JP2009228680A - 排出ガス浄化用触媒の劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒再生処理終了直後の触媒温度が通常使用温度範囲よりも高くなっている期間に、触媒の劣化判定により正常な触媒を劣化触媒と誤判定することを未然に防止する。
【解決手段】ＮＯｘ触媒２４の再生処理中は、触媒温度を昇温させるため、触媒再生処理終了直後は、触媒温度が通常使用温度範囲（浄化率の高い温度範囲）よりも高温になっているため、正常なＮＯｘ触媒２４でも、浄化能力が低下した状態となっている。従って、触媒再生処理終了直後にＮＯｘ触媒２４の劣化判定を行うと、正常なＮＯｘ触媒２４を劣化触媒と誤判定する可能性がある。この対策として、触媒再生処理終了から所定時間が経過するまで、ＮＯｘ触媒２４の劣化判定を禁止する。これにより、ＮＯｘ触媒２４の温度が通常使用温度範囲よりも高くなっている期間に、ＮＯｘ触媒２４の劣化判定を行うことを回避でき、正常なＮＯｘ触媒２４を劣化触媒と誤判定することを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排出ガスを浄化する触媒の劣化の有無を判定する排出ガス浄化用触媒の劣化検出装置に関するものである。

近年、燃費向上を目的として、空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御するいわゆるリーンバーンエンジンが開発されている。このリーンバーンエンジンでは、窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と表記する）の排出量を低減するために、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を採用したものがある。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排出ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチになったときに吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒の劣化判定方法としては、特許文献１（特許第２６９２３８０号公報）に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒で吸蔵可能なＮＯｘ吸蔵量を検出し、そのＮＯｘ吸蔵量が減少したときに触媒の劣化と判定するようにしたものがある。

ところで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下する原因は、触媒を構成する担体や貴金属の熱劣化の他に、排出ガス中の硫黄（以下「Ｓ」と表記する）成分が触媒のＮＯｘ吸蔵物質と反応して硫酸塩を生成する、いわゆるＳ被毒がある。この硫酸塩は触媒温度を上昇させれば分解できるため、Ｓ被毒による触媒の浄化能力低下は、触媒の昇温（触媒再生処理）によって回復可能であるが、前述した熱劣化による触媒の浄化能力低下は回復させることができない。

しかし、上記従来の劣化判定方法では、Ｓ被毒によって浄化能力が低下した場合でも、熱劣化によって浄化能力が低下した場合と区別なく、触媒の劣化と判定してしまう。このため、触媒の劣化を検出したときに、その旨を警告灯等によって運転者に知らせて触媒の交換を促すと、Ｓ被毒で浄化能力が低下した触媒、つまり、触媒再生処理によって浄化能力を回復可能な触媒までも交換してしまう可能性があり、使用者に余分なコスト負担を強いるばかりか、省資源化の要求にも反することになる。

そこで、特許文献２（特開２０００−３４９４３号公報）に示すように、触媒の劣化を検出したときに、触媒再生処理を実施し、この触媒再生処理により触媒のＮＯｘ吸蔵能力が回復したか否かを判定し、ＮＯｘ吸蔵能力が回復しない場合に、最終的に触媒の劣化（異常）と判定することが提案されている。

しかし、使用する燃料によってはＳ成分の含有率が高いものがあり、このような高Ｓ含有率の燃料を使用した場合には、排出ガス中のＳ濃度も高くなるため、触媒再生処理を行っても、触媒再生処理中に新たなＳ被毒が生じて触媒のＮＯｘ吸蔵能力を十分に回復させることができず、Ｓ被毒による触媒の一時的なＮＯｘ吸蔵能力低下を触媒の劣化と誤判定してしまうおそれがある。

特許第２６９２３８０号公報 特開２０００−３４９４３号公報

ところで、触媒再生処理中は、触媒温度を昇温させることで、Ｓ被毒の原因物質（硫酸塩）を分解させる。このため、触媒再生処理終了直後は、触媒温度が通常使用温度範囲（浄化率の高い温度範囲）よりも高温になっているため、正常な触媒でも、浄化能力が低下した状態となっている。従って、触媒再生処理終了直後に触媒の劣化判定を実施すると、正常な触媒を劣化触媒と誤判定する可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、触媒再生処理終了直後の触媒温度が通常使用温度範囲よりも高くなっている期間に、触媒の劣化判定により正常な触媒を劣化触媒と誤判定することを未然に防止できるようにすることである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排出ガスを触媒で浄化するシステムにおいて、前記触媒の浄化能力に基づいて該触媒の劣化の有無を判定する触媒劣化判定手段と、前記触媒を硫黄被毒から再生させるための触媒再生処理を行う触媒再生制御手段と、前記触媒再生処理終了から所定期間、前記触媒劣化判定手段による前記触媒の劣化判定を禁止する再生処理後劣化判定禁止手段とを備えた構成としたものである。このように構成すれば、触媒再生処理終了直後の触媒温度が通常使用温度範囲よりも高くなっている期間に、触媒の劣化判定を行うことを回避でき、正常な触媒を劣化触媒と誤判定することを未然に防止できる。

更に、請求項２のように、燃料を給油したとき又は触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離に達したとき又は触媒再生処理後の積算燃料消費量が所定量に達したときに、再生処理後劣化判定禁止手段による触媒の劣化判定の禁止状態を禁止解除手段により解除するようにしても良い。このようにすれば、給油のためのエンジン停止により触媒温度が低下したと考えられるタイミング、又は、触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離に達して（或は積算燃料消費量が所定量に達して）、触媒温度が低下したと考えられるタイミングで、再生処理後劣化判定禁止手段による触媒の劣化判定の禁止状態を解除することができる。

この場合、請求項３のように、触媒再生処理終了から所定時間経過後に、触媒の劣化判定を強制的に実施するようにしても良い。このようにすれば、触媒再生処理によりＳ被毒を取り除いた触媒について、触媒温度が通常使用温度範囲まで低下してから触媒の劣化の有無を判定することができ、Ｓ被毒や触媒温度の影響を受けずに触媒の劣化の有無を精度良く判定することができる。

更に、請求項４のように、燃料を給油したとき又は触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離に達したとき又は触媒再生処理後の積算燃料消費量が所定量に達したときに、触媒再生処理を強制的に実施するようにしても良い。このようにすれば、排出ガス中のＳ濃度が低下する可能性があるタイミング毎に、触媒再生処理を強制的に実施して触媒のＳ被毒を取り除くことができる。

図１は本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の概略構成図である。 図２は触媒劣化判定ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その１）である。 図３は触媒劣化判定ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その２）である。 図４はＮＯｘ触媒の劣化判定用のマップを概念的に示す図である。 図５は触媒再生制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図６は触媒再生処理後の劣化判定設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図７は触媒劣化判定禁止ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図８は触媒劣化判定禁止解除ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図９は空燃比設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明をリーンバーンエンジンに適用した一実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸気温度を検出する吸気温センサ１４が設けられている。この吸気温センサ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１７が設けられ、この吸気管圧力センサ１７の下流側に、サージタンク１８が設けられている。このサージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２１には、点火時期毎に点火装置２２で発生した高電圧が印加される。

一方、エンジン１１の排気管２３の途中には、排出ガスを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下「ＮＯｘ触媒」と表記する）２４が設置されている。このＮＯｘ触媒２４は、アルミナ等のセラミック担体に、Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ，Ｃｓ等のアルカリ金属、Ｂａ，Ｃａ等のアルカリ土類、Ｌａ，Ｙ等の希土類のうちの少なくとも１つと、Ｐｔ等の貴金属とを担持して構成している。このＮＯｘ触媒２４は、排出ガスの中の酸素濃度が高いリーン運転中に排出ガス中のＮＯｘを吸着し、空燃比がリッチ（又はストイキ）に切り換えられて排出ガス中の酸素濃度が低下したときに、吸着したＮＯｘを還元浄化して放出する。

このＮＯｘ触媒２４の上流側には、排出ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号ＡＦを出力する空燃比センサ２５が設けられ、ＮＯｘ触媒２４の下流側には、排出ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧ＶＯＸ２が反転する酸素センサ２６が設けられている。尚、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ２７や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２８が取り付けられている。

エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２９は、ＣＰＵ３０、ＲＯＭ３１、ＲＡＭ３２、バッテリ（図示せず）でバックアップされたバックアップＲＡＭ３３、入力ポート３４、出力ポート３５等からなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。入力ポート３４には、前述した各種センサの出力信号が入力される。また、出力ポート３５には、燃料噴射弁２０、点火装置２２等が接続されている。ＥＣＵ２９は、ＲＯＭ３１に記憶された各種のエンジン制御プログラムをＣＰＵ３０で実行することでエンジン１１の運転を制御する。

ＥＣＵ２９は、エンジン運転状態に基づいてリーン運転時間とリッチ運転時間を設定してリーン運転とリッチ運転を交互に実施する。リーン運転では、空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御してリーン燃焼させる、いわゆるリーンバーン制御を実施し、リッチ運転では、空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御してリッチ燃焼させる。本実施形態では、通常運転時に、リーン運転時間とリッチ運転時間の時間比を例えば５０：１程度に設定して、リーン運転の途中に一時的にリッチ運転を実施する。これにより、ＮＯｘ触媒２４では、リーン運転時に排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、そのＮＯｘをリッチ運転時に還元浄化して放出する処理が繰り返される。

また、ＥＣＵ２９は、後述する各ルーチンを実行することで、リッチ運転時に触媒劣化判定処理を実施する。この触媒劣化判定処理では、ＮＯｘ触媒２４下流側の酸素センサ２６の出力ＶＯＸ２の所定時間内の最大値Ｖmax （ピーク値）に基づいてＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵量を推定し、そのＮＯ吸蔵量に基づいてＮＯｘ触媒２４の劣化度合を判定する。そして、ＮＯｘ触媒２４の劣化度合が所定の劣化判定値以下のときは、ＮＯｘ触媒２４をＳ被毒から再生させるための触媒再生処理を実行する。

更に、ＥＣＵ２９は、触媒再生処理終了から所定時間経過後に、再び触媒劣化判定を実施して、ＮＯｘ触媒２４の劣化の有無を判定する。但し、排出ガス中のＳ濃度が高い場合は、触媒再生処理を行ってもＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵能力を十分に回復させることができないため、排出ガス中のＳ濃度の判定値が所定値よりも高いときには、ＮＯｘ触媒２４の劣化判定を禁止する。
以下、ＥＣＵ２９が実行する各ルーチンの具体的な処理内容を説明する。

［触媒劣化判定］
図２及び図３の触媒劣化判定ルーチンは、各気筒の燃料噴射毎に実行され、特許請求の範囲でいう触媒劣化判定手段に相当する役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、劣化判定強制実施フラグＸＳＤＥＴが「１」にセットされているか否かで、劣化判定を強制的に実施するか否かを判定する。この劣化判定強制実施フラグＸＳＤＥＴは、触媒再生処理終了から所定時間経過後に触媒劣化判定処理を強制的に実施させるためのフラグであり、後述する図６のルーチンによって、触媒再生処理終了から所定時間経過後に劣化判定強制実施フラグＸＳＤＥＴが「１」にセットされる。

もし、劣化判定強制実施フラグＸＳＤＥＴが「０」であれば、ステップ１０２に進み、他の劣化判定実施条件が成立しているか否かを判定し、他の劣化判定実施条件も成立していなければ、以降の触媒劣化判定処理（ステップ１０３〜１１７）を実行することなく本ルーチンを終了する。

一方、ステップ１０１で劣化判定強制実施フラグＸＳＤＥＴ＝１又はステップ１０２で他の劣化判定実施条件が成立していると判定された場合は、ステップ１０３以降の触媒劣化判定処理を次のようにして実施する。まず、ステップ１０３で、リッチ制御開始後の経過時間をダウンカウントするカウンタＣＣＡＴＤＴの値が「０」であるか否かを判定する。もし、このカウンタＣＣＡＴＤＴの値が「０」であれば、ステップ１０４に進み、リッチ制御が開始されたか否かを判定し、リッチ制御開始のタイミングとなったときに、ステップ１０５に進み、カウンタＣＣＡＴＤＴを所定値ＫＣＣＡＴＤＴにセットする。この所定値ＫＣＣＡＴＤＴは、リッチ運転時間の例えば約３倍の時間に設定されている。

このようにして、リッチ制御の開始当初にカウンタＣＣＡＴＤＴを所定値ＫＣＣＡＴＤＴにセットした後は、ステップ１０３で「Ｎｏ」と判定されて、ステップ１０３からステップ１０６に進み、カウンタＣＣＡＴＤＴを「１」ずつカウントダウンする。

この後、ステップ１０７に進み、カウンタＣＣＡＴＤＴが「０」までカウントダウンされたか否かを判定し、カウンタＣＣＡＴＤＴ≠０の期間中は、ステップ１０８に進み、ＮＯｘ触媒２４下流側の酸素センサ２６の出力ＶＯＸ２が前回までの最大値Ｖmax よりも大きいか否かを判定する。そして、ＶＯＸ２≦Ｖmax の場合は、そのまま本ルーチンを終了し、ＶＯＸ２＞Ｖmax の場合は、ステップ１０９に進み、最大値Ｖmax を、その時の酸素センサ２６の出力ＶＯＸ２で更新しして本ルーチンを終了する。これにより、リッチ制御開始（カウンタＣＣＡＴＤＴ＝ＫＣＣＡＴＤＴ）からカウンタＣＣＡＴＤＴ＝０になるまでの期間に酸素センサ２６の出力最大値（ピーク値）Ｖmax を検出する。

その後、カウンタＣＣＡＴＤＴ＝０となったときに、ステップ１０７で「Ｙｅｓ」と判定されて、図３のステップ１１０に進み、酸素センサ２６の出力最大値Ｖmax に基づいてマップ又は数式によりＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵量を推定する。この場合、ＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵量が少なくなるほど、リッチ制御中にＮＯｘ触媒２４をすり抜けるＨＣ等のリッチ成分が多くなって酸素センサ２６の出力ＶＯＸ２が上昇する特性があるため、酸素センサ２６の出力最大値Ｖmax が大きいほど、ＮＯｘ吸蔵量が少ないと推定する。

この後、ステップ１１１に進み、図４のマップを用いて、推定したＮＯｘ吸蔵量に基づいてＮＯｘ触媒２４の劣化度合を判定する。図４のマップは、推定したＮＯｘ吸蔵量が少ないほど（酸素センサ２６の出力最大値Ｖmax が大きいほど）、触媒劣化度合が大きくなるように設定されている。この場合、ＮＯｘ触媒２４の劣化度合が所定の劣化判定値以下であれば、ステップ１１１でＮＯｘ触媒２４の劣化無しと判定して、ステップ１１７へ進む。

これに対し、ＮＯｘ触媒２４の劣化度合が所定の劣化判定値よりも大きければ、ステップ１１１で暫定的にＮＯｘ触媒２４の劣化有りと判定して、ステップ１１２に進み、暫定劣化判定後の触媒再生処理を実施済みであるか否かを判定する。もし、暫定劣化判定後の触媒再生処理を実施していなければ、Ｓ被毒によってＮＯｘ吸蔵量が低下している可能性があるため、ステップ１１３に進み、触媒再生処理を実行させるための暫定劣化判定フラグＸＣＡＴを「１」にセットして、ステップ１１７に進む。

一方、暫定劣化判定後の触媒再生処理を実施済みの場合は、ステップ１１４に進み、暫定劣化判定フラグＸＣＡＴを「０」にリセットした後、ステップ１１５に進み、劣化判定禁止フラグＸＳＤＥＴＮＧが劣化判定禁止を意味する「１」であるか否かを判定する。この劣化判定禁止フラグＸＳＤＥＴＮＧは、後述する図７の触媒劣化判定禁止ルーチンによって、排出ガス中のＳ濃度が所定値よりも高いときに、劣化判定を禁止するために「１」にセットされる。

このステップ１１５で、劣化判定禁止フラグＸＳＤＥＴＮＧ＝１と判定された場合（排出ガス中のＳ濃度が所定値よりも高い場合）は、触媒再生処理が実施済みでも、まだＮＯｘ触媒２４がＳ被毒している可能性があるため、最終的にＮＯｘ触媒２４の劣化有りと判定せずに、ステップ１１７に進む。

一方、触媒再生処理が実施済みで、且つ、劣化判定禁止フラグＸＳＤＥＴＮＧ＝０と判定された場合は、Ｓ被毒ではなく、ＮＯｘ触媒２４の熱劣化等によってＮＯｘ吸蔵量が低下している状態（つまり触媒再生処理では回復不可能な状態）と判断して、ステップ１１６に進み、最終的にＮＯｘ触媒２４の劣化有りと判定すると共に、警告灯を点灯してＮＯｘ触媒２４の劣化を運転者に警告して、ステップ１１７に進む。

その後、ステップ１１７で、酸素センサ２６の出力最大値Ｖmax を「０」にリセットすると共に、劣化判定強制実施フラグＸＳＤＥＴを「０」にリセットして本ルーチンを終了する。

［触媒再生制御］
図５の触媒再生制御ルーチンは、所定クランク角毎又は所定時間毎（例えば１秒毎）に実行され、特許請求の範囲でいう触媒再生制御手段に相当する役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、触媒再生処理強制実施フラグＸＳＲＥＧが「１」にセットされているか否かを判定する。この触媒再生処理強制実施フラグＸＳＲＥＧは、後述する図８の触媒劣化判定禁止解除ルーチンのステップ５０４で「１」にセットされる。

もし、触媒再生処理強制実施フラグＸＳＲＥＧ＝０であれば、ステップ２０２に進み、他の触媒再生処理実施条件（例えば暫定劣化判定フラグＸＣＡＴ＝１）が成立しているか否かを判定し、他の触媒再生処理実施条件も成立していなければ、ステップ２０３に進み、後述する再生処理フラグＸＳＲＥＴ、カウンタＣＳＲＥＴ及びカウンタＣＳＲＩＣＨを、それぞれ「０」にリセットして、触媒再生処理（ステップ２０４〜２１３）を実行することなく本ルーチンを終了する。

一方、ステップ２０１で触媒再生処理強制実施フラグＸＳＲＥＧ＝１と判定された場合、又はステップ２０２で他の触媒再生処理実施条件が成立（暫定劣化判定フラグＸＣＡＴ＝１）と判定された場合は、ステップ２０４以降の触媒劣化判定処理を次のようにして実施する。まず、ステップ２０４で、再生処理フラグＸＳＲＥＴが触媒再生処理の実施中であることを意味する「１」にセットされているか否かを判定する。もし、再生処理フラグＸＳＲＥＴ＝０（触媒再生処理の実施中でない）と判定されれば、ステップ２０５に進み、触媒再生処理の実施時間をダウンカウントするカウンタＣＳＲＥＴを所定値ＫＣＳＲＥＴにセットすると共に、ステップ２０６で再生処理フラグＸＳＲＥＴに「１」をセットして、ステップ２０７に進む。ここで、所定値ＫＣＳＲＥＴは触媒再生処理の実施時間であり、例えば１分程度の時間に設定されている。

前回までの処理で、再生処理フラグＸＳＲＥＴが「１」にセットされている場合（つまり触媒再生処理の実施中の場合）は、ステップ２０４からステップ２０７に進む。
再生処理フラグＸＳＲＥＴ＝１（触媒再生処理の実施中）の場合は、ステップ２０７で、カウンタＣＳＲＥＴを「１」だけカウントダウンして、次のステップ２０８で、カウンタＣＳＲＥＴが「０」までカウントダウンされたか否かを判定する。カウンタＣＳＲＥＴ≠０の期間中は、ステップ２０９に進み、リーン運転時間とリッチ運転時間の時間比を通常時の５０：１から例えば５：１に変更して触媒再生処理を実施する。これにより、触媒再生処理の実施中は、リッチ燃焼の割合が増加されてＮＯｘ触媒２４の温度が次第に上昇し、その熱でＳ被毒の原因物質（硫酸塩）を分解してＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる。

その後、カウンタＣＳＲＥＴが「０」までカウントダウンされたときに、ステップ２０８からステップ２１０に進み、別のカウンタＣＳＲＩＣＨを「１」だけカウントアップして、次のステップ２１１でカウンタＣＳＲＩＣＨが所定値ＫＣＳＲＩＣＨに達したか否かを判定する。ここで、所定値ＫＣＳＲＩＣＨは、例えば３分程度の時間に設定されている。カウンタＣＳＲＩＣＨ≦ＫＣＳＲＩＣＨの期間中は、ステップ２１２に進み、空燃比が理論空燃比となるようにストイキ制御を実施する。尚、空燃比が弱リッチとなるように制御しても良い。

その後、カウンタＣＳＲＩＣＨが所定値ＫＣＳＲＩＣＨを越えたときに、ステップ２１３に進み、再生処理フラグＸＳＲＥＴ、カウンタＣＳＲＩＣＨ及び触媒再生処理強制実施フラグＸＳＲＥＧを、それぞれ「０」にリセットして、本ルーチンを終了する。これにより、一連の触媒再生処理が完了したと判断して、リーン運転時間とリッチ運転時間の時間比を５０：１に戻して通常のリーンバーン制御に復帰する。

［触媒再生処理後の劣化判定設定］
図６の触媒再生処理後の劣化判定設定ルーチンは、触媒再生処理後から所定時間が経過するまで、劣化判定強制実施フラグＸＳＤＥＴを「０」に維持して図２及び図３の触媒劣化判定ルーチンの触媒劣化判定処理を禁止し、触媒再生処理終了から所定時間経過後に、劣化判定強制実施フラグＸＳＤＥＴを「１」にセットして図２及び図３の触媒劣化判定ルーチンの触媒劣化判定処理を強制的に実行させる。

本ルーチンは、所定クランク角毎又は所定時間毎（例えば６４ｍｓ毎）に実行され、特許請求の範囲でいう再生処理後劣化判定禁止手段に相当する役割を果たす。本ルーチン起動されると、まず、ステップ３０１で、触媒再生処理の実施中であるか否かを判定し、もし、触媒再生処理の実施中であれば、ステップ３０２に進み、触媒再生処理実施フラグＸＳＲＥを、触媒再生処理の実施中を意味する「１」にセットする。

その後、触媒再生処理が終了したときに、ステップ３０１からステップ３０３に進み、触媒再生処理後カウンタＣＳＲＥが「０」よりも大きいか否かを判定し、触媒再生処理後カウンタＣＳＲＥが「０」よりも大きければ、ステップ３０４に進み、触媒再生処理実施フラグＸＳＲＥが「１」にセットされているか否かを判定する。

触媒再生処理終了直後に、本ルーチンが最初に起動された時は、触媒再生処理後カウンタＣＳＲＥ＝０、触媒再生処理実施フラグＸＳＲＥ＝１となっているため、ステップ３０３→ステップ３０４→ステップ３０５と進み、ステップ３０５で、触媒再生処理後カウンタＣＳＲＥを所定値ＫＣＳＲＥにセットした後、ステップ３０６に進み、触媒再生処理実施フラグＸＳＲＥを「０」にリセットする。ここで、所定値ＫＣＳＲＥは、触媒再生処理終了後に触媒温度が通常使用温度範囲（浄化率の高い温度範囲）まで低下するのに必要な時間に設定されている。

このようにして、触媒再生処理後カウンタＣＳＲＥを所定値ＫＣＳＲＥにセットした後は、ステップ３０３で、「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ３０３からステップ３０７に進み、触媒再生処理後カウンタＣＳＲＥを「１」だけカウントダウンした後、ステップ３０８に進み、触媒再生処理後カウンタＣＳＲＥが「０」までカウントダウンされたか否かを判定する。触媒再生処理後カウンタＣＳＲＥ≠０の期間中は、ステップ３０９に進み、劣化判定強制実施フラグＸＳＤＥＴを「０」に維持して図２及び図３の触媒劣化判定ルーチンの触媒劣化判定処理を禁止する。

その後、触媒再生処理後カウンタＣＳＲＥが「０」までカウントダウンされたときに、ステップ３１０に進み、劣化判定強制実施フラグＸＳＤＥＴを「１」にセットする。これにより、図２のステップ１０１で「Ｙｅｓ」と判定されるようになり、図２及び図３の触媒劣化判定ルーチンの触媒劣化判定処理を強制的に実行させる。

［触媒劣化判定禁止］
図７の触媒劣化判定禁止ルーチンは、排出ガス中のＳ濃度が所定値よりも高いときに、劣化判定禁止フラグＸＳＤＥＴＮＧを「１」にセットして図２及び図３の触媒劣化判定ルーチンでＮＯｘ触媒２４の劣化有りと判定することを禁止するルーチンである。

本ルーチンは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、まず、ステップ４０１で、劣化判定強制実施フラグＸＳＤＥＴが「１」であるか否かによって、触媒再生処理後の触媒劣化判定処理を実施中か否かを判定する。もし、劣化判定強制実施フラグＸＳＤＥＴ＝１（触媒劣化判定処理の実施中）であれば、Ｓ濃度検出フラグＸＳＣＯＮをＳ濃度検出許可を意味する「１」にセットして本ルーチンを終了する。

一方、ステップ４０１で、劣化判定強制実施フラグＸＳＤＥＴ＝０（触媒劣化判定処理の実施中でない）と判定された場合は、ステップ４０３に進み、Ｓ濃度検出フラグＸＳＣＯＮ＝１であるか否かを判定し、Ｓ濃度検出フラグＸＳＣＯＮ＝１であれば、排出ガス中のＳ濃度の検出が許可されていると判断して、ステップ４０４に進み、触媒再生処理前のＮＯｘ触媒２４の浄化能力と触媒再生処理後のＮＯｘ触媒２４の浄化能力とを比較して、排出ガス中のＳ濃度を判定する。

このＳ濃度の判定方法は、排出ガス中のＳ濃度に応じて触媒再生処理によるＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵能力の回復度合が変化する特性、つまり排出ガス中のＳ濃度が高くなるほど、触媒再生処理によるＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵能力の回復度合が低下するという特性を利用するものであり、例えば、触媒再生処理前後のＮＯｘ吸蔵量（又はＮＯｘ浄化率）の偏差と排出ガス中のＳ濃度との関係を予め実験又はシミュレーションでマップ化又は数式化しておき、触媒再生処理前後のＮＯｘ吸蔵量（又はＮＯｘ浄化率）の偏差に応じてマップ又は数式により排出ガス中のＳ濃度を算出する。

Ｓ濃度の判定後、ステップ４０５に進み、Ｓ濃度検出フラグＸＳＣＯＮを「０」にリセットした後、ステップ４０６に進み、排出ガス中のＳ濃度が所定値（例えば３００ｐｐｍ）よりも高いか否かを判定する。もし、排出ガス中のＳ濃度が所定値よりも高ければ、触媒再生処理を行ってもＳ被毒によるＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵能力低下を回復させることができないため、ステップ４０７に進み、劣化判定禁止フラグＸＳＤＥＴＮＧを「１」にセットする。これにより、図３のステップ１１５で「Ｙｅｓ」と判定されるようになり、ＮＯｘ触媒２４の劣化有りと判定することが禁止される。

一方、排出ガス中のＳ濃度が所定値以下であれば、Ｓ被毒によるＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵能力低下を触媒再生処理により回復させることができるため、劣化判定禁止フラグＸＳＤＥＴＮＧを「１」にセットすることなく、本ルーチンを終了する。

［触媒劣化判定禁止解除］
図８の触媒劣化判定禁止解除ルーチンは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、特許請求の範囲でいう禁止解除手段に相当する役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ５０１〜５０３で、触媒劣化判定禁止を解除するための触媒劣化判定禁止解除条件が成立しているか否かを判定する。燃料給油時に、Ｓ含有率の低い燃料が給油されると、排出ガス中のＳ濃度が低下するため、本実施形態では、触媒劣化判定禁止解除条件を次の(1) 〜(3) としている。

(1) 燃料を給油したこと（ステップ５０１）
(2) 触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離よりも大きいこと（ステップ５０２） (3) 触媒再生処理後の積算燃料消費量が所定量よりも多いこと（ステップ５０３）

この場合、(1) の燃料を給油したか否かは、燃料ゲージで計測した燃料タンク内の燃料残量が所定量以上増加したか否かで判定したり、或は、給油口の蓋の開放を検出するスイッチの出力信号に基づいて判定すれば良い。また、(2) の所定距離は、燃料タンク内の燃料を全て消費するのに十分な積算走行距離に設定され、(3) の所定量は、燃料タンクの最大燃料貯溜量を少し越える値に設定されている。従って、(2) 触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離よりも大きいと判定された場合、又は(3) 触媒再生処理後の積算燃料消費量が所定量よりも多いと判定された場合は、それまでに少なくとも一度は新たに燃料を給油したと判断することができる。

以上説明した(1) 〜(3) の条件のうちいずれか１つでも満たせば、触媒劣化判定禁止解除条件が成立し、ステップ５０４に進み、劣化判定禁止フラグＸＳＤＥＴＮＧを「０」にリセットすると共に、触媒再生処理強制実施フラグＸＳＲＥＧを「１」にセットして、本ルーチンを終了する。これにより、図３のステップ１１５で「Ｎｏ」と判定されるようになり、ＮＯｘ触媒２４の劣化判定の禁止を解除すると共に、図５のステップ２０１で「Ｙｅｓ」と判定されるようになり、図５の触媒再生制御ルーチンの触媒再生処理を強制的に実行させる。

一方、上記(1) 〜(3) の条件を全て満たさない場合は、触媒劣化判定禁止解除条件が不成立となり、触媒劣化判定禁止を解除せずに、本ルーチンを終了する。
尚、上記(1) 〜(3) の条件のいずれか１つ又は２つの条件を省略するようにしても良いことは言うまでもない。

［空燃比設定］
図９の空燃比設定ルーチンは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ６０１で、排出ガス中のＳ濃度が所定値（例えば３００ｐｐｍ）よりも高いか否かを判定する。

排出ガス中のＳ濃度が高いときは、ＮＯｘ触媒２４のＳ被毒が生じてＮＯｘ吸蔵能力が低下している可能性があると共に、触媒再生処理を行っても、Ｓ被毒によるＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵能力低下を回復させることができない。このため、排出ガス中のＳ濃度が高いときは、排出ガス中のＮＯｘ量が多くなると、ＮＯｘ触媒２４に吸蔵できないＮＯｘ量が増加して、大気中へのＮＯｘ排出量が増加する。空燃比をリーン制御すると、排出ガス中のＮＯｘ量がリッチ制御時やストイキ時よりも増加するため、排出ガス中のＳ濃度が高いときに、空燃比をリーン制御すると、大気中へのＮＯｘ排出量が増加する結果となる。

そこで、ステップ６０１で、排出ガス中のＳ濃度が所定値よりも高いと判定された場合は、ステップ６０２に進み、リーン制御を禁止して、ステップ６０４に進み、図示しない目標空燃比設定ルーチンを実行して、目標空燃比を理論空燃比付近に設定する。これにより、排出ガスの空燃比を理論空燃比付近に制御して、排出ガス中のＮＯｘ量を少なくしながら、排出ガス中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ等をＮＯｘ触媒２４で浄化する。

一方、Ｓ濃度が所定値以下の場合は、仮に、Ｓ被毒によりＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵能力が低下していたとしても、触媒再生処理によってＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができるため、ステップ６０３に進み、リーン制御を許可した後、ステップ６０４に進み、図示しない目標空燃比設定ルーチンを実行して、目標空燃比を、理論空燃比よりもリーン側の目標値と理論空燃比よりもリッチ側の目標値とで所定の時間比（例えば５０：１程度）で交互に切り換える。これにより、ＮＯｘ触媒２４は、リーン運転時に排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、そのＮＯｘをリッチ運転時に還元浄化して放出する。

以上説明した本実施形態では、排出ガス中のＳ濃度が高い場合、つまり、触媒再生処理を行っても、Ｓ被毒によるＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵量低下を十分に回復させることができない場合は、ＮＯｘ触媒２４の劣化有りと判定することを禁止するようにしたので、Ｓ被毒によるＮＯｘ触媒２４の一時的なＮＯｘ吸蔵能力低下をＮＯｘ触媒２４の劣化と誤判定することを未然に防止することができ、ＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵能力が再生不可能な状態となっているときのみに、ＮＯｘ触媒２４の劣化と判定することができ、触媒劣化判定の信頼性を向上することができる。

ところで、触媒再生処理中は、触媒温度を昇温させるため、触媒再生処理終了直後は、触媒温度が通常使用温度範囲（浄化率の高い温度範囲）よりも高温になっているため、正常なＮＯｘ触媒２４でも、浄化能力が低下した状態となっている。従って、触媒再生処理終了直後にＮＯｘ触媒２４の劣化判定を行うと、正常なＮＯｘ触媒２４を劣化触媒と誤判定する可能性がある。

その点、本実施形態では、触媒再生処理終了から所定時間が経過するまで、ＮＯｘ触媒２４の劣化判定を禁止するようにしたので、ＮＯｘ触媒２４の温度が通常使用温度範囲よりも高くなっている期間に、ＮＯｘ触媒２４の劣化判定を行うことを回避でき、正常なＮＯｘ触媒２４を劣化触媒と誤判定することを防止できる。しかも、触媒再生処理終了から所定時間経過後に、ＮＯｘ触媒２４の劣化判定を強制的に実施するようにしたので、触媒再生処理によりＳ被毒を取り除いたＮＯｘ触媒２４について、触媒温度が通常使用温度範囲まで低下してから触媒劣化の有無を判定することができ、Ｓ被毒や触媒温度の影響を受けずにＮＯｘ触媒２４の劣化の有無を精度良く判定することができる。

更に、本実施形態では、燃料を給油したとき又は燃料給油したと考えられる積算走行距離や積算燃料消費量に達したときに、ＮＯｘ触媒２４の劣化判定の禁止を解除すると共に、触媒再生処理を強制的に実施するようにしたので、Ｓ含有率の低い燃料が給油される可能性（排出ガス中のＳ濃度が低下する可能性）があるタイミング毎に、ＮＯｘ触媒２４の劣化判定の禁止を解除することができると共に、触媒再生処理を強制的に実施してＮＯｘ触媒２４のＳ被毒からの再生を図ることができる。

また、本実施形態では、排出ガス中のＳ濃度が所定値よりも高いときに、空燃比のリーン制御を禁止して、排出ガスの空燃比を理論空燃比付近に制御するようにしたので、排出ガス中のＳ濃度が高くて、Ｓ被毒によるＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵能力低下を触媒再生処理によって回復させることができないときに、排出ガス中のＮＯｘ量を少なくして、排出ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒２４で還元浄化することができ、大気中へのＮＯｘ排出量を低減することができる。

尚、本実施形態では、触媒再生処理後は、常に、所定時間経過後に排出ガス中のＳ濃度を判定し、そのＳ濃度に応じてＮＯｘ触媒２４の劣化判定を禁止するか否かを決めるようにしたが、Ｓ被毒によるＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵量低下が触媒再生処理によって回復する場合は、ＮＯｘ触媒２４の劣化が無い（劣化判定の必要がない）と判断できるため、触媒再生処理によってＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵量低下が回復しないときのみ、Ｓ濃度を判定し、そのＳ濃度に応じてＮＯｘ触媒２４の劣化判定を禁止するか否かを決めるようにしても良い。このようにすれば、Ｓ濃度を判定する処理及びそのＳ濃度に応じてＮＯｘ触媒２４の劣化判定を禁止するか否かを決める処理を、必要なときのみ実行し、それ以外のときは実行しないようにすることができ、ＣＰＵ３０の負荷を軽減することができる。

また、本実施形態では、触媒再生処理前のＮＯｘ触媒２４の浄化能力と触媒再生処理後のＮＯｘ触媒２４の浄化能力とを比較して、排出ガス中のＳ濃度を判定するようにしたが、ＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ浄化率の低下速度に基づいて排出ガス中のＳ濃度を判定するようにしても良い。一般に、排出ガス中のＳ濃度が高くなるほど、ＮＯｘ触媒２４のＳ被毒の進行速度が速くなってＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ浄化率の低下速度が速くなるという関係があるため、排出ガス中のＳ濃度とＮＯｘ浄化率の低下速度との関係を予め実験又はシミュレーション等によってマップ化又は数式化することで、ＮＯｘ触媒２４の排出ガス浄化率の低下速度に基づいて排出ガス中のＳ濃度を精度良く求めることができる。尚、排出ガス中のＳ濃度をガスセンサ等で直接検出するようにしても良い。

また、ＮＯｘ触媒２４の劣化判定方法は、適宜変更しても良い。例えば、触媒再生処理終了後に実施するＮＯｘ触媒２４の劣化判定は、触媒再生処理によるＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵能力の回復度合によって判定するようにしても良い。例えば、排出ガス中のＳ濃度が低いときに実施した触媒再生処理でＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ吸蔵能力の回復度合が低い場合に、ＮＯｘ触媒２４の劣化と判定しても良い。

また、本実施形態では、触媒再生処理（触媒昇温処理）をいわゆる噴射ディザにより実施したが、点火遅角制御等によって実施するようにしても良い。また、触媒再生処理の実施中に、トルク補償のための空気量制御、点火遅角制御等を実施するようにしても良い。

その他、本発明は、ＮＯｘ触媒２４以外に、三元触媒等、Ｓ被毒が生じる触媒を用いたシステムに適用しても良く、また、リーンバーンエンジン以外に、直噴エンジン等に適用しても良い。

１１…エンジン（内燃機関）、２３…排気管、２４…ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）、２５…空燃比センサ、２６…酸素センサ、２９…ＥＣＵ（触媒再生制御手段，触媒劣化判定手段，再生処理後劣化判定禁止手段，禁止解除手段）。

Claims (4)

1. 内燃機関の排出ガスを触媒で浄化するシステムにおいて、
   前記触媒の浄化能力に基づいて該触媒の劣化の有無を判定する触媒劣化判定手段と、
   前記触媒を硫黄被毒から再生させるための触媒再生処理を行う触媒再生制御手段と、
   前記触媒再生処理終了から所定期間、前記触媒劣化判定手段による前記触媒の劣化判定を禁止する再生処理後劣化判定禁止手段と
   を備えていることを特徴とする排出ガス浄化用触媒の劣化検出装置。
2. 燃料を給油したとき又は前記触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離に達したとき又は前記触媒再生処理後の積算燃料消費量が所定量に達したときに、前記再生処理後劣化判定禁止手段による前記触媒の劣化判定の禁止状態を解除する禁止解除手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の排出ガス浄化用触媒の劣化検出装置。
3. 内燃機関の排出ガスを触媒で浄化するシステムにおいて、
   前記触媒の浄化能力に基づいて該触媒の劣化の有無を判定する触媒劣化判定手段と、
   前記触媒を硫黄被毒から再生させるための触媒再生処理を行う触媒再生制御手段とを備え、
   前記触媒劣化判定手段は、前記触媒再生処理終了から所定時間経過後に前記触媒の劣化判定を強制的に実施することを特徴とする排出ガス浄化用触媒の劣化検出装置。
4. 前記触媒再生制御手段は、燃料を給油したとき又は前記触媒再生処理後の積算走行距離が所定距離に達したとき又は前記触媒再生処理後の積算燃料消費量が所定量に達したときに、前記触媒再生処理を強制的に実施することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排出ガス浄化用触媒の劣化検出装置。

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