触媒劣化診断装置
【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１９に設けられ、排気通路１９を流通する排気中に含まれるＮＯｘを還元し浄化する選択還元型触媒２５と、選択還元型触媒２５を流通する排気中に含まれるＮＯｘに対するＮＯ2の比であるＮＯ2比率を取得するＮＯ2比率取得手段３３と、選択還元型触媒２５の上流側及び下流側のＮＯｘの量に基づいて、選択還元型触媒２５により還元されて浄化されるＮＯｘの割合であるＮＯｘ浄化率を取得するＮＯｘ浄化率取得手段３４と、ＮＯ2比率取得手段３３により取得した前記ＮＯ2比率とＮＯｘ浄化率取得手段３４により取得した前記ＮＯｘ浄化率と選択還元型触媒２５の温度とに基づいて選択還元型触媒２５の劣化度を判定する劣化判定手段３５と、を備える。
【解決手段】エンジン１０の排気通路１９に設けられ、排気通路１９を流通する排気中に含まれるＮＯｘを還元し浄化する選択還元型触媒２５と、選択還元型触媒２５を流通する排気中に含まれるＮＯｘに対するＮＯ2の比であるＮＯ2比率を取得するＮＯ2比率取得手段３３と、選択還元型触媒２５の上流側及び下流側のＮＯｘの量に基づいて、選択還元型触媒２５により還元されて浄化されるＮＯｘの割合であるＮＯｘ浄化率を取得するＮＯｘ浄化率取得手段３４と、ＮＯ2比率取得手段３３により取得した前記ＮＯ2比率とＮＯｘ浄化率取得手段３４により取得した前記ＮＯｘ浄化率と選択還元型触媒２５の温度とに基づいて選択還元型触媒２５の劣化度を判定する劣化判定手段３５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（以下、エンジンともいう）、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窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）等が含まれている。そこで、エンジンの排気通路に、ＮＯｘを浄化するための選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）を設置し、還元剤としての尿素水をＳＣＲに流入する排気中に添加することにより、ＳＣＲにおいて排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化するようにした技術が知られている。
【０００３】
ＳＣＲは、例えば、軸方向に互いに平行な微小な穴が複数連通したハニカム構造の担体に、触媒が担持されて構成されている。このＳＣＲを用いた排気浄化装置では、排気中に尿素水を添加する尿素水添加装置としてのノズルがＳＣＲの上流側に設けられる。ノズルから添加される尿素水は、排気管内やＳＣＲ上で排気熱によってアンモニアに分解され、ＮＯｘの還元剤として働く。ＳＣＲの近傍のアンモニアは、一旦ＳＣＲに吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲによって促進されることによりＮＯｘが窒素に還元される。
【０００４】
ところで、ＳＣＲ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、ＮＯｘを還元し排気を浄化する能力、すなわちＮＯｘ浄化率が低下する。適切にＮＯｘを還元して排気を浄化できなくなると、大気中にＮＯｘが放出されてしまい、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、ＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）の温度とＮＯｘ排出量とから、ＮＯｘ選択還元触媒の劣化によりＮＯｘ浄化率が低下したか否かを判断することができる、内燃機関の異常検出装置が提案されている。この異常検出装置は、触媒温度に対するＮＯｘ浄化率の変化パターンにより、ＮＯｘ浄化率の低下が、ＮＯｘ選択還元触媒が劣化したことが原因なのか、或いは、尿素水の供給量又は質に異常が生じたことが原因なのかを判断するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１３８６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の異常検出装置は、予め定められた規定値を越えたか否かによってＮＯｘ選択還元触媒が劣化しているかを判断するものである。つまり、ＮＯｘ選択還元触媒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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記排気通路を流通する排気中に含まれるＮＯｘを還元し浄化する選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒の下流側に設けられ、前記選択還元型触媒を通過した排気中に含まれる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後の排気中に含まれるＮＯｘの量であるエンジンアウトＮＯｘ値を取得するエンジンアウトＮＯｘ値取得手段と、前記選択還元型触媒を流通する排気中に含まれるＮＯｘに対するＮＯ2の比であるＮＯ2比率を取得するＮＯ2比率取得手段と、前記選択還元型触媒の上流側及び下流側のＮＯｘの量に基づいて、前記選択還元型触媒により還元されて浄化されるＮＯｘの割合であるＮＯｘ浄化率を取得するＮＯｘ浄化率取得手段と、前記ＮＯ2比率取得手段により取得した前記ＮＯ2比率と前記ＮＯｘ浄化率取得手段により取得した前記ＮＯｘ浄化率と前記選択還元型触媒の温度とに基づいて前記選択還元型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。
【０００９】
前記ＮＯ2比率取得手段は、前記第一ＮＯｘセンサにより検出される前記第一ＮＯｘ値と前記エンジンアウトＮＯｘ値取得手段により取得される前記エンジンアウトＮＯｘ値とに基づいて前記ＮＯ2比率を取得することが好ましい。
或いは、前記エンジンの前記排気通路であって、前記エンジンの下流側で前記選択還元型触媒の上流側に設けられた酸化触媒と、前記酸化触媒の下流側で前記選択還元型触媒の上流側に設けられ、前記選択還元型触媒に流入する排気中に含まれるＮＯｘの量である第二ＮＯｘ値を検出する第二ＮＯｘセンサと、をさらに備え、前記ＮＯ2比率取得手段は、前記第二ＮＯｘセンサにより検出される前記第二ＮＯｘ値と前記エンジンアウトＮＯｘ値取得手段により取得される前記エンジンアウトＮＯｘ値とに基づいて前記ＮＯ2比率を取得することが好ましい。
【００１０】
また、前記エンジンアウト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エンジンアウトＮＯｘ値との対応関係を示すマップにより、前記エンジンアウト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後の前記排気中に含まれる前記エンジンアウトＮＯｘ値を検出するエンジンアウトＮＯｘセンサをさらに備え、前記エンジンアウトＮＯｘ値取得手段は、前記エンジンアウトＮＯｘセンサにより前記エンジンアウトＮＯｘ値を取得することが好ましい。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の触媒劣化診断装置によれば、選択還元型触媒の下流側に設けられた第一ＮＯｘセンサにより選択還元型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。
【００１３】
また、選択還元型触媒の下流側に設けられた第一ＮＯｘセンサによりＮＯ2比率を取得する場合、コスト増を抑制し、簡素な構成で劣化判定を実施することができる。
また、酸化触媒の下流側で選択還元型触媒の上流側に設けられた第二ＮＯｘセンサによりＮＯ2比率を取得する場合、選択還元型触媒によって浄化されるＮＯｘの影響を考慮する必要がなく、容易にＮＯ2比率を取得することができる。
【００１４】
また、エンジンアウトＮＯｘ値をマップから取得する場合、コスト増を抑制し、簡素な構成で劣化判定を実施することができる。
また、エンジンアウトＮＯｘ値をセンサにより検出する場合、ＮＯｘ浄化率及びＮＯ2比率をより正確に取得することができ、判定精度を向上させることができる。
また、選択還元型触媒の劣化度を、例えばドライバに報知する手段を設ける場合、ドライバに対して、メンテナンスや選択還元型触媒の交換を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】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（エンジンアウトＮＯｘマップ）である。
【図３】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。
【図４】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ＮＯ2比率と触媒温度とＮＯｘ浄化率との関係を示すマップ（劣化判定マップ）であり、図４（ａ）は劣化度が小さいもの、図４（ｂ）は劣化度がほぼ中間のもの、図４（ｃ）は劣化度が大きいものを示す。
【図５】本発明の第一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。
【図６】本発明の第二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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
［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について、図１〜図５を用いて説明する。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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
［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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
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。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。
【００２３】
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尿素水をアンモニアに加水分解するとともにアンモニアを吸着する機能を持ち、さら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。
【００２４】
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。この尿素水の添加量や添加のタイミングは、後述する尿素水添加制御手段３１により制御される。
【００２５】
［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。
【００２６】
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。
ＳＣＲ装置２２には、ＳＣＲ２５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、ＳＣＲ２５に流入する排気の温度を検出する。この排気温度は、ＳＣＲ２５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に含まれる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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
コントローラ３０は、ＳＣＲ２５に向かう排気中に還元剤として添加する尿素水の量を制御する尿素水添加制御手段３１としての機能要素と、エンジン１０から排出された後の排気中に含まれるＮＯｘの量であるエンジンアウトＮＯｘ値を取得するエンジンアウト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ＮＯｘの量に対するＮＯ2の比率を取得するＮＯ2比率取得手段３３としての機能要素と、ＳＣＲ２５において排気中に含まれるＮＯｘがどの程度還元され浄化されたかを表すＮＯｘ浄化率を取得するＮＯｘ浄化率取得手段３４としての機能要素と、ＳＣＲ２５の劣化度を判定する劣化判定手段３５としての機能要素とを有している。
【００３０】
尿素水添加制御手段３１は、尿素水添加ノズル２８によりＳＣＲ２５に向かう排気中に添加する還元剤としての尿素水の量や添加のタイミングを制御する。通常走行時は、ＳＣＲ２５においてＮＯｘを還元し排気を浄化するために、適宜尿素水を添加するが、本触媒劣化診断装置では、特に、ＳＣＲ２５の劣化を判定するために一時的に尿素水の添加を停止させたり、再度添加を開始したりする制御を行う。
【００３１】
エンジンアウトＮＯｘ値取得手段３２は、エンジン１０から排出された後でＤＰＦ装置２１に流入する前の排気中に含まれるＮＯｘの量に対応するエンジンアウトＮＯｘ値を取得する。ここで取得されるエンジンアウトＮＯｘ値の次元は前述の第一ＮＯｘ値と同次元であるとする。
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、エンジンアウトＮＯｘ値との対応関係が記述されたマップ（以下、エンジンアウトＮＯｘ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エンジンアウト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、エンジンアウト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。
【００３２】
エンジンアウトＮＯｘ値取得手段３２によるエンジンアウト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エンジンアウトＮＯｘ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値をエンジンアウト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、エンジンアウトＮＯｘ値は予め定められた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。
【００３３】
ＮＯ2比率取得手段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ＮＯｘの量（第一ＮＯｘ値）に対するＮＯ2の量の比率（以下、ＮＯ2比率という）を取得する。ＮＯ2比率の取得には、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）が用いられ、エンジンアウトＮＯｘマップにより取得されたエンジンアウトＮＯｘ値に対する、ＮＯｘセンサ４１により取得された第一ＮＯｘ値の比率から、ＮＯ2比率を取得する。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。
【００３４】
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。
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の還元が行われてしまい、エンジンアウトＮＯｘ値と第一ＮＯｘ値との値が異なってしまうため、ＮＯｘセンサの特性からＮＯ2比率を取得することができなくなるからである。
【００３５】
ＮＯｘ浄化率取得手段３４は、ＳＣＲ２５により還元されて浄化されるＮＯｘの割合であるＮＯｘ浄化率を、エンジンアウトＮＯｘ値と第一ＮＯｘ値とから下記の式（１）によって取得する。
【００３６】
【数１】
ここで、ＮＯｘＥはエンジンアウトＮＯｘ値を、ＮＯｘ１は第一ＮＯｘ値を表す。
【００３７】
劣化判定手段３５は、ＮＯ2比率取得手段３３により取得したＮＯ2比率と、ＮＯｘ浄化率取得手段３４により取得したＮＯｘ浄化率と、温度センサ４２により検出したＳＣＲ２５の温度とに基づいて、ＳＣＲ２５の劣化度を判定する。
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、ＮＯ2比率とＮＯｘ浄化率と触媒温度との対応関係を示すマップ（以下、劣化判定マップという）であり、図４（ａ）は劣化度が小さくほぼ新品の状態（以下、劣化度小という）、図４（ｃ）は使用可能な状態ではあるが、劣化度が大きい状態（以下、劣化度大という）、図４（ｂ）は図４（ａ）と図４（ｃ）にそれぞれ示す劣化度のほぼ中間の状態（以下、劣化度中という）を示す。なお、ここでは劣化度小，中，大の３つのマップを示しているが、劣化判定マップはこれだけに限られず、コントローラ３０内のＲＯＭに劣化度をより細分化したマップを予め記憶していてもよく、例えば細分化した劣化判定マップの間を直線補間するようにしてもよい。
【００３８】
ここで、ＳＣＲ２５が新品であるとは、触媒温度，ＮＯ2比率及び尿素水濃度がある条件の場合に、所望のＮＯｘ浄化率を得られる状態をいい、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浄化できるＮＯｘの量に対して、ＮＯｘ浄化率の減少に応じて劣化度を小，中，大とする。
本触媒劣化診断装置では、還元剤としての尿素水は適正濃度のものを添加するものとすると、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、ＳＣＲ２５の劣化度は、ＮＯ2比率と触媒温度とＮＯｘ浄化率の３つのパラメータにより判定することができる。
【００３９】
劣化判定手段３５は、例えばＳＣＲ２５の触媒温度がＺ[℃]で、ＮＯ2比率取得手段３３により取得されたＮＯ2比率がＸで、ＮＯｘ浄化率取得手段３４により取得されたＮＯｘ浄化率がＹであると、ＳＣＲ２５の劣化度は、図４（ｂ）の劣化度中と判定する。
また、車両には、図１に示すように、ドライバにＳＣＲ２５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３５によりＳＣＲ２５の劣化度が判定されると、ＳＣＲ２５の劣化度を表示パネル４３に表示したり、ＳＣＲ２５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ＳＣＲ２５の交換を促したりして、ドライバに判定結果を知らせる。
【００４０】
［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、ＳＣＲ２５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。
【００４１】
図５に示すように、まず、ステップＳ１０において、フラグＦ＝０であるか否かを判定する。スタート時ではフラグＦ＝０であるため、最初はＹＥＳルートとなりステップＳ２０へ進み、フラグＦ＝１の場合は、ステップＳ１００へ進む。ステップＳ２０において、尿素水添加制御手段３１により尿素水の添加が停止されているか否かを判定し、添加を停止していればステップＳ３０へ進み、尿素水を未だ添加している場合はリターンする。
【００４２】
次に、ＳＣＲ２５に吸着しているアンモニアが消費したか否かを判定する（ステップＳ３０）。この判定は、例えば、ＮＯｘセンサ４１により検出される第一ＮＯｘ値が所定値まで上昇したら消費完了と判定するようにしてもよく、また、尿素水の添加を停止してから所定時間経過したら消費完了と判定するようにしてもよい。いずれの場合にしても、尿素水の添加を停止すれば、ＳＣＲ２５に吸着していたアンモニアによりＮＯｘの浄化が継続して行われるが、所定時間が経てば、吸着アンモニアが全てＮＯｘの還元に用いられるため、吸着アンモニアは全て消費する。なお、ステップＳ２０及びステップＳ３０は、上記した〔条件Ａ〕及び〔条件Ｂ〕を満たしているかを判定している。
【００４３】
ステップＳ３０において、吸着アンモニアが消費したと判定されれば、ステップＳ４０に進み、ＮＯｘセンサ４１によって第一ＮＯｘ値を検出する（ステップＳ４０）。一方、ステップＳ３０において、吸着アンモニアが未だ消費していない場合はリターンする。第一ＮＯｘ値は、上述したように積算した値である。
次に、エンジンアウト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のエンジンアウトＮＯｘマップからエンジンアウトＮＯｘ値を取得する（ステップＳ５０）。そして、第一ＮＯｘ値及びエンジンアウトＮＯｘ値に基づき、図３のＮＯｘセンサ特性マップを用いてＮＯ2比率を取得する（ステップＳ６０）。
【００４４】
ＮＯ2比率を取得した後、ＮＯｘ浄化率を取得するために、尿素水添加制御手段３１により再びＳＣＲ２５に向かう排気中に還元剤としての尿素水を添加し（ステップＳ７０）、タイマーを開始する（ステップＳ８０）。そして、フラグＦ＝１とし（ステップＳ９０）、タイマーにより時間をカウントし、下記の式（２）のように積算していく（ステップＳ１００）。
ｔn←ｔn-1＋ｔ ・・・（２）
【００４５】
ここで、添字ｎは現時点の制御周期を示し、ｎ−１は前回の制御周期を示す。ステップＳ１１０において、積算された時間ｔnが所定時間ｔ0を越えたか否かを判定し、所定時間ｔ0を越えていなければリターンし、ステップＳ１０からステップＳ１００へ進み、繰り返す。この所定時間ｔ0は、尿素水がＳＣＲ２５に向かう排気中に添加されることによりＮＯｘが浄化され、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値が安定するまでの時間であり、実験等によって予め取得可能である。なお、尿素水を再添加してから第一ＮＯｘ値を再検出する条件は、図５に示すように時間に基づいて判断する方法に限られず、例えば、ＮＯｘセンサ４１により検出される第一ＮＯｘ値が減少し、一定値で安定したところで第一ＮＯｘ値を再検出するようにしてもよい。
【００４６】
ステップＳ１１０において、積算された時間ｔnが所定時間ｔ0を越えたと判定されたら、その時点の第一ＮＯｘ値を再び検出する（ステップＳ１２０）。そして、タイマーを０リセットして停止させ（ステップＳ１３０）、フラグＦを０リセットし（ステップＳ１４０）、エンジンの運転状態から再びエンジンアウトＮＯｘ値を取得する（ステップＳ１５０）。
【００４７】
次に、ステップＳ１２０において取得した第一ＮＯｘ値と、ステップＳ１５０において取得したエンジンアウトＮＯｘ値とから、ＮＯｘ浄化率を算出して取得する（ステップＳ１６０）。また、温度センサ４２からＳＣＲ２５の温度を検出し（ステップＳ１７０）、ＮＯ2比率とＮＯｘ浄化率と触媒温度とから、ＳＣＲ２５の劣化度を判定する（ステップＳ１８０）。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Ｓ１９０）。
【００４８】
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とエンジンアウトＮＯｘマップとからそれぞれ取得した第一ＮＯｘ値及びエンジンアウトＮＯｘ値に基づいてＮＯ2比率とＮＯｘ浄化率とを取得し、取得したＮＯ2比率及びＮＯｘ浄化率と触媒温度とによりＳＣＲ２５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判定できる。これにより、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。
【００４９】
また、ＳＣＲ装置２２の下流側に設けられたＮＯｘセンサ４１によりＮＯ2比率とＮＯｘ浄化率とを取得するため、コスト増を抑制し、簡素な構成で劣化判定を実施することができる。また、表示パネル４３及びアラーム４４により、ＳＣＲ２５の劣化度を乗員に報知することで、メンテナンスやＳＣＲ２５の交換を促すことができる。
［１−５．変形例］
上記実施形態では、エンジンアウトＮＯｘ値取得手段３２は、図２に示すエンジンアウトＮＯｘマップからエンジンアウトＮＯｘ値を取得したが、エンジンアウトＮＯｘ値の取得方法はこれに限られず、例えば、図１中に二点鎖線で示すように、エンジン１０の排気通路１９であって、ＤＰＦ装置２１の上流側にエンジンアウトＮＯｘ値を検出するＮＯｘセンサ（以下、エンジンアウトＮＯｘセンサという）６１を設けてもよい。
この場合は、ＮＯｘ浄化率及びＮＯ2比率をより正確に取得することができるため、ＳＣＲ２５の劣化度の判定精度を向上させることができる。
【００５０】
［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、尿素水添加制御手段３１及びＮＯ2比率取得手段３３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。
【００５１】
本触媒劣化診断装置は、図１中に一点鎖線で示すように、ＤＰＦ２４の下流側であってＳＣＲ２５の上流側にＮＯｘセンサ（以下、第二ＮＯｘセンサという）５１が設けられ、ＳＣＲ２５に流入する排気中に含まれるＮＯｘの量である第二ＮＯｘ値を検出する。つまり、本実施形態では、ＳＣＲ２５の上流側と下流側の両方のＮＯｘ値を検出することができる構成となっている。なお、ここで検出される第二ＮＯｘ値の次元は、前述の第一ＮＯｘ値と同次元であるとする。
【００５２】
本触媒劣化診断装置におけるＮＯ2比率取得手段３３は、ＳＣＲ２５の上流側に設けられた第二ＮＯｘセンサ５１により、ＳＣＲ２５に流入する前の排気中に含まれるＮＯｘの量（第二ＮＯｘ値）に対するＮＯ2の量の比率を取得する。ＮＯ2比率の取得には、上記第一実施形態と同様、図３に示すＮＯｘセンサ特性マップが用いられ、エンジンアウトＮＯｘマップにより取得されたエンジンアウトＮＯｘ値に対する第二ＮＯｘ値の比率からＮＯ2比率を取得する。つまり、本実施形態では、ＳＣＲ２５の影響を受けずにＮＯ2比率を取得することができるため、尿素水添加制御手段３１は、特に制御を行う必要がなく、また、上述した〔条件Ａ〕及び〔条件Ｂ〕を満たす必要もない。
【００５３】
ＮＯｘ浄化率取得手段３４は、上記第一実施形態と同様、エンジンアウトＮＯｘ値と第一ＮＯｘ値とから上記した式（１）により算出して取得し、ＳＣＲ２５の温度も、上記第一実施形態と同様、温度センサ４２により検出する。すなわち、ＳＣＲ２５の劣化判定に用いる３つのパラメータのうち、本実施形態ではＮＯ2比率の取得のみ上記第一実施形態と異なる。
【００５４】
［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、ＳＣＲ２５の劣化度の判定は、図６のフローチャートに従って実施することができる。
図６に示すように、ステップＴ１０において、ＮＯｘセンサ４１により第一ＮＯｘ値を検出し、ステップＴ２０において、第二ＮＯｘセンサ５１により第二ＮＯｘ値を検出し、ステップＴ３０において、エンジンアウトＮＯｘマップからエンジンアウトＮＯｘ値を取得する。また、温度センサ４２により、ＳＣＲ２５の温度を検出する（ステップＴ４０）。
【００５５】
次に、取得した第二ＮＯｘ値及びエンジンアウトＮＯｘ値から、図３に示すＮＯｘセンサ特性マップを用いてＮＯ2比率を取得する（ステップＴ５０）。また、取得した第一ＮＯｘ値及びエンジンアウトＮＯｘ値から、上記した式（１）を用いてＮＯｘ浄化率を取得する（ステップＴ６０）。そして、これら取得したＮＯ2比率，ＮＯｘ浄化率及び触媒温度から、図４に示す劣化判定マップを用いてＳＣＲ２５の劣化度を判定し（ステップＴ７０）、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Ｔ８０）。
【００５６】
したがって、本触媒劣化診断装置によれば、ＳＣＲ２５の上流側及び下流側に設けられた２つのＮＯｘセンサ４１，５１とエンジンアウトＮＯｘマップとから、ＮＯｘ浄化率及びＮＯ2比率を取得し、取得したＮＯ2比率及びＮＯｘ浄化率と、温度センサ４２により検出した触媒温度とによりＳＣＲ２５の劣化度を判定することができるため、触媒がどの程度劣化しているかを精度良く判定することができる。これにより、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。
【００５７】
また、ＳＣＲ２５の上流側の第二ＮＯｘセンサ５１によりＮＯ2比率を取得するため、ＳＣＲ２５にアンモニアが吸着していてもよく、ＳＣＲ２５に向かう排気中に尿素水を添加していても劣化判定をすることができる。つまり、ＳＣＲ２５の影響を考慮する必要がないため、上述した〔条件Ａ〕及び〔条件Ｂ〕を満たす必要もない、尿素水の添加制御を行う必要もなく、劣化判定の制御をよりシンプルにすることができ、判定条件が緩和される。
また、表示パネル４３及びアラーム４４により、ＳＣＲ２５の劣化度を乗員に報知することで、メンテナンスやＳＣＲ２５の交換を促すことができる。
【００５８】
［２−３．変形例］
上記第二実施形態では、エンジンアウトＮＯｘ値取得手段３２は、図２に示すエンジンアウトＮＯｘマップからエンジンアウトＮＯｘ値を取得したが、エンジンアウトＮＯｘ値の取得方法はこれに限られず、例えば、図１中に二点鎖線で示すように、エンジン１０の排気通路１９であって、ＤＰＦ装置２１の上流側にエンジンアウトＮＯｘ値を検出するＮＯｘセンサ（以下、エンジンアウトＮＯｘセンサという）６１を設けてもよい。
この場合は、ＮＯｘ浄化率及びＮＯ2比率をより正確に取得することができるため、ＳＣＲ２５の劣化度の判定精度をさらに向上させることができる。
【００５９】
［３．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。
【００６０】
上記実施形態では、エンジンアウトＮＯｘ値取得手段３２は、エンジンアウトＮＯｘマップ及びエンジンアウトＮＯｘセンサ６１のいずれか一方によりエンジンアウトＮＯｘ値を取得しているが、マップ及びセンサの両方を用いてエンジンアウトＮＯｘ値を取得するようにしてもよい。例えば、どちらか一方で他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。マップ及びセンサの両方を用いることにより、より正確なエンジンアウトＮＯｘ値を取得することが可能となる。
【００６１】
また、本触媒劣化診断装置は、ＤＰＦ装置２１を備えない車両等にも適用可能である。
また、上記実施形態では、ＮＯ2比率は、第一ＮＯｘ値又は第二ＮＯｘ値と、エンジンアウトＮＯｘ値とに基づいて、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。
【符号の説明】
【００６２】
１０ エンジン
１９ 排気通路
２０ 排気浄化装置
２１ ＤＰＦ装置（上流側排気浄化装置）
２２ ＳＣＲ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
２８ 尿素水添加ノズル
２９ 尿素水タンク
３０ コントローラ（ＥＣＵ）
３１ 尿素水添加制御手段
３２ エンジンアウトＮＯｘ値取得手段
３３ ＮＯ2比率取得手段
３４ ＮＯｘ浄化率取得手段
３５ 劣化判定手段
４１ ＮＯｘ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）
５１ ＮＯｘセンサ（第二ＮＯｘセンサ）
６１ エンジンアウトＮＯｘセンサ
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（以下、エンジンともいう）、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窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）等が含まれている。そこで、エンジンの排気通路に、ＮＯｘを浄化するための選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）を設置し、還元剤としての尿素水をＳＣＲに流入する排気中に添加することにより、ＳＣＲにおいて排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化するようにした技術が知られている。
【０００３】
ＳＣＲは、例えば、軸方向に互いに平行な微小な穴が複数連通したハニカム構造の担体に、触媒が担持されて構成されている。このＳＣＲを用いた排気浄化装置では、排気中に尿素水を添加する尿素水添加装置としてのノズルがＳＣＲの上流側に設けられる。ノズルから添加される尿素水は、排気管内やＳＣＲ上で排気熱によってアンモニアに分解され、ＮＯｘの還元剤として働く。ＳＣＲの近傍のアンモニアは、一旦ＳＣＲに吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲによって促進されることによりＮＯｘが窒素に還元される。
【０００４】
ところで、ＳＣＲ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、ＮＯｘを還元し排気を浄化する能力、すなわちＮＯｘ浄化率が低下する。適切にＮＯｘを還元して排気を浄化できなくなると、大気中にＮＯｘが放出されてしまい、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、ＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）の温度とＮＯｘ排出量とから、ＮＯｘ選択還元触媒の劣化によりＮＯｘ浄化率が低下したか否かを判断することができる、内燃機関の異常検出装置が提案されている。この異常検出装置は、触媒温度に対するＮＯｘ浄化率の変化パターンにより、ＮＯｘ浄化率の低下が、ＮＯｘ選択還元触媒が劣化したことが原因なのか、或いは、尿素水の供給量又は質に異常が生じたことが原因なのかを判断するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１３８６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の異常検出装置は、予め定められた規定値を越えたか否かによってＮＯｘ選択還元触媒が劣化しているかを判断するものである。つまり、ＮＯｘ選択還元触媒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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記排気通路を流通する排気中に含まれるＮＯｘを還元し浄化する選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒の下流側に設けられ、前記選択還元型触媒を通過した排気中に含まれる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後の排気中に含まれるＮＯｘの量であるエンジンアウトＮＯｘ値を取得するエンジンアウトＮＯｘ値取得手段と、前記選択還元型触媒を流通する排気中に含まれるＮＯｘに対するＮＯ2の比であるＮＯ2比率を取得するＮＯ2比率取得手段と、前記選択還元型触媒の上流側及び下流側のＮＯｘの量に基づいて、前記選択還元型触媒により還元されて浄化されるＮＯｘの割合であるＮＯｘ浄化率を取得するＮＯｘ浄化率取得手段と、前記ＮＯ2比率取得手段により取得した前記ＮＯ2比率と前記ＮＯｘ浄化率取得手段により取得した前記ＮＯｘ浄化率と前記選択還元型触媒の温度とに基づいて前記選択還元型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。
【０００９】
前記ＮＯ2比率取得手段は、前記第一ＮＯｘセンサにより検出される前記第一ＮＯｘ値と前記エンジンアウトＮＯｘ値取得手段により取得される前記エンジンアウトＮＯｘ値とに基づいて前記ＮＯ2比率を取得することが好ましい。
或いは、前記エンジンの前記排気通路であって、前記エンジンの下流側で前記選択還元型触媒の上流側に設けられた酸化触媒と、前記酸化触媒の下流側で前記選択還元型触媒の上流側に設けられ、前記選択還元型触媒に流入する排気中に含まれるＮＯｘの量である第二ＮＯｘ値を検出する第二ＮＯｘセンサと、をさらに備え、前記ＮＯ2比率取得手段は、前記第二ＮＯｘセンサにより検出される前記第二ＮＯｘ値と前記エンジンアウトＮＯｘ値取得手段により取得される前記エンジンアウトＮＯｘ値とに基づいて前記ＮＯ2比率を取得することが好ましい。
【００１０】
また、前記エンジンアウト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エンジンアウトＮＯｘ値との対応関係を示すマップにより、前記エンジンアウト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後の前記排気中に含まれる前記エンジンアウトＮＯｘ値を検出するエンジンアウトＮＯｘセンサをさらに備え、前記エンジンアウトＮＯｘ値取得手段は、前記エンジンアウトＮＯｘセンサにより前記エンジンアウトＮＯｘ値を取得することが好ましい。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の触媒劣化診断装置によれば、選択還元型触媒の下流側に設けられた第一ＮＯｘセンサにより選択還元型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。
【００１３】
また、選択還元型触媒の下流側に設けられた第一ＮＯｘセンサによりＮＯ2比率を取得する場合、コスト増を抑制し、簡素な構成で劣化判定を実施することができる。
また、酸化触媒の下流側で選択還元型触媒の上流側に設けられた第二ＮＯｘセンサによりＮＯ2比率を取得する場合、選択還元型触媒によって浄化されるＮＯｘの影響を考慮する必要がなく、容易にＮＯ2比率を取得することができる。
【００１４】
また、エンジンアウトＮＯｘ値をマップから取得する場合、コスト増を抑制し、簡素な構成で劣化判定を実施することができる。
また、エンジンアウトＮＯｘ値をセンサにより検出する場合、ＮＯｘ浄化率及びＮＯ2比率をより正確に取得することができ、判定精度を向上させることができる。
また、選択還元型触媒の劣化度を、例えばドライバに報知する手段を設ける場合、ドライバに対して、メンテナンスや選択還元型触媒の交換を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】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（エンジンアウトＮＯｘマップ）である。
【図３】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。
【図４】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ＮＯ2比率と触媒温度とＮＯｘ浄化率との関係を示すマップ（劣化判定マップ）であり、図４（ａ）は劣化度が小さいもの、図４（ｂ）は劣化度がほぼ中間のもの、図４（ｃ）は劣化度が大きいものを示す。
【図５】本発明の第一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。
【図６】本発明の第二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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
［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について、図１〜図５を用いて説明する。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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
［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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
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。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。
【００２３】
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尿素水をアンモニアに加水分解するとともにアンモニアを吸着する機能を持ち、さら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。
【００２４】
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。この尿素水の添加量や添加のタイミングは、後述する尿素水添加制御手段３１により制御される。
【００２５】
［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。
【００２６】
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。
ＳＣＲ装置２２には、ＳＣＲ２５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、ＳＣＲ２５に流入する排気の温度を検出する。この排気温度は、ＳＣＲ２５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に含まれる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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
コントローラ３０は、ＳＣＲ２５に向かう排気中に還元剤として添加する尿素水の量を制御する尿素水添加制御手段３１としての機能要素と、エンジン１０から排出された後の排気中に含まれるＮＯｘの量であるエンジンアウトＮＯｘ値を取得するエンジンアウト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ＮＯｘの量に対するＮＯ2の比率を取得するＮＯ2比率取得手段３３としての機能要素と、ＳＣＲ２５において排気中に含まれるＮＯｘがどの程度還元され浄化されたかを表すＮＯｘ浄化率を取得するＮＯｘ浄化率取得手段３４としての機能要素と、ＳＣＲ２５の劣化度を判定する劣化判定手段３５としての機能要素とを有している。
【００３０】
尿素水添加制御手段３１は、尿素水添加ノズル２８によりＳＣＲ２５に向かう排気中に添加する還元剤としての尿素水の量や添加のタイミングを制御する。通常走行時は、ＳＣＲ２５においてＮＯｘを還元し排気を浄化するために、適宜尿素水を添加するが、本触媒劣化診断装置では、特に、ＳＣＲ２５の劣化を判定するために一時的に尿素水の添加を停止させたり、再度添加を開始したりする制御を行う。
【００３１】
エンジンアウトＮＯｘ値取得手段３２は、エンジン１０から排出された後でＤＰＦ装置２１に流入する前の排気中に含まれるＮＯｘの量に対応するエンジンアウトＮＯｘ値を取得する。ここで取得されるエンジンアウトＮＯｘ値の次元は前述の第一ＮＯｘ値と同次元であるとする。
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、エンジンアウトＮＯｘ値との対応関係が記述されたマップ（以下、エンジンアウトＮＯｘ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エンジンアウト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、エンジンアウト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。
【００３２】
エンジンアウトＮＯｘ値取得手段３２によるエンジンアウト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エンジンアウトＮＯｘ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値をエンジンアウト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、エンジンアウトＮＯｘ値は予め定められた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。
【００３３】
ＮＯ2比率取得手段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ＮＯｘの量（第一ＮＯｘ値）に対するＮＯ2の量の比率（以下、ＮＯ2比率という）を取得する。ＮＯ2比率の取得には、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）が用いられ、エンジンアウトＮＯｘマップにより取得されたエンジンアウトＮＯｘ値に対する、ＮＯｘセンサ４１により取得された第一ＮＯｘ値の比率から、ＮＯ2比率を取得する。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。
【００３４】
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。
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の還元が行われてしまい、エンジンアウトＮＯｘ値と第一ＮＯｘ値との値が異なってしまうため、ＮＯｘセンサの特性からＮＯ2比率を取得することができなくなるからである。
【００３５】
ＮＯｘ浄化率取得手段３４は、ＳＣＲ２５により還元されて浄化されるＮＯｘの割合であるＮＯｘ浄化率を、エンジンアウトＮＯｘ値と第一ＮＯｘ値とから下記の式（１）によって取得する。
【００３６】
【数１】
ここで、ＮＯｘＥはエンジンアウトＮＯｘ値を、ＮＯｘ１は第一ＮＯｘ値を表す。
【００３７】
劣化判定手段３５は、ＮＯ2比率取得手段３３により取得したＮＯ2比率と、ＮＯｘ浄化率取得手段３４により取得したＮＯｘ浄化率と、温度センサ４２により検出したＳＣＲ２５の温度とに基づいて、ＳＣＲ２５の劣化度を判定する。
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、ＮＯ2比率とＮＯｘ浄化率と触媒温度との対応関係を示すマップ（以下、劣化判定マップという）であり、図４（ａ）は劣化度が小さくほぼ新品の状態（以下、劣化度小という）、図４（ｃ）は使用可能な状態ではあるが、劣化度が大きい状態（以下、劣化度大という）、図４（ｂ）は図４（ａ）と図４（ｃ）にそれぞれ示す劣化度のほぼ中間の状態（以下、劣化度中という）を示す。なお、ここでは劣化度小，中，大の３つのマップを示しているが、劣化判定マップはこれだけに限られず、コントローラ３０内のＲＯＭに劣化度をより細分化したマップを予め記憶していてもよく、例えば細分化した劣化判定マップの間を直線補間するようにしてもよい。
【００３８】
ここで、ＳＣＲ２５が新品であるとは、触媒温度，ＮＯ2比率及び尿素水濃度がある条件の場合に、所望のＮＯｘ浄化率を得られる状態をいい、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浄化できるＮＯｘの量に対して、ＮＯｘ浄化率の減少に応じて劣化度を小，中，大とする。
本触媒劣化診断装置では、還元剤としての尿素水は適正濃度のものを添加するものとすると、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、ＳＣＲ２５の劣化度は、ＮＯ2比率と触媒温度とＮＯｘ浄化率の３つのパラメータにより判定することができる。
【００３９】
劣化判定手段３５は、例えばＳＣＲ２５の触媒温度がＺ[℃]で、ＮＯ2比率取得手段３３により取得されたＮＯ2比率がＸで、ＮＯｘ浄化率取得手段３４により取得されたＮＯｘ浄化率がＹであると、ＳＣＲ２５の劣化度は、図４（ｂ）の劣化度中と判定する。
また、車両には、図１に示すように、ドライバにＳＣＲ２５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３５によりＳＣＲ２５の劣化度が判定されると、ＳＣＲ２５の劣化度を表示パネル４３に表示したり、ＳＣＲ２５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ＳＣＲ２５の交換を促したりして、ドライバに判定結果を知らせる。
【００４０】
［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、ＳＣＲ２５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。
【００４１】
図５に示すように、まず、ステップＳ１０において、フラグＦ＝０であるか否かを判定する。スタート時ではフラグＦ＝０であるため、最初はＹＥＳルートとなりステップＳ２０へ進み、フラグＦ＝１の場合は、ステップＳ１００へ進む。ステップＳ２０において、尿素水添加制御手段３１により尿素水の添加が停止されているか否かを判定し、添加を停止していればステップＳ３０へ進み、尿素水を未だ添加している場合はリターンする。
【００４２】
次に、ＳＣＲ２５に吸着しているアンモニアが消費したか否かを判定する（ステップＳ３０）。この判定は、例えば、ＮＯｘセンサ４１により検出される第一ＮＯｘ値が所定値まで上昇したら消費完了と判定するようにしてもよく、また、尿素水の添加を停止してから所定時間経過したら消費完了と判定するようにしてもよい。いずれの場合にしても、尿素水の添加を停止すれば、ＳＣＲ２５に吸着していたアンモニアによりＮＯｘの浄化が継続して行われるが、所定時間が経てば、吸着アンモニアが全てＮＯｘの還元に用いられるため、吸着アンモニアは全て消費する。なお、ステップＳ２０及びステップＳ３０は、上記した〔条件Ａ〕及び〔条件Ｂ〕を満たしているかを判定している。
【００４３】
ステップＳ３０において、吸着アンモニアが消費したと判定されれば、ステップＳ４０に進み、ＮＯｘセンサ４１によって第一ＮＯｘ値を検出する（ステップＳ４０）。一方、ステップＳ３０において、吸着アンモニアが未だ消費していない場合はリターンする。第一ＮＯｘ値は、上述したように積算した値である。
次に、エンジンアウト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のエンジンアウトＮＯｘマップからエンジンアウトＮＯｘ値を取得する（ステップＳ５０）。そして、第一ＮＯｘ値及びエンジンアウトＮＯｘ値に基づき、図３のＮＯｘセンサ特性マップを用いてＮＯ2比率を取得する（ステップＳ６０）。
【００４４】
ＮＯ2比率を取得した後、ＮＯｘ浄化率を取得するために、尿素水添加制御手段３１により再びＳＣＲ２５に向かう排気中に還元剤としての尿素水を添加し（ステップＳ７０）、タイマーを開始する（ステップＳ８０）。そして、フラグＦ＝１とし（ステップＳ９０）、タイマーにより時間をカウントし、下記の式（２）のように積算していく（ステップＳ１００）。
ｔn←ｔn-1＋ｔ ・・・（２）
【００４５】
ここで、添字ｎは現時点の制御周期を示し、ｎ−１は前回の制御周期を示す。ステップＳ１１０において、積算された時間ｔnが所定時間ｔ0を越えたか否かを判定し、所定時間ｔ0を越えていなければリターンし、ステップＳ１０からステップＳ１００へ進み、繰り返す。この所定時間ｔ0は、尿素水がＳＣＲ２５に向かう排気中に添加されることによりＮＯｘが浄化され、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値が安定するまでの時間であり、実験等によって予め取得可能である。なお、尿素水を再添加してから第一ＮＯｘ値を再検出する条件は、図５に示すように時間に基づいて判断する方法に限られず、例えば、ＮＯｘセンサ４１により検出される第一ＮＯｘ値が減少し、一定値で安定したところで第一ＮＯｘ値を再検出するようにしてもよい。
【００４６】
ステップＳ１１０において、積算された時間ｔnが所定時間ｔ0を越えたと判定されたら、その時点の第一ＮＯｘ値を再び検出する（ステップＳ１２０）。そして、タイマーを０リセットして停止させ（ステップＳ１３０）、フラグＦを０リセットし（ステップＳ１４０）、エンジンの運転状態から再びエンジンアウトＮＯｘ値を取得する（ステップＳ１５０）。
【００４７】
次に、ステップＳ１２０において取得した第一ＮＯｘ値と、ステップＳ１５０において取得したエンジンアウトＮＯｘ値とから、ＮＯｘ浄化率を算出して取得する（ステップＳ１６０）。また、温度センサ４２からＳＣＲ２５の温度を検出し（ステップＳ１７０）、ＮＯ2比率とＮＯｘ浄化率と触媒温度とから、ＳＣＲ２５の劣化度を判定する（ステップＳ１８０）。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Ｓ１９０）。
【００４８】
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とエンジンアウトＮＯｘマップとからそれぞれ取得した第一ＮＯｘ値及びエンジンアウトＮＯｘ値に基づいてＮＯ2比率とＮＯｘ浄化率とを取得し、取得したＮＯ2比率及びＮＯｘ浄化率と触媒温度とによりＳＣＲ２５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判定できる。これにより、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。
【００４９】
また、ＳＣＲ装置２２の下流側に設けられたＮＯｘセンサ４１によりＮＯ2比率とＮＯｘ浄化率とを取得するため、コスト増を抑制し、簡素な構成で劣化判定を実施することができる。また、表示パネル４３及びアラーム４４により、ＳＣＲ２５の劣化度を乗員に報知することで、メンテナンスやＳＣＲ２５の交換を促すことができる。
［１−５．変形例］
上記実施形態では、エンジンアウトＮＯｘ値取得手段３２は、図２に示すエンジンアウトＮＯｘマップからエンジンアウトＮＯｘ値を取得したが、エンジンアウトＮＯｘ値の取得方法はこれに限られず、例えば、図１中に二点鎖線で示すように、エンジン１０の排気通路１９であって、ＤＰＦ装置２１の上流側にエンジンアウトＮＯｘ値を検出するＮＯｘセンサ（以下、エンジンアウトＮＯｘセンサという）６１を設けてもよい。
この場合は、ＮＯｘ浄化率及びＮＯ2比率をより正確に取得することができるため、ＳＣＲ２５の劣化度の判定精度を向上させることができる。
【００５０】
［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、尿素水添加制御手段３１及びＮＯ2比率取得手段３３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。
【００５１】
本触媒劣化診断装置は、図１中に一点鎖線で示すように、ＤＰＦ２４の下流側であってＳＣＲ２５の上流側にＮＯｘセンサ（以下、第二ＮＯｘセンサという）５１が設けられ、ＳＣＲ２５に流入する排気中に含まれるＮＯｘの量である第二ＮＯｘ値を検出する。つまり、本実施形態では、ＳＣＲ２５の上流側と下流側の両方のＮＯｘ値を検出することができる構成となっている。なお、ここで検出される第二ＮＯｘ値の次元は、前述の第一ＮＯｘ値と同次元であるとする。
【００５２】
本触媒劣化診断装置におけるＮＯ2比率取得手段３３は、ＳＣＲ２５の上流側に設けられた第二ＮＯｘセンサ５１により、ＳＣＲ２５に流入する前の排気中に含まれるＮＯｘの量（第二ＮＯｘ値）に対するＮＯ2の量の比率を取得する。ＮＯ2比率の取得には、上記第一実施形態と同様、図３に示すＮＯｘセンサ特性マップが用いられ、エンジンアウトＮＯｘマップにより取得されたエンジンアウトＮＯｘ値に対する第二ＮＯｘ値の比率からＮＯ2比率を取得する。つまり、本実施形態では、ＳＣＲ２５の影響を受けずにＮＯ2比率を取得することができるため、尿素水添加制御手段３１は、特に制御を行う必要がなく、また、上述した〔条件Ａ〕及び〔条件Ｂ〕を満たす必要もない。
【００５３】
ＮＯｘ浄化率取得手段３４は、上記第一実施形態と同様、エンジンアウトＮＯｘ値と第一ＮＯｘ値とから上記した式（１）により算出して取得し、ＳＣＲ２５の温度も、上記第一実施形態と同様、温度センサ４２により検出する。すなわち、ＳＣＲ２５の劣化判定に用いる３つのパラメータのうち、本実施形態ではＮＯ2比率の取得のみ上記第一実施形態と異なる。
【００５４】
［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、ＳＣＲ２５の劣化度の判定は、図６のフローチャートに従って実施することができる。
図６に示すように、ステップＴ１０において、ＮＯｘセンサ４１により第一ＮＯｘ値を検出し、ステップＴ２０において、第二ＮＯｘセンサ５１により第二ＮＯｘ値を検出し、ステップＴ３０において、エンジンアウトＮＯｘマップからエンジンアウトＮＯｘ値を取得する。また、温度センサ４２により、ＳＣＲ２５の温度を検出する（ステップＴ４０）。
【００５５】
次に、取得した第二ＮＯｘ値及びエンジンアウトＮＯｘ値から、図３に示すＮＯｘセンサ特性マップを用いてＮＯ2比率を取得する（ステップＴ５０）。また、取得した第一ＮＯｘ値及びエンジンアウトＮＯｘ値から、上記した式（１）を用いてＮＯｘ浄化率を取得する（ステップＴ６０）。そして、これら取得したＮＯ2比率，ＮＯｘ浄化率及び触媒温度から、図４に示す劣化判定マップを用いてＳＣＲ２５の劣化度を判定し（ステップＴ７０）、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Ｔ８０）。
【００５６】
したがって、本触媒劣化診断装置によれば、ＳＣＲ２５の上流側及び下流側に設けられた２つのＮＯｘセンサ４１，５１とエンジンアウトＮＯｘマップとから、ＮＯｘ浄化率及びＮＯ2比率を取得し、取得したＮＯ2比率及びＮＯｘ浄化率と、温度センサ４２により検出した触媒温度とによりＳＣＲ２５の劣化度を判定することができるため、触媒がどの程度劣化しているかを精度良く判定することができる。これにより、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。
【００５７】
また、ＳＣＲ２５の上流側の第二ＮＯｘセンサ５１によりＮＯ2比率を取得するため、ＳＣＲ２５にアンモニアが吸着していてもよく、ＳＣＲ２５に向かう排気中に尿素水を添加していても劣化判定をすることができる。つまり、ＳＣＲ２５の影響を考慮する必要がないため、上述した〔条件Ａ〕及び〔条件Ｂ〕を満たす必要もない、尿素水の添加制御を行う必要もなく、劣化判定の制御をよりシンプルにすることができ、判定条件が緩和される。
また、表示パネル４３及びアラーム４４により、ＳＣＲ２５の劣化度を乗員に報知することで、メンテナンスやＳＣＲ２５の交換を促すことができる。
【００５８】
［２−３．変形例］
上記第二実施形態では、エンジンアウトＮＯｘ値取得手段３２は、図２に示すエンジンアウトＮＯｘマップからエンジンアウトＮＯｘ値を取得したが、エンジンアウトＮＯｘ値の取得方法はこれに限られず、例えば、図１中に二点鎖線で示すように、エンジン１０の排気通路１９であって、ＤＰＦ装置２１の上流側にエンジンアウトＮＯｘ値を検出するＮＯｘセンサ（以下、エンジンアウトＮＯｘセンサという）６１を設けてもよい。
この場合は、ＮＯｘ浄化率及びＮＯ2比率をより正確に取得することができるため、ＳＣＲ２５の劣化度の判定精度をさらに向上させることができる。
【００５９】
［３．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。
【００６０】
上記実施形態では、エンジンアウトＮＯｘ値取得手段３２は、エンジンアウトＮＯｘマップ及びエンジンアウトＮＯｘセンサ６１のいずれか一方によりエンジンアウトＮＯｘ値を取得しているが、マップ及びセンサの両方を用いてエンジンアウトＮＯｘ値を取得するようにしてもよい。例えば、どちらか一方で他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。マップ及びセンサの両方を用いることにより、より正確なエンジンアウトＮＯｘ値を取得することが可能となる。
【００６１】
また、本触媒劣化診断装置は、ＤＰＦ装置２１を備えない車両等にも適用可能である。
また、上記実施形態では、ＮＯ2比率は、第一ＮＯｘ値又は第二ＮＯｘ値と、エンジンアウトＮＯｘ値とに基づいて、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。
【符号の説明】
【００６２】
１０ エンジン
１９ 排気通路
２０ 排気浄化装置
２１ ＤＰＦ装置（上流側排気浄化装置）
２２ ＳＣＲ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
２８ 尿素水添加ノズル
２９ 尿素水タンク
３０ コントローラ（ＥＣＵ）
３１ 尿素水添加制御手段
３２ エンジンアウトＮＯｘ値取得手段
３３ ＮＯ2比率取得手段
３４ ＮＯｘ浄化率取得手段
３５ 劣化判定手段
４１ ＮＯｘ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）
５１ ＮＯｘセンサ（第二ＮＯｘセンサ）
６１ エンジンアウトＮＯｘセンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられ、前記排気通路を流通する排気中に含まれるＮＯｘを還元し浄化する選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒の下流側に設けられ、前記選択還元型触媒を通過した排気中に含まれる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後の排気中に含まれるＮＯｘの量であるエンジンアウトＮＯｘ値を取得するエンジンアウトＮＯｘ値取得手段と、
前記選択還元型触媒を流通する排気中に含まれるＮＯｘに対するＮＯ2の比であるＮＯ2比率を取得するＮＯ2比率取得手段と、
前記選択還元型触媒の上流側及び下流側のＮＯｘの量に基づいて、前記選択還元型触媒により還元されて浄化されるＮＯｘの割合であるＮＯｘ浄化率を取得するＮＯｘ浄化率取得手段と、
前記ＮＯ2比率取得手段により取得した前記ＮＯ2比率と前記ＮＯｘ浄化率取得手段により取得した前記ＮＯｘ浄化率と前記選択還元型触媒の温度とに基づいて前記選択還元型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。
【請求項２】
前記ＮＯ2比率取得手段は、前記第一ＮＯｘセンサにより検出される前記第一ＮＯｘ値と前記エンジンアウトＮＯｘ値取得手段により取得される前記エンジンアウトＮＯｘ値とに基づいて前記ＮＯ2比率を取得する
ことを特徴とする、請求項１記載の触媒劣化診断装置。
【請求項３】
前記エンジンの前記排気通路であって、前記エンジンの下流側で前記選択還元型触媒の上流側に設けられた酸化触媒と、
前記酸化触媒の下流側で前記選択還元型触媒の上流側に設けられ、前記選択還元型触媒に流入する排気中に含まれるＮＯｘの量である第二ＮＯｘ値を検出する第二ＮＯｘセンサと、をさらに備え、
前記ＮＯ2比率取得手段は、前記第二ＮＯｘセンサにより検出される前記第二ＮＯｘ値と前記エンジンアウトＮＯｘ値取得手段により取得される前記エンジンアウトＮＯｘ値とに基づいて前記ＮＯ2比率を取得する
ことを特徴とする、請求項１記載の触媒劣化診断装置。
【請求項４】
前記エンジンアウト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エンジンアウトＮＯｘ値との対応関係を示すマップにより、前記エンジンアウトＮＯｘ値を取得する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の触媒劣化診断装置。
【請求項５】
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後の前記排気中に含まれる前記エンジンアウトＮＯｘ値を検出するエンジンアウトＮＯｘセンサをさらに備え、
前記エンジンアウトＮＯｘ値取得手段は、前記エンジンアウトＮＯｘセンサにより前記エンジンアウトＮＯｘ値を取得する
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。
【請求項６】
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１〜５の何れか１項に記載の触媒劣化診断装置。
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられ、前記排気通路を流通する排気中に含まれるＮＯｘを還元し浄化する選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒の下流側に設けられ、前記選択還元型触媒を通過した排気中に含まれる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後の排気中に含まれるＮＯｘの量であるエンジンアウトＮＯｘ値を取得するエンジンアウトＮＯｘ値取得手段と、
前記選択還元型触媒を流通する排気中に含まれるＮＯｘに対するＮＯ2の比であるＮＯ2比率を取得するＮＯ2比率取得手段と、
前記選択還元型触媒の上流側及び下流側のＮＯｘの量に基づいて、前記選択還元型触媒により還元されて浄化されるＮＯｘの割合であるＮＯｘ浄化率を取得するＮＯｘ浄化率取得手段と、
前記ＮＯ2比率取得手段により取得した前記ＮＯ2比率と前記ＮＯｘ浄化率取得手段により取得した前記ＮＯｘ浄化率と前記選択還元型触媒の温度とに基づいて前記選択還元型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。
【請求項２】
前記ＮＯ2比率取得手段は、前記第一ＮＯｘセンサにより検出される前記第一ＮＯｘ値と前記エンジンアウトＮＯｘ値取得手段により取得される前記エンジンアウトＮＯｘ値とに基づいて前記ＮＯ2比率を取得する
ことを特徴とする、請求項１記載の触媒劣化診断装置。
【請求項３】
前記エンジンの前記排気通路であって、前記エンジンの下流側で前記選択還元型触媒の上流側に設けられた酸化触媒と、
前記酸化触媒の下流側で前記選択還元型触媒の上流側に設けられ、前記選択還元型触媒に流入する排気中に含まれるＮＯｘの量である第二ＮＯｘ値を検出する第二ＮＯｘセンサと、をさらに備え、
前記ＮＯ2比率取得手段は、前記第二ＮＯｘセンサにより検出される前記第二ＮＯｘ値と前記エンジンアウトＮＯｘ値取得手段により取得される前記エンジンアウトＮＯｘ値とに基づいて前記ＮＯ2比率を取得する
ことを特徴とする、請求項１記載の触媒劣化診断装置。
【請求項４】
前記エンジンアウト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エンジンアウトＮＯｘ値との対応関係を示すマップにより、前記エンジンアウトＮＯｘ値を取得する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の触媒劣化診断装置。
【請求項５】
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後の前記排気中に含まれる前記エンジンアウトＮＯｘ値を検出するエンジンアウトＮＯｘセンサをさらに備え、
前記エンジンアウトＮＯｘ値取得手段は、前記エンジンアウトＮＯｘセンサにより前記エンジンアウトＮＯｘ値を取得する
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。
【請求項６】
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１〜５の何れか１項に記載の触媒劣化診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−３６８５７（Ｐ２０１２−３６８５７Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７８８３７（Ｐ２０１０−１７８８３７）
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
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