JP2015197086A - 選択還元型触媒の劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上の比較的低い温度域にあるときであっても、該ＳＣＲ触媒の劣化を判定することができる技術を提供する。
【解決手段】本発明は、尿素水溶液の添加量と、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量と、ＳＣＲ触媒から流出するＮＯ_Ｘの量と、ＳＣＲ触媒から流出するＮＨ_３の量と、をパラメータとして用いることにより、ＳＣＲ触媒において排気中のＮＯ_Ｘを還元するために消費されたＮＨ_３の量とＳＣＲ触媒においてＮＯ_Ｘへ転化されるＮＨ_３の量とＮＨ_３から転化したＮＯ_Ｘを還元するために消費されたＮＨ_３の量との総和に対し、排気中のＮＯ_Ｘを還元するために消費されたＮＨ_３の量の割合であるＮＨ_３利用率を算出し、そのＮＨ_３利用率が閾値より小さければＳＣＲ触媒が劣化していると判定するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）の劣化を判定する技術に関する。

従来、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を浄化するシステムとして、ＳＣＲ触媒と該ＳＣＲ触媒より上流の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装置とを内燃機関の排気通路に配置し、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量に応じて添加剤を供給するものが知られている。

上記したようなシステムにおいては、ＳＣＲ触媒の劣化を検出することも重要である。ＳＣＲ触媒の劣化を検出する技術としては、ＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒より上流の排気中に尿素水溶液を添加する添加装置と、ＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ_３の濃度を検出するＮＨ_３センサと、を備えたシステムにおいて、ＳＣＲ触媒の温度がその活性温度以上かつそのＮＨ_３の最大吸着容量が小さくなる高温領域内に設定された劣化判定温度より高いときに、ＮＨ_３センサの検出値が軽度劣化判定値より大きくなるような量の尿素水を添加装置から供給させ、ＮＨ_３センサの検出値が軽度劣化判定値以下であれば、ＳＣＲ触媒が酸化劣化状態にあると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）。

特開２０１３−０３６３４５号公報

ところで、上記した従来の技術によると、劣化判定を行える時期は、ＳＣＲ触媒が高温となる時期に限定される。そのため、ＳＣＲ触媒の温度が高温域まで上昇しない運転が続くと、劣化判定を行うことができず、ＳＣＲ触媒の劣化を早期に検出することができなくなる可能性がある。

本発明は、上記したような種々の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た選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）の劣化を判定する装置において、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上の比較的低い温度域にあるときであっても、該ＳＣＲ触媒の劣化を判定することができる技術を提供することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、ＳＣＲ触媒において消費されるＮＨ_３の量に対し、ＳＣＲ触媒へ流入する排気に含まれるＮＯ_Ｘの還元に消費されるＮＨ_３の量の割合を求め、その割合に基づいてＳＣＲ触媒の劣化を判定するようにした。

詳細には、本発明に係わる選択還元型触媒の劣化判定装置は、
内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）と、
前記選択還元型触媒より上流の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装置と、
前記選択還元型触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量を取得する第一取得手段と、
前記選択還元型触媒から流出するＮＯ_Ｘの量を取得する第二取得手段と、
前記選択還元型触媒から流出するアンモニアの量を取得する第三取得手段と、
前記添加装置から排気中へ添加された添加剤の量と、前記第一取得手段により取得されたＮＯ_Ｘの量と、前記第二取得手段により取得されたＮＯ_Ｘの量と、前記第三取得手段により取得されたアンモニアの量と、をパラメータとすることにより、前記ＳＣＲ触媒において消費されたアンモニアの量に対して排気に含まれるＮＯ_Ｘの還元に消費されたアンモニアの量の割合を演算する演算手段と、
前記演算手段により算出された割合が閾値より小さい場合に前記ＳＣＲ触媒が劣化しており、前記演算手段により算出された割合が閾値以上である場合に前記ＳＣＲ触媒が劣化していないと判定する判定手段と、
を備えるようにした。

ＳＣＲ触媒へ供給されたＮＨ_３の多くは排気中のＮＯ_Ｘを還元するために消費されるが、一部のＮＨ_３は酸化されてＮＯ_Ｘに転化されたり、ＮＨ_３から転化したＮＯ_Ｘ（以下、「ＮＨ_３由来のＮＯ_Ｘ」と称する）を還元するために消費されたりする。さらに、ＮＯ_Ｘの還元に寄与しないＮＨ_３の一部は、ＳＣＲ触媒から流出する（ＮＨ_３スリップ）。

ここで、ＳＣＲ触媒が劣化すると、ＮＯ_Ｘに転化されるＮＨ_３の量やＮＨ_３由来のＮＯ_Ｘの還元に消費されるＮＨ_３の量（以下、これらＮＨ_３の総量を「自己消費量」と称する）が多くなる。それに伴い、ＳＣＲ触媒へ流入する排気に含まれるＮＯ_Ｘを還元するために消費されるＮＨ_３の量（以下、「利用量」と称する）が少なくなる。その結果、ＳＣＲ触媒において消費されるＮＨ_３の量（自己消費量と利用量の総和であり、以下では「総消費量」と称する）に対する利用量の割合（以下、「ＮＨ_３利用率」と称する）が小さくなる。

ＳＣＲ触媒の劣化に伴うＮＨ_３利用率の低下は、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上の比較的低い温度域においても発現する。たとえば、ＳＣＲ触媒が吸着することができる最大のＮＨ_３量（最大吸着量）が低下するような温度域より低い温度域においても、上記した現象が発現する。

そこで、本発明の選択還元型触媒の劣化判定装置は、ＮＨ_３利用率が閾値より小さければＳＣＲ触媒が劣化していると判定し、該ＮＨ_３利用率が閾値以上であればＳＣＲ触媒が劣化していないと判定するようにした。ここでいう「閾値」は、たとえば、ＳＣＲ触媒から流出するＮＯ_Ｘの量が法規等で規定された許容量を超えると考えられる最小のＮＨ_３利用率、又は最小のＮＨ_３利用率にマージンを加算した値である。

上記した選択還元型触媒の劣化判定装置によれば、ＳＣＲ触媒の温度が高温域まで上昇しないような運転が行われた場合であっても、ＳＣＲ触媒の劣化を判定することができる。

なお、ＮＨ_３利用率は、前記添加装置から排気中へ添加された添加剤の量と、前記第一取得手段により取得されたＮＯ_Ｘの量と、前記第二取得手段により取得されたＮＯ_Ｘの量と、前記第三取得手段により取得されたアンモニアの量と、をパラメータとして、演算することができる。

ここで、ＳＣＲ触媒へ供給されるＮＨ_３の量（以下、「ＮＨ_３供給量」と称する）は、添加装置から添加される添加剤の量と該添加剤の組成とから演算することができる。そして、ＮＨ_３供給量からＮＨ_３スリップ量を減算することにより、総消費量を算出することができる。また、ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量（ＮＯ_Ｘ流入量）とＳＣＲ触媒から流出するＮＯ_Ｘの量（ＮＯ_Ｘ流出量）とから、ＳＣＲ触媒において浄化（還元）されたＮＯ_Ｘの量（以下、「ＮＯ_Ｘ浄化量」と称する）を演算し、ＮＯ_Ｘ浄化量と当量比（ＮＯ_Ｘが
ＮＨ_３によって還元される際の当量比）とから利用量を演算することができる。このような手順によって総消費量と利用量とが算出されると、利用量を総消費量で除算することにより、ＮＨ_３利用率を算出することができる。

ＮＯ_Ｘ流入量は、ＳＣＲ触媒より上流の排気通路にＮＯ_Ｘセンサを設け、該ＮＯ_Ｘセンサにより測定されるＮＯ_Ｘ濃度と排気流量（吸入空気量）とから演算することができる。また、ＮＯ_Ｘ流入量は、内燃機関の運転条件（たとえば、吸入空気量や燃料噴射量等）から推定（演算）されてもよい。ＮＯ_Ｘ流出量は、ＳＣＲ触媒より下流の排気通路にＮＯ_Ｘセンサを設け、該ＮＯ_Ｘセンサにより測定されるＮＯ_Ｘ濃度と排気流量とから演算することができる。ＮＨ_３スリップ量は、ＳＣＲ触媒より下流の排気通路にＮＨ_３センサを設け、該ＮＨ_３センサにより測定されたＮＨ_３濃度と排気流量とから演算することができる。なお、ＮＨ_３スリップ量は、ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量やＳＣＲ触媒の温度等から推定（演算）されてもよい。

本発明によれば、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上の比較的低い温度域にあるときであっても、該ＳＣＲ触媒の劣化を判定することができる。

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。 正常時と劣化時におけるＮＨ_３利用率を示す図である。 ＳＣＲ触媒の異常判定処理が行われるときに、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。 ＳＣＲ触媒の温度に応じて閾値を変更する例を示す図である。 ＳＣＲ触媒の温度が一定である場合における尿素水溶液の添加量とＳＣＲ触媒の浄化性能との関係を示す図である。 尿素水溶液の添加量とＮＨ_３利用率との関係を示す図である。 他の実施例において、ＳＣＲ触媒の異常判定処理が行われるときに、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。

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、希薄燃焼運転される圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。なお、内燃機関１は、希薄燃焼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。

内燃機関１には、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排気管２が接続されている。排気管２の途中には、第一触媒ケーシング３が配置されている。第一触媒ケーシング３より下流の排気管２には、第二触媒ケーシング４が配置されている。

第一触媒ケーシング３は、たとえば、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、ＳＣＲ触媒が担持された触媒担体を
収容する。前記触媒担体は、たとえば、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼等から形成され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。なお、第二触媒ケーシング４におけるＳＣＲ触媒の下流には、酸化触媒が担持された触媒担体が配置されてもよい。その場合の酸化触媒は、ＳＣＲ触媒へ供給されるＮＨ_３のうち、ＳＣＲ触媒をすり抜けたＮＨ_３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との間の排気管２には、アンモニア（ＮＨ_３）又はＮＨ_３の前駆体である添加剤を排気中へ添加（噴射）するための添加弁５が配置されている。添加弁５は、ポンプ５０を介して添加剤タンク５１に接続されている。ポンプ５０は、添加剤タンク５１に貯留されている添加剤を吸引するとともに、吸引された添加剤を添加弁５へ圧送する。添加弁５は、ポンプ５０から圧送されてくる添加剤を排気管２内へ噴射する。添加弁５とポンプ５０と添加剤タンク５１との組合せは、本発明に係わる添加装置に相当する。

ここで、添加剤タンク５１に貯留される添加剤としては、ＮＨ_３ガス、又は尿素やカルバミン酸アンモニウム等の水溶液である。本実施例では、当該添加剤として尿素水溶液を用いるものとする。

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、尿素水溶液が排気の熱を受けて熱分解され、又はＳＣＲ触媒により加水分解される。尿素水溶液が熱分解又は加水分解されると、ＮＨ_３が生成される。このようにして生成されたＮＨ_３は、ＳＣＲ触媒に吸着又は吸蔵される。ＳＣＲ触媒に吸着又は吸蔵されたＮＨ_３は、排気中に含まれるＮＯ_Ｘと反応してＮ_２や水（Ｈ_２Ｏ）を生成する。つまり、ＮＨ_３は、ＮＯ_Ｘの還元剤として機能する。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０には、第一ＮＯ_Ｘセンサ６、第二ＮＯ_Ｘセンサ７、排気温度センサ８、ＮＨ_３センサ９、クランクポジションセンサ１１、アクセルポジションセンサ１２、及びエアフローメータ１３等の各種センサが電気的に接続されている。

第一ＮＯ_Ｘセンサ６は、第一触媒ケーシング３と第二触媒ケーシング４の間の排気管２に配置され、第二触媒ケーシング４へ流入する排気のＮＯ_Ｘ濃度に相関する電気信号を出力する。

第二ＮＯ_Ｘセンサ７は、第二触媒ケーシング４より下流の排気管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ＮＯ_Ｘ濃度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より下流の排気管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。

ＮＨ_３センサ９は、第二触媒ケーシング４より下流の排気管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ＮＨ_３濃度に相関する電気信号を出力する。なお、第二触媒ケーシング４において、ＳＣＲ触媒の下流にＮＨ_３酸化用の酸化触媒が配置される場合は、ＮＨ_３センサ９は、ＳＣＲ触媒の下流且つ酸化触媒の上流に配置されるものとする。

クランクポジションセンサ１１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。エアフローメータ１３は、内燃
機関１に吸入される空気の量（質量）に相関する電気信号を出力する。

また、ＥＣＵ１０は、内燃機関１に取り付けられた各種機器（たとえば、燃料噴射弁等）、添加弁５、及びポンプ５０等と電気的に接続されている。ＥＣＵ１０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、添加弁５、及びポンプ５０等を電気的に制御する。たとえば、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の燃料噴射制御や添加弁５から間欠的に添加剤を噴射させる添加制御等の既知の制御に加え、第二触媒ケーシング４に収容されたＳＣＲ触媒の異常を判定する処理（異常判定処理）を実行する。

以下、本実施例における異常診断処理の実行方法について述べる。本実施例の異常判定処理は、ＳＣＲ触媒において消費されたＮＨ_３の量（総消費量）に対して、排気中のＮＯ_Ｘを還元するために消費されたＮＨ_３の量（利用量）の割合（ＮＨ_３利用率）に基づいて、ＳＣＲ触媒が異常であるかを判定する処理である。

ＳＣＲ触媒へ供給されるＮＨ_３の大部分はＳＣＲ触媒において消費されるが、残りの一部はＳＣＲ触媒から流出（スリップ）する。ＳＣＲ触媒において消費されるＮＨ_３は、排気中のＮＯ_Ｘの還元剤として消費されるＮＨ_３と、ＳＣＲ触媒において酸化されてＮＯ_Ｘに転化されるＮＨ_３と、ＮＨ_３由来のＮＯ_Ｘの還元剤として消費されるＮＨ_３と、に分類することができる。そして、ＳＣＲ触媒が劣化すると、ＳＣＲ触媒においてＮＯ_Ｘに転化されるＮＨ_３の量やＮＨ_３由来のＮＯ_Ｘの還元剤として消費されるＮＨ_３の量（自己消費量）が増加し、排気中のＮＯ_Ｘを還元するために消費されるＮＨ_３の量（利用量）が減少する。その結果、総消費量（利用量と自己消費量の総和）に対する利用量の比率であるＮＨ_３利用率が小さくなる。

図２は、正常時と劣化時におけるＮＨ_３利用率を示す図である。図２に示すように、ＳＣＲ触媒が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、自己消費率（総消費量に対する自己消費量の割合）が大きくなるとともにＮＨ_３利用率が小さくなる。この現象は、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上の比較的低い温度域にあるときにも発現する。よって、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上の比較的高い温度域まで上昇していないときであっても、ＮＨ_３利用率に基づく異常判定処理を行うことができる。

また、ＳＣＲ触媒が劣化している場合は、該ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上の高温域にあるときに、該ＳＣＲ触媒の酸化能が活発になる。この傾向は、ＳＣＲ触媒が劣化していない場合より劣化している場合に顕著となる。よって、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上の比較的高い温度域まで上昇しているときであっても、ＮＨ_３利用率に基づく異常判定処理は有効である。

ここで、本実施例における異常判定処理の具体的な実行手順について図３に沿って説明する。図３は、ＳＣＲ触媒の異常判定処理が行われるときに、ＥＣＵ１０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。この処理ルーチンは、内燃機関１の運転期間において、添加弁５から尿素水溶液が添加されており、且つＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着速度とＮＨ_３脱離速度とが平衡状態にあると推定されるとき（ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量が飽和しているとき）に実行される。

図３の処理ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０１の処理において、判定完了フラグの値が“０”であるか否かを判別する。判定完了フラグは、たとえば、ＲＡＭ又はバックアップＲＡＭに予め設定されている記憶領域であり、異常判定処理が完了したときに“１”がセットされ、内燃機関１の始動時に“０”にリセットされる。Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、本ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０２の処理へ進む。

Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ１０は、異常判定条件が成立しているか否かを判別する。たとえば、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒が活性状態にあり、且つ添加弁５から尿素水溶液が添加されており、且つＮＨ_３吸着速度とＮＨ_３脱離速度とが平衡状態にあるときに、異常判定条件が成立していると判定する。Ｓ１０２の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、本ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３の処理へ進む。

Ｓ１０３の処理では、ＮＨ_３利用率を演算する。たとえば、ＥＣＵ１０は、先ず総消費量と利用量とを演算し、次いで利用量を総消費量で除算することによりＮＨ_３利用率を算出する。なお、ＥＣＵ１０がＳ１０３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。

ここで、総消費量は、ＮＨ_３供給量からＮＨ_３スリップ量を減算して求められる。ＮＨ_３供給量は、単位時間あたりに添加弁５から添加される尿素水溶液の量と尿素水溶液の組成とに基づいて演算される。その際、尿素水溶液とＮＨ_３供給量との関係を予めマップ化しておくようにしてもよい。ＮＨ_３スリップ量は、ＮＨ_３センサ９の測定値（第二触媒ケーシング４から流出した排気のＮＨ_３濃度）と排気流量（たとえば、エアフローメータ１３の測定値）とを乗算することにより求めることができる。このようにＥＣＵ１０がＮＨ_３スリップ量を演算することにより、本発明に係わる第三取得手段が実現される。

一方、利用量は、ＳＣＲ触媒において浄化されたＮＯ_Ｘ（ＮＨ_３由来のＮＯ_Ｘは除く）の量と当量比（ＮＯ_ＸがＮＨ_３によって還元される際の当量比）とを用いて演算される。ＳＣＲ触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化量は、ＮＯ_Ｘ流入量からＮＯ_Ｘ流出量を減算することにより求められる。ＮＯ_Ｘ流入量は、第一ＮＯ_Ｘセンサ６の測定値（第二触媒ケーシング４へ流入する排気のＮＯ_Ｘ濃度）と排気流量とを乗算することにより求められる。このようにＥＣＵ１０がＮＯ_Ｘ流入量を演算することにより、本発明に係わる第一取得手段が実現される。また、ＮＯ_Ｘ流出量は、第二ＮＯ_Ｘセンサ７の測定値（第二触媒ケーシング４から流出する排気のＮＯ_Ｘ濃度）と排気流量とを乗算することにより求められる。このようにＥＣＵ１０がＮＯ_Ｘ流出量を演算することにより、本発明に係わる第二取得手段が実現される。

Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０３の処理で求められたＮＨ_３利用率が閾値より小さいか否かを判別する。閾値は、ＳＣＲ触媒から流出するＮＯ_Ｘの量が法規等で規定された許容量を超えると考えられる最小のＮＨ_３利用率、又は最小のＮＨ_３利用率にマージンを加算した値である。

なお、ＮＨ_３利用率の演算は、１回のみ行われてもよく、又は複数回行われてもよい。ＮＨ_３利用率の演算が複数回行われる場合は、それらの演算結果の平均値を閾値と比較してもよい。また、複数回の演算結果を積算し、その積算値を前記閾値とは異なる値（たとえば、ＮＨ_３利用率の演算回数を前記閾値に乗算した値）と比較してもよい。

前記Ｓ１０４の処理において肯定判定された場合（ＮＨ_３利用率＜閾値）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５の処理へ進み、ＳＣＲ触媒が劣化していると判定する。その場合、ＥＣＵ１０は、車室内に設けられた警告灯を点灯させ、或いは車室内に設けられた表示装置にＳＣＲ触媒が劣化している旨のメッセージを表示させてもよい。一方、前記Ｓ１０４の処理において否定判定された場合（ＮＨ_３利用率≧閾値）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５の処理へ進み、ＳＣＲ触媒が劣化していない（正常）と判定する。このように、ＥＣＵ１０がＳ１０３乃至Ｓ１０５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。

ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４又はＳ１０５の処理を実行した後に、Ｓ１０６の処理へ進み、前記した判定完了フラグに“１”をセットする。

以上述べたような手順によりＳＣＲ触媒の異常判定処理が行われると、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度以上の比較的低い温度域にあるときでも、ＳＣＲ触媒の異常を判定することができる。その結果、ＳＣＲ触媒の温度が該ＳＣＲ触媒の酸化能が活発になる高温域まで上昇しないような運転が継続された場合であっても、ＳＣＲ触媒の異常を検出することが可能となる。

なお、ＮＨ_３利用率と比較される閾値は、予め定められた固定値であってもよいが、ＳＣＲ触媒の温度に応じて変更される可変値であってもよい。ＳＣＲ触媒が正常であるときのＮＨ_３利用率は、図４に示すように、ＳＣＲ触媒の温度が一定温度（図４中のｔｍｐ１）以下であるときは略一定になるが、ＳＣＲ触媒の温度が一定温度ｔｍｐ１より高いときはＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど小さくなる傾向がある。よって、閾値は、ＳＣＲ触媒の温度が一定温度ｔｍｐ１以下であるときは固定値に設定され、ＳＣＲ触媒の温度が一定温度ｔｍｐ１より高いときはＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど小さい値に変更されてもよい。このように閾値が設定されると、異常判定精度を高めることが可能になる。

また、図４に示すように、ＳＣＲ触媒の温度が一定温度ｔｍｐ１より高い上限温度（図４中のｔｍｐ２）を超えると、ＳＣＲ触媒が正常であっても、ＳＣＲ触媒へ供給されたＮＨ_３の略全量がＮＯ_Ｘに添加される（ＮＨ_３利用率が略０％になる）。そのため、ＳＣＲ触媒の温度が上限温度ｔｍｐ２より高いときは、異常判定処理の実行を禁止することが望ましい。

＜他の実施例＞
前述した実施例においては、異常判定処理が実施される際の尿素水溶液の添加量について特段の制約を設けていないが、尿素水溶液の添加量が所定範囲にあるときに異常判定処理が実施されるようにしてもよい。ここでいう「所定範囲」は、ＳＣＲ触媒が正常であればＮＨ_３利用率が低下せず、且つＳＣＲ触媒が異常であればＮＨ_３利用率が低下する範囲である。

図５は、ＳＣＲ触媒の温度が一定である場合における尿素水溶液の添加量とＳＣＲ触媒の浄化性能との関係を示す図である。なお、図５中（ａ）はＳＣＲ触媒が正常である場合の浄化性能を示し、図５中（ｂ）はＳＣＲ触媒が劣化している場合の浄化性能を示す。また、図５中の実線はＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ還元能を示し、一点鎖線はＳＣＲ触媒のＮＨ_３酸化能を示す。

ＳＣＲ触媒が正常である場合は、図５中（ａ）に示すように、尿素水溶液の添加量が相対的に多くなる範囲（図５中の範囲Ａ）と尿素水溶液の添加量が相対的に少なくなる範囲（図５中の範囲Ｂ）とでは、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ還元能とＮＨ_３酸化能との相対関係は略同等になる。

これに対し、ＳＣＲ触媒が劣化している場合は、図５中（ｂ）に示すように、範囲Ａと範囲Ｂとでは、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化能とＮＨ_３酸化能との相対関係が相違する。詳細には、範囲ＡにおいてはＮＯ_Ｘ還元能がＮＨ_３酸化能より高いのに対し、範囲ＢにおいてはＮＨ_３酸化能がＮＯ_Ｘ還元能より高くなる。

したがって、ＳＣＲ触媒が正常である場合は、図６中（ａ）に示すように、範囲ＡにおけるＮＨ_３利用率と範囲ＢにおけるＮＨ_３利用率とが略同等になる。一方、ＳＣＲ触媒が
劣化している場合は、図６中（ｂ）に示すように、範囲ＡにおけるＮＨ_３利用率に対して範囲ＢにおけるＮＨ_３利用率が小さくなる。つまり、ＳＣＲ触媒が正常である場合のＮＨ_３利用率とＳＣＲ触媒が劣化している場合のＮＨ_３利用率との差は、範囲Ａより範囲Ｂの方が大きくなる。よって、尿素水溶液の添加量が範囲Ｂに属するときに異常判定処理が行われれば、判定精度をより高めることができる。

なお、範囲Ｂは、以下のように定義することができる。先ず、範囲Ｂの下限値は、ＳＣＲ触媒の正常時において、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ還元能が最大となる添加量の最小値（たとえば、図５、６中のａ１）である。次に、範囲Ｂの上限値は、ＳＣＲ触媒の劣化時において、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ還元能とＮＨ_３酸化能とが同等になる添加量（たとえば、図５、６中のａ２）である。

ところで、尿素水溶液の添加量が範囲Ｂに属する機会が少ないと、異常判定処理の実行頻度が少なくなり、ＳＣＲ触媒の劣化を早期に検出することができなくなる可能性もある。

そこで、尿素水溶液の添加量が範囲Ｂに属さないときに求められたＮＨ_３利用率が閾値より小さい場合に、尿素水溶液の添加量を範囲Ｂに属する量に変更してＮＨ_３利用率を再度求め、そのＮＨ_３利用率が閾値より小さければ、ＳＣＲ触媒が劣化していると判定してもよい。

詳細には、ＥＣＵ１０は、図７に示すような手順により異常判定処理を実行すればよい。図７は、ＳＣＲ触媒の異常判定処理が行われるときに、ＥＣＵ１０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。図７において、前述した図３の処理ルーチンと同様の処理には同等の符号を付している。

図７の処理ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４の処理において肯定判定された場合に、Ｓ２０１の処理へ進む。Ｓ２０１の処理では、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３の処理においてＮＨ_３利用率が演算されたときの尿素水溶液の添加量が範囲Ｂから逸脱しているか否かを判別する。Ｓ２０１の処理において否定判定された場合（尿素水溶液の添加量が範囲Ｂに属している場合）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５の処理へ進む。一方、Ｓ２０１の処理において肯定判定された場合（尿素水溶液の添加量が範囲Ｂに属さない場合）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０２の処理へ進む。

Ｓ２０２の処理では、ＥＣＵ１０は、尿素水溶液の添加量が範囲Ｂに属する量に変更する。続いて、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０３の処理へ進み、尿素水溶液の添加量が範囲Ｂに属しているときのＮＨ_３利用率を演算する。そして、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０４の処理へ進み、Ｓ２０３の処理で算出されたＮＨ_３利用率が閾値より小さいか否かを判別する。

Ｓ２０４の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５の処理へ進み、ＳＣＲ触媒が劣化していると判定する。一方、Ｓ２０４の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６の処理へ進み、ＳＣＲ触媒が正常であると判定する。

このような手順により異常判定処理が実行されると、ＳＣＲ触媒が劣化している可能性があるとき（図７中のＳ１０４の処理で肯定判定されたとき）に、正常時のＮＨ_３利用率と異常時のＮＨ_３利用率との差が大きくなる条件下で異常判定処理を行うことになるので、誤判定が起こりにくくなるとともに、ＳＣＲ触媒の軽微な劣化を検出することが可能になる。

なお、図７中のＳ１０２の処理で適用される異常判定条件は、前述の図３の説明で述べ
た条件と同様であってもよく、又は前述の図３の説明で述べた条件に、ＳＣＲ触媒の温度が上限温度（前述の図４中のｔｍｐ２）以下であるという条件を加えてもよい。また、図７中のＳ１０４及びＳ２０４の処理で用いられる閾値は、前述の図４の説明で述べたように、ＳＣＲ触媒の温度に応じた値が用いられてもよい。

ところで、ＮＨ_３利用率を利用した異常判定処理の実行方法としては、範囲ＡにおけるＮＨ_３利用率と範囲ＢにおけるＮＨ_３利用率とを比較し、双方の差が許容値を超えていれば、ＳＣＲ触媒が劣化していると判定する方法を用いることも可能である。

１ 内燃機関
２ 排気管
３ 第一触媒ケーシング
４ 第二触媒ケーシング
５ 添加弁
６ 第一ＮＯ_Ｘセンサ
７ 第二ＮＯ_Ｘセンサ
８ 排気温度センサ
９ ＮＨ_３センサ
１０ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、
   前記選択還元型触媒より上流の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装置と、
   前記選択還元型触媒へ流入するＮＯ_Ｘの量を取得する第一取得手段と、
   前記選択還元型触媒から流出するＮＯ_Ｘの量を取得する第二取得手段と、
   前記選択還元型触媒から流出するアンモニアの量を取得する第三取得手段と、
   前記添加装置から排気中へ添加された添加剤の量と、前記第一取得手段により取得されたＮＯ_Ｘの量と、前記第二取得手段により取得されたＮＯ_Ｘの量と、前記第三取得手段により取得されたアンモニアの量と、をパラメータとして用いることにより、前記ＳＣＲ触媒において消費されたアンモニアの量に対して排気に含まれるＮＯ_Ｘの還元に消費されたアンモニアの量の割合を演算する演算手段と、
   前記演算手段により算出された割合が閾値より小さい場合に前記ＳＣＲ触媒が劣化しており、前記演算手段により算出された割合が閾値以上である場合に前記ＳＣＲ触媒が劣化していないと判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする選択還元型触媒の劣化判定装置。

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