JP4270155B2 - 排気浄化触媒の熱劣化状態検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置されて排気を浄化する排気浄化触媒について、その熱による劣化状態を検出する排気浄化触媒の熱劣化状態検出装置に関するものである。

内燃機関に用いられているＮＯｘ触媒等の排気浄化触媒は、使用により次第に熱劣化し、排気浄化性能が低下する。そのため、排気浄化触媒の熱劣化の状態を正確に把握して上記不具合に早期に対処することが重要である。

そこで、排気浄化触媒の熱劣化異常を検出する技術が従来より種々提案されている。その１つとして、排気浄化触媒の熱劣化進行度合い（時間当りの熱劣化量）を求め、これを所定時間毎に積算することにより熱劣化度を算出し、この熱劣化度に基づき熱劣化異常の有無を検出するものがある。例えば、特許文献１では、熱劣化進行度合いが排気浄化触媒の温度に応じて異なることに着目し、排気浄化触媒の温度を所定時間毎に検出し、その検出した温度に対応する劣化係数（熱劣化進行度合い）をマップから割り出すようにしている。このマップでは、排気浄化触媒の温度が比較的低い温度領域にあるときには、同温度に拘わらず劣化係数が一定の値に設定されている。また、上記領域よりも高い温度領域では、劣化係数は、排気浄化触媒の温度が高くなるに比例して増大する値に設定されている。そして、この割り出した劣化係数を所定時間毎に積算し、その積算値（熱劣化度）が所定値よりも大きくなった場合に排気浄化触媒が熱劣化異常である旨判定するようにしている。
特開平７−１１９４４７号公報（第４頁、図３、図４）

ところで、排気浄化触媒の熱劣化進行度合いは、同排気浄化触媒の温度一定のもとでは、熱劣化がさほど進行していない（熱劣化度が小さい）ときには大きく、熱劣化が進行する（熱劣化度が大きくなる）につれて小さくなる傾向にある。これは、次の現象によるものと考えられる。排気浄化触媒にあっては、貴金属からなる粒状の触媒が担体に多数担持されているところ、これらの触媒の表面積に応じて排気浄化性能が変化する。排気浄化性能は上記表面積が小さくなるに従い低下する。

一方、排気浄化触媒では、高温の熱に晒され続けることにより粒状の触媒同士が互いに付着するようになる。この付着により上記表面積が減少し、表現を変えると排気浄化触媒の熱劣化が進行し、排気浄化性能が低下してゆく。

ここで、熱劣化が進行していない（熱劣化度が小さい）ときには、粒状の各触媒の粒径が小さく、触媒同士が付着しあう余地が大きい。そのため、高温の熱を受けることにより、これらの触媒同士が多く付着しあって表面積が大きく減少する。すなわち、大きな熱劣化進行度合いにて排気浄化触媒の熱劣化が進行する。こうした触媒同士が付着しあう余地は、熱劣化が進行する（熱劣化度が大きくなる）につれて小さくなる。熱劣化がある程度進行したときには、上述した熱劣化が進行していないときよりも表面積の減少度合いが小さくなる。すなわち、熱劣化が進行していないときよりも小さな熱劣化進行度合いにて排気浄化触媒の熱劣化が進行する。そして、熱劣化があるところまで進行すると、表面積はほとんど変化（減少）しなくなる。

このように、排気浄化触媒の熱劣化進行度合いは熱劣化が進行する（熱劣化度が大きくなる）につれて小さくなる特性を有する。しかも、この傾向は、排気浄化触媒の温度が異なっても同様に見られる。

しかしながら、上記特許文献１では、こうした特性を考慮せず、排気浄化触媒の温度が同一であれば、熱劣化度に拘わらず熱劣化進行度合いが一定であるとして、そのときの排気浄化触媒の温度に対応した劣化係数（熱劣化進行度合い）を所定時間毎に積算している。そのため、排気浄化触媒の熱劣化度を正確に把握するうえで未だ改善の余地がある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気浄化触媒の熱劣化度をより正確に把握し、もって排気浄化触媒の熱劣化状態の検出精度を高めることのできる排気浄化触媒の熱劣化状態検出装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、排気浄化触媒の熱劣化進行度合いを所定時間毎に積算することにより同排気浄化触媒の熱劣化度を算出する熱劣化度算出手段と、前記熱劣化度算出手段による前記熱劣化度に基づき前記排気浄化触媒の熱劣化状態を判定する判定手段とを備える排気浄化触媒の熱劣化状態検出装置であって、前記熱劣化度算出手段は、前記熱劣化度の算出に際し、熱劣化進行度合いの前回までの積算値とそのときの排気浄化触媒の温度とに基づき前記所定時間での熱劣化進行度合いを算出し、これを前記前回までの積算値に加算するものであるとする。

上記の構成によれば、熱劣化度算出手段では、排気浄化触媒の熱劣化進行度合い（時間当りの熱劣化量）が所定時間毎に積算されることにより排気浄化触媒の熱劣化度が算出される。判定手段では、上記熱劣化度算出手段によって算出された熱劣化度に基づき排気浄化触媒の熱劣化状態が判定される。

ここで、熱劣化進行度合いは排気浄化触媒の温度に加え、熱劣化度に応じても異なる傾向にある。この点、請求項１に記載の発明では、上記熱劣化度算出手段による熱劣化進行度合いの積算に際し、熱劣化進行度合いの前回までの積算値、すなわち前回算出された熱劣化度と、そのときの排気浄化触媒の温度とに基づき、上記所定時間での熱劣化進行度合いが算出される。この熱劣化進行度合いが前回までの積算値（前回算出された熱劣化度）に加算され、この加算後の値が排気浄化触媒の今回までの熱劣化度とされる。従って、排気浄化触媒の温度にのみ基づいて算出した熱劣化進行度合いを積算する場合に比べ、排気浄化触媒の熱劣化度をより正確に把握することができる。これに伴い、上記熱劣化度を用いて行われる排気浄化触媒の熱劣化状態の判定（検出）精度も高くなる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記熱劣化度算出手段は、前記所定時間での前記熱劣化進行度合いとして、前記排気浄化触媒の温度が高くなるに従い大きな値を算出するものであるとする。

ここで、熱劣化進行度合いは一般に、排気浄化触媒の温度が低いときには小さく、同温度が高くなるに従い大きくなる傾向にある。この点、請求項２に記載の発明では、排気浄化触媒の温度が高くなるに従い熱劣化進行度合いとして大きな値が算出される。この算出により、そのときの排気浄化触媒の温度のもとで、前回から今回までの所定時間に実際に進行した熱劣化量に対応した熱劣化進行度合いが得られる。従って、この値を前回までの熱劣化進行度合いの積算値に加算することにより、排気浄化触媒の使用開始から今回までの熱劣化度を正確に算出することができ、上記請求項１に記載の発明の効果が確実に得られる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記熱劣化度算出手段は、前記所定時間での前記熱劣化進行度合いとして、前記前回までの積算値が大きくなるに従い小さな値を算出するものであるとする。

ここで、熱劣化進行度合いは一般に、排気浄化触媒の熱劣化がさほど進行していないとき（熱劣化度が小さいとき）には大きく、熱劣化が進行する（熱劣化度が大きくなる）に従い小さくなる傾向にある。この点、請求項３に記載の発明では、前回までの熱劣化進行度合いの積算値（熱劣化度）が大きくなるに従い熱劣化進行度合いとして小さな値が算出される。この算出により、前回から今回までの所定時間に実際に進行した熱劣化量に対応した熱劣化進行度合いが得られる。従って、この値を前回までの積算値に加算することにより、排気浄化触媒の使用開始から今回までの熱劣化度を正確に算出することができ、上記請求項１又は２に記載の発明の効果が確実に得られる。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、熱劣化度及び排気浄化触媒の温度に対する熱劣化進行度合いを予め記憶した記憶手段をさらに備え、前記熱劣化度算出手段は、熱劣化進行度合いの前回までの積算値とそのときの排気浄化触媒の温度とに対応する熱劣化進行度合いを前記記憶手段から読み出し、これを前記所定時間での前記熱劣化進行度合いとして前記前回までの積算値に加算するものであるとする。

上記の構成によれば、熱劣化度算出手段による熱劣化度の算出に際しては、熱劣化進行度合いの前回までの積算値、すなわち前回までの熱劣化度と、そのときの排気浄化触媒の温度とに対応する熱劣化進行度合いが記憶手段から読み出される。そして、これが所定時間での熱劣化進行度合いとして前回までの積算値に加算される。

このように、熱劣化度及び排気浄化触媒の温度と熱劣化進行度合いとの関係を記憶手段に予め記憶しておき、所定時間毎に熱劣化進行度合いを読み出すようにしている。このため、所定時間毎に、熱劣化度及び排気浄化触媒の温度に対応する熱劣化進行度合いを演算により求める場合よりも、演算装置にかかる負荷を小さくすることが可能となる。

請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発明において、前記判定手段は、前記熱劣化度算出手段による前記熱劣化度が所定値よりも大きい場合に前記排気浄化触媒が熱劣化異常である旨判定するものであるとする。

上記の構成によれば、排気浄化触媒についての熱劣化状態の検出に際し、判定手段では、熱劣化度算出手段によって算出された熱劣化度と所定値とが比較される。この比較の結果、熱劣化度が所定値よりも大きい場合には、排気浄化触媒が熱劣化異常である旨の判定が行われる。従って、この所定値として、排気浄化触媒の熱劣化度について許容できる範囲の上限値又はそれに近い値に設定することにより、排気浄化触媒の熱劣化状態が異常であるかそうでないかを把握することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態が適用される内燃機関としての多気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１１及びその排気浄化装置１２の構成を示している。

エンジン１１は、大きくは吸気通路１３、気筒１０毎の燃焼室１４、及び排気通路１５を備えて構成されている。吸気通路１３の最上流部には、同吸気通路１３に吸入された空気を浄化するエアクリーナ１６が設けられている。エンジン１１においては、エアクリーナ１６から吸気下流側に向けて順に、吸気通路１３内の空気の流量を検出するエアフロメータ１７、ターボチャージャ１８のコンプレッサ１８Ａ、インタークーラ１９、及び吸気絞り弁２１が配設されている。そして、吸気通路１３は、吸気絞り弁２１の吸気下流側に設けられた吸気マニホールド２２において分岐されており、この分岐部分を通じて各気筒１０の燃焼室１４に接続されている。

エンジン１１のシリンダヘッド２３には、燃焼室１４内での燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁２４が気筒１０毎に設けられている。各燃料噴射弁２４には、燃料供給路２５を通じて燃料タンク２６から燃料が供給される。燃料供給路２５には、燃料タンク２６から燃料を吸引して加圧吐出する燃料ポンプ２７、及びその吐出された高圧燃料を蓄圧する高圧燃料配管であるコモンレール２８が設けられている。そして、各気筒１０の燃料噴射弁２４はコモンレール２８にそれぞれ接続されている。

一方、排気通路１５の各燃焼室１４との接続部分は排気ポート２９となっている。排気通路１５には、各燃焼室１４から排気ポート２９を通じて排出された排気を集合させるための排気マニホールド３１、及びターボチャージャ１８のタービン１８Ｂが設けられている。

さらに、エンジン１１には、排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環（以下、「ＥＧＲ」という）装置３２が採用されている。ＥＧＲ装置３２は、吸気通路１３と排気通路１５とを連通させるＥＧＲ通路３３を備えて構成されている。ＥＧＲ通路３３の上流側は、排気通路１５の排気マニホールド３１とタービン１８Ｂとの間に接続されている。ＥＧＲ通路３３の途中には、その上流側から順に、再循環される排気を浄化するＥＧＲクーラ触媒３４、再循環される排気を冷却するＥＧＲクーラ３５、再循環される排気の流量を調整するＥＧＲ弁３６が配設されている。そしてＥＧＲ通路３３の下流側は、吸気通路１３の吸気絞り弁２１と吸気マニホールド２２との間に接続されている。

こうしたエンジン１１では、吸気通路１３に吸入された空気が、エアクリーナ１６で浄化された後、ターボチャージャ１８のコンプレッサ１８Ａに導入される。コンプレッサ１８Ａでは、導入された空気が圧縮され、インタークーラ１９に吐出される。圧縮によって高温となった空気は、インタークーラ１９にて冷却された後、吸気絞り弁２１及び吸気マニホールド２２を通って各気筒１０の燃焼室１４に分配供給される。こうした吸気通路１３内の空気の流量は、吸気絞り弁２１の開度制御を通じて調整される。また、その空気の流量（吸入空気量）はエアフロメータ１７により検出される。

空気の導入された燃焼室１４では、各気筒１０の圧縮行程において燃料噴射弁２４から燃料が噴射される。そして、吸気通路１３を通じて導入された空気と燃料噴射弁２４から噴射された燃料との混合気が燃焼室１４内で燃焼される。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン３７が往復動され、出力軸であるクランクシャフト３８が回転されて、エンジン１１の駆動力（出力トルク）が得られる。エンジン１１には、クランクシャフト３８の回転速度（エンジン回転速度）を検出する回転速度センサ３９が設けられている。

各気筒１０の燃焼室１４での燃焼により生じた排気は、排気マニホールド３１を通じてターボチャージャ１８のタービン１８Ｂに導入される。この導入された排気の流勢によってタービン１８Ｂが駆動されると、吸気通路１３に設けられたコンプレッサ１８Ａが連動して駆動され、上記空気の圧縮が行われる。

一方、上記燃焼により生じた排気の一部はＥＧＲ通路３３に導入される。ＥＧＲ通路３３に導入された排気は、ＥＧＲクーラ触媒３４で浄化され、ＥＧＲクーラ３５で冷却された後、吸気通路１３の吸気絞り弁２１の吸気下流側の空気中に再循環される。こうして再循環される排気の流量は、ＥＧＲ弁３６の開度制御を通じて調整される。

上記のようにしてエンジン１１が構成されている。次に、このエンジン１１から排出される排気を浄化するための排気浄化装置１２について説明する。排気浄化装置１２は、添加弁４１を備えるほか、複数の触媒コンバータ（第１触媒コンバータ４２、第２触媒コンバータ４３、及び第３触媒コンバータ４４）を備えて構成されている。

最上流の第１触媒コンバータ４２はタービン１８Ｂの排気下流側に配設されている。第１触媒コンバータ４２の内部には、排気浄化触媒として吸蔵還元型のＮＯｘ触媒４２Ａが収容されている。ＮＯｘ触媒４２Ａは、例えばハニカム形状の構造体を担体とし、その表面にＮＯｘ吸収剤と粒状の貴金属触媒とを担持させることにより構成されている。ＮＯｘ吸収剤は、排気中の酸素濃度が高い状態では窒素酸化物ＮＯｘを吸収し、同酸素濃度が低い状態では窒素酸化物ＮＯｘを放出する特性を有する。また、排気中に窒素酸化物ＮＯｘが放出されたとき、排気中に炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ等が存在していれば、貴金属触媒がこれら炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯの酸化反応を促すことで、窒素酸化物ＮＯｘを酸化成分とし、かつ炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯを還元成分とする酸化還元反応が両者間で起こる。すなわち、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯは二酸化炭素ＣＯ2 や水Ｈ2 Ｏに酸化され、窒素酸化物ＮＯｘは窒素Ｎ2 に還元される。

第２触媒コンバータ４３は第１触媒コンバータ４２の排気下流側に配設されている。第２触媒コンバータ４３の内部には、排気浄化触媒として吸蔵還元型のＮＯｘ触媒４３Ａが収容されている。このＮＯｘ触媒４３Ａは、排気中のガス成分の通過を許容し、かつ同排気中の微粒子物質ＰＭの通過を阻止する多孔質材を備えている。そして、ＮＯｘ触媒４３Ａでは、この多孔質材が担体とされ、この担体に、上記ＮＯｘ触媒４２Ａと同様、ＮＯｘ吸収剤と貴金属触媒とが担持されている。

第３触媒コンバータ４４は第２触媒コンバータ４３の排気下流側に配設されている。第３触媒コンバータ４４には、排気中の炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯの酸化を通じて排気の浄化を行う酸化触媒が収容されている。

ところで、上記ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａは、排気中の酸素濃度が高い状態にあるときでも所定の限界量の窒素酸化物ＮＯｘを吸収すると、それ以上窒素酸化物ＮＯｘを吸収しなくなる。そこで、燃焼室１４での燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁２４とは別に、排気通路１５の第１触媒コンバータ４２よりも上流に添加弁４１が設けられている。この添加弁４１は燃料通路４６を通じて前記燃料ポンプ２７に接続されており、同燃料ポンプ２７から供された燃料を還元剤として排気中に噴射して添加する。この還元剤の添加により、各ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａに吸収された窒素酸化物ＮＯｘを放出及び還元浄化し、同ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３ＡのＮＯｘ吸収能力を回復させ、ＮＯｘ吸収量が限界量に達しないようしている。さらに、第２触媒コンバータ４３では微粒子物質ＰＭの浄化も同時に実行する。

なお、排気通路１５において第１触媒コンバータ４２と第２触媒コンバータ４３との間の空間には、同空間を通過する排気の温度（排気温度）、すなわち第２触媒コンバータ４３に流入する前の排気の温度を検出する排気温センサ４８が配設されている。また、排気通路１５において第２触媒コンバータ４３よりも下流の空間には、同空間を通過する排気の温度、すなわち第２触媒コンバータ４３を通過した直後の排気の温度を検出する排気温センサ４９が配設されている。また排気通路１５には、第２触媒コンバータ４３の排気上流側における排気圧力と排気下流側における排気圧力との差圧を検出する差圧センサ５１が配設されている。さらに、排気通路１５について、第１触媒コンバータ４２よりも排気上流側、及び第２触媒コンバータ４３と第３触媒コンバータ４４との間には、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ５２，５３がそれぞれ配設されている。

以上説明したエンジン１１及び排気浄化装置１２の制御は、電子制御装置６１によって行われる。電子制御装置６１は、エンジン１１の制御に係る各種処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータが記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの処理結果等が記憶されるＲＡＭ、外部との情報のやり取りを行うための入・出力ポート等を備えて構成されている。

電子制御装置６１の入力ポートには、上述した各センサに加え、運転者によるアクセル踏込量を検出するアクセルセンサ５４、コモンレール２８の内圧（レール圧）を検出するコモンレールセンサ５５、吸気絞り弁２１の開度を検出する絞り弁センサ５６等が接続されている。

また、電子制御装置６１の出力ポートには、上記吸気絞り弁２１、燃料噴射弁２４、燃料ポンプ２７、添加弁４１、ＥＧＲ弁３６等が接続されている。そして電子制御装置６１は、上記各センサの検出結果に基づき、それら出力ポートに接続された機器類を制御することで、エンジン１１の各種運転制御を実施する。各種運転制御には燃料噴射弁２４による燃料噴射制御が含まれるほか、燃焼に係る制御、排気の浄化に係る制御等が含まれている。

例えば、燃料噴射制御では、電子制御装置６１は、エンジン１１の運転状態に最適な基本噴射量を、アクセルセンサ５４によるアクセル踏込量、及び回転速度センサ３９によるエンジン回転速度に基づき算出する。また、そのエンジン回転速度により決定される基本最大噴射量（理論上噴射可能な最大量）に、各種センサからの信号による補正を加え最大噴射量を決定する。上記基本噴射量及び最大噴射量を比較し、噴射量の少ない方を目標噴射量として設定する。また、上記アクセル踏込量及びエンジン回転速度に基づき基本噴射時期を算出し、これを各種センサからの信号によって補正し、そのときのエンジン１１の運転状態に最適な目標噴射時期を算出する。そして、これらの目標噴射量及び目標噴射時期に基づき燃料噴射弁２４に対する通電を制御して、同燃料噴射弁２４を開閉させる。

燃焼に係る制御では、電子制御装置６１は、予め設定された複数の燃焼モードからエンジン１１の運転状態に応じたものを選択する。複数の燃焼モードには、通常燃焼モード及び低温燃焼モードが含まれている。ここで、ＥＧＲ装置３２が適用された本実施形態のエンジン１１では、燃料噴射弁２４から燃焼室１４への燃料噴射時期が一定の状態で燃焼室１４内の不活性ガスの量、すなわち再循環される排気の量が多くなると、燃焼室１４内における煤の発生量が徐々に多くなる。再循環される排気の量が所定値になると煤の発生量がピークになる。そして、再循環される排気の量が所定値よりも多くなると、燃焼室１４内における燃料及びその周辺の温度が低下して燃焼室１４内における煤の発生量が少なくなる。低温燃焼モードでは、上記所定値よりも多い量の排気が再循環されつつ燃焼室１４内で燃料が燃焼される。これに対し、通常燃焼モードでは、前記所定値よりも少ない量の排気が再循環されつつ燃焼室１４内で燃料が燃焼される。

また、電子制御装置６１は、排気の浄化に係る制御の１つとして、排気浄化触媒に対する制御を実行する。この制御には、触媒再生制御モード、硫黄被毒回復制御モード、ＮＯｘ還元制御モード、及び通常制御モードという４つの触媒制御モードが設定されており、電子制御装置６１は触媒コンバータ４２〜４４の状態に応じた触媒制御モードを選択して実行する。

触媒再生制御モードとは、特に第２触媒コンバータ４３内に堆積している微粒子物質ＰＭを燃焼させて二酸化炭素ＣＯ2 と水Ｈ2 Ｏにして排出する制御を行うモードであり、添加弁４１からの還元剤（燃料）の添加を継続的に繰り返して担体の温度（触媒床温）を高温化（６００〜７００℃）するモードである。

硫黄被毒回復制御モードとは、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａが硫黄酸化物ＳＯｘによって被毒されて窒素酸化物ＮＯｘの吸蔵能力が低下した場合に、硫黄酸化物ＳＯｘを放出させる制御を行うモードである。

ＮＯｘ還元制御モードとは、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａに吸蔵された窒素酸化物ＮＯｘを、窒素Ｎ2 、二酸化炭素ＣＯ2 及び水Ｈ2 Ｏに還元して放出するモードである。このモードでは、添加弁４１からの比較的時間をおいた間欠的な還元剤（燃料）の添加により、触媒温度が比較的低温（例えば２５０〜５００℃）となる。これ以外の状態が通常制御モードとなり、このモードでは添加弁４１から還元剤（燃料）が添加されない。

さらに、電子制御装置６１は、排気の浄化に係る制御の１つとして、上記ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａの熱による劣化状態を検出制御も行う。この制御を行うのは、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａは排気の熱に晒されて劣化し、排気浄化性能、ここでは炭化水素ＨＣに対する排気浄化性能が低下するからである。より詳しくは、熱に晒されて昇温したＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａの温度や晒される時間に応じて熱劣化が進行し、やがて所望の排気浄化性能を発揮しなくなる。そこで、こうした不具合に対処するために、その前提として熱劣化状態の把握が必要となることから、同検出制御を行うようにしている。

図２のフローチャートは、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａの熱による劣化状態を判定するための「熱劣化状態判定ルーチン」を示している。このルーチンに示される一連の処理は、エンジン１１の始動後、停止されるまでの期間にわたり、より正確にはイグニションスイッチがオンされてからオフされるまでの期間にわたり、所定時間毎に繰り返し実行される。

この熱劣化状態判定ルーチンでは、電子制御装置６１はまずステップ１１０において、前回の制御周期で算出した熱劣化度Ｋを読み出す。この熱劣化度Ｋは、電子制御装置６１におけるバックアップＲＡＭ、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリに記憶されたものであり、電子制御装置６１に対する電源オフ時においても保持される。従って、電源オン後の電子制御装置６１では、この保持値から熱劣化度Ｋの算出が開始されることとなる。

また、上記ステップ１１０では、そのときのＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａの温度（触媒温度Ｔ）を読み込む。ここで、触媒温度Ｔとしては、例えば排気温度及びエンジン１１の運転状態から推定した値を用いることができる。

そして、これらの熱劣化度Ｋ及び触媒温度Ｔに基づき熱劣化進行度合いｄＫを算出する。この算出に際しては、例えばメモリ（ＲＯＭ）に予め記憶されている図３のマップを参照する。このマップは、所定時間（熱劣化状態判定ルーチンの制御周期）におけるＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａの熱劣化の進行の程度を示すものであり、触媒温度Ｔ及び熱劣化度Ｋと、熱劣化進行度合いｄＫとの関係が規定されている。

このマップは、触媒温度Ｔと時間と熱劣化度Ｋとの関係を示す図４の傾向を考慮して作成されている。図４中の特性線Ｌ１は、触媒温度Ｔを値Ｔ１に維持した場合の熱劣化度Ｋの経時変化を示し、特性線Ｌ２は、触媒温度Ｔを値Ｔ２（＞Ｔ１）に維持した場合の熱劣化度Ｋの経時変化を示している。同様に、特性線Ｌ３は、触媒温度Ｔを値Ｔ３（＞Ｔ２）に維持した場合の熱劣化度Ｋの経時変化を示し、特性線Ｌ４は、触媒温度Ｔを値Ｔ４（＞Ｔ３）に維持した場合の熱劣化度Ｋの経時変化を示している。

ここで、熱劣化度Ｋは、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａが使用開始から熱によりどれだけ劣化したかを示すパラメータである。図４では、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａによる炭化水素ＨＣの浄化率をＸで表し、この浄化率Ｘの逆数の自然対数を２回採ったもの、すなわちＬＮ（ＬＮ（１／Ｘ））を熱劣化度Ｋとしている。浄化率Ｘは、「ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａに流入する炭化水素ＨＣの量」に対する「ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａにより浄化された炭化水素ＨＣの量」の比率である。また、「浄化された炭化水素ＨＣの量」は、ＮＯｘ触媒４２Ａに流入する炭化水素ＨＣの量と、ＮＯｘ触媒４３Ａから流出した炭化水素ＨＣの量の差である。

また、熱劣化度Ｋは、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａの所定時間毎の熱劣化量（熱劣化度Ｋの変化勾配、以下「熱劣化進行度合いｄＫ」という）を積算したものであるともいえる。
触媒温度Ｔを一定とした場合、熱劣化進行度合いｄＫは一定ではなく、熱劣化度Ｋに応じて変化してゆくことが図４から判る。どの触媒温度Ｔ（Ｔ１〜Ｔ４）についても、熱劣化進行度合いｄＫは熱劣化度Ｋが小さいときには大きく、熱劣化度Ｋが大きくなるに従い小さくなる。表現を変えると、熱劣化はＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａが熱に晒され始めたとき、あるいはその直後には速い速度で進行する。しかし、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａが長期にわたって熱に晒されると、熱劣化の進行の速度は遅くなってくる。これは、背景技術でも説明したように、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａの排気浄化性能に関与する貴金属触媒の表面積が、熱に晒される時間に応じて減少するとともに、その減少度合いが熱に晒された時間が短いときには大きいが、同時間が長くなるに従い小さくなることによる。そして、表面積は最終的には一定の値に収束する。特性線Ｌ４，Ｌ３に示すように、触媒温度Ｔが値Ｔ４，Ｔ３のときには、熱劣化度Ｋは比較的短い時間で上記一定の値に収束する。触媒温度Ｔが値Ｔ２，Ｔ１のときには、長い時間がかかるものの熱劣化度Ｋは上記一定の値に収束する。

また、熱劣化度Ｋを一定とした場合、熱劣化進行度合いｄＫは触媒温度Ｔに応じて異なることが図４から判る。詳しくは、熱劣化進行度合いｄＫは、触媒温度Ｔが低いときには小さく、触媒温度Ｔが高くなるに従い大きくなる。

上記傾向を考慮し、図３のマップでは、触媒温度Ｔ一定のもとでは、熱劣化度Ｋが小さいときには熱劣化進行度合いｄＫが大きく、熱劣化度が大きくなるに従い熱劣化進行度合いｄＫが小さくなるような設定がなされている。また、熱劣化度Ｋ一定のもとでは、触媒温度Ｔが低いときには熱劣化進行度合いｄＫが小さく、触媒温度Ｔが高くなるに従い熱劣化進行度合いｄＫが大きくなるような設定がなされている。

そして、上記ステップ１１０では、そのときの触媒温度Ｔ及び熱劣化度Ｋに対応する熱劣化進行度合いｄＫを上記図３のマップから割り出す。割り出された熱劣化進行度合いｄＫは、前回の制御周期で熱劣化度Ｋを算出した後、今回の制御周期が到来するまでの期間における熱劣化量（時間当りの熱劣化量）に相当する。

次に、ステップ１２０へ移行し、前回までの熱劣化度Ｋに対し、前記ステップ１１０での熱劣化進行度合いｄＫを加算し、これを新たな（今回制御周期での）熱劣化度Ｋとして設定する。従って、上記ステップ１１０，１２０の処理が繰り返されることにより、熱劣化進行度合いｄＫが積算されて熱劣化度Ｋが更新されてゆく。

続いて、ステップ１３０へ移行し、上記ステップ１２０での熱劣化度Ｋが、所定値としての異常判定値Ｓ以上であるかどうかを判定する。この異常判定値Ｓとしては、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａの熱劣化度Ｋについて、炭化水素ＨＣに対する排気浄化性能を確保するうえで許容できる範囲の上限値又はそれに近い値が設定されている。

上記ステップ１３０の判定条件が満たされていないと、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａの熱劣化が排気浄化性能を大きく損なうほど進行していないと考えられることから、そのまま熱劣化状態判定ルーチンを一旦終了する。これに対し、ステップ１３０の判定条件が満たされていると、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａが排気浄化を行う点で大きな支障を及ぼすほど熱劣化が進行していると考えられることから、ステップ１４０において、異常判定（異常である旨の判定）を行う。この判定処理を行った後に、熱劣化状態判定ルーチンを一旦終了する。

上述した熱劣化状態判定ルーチンにおける電子制御装置６１によるステップ１１０，１２０の処理は熱劣化度算出手段に相当し、ステップ１３０，１４０の処理は判定手段に相当する。

上記熱劣化状態判定ルーチンに従って処理が繰り返し行われると、時間の経過に従いＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａが受けた熱の量（触媒温度Ｔにて表現）の変化に応じ、熱劣化度Ｋが例えば図５において二点鎖線で示すように変化する。また、その熱劣化度Ｋに基づき熱劣化状態が判定される。この例は、説明の便宜上、タイミングｔ０において、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａが熱劣化していない状態（このときの熱劣化度ＫをＫ０とする）から熱に晒され始めた場合を示している。また、この例は、タイミングｔ０〜ｔ１の期間に触媒温度Ｔが値Ｔ１となり、タイミングｔ２までの期間に触媒温度Ｔが値Ｔ３となり、タイミングｔ３までの期間に触媒温度Ｔが値Ｔ２となり、タイミングｔ４までの期間に触媒温度Ｔが値Ｔ４となった場合を示している。

タイミングｔ０では、上述したように熱劣化度Ｋは値Ｋ０である。また、触媒温度Ｔ（＝Ｔ１）での熱劣化度Ｋの特性線Ｌ１上において、値Ｋ０に対応する点Ａが熱劣化進行度合いｄＫとされる。

タイミングｔ０〜ｔ１の期間には、所定時間毎に、同触媒温度Ｔ（＝Ｔ１）と、前回までの熱劣化度Ｋとに基づき熱劣化進行度合いｄＫが算出される。算出される熱劣化進行度合いｄＫは、特性線Ｌ１に従って変化することから、上記期間全体としては小さな傾向を示しつつ、同期間内では時間の経過に従って徐々に小さくなる。この熱劣化進行度合いｄＫが前回までの熱劣化度Ｋに加算されて、今回の熱劣化度Ｋが算出される。そのため、熱劣化度Ｋは、上記期間全体ではゆっくりと増加し、その増加度合いは時間が経過するにつれて徐々に小さくなる。そして、タイミングｔ１では、熱劣化度Ｋは値Ｋ１（ただし、Ｋ０＜Ｋ１＜Ｓ）となる。そのため、この時点ではステップ１３０の判定条件が満たされず、異常判定（ステップ１４０）はなされない。

タイミングｔ１の直後からタイミングｔ２までの期間には、所定時間毎に、触媒温度Ｔ（＝Ｔ３）と、前回までの熱劣化度Ｋとに基づき熱劣化進行度合いｄＫが算出される。算出される熱劣化進行度合いｄＫは、触媒温度Ｔ（＝Ｔ３）での熱劣化度Ｋの特性線Ｌ３に従って変化する。このことから、特性線Ｌ３上において、値Ｋ１に対応する点Ｂが上記期間での熱劣化進行度合いｄＫの初期値とされる。また、熱劣化進行度合いｄＫは、上記期間全体としては大きな傾向を示しつつ、同期間内では時間の経過に従って徐々に小さくなる。この熱劣化進行度合いｄＫが前回までの熱劣化度Ｋに加算されて、今回の熱劣化度Ｋが算出される。そのため、熱劣化度Ｋは上記期間全体では比較的速く増加し、その増加度合いは時間が経過するにつれて徐々に小さくなる。そして、タイミングｔ２では熱劣化度Ｋは値Ｋ２（ただし、Ｋ１＜Ｋ２＜Ｓ）となる。そのため、この時点でもステップ１３０の判定条件が満たされず、異常判定（ステップ１４０）はなされない。

タイミングｔ２の直後からタイミングｔ３までの期間には、所定時間毎に、触媒温度Ｔ（＝Ｔ２）と、前回までの熱劣化度Ｋとに基づき熱劣化進行度合いｄＫが算出される。算出される熱劣化進行度合いｄＫは、触媒温度Ｔ（＝Ｔ２）での熱劣化度Ｋの特性線Ｌ２に従って変化する。このことから、特性線Ｌ２上において、値Ｋ２に対応する点Ｃが上記期間での熱劣化進行度合いｄＫの初期値とされる。また、熱劣化進行度合いｄＫは、上記期間全体としては小さな傾向を示しつつ、同期間内では時間の経過に従って徐々に小さくなる。この熱劣化進行度合いｄＫが前回までの熱劣化度Ｋに加算されることにより、今回の熱劣化度Ｋが算出される。そのため、熱劣化度Ｋは、上記期間全体では比較的ゆっくり増加し、その増加度合いは時間が経過するにつれて徐々に小さくなる。そして、タイミングｔ３では熱劣化度Ｋは値Ｋ３（ただし、Ｋ２＜Ｋ３＜Ｓ）となる。そのため、この時点でもステップ１３０の判定条件が満たされず、異常判定（ステップ１４０）はなされない。

タイミングｔ３の直後からタイミングｔ４までの期間には、所定時間毎に、触媒温度Ｔ（＝Ｔ４）と、前回までの熱劣化度Ｋとに基づき熱劣化進行度合いｄＫが算出される。算出される熱劣化進行度合いｄＫは、触媒温度Ｔ（＝Ｔ４）での熱劣化度Ｋの特性線Ｌ４に従って変化する。このことから、特性線Ｌ４上において値Ｋ３に対応する点Ｄが、上記期間での熱劣化進行度合いｄＫの初期値とされる。また、熱劣化進行度合いｄＫは、上記期間全体としては大きな傾向を示しつつ、同期間内では時間の経過に従って徐々に小さくなる。この熱劣化進行度合いｄＫが前回までの熱劣化度Ｋに加算されることにより、今回の熱劣化度Ｋが算出される。そのため、熱劣化度Ｋは、上記期間全体では比較的速く増加し、その増加度合いは時間が経過するにつれて徐々に小さくなる。そして、同期間の途中のタイミングｔ３Ａで熱劣化度Ｋが異常判定値Ｓと合致する。タイミングｔ３Ａよりも後には熱劣化度Ｋは異常判定値Ｓよりも大きくなる。そのため、上記期間中、タイミングｔ３Ａよりも前にはステップ１３０の判定条件が満たされず、異常判定（ステップ１３０）はなされないが、タイミングｔ３Ａ以降にはステップ１３０の判定条件が満たされて異常判定（ステップ１４０）がなされることとなる。

以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）熱劣化進行度合いｄＫは触媒温度Ｔに加え熱劣化度Ｋに応じて異なる。この点、本実施形態では熱劣化進行度合いｄＫの積算に際し、熱劣化進行度合いｄＫの前回までの積算値、すなわち前回算出された熱劣化度Ｋと、そのときの触媒温度Ｔとに基づき、上記所定時間での熱劣化進行度合いｄＫを算出する。そして、この熱劣化進行度合いｄＫを前回までの積算値（前回算出された熱劣化度Ｋ）に加算することにより、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａの今回までの熱劣化度Ｋを算出するようにしている。従って、触媒温度Ｔのみに基づいて算出した熱劣化進行度合いｄＫを積算する背景技術に比べ、熱劣化進行度合いｄＫとして実際の変化態様に即した値を積算することで、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａの熱劣化度Ｋをより正確に把握し、熱劣化異常の検出精度を高めることができる。

（２）熱劣化進行度合いｄＫは、一般に触媒温度Ｔが低いときには小さく、同触媒温度Ｔが高くなるに従い小さくなる。この点、本実施形態では、上記傾向を考慮し、触媒温度Ｔが高くなるに従い熱劣化進行度合いｄＫとして大きな値を算出するようにしている。この算出により、そのときの触媒温度Ｔのもとで、前回から今回までの所定時間に実際に進行した熱劣化量に対応した熱劣化進行度合いｄＫを得ることができる。従って、この値を前回までの熱劣化進行度合いｄＫの積算値に加算することにより、排気浄化触媒の使用開始から現時点までの熱劣化度Ｋをより正確に算出することができ、上記（１）に記載の効果をより確実なものとすることができる。

（３）熱劣化進行度合いｄＫは、一般にＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａの熱劣化が進行していないとき（熱劣化度Ｋが小さいとき）には大きく、熱劣化が進行する（熱劣化度Ｋが大きくなる）に従い小さくなる。この点、本実施形態では、上記傾向を考慮し、前回までの熱劣化進行度合いｄＫの積算値（熱劣化度Ｋ）が大きくなるに従い熱劣化進行度合いｄＫとして小さな値を算出するようにしている。この算出により、前回から今回までの所定時間に実際に進行した熱劣化量に対応した熱劣化進行度合いｄＫを得ることができる。従って、この値を前回までの積算値に加算することにより、排気浄化触媒の使用開始から現時点までの熱劣化度Ｋをより正確に算出することができ、上記（１）に記載の効果をより確実なものとすることができる。

（４）熱劣化度Ｋ及び触媒温度Ｔと熱劣化進行度合いｄＫとの関係をマップの形態でＲＯＭに記憶しておき、所定時間毎に熱劣化進行度合いｄＫをマップから読み出すようにしている。このため、所定時間毎に、熱劣化度Ｋ及び触媒温度Ｔに対応する熱劣化進行度合いｄＫを演算により求める場合よりも、電子制御装置６１にかかる負荷を小さくすることが可能となる。

（５）熱劣化異常の検出に際し、熱劣化度Ｋと異常判定値Ｓとを比較する。そして、比較の結果、熱劣化度Ｋが異常判定値Ｓよりも大きい場合に、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａが熱劣化異常である旨の判定を行うようにしている。そのため、判定結果に基づき、ＮＯｘ触媒４２Ａ，４３Ａが熱による劣化異常を起こしているかどうかを把握することができる。そして、熱劣化異常である旨判定した場合には、必要な措置、例えば燃焼状態の変更や運転者に対する異常の報知等を行うことが可能となる。

なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・上記実施形態において、熱劣化度Ｋと所定の値との比較により、熱劣化状態が正常であるかどうかの判定を行うようにしてもよい。例えば、熱劣化度Ｋが上記異常判定値Ｓよりも小さい場合に正常である旨判定したり、同異常判定値Ｓよりも小さな正常判定値を設定し、熱劣化度Ｋがこの正常判定値よりも小さい場合に正常である旨判定したりしてもよい。

・上記実施形態では、マップを用いて熱劣化進行度合いｄＫを算出したが、触媒温度Ｔ及び熱劣化度Ｋをパラメータとした所定の演算式に従って熱劣化進行度合いｄＫを算出するようにしてもよい。

・本発明は、ディーゼルエンジンに限らず、希薄燃焼式ガソリンエンジン等について上記実施形態と同様な触媒構成を採用した場合にも適用できる。

本発明を具体化した一実施形態について、エンジン及び排気浄化装置の構成を示す略図。 熱劣化状態判定ルーチンを説明するフローチャート。 熱劣化進行度合いｄＫの算出に用いられるマップのマップ構造を示す略図。 熱劣化度の経時変化を触媒温度毎に示す特性図。 熱劣化度Ｋの変化態様の一例を示すタイミングチャート。

符号の説明

４２Ａ，４３Ａ…ＮＯｘ触媒（排気浄化触媒）、６１…電子制御装置（熱劣化度算出手段、判定手段、記憶手段）、ｄＫ…熱劣化進行度合い、Ｋ…熱劣化度、Ｓ…異常判定値（所定値）、Ｔ…触媒温度。

Claims (5)

1. 排気浄化触媒の熱劣化進行度合いを所定時間毎に積算することにより同排気浄化触媒の熱劣化度を算出する熱劣化度算出手段と、
   前記熱劣化度算出手段による前記熱劣化度に基づき前記排気浄化触媒の熱劣化状態を判定する判定手段と
   を備える排気浄化触媒の熱劣化状態検出装置であって、
   前記熱劣化度算出手段は、前記熱劣化度の算出に際し、熱劣化進行度合いの前回までの積算値とそのときの排気浄化触媒の温度とに基づき前記所定時間での熱劣化進行度合いを算出し、これを前記前回までの積算値に加算することを特徴とする排気浄化触媒の熱劣化状態検出装置。
2. 前記熱劣化度算出手段は、前記所定時間での前記熱劣化進行度合いとして、前記排気浄化触媒の温度が高くなるに従い大きな値を算出する請求項１に記載の排気浄化触媒の熱劣化状態検出装置。
3. 前記熱劣化度算出手段は、前記所定時間での前記熱劣化進行度合いとして、前記前回までの積算値が大きくなるに従い小さな値を算出する請求項１又は２に記載の排気浄化触媒の熱劣化状態検出装置。
4. 熱劣化度及び排気浄化触媒の温度に対する熱劣化進行度合いを予め記憶した記憶手段をさらに備え、
   前記熱劣化度算出手段は、熱劣化進行度合いの前回までの積算値とそのときの排気浄化触媒の温度とに対応する熱劣化進行度合いを前記記憶手段から読み出し、これを前記所定時間での前記熱劣化進行度合いとして前記前回までの積算値に加算する請求項１〜３のいずれか１つに記載の排気浄化触媒の熱劣化状態検出装置。
5. 前記判定手段は、前記熱劣化度算出手段による前記熱劣化度が所定値よりも大きい場合に前記排気浄化触媒が熱劣化異常である旨判定する請求項１〜４のいずれか１つに記載の排気浄化触媒の熱劣化状態検出装置。

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