JP2010151110A - 内燃機関の触媒劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の触媒劣化判定装置において、触媒劣化と還元剤分散悪化とを区別して判定し、触媒劣化を正確に判定する技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に配置され尿素が供給されることで排気中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒に尿素を添加する尿素添加弁と、を備え、空気量−浄化率基準特性と、現在の空気量−浄化率現行特性と、を比較することで、触媒劣化と尿素分散悪化とを区別して判定する場合において、空気量−浄化率基準特性は、還元剤量−浄化率特性から求められる最適添加量が所定量よりも多い場合又は最高浄化率が所定値よりも高い場合、且つ、当該空気量−浄化率基準特性が過去に算出されていない場合に算出される。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の触媒劣化判定装置に関する。

従来、アンモニア又はその前駆体である還元剤が供給されることで排気中のＮＯｘを浄化する触媒を内燃機関の排気通路に配置することが行われている。そして、触媒下流のアンモニア濃度を推定すると共に触媒下流のアンモニア濃度を実際に測定し、推定アンモニア濃度と実測アンモニア濃度との乖離に基づき触媒劣化を判定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１２５３２３号公報

しかしながら、触媒下流の推定アンモニア濃度と実測アンモニア濃度との乖離は、触媒劣化によって生じるだけでなく、還元剤を添加する還元剤添加弁の異常や還元剤を添加した排気通路の破損等により生じる還元剤分散悪化によっても生じる。そのため、特許文献１の技術では、触媒劣化と判定しても、触媒劣化が生じておらず還元剤分散悪化が生じている場合があり、触媒劣化を正確に判定できるものではなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の触媒劣化判定装置において、触媒劣化と還元剤分散悪化とを区別して判定し、触媒劣化を正確に判定する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置され、還元剤が供給されることで排気中のＮＯｘを浄化する触媒と、
前記触媒に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記触媒よりも下流の前記排気通路に配置され、前記触媒から排出される排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段と、
前記還元剤添加手段から添加される還元剤量を変化させながら前記ＮＯｘ濃度検出手段によってＮＯｘ濃度を検出し、前記還元剤添加手段から添加される還元剤量に対する前記触媒の浄化率の特性（還元剤量−浄化率特性）を算出する還元剤量−浄化率特性算出手段と、
前記還元剤量−浄化率特性算出手段によって算出された還元剤量−浄化率特性から求められる最適添加量を前記還元剤添加手段から添加しつつ、前記触媒を流通する空気量を変化させながら前記ＮＯｘ濃度検出手段によってＮＯｘ濃度を検出し、前記触媒を流通する空気量に対する前記触媒の浄化率の特性（空気量−浄化率特性）を算出する空気量−浄化率特性算出手段と、
過去に前記空気量−浄化率特性算出手段によって算出された空気量−浄化率基準特性と、現在の前記空気量−浄化率特性算出手段によって算出される空気量−浄化率現行特性と、を比較することで、触媒劣化と還元剤分散悪化とを区別して判定する判定手段と、
を備え、
空気量−浄化率基準特性は、前記還元剤量−浄化率特性算出手段によって算出された還元剤量−浄化率特性から求められる最適添加量が所定量よりも高い場合又は最高浄化率が所定値よりも高い場合、且つ、当該空気量−浄化率基準特性が過去に取得されていない場合に、前記空気量−浄化率特性算出手段によって算出されることを特徴とする内燃機関の
触媒劣化判定装置である。

触媒劣化と還元剤分散悪化とを区別して判定するため、空気量−浄化率基準特性と、現在の空気量−浄化率特性算出手段によって算出される空気量−浄化率現行特性と、を比較する。ここで、内燃機関や内燃機関に搭載される触媒等には、個体差がある。このため、空気量−浄化率基準特性を一律に定め、一律な空気量−浄化率基準特性と空気量−浄化率現行特性とを比較すると、個体差の影響により装置使用当初から、一律な空気量−浄化率基準特性と空気量−浄化率現行特性との間に乖離が生じてしまうことがある。これにより、触媒劣化や還元剤分散悪化が実際に生じていなくても、触媒劣化や還元剤分散悪化と誤判定してしまう場合がある。

そこで、本発明では、空気量−浄化率基準特性は、還元剤量−浄化率特性算出手段によって算出された還元剤量−浄化率特性から求められる最適添加量が所定量よりも多い場合又は最高浄化率が所定値よりも高い場合、且つ、当該空気量−浄化率基準特性が過去に取得されていない場合に、空気量−浄化率特性算出手段によって算出されるようにした。

ここで、最適添加量の所定量とは、それよりも多い還元剤量であると、未だ触媒劣化が生じず、且つ、未だ還元剤分散悪化が生じていないと判断できる量である。また、最高浄化率の所定値とは、それよりも高い浄化率であると、未だ触媒劣化が生じず、且つ、未だ還元剤分散悪化が生じていないと判断できる値である。

最適添加量が所定量よりも高い場合又は最高浄化率が所定値よりも高い場合には、未だ触媒劣化が生じず、且つ、未だ還元剤分散悪化が生じていない場合である。また、空気量−浄化率基準特性が過去に取得されていない場合には、内燃機関や触媒が新品等の装置使用当初の場合である。よって、このような場合に、空気量−浄化率基準特性を取得することで、内燃機関や内燃機関に搭載される触媒等の個体差を加味したその装置に固有の空気量−浄化率基準特性が算出できる。したがって、固有の空気量−浄化率基準特性と、この固有の空気量−浄化率基準特性から変化した現在の空気量−浄化率現行特性と、を比較することで、触媒劣化と還元剤分散悪化とを区別して判定することができ、触媒劣化を正確に判定することができる。

前記内燃機関の運転状態が前記触媒を流通する空気量が少ない低空気量領域に留まる場合には、前記判定手段は、過去に前記空気量−浄化率特性算出手段によって算出された空気量−浄化率基準特性内の低空気量領域の範囲の特性である低空気量領域基準特性と、現在の前記空気量−浄化率特性算出手段によって前記低空気量領域のみ算出される空気量−浄化率現行特性内の前記低空気量領域の範囲の特性である低空気量領域現行特性と、を比較することで、還元剤分散悪化か否かを判定するとよい。

内燃機関の運転状態が触媒を流通する空気量が少ない低空気量領域に留まる場合には、触媒を流通する空気量を変化させることができない。このため、この場合には空気量−浄化率特性算出手段によって空気量−浄化率現行特性を算出することができない。よって、触媒劣化と還元剤分散悪化とを区別して判定することができなくなる。しかしながら、空気量−浄化率特性内の低空気量領域の範囲では、正常時及び触媒劣化時は、特性が類似するものの、還元剤分散悪化時は、正常時及び触媒劣化時とは明らかに特性が異なる。そこで、本発明では、内燃機関の運転状態が触媒を流通する空気量が少ない低空気量領域に留まる場合には、還元剤分散悪化か否かを判定するようにした。本発明によると、空気量−浄化率現行特性を算出できず触媒劣化と還元剤分散悪化とを区別して判定することができない内燃機関の運転状態が低空気量領域に留まる場合であっても、還元剤分散悪化か否かだけは速やかに判定できる。

前記判定手段は、過去に前記空気量−浄化率特性算出手段によって算出された空気量−浄化率基準特性と、現在の前記空気量−浄化率特性算出手段によって算出される空気量−浄化率現行特性と、を比較し、触媒劣化ではないと判定した場合に、前回判定時から現在への前記還元剤量−浄化率特性算出手段によって算出される還元剤量−浄化率特性の変化に基づいて、触媒劣化と還元剤分散悪化とを区別して判定するとよい。

空気量−浄化率基準特性と空気量−浄化率現行特性とを比較し、触媒劣化ではなく還元剤分散悪化であると判定できる場合であっても、実際には還元剤分散悪化ではなく触媒劣化である場合がある。そこで、本発明では、空気量−浄化率基準特性と空気量−浄化率現行特性とを比較し、触媒劣化ではないと判定した場合に、前回判定時から現在への還元剤量−浄化率特性の変化に基づいて、触媒劣化と還元剤分散悪化とを区別して判定するようにした。本発明によると、より詳細に触媒劣化と還元剤分散悪化とを区別して判定することができ、触媒劣化をより正確に判定することができる。

本発明によると、内燃機関の触媒劣化判定装置において、触媒劣化と還元剤分散悪化とを区別して判定することができ、触媒劣化を正確に判定することができる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の触媒劣化判定装置を適用する内燃機関及び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つの気筒を有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は車両に搭載されている。

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、ＳＣＲ触媒３が配置されている。ＳＣＲ触媒３は、当該ＳＣＲ触媒３に還元剤としての尿素が供給されることで排気通路２を流通する排気中のＮＯｘを浄化する。本実施例のＳＣＲ触媒３が本発明の触媒に相当する。なお、本実施例では還元剤として尿素を用いるが、本発明の還元剤としてはこれに限られるものではない。

ＳＣＲ触媒３よりも上流側の排気通路２には、排気通路２内へ尿素を添加する尿素添加弁４が配置されている。尿素タンク５から尿素添加弁４へ尿素が供給される。尿素添加弁４から添加された尿素は、排気通路２内を流通してＳＣＲ触媒３へ供給される。本実施例の尿素添加弁４が本発明の還元剤添加手段に相当する。

そして、尿素添加弁４の下流側且つＳＣＲ触媒３の上流側の排気通路には、尿素添加弁４から添加された尿素を分散させる分散板６が配置されている。排気通路２は、分散板６を境にして、分散板６よりも上流側が一定の狭い通路面積であり、分散板６よりも下流側がＳＣＲ触媒３に近づくにつれ通路面積が広くなっている。

ＳＣＲ触媒３の直下流側の排気通路２には、ＳＣＲ触媒３から流出した排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ７が配置されている。本実施例のＮＯｘセンサ７が本発明のＮＯｘ濃度検出手段に相当する。排気通路２及び上記排気通路２に配置される機器が内燃機関１の排気系を構成している。

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ＥＣＵ８が併設されている。このＥＣＵ８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。

ＥＣＵ８には、ＮＯｘセンサ７の他に、アクセルペダルの踏み込み量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ９、及び内燃機関１の機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１０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ＥＣＵ８に入力される。

一方、ＥＣＵ８には、尿素添加弁４が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ８により尿素添加弁４が制御され、添加尿素量や添加タイミング等が指示される。

ところで、従来、尿素添加弁４から添加される尿素量を変化させながら、ＮＯｘセンサ７によってＮＯｘ濃度を検出し、図２に示す尿素添加弁４から添加される尿素量に対するＳＣＲ触媒３の浄化率の特性（以下、尿素量−浄化率特性）を算出していた。そして、尿素量−浄化率特性の違いから、触媒劣化を判定していた。なお、尿素量−浄化率特性は、本発明における還元剤量−浄化率特性に相当する。また、ＳＣＲ触媒３よりも上流側のＮＯｘ濃度はＥＣＵ８により推定されている。

図３は尿素量−浄化率特性が異なる３つの場合を示している。図３に示す実線の尿素量−浄化率特性は、ＳＣＲ触媒３が正常である場合の特性である。図３に示す破線の尿素量−浄化率特性は、ＳＣＲ触媒３が劣化して５０％浄化率が悪化した場合の特性である。図３に示す一点鎖線の尿素量−浄化率特性は、尿素添加弁４からは尿素を添加しているもののＳＣＲ触媒３に供給される尿素量が５０％不足した場合の特性である。従来においては、図３に示す破線の特性となることで、ＳＣＲ触媒３が劣化したと判定していた。

しかしながら、図４に示すように、尿素添加弁４の異常や排気通路２又は分散板６の破損等により尿素添加弁４から添加される尿素が一部分に集中し、ＳＣＲ触媒３への尿素の分散が悪化する場合がある。この場合にも、図３に示す破線の尿素量−浄化率特性となることが判明した。つまり、尿素添加弁４からＳＣＲ触媒３への尿素の分散が悪化して５０％浄化率が悪化した場合も、図３に示す破線の尿素量−浄化率特性となる。

すなわち、ＳＣＲ触媒３への尿素の分散が悪化すると、ＳＣＲ触媒３の一部分に尿素が反応することで発生したＮＨ_３が集中してしまう。このため、尿素の分散が正常のときの尿素量を添加してしまうと、ＳＣＲ触媒３のＮＨ_３が集中した部分からＮＨ_３のすり抜けが生じる。よって、ＳＣＲ触媒３への尿素の分散が悪化した場合には、ＳＣＲ触媒３が劣化していないにもかかわらず、図３に示す破線の尿素量−浄化率特性のように特性が算出されてしまう。

以上のことから、尿素量−浄化率特性の違いからＳＣＲ触媒３の劣化を判定しても、ＳＣＲ触媒３の劣化が生じておらず尿素分散悪化が生じている場合があり、ＳＣＲ触媒３の劣化を正確に判定できるものではなかった。

ところで、尿素量−浄化率特性から求まる最適添加量の尿素を添加しつつ、ＳＣＲ触媒３を流通する空気量を変化させながらＮＯｘセンサ７によってＮＯｘ濃度を検出し、ＳＣＲ触媒３を流通する空気量に対するＳＣＲ触媒３の浄化率の特性（以下、空気量−浄化率特性という）を算出することもできる。本実施例では、内燃機関１の運転状態を変更することで、ＳＣＲ触媒３を流通する空気量を変化させるようにしている。また、ＳＣＲ触媒３よりも上流側のＮＯｘ濃度はＥＣＵ８により推定されている。本発明者の鋭意検討によって、空気量−浄化率特性は、正常時と、触媒劣化時と、尿素分散悪化時との各々で描く特性が異なることを見出した。

具体的には、触媒劣化も尿素分散悪化も生じていない正常時では、図５に示す実線の空
気量−浄化率特性のように、ＳＣＲ触媒３を流通する空気量が少ない低空気量領域では、高い一定の浄化率を示し、低空気量領域から空気量が増加するに従って浄化率が緩やかに下降していく。浄化率が下降していく途中には、吸気量が変化しても一時的に浄化率が変化しない部分を有する。浄化率が下降していく際、空気量が増加するに従って緩やかに下降する浄化率の傾きは、ほぼ一定のままである。

触媒劣化時では、図５に示す細破線の空気量−浄化率特性のように、ＳＣＲ触媒３を流通する空気量が少ない低空気量領域では、正常時と同じ高い一定の浄化率を示し、低空気量領域から空気量が増加するに従って浄化率が正常時よりも急激に下降していく。浄化率が下降していく途中には、吸気量が変化しても一時的に浄化率が変化しない部分を有する。つまり、触媒劣化時は、特性全体が正常時に比べて左側にシフトし、且つ、空気量が増加するに従って下降する浄化率の傾きも正常に比べて急になる。浄化率が下降していく際、空気量が増加するに従って急激に下降する浄化率の傾きは、ほぼ一定のままである。

尿素分散悪化時では、図５に示す粗破線の空気量−浄化率特性のように、ＳＣＲ触媒３を流通する空気量が少ない低空気量領域では、正常時や触媒劣化時に比べて低い一定の浄化率を示し、低空気量領域から空気量が増加するに従って浄化率が正常時よりも緩やかに下降していく。浄化率が下降していく際、空気量が増加するに従って下降する浄化率の傾きは、細かく変動する。

上記の特性を反映し、触媒劣化と尿素分散悪化とを区別して判定するため、正常時の空気量−浄化率特性を示す空気量−浄化率基準特性と、現在のＳＣＲ触媒３の空気量−浄化率特性を示す空気量−浄化率現行特性と、を比較することが考えられる。これにより、例えば、空気量−浄化率現行特性が、空気量−浄化率基準特性とほぼ等しい場合には、正常であると判定できる。例えば、空気量−浄化率現行特性が、空気量−浄化率基準特性に比して、特性全体が左側にシフトし、且つ、空気量が増加するに従って下降する浄化率の傾きが急になる場合には、触媒劣化であると判定できる。例えば、空気量−浄化率現行特性が、空気量−浄化率基準特性に比して、低空気量領域で低い一定の浄化率を示し、低空気量領域から空気量が増加するに従って浄化率が緩やかに下降し、浄化率が下降していく際、空気量が増加するに従って下降する浄化率の傾きが細かく変動する場合には、尿素分散悪化であると判定できる。

ここで、内燃機関１や内燃機関１に搭載されるＳＣＲ触媒３等には、個体差がある。このため、空気量−浄化率基準特性を予め一律に定め、この一律な空気量−浄化率基準特性と空気量−浄化率現行特性とを比較すると、個体差の影響により装置使用当初から一律な空気量−浄化率基準特性と空気量−浄化率現行特性との間に乖離が生じてしまうことがある。これにより、触媒劣化や尿素分散悪化が実際に生じていなくても、触媒劣化や尿素分散悪化と誤判定してしまう場合がある。

そこで、本実施例では、空気量−浄化率基準特性は、算出された尿素量−浄化率特性から求められる最適添加量が所定量よりも多い場合又は最高浄化率が所定値よりも高い場合、且つ、当該空気量−浄化率基準特性が過去に取得されていない場合に、算出されるようにした。

ここで、最適添加量の所定量とは、それよりも多い還元剤量であると、未だ触媒劣化が生じず、且つ、未だ尿素分散悪化が生じていないと判断できる量である。また、最高浄化率の所定値とは、それよりも高い浄化率であると、未だ触媒劣化が生じず、且つ、未だ尿素分散悪化が生じていないと判断できる値である。

最適添加量が所定量よりも高い場合又は最高浄化率が所定値よりも高い場合には、未だ
触媒劣化が生じず、且つ、未だ尿素分散悪化が生じていない場合である。また、空気量−浄化率基準特性が過去に取得されていない場合には、内燃機関１やＳＣＲ触媒３が新品等の装置使用当初の場合である。よって、このような場合に、空気量−浄化率基準特性を取得することで、内燃機関１や内燃機関１に搭載されるＳＣＲ触媒３等の個体差を加味したその装置に固有の空気量−浄化率基準特性が取得できる。したがって、固有の空気量−浄化率基準特性と、この固有の空気量−浄化率基準特性から変化した現在の空気量−浄化率現行特性と、を比較することで、触媒劣化と尿素分散悪化とを区別して判定することができ、触媒劣化を正確に判定することができる。

次に、本実施例による触媒劣化判定制御ルーチン１について説明する。図６は、本実施例による触媒劣化判定制御ルーチン１を示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返しＥＣＵ８により実行される。

ステップＳ１０１では、ＳＣＲ触媒３の尿素量−浄化率特性を算出する。当該尿素量−浄化率特性は、空気量が一定の状態で尿素添加弁４から添加される尿素量を変化させながらＮＯｘセンサ７によってＮＯｘ濃度を検出し、算出される。本ステップを実行するＥＣＵ８が本発明の還元剤量−浄化率特性算出手段に相当する。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で算出した尿素量−浄化率特性から求められる最適添加量が所定量以下、且つ、尿素量−浄化率特性から求められる最高浄化率が所定値以下であるか否かを判別する。最適添加量は、図２に示す尿素量−浄化率特性のうち、浄化率が最も高くなるときの尿素量である。最高浄化率は、図２に示す尿素量−浄化率特性のうち、最適添加量を添加したときの浄化率である。

ステップＳ１０２において、最適添加量が所定量以下、且つ、最高浄化率が所定値以下であると肯定判定された場合には、ステップＳ１０６へ移行する。これにより、ステップＳ１０６へ移行する場合は、ＳＣＲ触媒３が劣化した触媒劣化の場合、及び、ＳＣＲ触媒３の劣化が生じていない尿素分散悪化の場合のいずれかに限られる。ステップＳ１０２において、最適添加量が所定量よりも多い、又は、最高浄化率が所定値よりも高いと否定判定された場合には、ステップＳ１０３へ移行する。

ステップＳ１０３では、空気量−浄化率基準特性取得済みか否かを判別する。空気量−浄化率基準特性は、取得した場合にＥＣＵ８に記憶させておくので、ＥＣＵ８に空気量−浄化率基準特性が記憶されている場合に取得済みと判断される。なお、ＳＣＲ触媒３を交換した場合等には、取得した空気量−浄化率基準特性をＥＣＵ８から削除し、未記憶状態にリセットするようにしてもよい。

ステップＳ１０３において、空気量−浄化率基準特性を取得済みであると肯定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。ステップＳ１０３において、空気量−浄化率基準特性を取得済みでないと否定判定された場合には、ステップＳ１０４へ移行する。これにより、ステップＳ１０４へ移行する場合は、最適添加量が所定量よりも多い場合又は最高浄化率が所定値よりも高い場合、且つ、空気量−浄化率基準特性が過去に算出されていない場合に限られる。

ステップＳ１０４では、ＳＣＲ触媒３が正常と判定する。そして、ステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０５では、ＳＣＲ触媒３の空気量−浄化率基準特性を算出し取得する。当該空気量−浄化率基準特性は、ステップＳ１０１で算出した尿素量−浄化率特性から求められる最適添加量を尿素添加弁４から添加しつつ、ＳＣＲ触媒３を流通する空気量を変化
させながらＮＯｘセンサ７によってＮＯｘ濃度を検出し、算出される。本ステップを実行するＥＣＵ８が本発明の空気量−浄化率特性算出手段に相当する。ここでは、本ステップに移行するのが、ＳＣＲ触媒３が正常の場合であるので、図５の実線に示すようにＳＣＲ触媒３の空気量−浄化率基準特性が算出される。そして、ＳＣＲ触媒３の空気量−浄化率基準特性は、ＥＣＵ８に記憶される。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。

一方、ステップＳ１０６では、ＳＣＲ触媒３の空気量−浄化率現行特性を算出する。当該空気量−浄化率現行特性は、ステップＳ１０１で算出した尿素量−浄化率特性から求められる最適添加量を尿素添加弁４から添加しつつ、ＳＣＲ触媒３を流通する空気量を変化させながらＮＯｘセンサ７によってＮＯｘ濃度を検出し、算出される。本ステップを実行するＥＣＵ８が本発明の空気量−浄化率特性算出手段に相当する。ここでは、本ステップに移行するのが、触媒劣化又は尿素分散悪化の場合であるので、図５の細破線又は粗破線に示すようにＳＣＲ触媒３の空気量−浄化率現行特性が算出される。

ステップＳ１０７では、触媒劣化基準を満たすか否かを判別する。本ステップを実行するＥＣＵ８が本発明の判定手段に相当する。空気量−浄化率現行特性が、空気量−浄化率基準特性に比して、特性全体が左側にシフトし、且つ、空気量が増加するに従って下降する浄化率の傾きが急になる場合には、触媒劣化基準を満たすと判定し、それ以外の場合は、触媒劣化基準満たさないと判定する。また、前記の基準に加えて、空気量−浄化率現行特性が、空気量−浄化率基準特性に比して、低空気量領域で低い一定の浄化率を示し、低空気量領域から空気量が増加するに従って浄化率が緩やかに下降し、浄化率が下降していく際、空気量が増加するに従って下降する浄化率の傾きが細かく変動する場合には、触媒劣化基準を満たさないと判定してもよい。また、これらの基準に加えて、空気量−浄化率現行特性と、空気量−浄化率基準特性とを比較して、空気量を変化させた時の浄化率が平坦になる部分が同じ数だけ存在する場合には、触媒劣化基準を満たすと判定してもよい。また、これらの基準に加えて、空気量−浄化率現行特性が、空気量が増加するに従って下降する浄化率の傾きが複数の点で一定である場合には、触媒劣化基準を満たすと判定してもよい。

ステップＳ１０７において、空気量−浄化率現行特性が図５の細破線に示すような特性であり、触媒劣化基準を満たすと肯定判定された場合には、ステップＳ１０８へ移行する。ステップＳ１０７において、空気量−浄化率現行特性が図５に示す粗破線のような特性であり、触媒劣化基準を満たさないと否定判定された場合には、ステップＳ１０９へ移行する。

ステップＳ１０８では、ＳＣＲ触媒３の劣化である触媒劣化と判定する。そして、本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ１０９では、尿素添加弁４の異常や排気通路２又は分散板６の破損等による尿素分散悪化と判定する。そして、本ルーチンを一旦終了する。

以上説明した本ルーチンによれば、固有の空気量−浄化率基準特性を取得することができ、この固有の空気量−浄化率基準特性と現在の空気量−浄化率現行特性とを比較することで、触媒劣化と尿素分散悪化とを区別して判定することができる。

＜実施例２＞
本実施例では、その特徴部分だけを説明し、上記実施例と同構成のものについては同符号を付して説明を省略する。

上記実施例１では、空気量−浄化率現行特性を算出し、固有の空気量−浄化率基準特性と現在の空気量−浄化率現行特性とを比較することで、触媒劣化と尿素分散悪化とを区別して判定する。ところが、内燃機関１の運転状態がＳＣＲ触媒３を流通する空気量が少ない低空気量領域に留まる場合には、ＳＣＲ触媒３を流通する空気量を変化させることができない。このため、この場合には図６のステップＳ１０６のように空気量−浄化率現行特性を算出することができない。よって、触媒劣化と尿素分散悪化とを区別して判定することができなくなる。

しかしながら、空気量−浄化率特性内の低空気量領域の範囲では、図５に示す実線及び細破線のように、正常時及び触媒劣化時は、特性が類似するものの、図５に示す粗破線のように、尿素分散悪化時は、正常時及び触媒劣化時とは明らかに特性が異なる。つまり、尿素分散悪化時は、正常時及び触媒劣化時に比して明らかに浄化率が低くなる。

そこで、本実施例では、内燃機関１の運転状態がＳＣＲ触媒３を流通する空気量が少ない低空気量領域に留まる場合には、過去に算出された空気量−浄化率基準特性内の低空気量領域の範囲の特性である低空気量領域基準特性と、現在の低空気量領域のみ算出される空気量−浄化率現行特性内の低空気量領域の範囲の特性である低空気量領域現行特性と、を比較することで、尿素分散悪化か否かを判定するようにした。

本実施例によると、空気量−浄化率現行特性を算出できず触媒劣化と尿素分散悪化とを区別して判定することができない内燃機関１の運転状態が低空気量領域に留まる場合であっても、尿素分散悪化か否かだけは速やかに判定できる。

次に、本実施例による触媒劣化判定制御ルーチン２について説明する。図７は、本実施例による触媒劣化判定制御ルーチン２を示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返しＥＣＵ８により実行される。なお、図６に示すルーチンと同処理については説明を省略する。

ステップＳ１０２において、最適添加量が所定量以下、且つ、最高浄化率が所定値以下であると肯定判定された場合には、ステップＳ２０１へ移行する。これにより、ステップＳ２０１へ移行する場合は、ＳＣＲ触媒３が劣化した触媒劣化の場合、及び、ＳＣＲ触媒３の劣化が生じていない尿素分散悪化の場合のいずれかに限られる。

ステップＳ２０１では、内燃機関１の運転状態が所定時間以上低空気量領域に留まるか否かを判別する。所定時間は、それ以上長時間であると、空気量−浄化率現行特性を算出できず触媒劣化と尿素分散悪化とを区別して判定することができなくなる時間である。例えば、アイドル運転が長時間継続する場合等に内燃機関１の運転状態が所定時間以上低空気量領域に留まると判断される。

ステップＳ２０１において、内燃機関１の運転状態が所定時間以上低空気量領域に留まると肯定判定された場合には、ステップＳ２０２へ移行する。ステップＳ２０１において、内燃機関１の運転状態が所定時間以上低空気量領域に留まらないと否定判定された場合には、ステップＳ１０６へ移行する。

ステップＳ２０２では、ＳＣＲ触媒３の低空気量領域現行特性を算出する。低空気量領域現行特性は、ステップＳ１０１で算出した尿素量−浄化率特性から求められる最適添加量を尿素添加弁４から添加しつつ、ＳＣＲ触媒３を流通する空気量を低空気量領域のみの間において変化させながらＮＯｘセンサ７によってＮＯｘ濃度を検出し、算出される。このため、低空気量領域現行特性は、空気量−浄化率現行特性内の低空気量領域の範囲の特性である。本ステップを実行するＥＣＵ８が本発明の空気量−浄化率特性算出手段に相当
する。ここでは、本ステップに移行するのが、触媒劣化又は尿素分散悪化の場合であるので、図５の低空気量領域内の細破線又は粗破線に示すようにほぼ一定の浄化率のＳＣＲ触媒３の低空気量領域現行特性が算出される。

ステップＳ２０３では、低空気量領域現行特性と低空気量領域基準特性とを比較し、低空気量領域での浄化率の差が基準値以上か否かを判別する。本ステップを実行するＥＣＵ８が本発明の判定手段に相当する。低空気量領域基準特性は、過去に算出された空気量−浄化率基準特性内の低空気量領域の範囲の特性である。ここでは、ＥＣＵ８に記憶された空気量−浄化率基準特性を呼び出し、低空気量領域の範囲の特性だけを取り込む。このため、図５の低空気量領域内の実線に示すようにほぼ一定の浄化率のＳＣＲ触媒３の低空気量領域基準特性が算出される。そして、低空気量領域現行特性と低空気量領域基準特性とを比較し、浄化率の差を求める。この浄化率の差が、基準値以上であると、尿素分散悪化と判断できる。なお、浄化率の差の基準値とは、それ以上の値であると、尿素分散悪化と判断できる閾値であり、予め実験等により求められている。

ステップＳ２０３において、浄化率の差が基準値以上と肯定判定された場合には、ステップＳ１０９へ移行する。ステップＳ２０３において、浄化率の差が基準値以上とならないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップＳ２０３において、浄化率の差が基準値以上とならないと否定判定された場合には、触媒劣化と判断してもよい。これは、ステップＳ１０２において触媒劣化か尿素分散劣化と判断されているので、ステップＳ２０３において否定判定された場合には触媒劣化と消去法的に判断できるためである。

以上説明した本ルーチンによれば、内燃機関１の運転状態が低空気量領域に留まる場合であっても、尿素分散悪化か否かだけは速やかに判定できる。

＜実施例３＞
本実施例では、その特徴部分だけを説明し、上記実施例と同構成のものについては同符号を付して説明を省略する。

上記実施例１では、空気量−浄化率現行特性を算出し、固有の空気量−浄化率基準特性と現在の空気量−浄化率現行特性とを比較することで、触媒劣化と尿素分散悪化とを区別して判定する。ところが、固有の空気量−浄化率基準特性と現在の空気量−浄化率現行特性とを比較して尿素分散悪化であると判定できる場合であっても、実際には尿素分散悪化ではなく触媒劣化である場合がある。

そこで、本実施例では、空気量−浄化率基準特性と空気量−浄化率現行特性とを比較し、触媒劣化ではないと判定した場合に、前回判定時から現在への尿素量−浄化率特性の変化に基づいて、触媒劣化と尿素分散悪化とをより詳細に区別して判定するようにした。

本実施例によると、より詳細に触媒劣化と尿素分散悪化とを区別して判定することができ、触媒劣化をより正確に判定することができる。

次に、本実施例による触媒劣化判定制御ルーチン３について説明する。図８は、本実施例による触媒劣化判定制御ルーチン３を示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返しＥＣＵ８により実行される。なお、図６に示すルーチンと同処理については説明を省略する。

ステップＳ３０１では、上記実施例のステップＳ１０１と同様にＳＣＲ触媒３の尿素量−浄化率特性を算出する。また、これと共に、算出した尿素量−浄化率特性をＥＣＵ８に
記憶する。

ステップＳ１０７において、空気量−浄化率現行特性が図５に示す粗破線のような特性であり、触媒劣化基準を満たさないと否定判定された場合には、ステップＳ３０２へ移行する。

ステップＳ３０２では、熱劣化基準を満たすか否かを判別する。本ステップを実行するＥＣＵ８が本発明の判定手段に相当する。熱劣化基準は、尿素量−浄化率特性が徐々に悪化（熱劣化）したのか、尿素量−浄化率特性が急激に悪化したかの判定基準である。前回判定時から現在のステップＳ３０１で算出された尿素量−浄化率特性の変化が徐々に悪化した場合には、熱劣化基準を満たすと判定し、当該変化が急激に悪化した場合には、熱劣化基準を満たさないと判定する。例えば、前回判定時の尿素量−浄化率特性及び現在の尿素量−浄化率特性の各々の最大浄化率の差分をＳＣＲ触媒３に流入するエネルギーで割った値が所定値以下である場合に、熱劣化基準を満たすと判定する。図９に示すように、尿素量−浄化率特性は、触媒劣化時では、熱エネルギー量に応じて（ｃ）の特性から（ｄ）の特性へ徐々に悪化するのに対し、尿素分散悪化時では、尿素添加弁４の異常や排気通路２又は分散板６の破損等により（ａ）の特性から（ｄ）の特性へ急激に悪化するため、判別の基準にできる。

ステップＳ３０１において、熱劣化基準を満たすと肯定判定された場合には、ステップＳ１０８へ移行する。ステップＳ３０１において、熱劣化基準を満たさないと否定判定された場合には、ステップＳ１０９へ移行する。

以上説明した本ルーチンによれば、触媒劣化基準に加えて熱劣化基準によってより詳細に触媒劣化と尿素分散悪化とを区別して判定することができ、触媒劣化が生じているのに尿素分散悪化と誤判定されてしまうことが回避できる。

本発明に係る内燃機関の触媒劣化判定装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図。 実施例１に係る尿素量−浄化率特性を示す図。 実施例１に係る尿素量−浄化率特性が異なる３つの場合を示す図。 実施例１に係るＳＣＲ触媒の一部分に尿素が集中して添加される尿素分散悪化の場合を示す図。 実施例１に係る正常時、触媒劣化時及び尿素分散悪化時の空気量−浄化率特性を示す図。 実施例１に係る触媒劣化判定制御ルーチン１を示すフローチャート。 実施例２に係る触媒劣化判定制御ルーチン２を示すフローチャート。 実施例３に係る触媒劣化判定制御ルーチン３を示すフローチャート。 実施例３に係る触媒劣化又は尿素分散悪化により尿素量−浄化率特性が変化していく場合を示す図。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ ＳＣＲ触媒
４ 尿素添加弁
５ 尿素タンク
６ 分散板
７ ＮＯｘセンサ
８ ＥＣＵ
９ アクセル開度センサ
１０ クランクポジションセンサ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に配置され、還元剤が供給されることで排気中のＮＯｘを浄化する触媒と、
   前記触媒に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
   前記触媒よりも下流の前記排気通路に配置され、前記触媒から排出される排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段と、
   前記還元剤添加手段から添加される還元剤量を変化させながら前記ＮＯｘ濃度検出手段によってＮＯｘ濃度を検出し、前記還元剤添加手段から添加される還元剤量に対する前記触媒の浄化率の特性（還元剤量−浄化率特性）を算出する還元剤量−浄化率特性算出手段と、
   前記還元剤量−浄化率特性算出手段によって算出された還元剤量−浄化率特性から求められる最適添加量を前記還元剤添加手段から添加しつつ、前記触媒を流通する空気量を変化させながら前記ＮＯｘ濃度検出手段によってＮＯｘ濃度を検出し、前記触媒を流通する空気量に対する前記触媒の浄化率の特性（空気量−浄化率特性）を算出する空気量−浄化率特性算出手段と、
   過去に前記空気量−浄化率特性算出手段によって算出された空気量−浄化率基準特性と、現在の前記空気量−浄化率特性算出手段によって算出される空気量−浄化率現行特性と、を比較することで、触媒劣化と還元剤分散悪化とを区別して判定する判定手段と、
   を備え、
   空気量−浄化率基準特性は、前記還元剤量−浄化率特性算出手段によって算出された還元剤量−浄化率特性から求められる最適添加量が所定量よりも多い場合又は最高浄化率が所定値よりも高い場合、且つ、当該空気量−浄化率基準特性が過去に取得されていない場合に、前記空気量−浄化率特性算出手段によって算出されることを特徴とする内燃機関の触媒劣化判定装置。
2. 前記内燃機関の運転状態が前記触媒を流通する空気量が少ない低空気量領域に留まる場合には、前記判定手段は、過去に前記空気量−浄化率特性算出手段によって算出された空気量−浄化率基準特性内の低空気量領域の範囲の特性である低空気量領域基準特性と、現在の前記空気量−浄化率特性算出手段によって前記低空気量領域のみ算出される空気量−浄化率現行特性内の前記低空気量領域の範囲の特性である低空気量領域現行特性と、を比較することで、還元剤分散悪化か否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒劣化判定装置。
3. 前記判定手段は、過去に前記空気量−浄化率特性算出手段によって算出された空気量−浄化率基準特性と、現在の前記空気量−浄化率特性算出手段によって算出される空気量−浄化率現行特性と、を比較し、触媒劣化ではないと判定した場合に、前回判定時から現在への前記還元剤量−浄化率特性算出手段によって算出される還元剤量−浄化率特性の変化に基づいて、触媒劣化と還元剤分散悪化とを区別して判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒劣化判定装置。

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