JP2008128217A - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 上流側の触媒の劣化度合に応じた還元剤の消費量を反映させながら、ＮＯｘ触媒に還元剤を過不足なく供給でき、排ガス特性および燃費を向上させることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】 排気系に設けられ、排ガスを浄化するための酸化機能を有する触媒１６と、排気系の触媒よりも下流側に設けられ、酸化雰囲気下で排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、還元雰囲気下で、捕捉したＮＯｘを還元し、浄化するＮＯｘ触媒１７と、ＮＯｘ触媒１７にＮＯｘの還元動作を行わせるために、触媒の上流側に還元剤を供給することにより、ＮＯｘ触媒１７に流入する排ガスを還元雰囲気に制御するＮＯｘ還元制御手段６、１２、２と、触媒の劣化度合ＤＥＧＲＡを推定する劣化度合推定手段２と、推定された触媒の劣化度合ＤＥＧＲＡに応じて、還元制御の実行期間を補正する補正手段２と、を備える。
【選択図】 図９

Description

本発明は、内燃機関から排出された排ガス中のＮＯｘを一時的に捕捉するとともに、捕捉されたＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。

従来の内燃機関の排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関はディーゼルエンジンであり、その排気管には、主として低温時にＨＣおよびＣＯを浄化するための三元触媒と、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒が、上流側から順に設けられている。この排ガス浄化装置では、リーン運転時にエンジンから排出された排ガスは、三元触媒を通過した後、ＮＯｘ触媒に流入し、排ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒に捕捉される。

また、捕捉されたＮＯｘ量が所定値に達したときに、エンジンに供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御するリッチスパイクが実行される。このリッチスパイクにより、排ガス中の未燃燃料がＮＯｘ触媒に還元剤として供給されることで、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘが還元され、浄化される。さらに、ＮＯｘ触媒に供給された還元剤供給量が、三元触媒の上流側に配置した空燃比センサで検出された検出空燃比と、排ガスの空間速度などに基づいて算出され、その積算値が、捕捉されたＮＯｘ量に応じて設定されたしきい値を超えたときに、ＮＯｘの還元が完了したとして、リッチスパイクが終了される。

以上のように、この排ガス浄化装置では、ＮＯｘ触媒の上流側に三元触媒が配置されているため、リッチスパイクにより供給された還元剤は、三元触媒においてある程度、消費された後、ＮＯｘ触媒に供給される。具体的には、リッチスパイクが開始されるまでに三元触媒に貯蔵されていた酸素などにより、三元触媒において、還元剤が酸化され、消費されるため、その分、ＮＯｘ触媒に実際に供給される還元剤量は少なくなる。また、この場合の還元剤の消費量は、三元触媒の劣化度合に応じて変化し、その劣化度合が高いほど、三元触媒の酸素貯蔵能力および酸化能力が低下することで、より少なくなる。

これに対し、従来の排ガス浄化装置では、三元触媒で還元剤が消費されることや、その消費量が三元触媒の劣化度合に応じて変化することが、まったく考慮されておらず、三元触媒の上流側の検出空燃比などに基づいて、ＮＯｘ触媒への還元剤の供給量を算出するにすぎない。このため、三元触媒における還元剤の消費量が多い場合には、ＮＯｘ触媒への還元剤の供給量が実際よりも多めに算出される結果、実際にはＮＯｘの還元が完了していない状態で、還元剤の供給量の積算値がしきい値を超えてしまい、リッチスパイクが終了されるため、ＮＯｘの還元不足によって排ガス特性が悪化する。逆に、三元触媒での還元剤の消費量が少ない場合には、リッチスパイクの終了が遅れ、余分な還元剤が供給されるため、ＣＯおよびＨＣの過多による排ガス特性の悪化を招くとともに、燃費も悪化する。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、上流側の触媒の劣化度合に応じた還元剤の消費量を反映させながら、ＮＯｘ触媒に還元剤を過不足なく供給でき、それにより、排ガス特性および燃費を向上させることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的としている。

特開２００６−２０７４８７号公報

上記の目的を達成するために、本願の請求項１に係る発明は、内燃機関３から排気系（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管５）に排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置１であって、排気系に設けられ、排ガスを浄化するための酸化機能を有する触媒（三元触媒１６）と、排気系の触媒よりも下流側に設けられ、酸化雰囲気下で排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、還元雰囲気下で、捕捉したＮＯｘを還元することによって浄化するＮＯｘ触媒１７と、ＮＯｘ触媒１７にＮＯｘの還元動作を行わせるために、触媒の上流側に還元剤を供給することにより、ＮＯｘ触媒１７に流入する排ガスを還元雰囲気に制御する還元制御を実行するＮＯｘ還元制御手段（インジェクタ６、スロットル弁１２、ＥＣＵ２、図７のステップ３３、３４、図８のステップ４２）と、触媒の劣化度合ＤＥＧＲＡを推定する劣化度合推定手段（ＥＣＵ２、図９のステップ５８、図１１、図１３のステップ６９、図１４）と、推定された触媒の劣化度合ＤＥＧＲＡに応じて、ＮＯｘ還元制御手段による還元制御の実行期間を補正する補正手段（ＥＣＵ２、第１劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ１、第２劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ２）と、を備えることを特徴とする。

この排ガス浄化装置によれば、内燃機関の排気系に、酸化機能を有する触媒およびＮＯｘ触媒が上流から順に設けられており、内燃機関から排出された排ガス中のＮＯｘは、酸化雰囲気下でＮＯｘ触媒に捕捉される。また、ＮＯｘ還元制御手段により、触媒の上流側に還元剤を供給し、ＮＯｘ触媒に流入する排ガスを還元雰囲気に制御することによって、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘが還元され、浄化される。さらに、触媒の劣化度合が、劣化度合推定手段によって推定され、推定した触媒の劣化度合に応じて、ＮＯｘ還元制御手段による還元制御の実行期間が補正される。

前述したように、ＮＯｘ触媒の上流側に触媒が設けられ、この触媒の上流側に還元剤が供給される場合、供給された還元剤は、ＮＯｘ触媒に到達する前に、触媒において消費され、その消費量は、触媒の劣化度合に応じて変化する。本発明によれば、推定した触媒の劣化度合に応じて、還元制御の実行期間、すなわち還元剤の供給期間を補正するので、触媒の劣化度合に応じた還元剤の実際の消費量を反映させながら、ＮＯｘ触媒に還元剤を過不足なく供給することができる。その結果、ＮＯｘの還元不足やＨＣおよびＣＯの過多が生じることがなく、排ガス特性および燃費を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、ＮＯｘ還元制御手段は、ＮＯｘ触媒１７に供給された還元剤供給量（還元剤供給量積算値Ｓ＿ＱＤＡＬ）を算出する還元剤供給量算出手段（図３のステップ７、８）と、算出された還元剤供給量がしきい値（還元剤量判定値Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦ）を超えたときに、還元制御を終了する還元制御終了手段（図３のステップ９、１１）と、を有し、補正手段は、推定された触媒の劣化度合ＤＥＧＲＡが高いほど、しきい値をより小さくなるように補正する（図３のステップ９、図１２、第１劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ１）ことを特徴とする。

この構成によれば、ＮＯｘ触媒に供給された還元剤供給量が算出されるとともに、算出した還元剤供給量がしきい値を超えたときに、還元制御が終了される。また、推定された触媒の劣化度合が高いほど、このしきい値がより小さくなるように補正される。これにより、触媒の劣化度合が高いほど、すなわち、三元触媒における還元剤の消費量が少ないほど、還元剤供給量がしきい値を超えやすくなることで、還元制御の実行期間がより短くなる。したがって、触媒における還元剤の実際の消費量を反映させながら、ＮＯｘ触媒に還元剤を過不足なく供給でき、請求項１による前述した作用を得ることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、ＮＯｘ還元制御手段は、ＮＯｘ触媒１７に供給された還元剤供給量（還元剤供給量積算値Ｓ＿ＱＤＡＬ）を算出する還元剤供給量算出手段（図１５のステップ６７、８）と、算出された還元剤供給量がしきい値（還元剤量判定値Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦ）を超えたときに、還元制御を終了する還元制御終了手段（図１５のステップ６９、１１）と、を有し、補正手段は、推定された触媒の劣化度合ＤＥＧＲＡが高いほど、算出された還元剤供給量をより大きくなるように補正する（図１５のステップ６７、図１４、第２劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ２）ことを特徴とする。

この構成によれば、推定された触媒の劣化度合が高いほど、しきい値と比較される還元剤供給量がより大きくなるように補正される。したがって、請求項２の場合と同様、三元触媒における還元剤の消費量が少ないほど、還元剤供給量がしきい値を超えやすくなり、還元制御の実行期間がより短くなるので、触媒における還元剤の実際の消費量を反映させながら、ＮＯｘ触媒に還元剤を過不足なく供給でき、請求項１による前述した作用を得ることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、劣化度合推定手段は、触媒の上流側の温度（上流側温度ＴＴＷＣ１）を検出する上流側温度検出手段（第１温度センサ３８）と、触媒の下流側の温度（下流側温度ＴＴＷＣ２）を検出する下流側温度検出手段（第２温度センサ３９）と、を有し、還元制御の実行中に検出された上流側の温度に対する下流側の温度の上昇度合（温度偏差積算値Ｓ＿ＤＴＴＷＣ）に応じて、触媒の劣化度合ＤＥＧＲＡを推定することを特徴とする。

触媒の劣化度合が高いほど、触媒の酸素貯蔵能力および酸化能力が低下し、還元剤の酸化反応によって発生する熱量が小さくなるため、触媒の下流側の温度上昇の度合はより低くなる。したがって、この構成によれば、還元制御の実行中に検出された上流側の温度に対する下流側の温度の上昇度合をパラメータとして、触媒の劣化度合を適切に推定することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、劣化度合推定手段は、触媒の下流側の空燃比（第２推定空燃比ＡＦ２＿ＥＳＴ）を推定する空燃比推定手段（図１６のステップ７２〜７６）と、触媒の下流側の空燃比（第２実空燃比ＡＦ２＿ＡＣＴ）を検出する空燃比検出手段（第２ＬＡＦセンサ３４）と、を有し、還元制御の実行中に推定された空燃比に対する、検出された空燃比の遅れ度合（第２空燃比偏差積算値Ｓ＿ＤＡＦ２）に応じて、触媒の劣化度合ＤＥＧＲＡを推定することを特徴とする。

触媒の劣化度合が高いほど、触媒の酸素貯蔵能力および酸化能力が低下し、還元剤の酸化反応が早期に終了するため、触媒の下流側の空燃比は、より早くリッチ側に変化する。したがって、この構成によれば、還元制御の実行中に推定された空燃比に対する検出された空燃比の遅れ度合をパラメータとして、触媒の劣化度合を適切に推定することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態による排ガス浄化装置について説明する。図１は、本発明を適用した排ガス浄化装置１を、内燃機関３とともに示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンである。

エンジン３のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂの間には、燃焼室３ｃが形成されている。シリンダヘッド３ｂには、吸気管４および排気管５がそれぞれ接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６（ＮＯｘ還元制御手段）が、燃焼室３ｃに臨むように取り付けられている。

インジェクタ６は、燃焼室３ｃの天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク（いずれも図示せず）に順に接続されている。インジェクタ６から噴射される燃料噴射量ＴＯＵＴは、その開弁時間をＥＣＵ２からの駆動信号で制御することによって、制御される（図２参照）。

また、エンジン３のクランクシャフト３ｄには、マグネットロータ３０ａが取り付けられており、このマグネットロータ３０ａとＭＲＥピックアップ３０ｂによって、クランク角センサ３０が構成されている。クランク角センサ３０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。

吸気管４には、過給装置７が設けられている。過給装置７は、ターボチャージャで構成された過給機８と、これに連結されたアクチュエータ９と、ベーン開度制御弁１０を備えている。

過給機８は、吸気管４に設けられた回転自在のコンプレッサブレード８ａと、排気管５に設けられた回転自在のタービンブレード８ｂおよび複数の回動自在の可変ベーン８ｃ（２つのみ図示）と、これらのブレード８ａ、８ｂを一体に連結するシャフト８ｄとを有している。過給機８は、排気管５内の排ガスによりタービンブレード８ｂが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード８ａが回転駆動されることによって、吸気管４内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。

アクチュエータ９は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、各可変ベーン８ｃに機械的に連結されている。アクチュエータ９には、負圧ポンプから負圧供給通路（いずれも図示せず）を介して負圧が供給され、この負圧供給通路の途中にベーン開度制御弁１０が設けられている。ベーン開度制御弁１０は、電磁弁で構成されており、その開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ９への供給負圧が変化し、それに伴い、可変ベーン８ｃの開度が変化することによって、過給圧が制御される。

吸気管４の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、水冷式のインタークーラ１１およびスロットル弁１２（ＮＯｘ還元制御手段）が設けられている。インタークーラ１１は、過給装置７の過給動作により吸入空気の温度が上昇したときなどに、吸入空気を冷却するものである。スロットル弁１２には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ１２ａが接続されている。スロットル弁１２の開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨは、アクチュエータ１２ａに供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって、制御される。

また、吸気管４には、過給機８よりも上流側にエアフローセンサ３１が、インタークーラ１１とスロットル弁１２の間に過給圧センサ３２が、それぞれ設けられている。エアフローセンサ３１は吸入空気量ＱＡを検出し、過給圧センサ３２は吸気管４内の過給圧ＰＡＣＴを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。

さらに、吸気管４の吸気マニホールド４ａは、その集合部から分岐部にわたって、スワール通路４ｂとバイパス通路４ｃに仕切られており、これらの通路４ｂ、４ｃはそれぞれ、吸気ポートを介して各燃焼室３ｃに連通している。

バイパス通路４ｃには、燃焼室３ｃ内にスワールを発生させるためのスワール装置１３が設けられている。スワール装置１３は、スワール弁１３ａと、これを開閉するアクチュエータ１３ｂと、スワール制御弁１３ｃを備えている。アクチュエータ１３ｂおよびスワール制御弁１３ｃはそれぞれ、過給装置７のアクチュエータ９およびベーン開度制御弁１０と同様に構成されており、スワール制御弁１３ｃは、前記負圧ポンプに接続されている。以上の構成により、スワール制御弁１３ｃの開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ１３ｂに供給される負圧が変化し、スワール弁１３ａの開度が変化することによって、スワールの強さが制御される。

また、エンジン３には、ＥＧＲ管１４ａおよびＥＧＲ制御弁１４ｂを有するＥＧＲ装置１４が設けられている。ＥＧＲ管１４ａは、吸気管４と排気管５の間に、具体的には、吸気マニホールド４ａの集合部のスワール通路４ｂと排気管５の過給機８よりも上流側とをつなぐように接続されている。このＥＧＲ管１４ａを介して、エンジン３の排ガスの一部が吸気管４にＥＧＲガスとして還流する。

ＥＧＲ制御弁１４ｂは、ＥＧＲ管１４ａに取り付けられたリニア電磁弁で構成されており、そのバルブリフト量ＶＬＡＣＴが、ＥＣＵ２からのデューティ制御された駆動信号でリニアに制御されることによって、ＥＧＲガス量が制御される。

また、排気管５の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、三元触媒１６（触媒）およびＮＯｘ触媒１７が設けられている。三元触媒１６は、ストイキ雰囲気下において、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化するとともに、ＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。ＮＯｘ触媒１７は、酸素濃度が高い酸化雰囲気下において、排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、排ガス中に還元剤が多く含まれる還元雰囲気下において、捕捉したＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。

三元触媒１６には、その温度（以下「三元触媒温度」という）ＴＴＷＣを検出する三元触媒温度センサ３６が設けられ、ＮＯｘ触媒１７には、その温度（以下「ＮＯｘ触媒温度」という）ＴＬＮＣを検出するＮＯｘ触媒温度センサ３７が設けられており、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。また、三元触媒１６のすぐ上流側および下流側には、第１および第２温度センサ３８、３９（上流側温度検出手段、下流側温度検出手段）がそれぞれ設けられている。これらの温度センサ３８、３９は、三元触媒１６の上流側温度ＴＴＷＣ１および下流側温度ＴＴＷＣ２を表す検出信号を、ＥＣＵ２に出力する。

さらに、排気管５の三元触媒１６よりも上流側および下流側には、第１ＬＡＦセンサ３３と第２ＬＡＦセンサ３４（空燃比検出手段）がそれぞれ設けられている。第１および第２ＬＡＦセンサ３３、３４はそれぞれ、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排ガス中の酸素濃度ＶＬＡＦ１、ＶＬＡＦ２をリニアに検出する。ＥＣＵ２は、検出されたこれらの酸素濃度ＶＬＡＦ１、ＶＬＡＦ２に対応する空燃比をそれぞれ表す第１および第２実空燃比ＡＦ１＿ＡＣＴ、ＡＦ２＿ＡＣＴを算出する。ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ３５から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。

ＥＣＵ２は、本実施形態において、ＮＯｘ還元制御手段、劣化度合推定手段、補正手段、還元剤供給量算出手段、還元制御終了手段、および空燃比推定手段を構成するものであり、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種のセンサ３０〜３９からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。

ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、燃料噴射量制御および吸入空気量制御を含むエンジン３の制御を実行する。また、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されたＮＯｘを還元するための還元制御として、リッチスパイクを実行すべきか否かを判定し、その判定結果に応じてリッチスパイクを実行する。なお、このリッチスパイクは、後述するように、燃料噴射量ＴＯＵＴを増大させるとともに吸入空気量ＱＡを減少させることにより、燃焼室３ｃに供給される混合気の空燃比をリッチ化し、燃料中の未燃成分をＮＯｘ触媒１７に還元剤として供給することによって行われる。

図３は、このリッチスパイクの実行判定処理を示している。本処理は、所定の時間ごとに実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。このリッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨは、後述するように、リッチスパイクの実行条件が成立しているときに「１」にセットされるものである。

このステップ１の答がＮＯで、リッチスパイクの実行中でないときには、ステップ２において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、ＮＯｘ捕捉量ＱＮＯｘを算出する。このＮＯｘ捕捉量ＱＮＯｘは、今回のサイクルにおいて、燃焼室３ｃから排出された排ガス中のＮＯｘの量に相当し、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されたＮＯｘ量を表す。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって求められる。

次いで、算出したＮＯｘ捕捉量ＱＮＯｘをＮＯｘ捕捉量積算値の前回値Ｓ＿ＱＮＯｘＺに加算することによって、ＮＯｘ捕捉量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘを算出する。すなわち、ＮＯｘ捕捉量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘは、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されているＮＯｘ量に相当する。

次に、ステップ４において、ＮＯｘ捕捉量判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦを算出する。その具体的な処理内容については後述する。

次いで、ステップ５において、ＮＯｘ捕捉量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘが、ＮＯｘ捕捉量判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦ以上であるか否かを判定する。この答がＮＯのときには、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されているＮＯｘ量がまだ少ないため、リッチスパイクを実行すべきでないとして、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ５の答がＹＥＳで、Ｓ＿ＱＮＯｘ≧Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦのときには、リッチスパイクを実行すべきとして、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨを「１」にセットし（ステップ６）、リッチスパイクを開始する。

次に、ステップ７において、還元剤供給量ＱＤＡＬを算出する。この還元供給剤量ＱＤＡＬは、ＮＯｘ触媒１７に供給された還元剤量を表すものであり、理論空燃比を表す値１４．７から第２実空燃比ＡＦ２＿ＡＣＴを減算した値に、排ガス流量に相当する吸入空気量ＱＡを乗算することによって、求められる。なお、この吸入空気量ＱＡに代えて、排ガスの空間速度を用いてもよい。

次いで、算出した還元剤供給量ＱＤＡＬを、還元剤供給量積算値の前回値Ｓ＿ＱＤＡＬＺに加算することによって、還元剤供給量積算値Ｓ＿ＱＤＡＬを算出する（ステップ８）。

次に、還元剤供給量積算値Ｓ＿ＱＤＡＬが、還元剤量判定値Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦに第１劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ１を乗じた値よりも大きいか否かを判定する（ステップ９）。この還元剤量判定値Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦは、前記ステップ４で算出されたＮＯｘ捕捉量判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦに応じて設定される。また、第１劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ１は、後述する劣化推定処理において、推定された三元触媒１６の劣化度合ＤＥＧＲＡに応じて算出されるものである。

このステップ９の答がＮＯで、Ｓ＿ＱＤＡＬ≦Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦ・ＫＤＥＧＲＡ１のときには、ＮＯｘ触媒１７に還元剤がまだ十分に供給されておらず、ＮＯｘの還元が完了していないとして、リッチスパイクを継続する。次いで、ステップ１０において、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣに応じ、図６に示すテーブルを検索することによって、目標空燃比ＡＦＣＭＤを算出し、本処理を終了する。

図６に示すように、このテーブルでは、目標空燃比ＡＦＣＭＤは、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが、第１所定温度Ｔ１（例えば２００℃）以下のとき、および第１所定温度Ｔ１よりも大きな第２所定温度Ｔ２（例えば４００℃）以上のときに、理論空燃比に相当する値１４．７よりも若干小さな弱リッチの第１空燃比ＡＦ１（例えば１４．３）に設定されている。これは、上記の温度範囲では、ＮＯｘ触媒１７が十分な活性状態にないと推定されることから、主として三元触媒１６による還元制御を行うためである。一方、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが第１および第２所定温度Ｔ１、Ｔ２の間にあるときには、ＮＯｘ触媒１７が十分な活性状態にあると推定されるので、ＮＯｘ触媒１７による還元制御を行うために、目標空燃比ＡＦＣＭＤは、よりリッチな第２空燃比ＡＦ２（例えば１４．０）に設定されている。

一方、ステップ９の答がＹＥＳで、Ｓ＿ＱＤＡＬ＞Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦ・ＫＤＥＧＲＡ１のときには、ＮＯｘ触媒１７に還元剤が十分に供給され、ＮＯｘの還元が完了したとして、リッチスパイクを終了するものとし、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨを「０」にセットする（ステップ１１）。また、ＮＯｘ捕捉量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘおよび還元剤供給量積算値Ｓ＿ＱＤＡＬを、それぞれ値０にリセットし（ステップ１２、１３）、本処理を終了する。

図４は、図３のステップ４で実行されるＮＯｘ捕捉量判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦの算出処理を示している。本処理では、ＮＯｘスリップ（ＮＯｘの還元制御中に、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘの一部が、還元されることなくＮＯｘ触媒から脱離する現象）の発生状況に影響を及ぼすパラメータとその特性を加味して、ＮＯｘ捕捉量判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦが算出される。

まず、ステップ２０において、ＮＯｘ捕捉量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘに応じて、テーブル（図示せず）を検索することにより、第１係数Ｋ１を求める。この第１係数Ｋ１は、ＮＯｘ捕捉量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘに応じたＮＯｘスリップ量の特性に基づき、ＮＯｘ捕捉量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘが大きいほど、より大きな値に設定されている。

次いで、ステップ２１において、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣに応じて、テーブル（図示せず）を検索することにより、第２係数Ｋ２を求める。この第２係数Ｋ２は、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣに応じたＮＯｘスリップ量の特性に基づき、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが高いほど、より小さな値に設定されている。

次に、ステップ２２において、排ガスの空間速度ＳＶに応じて、テーブル（図示せず）を検索することにより、第３係数Ｋ３を求める。この第３係数Ｋ３は、空間速度ＳＶに応じたＮＯｘスリップ量の特性に基づき、空間速度ＳＶが大きいほど、より大きな値に設定されている。

次いで、ステップ２３において、上記ステップ２０〜２２で求めた第１〜第３係数Ｋ１〜Ｋ３を互いに乗算することにより、スリップ係数ＫＳＬＩＰを算出する。続くステップ２４において、スリップ係数ＫＳＬＩＰに応じて、図５に示すテーブルを検索することにより、ＮＯｘ捕捉量判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦを求め、本処理を終了する。

このテーブルでは、ＮＯｘ捕捉量判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦは、スリップ係数ＫＳＬＩＰが第１所定値ＫＳ１以下のときに第１判定値ＳＱ１に設定され、第２所定値ＫＳ２以上のときに第１判定値ＳＱ１よりも小さな第２判定値ＳＱ２に設定されている。また、スリップ係数ＫＳＬＩＰが第１および第２所定値ＫＳ１、ＫＳ２の間にあるときには、ＮＯｘ捕捉量判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦは、第１および第２判定値Ｑ１、Ｑ２の間でリニアに変化するように設定されている。

以上のように、本処理では、ＮＯｘ捕捉量判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦは、基本的に、スリップ係数ＫＳＬＩＰが大きいほど、すなわち、推定されたＮＯｘスリップ量が大きいほど、小さな値に設定される。そして、そのように設定したＮＯｘ捕捉量判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦが、図３のステップ５において、ＮＯｘ捕捉量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘと比較される結果、リッチスパイクの開始タイミングが、予測されるＮＯｘスリップ量が大きいほど早められる。

図７は、燃料噴射量の制御処理を示している。本処理では、図３の処理で判定されたリッチスパイクの実行条件の成否に応じて、インジェクタ６の燃料噴射量ＴＯＵＴを制御する。まず、ステップ３０において、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。

この答がＮＯで、リッチスパイクの実行条件が成立していないときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、マップ（図示せず）を検索することにより、通常時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＮを算出する（ステップ３１）とともに、算出した通常時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＮを、燃料噴射量ＴＯＵＴとして設定し（ステップ３２）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ３０の答がＹＥＳで、リッチスパイクの実行条件が成立しているときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、マップ（図示せず）を検索することにより、リッチスパイク時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＲＩＣＨを算出する（ステップ３３）。このリッチスパイク時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＲＩＣＨは、通常時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＮよりも大きな値に設定されている。次に、算出したリッチスパイク時用の燃料噴射量ＴＯＵＴＲＩＣＨを、燃料噴射量ＴＯＵＴとして設定し（ステップ３４）、本処理を終了する。

図８は、吸入空気量の制御処理を示している。本処理では、リッチスパイクの実行条件の成否に応じて、スロットル弁開度ＴＨを制御することによって、吸入空気量ＱＡを制御する。まず、ステップ４０において、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。

この答がＮＯで、リッチスパイクの実行条件が成立していないときには、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤを全開開度ＴＨＷＯＴに設定し（ステップ４１）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ４０の答がＹＥＳで、リッチスパイクの実行条件が成立しているときには、図３のステップ１０で求めた目標空燃比ＡＦＣＭＤと第１実空燃比ＡＦ１＿ＡＣＴとの偏差に応じて、リッチスパイク時用のスロットル弁開度ＴＨを決定し（ステップ４２）、本処理を終了する。

以上のように、リッチスパイクは、通常時よりも、燃料噴射量ＴＯＵＴを増大させるとともに、スロットル弁１２の制御により吸入空気量ＱＡを減少させることによって、行われる。なお、吸入空気量ＱＡの制御を、上記のようなスロットル弁１２の制御に代えて、または、それとともに過給装置７、スワール装置１２やＥＧＲ装置１４を制御することによって行ってもよい。

図９は、第１実施形態による三元触媒１６の劣化推定処理を示している。本処理は、第１および第２温度センサ３８、３９で検出された三元触媒１６の上流側温度ＴＴＷＣ１と下流側温度ＴＴＷＣ２の相互の関係から、三元触媒１６の劣化度合ＤＥＧＲＡを推定するとともに、推定した劣化度合ＤＥＧＲＡに応じて、図３のステップ９において還元剤量判定値Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦに適用される第１劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ１を算出するものである。

本処理ではまず、劣化推定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別する（ステップ５０）。この答がＹＥＳで、三元触媒１６の劣化度合の推定がすでに終了しているときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ５０の答がＮＯのときには、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する（ステップ５１）。この答がＹＥＳで、リッチスパイクの実行中のときには、上流側温度ＴＴＷＣ１に対する下流側温度ＴＴＷＣ２の遅れを修正するために、上流側温度ＴＴＷＣ１に一次遅れのフィルタリング処理を施すことによって、上流側温度のフィルタ値ＴＴＷＣ１＿Ｆを算出する（ステップ５２）。また、下流側温度ＴＴＷＣ２から上流側温度のフィルタ値ＴＴＷＣ１＿Ｆを減算することによって、温度偏差の暫定値ＤＴＴＷＣＴを算出する（ステップ５３）。

次に、三元触媒温度センサ３６で検出された三元触媒温度ＴＴＷＣに応じ、図１０に示すテーブルを検索することによって、温度補正値ＣＴＴＷＣを算出する（ステップ５４）。このテーブルでは、温度補正値ＣＴＴＷＣは、三元触媒温度ＴＴＷＣが所定の基準温度ＴＲＥＦのときに値０に設定されるとともに、三元触媒温度ＴＴＷＣが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、三元触媒１６の温度が高いほど、その活性度合が高く、三元触媒１６において還元剤の酸化反応が活発に行われ、下流側の温度上昇の度合がより高くなるためである。

次に、ステップ５３で算出した温度偏差の暫定値ＤＴＴＷＣＴから温度補正値ＣＴＴＷＣを減算することによって、温度偏差ＤＴＴＷＣを算出する（ステップ５５）。次いで、算出した温度偏差ＤＴＴＷＣを温度偏差積算値の前回値Ｓ＿ＤＴＴＷＣＺに加算することによって、温度偏差積算値Ｓ＿ＤＴＴＷＣを算出し（ステップ５６）、本処理を終了する。以上のように、リッチスパイクの実行中には、下流側温度ＴＴＷＣ２と上流側温度ＴＴＷＣ１との偏差に基づいて、温度偏差積算値Ｓ＿ＤＴＴＷＣが算出される。

一方、前記ステップ５１の答がＮＯで、リッチスパイクの実行中でないときには、リッチスパイクフラグの前回値Ｆ＿ＲＩＣＨＺが「１」であるか否かを判別する（ステップ５７）。この答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、このステップ５７の答がＹＥＳのとき、すなわち今回がリッチスパイク終了後の最初の制御タイミングであるときには、リッチスパイク中に算出された温度偏差積算値Ｓ＿ＤＴＴＷＣに応じ、図１１に示すテーブルを検索することによって、三元触媒１６の劣化度合ＤＥＧＲＡを算出する（ステップ５８）。

このテーブルでは、劣化度合ＤＥＧＲＡは、温度偏差積算値Ｓ＿ＤＴＴＷＣが小さいほど、すなわち上流側温度ＴＴＷＣ１に対する下流側温度ＴＴＷＣ２の温度上昇の度合が低いほど、より大きな値に設定されている。これは、三元触媒１６の劣化が進むほど、その酸素貯蔵能力および酸化能力が低下することで、三元触媒１６での還元剤の酸化反応による下流側の温度上昇の度合が、より低くなるためである。

次いで、算出した三元触媒１６の劣化度合ＤＥＧＲＡに応じ、図１２に示すテーブルを検索することにより、第１劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ１を算出する（ステップ５９）。このテーブルでは、第１劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ１は、劣化度合ＤＥＧＲＡが高いほど、より小さな値に設定されている。

これは、三元触媒１６の劣化度合が高いほど、三元触媒１６における還元剤の消費量が少なく、ＮＯｘ触媒１７への還元剤の実際の供給量が多くなるので、それに応じて、リッチスパイクをより早く終了させるためである。そして、このように設定した第１劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ１が、図３のステップ９において、還元剤量判定値Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦに乗算され、還元剤供給量積算値Ｓ＿ＱＤＡＬと比較される結果、三元触媒１６の劣化度合が高いほど、リッチスパイクの終了タイミングが早められる。

上記ステップ５９に続くステップ６０では、三元触媒１６の劣化度合の推定が終了したことを表すために、劣化推定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥを「１」にセットし、本処理を終了する。

図１３〜図１５は、三元触媒１６の劣化度合ＤＥＧＲＡに応じた劣化補正の変形例を示している。この変形例は、劣化度合ＤＥＧＲＡに応じて算出した第２劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ２を、還元剤供給量ＱＤＡＬの補正に用いるものである。

図１３は、図９の劣化判定処理に対する変更部分のみを示している。すなわち、第２劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ２は、図９と同様の劣化判定処理において、前記ステップ５８で三元触媒１６の劣化度合ＤＥＧＲＡを算出した後に、ステップ６９において、第１劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ１に代えて算出される。

第２劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ２は、図１４に示すテーブルを用いて算出され、このテーブルでは、劣化度合ＤＥＧＲＡが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、三元触媒１６の劣化度合が高いほど、三元触媒１６における還元剤の消費量が少なく、ＮＯｘ触媒１７への還元剤の実際の供給量が多くなるので、還元剤供給量ＱＤＡＬをより大きな値として算出するためである。

図１５は、図３のリッチスパイク判定処理に対する変更部分のみを示している。前記ステップ６に続くステップ６７では、前記ステップ７と同様にして求めた、理論空燃比を表す１４．７と第２実空燃比ＡＦ２＿ＡＣＴとの差と吸入空気量ＱＡとの積（＝（１４．７−ＡＦ２＿ＡＣＴ）・ＱＡ）に、第２劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ２を乗算することによって、還元剤供給量ＱＤＡＬを算出する。

次いで、ステップ７において、図３の処理と同様にして、還元剤供給量積算値Ｓ＿ＱＤＡＬを算出した後、ステップ６９において、還元剤供給量積算値Ｓ＿ＱＤＡＬが還元剤量判定値Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦよりも大きいか否かを判別する。そして、この答がＹＥＳで、Ｓ＿ＱＤＡＬ＞Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦのときに、前記ステップ１１以降に進み、リッチスパイクを終了する。

以上のように、この変形例では、第２劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡを、三元触媒１６の劣化度合ＤＥＧＲＡが高いほど、より大きな値に設定するとともに、そのように設定した第２劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ２を、還元剤供給量ＱＤＡＬを算出する際に適用することによって、三元触媒１６の劣化度合が高いほど、リッチスパイクの終了タイミングが早められる。

図１６は、第２実施形態による三元触媒１６の劣化推定処理を示している。本処理は、三元触媒１６の下流側の空燃比を推定するとともに、推定した第２推定空燃比ＡＦ２＿ＥＳＴと第２ＬＡＦ３４で検出された第２実空燃比ＡＦ２＿ＡＣＴとの関係から、三元触媒１６の劣化度合ＤＥＧＲＡを推定するものである。

本処理ではまず、劣化推定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別する（ステップ７０）。この答がＹＥＳで、三元触媒１６の劣化度合の推定がすでに終了しているときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ７０の答がＮＯのときには、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する（ステップ７１）。この答がＹＥＳで、リッチスパイクの実行中のときには、ステップ７２に進み、リッチスパイク用のデューティ比ＤＵＴＹ＿ＲＩＣＨに応じて、図示しないテーブルを検索することにより、ＥＧＲ率ＲＥＧＲを算出する。このリッチスパイク用のデューティ比ＤＵＴＹ＿ＲＩＣＨは、リッチスパイク制御中にＥＧＲ制御弁１４ｂに供給される駆動信号のデューティ比を表す。

次いで、算出したＥＧＲ率ＲＥＧＲに一次遅れのフィルタリング処理を施すことによって、ＥＧＲ率のフィルタ値ＲＥＧＲ＿Ｆを算出する（ステップ７３）。このように、ＥＧＲ率のフィルタ値ＲＥＧＲ＿Ｆを用いるのは、燃焼室３ｃ内で燃焼した燃焼ガスが排気管５のＮＯｘ触媒１７に到達するまでのむだ時間を反映させるためである。

次に、算出したＥＧＲ率のフィルタ値ＲＥＧＲ＿Ｆと吸入空気量ＱＡを用い、次式（１）によってＥＧＲ量ＱＥＧＲを算出する（ステップ７４）。
ＱＥＧＲ ＝ ＱＡ×ＫＥＧＲ＿Ｆ／（１−ＫＥＧＲ＿Ｆ） ・・・（１）

次いで、ステップ７５に進み、吸入空気量ＱＡに一次遅れのフィルタリング処理を施すことによって、吸入空気量のフィルタ値ＱＡ＿Ｆを算出する。このように、吸入空気量のフィルタ値ＱＡ＿Ｆを用いるのは、ステップ７３のＥＧＲ率ＫＥＧＲの場合と同様、燃焼室３ｃ内で燃焼した燃焼ガスが排気管５のＮＯｘ触媒１７に到達するまでのむだ時間を反映させるためである。

次に、ステップ７６に進み、総ガス量ＱＧＡＳを、ＥＧＲ量と吸入空気量のフィルタ値の和ＱＥＧＲ＋ＱＡ＿Ｆに設定する。この総ガス量ＱＧＡＳは、ＮＯｘ触媒１７に実際に供給される排ガス量の推定値に相当する。

ステップ７６に続くステップ７７では、第２推定空燃比ＡＦ２＿ＥＳＴを、総ガス量ＱＧＡＳを還元剤供給量ＱＤＡＬで除算した値（＝ＱＧＡＳ／ＱＤＡＬ）に設定する。その後、ステップ７８において、第２推定空燃比と第２実空燃比との偏差ＡＦ２＿ＥＳＴ−ＡＦ２＿ＡＣＴを、第２空燃比偏差ＤＡＦ２として算出する。

次いで、ステップ７９において、算出した第２空燃比偏差ＤＡＦ２を、第２空燃比偏差積積算値の前回値Ｓ＿ＤＡＦ２Ｚに加算することによって、第２空燃比偏差積算値Ｓ＿ＤＡＦ２を算出し、本処理を終了する。以上のようにして算出された第２空燃比偏差積算値Ｓ＿ＤＡＦ２は、図１７にハッチングで示す領域の面積に相当する。

一方、ステップ７１の答がＮＯのときには、ステップ８０に進み、リッチスパイクフラグの前回値Ｆ＿ＲＩＣＨＺが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ８０の答がＹＥＳのとき、すなわち今回がリッチスパイク終了後の最初の制御タイミングであるときには、ステップ８１に進み、リッチスパイク中に算出された第２空燃比偏差積算値Ｓ＿ＤＡＦ２に応じ、図１８に示すテーブルを検索することによって、三元触媒１６の劣化度合ＤＥＧＲＡを算出する。

このテーブルでは、劣化度合ＤＥＧＲＡは、第２空燃比偏差積算値Ｓ＿ＤＡＦ２が大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、三元触媒１６の劣化度合が高いほど、その酸素貯蔵能力および酸化能力が低下し、還元剤の酸化反応が早期に終了するため、触媒の下流側の空燃比がより早くリッチ側に変化するからである。

その後の処理内容は、図９のステップ５９および６０と同じであり、劣化度合ＤＥＧＲＡに応じ、図１２のテーブルを検索することによって、第１劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ１を算出する（ステップ８２）とともに、劣化推定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥを「１」にセットし（ステップ８３）、本処理を終了する。算出した第１劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ１は、図３のステップ９において、還元剤量判定値Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦを補正するのに用いられる。

なお、図示しないが、図１３〜図１５に示した変形例と同様、図１６の劣化判定処理で推定した三元触媒１６の劣化度合ＤＥＧＲＡに応じ、図１４のテーブルによって、第２劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ２を求め、還元剤供給量ＱＤＡＬを補正するのに用いてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、ＮＯｘ触媒１７の上流側に設けられた三元触媒１６の劣化度合ＤＥＧＲＡを推定する。そして、推定した劣化度合ＤＥＧＲＡが高いほど、第１劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ１をより小さな値に設定するとともに、設定した第１劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ１を、リッチスパイクの終了タイミングを判定するために還元剤供給量積算値Ｓ＿ＱＤＡＬと比較される還元剤量判定値Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦに乗算する。あるいは、変形例に示したように、推定した劣化度合ＤＥＧＲＡが高いほど、第２劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ２をより大きな値に設定するとともに、設定した第２劣化補正係数ＫＤＥＧＲＡ２を還元剤供給量ＱＤＡＬに乗算する。

したがって、推定した三元触媒１６の劣化度合ＤＥＧＲＡが高いほど、リッチスパイクの実行期間がより短くなるように補正されるので、三元触媒１６の劣化度合に応じた還元剤の実際の消費量を反映させながら、リッチスパイクの実行期間を適切に設定でき、それにより、ＮＯｘ触媒１７に還元剤を過不足なく供給することができる。その結果、ＮＯｘの還元不足やＨＣおよびＣＯの過多が生じることがなく、排ガス特性および燃費を向上させることができる。

また、リッチスパイク中に検出された下流側温度ＴＴＷＣ２と上流側温度ＴＴＷＣ１との偏差に基づいて算出された温度偏差積算値Ｓ＿ＤＴＴＷＣに応じて、あるいは、リッチスパイク中に推定された第２推定空燃比ＡＦ２＿ＥＳＴと第２実空燃比ＡＦ２＿ＡＣＴとの偏差に基づいて算出された第２空燃比偏差積算値Ｓ＿ＤＡＦ２に応じて、三元触媒１６の劣化度合ＤＥＧＲＡを推定するので、その推定を適切に行うことができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、三元触媒１６の劣化度合ＤＥＧＲＡの推定を、三元触媒１６の上・下流側温度ＴＴＷＣ１、ＴＴＷＣ２の相互の関係、あるいは三元触媒１６の下流側の第２推定空燃比ＡＦ２＿ＥＳＴと第２実空燃比ＡＦ２＿ＡＣＴとの関係に基づいて行っているが、本発明はこれに限らず、他の適当な推定手法を採用することが可能である。

また、実施形態では、リッチスパイク時における還元剤の供給を、インジェクタ６から燃焼室３ｃに噴射される燃料噴射量を増量することにより行っているが、例えば、排気管５に還元剤供給用のインジェクタを別個に設け、排ガス中に還元剤を直接、供給してもよい。さらに、実施形態では、ＮＯｘ触媒１７の上流側の触媒が三元触媒で構成されているが、この触媒は、少なくとも酸化機能を有するものであればよい。

さらに、本発明は、車両に搭載されたディーゼルエンジンに限らず、リーンバーンエンジンなどのガソリンエンジンにも適用することができる。また、本発明は、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関に適用できることはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明の排ガス浄化装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。 ＥＣＵ２に対する信号の入出力関係を示すブロック図である。 リッチスパイクの実行判定処理を示すフローチャートである。 ＮＯｘ捕捉量判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦの算出処理を示すフローチャートである。 図４の処理で用いられるＳ＿ＱＮＯｘＲＥＦテーブルの一例を示す図である。 図３の処理で用いられるＡＦＣＭＤテーブルの一例を示す図である。 燃料噴射量制御処理を示すフローチャートである。 吸入空気量制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態による三元触媒の劣化判定処理を示すフローチャートである。 図９の処理で用いられるＣＴＴＷＣテーブルの一例を示す図である。 図９の処理で用いられるＤＥＧＲＡテーブルの一例を示す図である。 図９の処理で用いられるＫＤＥＧＲＡ１テーブルの一例を示す図である。 第１実施形態の変形例による三元触媒の劣化判定処理の一部を示すフローチャートである。 図１３の処理で用いられるＫＤＥＧＲＡ２テーブルの一例を示す図である。 第１実施形態の変形例によるリッチスパイクの実行判定処理の一部を示すフローチャートである。 第２実施形態による三元触媒の劣化判定処理を示すフローチャートである。 図１６の処理によって得られる第２実空燃比と第２推定空燃比との関係を模式的に示す図である。 図１６の処理で用いられるＤＥＧＲＡテーブルの一例を示す図である。

符号の説明

１ 排ガス浄化装置
２ ＥＣＵ（ＮＯｘ還元制御手段、劣化度合推定手段、補正手段、還元剤供給量算出手
段、還元制御終了手段、空燃比推定手段）
３ 内燃機関
５ 排気管（排気系）
６ インジェクタ（ＮＯｘ還元制御手段）
１２ スロットル弁（ＮＯｘ還元制御手段）
１６ 三元触媒（触媒）
１７ ＮＯｘ触媒
３４ 第２ＬＡＦセンサ（空燃比検出手段）
３８ 第１温度センサ（上流側温度検出手段）
３９ 第２温度センサ（下流側温度検出手段）
ＤＥＧＲＡ 三元触媒の劣化度合
ＱＤＡＬ 還元剤供給量
Ｓ＿ＱＤＡＬ 還元剤供給量積算値（還元剤供給量）
Ｓ＿ＱＤＡＲＥＦ 還元剤量判定値（しきい値）
ＴＴＷＣ１ 上流側温度（触媒の上流側の温度）
ＴＴＷＣ２ 下流側温度（触媒の下流側の温度）
Ｓ＿ＤＴＴＷＣ 温度偏差積算値（上流側の温度に対する下流側の温度の上昇度合）
ＡＦ２＿ＥＳＴ 第２推定空燃比（推定された空燃比）
ＡＦ２＿ＡＣＴ 第２実空燃比（検出された空燃比）
Ｓ＿ＤＡＦ２ 第２空燃比偏差積算値（推定された空燃比に対する検出された空燃比
の遅れ度合）
ＫＤＥＧＲＡ１ 第１劣化補正係数（補正手段）
ＫＤＥＧＲＡ２ 第２劣化補正係数（補正手段）

Claims (5)

1. 内燃機関から排気系に排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置であって、
   前記排気系に設けられ、排ガスを浄化するための酸化機能を有する触媒と、
   前記排気系の前記触媒よりも下流側に設けられ、酸化雰囲気下で排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、還元雰囲気下で、捕捉したＮＯｘを還元することによって浄化するＮＯｘ触媒と、
   前記ＮＯｘ触媒にＮＯｘの還元動作を行わせるために、前記触媒の上流側に還元剤を供給することにより、前記ＮＯｘ触媒に流入する排ガスを還元雰囲気に制御する還元制御を実行するＮＯｘ還元制御手段と、
   前記触媒の劣化度合を推定する劣化度合推定手段と、
   当該推定された触媒の劣化度合に応じて、前記ＮＯｘ還元制御手段による還元制御の実行期間を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
2. 前記ＮＯｘ還元制御手段は、
   前記ＮＯｘ触媒に供給された還元剤供給量を算出する還元剤供給量算出手段と、
   当該算出された還元剤供給量がしきい値を超えたときに、前記還元制御を終了する還元制御終了手段と、を有し、
   前記補正手段は、前記推定された触媒の劣化度合が高いほど、前記しきい値をより小さくなるように補正することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
3. 前記ＮＯｘ還元制御手段は、
   前記ＮＯｘ触媒に供給された還元剤供給量を算出する還元剤供給量算出手段と、
   当該算出された還元剤供給量がしきい値を超えたときに、前記還元制御を終了する還元制御終了手段と、を有し、
   前記補正手段は、前記推定された触媒の劣化度合が高いほど、前記算出された還元剤供給量をより大きくなるように補正することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
4. 前記劣化度合推定手段は、
   前記触媒の上流側の温度を検出する上流側温度検出手段と、
   前記触媒の下流側の温度を検出する下流側温度検出手段と、を有し、
   前記還元制御の実行中に検出された前記上流側の温度に対する前記下流側の温度の上昇度合に応じて、前記触媒の劣化度合を推定することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
5. 前記劣化度合推定手段は、
   前記触媒の下流側の空燃比を推定する空燃比推定手段と、
   前記触媒の下流側の空燃比を検出する空燃比検出手段と、を有し、
   前記還元制御の実行中に推定された空燃比に対する、検出された空燃比の遅れ度合に応じて、前記触媒の劣化度合を推定することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。

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