異常検出システムは、
内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒より上流の排気通路に配置され、アンモニアの前駆体である還元剤を排気中に添加する還元剤添加弁と、
前記選択還元型触媒より下流の排気通路に配置され、排気中に含まれる窒素酸化物の量を測定するＮＯXセンサと、
前記ＮＯXセンサの測定値をパラメータとして、前記選択還元型触媒へ流入する窒素酸化物の量に対する前記選択還元型触媒で浄化される窒素酸化物の量の割合であるＮＯX浄化率を演算する演算手段と、
前記還元剤添加弁による還元剤の添加期間中に、一定期間あたりの添加量を固定しつつ添加間隔を変更すべく前記還元剤添加弁を制御するための変更処理を実行する変更手段と、
前記変更手段により添加間隔が変更されているときと変更されていないときに前記演算手段が演算するＮＯX浄化率の差に基づいて前記選択還元型触媒の劣化を判定するための判定処理を実行する判定手段と、
を備えるようにした。
本願発明者は、鋭意の実験及び検証を行った結果、選択還元型触媒が劣化していない場合は、一定期間あたりの還元剤の添加量が同量であっても、添加間隔によって選択還元型触媒のＮＯX浄化率が変化するという知見を得た。具体的には、本願発明者は、還元剤の添加間隔が短い場合は長い場合に比べ、選択還元型触媒のＮＯX浄化率が高くなるという知見を得た。これは、還元剤の添加間隔が短い場合は長い場合に比べ、一回あたりの添加量が少なくなるめ、還元剤（アンモニアの前駆体）からＮＨ3への転化（分解反応）が促進されると考えられる。このような知見によると、選択還元型触媒が劣化しているときは劣化していないときに比べ、添加間隔が変更されているときと変更されていないときのＮＯX浄化率の差（以下、「変更差」と称する）が小さくなる。
したがって、本発明の排気浄化装置の劣化検出システムによれば、一定期間に還元剤添加弁から添加される還元剤の量を変更することなく、選択還元型触媒の劣化を判定することが可能となる。また、前記変更処理及び前記判定処理は一回の添加期間中に実行されるため、選択還元型触媒の劣化判定を短時間に遂行することができる。その結果、選択還元型触媒の劣化を早期に検出することも可能になる。
ここで、選択還元型触媒より上流の排気通路に酸化能力を有する触媒が配置される場合は、該触媒から流出する一酸化窒素（ＮＯ）の量と二酸化窒素（ＮＯ2）の量の比率（ＮＯ2／ＮＯ比率）に応じて選択還元型触媒のＮＯX浄化率が変化する可能性がある。これに対し、前記変更処理は添加期間中の短い時間に遂行されるため、添加間隔が変更されているときと変更されていないときにおいて前記ＮＯ2／ＮＯ比率が大幅に変化する可能性が低くなる。よって、前記ＮＯ2／ＮＯ比率に起因した判定精度の低下も抑制することができる。
ところで、ＮＯXセンサの測定値には、初期交差や経時変化等による誤差が含まれる場合がある。また、還元剤添加弁の初期交差や経時変化等によって、還元剤添加弁から実際に添加される還元剤の量と目標添加量との間に誤差が生じる場合がある。それらの場合において、演算手段により算出されるＮＯX浄化率は、ＮＯXセンサの測定誤差や添加量の誤差を含む値となる。
しかしながら、添加間隔が変更されているときと変更されていないときのそれぞれにおいて演算手段によって算出される二つのＮＯX浄化率は、同等の誤差を含む。そのため、前記変更差は、ＮＯXセンサの測定誤差や添加量の誤差が相殺された値となる。よって、ＮＯXセンサの測定誤差や添加量の誤差が生じた場合であっても、選択還元型触媒の劣化を正確に判定することができる。
なお、前述したように、選択還元型触媒が劣化しているときは劣化していないときに比べ、前記変更差が小さくなる。よって、前記判定手段は、前記変更差が閾値より小さいことを条件として、選択還元型触媒が劣化していると判定してもよい。ここでいう「閾値」は、大気中へ排出されるＮＯXの量が規制量と同等になるときの変更差にマージンを加算した値であり、予め実験等を利用した適合処理によって求められる値である。
ここで、ＮＯXセンサの測定値から演算されるＮＯX浄化率と正常値（選択還元型触媒が劣化していないときのＮＯX浄化率）とを比較することにより、選択還元型触媒の劣化を判定する場合は、ＮＯXセンサの測定誤差や添加量の誤差を考慮して正常値を決定する必要がある。つまり、正常値は、一つの値ではなく、複数の値を含む範囲として設定される必要がある。しかしながら、選択還元型触媒が劣化している場合であっても、該選択還元型触媒へ流入するＮＯX量が多くなると、ＮＯXセンサの測定値に基づいて算出されるＮＯX浄化率が正常値の範囲に属する可能性がある。そのため、ＮＯXセンサの測定値から演算されるＮＯX浄化率と正常値とを比較する方法は、選択還元型触媒へ流入するＮＯX量が多くなる運転領域では実施することができない。
これに対し、本発明の排気浄化装置の劣化検出システムによれば、ＮＯXセンサの測定誤差や添加量の誤差を考慮する必要がないため、前記閾値を一つの値として設定することができる。その結果、選択還元型触媒へ流入するＮＯX量が多くなる運転領域においても、選択還元型触媒の劣化を判定することが可能になる。よって、本発明の排気浄化装置の劣化検出システムによれば、より広い運転領域において選択還元型触媒の劣化判定を実行することが可能になる。
次に、前記変更差は、選択還元型触媒の劣化が進行するほど（劣化度合いが大きくなるほど）、小さくなる傾向がある。そこで、本発明の判定手段は、前記変更差が閾値に比して小さくなるほど、選択還元型触媒の劣化度合いが高いと判定してもよい。このような方法によれば、選択還元型触媒が劣化しているか否かに加え、選択還元型触媒の劣化度合いも判定することが可能になる。
ところで、選択還元型触媒が新品状態（又は新品同様の状態）にあるときは、酸化能力が高くなる傾向がある。そのため、新品状態にある選択還元型触媒は、ＮＯXを窒素（Ｎ2）に還元させた後、Ｎ2をＮＯやＮＯ2等のＮＯXに再び酸化（以下、「再酸化」と称する）させる可能性がある。そのため、選択還元型触媒が未劣化の新品状態にあるときは、前記変更差が前記閾値より小さくなる可能性がある。
そこで、車両の走行距離が一定距離未満であるときは一定距離以上であるときに比べ、前記閾値が小さい値にされてもよい。なお、ここでいう「走行距離」は、新品状態の選択還元型触媒が車両に搭載された時点からの走行距離である。また、「一定距離」は、前記したような再酸化により生成されるＮＯXの量がＮ2やＮＯ2に還元されるＮＯXの量に対して十分に少なくなる最小の走行距離であり、予め実験等を利用した適合処理によって求められる距離である。
上記した方法により閾値が定められると、選択還元型触媒が新品状態又は新品同様の状態にあるときに前記変更処理及び前記判定処理が実行されても、該選択還元型触媒が劣化していると誤判定される事態を回避することができる。
次に、本発明の排気浄化装置の劣化検出システムは、選択還元型触媒の温度が下限値以上であることを条件として、選択還元型触媒の劣化判定を行うようにしてもよい。詳細には、前記変更手段及び前記判定手段は、選択還元型触媒の温度が下限値以上であることを条件として、前記変更処理及び前記判定処理を実行してもよい。ここでいう「下限値」は、選択還元型触媒が吸着可能なＮＨ3量が十分に少なくなる温度、言い換えると、還元剤の添加間隔がＮＯX浄化率に反映される最低の温度である。なお、前記下限値は、選択還元型触媒がＮＨ3を吸着しない最低の温度に設定されることが好ましい。
選択還元型触媒のＮＯX浄化率は、該選択還元型触媒に吸着されているＮＨ3の量（以下、「ＮＨ3吸着量」と称する）によって変化する。たとえば、ＮＨ3吸着量が多いときは少ないときに比べ、ＮＯX浄化率が高くなる。そのため、選択還元型触媒のＮＨ3吸着量が多いときは、還元剤の添加間隔にかかわらず、ＮＯX浄化率が高くなる可能性がある。つまり、選択還元型触媒のＮＨ3吸着量が多いときに前記変更処理が実行されると、選択還元型触媒が劣化していないにもかかわらず、前記変更差が小さくなる可能性がある。その結果、選択還元型触媒が劣化していないにもかかわらず、該選択還元型触媒が劣化していると誤判定される可能性がある。
したがって、前記変更処理及び前記判定処理は、選択還元型触媒のＮＨ3吸着量が少ないとき、言い換えると、還元剤の添加間隔がＮＯX浄化率に反映され得るときに、実行されることが好ましい。
これに対し、選択還元型触媒に吸着されているＮＨ3の大部分がＮＯXの還元反応に消費されたときに、前記変更処理及び前記判定処理を実行する方法が考えられる。しかしながら、選択還元型触媒のＮＨ3吸着量が多い場合はＮＨ3が消費されるまでに時間がかかるため、選択還元型触媒の劣化を速やかに検出することができない可能性がある。
一方、選択還元型触媒の温度が前記下限値以上であることを条件として、前記変更処理及び前記判定処理が実行されると、判定精度の低下を抑制することができるとともに、選択還元型触媒の劣化を速やかに検出することができる。
なお、選択還元型触媒より上流にパティキュレートフィルタが配置される場合は、パティキュレートフィルタの再生処理が実行されたときに、選択還元型触媒が凡そ５００℃以上の高温に曝され、アンモニア（ＮＨ3）が選択還元型触媒に吸着され難くなる。よって、パティキュレートフィルタの再生処理が実施されているとき、或いは再生処理の終了直後（選択還元型触媒がアンモニア（ＮＨ3）を吸着しない最低の温度以上のとき）に、前記変更処理及び前記判定処理が実行されてもよい。
ところで、選択還元型触媒が劣化していないときに、該選択還元型触媒の温度が過剰に高くなると、ＮＯX浄化率が小さくなる傾向がある。そのため、選択還元型触媒の温度が過剰に高いときは、選択還元型触媒が劣化していないときの変更差と選択還元型触媒が劣化しているときの変更差との差が小さくなる可能性がある。
そこで、前記変更手段及び前記判定手段は、前記選択還元型触媒の温度が上限値を超えるときは、前記変更処理及び前記判定処理を実行しないようにしてもよい。その場合、誤判定の発生を抑制することができる。ここでいう「上限値」は、選択還元型触媒が劣化していないときの変更差と選択還元型触媒が劣化しているときの変更差との差が顕著となる最低の温度からマージンを差し引いた温度である。
また、選択還元型触媒のＮＯX浄化率は、選択還元型触媒の劣化に加え、還元剤添加弁又は該還元剤添加弁へ還元剤を供給する装置の故障等によって変化する場合がある。よって、前記変更処理及び前記判定処理は、前記還元剤添加弁が故障していないときに実行されることが望ましい。
そこで、本発明の排気浄化装置の劣化検出システムは、前記還元剤添加弁の故障を診断する診断手段をさらに備えるようにしてもよい。その場合、前記変更手段及び前記判定手段は、前記診断手段により前記還元剤添加弁が故障していないと診断されたことを条件として、前記変更処理及び前記判定処理を実行すればよい。その結果、選択還元型触媒の劣化をより正確に判定することができる。
ここで、還元剤添加弁から実際に添加される還元剤の量が目標添加量から乖離している場合は、添加間隔が短いときのＮＯX浄化率が不安定になる傾向がある。これに対し、還元剤添加弁から実際に添加される還元剤の量が目標添加量と同等若しくは近似している場合は、添加間隔が短いときのＮＯX浄化率が選択還元型触媒の劣化状態にかかわらず安定する傾向がある。
よって、前記診断手段は、前記変更手段により添加間隔が短くされているときのＮＯX浄化率の変化量が基準値より大きいときことを条件として、前記還元剤添加弁が故障していると判定してもよい。その場合、選択還元型触媒の劣化状態にかかわらず、前記還元剤添加弁の故障を診断することができる。
本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、該選択還元型触媒より上流の排気通路に配置される還元剤添加弁と、前記選択還元型触媒より下流の排気通路に配置されるＮＯXセンサと、を備えた排気浄化装置の劣化検出システムにおいて、選択還元型触媒の劣化を早期に検出することができるとともに、検出精度を高めることができる。
本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。 還元剤の添加周波数と選択還元型触媒のＮＯX浄化率Ｅｎｏｘとの関係を示す図である。 還元剤添加弁又はポンプが故障している場合において添加周波数が高められたときのＮＯX浄化率Ｅｎｏｘの経時変化を示す図である。 第１の実施例において選択還元型触媒の劣化判定処理が実行される際にＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。 選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔと選択還元型触媒のＮＯX浄化率Ｅｎｏｘとの関係を示す図である。 選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔと選択還元型触媒のＮＨ3吸着量との関係を示す図である。 第２の実施例において選択還元型触媒の劣化判定処理が実行される際にＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。 車両の走行距離Ｒｄと変更差ΔＥｎｏｘの絶対値との関係を示す図である。 第３の実施例において選択還元型触媒の劣化判定処理が実行される際にＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。 本発明を適用する排気系の他の構成例を示す図である。 本発明を適用する排気系の他の構成例を示す図である。
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。
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図４に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関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、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であるが、希薄燃焼運転（リーンバーン運転）可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。
図１において、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は、内燃機関１の気筒内から排出される既燃ガス（排気）を流通させるための通路である。排気通路２の途中には、第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４が上流側から直列に配置されている。
第一触媒ケーシング３は、筒状のケーシング内に酸化触媒とパティキュレートフィルタを内装している。その際、酸化触媒は、パティキュレートフィルタの上流に配置される触媒担体に担持されてもよく、或いはパティキュレートフィルタに担持されてもよい。
第二触媒ケーシング４は、筒状のケーシング内に、選択還元型触媒が担持された触媒担体を収容したものである。触媒担体は、たとえば、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの基材に、アルミナ系又はゼオライト系の活性成分（担体）をコーティングしたものである。さらに、触媒担体には、酸化能を有する貴金属触媒（たとえば、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等）が担持されている。なお、第二触媒ケーシング４の内部において、選択還元型触媒より下流には酸化触媒を担持した触媒担体が配置されるようにしてもよい。その場合の酸化触媒は、後述する還元剤添加弁５から選択還元型触媒へ供給される還元剤のうち、選択還元型触媒をすり抜けた還元剤を酸化するための触媒である。
第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４との間の排気通路２には、アンモニアの前駆体である還元剤を排気中へ添加（噴射）するための還元剤添加弁５が取り付けられている。還元剤添加弁５は、ニードルの移動により開閉される噴孔を有する弁装置である。還元剤添加弁５は、ポンプ５０を介して還元剤タンク５１に接続されている。ポンプ５０は、還元剤タンク５１に貯留されている還元剤を吸引するとともに、吸引された還元剤を還元剤添加弁５へ圧送する。還元剤添加弁５は、ポンプ５０から圧送されてくる還元剤を排気通路２内へ噴射する。なお、還元剤添加弁５の開閉タイミングやポンプ５０の吐出圧力は、後述するＥＣＵ９によって電気的に制御されるようになっている。
ここで、還元剤タンク５１に貯留される還元剤としては、尿素やカルバミン酸アンモニウムなどの水溶液を用いることができる。本実施例では、前記還元剤として尿素水溶液を用いるものとする。
還元剤添加弁５から尿素水溶液が噴射されると、該尿素水溶液が排気とともに第二触媒ケーシング４へ流入する。その際、尿素水溶液が排気や選択還元型触媒の熱を受けて熱分解又は加水分解される。尿素水溶液が熱分解又は加水分解されると、ＮＨ3が生成される。このようにして生成されたＮＨ3は、選択還元型触媒に吸着又は吸蔵される。選択還元型触媒に吸着又は吸蔵されたＮＨ3は、排気中に含まれるＮＯXと反応して窒素（Ｎ2）や水（Ｈ2Ｏ）を生成する。つまり、ＮＨ3は、ＮＯXの還元剤として機能する。その際、選択還元型触媒の広い範囲にＮＨ3が吸着されていると、選択還元型触媒のＮＯX浄化率が高くなる。
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ９が併設されている。ＥＣＵ９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどを備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ９には、上流側ＮＯXセンサ６、下流側ＮＯXセンサ７、排気温度センサ８、クランクポジションセンサ１０、及びアクセルポジションセンサ１１などの各種センサが電気的に接続されている。
上流側ＮＯXセンサ６は、第一触媒ケーシング３より下流、且つ第二触媒ケーシング４より上流の排気通路２に配置され、第二触媒ケーシング４へ流入する排気中に含まれるＮＯXの量（以下、「ＮＯX流入量」と称する）に相関する電気信号を出力する。下流側ＮＯXセンサ７は、第二触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第二触媒ケーシング４から流出するＮＯXの量（以下、「ＮＯX流出量」と称する）に相関する電気信号を出力する。排気温度センサ８は、第二触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第二触媒ケーシング４から流出する排気の温度と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１０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。アクセルポジションセンサ１１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。
ＥＣＵ９には、内燃機関１に取り付けられた各種機器（たとえば、燃料噴射弁など）、還元剤添加弁５、及びポンプ５０などが電気的に接続されている。ＥＣＵ９は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の各種機器、還元剤添加弁５、及びポンプ５０などを電気的に制御する。たとえば、ＥＣＵ９は、内燃機関１の燃料噴射制御や、還元剤添加弁５から間欠的に還元剤を噴射させる添加制御などの既知の制御に加え、選択還元型触媒の劣化判定処理を実行する。以下、選択還元型触媒の劣化判定処理について説明する。
選択還元型触媒の劣化判定処理では、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５が還元剤を間欠的に噴射するように制御されているとき（添加期間中）に、一定期間あたりの添加量を変更せずに添加周波数を変更すべく還元剤添加弁５を制御（変更処理）する。ＥＣＵ９は、添加周波数が変更されているときと変更されていないときのＮＯX浄化率の差（変更差）をパラメータとして、選択還元型触媒が劣化しているか否かを判別する。
ここでいう「添加周波数」は、還元剤添加弁５が還元剤を噴射する間隔（添加間隔）の逆数に相当し、添加間隔が短くなるほど大きい値（高周波）を示す。また、「ＮＯX浄化率」は、第二触媒ケーシング４へ流入するＮＯX量（ＮＯX流入量）に対し、選択還元型触媒で浄化されるＮＯX量の割合である。
ＮＯX流入量は内燃機関１から排出されるＮＯX量に相当するため、内燃機関１の運転条件（機関回転数、アクセル開度、吸入空気量、燃料噴射量など）をパラメータとして演算することができる。なお、図１に示すように、第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４との間の排気通路２に上流側ＮＯXセンサ６が取り付けられる場合は、該上流側ＮＯXセンサ６の出力信号をＮＯX流入量として用いることができる。
ＥＣＵ９は、上流側ＮＯXセンサ６の出力信号（ＮＯX流入量）と下流側ＮＯXセンサ７の出力信号（ＮＯX流出量）と下記の式とを用いてＮＯX浄化率Ｅｎｏｘを演算する。なお、下記の式におけるＡＮＯXｉｎはＮＯX流入量であり、ＡＮＯXｏｕｔはＮＯX流出量である。
Ｅｎｏｘ＝（ＡＮＯXｉｎ−ＡＮＯXｏｕｔ）／ＡＮＯXｉｎ
ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘは、添加周波数が変更されているときと変更されていないときのそれぞれにおいて演算される。以下では、添加周波数が変更されていないときのＮＯX浄化率Ｅｎｏｘを第一ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘ１と称し、添加周波数が変更されているときのＮＯX浄化率Ｅｎｏｘを第二ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘ２と称する。
ＥＣＵ９は、第一ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘ１と第二ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘ２の差（変更差）ΔＥｎｏｘ（Ｅｎｏｘ２−Ｅｎｏｘ１）の絶対値を演算し、その値が閾値より小さいか否かを判別する。ＥＣＵ９は、前記変更差ΔＥｎｏｘの絶対値が閾値より小さい場合は、選択還元型触媒が劣化していると判定する。なお、変更処理が実行されているとき（添加周波数が変更されているとき）の添加周波数は、変更処理が実行されていないとき（添加周波数が変更されていないとき）の添加周波数より低くされてもよく、或いは高くされてもよい。
ここで、選択還元型触媒が劣化していないときの添加周波数とＮＯX浄化率Ｅｎｏｘとの関係を図２に示す。図２において、選択還元型触媒が劣化していないときＮＯX浄化率Ｅｎｏｘは、添加周波数が低い場合より高い場合の方が大きくなる。すなわち、ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘは、添加周波数が高くなるほど大きくなる。これは、添加周波数が高いときは低いときに比べ、還元剤添加弁５から一回あたりに添加される還元剤の量が少なくなるため、尿素水溶液からＮＨ3への転化（加水分解及び熱分解）が促進されると考えられる。一方、選択還元型触媒が劣化しているときは、ＮＨ3とＮＯXの反応が起こりにくくなるため、添加周波数の差に対して前記変更差が小さくなる。
したがって、前記変更差ΔＥｎｏｘの絶対値が閾値より小さければ、選択還元型触媒が劣化していると判定することができる。なお、ここでいう「閾値」は、選択還元型触媒が劣化していないときに前記変更差ΔＥｎｏｘの絶対値が取り得る最小値からマージンを差し引いた値であり、予め実験などを利用した適合処理によって求められた値である。
また、前記変更差ΔＥｎｏｘの絶対値は、選択還元型触媒の劣化度合いが大きくなるほど（選択還元型触媒の劣化が進行するほど）、小さくなる傾向がある。よって、ＥＣＵ９は、前記変更差ΔＥｎｏｘの絶対値が前記閾値より小さい場合は、前記絶対値と前記閾値との差が大きくなるほど選択還元型触媒の劣化度合いが大きいと判定してもよい。
このような方法に従って選択還元型触媒の劣化判定処理が実行されると、一定期間あたりの還元剤の添加量を変更することなく、選択還元型触媒の劣化を判定することができる。そのため、選択還元型触媒へ供給される還元剤が過多になったり、或いは過少になったりすることもない。その結果、選択還元型触媒をすり抜けるＮＨ3の量が過剰に多くなったり、選択還元型触媒で浄化されるＮＯXの量が過剰に少なくなったりする事態を回避しつつ、選択還元型触媒の劣化を判定することができる。つまり、劣化判定処理の実施に起因した排気エミッションの増加を少なく抑えることができる。また、本実施例の劣化判定処理は還元剤の添加期間中に遂行されるため、選択還元型触媒の劣化を速やかに検出することも可能となる。
ところで、選択還元型触媒より上流の排気通路に酸化触媒が配置される場合は、該酸化触媒から流出する一酸化窒素（ＮＯ）の量と二酸化窒素（ＮＯ2）の量の比率（ＮＯ2／ＮＯ比率）に応じて選択還元型触媒のＮＯX浄化率が変化する可能性がある。しかしながら、本実施例の変更処理は一回の添加期間中の短い時間に遂行されるため、添加周波数が変更されているときと変更されていないときにおいて前記ＮＯ2／ＮＯ比率が大幅に変化する可能性が低くなる。よって、前記ＮＯ2／ＮＯ比率に起因した判定精度の低下を抑制することができる。
また、上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の測定値は、上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の初期交差や経時変化等に起因した誤差を含む場合がある。また、還元剤添加弁５から実際に添加される還元剤の量（以下、「実添加量」）と目標添加量との間には、還元剤添加弁５の初期交差や経時変化等に起因した誤差が生じる場合がある。それらの場合において、前記式に基づいて算出されるＮＯX浄化率Ｅｎｏｘは、上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の測定誤差や実添加量の誤差を含む値となる。
しかしながら、前記第一ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘ１と前記第二ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘ２は、同等の誤差を含む。そのため、前記変更差ΔＥｎｏｘは、前記測定誤差や前記実添加量の誤差が相殺された値となる。よって、本実施例の劣化判定処理によれば、前記測定誤差や前記実添加量の誤差が生じている場合であっても、選択還元型触媒の劣化を判定することができる。
ここで、従来の劣化判定方法として、ＮＯX浄化率と正常値（選択還元型触媒が劣化していないときのＮＯX浄化率）とを比較することにより、選択還元型触媒の劣化を判定する方法が知られている。このような方法を用いる場合は、前記測定誤差や前記実添加量の誤差を考慮して正常値を決定する必要がある。つまり、正常値は、一つの値ではなく、複数の値を含む範囲として設定される必要がある。しかしながら、選択還元型触媒が劣化している場合であっても、該選択還元型触媒へ流入するＮＯX量が多くなると、ＮＯX浄化率が正常値の範囲に属する可能性がある。そのため、前記従来の劣化判定方法は、選択還元型触媒のＮＯX流入量が多くなる運転領域では実施することができなかった。
これに対し、本実施例の劣化判定処理には、前記測定誤差や前記実添加量の誤差を考慮する必要がない。その結果、選択還元型触媒のＮＯX流入量が多くなる運転領域においても、劣化判定処理を行うことが可能になる。すなわち、前記従来の劣化判定方法より広い運転領域において劣化判定処理を実行することができる。よって、本実施例の劣化判定処理は、前記従来の劣化判定方法より早い時期に選択還元型触媒の劣化を検出することも可能になる。
また、前記式に基づいて算出されるＮＯX浄化率Ｅｎｏｘは、上流側ＮＯXセンサ６や下流側ＮＯXセンサ７が故障している場合、又は還元剤添加弁５やポンプ５０が故障している場合にも変化する。そのため、選択還元型触媒が劣化していないにもかかわらず、前記変更差ΔＥｎｏｘの絶対値が前記閾値を下回る可能性がある。一方、選択還元型触媒が劣化しているにもかかわらず、前記変更差ΔＥｎｏｘの絶対値が前記閾値以上になる可能性もある。よって、還元剤添加弁５の異常検出処理は、上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７が正常であること、並びに還元剤添加弁５やポンプ５０が正常であることを条件として、実施されることが望ましい。
そこで、ＥＣＵ９は、選択還元型触媒の劣化判定処理を実行する前に、上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の故障判定処理、並びに還元剤添加弁５やポンプ５０の故障判定処理を実行するようにした。
たとえば、ＥＣＵ９は、上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の通電チェックを実施することにより断線の有無を判定する。上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の断線が発生していない場合は、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５が還元剤を噴射していないときの上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の出力信号の差に基づいて、上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の測定精度の低下を判定する。すなわち、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５が還元剤を噴射していないときの上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の出力信号の差が一定値以下であれば、上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の測定精度が許容範囲内であると判定する。このような判定は、選択還元型触媒がＮＨ3を吸着していないときに実施されることが望ましい。
一方、ＥＣＵ９は、添加周波数を高めたときのＮＯX浄化率の変化量に基づいて、還元剤添加弁５及びポンプ５０の故障を判定（診断）する。ここで、還元剤添加弁５から実際に添加される還元剤の量（以下、「実添加量」と称する）が目標添加量から乖離している場合のＮＯX浄化率Ｅｎｏｘを図３に示す。図３中の実線は実添加量が目標添加量から乖離しているときのＮＯX浄化率Ｅｎｏｘを示し、図３中の一点鎖線は実添加量が目標添加量と略同等であるときのＮＯX浄化率Ｅｎｏｘを示す。
図３に示すように、実添加量が目標添加量と略同等であるときは、選択還元型触媒のＮＯX浄化率Ｅｎｏｘが略一定の値を示す。これに対し、実添加量が目標添加量から乖離しているときは、選択還元型触媒のＮＯX浄化率Ｅｎｏｘが一定値に安定せず、時間の経過とともにランダムな値を示す。
そこで、ＥＣＵ９は、添加周波数を高めたときのＮＯX浄化率の変化量が基準値より大きいことを条件として、還元剤添加弁５又はポンプ５０が故障していると判定するようにした。ここでいう「基準値」は、実添加量と目標添加量の差が許容範囲内にあるときに、ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘの変化量が取り得る最大値にマージンを加算した値である。
上記した方法により上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７が故障していないと判定され、且つ還元剤添加弁５及びポンプ５０が故障してないと判定されたときに、選択還元型触媒の劣化判定処理が実行されると、上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の故障や、還元剤添加弁５及びポンプ５０の故障に起因した判定精度の低下を抑制することができる。
以下、本実施例における劣化判定処理の実行手順について図４に沿って説明する。図４は、ＥＣＵ９が選択還元型触媒の劣化を判定する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ９のＲＯＭ等に記憶されており、ＥＣＵ９によって周期的に実行される。
図４の処理ルーチンでは、ＥＣＵ９は、先ずＳ１０１において上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７が正常であるか否かを判別する。詳細には、ＥＣＵ９は、先ず上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の通電チェックを実施する。通電チェックにより断線が発生してないと判定された場合は、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５が還元剤を噴射していないときの上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の出力信号の差に基づいて、上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の測定精度の低下を判定する。
前記Ｓ１０１において断線が発生していると判定された場合、又は上流側ＮＯXセンサ６又は下流側ＮＯXセンサ７の測定精度が低下していると判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１１１の処理へ進み、上流側ＮＯXセンサ６と下流側ＮＯXセンサ７の少なくとも一方が故障していると判定する。また、前記Ｓ１０１において断線が発生しておらず、且つ上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の測定精度が低下していないと判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０２の処理へ進む。
Ｓ１０２では、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５及びポンプ５０を含む添加系が正常であるか否かを判別する。詳細には、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５から還元剤が添加されているときに、一定期間あたりの添加量を変更せずに添加周波数を高める（添加間隔を短くする）。ＥＣＵ９は、添加周波数が高められているときに、上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の測定値と前記式とに基づいて、単位時間あたりのＮＯX浄化率Ｅｎｏｘの変化量を演算する。次いで、ＥＣＵ９は、単位時間あたりのＮＯX浄化率Ｅｎｏｘの変化量が前記基準値以下であるか否かを判別する。
前記Ｓ１０２において単位時間あたりのＮＯX浄化率Ｅｎｏｘの変化量が前記基準値より大きいと判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１１２へ進み、添加系が故障していると判定する。一方、前記Ｓ１０２において単位時間あたりのＮＯX浄化率Ｅｎｏｘの変化量が前記基準値以下であると判定された場合は、Ｓ１０３へ進む。なお、ＥＣＵ９がＳ1０２及びＳ１１２の処理を実行することにより、本発明に係わる診断手段が実現される。
前記Ｓ１１１において上流側ＮＯXセンサ６と下流側ＮＯXセンサ７の少なくとも一方が故障していると判定された場合、又は前記Ｓ１１２において添加系が故障していると判定された場合は、ＥＣＵ９は、選択還元型触媒の劣化判定処理を実行せずに本ルーチンの実行を終了する。その結果、上流側ＮＯXセンサ６又は下流側ＮＯXセンサ７の故障や、還元剤添加弁５又はポンプ５０の故障等に起因した誤判定が抑制される。
Ｓ１０３では、ＥＣＵ９は、還元剤の添加期間中であるか否かを判別する。Ｓ１０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、本ルーチンの実行を終了する。なお、Ｓ１０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ９は、還元剤の添加が開始されるまで該Ｓ１０３の処理を繰り返し実行してもよい。Ｓ１０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０４へ進む。
Ｓ１０４では、ＥＣＵ９は、上流側ＮＯXセンサ６の出力信号（ＮＯX流入量）ＡＮＯXｉｎと下流側ＮＯXセンサ７の出力信号（ＮＯX流出量）ＡＮＯXｏｕｔを読み込み、第一ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘ１を演算する。すなわち、ＥＣＵ９は、添加周波数が変更されていないときの選択還元型触媒のＮＯX浄化率（第一ＮＯＸ浄化率Ｅｎｏx１）を演算する。
Ｓ１０５では、ＥＣＵ９は、添加周波数を変更すべく還元剤添加弁５を制御する。続いて、Ｓ１０６では、ＥＣＵ９は、上流側ＮＯXセンサ６の出力信号（ＮＯX流入量）ＡＮＯXｉｎと下流側ＮＯXセンサ７の出力信号（ＮＯX流出量）ＡＮＯXｏｕｔを再度読み込み、第二ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘ２を演算する。すなわち、ＥＣＵ９は、添加周波数が変更されているときの選択還元型触媒のＮＯX浄化率（第二ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘ２）を演算する。
ＥＣＵ９がＳ１０４及びＳ１０６の処理を実行することにより、本発明に係わる演算手段が実現される。また、ＥＣＵ９がＳ１０５の処理を実行することにより、本発明に係わる変更手段が実現される。
Ｓ１０７では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０４で算出された第一ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘ１と前記Ｓ１０６で算出された第二ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘ２との差（変更差）ΔＥｎｏｘ（＝Ｅｎｏｘ２−Ｅｎｏｘ１）を演算する。
Ｓ１０８では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０７で算出された変更差ΔＥｎｏｘの絶対値が閾値以上であるか否かを判別する。Ｓ１０８において肯定判定された場合（｜ΔＥｎｏｘ｜≧閾値）は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０９へ進み、選択還元型触媒が正常である（選択還元型触媒が劣化していない）と判定する。一方、Ｓ１０８において否定判定された場合（｜ΔＥｎｏｘ｜＜閾値）は、ＥＣＵ９は、Ｓ１１０へ進み、選択還元型触媒が劣化していると判定する。その際、ＥＣＵ９は、｜ΔＥｎｏｘ｜と閾値との差が大きくなるほど、選択還元型触媒の劣化度合いが大きいと判定してもよい。また、前記Ｓ１１０において選択還元型触媒が劣化していると判定された場合は、ＥＣＵ９は、選択還元型触媒が劣化している旨を示す情報をバックアップＲＡＭ等に記憶させるとともに、運転者に選択還元型触媒の劣化を報知してもよい。
なお、ＥＣＵ９が前記Ｓ１０８乃至Ｓ１１まるの処理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。
以上述べた実施例によれば、排気エミッションの増加を少なく抑えつつ、選択還元型触媒の劣化判定処理を実施することが可能となる。また、本実施例の劣化判定処理は還元剤の添加期間中に遂行されるため、選択還元型触媒の劣化を早期に検出することができる。さらに、本実施例の劣化判定処理によれば、上流側ＮＯXセンサ６及び下流側ＮＯXセンサ７の測定誤差や実添加量の誤差が生じている場合であっても、選択還元型触媒の劣化を判定することができる。
＜実施例２＞
次に、本発明に係わる排気浄化装置の劣化検出システムの第２の実施例について図５乃至図７に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、選択還元型触媒が所定の温度範囲にあるときに、劣化判定処理を実行する点にある。
図５は、選択還元型触媒の温度ＴｃａｔとＮＯX浄化率Ｅｎｏｘとの関係を示す図である。図５中の実線は選択還元型触媒が劣化していないときのＮＯX浄化率を示し、図５中の一点鎖線は選択還元型触媒が劣化しており且つＮＨ3吸着量が多いときのＮＯX浄化率を示し、図５中に二点鎖線は選択還元型触媒が劣化しており且つＮＨ3吸着量が少ないときのＮＯX浄化率を示す。
図５において、選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｃａｔ１より低いときは、選択還元型触媒が劣化していない場合のＮＯX浄化率と劣化している場合のＮＯX浄化率との差が小さくなる。この傾向は、選択還元型触媒のＮＨ3吸着量が多くなるほど顕著となる。さらに、選択還元型触媒のＮＨ3吸着量が多い場合は、還元剤の添加周波数や選択還元型触媒の劣化状態にかかわらず、ＮＯX浄化率Ｅｎｏｘが大きくなる可能性もある。よって、選択還元型触媒のＮＨ3吸着量が多いときの前記変更差ΔＥｎｏｘの絶対値は、還元剤の添加周波数や選択還元型触媒の劣化状態にかかわらず小さくなる可能性がある。
これに対し、選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｃａｔ１以上であるときは、選択還元型触媒が劣化していない場合のＮＯX浄化率と劣化している場合のＮＯX浄化率との差が大きくなる。また、選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｃａｔ１以上であるときは、図５中の一点鎖線と二点鎖線が略同等のＮＯX浄化率を示す。これは、選択還元型触媒の温度が所定温度Ｔｃａｔ１以上であるときは、該選択還元型触媒が吸着可能なＮＯXの量（以下、「ＮＨ3吸着容量」と称する）が小さくなるため、ＮＨ3吸着量がＮＯX浄化率Ｅｎｏｘに及ぼす影響が小さくなると考えられる。
したがって、選択還元型触媒の温度がＮＨ3吸着容量の少なくなる最低の温度、好ましくはＮＨ3吸着容量が零となる最低の温度（下限値）以上であることを条件として、選択還元型触媒の劣化判定処理が実行されることが望ましい。その際、前記下限値は、選択還元型触媒の基材、触媒担体、及び触媒の材質によって変化するため、それらの材質に応じて定められることが望ましい。
前記選択還元型触媒の温度が前記下限値以上となる場合としては、第一触媒ケーシング３に収容されたパティキュレートフィルタの再生処理が実行されているときや再生処理の実行終了直後などが考えられる。よって、選択還元型触媒の劣化判定処理は、パティキュレートフィルタの再生処理が実行されているときや実行終了直後に実行されてもよい。
また、第一触媒ケーシング３の酸化触媒へ未燃燃料を供給することにより、第一触媒ケーシング３から流出する排気の温度（第二触媒ケーシング４へ流入する排気の温度）を前記下限値以上まで高めることも可能である。よって、膨張行程中又は排気行程中の気筒の燃料噴射弁から燃料を噴射（ポスト噴射又はアフター噴射）させることにより、第二触媒ケーシング４内の雰囲気温度を前記下限値以上に高めてもよい。
ところで、選択還元型触媒のＮＨ3吸着容量は、図６に示すように、選択還元型触媒の温度が高くなるほど小さくなる傾向がある。しかしながら、選択還元型触媒の温度が過剰に高くなると、選択還元型触媒の劣化状態や還元剤の添加周波数にかかわらず、選択還元型触媒のＮＯX浄化率が小さくなる傾向がある。たとえば、前述の図５において、選択還元型触媒の温度が所定温度Ｔｃａｔ２より高くなると、選択還元型触媒が劣化していない場合のＮＯX浄化率と劣化している場合のＮＯX浄化率との差が小さくなる。そのため、選択還元型触媒の温度が過剰に高いときに劣化判定処理が実行されると、選択還元型触媒が劣化していないにもかかわらず、選択還元型触媒が劣化していると誤判定される可能性がある。
したがって、選択還元型触媒の劣化判定処理は、選択還元型触媒の温度が前記下限値以上且つ上限値以下の温度範囲にあるときに実行されることが望ましい。ここでいう「上限値」は、前述の図５中のＴｃａｔ２に相当し、選択還元型触媒が劣化していないときの変更差ΔＥｎｏｘの絶対値と前記閾値との差が判定精度を確保し得る最小の大きさになる温度からマージンを差し引いた温度である。言い換えると、「上限値」は、選択還元型触媒が劣化していないときの変更差ΔＥｎｏｘの絶対値と選択還元型触媒が劣化しているときの変更差ΔＥｎｏｘの絶対値との差が顕著となる最低の温度からマージンを差し引いた温度である。その際、前記上限値は、前記下限値と同様に、選択還元型触媒の基材、触媒担体、及び触媒の材質によって変化する。よって、前記上限値は、選択還元型触媒の基材、触媒担体、及び触媒の材質に応じて定めるものとする。
以上述べたように、選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔが所定の温度範囲にあるときに選択還元型触媒の劣化判定処理が実行されると、ＮＨ3吸着量に起因した判定精度の低下を抑制することができる。言い換えると、選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔが所定の温度範囲にあるときに選択還元型触媒の劣化判定処理が実行されると、選択還元型触媒の劣化判定をより正確に行うことが可能になる。
以下、本実施例における劣化判定処理の実行手順について図７に沿って説明する。図７は、ＥＣＵ９が選択還元型触媒の劣化を判定する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ９のＲＯＭ等に記憶されており、ＥＣＵ９によって周期的に実行される。なお、図７の処理ルーチンにおいて、前述した第１の実施例の処理ルーチン（図４を参照）と同等の処理には、同一の符号が付されている。
図７の処理ルーチンでは、ＥＣＵ９は、先ずＳ２０１において、選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔが前記下限値Ｔｃａｔ１より低いか否かを判別する。その際、選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔとしては、排気温度センサ８の出力信号を用いるものとする。
前記Ｓ２０１において否定判定された場合（Ｔｃａｔ≧Ｔｃａｔ１）は、ＥＣＵ９は、後述するＳ２０２及びＳ２０３の処理をスキップしてＳ２０４の処理へ進む。一方、前記Ｓ２０１において肯定判定された場合（Ｔｃａｔ＜Ｔｃａｔ１）は、ＥＣＵ９は、Ｓ２０２の処理へ進む。
Ｓ２０２では、ＥＣＵ９は、昇温処理を実行する。詳細には、ＥＣＵ９は、膨脹行程中又は排気行程中の気筒の燃料噴射弁から燃料を噴射（ポスト噴射又はアフター噴射）させることにより、未燃燃料を第一触媒ケーシング３の酸化触媒へ供給する。その場合、未燃燃料が酸化触媒により酸化される。未燃燃料が酸化される際に発生する反応熱は、第一触媒ケーシング３を流通する排気に伝達される。その結果、第一触媒ケーシング３から流出する排気の温度、言い換えれば第二触媒ケーシング４へ流入する排気の温度が上昇する。よって、選択還元型触媒は、排気の熱を受けて昇温することになる。
Ｓ２０３では、ＥＣＵ９は、選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔが前記下限値Ｔｃａｔ１以上に上昇したか否かを判別する。Ｓ２０３において否定判定された場合（Ｔｃａｔ＜Ｔｃａｔ１）は、ＥＣＵ９は、該Ｓ２０３の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ２０３において肯定判定された場合（Ｔｃａｔ≧Ｔｃａｔ１）は、ＥＣＵ９は、Ｓ２０４の処理へ進む。
Ｓ２０４では、ＥＣＵ９は、選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔが上限値Ｔｃａｔ２以下であるか否かを判別する。Ｓ２０４において否定判定された場合（Ｔｃａｔ＞Ｔｃａｔ２）は、ＥＣＵ９は、Ｓ２０５の処理へ進み、昇温処理を終了させる。詳細には、ＥＣＵ９は、燃料噴射弁によるポスト噴射又はアフター噴射を停止させる。一方、Ｓ２０４において肯定判定された場合（Ｔｃａｔ≦Ｔｃａｔ２）は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０１の処理へ進む。なお、Ｓ１０１以降の処理は、前述した第１の実施例の処理ルーチンと同様である。
このようにＥＣＵ９が図７の処理ルーチンに従って選択還元型触媒の劣化判定処理を実行した場合は、前述した第１の実施例と同様の効果を得ることができるとともに、劣化判定処理の判定精度を高めることもできる。
＜実施例３＞
次に、本発明に係わる排気浄化装置の劣化検出システムの第３の実施例について図８乃至図９に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、選択還元型触媒が新品状態又は新品同様の状態にあるときは、劣化判定処理に用いられる閾値を小さくする点にある。
図８は、選択還元型触媒が劣化していない場合において、排気浄化装置が搭載された車両の走行距離Ｒｄと前記変更差ΔＥｎｏｘの絶対値（｜ΔＥｎｏｘ｜）との関係を示す図である。なお、ここでいう「走行距離」は、新品状態の選択還元型触媒が車両に搭載された時点から車両が走行した距離の累積値である。
図８に示すように、車両の走行距離Ｒｄが一定距離Ｒｄ１以上であるときは、前記変更差ΔＥｎｏｘの絶対値が閾値より大きくなる。一方、車両の走行距離Ｒｄが前記一定距離Ｒｄ１より短いときは、前記変更差ΔＥｎｏｘの絶対値が閾値より小さくなる。これは、選択還元型触媒が新品状態（又は新品同様の状態）にあるときは、該選択還元型触媒の酸化能力が高いため、ＮＯXから還元されたＮ2がＮＯやＮＯ2等のＮＯXに再酸化されると考えられる。
そこで、本実施例では、車両の走行距離Ｒｄが一定距離Ｒｄ１未満であるときに選択還元型触媒の劣化判定処理が実行される場合は、車両の走行距離Ｒｄが一定距離Ｒｄ１以上であるときに選択還元型触媒の劣化判定処理が実行される場合に比べ、前記閾値が小さい値に設定されるようにした。ここでいう「一定距離」は、予め実験等を利用した適合処理によって求められた走行距離である。
このような方法により閾値が定められると、選択還元型触媒が新品状態又は新品同様の状態にあるときに選択還元型触媒の劣化判定処理が実行された場合の判定精度の低下、たとえば、選択還元型触媒が劣化していないにもかかわらず劣化していると誤判定される事態を回避することができる。
以下、本実施例における劣化判定処理の実行手順について図９に沿って説明する。図９は、ＥＣＵ９が選択還元型触媒の劣化を判定する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ９のＲＯＭ等に記憶されており、ＥＣＵ９によって周期的に実行される。なお、図９の処理ルーチンにおいて、前述した第１の実施例の処理ルーチン（図４を参照）と同等の処理には、同一の符号が付されている。
図９の処理ルーチンでは、ＥＣＵ９は、Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合に、Ｓ３０１の処理を実行する。Ｓ３０１では、ＥＣＵ９は、車両の走行距離Ｒｄが一定距離Ｒｄ１未満であるか否かを判別する。Ｓ３０１において否定判定された場合（Ｒｄ≧Ｒｄ１）は、ＥＣＵ９は、後述するＳ３０２の処理をスキップしてＳ１０３の処理へ進む。一方、Ｓ３０１において肯定判定された場合（Ｒｄ＜Ｒｄ１）は、ＥＣＵ９は、Ｓ３０２の処理へ進む。
Ｓ３０２では、ＥＣＵ９は、閾値の大きさを変更する。詳細には、ＥＣＵ９は、走行距離Ｒｄが一定距離Ｒｄ１以上であるときに比べ、閾値を小さい値に変更する。その際の閾値は、選択還元型触媒が未劣化の新品状態にあるときに前記変更差の絶対値が取り得る値より小さい値であり、予め実験等を利用した適合処理によって定められた値である。
ＥＣＵ９は、前記Ｓ３０２の処理を実行した後に、Ｓ１０３の処理へ進む。なお、Ｓ市０３以降の処理は、前述した第１の実施例の処理ルーチンと同様である。
ＥＣＵ９が図９の処理ルーチンに従って選択還元型触媒の劣化判定処理を実行した場合は、前述した第１の実施例と同様の効果を得ることができるとともに、選択還元型触媒が新品状態又は新品同様の状態にあるときの判定精度の低下を抑制することができる。
なお、本実施例では、選択還元型触媒の酸化能力が高くなる期間を判別するためのパラメータとして、車両の走行距離Ｒｄを用いる例について述べたが、新品状態の選択還元型触媒が車両に搭載された時点からの内燃機関１の運転時間の累積値、排気温度の積算値、或いは燃料噴射量の積算値であってもよい。要するに、選択還元型触媒の酸化能力の低下と相関するパラメータであれば、如何なるパラメータを用いてもよい。
また、本実施例と前述した第２の実施例は組み合わせることができる。その場合、劣化判定処理の判定精度をより一層高めることができる。
＜他の実施例＞
前述した第１乃至第３の実施例では、酸化触媒及びパティキュレートフィルタを収容した第一触媒ケーシング３の下流に、選択還元型触媒を収容した第二触媒ケーシング４が配置される構成において、選択還元型触媒の劣化判定処理を実行する例について述べた。しかしながら、本発明を適用する構成は、上記の構成に限定されるものではない。たとえば、本発明の劣化判定処理は、図１０に示すように、選択還元型触媒が収容された第二触媒ケーシング４より上流の排気通路２に酸化触媒を収容した第三触媒ケーシング３０が配置され、第二触媒ケーシング４より下流の排気通路にパティキュレートフィルタを収容した第四触媒ケーシング３１が配置された構成においても実行することができる。また、本発明の劣化判定処理は、図１１に示すように、酸化触媒を収容した第五触媒ケーシング３２の下流に、選択還元型触媒とパティキュレートフィルタを収容した第六触媒ケーシング３３が配置される構成においても実行することができる。その際、選択還元型触媒は、パティキュレートフィルタと別体の触媒担体に担持されてもよく、パティキュレートフィルタに担持されてもよい。
１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 第一触媒ケーシング
４ 第二触媒ケーシング
５ 還元剤添加弁
６ 上流側ＮＯXセンサ
７ 下流側ＮＯXセンサ
８ 排気温度センサ
９ ＥＣＵ
３０ 第三触媒ケーシング
３１ 第四触媒ケーシング
３２ 第五触媒ケーシング
３３ 第六触媒ケーシング
５０ ポンプ
５１ 還元剤タンク

Claims (8)

  1. 内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、
    前記選択還元型触媒より上流の排気通路に配置され、アンモニアの前駆体である還元剤を排気中に添加する還元剤添加弁と、
    前記選択還元型触媒より下流の排気通路に配置され、排気中に含まれる窒素酸化物の量を測定するＮＯXセンサと、
    前記ＮＯXセンサの測定値をパラメータとして、前記選択還元型触媒へ流入する窒素酸化物の量に対する前記選択還元型触媒で浄化される窒素酸化物の量の割合であるＮＯX浄化率を演算する演算手段と、
    前記還元剤添加弁による還元剤の添加期間中に、一定期間あたりの添加量を固定しつつ添加間隔を変更すべく前記還元剤添加弁を制御するための変更処理を実行する変更手段と、
    前記変更手段により添加間隔が変更されているときと変更されていないときに前記演算手段が演算するＮＯX浄化率の差に基づいて前記選択還元型触媒の劣化を判定するための判定処理を実行する判定手段と、
    を備える排気浄化装置の劣化検出システム。
  2. 請求項１において、前記判定手段は、前記変更手段により添加間隔が変更されているときと変更されていないときに前記演算手段が演算するＮＯX浄化率の差が閾値より小さいことを条件として、前記選択還元型触媒が劣化していると判定する排気浄化装置の劣化検出システム。
  3. 請求項２において、前記閾値は、車両の走行距離が一定距離未満であるときは一定距離以上であるときに比べ、小さい値にされる排気浄化装置の劣化検出システム。
  4. 請求項２又は３において、前記判定手段は、前記変更手段により添加間隔が変更されているときと変更されていないときに前記演算手段が演算するＮＯX浄化率の差が閾値に比して小さくなるほど、前記選択還元型触媒の劣化度合いが高いと判定する排気浄化装置の劣化検出システム。
  5. 請求項１乃至４の何れか１項において、前記変更手段及び前記判定手段は、前記選択還元型触媒の温度が下限値以上であることを条件として、前記変更処理及び前記判定処理を実行する排気浄化装置の劣化検出システム。
  6. 請求項５において、前記変更手段及び前記判定手段は、前記選択還元型触媒の温度が上限値を超えるときは、前記変更処理及び前記判定処理を実行しない排気浄化装置の劣化検出システム。
  7. 請求項１乃至６の何れか１項において、前記還元剤添加弁の故障を診断する診断手段をさらに備え、
    前記変更手段及び前記判定手段は、前記診断手段により前記還元剤添加弁が故障していないと診断されたことを条件として、前記変更処理及び前記判定処理を実行する排気浄化装置の劣化検出システム。
  8. 請求項７において、前記診断手段は、前記変更手段により添加間隔が短くされているときのＮＯX浄化率の変化量が基準値以下であることを条件として、前記還元剤添加弁が故障していないと判定する排気浄化装置の劣化検出システム。
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