JP2012082703A - 選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率を正確に算出し、選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を正確に検出する技術を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒３を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ_２との両方を消費する第１反応Ｒ１、ＮＯ_２を消費する第２反応Ｒ２、及びＮＯを消費する第３反応Ｒ３という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率を算出し、算出した各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率に基づいてＳＣＲ触媒３の浄化率を算出し、算出したＳＣＲ触媒３の浄化率に基づいてＳＣＲ触媒３の劣化を判別する。
【選択図】図１

Description

本発明は、選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を検出する選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置及び選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出方法に関する。

内燃機関の排気通路に上流から順に、酸化触媒、還元剤添加弁、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）を配置し、還元剤添加弁から添加した還元剤から生成されるＮＨ_３（アンモニア）を用いて、ＳＣＲ触媒に流入する排気中のＮＯｘを浄化することが行われている。ここで、酸化触媒におけるＮＯ_２吸着量の増減を推定し、推定したＮＯ_２吸着量の増減に基づいて酸化触媒をバイパスする排気流量を調整する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１の技術によれば、酸化触媒におけるＮＯ_２吸着量を制御することで、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘのＮＯとＮＯ_２との比率をできるだけ１対１に近付けて必要な還元剤量を添加し、ＮＨ_３の不足や過剰供給といった問題を回避している。

特開２００９−２１６０１９号公報 特開２００８−２８０９５５号公報 特開２００８−３０３７５９号公報 特開２００８−２５５９３７号公報

ところで、ＳＣＲ触媒の排気流れ上流側から順に複数に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域でのＮＨ_３とＮＯｘとの反応が異なる。このことから、ＳＣＲ触媒の浄化率は、各領域でのＮＨ_３とＮＯｘとの反応を考慮しなければ正確に算出できるものではない。したがって、ＳＣＲ触媒の浄化率に基づいてＳＣＲ触媒の劣化を検出することでも、上記の反応を考慮してＳＣＲ触媒の浄化率を正確に算出しなければ、ＳＣＲ触媒の劣化を正確に検出することができない。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率を正確に算出し、選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を正確に検出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た選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に配置され、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へＮＨ_３を供給するための還元剤を添加する還元剤添加部と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を検出する劣化検出部と、
を備えた選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置であって、
前記劣化検出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ_２との両方を消費する第１反応、ＮＯ_２を消費する第２反応、及びＮＯを消費する第３反応という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率を算出し、算出した前記各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ
触媒の浄化率を算出し、算出した前記選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を判別することを特徴とする選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置である。

選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を正確に検出するためには、選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率を正確に算出する必要がある。ところで、本発明者らの知見によると、選択還元型ＮＯｘ触媒を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域での浄化率が異なることが判明した。これは、各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ_２との両方を消費する第１反応、ＮＯ_２を消費する第２反応、及びＮＯを消費する第３反応という３つの反応の活性度合いが異なるからである。よって、選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率を正確に算出するためには、これら３つの反応の活性度合いを考慮して各領域の浄化率を正確に算出しなければならない。なお、３つの反応とは、第１反応（ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ）、第２反応（２ＮＨ_３＋２ＮＯ_２→Ｎ_２＋ＮＨ_４ＮＯ_３＋Ｈ_２Ｏ）、及び第３反応（４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ）である。

本発明では、選択還元型ＮＯｘ触媒を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ_２との両方を消費する第１反応、ＮＯ_２を消費する第２反応、及びＮＯを消費する第３反応という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率を算出し、算出した各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率に基づいて選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率を算出し、算出した選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率に基づいて選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を判別する。

本発明によると、選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率を正確に算出することができ、選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率に基づいて判別される選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化も正確に検出することができる。

前記選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率を算出するにあたり、各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率と、各領域に流入するＮＯｘを浄化させる各領域のＮＨ_３吸着量と、に基づいて各領域のＮＯｘ浄化率又は各領域のＮＯｘ浄化率の補正量を算出するとよい。

本発明によると、選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率を正確に算出することができる。

前記選択還元型ＮＯｘ触媒を排気流れに対して直列に複数配置し、
上流側の前記選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率が下流側の前記選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率よりも高くなっているか否かを判別し、否定判定された場合に、異常が発生したと判断する異常検出部を更に備えるとよい。

選択還元型ＮＯｘ触媒へ流入するＮＯとＮＯ_２との比率が偏っていると、選択還元型ＮＯｘ触媒から流出するＮＯとＮＯ_２との比率は更に偏りが大きくなる。これは、ＮＯとＮＯ_２との両方を消費する第１反応が最優先で起こり、この反応が最も浄化性能が高く、選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率は、流入するＮＯとＮＯ_２との比率が１対１付近であると最も高いからである。よって、選択還元型ＮＯｘ触媒を排気流れに対して直列に複数配置した場合には、下流に行く程流入するＮＯとＮＯ_２との比率が大きく偏って行くので、下流側の選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率は低下する。これに対し、上流側の選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率が下流側の選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率よりも高くなっていない場合には、例えば、触媒故障、推定ＮＯｘ異常、ＮＯｘ検出異常、ＮＨ_３スリップ発生等の異常が発生している。よって、本発明であると、異常が発生したことを正確に検出することができる。

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、還元剤が添加されてＮＨ_３が供給される選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を検出する選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出方法であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ_２との両方を消費する第１反応、ＮＯ_２を消費する第２反応、及びＮＯを消費する第３反応という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率を算出し、算出した前記各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率を算出し、算出した前記選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を判別することを特徴とする選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出方法である。

本発明によると、選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率を正確に算出することができ、選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率に基づいて判別される選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化も正確に検出することができる。

本発明によると、選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率を正確に算出し、選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を正確に検出することができる。

本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。 ＳＣＲ触媒床温と３つの反応の活性度合いとの関係を示す図である。 ＳＣＲ触媒の各領域の床温に応じた各領域の出入りするＮＯとＮＯ_２との比率及びＮＯｘ浄化率を示す図である。 ＳＣＲ触媒の床温に温度勾配がある場合の、ＮＯとＮＯ_２との比率及びＮＯｘ浄化率の推移を示す図である。 実施例１に係るＳＣＲ触媒の劣化検出ルーチンを示すフローチャートである。 実施例２に係る内燃機関の概略構成を示す図である。 実施例２に係る複数のＳＣＲ触媒を用いたシステムの異常検出ルーチンを示すフローチャートである。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
（内燃機関）
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する車両駆動用の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には、内燃機関１から排出された排気を流通させる排気通路２が接続されている。

排気通路２の途中には、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）３が配置されている。ＳＣＲ触媒３は、ＮＨ_３（アンモニア）を用いて排気中のＮＯｘを還元浄化する。ＳＣＲ触媒３は、尿素やＮＨ_３を吸着する機能を有する。

ＳＣＲ触媒３よりも上流の排気通路２には、ＳＣＲ触媒３に供給するＮＨ_３に加水分解される還元剤として尿素水溶液（以下、尿素水という）を添加する尿素水添加弁４が配置されている。尿素水添加弁４からは、尿素水タンク５に蓄えられた尿素水が指令に基づい
て排気通路２内に噴射される。噴射された尿素水は、（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→２ＮＨ_３＋ＣＯ_２のような反応で排気熱を用いて加水分解され、ＮＨ_３が生成される。噴射された尿素水の尿素やＮＨ_３は、ＳＣＲ触媒３に吸着される。尿素水添加弁４が、本発明の還元剤添加部に対応する。還元剤としては、尿素水以外にもアンモニア水溶液等のアンモニア系溶液を用いることができる。

尿素水添加弁４の上流の排気通路２には、酸化触媒６及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）７が配置されている。ＤＰＦ７は、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集する。また、ＤＰＦ７にＰＭが規定量を超えて堆積すると、内燃機関１でポスト噴射して酸化触媒６に燃料を供給し、この燃料の酸化によりＤＰＦ７を昇温させてＤＰＦ７に堆積したＰＭを強制的に酸化除去する。

ＳＣＲ触媒３の直下流の排気通路２には、排気の温度を検出する排気温度センサ８が配置されている。排気温度センサ８の直下流の排気通路には、ＳＣＲ触媒３から流出する排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ９が配置されている。

以上述べたように構成された内燃機関１には電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、排気温度センサ８及びＮＯｘセンサ９並びに不図示のクランクポジションセンサ及びアクセル開度センサが電気的に接続されている。これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。また、ＥＣＵ１０には、尿素水添加弁４が電気的に接続されており、ＥＣＵ１０によって制御される。ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒３でＮＨ_３を用いてＮＯｘを還元浄化するよう尿素水添加弁４から尿素水を添加する。

（ＳＣＲ触媒の劣化検出）
ＳＣＲ触媒３は、使用され続けるとＮＯｘを還元浄化し難くなり、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率が低下し劣化する。このため、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率を算出し、算出したＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率に基づいてＳＣＲ触媒３の劣化を検出する。

ここで、ＳＣＲ触媒３の劣化を正確に検出するためには、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率を正確に算出する必要がある。ところで、本発明者らの知見によると、ＳＣＲ触媒３を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域でのＮＯｘ浄化率が異なることが判明した。これは、各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ_２との両方を消費する第１反応（ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ）Ｒ１、ＮＯ_２を消費する第２反応（２ＮＨ_３＋２ＮＯ_２→Ｎ_２＋ＮＨ_４ＮＯ_３＋Ｈ_２Ｏ）Ｒ２、及びＮＯを消費する第３反応（４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ）Ｒ３というＲ１〜Ｒ３の３つの反応の活性度合いが異なるからである。よって、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率を正確に算出するためには、これら３つの反応の活性度合いを考慮して各領域のＮＯｘ浄化率を正確に算出しなければならない。

図２は、ＳＣＲ触媒床温と３つの反応の活性度合いとの関係を示す図である。図３は、ＳＣＲ触媒の各領域の床温に応じた各領域の出入りするＮＯとＮＯ_２との比率及びＮＯｘ浄化率を示す図である。図２に示すように、Ｒ１〜Ｒ３の３つの反応の活性度合いは、ＳＣＲ触媒の床温に応じて異なる。例えば図２に示すＡ点では、図３（ａ）に示すように第１反応Ｒ１の活性度合いが８０％であり、第２反応Ｒ２及び第３反応Ｒ３の活性度合いは０％である。このため、Ａ点では、第１反応Ｒ１のみが８０％の活性度合いで行われ、図示するＮＯとＮＯ_２との比率及びＮＯｘ浄化率となる。図２に示すＢ点では、図３（ｂ）に示すように第１反応Ｒ１の活性度合いが９０％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが４０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが０％である。このため、Ｂ点では、第１反応Ｒ１が９０％の活性度合いで行われ、第２反応Ｒ２が４０％の活性度合いで行われ、図示するＮＯとＮＯ_２との比率及びＮＯｘ浄化率となる。図２に示すＣ点では、図３（ｃ）に示
すように第１反応Ｒ１の活性度合いが１００％であり、第２反応Ｒ２の活性度合いが６０％であり、第３反応Ｒ３の活性度合いが３０％である。このため、Ｃ点では、第１反応Ｒ１が１００％の活性度合いで行われ、第２反応Ｒ２が６０％の活性度合いで行われ、第３反応Ｒ３が３０％の活性度合いで行われ、図示するＮＯとＮＯ_２との比率及びＮＯｘ浄化率となる。

以上のことから、ＳＣＲ触媒３を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域の床温が、上記で例示したＡ点、Ｂ点、Ｃ点のように異なると、Ｒ１〜Ｒ３の３つの反応の活性度合いが異なり、各領域でのＮＯｘ浄化率も異なることになる。

図４は、ＳＣＲ触媒の床温に温度勾配がある場合の、ＮＯとＮＯ_２との比率及びＮＯｘ浄化率の推移を示す図である。図４では、ＳＣＲ触媒３の上流側の床温が低く、下流側に行くに連れて床温が高くなる場合、具体的には、ＳＣＲ触媒３を上流、中流、下流の３つの領域に分け、上流領域がＡ点の温度、中流領域がＢ点の温度、下流領域がＣ点の温度となっている場合を想定している。

図４に示すように、内燃機関１から排出されＳＣＲ触媒３の上流領域に流入するＮＯを３０モル、ＮＯ_２を７０モル、ＮＯとＮＯ_２との内ＮＯ_２の比率（ＮＯ_２／（ＮＯ＋ＮＯ_２）：以下、ＮＯ_２比率という）が７０（＝７０／（３０＋７０）×１００）％であるとする。このＮＯｘがＳＣＲ触媒３の上流領域に流入すると、最優先に行われる第１反応Ｒ１の活性度合いが８０％であるので、ＮＯ及びＮＯ_２が２４（＝３０×８０％）モルだけ、第１反応Ｒ１で消費される。また、活性度合いが０％の第２反応Ｒ２及び第３反応Ｒ３は行われない。これにより、上流領域は、４８（＝２４×２／（３０＋７０）×１００）％のＮＯｘ浄化率となる。

そして上流領域から流出し中流領域に流入するＮＯは６（＝３０−２４）モル、ＮＯ_２は４６（＝７０−２４）モル、ＮＯ_２比率は８８（＝４６／（６＋４６）×１００）％である。このＮＯｘがＳＣＲ触媒３の中流領域に流入すると、最優先に行われる第１反応Ｒ１の活性度合いが９０％であるので、ＮＯ及びＮＯ_２が５．４（＝６×９０％）モルだけ、第１反応Ｒ１で消費される。次に、第２反応Ｒ２の活性度合いが４０％であるので、ＮＯ_２が１６．２４（＝（４６−５．４）×４０％）モルだけ、第２反応Ｒ２で消費される。また、活性度合いが０％の第３反応Ｒ３は行われない。これにより、中流領域は、５２（＝（５．４×２＋１６．２４）／（６＋４６）×１００）％のＮＯｘ浄化率となる。

そして中流領域から流出し下流領域に流入するＮＯは０．６（＝６−５．４）モル、ＮＯ_２は２４．３６（＝４６−５．４−１６．２４）モル、ＮＯ_２比率は９７．６（＝２４．３６／（０．６＋２４．３６）×１００）％である。このＮＯｘがＳＣＲ触媒３の下流領域に流入すると、最優先に行われる第１反応Ｒ１の活性度合いが１００％であるので、ＮＯ及びＮＯ_２が０．６（＝０．６×１００％）モルだけ、第１反応Ｒ１で消費される。次に、第２反応Ｒ２の活性度合いが６０％であるので、ＮＯ_２が１４．２６（＝（２４．３６−０．６）×６０％）モルだけ、第２反応Ｒ２で消費される。次に、第３反応Ｒ３の活性度合いが３０％であるので、第３反応Ｒ３を行い得るが、ＮＯが第１反応Ｒ１で全て消費されているため、第３反応Ｒ３は行われない。これにより、下流領域は、６２（＝（０．６×２＋１４．２６）／（０．６＋２４．３６）×１００）％のＮＯｘ浄化率となる。

そして下流領域から流出するＮＯは０（＝０．６−０．６）モル、ＮＯ_２は９．５（＝２４．３６−０．６−１４．２６）モル、ＮＯ_２比率は１００（＝９．５／（０＋９．５）×１００）％である。

以上のように、ＳＣＲ触媒３内の排気流れ方向でＮＯ_２比率が変化し、同時に浄化率も変化するので、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率を正確に算出するためには、ＳＣＲ触媒３の各領域の床温及びＮＨ_３吸着量に加え、各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率（ＮＯ_２比率）の変化を考慮する必要がある。

そこで本実施例では、ＳＣＲ触媒３を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ_２との両方を消費する第１反応Ｒ１、ＮＯ_２を消費する第２反応Ｒ２、及びＮＯを消費する第３反応Ｒ３という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率を算出し、算出した各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率に基づいてＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率を算出し、算出したＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率に基づいてＳＣＲ触媒３の劣化を判別するようにした。

本実施例によると、各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率に基づいてＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率を正確に算出することができ、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率に基づいて判別されるＳＣＲ触媒３の劣化も正確に検出することができる。

（劣化検出ルーチン）
ＥＣＵ１０が行うＳＣＲ触媒３の劣化検出ルーチンについて、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。図５は、本実施例に係るＳＣＲ触媒３の劣化検出ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎にＥＣＵ１０によって実行される。本ルーチンを実行するＥＣＵ１０が、本発明の劣化検出部に相当する。

図５に示すルーチンが開始されると、Ｓ１０１では、尿素水添加弁４から添加された尿素水中の尿素がＳＣＲ触媒３の各領域に到達した到達尿素量を算出する。各領域の到達尿素量は、不図示のエアフローメータで検出した空気量、尿素水添加量等を予め求めておいたマップに取り込むことで算出することができる。

Ｓ１０２では、ＳＣＲ触媒３の各領域での尿素からＮＨ_３へのＮＨ_３変換量を算出する。各領域のＮＨ_３変換量は、尿素が各領域に吸着後の経過時間、排気温度センサ８で検出するＳＣＲ触媒床温等を予め求めておいたマップに取り込むことで算出することができる。

Ｓ１０３では、ＳＣＲ触媒３の各領域での尿素吸着量を算出する。各領域での尿素吸着量は、Ｓ１０１で算出された到達尿素量、Ｓ１０２で算出されたＮＨ_３変換量、及び前回からの尿素吸着量から算出することができる。例えば、到達尿素量と前回からの尿素吸着量との和をとり、そこからＮＨ_３変換量を差し引いて算出する。

Ｓ１０４では、ＮＯｘセンサ９で検出したＮＯｘ濃度を用いてＳＣＲ触媒３の全体のセンサ検出浄化率を算出する。ＳＣＲ触媒３の全体のセンサ検出浄化率は、内燃機関１の運転状態からマップにより求められる機関ＮＯｘ排出量、ＮＯｘセンサ９で検出したＮＯｘ濃度、及びエアフローメータで検出した空気量から算出することができる。例えば、機関ＮＯｘ排出量からＮＯｘセンサ９で検出したＮＯｘ濃度に空気量を掛けたＮＯｘ量を、機関ＮＯｘ排出量で割ることで算出する。

Ｓ１０５では、ＳＣＲ触媒３の各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率を算出する。各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率は、内燃機関１の運転状態からマップにより求められる機関排出時のＮＯとＮＯ_２との比率、排気温度センサ８で検出するＳＣＲ触媒床温とエアフローメータで検出した空気量等を予め求めておいたマップに取り込むことで算出される各領域の床温、図２に示すような各領域の床温とＲ１〜Ｒ３の３つの反応の活性
度合いとの関係のマップから算出することができる。

Ｓ１０６では、ＳＣＲ触媒３の各領域のＮＯｘ浄化量を振り分ける。各領域のＮＯｘ浄化量の振り分けは、排気温度センサ８で検出するＳＣＲ触媒床温とエアフローメータで検出した空気量等を予め求めておいたマップに取り込むことで算出される各領域の床温、前回本ルーチンを実行した際にＳ１０８で算出した前回からの各領域のＮＨ_３吸着量、Ｓ１０４で算出したセンサ検出浄化率、Ｓ１０５で算出した各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率等を予め求めておいたマップに取り込むことで行うことができる。実際の計算は、上記した図４を用いた説明のようにして行われる。

Ｓ１０７では、ＳＣＲ触媒３の各領域のＮＨ_３消費量を算出する。各領域のＮＨ_３消費量は、Ｓ１０６で振り分けた各領域のＮＯｘ浄化量から算出することができる。

Ｓ１０８では、ＳＣＲ触媒３の各領域のＮＨ_３吸着量を算出する。各領域のＮＨ_３吸着量は、Ｓ１０２で算出された各領域のＮＨ_３変換量、Ｓ１０７で算出された各領域のＮＨ_３消費量、及び前回からの各領域のＮＨ_３吸着量から算出することができる。例えば、ＮＨ_３変換量と前回からのＮＨ_３吸着量との和からＮＨ_３消費量を差し引くことで算出する。

Ｓ１０９では、ＳＣＲ触媒３の補正後の各領域のＮＯｘ浄化率を算出する。補正後の各領域のＮＯｘ浄化率は、Ｓ１０５で算出された各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率と、Ｓ１０６で振り分けられた各領域のＮＯｘ浄化量と、各領域に流入するＮＯｘを浄化させるＳ１０８で算出した各領域のＮＨ_３吸着量と、から算出することができる。概略としては、Ｓ１０６で振り分けられた各領域のＮＯｘ浄化量から振り分けによる各領域のＮＯｘ浄化率を算出する。そして、この振り分けによる各領域のＮＯｘ浄化率に、Ｓ１０５で算出された各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率に応じた係数、Ｓ１０８で算出した各領域のＮＨ_３吸着量に応じた係数、及び排気温度センサ８で検出するＳＣＲ触媒床温とエアフローメータで検出した空気量等を予め求めておいたマップに取り込むことで算出される各領域の床温に応じた係数を掛けることで算出することができる。又は、振り分けによる各領域のＮＯｘ浄化率に、Ｓ１０５で算出された各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率、Ｓ１０８で算出した各領域のＮＨ_３吸着量、及び各領域の床温をパラメータとして求まる係数を掛けることで算出することもできる。なお、補正後の各領域のＮＯｘ浄化率そのものを算出するのではなく、各領域のＮＯｘ浄化率の補正量を算出するようにしてもよい。

Ｓ１１０では、ＳＣＲ触媒３の補正後の全体のＮＯｘ浄化率を算出する。ＳＣＲ触媒３の補正後の全体のＮＯｘ浄化率は、Ｓ１０９で算出した補正後の各領域のＮＯｘ浄化率と、機関ＮＯｘ排出量とＳ１０５で算出したＳＣＲ触媒３の各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率とから算出した各領域で消費されたＮＯｘ量と、から算出することができる。例えば、各領域のＮＯｘ浄化率を各領域で消費されたＮＯｘ量と夫々乗算し、各領域で消費されたＮＯｘ量を足したＳＣＲ触媒３の全体で消費されたＮＯｘ量で割ることで算出することができる。なお、Ｓ１０９で各領域のＮＯｘの浄化率の補正量を算出している場合には、ＳＣＲ触媒３の全体のＮＯｘ浄化率は、Ｓ１０４で算出されたＳＣＲ触媒３の全体のセンサ検出浄化率とＳ１０９で算出された各領域のＮＯｘ浄化率の補正量とから算出することができる。

Ｓ１１１では、ＳＣＲ触媒３の全体のＮＯｘ浄化率が閾値よりも低いか否かを判別する。閾値は、ＳＣＲ触媒３の全体のＮＯｘ浄化率がその閾値よりも低いと、ＳＣＲ触媒３が劣化したと判断できる値であり、予め定めておくことができる。Ｓ１１１でＳＣＲ触媒３の全体のＮＯｘ浄化率がそれよりも低いと肯定判定された場合には、Ｓ１１２へ移行する
。Ｓ１１１でＳＣＲ触媒３の全体のＮＯｘ浄化率がそれよりも低くないと否定判定された場合には、Ｓ１１３へ移行する。

Ｓ１１２では、ＳＣＲ触媒３が劣化したと判定し、例えばユーザへの警告等を行う。

Ｓ１１３では、ＳＣＲ触媒３は劣化していないと正常判定する。

以上説明した本ルーチンによると、ＳＣＲ触媒３の各領域での床温が異なると、各領域でのＲ１〜Ｒ３という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率を算出することができる。そして、算出した各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率に基づいてＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率を正確に算出することができる。よって、正確に算出したＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率に基づいてＳＣＲ触媒３の劣化を正確に判別することができる。

＜実施例２＞
（内燃機関）
本実施例では、内燃機関における複数のＳＣＲ触媒を用いたシステムの異常を検出する。なお、本実施例では、上記実施例と同様な構成については説明を省略する。図６は、実施例２に係る内燃機関の概略構成を示す図である。本実施例では、図６に示すように、ＳＣＲ触媒３１，３２を排気流れに対して直列に複数配置したものである。上流側及び下流側のＳＣＲ触媒３１，３２は、実施例１で説明したものと同様なものである。上流側のＳＣＲ触媒３１の直下流且つ下流側のＳＣＲ触媒３２の直上流の排気通路２には、上流側のＳＣＲ触媒３１から流出する排気中のＮＯｘ濃度を検出する上流側ＮＯｘセンサ９１が配置されている。下流側のＳＣＲ触媒３２の直下流の排気通路２には、下流側のＳＣＲ触媒３２から流出する排気中のＮＯｘ濃度を検出する下流側ＮＯｘセンサ９２が配置されている。

（システムの異常検出）
ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯとＮＯ_２との比率が偏っていると、ＳＣＲ触媒から流出するＮＯとＮＯ_２との比率は更に偏りが大きくなる。これは、ＮＯとＮＯ_２との両方を消費する第１反応（ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ）Ｒ１が最優先で起こり、この反応Ｒ１が最も浄化性能が高く、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率は、図３に示すように流入するＮＯとＮＯ_２との比率が１対１付近であると最も高いからである。よって、本実施例のようにＳＣＲ触媒を排気流れに対して直列に複数配置した場合には、下流に行く程流入するＮＯとＮＯ_２との比率が大きく偏って行くので、下流側のＳＣＲ触媒３２のＮＯｘ浄化率は低下する。これに対し、上流側のＳＣＲ触媒３１のＮＯｘ浄化率が下流側のＳＣＲ触媒３２のＮＯｘ浄化率よりも高くなっていない場合には、ＳＣＲ触媒を用いたシステムにおいて、例えば、触媒故障、推定ＮＯｘ異常、ＮＯｘ検出異常、ＮＨ_３スリップ発生等の異常が発生している。

そこで、上流側のＳＣＲ触媒３１のＮＯｘ浄化率が下流側のＳＣＲ触媒３２のＮＯｘ浄化率よりも高くなっているか否かを判別し、否定判定された場合に、システムに異常が発生したと判断するようにした。

本実施例であると、システムに、例えば、触媒故障、推定ＮＯｘ異常、ＮＯｘ検出異常、ＮＨ_３スリップ発生等の異常が発生したことを正確に検出することができる。このため、異常を検出した後は、夫々の異常に対する診断モードに移行することもできる。

（異常検出ルーチン）
ＥＣＵ１０が行うシステムの異常検出ルーチンについて、図７に示すフローチャートに
基づいて説明する。図７は、本実施例に係る複数のＳＣＲ触媒を用いたシステムの異常検出ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎にＥＣＵ１０によって実行される。本ルーチンを実行するＥＣＵ１０が、本発明の異常検出部に相当する。

図７に示すルーチンが開始されると、Ｓ２０１では、上流側及び下流側のＳＣＲ触媒３１，３２のＮＯｘ浄化率を算出する。上流側のＳＣＲ触媒３１のＮＯｘ浄化率は、図５に示すルーチンのＳ１０４と同様に、内燃機関１の運転状態からマップにより求められる機関ＮＯｘ排出量、上流側ＮＯｘセンサ９１で検出したＮＯｘ濃度、及び不図示のエアフローメータで検出した空気量から算出することができる。下流側のＳＣＲ触媒３２のＮＯｘ浄化率は、上流側ＮＯｘセンサ９１で検出したＮＯｘ濃度、下流側ＮＯｘセンサ９２で検出したＮＯｘ濃度、及びエアフローメータで検出した空気量から算出することができる。

Ｓ２０２では、上流側のＳＣＲ触媒３１のＮＯｘ浄化率が下流側のＳＣＲ触媒３２のＮＯｘ浄化率よりも高くなっているか否かを判別する。Ｓ２０２で上流側のＳＣＲ触媒３１のＮＯｘ浄化率が下流側のＳＣＲ触媒３２のＮＯｘ浄化率よりも高くなっていると肯定判定された場合には、Ｓ２０３へ移行する。Ｓ２０２で上流側のＳＣＲ触媒３１のＮＯｘ浄化率が下流側のＳＣＲ触媒３２のＮＯｘ浄化率よりも高くなっていないと否定判定された場合には、Ｓ２０４へ移行する。

Ｓ２０３では、システムが正常であると正常判定する。

Ｓ２０４では、システムが異常であると異常判定し、例えば、センサや触媒といった各部の異常の可能性があるため、夫々の異常に対する診断モードに移行する。

以上説明した本ルーチンによると、上流側のＳＣＲ触媒３１のＮＯｘ浄化率が下流側のＳＣＲ触媒３２のＮＯｘ浄化率よりも高くなっているか否かを判別し、否定判定された場合に、システムに異常が発生したと判断することができる。よって、異常が発生したことを正確に検出することができる。

なお、本実施例では、ＳＣＲ触媒が２つ直列に配置された場合を説明したが、本発明はこれに限られない。本発明は、ＳＣＲ触媒が３つ以上直列に配置された場合であっても同様な判断手法を適用できる。

＜その他＞
本発明に係る選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置は、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。また、上記実施例は、本発明に係る選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出方法の実施例をも兼ねるものである。

１：内燃機関、２：排気通路、３：ＳＣＲ触媒、４：尿素水添加弁、５：尿素水タンク、６：酸化触媒、７：ＤＰＦ、８：排気温度センサ、９：ＮＯｘセンサ、１０：ＥＣＵ、３１：上流側のＳＣＲ触媒、３２：下流側のＳＣＲ触媒、９１：上流側ＮＯｘセンサ、９２：下流側ＮＯｘセンサ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に配置された選択還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に配置され、前記選択還元型ＮＯｘ触媒へＮＨ_３を供給するための還元剤を添加する還元剤添加部と、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を検出する劣化検出部と、
   を備えた選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置であって、
   前記劣化検出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ_２との両方を消費する第１反応、ＮＯ_２を消費する第２反応、及びＮＯを消費する第３反応という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率を算出し、算出した前記各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率を算出し、算出した前記選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を判別することを特徴とする選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置。
2. 前記選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率を算出するにあたり、各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率と、各領域に流入するＮＯｘを浄化させる各領域のＮＨ_３吸着量と、に基づいて各領域のＮＯｘ浄化率又は各領域のＮＯｘ浄化率の補正量を算出することを特徴とする請求項１に記載の選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置。
3. 前記選択還元型ＮＯｘ触媒を排気流れに対して直列に複数配置し、
   上流側の前記選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率が下流側の前記選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率よりも高くなっているか否かを判別し、否定判定された場合に、異常が発生したと判断する異常検出部を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出装置。
4. 内燃機関の排気通路に配置され、還元剤が添加されてＮＨ_３が供給される選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を検出する選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出方法であって、
   前記選択還元型ＮＯｘ触媒を排気流れ上流側から順に複数の領域に分けた際の各領域での床温が異なると、各領域での、ＮＯとＮＯ_２との両方を消費する第１反応、ＮＯ_２を消費する第２反応、及びＮＯを消費する第３反応という３つの反応の活性度合いが異なることを利用して、各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率を算出し、算出した前記各領域に出入りするＮＯとＮＯ_２との比率に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率を算出し、算出した前記選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化率に基づいて前記選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化を判別することを特徴とする選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化検出方法。

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