JP4055256B2 - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせる内燃機関の空燃比制御システムに適用され、リーン燃焼時に発生する排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するためのＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有する内燃機関の排ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年における内燃機関の空燃比制御装置では、燃費改善を図るべく理論空燃比よりもリーン側で燃料を燃焼させる、いわゆるリーンバーン制御を実施する技術が多用化されつつある。こうしたリーン燃焼を行わせる場合、内燃機関から排出される排ガスにはＮＯｘが多く含まれ、このＮＯｘを浄化するためのリーンＮＯｘ触媒が必要となる。一方、燃料や潤滑油はイオウを含有するために内燃機関から排出される排ガス中にはイオウが含まれ、そのイオウがＮＯｘと共に前記ＮＯｘ触媒に吸着される。ＮＯｘ触媒にイオウが吸着されるとＮＯｘ吸着能力が低下するため、当該ＮＯｘ触媒に吸着されたイオウを除去するための技術が従来より提案されている。
【０００３】
例えば担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合、ＮＯｘ触媒にイオウが吸着されることで、安定した硫酸塩ＢａＳＯ4 が生成される。そして、ＮＯｘ触媒上の硫酸塩ＢａＳＯ4 が増加すると、当該ＮＯｘ触媒が吸蔵しうるＮＯｘ吸蔵量が次第に低下する。
【０００４】
特開平１０−５４２７４号公報の「内燃機関の排気浄化装置」では、イオウ吸着量が所定量を超えると、空燃比をリッチ側に制御すると共に排ガスの発熱量を増大させるようにしていた。その具体的な一の手段として、所定期間リーン失火を発生させ、その失火後に空燃比をリッチ化させていた。これにより、未燃成分をＮＯｘ触媒に送り、同触媒内で未燃成分を燃焼させて触媒を昇温させるようにしていた。或いは具体的な二の手段として、空燃比をリッチ化すると共に点火時期を遅角させ、これにより排ガス温度を上昇させるようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報の排気浄化装置においては以下に示す問題が生ずる。つまり、強制的にリーン失火を発生させる場合、予期せぬトルク変動が生じ、そのトルク変動に伴いドライバビリティが悪化する。さらに、失火に伴いＨＣ，ＣＯといった未燃成分が大気に放出されるおそれがあった。また、点火時期を遅角制御する場合、出力トルクを確保するには吸気量を増大させる必要があり、それに伴い排ガス量が増大し、ひいてはＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘといった有害成分のトータル量が増大するおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、トルク変動や排気エミッションの増加といった不具合を回避しつつ、触媒に吸着したイオウを放出す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である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の排ガス浄化装置はその前提として、機関排気系に設けられたリーンＮＯｘ触媒を備え、空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせると共に、リーン燃焼時に排出される排ガス中のＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒で吸蔵し、さらに空燃比を一時的にリッチに制御して前記吸蔵したＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒から放出する。
【０００８】
そして、請求項１又は請求項２に記載の発明では、前記リーンＮＯｘ触媒が吸蔵しうるＮＯｘ吸蔵量が所定値よりも低下した時に、空燃比をリーン及びリッチで交互に制御するための空燃比制御パラメータを可変に設定し前記リーンＮＯｘ触媒の温度を上昇させる昇温手段と、前記昇温手段による昇温処理後、空燃比を理論空燃比或いはリッチに制御してリーンＮＯｘ触媒を再生させる触媒再生手段と、前記リーンＮＯｘ触媒の劣化を検出する劣化検出手段とを備える。
【０００９】
要するに、リッチ燃焼の割合が大きくなるよう空燃比制御パラメータを設定すると、排ガス中の未燃成分（ＨＣ，ＣＯ）が過剰ぎみになり、未燃成分の反応熱が増加することで触媒温が上昇する。この状態で、空燃比を理論空燃比（λ＝１）或いはリッチで制御すると、高温のリーンＮＯｘ触媒に対してリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ）が供給され、イオウ被毒により生成された硫酸塩ＢａＳＯ4 等が還元されてイオウが放出される。この場合、従来装置とは異なりリーン失火や点火遅角を強制的に行わせることはなく、予期せぬトルク変動やエミッションの悪化を招くことはない。その結果、トルク変動や排気エミッションの増加といった不具合を回避しつつ、触媒に吸着したイオウを放出するという本発明の目的が達せられる。
特に、請求項１に記載の発明では、前記劣化検出手段は、前記触媒再生手段による再生処理が実施された後、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が回復したかどうかを判定し、ＮＯｘ吸蔵能力が回復していなければ当該ＮＯｘ触媒が異常である旨を判定する。例えばリーンＮＯｘ触媒が高熱に晒されて熱劣化に至った場合には、前記再生処理を行ってもＮＯｘ吸蔵能力が回復することはない。従って、かかる場合には異常発生の旨を判定し、異常発生を警告して部品交換等を促すようにすればよい。
また、請求項２に記載の発明では、前記劣化検出手段は、前記触媒再生手段による再生処理の前後で、リーンＮＯｘ触媒によるＮＯｘ吸蔵量が変化したかどうかを判定し、ＮＯｘ吸蔵量が増加していれば再生処理の再実施を許可し、ＮＯｘ吸蔵量が変わらなければ最終的に異常発生の旨を判定する。つまり、リーンＮＯｘ触媒が再生可能な状態であれば、再生処理によりＮＯｘ吸蔵量が増えるため、かかる場合には再生処理の再実施を許可する。また、リーンＮＯｘ触媒が再生不可能な状態であれば、再生処理に拘わらずＮＯｘ吸蔵量が変わらないため、かかる場合には最終的に異常発生の旨を判定する（再生処理をそれ以上実施しない）。この場合、より一層確実な触媒再生処理が実現できる。
【００１０】
一方、触媒温を上昇させる手法として、
・請求項３に記載したように、リーン燃焼とリッチ燃焼との割合を空燃比制御パラメータとし、リーン燃焼に対するリッチ燃焼の割合を増やして触媒温を上昇させる。
・請求項４に記載したように、リーン燃焼のためのリーン時間とリッチ燃焼のためのリッチ時間との時間比（リーン時間／リッチ時間）を空燃比制御パラメータとし、その時間比を短縮させて触媒温を上昇させる。
・請求項５に記載したように、リッチ燃焼時のリッチ度合を空燃比制御パラメータとし、そのリッチ度合を増やして触媒温を上昇させる。
といった構成が適用でき、これら何れの場合にも、既述の通り予期せぬトルク変動やエミッションの悪化を回避しつつ所望の触媒昇温作用が得られる。
【００１１】
請求項６に記載の発明では、前記劣化検出手段により前記リーンＮＯｘ触媒の劣化発生が検出された時に、前記昇温手段及び触媒再生手段による触媒再生のための処理を実施する。この場合、リーンＮＯｘ触媒の劣化発生時にＮＯｘ触媒の再生処理を実施することで、イオウ被毒により触媒が劣化状態になってもその状態が直ぐに解消される。また、触媒劣化時にのみ再生処理を行うことで、空燃比リーン制御が度々中断されるといった、他の制御への影響を必要最小限に止めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態における空燃比制御システムでは、内燃機関に供給する混合気の目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定し、その目標空燃比に基づいてリーン燃焼を行わせる、いわゆるリーンバーン制御を実施する。同システムの主たる構成として、内燃機関の排気系通路の途中にはＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）が設けられ、ＮＯｘ触媒の上流側には限界電流式の空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が、下流側には酸素センサ（Ｏ2 センサ）がそれぞれ配設される。そして、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置（以下、ＥＣＵという）は、Ａ／Ｆセンサ並びにＯ2 センサによる検出結果を取り込み、その検出結果に基づいて空燃比をフィードバック制御する。以下に、図面を用いてその詳細な構成を説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態における空燃比制御システムの概略構成図である。図１に示されるように、内燃機関は４気筒４サイクルの火花点火式エンジン（以下、エンジン１という）として構成されている。その吸入空気は上流よりエアクリーナ２、吸気管３、スロットル弁４、サージタンク５及びインテークマニホールド６を通過して、インテークマニホールド６内で各気筒毎の燃料噴射弁７から噴射された燃料と混合される。そして、所定空燃比の混合気として各気筒に供給される。
【００１６】
エンジン１の各気筒に設けられた点火プラグ８には、点火回路９から供給される高電圧がディストリビュータ１０を介して分配供給され、点火プラグ８は前記各気筒の混合気を所定タイミングで点火する。燃焼後に各気筒から排出される排ガスは、エキゾーストマニホールド１１及び排気管１２を経て、排気管１２に設けられたＮＯｘ触媒１４を通過した後、大気に排出される。このＮＯｘ触媒１４は、主にリーン空燃比での燃焼時に排ガス中のＮＯｘを吸蔵する一方、リッチ空燃比での燃焼時に前記吸蔵したＮＯｘをリッチ成分（ＣＯ，ＨＣなど）で還元し放出する。
【００１７】
前記吸気管３には吸気温センサ２１及び吸気圧センサ２２が設けられ、吸気温センサ２１は吸入空気の温度（吸気温Ｔａｍ）を、吸気圧センサ２２はスロットル弁４の下流側の吸気管内負圧（吸気圧ＰＭ）をそれぞれ検出する。前記スロットル弁４には同弁４の開度（スロットル開度ＴＨ）を検出するためのスロットルセンサ２３が設けられ、このスロットルセンサ２３はスロットル開度ＴＨに応じたアナログ信号を出力する。スロットルセンサ２３はアイドルスイッチをも内蔵しており、スロットル弁４が略全閉である旨の検出信号を出力する。
【００１８】
エンジン１のシリンダブロックには水温センサ２４が設けられ、この水温センサ２４はエンジン１内を循環する冷却水の温度（冷却水温Ｔｈｗ）を検出する。前記ディストリビュータ１０にはエンジン１の回転数（エンジン回転数Ｎｅ）を検出するための回転数センサ２５が設けられ、この回転数センサ２５はエンジン１の２回転、すなわち７２０°ＣＡ毎に等間隔で２４個のパルス信号を出力する。
【００１９】
さらに、前記排気管１２においてＮＯｘ触媒１４の上流側には、限界電流式のＡ／Ｆセンサ２６が配設されており、同センサ２６はエンジン１から排出される排ガスの酸素濃度（或いは、未燃ガス中のＣＯ濃度）に比例して広域で且つリニアな空燃比信号（ＡＦ）を出力する。また、ＮＯｘ触媒１４の下流側にはＯ2 センサ２７が配設されており、同センサ２７は排ガスが空燃比がリッチかリーンかに応じて異なる起電力信号（ＶＯＸ２）を出力する。
【００２０】
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４等を中心に論理演算回路として構成され、前記各センサの検出信号を入力する入力ポート３５及び各アクチュエータ等に制御信号を出力する出力ポート３６に対しバス３７を介して接続されている。ＥＣＵ３０は、前記した各種センサの検出信号（吸気温Ｔａｍ、吸気圧ＰＭ、スロットル開度ＴＨ、冷却水温Ｔｈｗ、エンジン回転数Ｎｅ、空燃比信号等）を入力ポート３５を介して入力する。そして、それらの各値に基づいて燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期Ｉｇ等の制御信号を算出し、さらにそれら制御信号を出力ポート３６を介して燃料噴射弁７及び点火回路９等にそれぞれ出力する。
【００２１】
次に、上記の如く構成される空燃比制御システムの作用を説明する。
図２は、ＣＰＵ３１により実行される燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンは各気筒の燃料噴射毎（本実施の形態では１８０°ＣＡ毎）に実行される。
【００２２】
さて、図２のルーチンがスタートすると、ＣＰＵ３１は、先ずステップ１０１でエンジン運転状態を表すセンサ検出結果（エンジン回転数Ｎｅ、吸気圧ＰＭ、冷却水温Ｔｗ等）を読み込み、続くステップ１０２でＲＯＭ３２内に予め格納されている基本噴射マップを用いてその時々のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに応じた基本噴射量Ｔｐを算出する。また、ＣＰＵ３１は、ステップ２００で後述の図３のルーチンに従い、目標空燃比ＡＦＴＧを設定する。
【００２３】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ１０３でその時々の実際の空燃比ＡＦ（センサ計測値）と目標空燃比ＡＦＴＧとの偏差に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを設定する。本実施の形態では、現代制御理論に基づく空燃比Ｆ／Ｂ制御を実施し、例えば特開平１−１１０８５３号公報に開示された設定手順に従いＦＡＦ値を設定する。但し、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
ＦＡＦ値の設定後、ＣＰＵ３１は、ステップ１０４で下記の数式を用い、基本噴射量Ｔｐ、空燃比補正係数ＦＡＦ及びその他の補正係数ＦＡＬＬ（水温、エアコン負荷等の各種補正係数）から最終の燃料噴射量ＴＡＵを算出する。
【００２５】
ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ
燃料噴射量ＴＡＵの算出後、ＣＰＵ３１は、そのＴＡＵ値に相当する制御信号を燃料噴射弁７に出力して本ルーチンを一旦終了する。
【００２６】
なお、上記Ｆ／Ｂ制御は、冷却水温Ｔｗが所定温度以上であること、高回転・高負荷状態でないこと、Ａ／Ｆセンサ２６が活性状態にあること等のＦ／Ｂ条件の成立時に実行され、Ｆ／Ｂ条件不成立の場合には空燃比オープン制御が実行される（ＦＡＦ＝１．０とする）。
【００２７】
次に、目標空燃比ＡＦＴＧの設定手順（上記ステップ２００の処理）について図３のフローチャートを用いて説明する。当該処理では、リーン燃焼の実施途中において一時的にリッチ燃焼が実施されるよう、目標空燃比ＡＦＴＧが適宜設定される。すなわち本実施の形態では、燃料噴射毎に計数される周期カウンタの値を基に、所定の時間比となるようにリーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲとが設定され、それら各時間ＴＬ，ＴＲに応じてリーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に実施される。
【００２８】
図３の処理を順を追って説明する。ＣＰＵ３１は、先ずステップ２０１で今現在の周期カウンタが「０」であるか否かを判別し、周期カウンタ＝０であることを条件に、ステップ２０２でエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づきリーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲを設定する。ステップ２０１がＮＯであれば（周期カウンタ≠０の場合）、ＣＰＵ３１はステップ２０２の処理を読み飛ばす。
【００２９】
ここで、リーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲは、それぞれリーン空燃比での燃料噴射回数、リッチ空燃比での燃料噴射回数に相当するものであって、基本的にエンジン回転数Ｎｅが高いほど又は吸気圧ＰＭが高いほど、大きな値に設定される。本実施の形態では、図４の関係に基づくマップ検索によりリッチ時間ＴＲが求められる。これに対し、リーン時間ＴＬは、前記リッチ時間ＴＲと所定の係数αとから、
ＴＬ＝ＴＲ・α
として求められる。係数αは「５０」程度の固定値とすればよいが、Ｎｅ，ＰＭなどのエンジン運転状態に応じて可変に設定してもよい。
【００３０】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０３で周期カウンタを「１」インクリメントし、続くステップ２０４で周期カウンタの値が前記リーン時間ＴＬに相当する値に達したか否かを判別する。周期カウンタ＜ＴＬの場合、ＣＰＵ３１はステップ２０５に進み、その時々のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づき目標空燃比ＡＦＴＧをリーン制御値として設定する。ＡＦＴＧ値の設定後、ＣＰＵ３１は本ルーチンを終了して元の図２のルーチンに戻る。
【００３１】
ＡＦＴＧ値は例えば図５に示す目標空燃比マップを検索して求められ、ＡＦＴＧ値として例えばＡ／Ｆ＝２０〜２３に相当する値が設定される（但し、定常運転時でないなどリーン燃焼の実施条件が不成立の場合にはストイキ近傍でＡＦＴＧ値が設定される）。かかる場合、前記ステップ２０５で設定したＡＦＴＧ値により空燃比がリーン制御される。
【００３２】
また、周期カウンタ≧ＴＬの場合、ＣＰＵ３１はステップ２０６に進み、目標空燃比ＡＦＴＧをリッチ制御値として設定する。ＡＦＴＧ値はリッチ領域での固定値としてもよいし、エンジン回転数Ｎｅや吸気圧ＰＭに基づきマップ検索して可変に設定してもよい。マップ検索を行う場合、エンジン回転数Ｎｅが高いほど又は吸気圧ＰＭが高いほど、そのリッチ度合が強くなるようＡＦＴＧ値が設定される。
【００３３】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０７で周期カウンタの値がＴＬ，ＴＲ時間の合計時間「ＴＬ＋ＴＲ」に相当する値に達したか否かを判別し、周期カウンタ＜ＴＬ＋ＴＲであればそのまま本ルーチンを終了して元の図２のルーチンに戻る。かかる場合、前記ステップ２０６で設定したＡＦＴＧ値により空燃比がリッチ制御される。
【００３４】
一方、周期カウンタ≧ＴＬ＋ＴＲであってステップ２０７が肯定判別された場合、ＣＰＵ３１は、ステップ２０８で周期カウンタを「０」にクリアし、その後本ルーチンを終了して元の図２のルーチンに戻る。周期カウンタのクリアに伴い次回の処理時にはステップ２０１が肯定判別され、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲが新たに設定される。そして、そのリーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲに基づき再度、上述のリーン制御とリッチ制御とが実施される。
【００３５】
図６は、上記図２及び図３のルーチンによる空燃比制御動作を説明するためのタイムチャートである。
図６において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間（周期カウンタ＝０〜ＴＬの期間）では、空燃比がリーン制御され、排ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒１４に吸蔵される。また、時刻ｔ２〜ｔ３の期間（周期カウンタ＝ＴＬ〜ＴＬ＋ＴＲの期間）では、空燃比がリッチ制御され、排ガス中の未燃ガス成分（ＨＣ，ＣＯ）によりＮＯｘ触媒１４の吸蔵ＮＯｘが還元されて放出される。こうして、空燃比のリーン制御とリッチ制御とがリーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲとに応じて繰り返し実施される。
【００３６】
次に、ＮＯｘ触媒１４の劣化検出手順について説明する。本実施の形態では、ＮＯｘ触媒１４でのＮＯｘ浄化量と、同触媒１４へのＮＯｘ流入量との比から「ＮＯｘ浄化率（＝ＮＯｘ浄化量／ＮＯｘ流入量）」を求め、そのＮＯｘ浄化率の応じてＮＯｘ触媒１４の劣化を検出する。
【００３７】
ここで、「ＮＯｘ浄化量」は、ＮＯｘ浄化に要した実際のリッチガス量として求めることができる。かかる場合、リッチ燃焼時においてＮＯｘ触媒前後の空燃比を監視してリッチガス流入量と余剰ガス量との差を求め、そのリッチガス流入量と余剰ガス量との差からＮＯｘ浄化量を求める。実際には、リッチ燃焼時において触媒上流側のＡ／Ｆセンサ２６の出力ＡＦを積算してリッチガス積算値ＡＦＡＤ（リッチガス流入量）を算出すると共に、同じくリッチ燃焼時において触媒下流側のＯ2 センサ２７の出力ＶＯＸ２（便宜上、これを「リアＯ2 出力」という）を積算してリアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤ（余剰ガス量）を算出する。そして、リッチガス積算値ＡＦＡＤとリアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤとの差をＮＯｘ浄化量とする（ＮＯｘ浄化量＝ＡＦＡＤ−ＶＯＸ２ＡＤ）。
【００３８】
また、「ＮＯｘ流入量」はＮＯｘ触媒１４に供給されたＮＯｘ量として求めることができる。実際には、リーン燃焼時においてエンジン運転状態（Ｎｅ，ＰＭ，Ａ／Ｆ）に基づきＮＯｘ流入量としてのＮＯｘ積算量ＣＮＯＸＡＤを算出する。
【００３９】
そして、
（ＡＦＡＤ−ＶＯＸ２ＡＤ）／ＣＮＯＸＡＤ
の演算結果を「ＮＯｘ浄化率」とし、このＮＯｘ浄化率を劣化判定パラメータとしてＮＯｘ触媒１４の劣化を検出する。
【００４０】
ＮＯｘ触媒１４の劣化検出に係わるＣＰＵ３１の制御動作を図７，図９〜図１２のフローチャートを用いて説明する。なお、図７にはＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ積算量を推定する手順を示し、図９，１０には触媒劣化の検出手順を示す。
【００４１】
図７において、ＣＰＵ３１は、先ずステップ３０１で今現在のＡ／Ｆセンサ２６の出力ＡＦ（触媒上流側の空燃比）がリーン値であるか否かを判別し、同ステップが肯定判別されることを条件に、ステップ３０２に進む。ＣＰＵ３１はステップ３０２で、排ガス中に含まれるＮＯｘ量ＣＮＯＸ（モル）をエンジン運転状態に基づいて推定する。ＣＮＯＸ値の推定に際し、例えば図８（ａ）のマップを用いてその時々のエンジン回転数Ｎｅと吸気圧ＰＭとに応じたＮＯｘ基本量を求めると共に、図８（ｂ）の関係を用いてその時々の空燃比に応じたＡ／Ｆ補正値を求める。そして、ＮＯｘ基本量とＡ／Ｆ補正値とを乗算してその積をＣＮＯＸ値とする（ＣＮＯＸ＝ＮＯｘ基本量・Ａ／Ｆ補正値）。
【００４２】
因みに、図８（ａ）ではエンジン回転数Ｎｅが高いほど、或いは吸気圧ＰＭが大きいほどＮＯｘ基本量が大きな値に設定される。また、図８（ｂ）では理論空燃比（λ＝１）でＡ／Ｆ補正値＝１．０が設定され、それよりもリーン側では「１．０」以上のＡ／Ｆ補正値が設定される。但し、空燃比がある程度よりもリーン側（例えばＡ／Ｆ＞１６）では燃焼温度が下がるためにそれ以上の増加側の補正が不要となり、Ａ／Ｆ補正値は所定の値に収束する。
【００４３】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ３０３でＮＯｘ積算量ＣＮＯＸＡＤを算出する。このとき、前記ステップ３０２で算出したＣＮＯＸ値をＣＮＯＸＡＤ値の前回値に加算し、その和をＣＮＯＸＡＤ値の今回値とする（ＣＮＯＸＡＤ＝ＣＮＯＸＡＤ＋ＣＮＯＸ）。
【００４４】
一方、図９の触媒劣化検出ルーチンでは、ＣＰＵ３１は、先ずステップ４０１でカウンタＣＣＡＴＤＴが「０」であるか否かを判別し、ＣＣＡＴＤＴ＝０であることを条件に、ステップ４０２に進む。そして、ＣＰＵ３１は、ステップ４０２でリッチ制御開始のタイミングであるか否かを判別する。
【００４５】
ステップ４０２がＮＯであれば、ＣＰＵ３１はステップ４０３に進み、今現在リーン制御中であるか否かを判別する。リーン制御中の場合、ＣＰＵ３１は、ステップ４０４でリアＯ2 出力ＶＯＸ２からＯ2 出力なまし値ＶＯＸ２ＳＭを算出する。つまり、
ＶＯＸ２ＳＭ＝（３１／３２）ＶＯＸ２ＳＭ＋（１／３１）ＶＯＸ２
という演算式を用い、Ｏ2 出力なまし値ＶＯＸ２ＳＭを算出する。
【００４６】
また、前記ステップ４０２がＹＥＳであれば、ＣＰＵ３１はステップ４０５に進み、カウンタＣＣＡＴＤＴに所定値「ＫＣＣＡＴＤＴ」をセットする。所定値ＫＣＣＡＴＤＴは、リッチ時間ＴＲに対して約３倍程度の時間であればよい。所定値ＫＣＣＡＴＤＴがセットされると、次回からはステップ４０１がＮＯとなり、ＣＰＵ３１はステップ４０６でカウンタＣＣＡＴＤＴを「１」デクリメントし、その後ステップ５００に進む。
【００４７】
そして、ＣＰＵ３１は、ステップ５００で後述の図１１のルーチンに従い、リアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤを算出する。また、ＣＰＵ３１は、続くステップ６００で後述の図１２のルーチンに従い、リッチガス積算値ＡＦＡＤを算出する。
【００４８】
その後、ＣＰＵ３１は図１０のステップ４０７に進み、カウンタＣＣＡＴＤＴが「０」であるか否かを判別する。ＣＣＡＴＤＴ≠０であれば、ＣＰＵ３１はそのまま本ルーチンを終了する。また、前記ステップ４０６でのカウントダウンに伴いＣＣＡＴＤＴ＝０になると、ＣＰＵ３１はステップ４０８に進み、
ＮＯＸＣＯＮＶ＝ＣＮＯＸＡＤ／（ＡＦＡＤ−ＶＯＸ２ＡＤ）
という演算式を用いて劣化判定値ＮＯＸＣＯＮＶを算出する。
【００４９】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ４０９で図１３の関係を用い、前記ＮＯＸＣＯＮＶ値からＮＯｘ浄化率を算出すると共に、図１４の関係を用い、ＮＯｘ浄化率に基づいて触媒劣化度合を判定する。図１４では、ＮＯｘ浄化率が高いほど触媒劣化度合が小さく、逆にＮＯｘ浄化率が低いほど触媒劣化度合が大きくなるような関係が与えられている。この場合、図１４の斜線域にあれば「劣化有り」と判定される。
【００５０】
そして、ステップ４１０で劣化有りと判別されると、ＣＰＵ３１は、ステップ４１１で劣化検出フラグＸＣＡＴに「１」をセットする。最後に、ＣＰＵ３１は、ステップ４１２でＣＮＯＸＡＤ，ＶＯＸ２ＡＤ，ＡＦＡＤの各値を「０」にクリアし、その後本ルーチンを終了する。
【００５１】
次に、リアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤの算出手順（上記ステップ５００の処理）について図１１のフローチャートを用いて説明する。当該処理において、ＣＰＵ３１は先ずステップ５０１で、その時々のリアＯ2 出力ＶＯＸ２からＯ2 出力なまし値ＶＯＸ２ＳＭ（前記図９、ステップ４０４の算出値）を減算してその差をＯ2 出力偏差ＶＯＸ２ＤＶとする（ＶＯＸ２ＤＶ＝ＶＯＸ２−ＶＯＸ２ＳＭ）。また、ＣＰＵ３１は、続くステップ５０２でＯ2 出力偏差ＶＯＸ２ＤＶの絶対値が０．０２Ｖ以上であるか、すなわちその時のリアＯ2 出力ＶＯＸ２がリーン燃焼時に計測したＯ2 出力なまし値ＶＯＸ２ＳＭに対して「０．０２Ｖ」以上リッチ側に変化しているか否かを判別する。
【００５２】
｜ＶＯＸ２ＤＶ｜＜０．０２Ｖの場合（ステップ５０２がＮＯ）、ＣＰＵ３１はそのまま本ルーチンを終了して元の図９，１０のルーチンに戻る。また、｜ＶＯＸ２ＤＶ｜≧０．０２Ｖの場合（ステップ５０２がＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、ステップ５０３で前記Ｏ2 出力偏差ＶＯＸ２ＤＶと吸入空気量ＱＡとの積により「ＶＯＸ２ＤＶ１値」を算出する（ＶＯＸ２ＤＶ１＝ＶＯＸ２ＤＶ・ＱＡ）。なお、吸入空気量ＱＡはその時々のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づき演算される。
【００５３】
さらに、ＣＰＵ３１は、ステップ５０４でリアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤを算出し、その後本ルーチンを終了して元の図９，１０のルーチンに戻る。ステップ５０４では、ＶＯＸ２ＡＤ値の前回値に前記算出したＶＯＸ２ＤＶ１値を加算し、その和をＶＯＸ２ＡＤ値の今回値とする（ＶＯＸ２ＡＤ＝ＶＯＸ２ＡＤ＋ＶＯＸ２ＤＶ１）。
【００５４】
リッチガス積算値ＡＦＡＤの算出手順（上記ステップ６００の処理）について図１２のフローチャートを用いて説明する。当該処理において、ＣＰＵ３１は先ずステップ６０１で、空燃比基準値ＡＦＳＤ（例えば、理論空燃比１．０）からＡ／Ｆセンサ２６の出力ＡＦ（実空燃比）を減算してその差をリッチ偏差ＡＦＤＶとする（ＡＦＤＶ＝ＡＦＳＤ−ＡＦ）。また、ＣＰＵ３１は、続くステップ６０２で「ＡＦＤＶ＞０」であるか、すなわちその時の実空燃比ＡＦが空燃比基準値ＡＦＳＤよりもリッチ側であるか否かを判別する。
【００５５】
ＡＦＤＶ≦０の場合（ステップ６０２がＮＯ）、ＣＰＵ３１はそのまま本ルーチンを終了して元の図９，１０のルーチンに戻る。また、ＡＦＤＶ＞０の場合（ステップ６０２がＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はステップ６０３で前記リッチ偏差ＡＦＤＶと吸入空気量ＱＡとの積によりリッチガス量ＡＦＤＶ１を算出する（ＡＦＤＶ１＝ＡＦＤＶ・ＱＡ）。さらに、ＣＰＵ３１は、ステップ６０４でリッチガス積算値ＡＦＡＤを算出し、その後本ルーチンを終了して元の図９，１０のルーチンに戻る。ステップ６０４では、ＡＦＡＤ値の前回値に前記算出したＡＦＤＶ１値を加算し、その和をＡＦＡＤ値の今回値とする（ＡＦＡＤ＝ＡＦＡＤ＋ＡＦＤＶ１）。
【００５６】
図１５は、触媒劣化検出の一連の動作を示すタイムチャートである。図１５の時刻ｔ１１以前は空燃比リーン制御が実施されており、その時々のリアＯ2 出力ＶＯＸ２からＯ2 出力なまし値ＶＯＸ２ＳＭが算出される（前記図９のステップ４０４）。
【００５７】
時刻ｔ１１では、空燃比リッチ制御が開始され、カウンタＣＣＡＴＤＴに所定値ＫＣＣＡＴＤＴがセットされる。また、ＮＯｘ積算量ＣＮＯＸＡＤは、触媒上流側の空燃比がリッチ値になるまでの期間（時刻ｔ１２までの期間）にて算出される（前記図７の処理）。
【００５８】
時刻ｔ１１以降、カウンタＣＣＡＴＤＴが「０」となる時刻ｔ１３までは、図のＳ１部に相当するリッチガス積算値ＡＦＡＤと、図のＳ２部に相当するリアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤとが算出される（前記図９のステップ６００，５００）。そして、時刻ｔ１３でＣＣＡＴＤＴ＝０になると、ＣＮＯＸＡＤ値、ＡＦＡＤ値及びＶＯＸ２ＡＤ値から劣化判定値ＮＯＸＣＯＮＶが算出され、そのＮＯＸＣＯＮＶ値に応じて劣化検出が行われる（前記図１０のステップ４０８，４０９）。時刻ｔ１３以降、再びＯ2 出力なまし値ＶＯＸ２ＳＭが算出される。
【００５９】
図１５において、仮にＮＯｘ触媒１４の劣化が進行すると、同触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力が低下することから、リッチガス積算値ＡＦＡＤ（図のＳ１部）に対してリアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤ（図のＳ２部）が大きくなり、結果としてＮＯｘ浄化率が小さくなる。そして、ＮＯｘ浄化率の低下により、触媒劣化の旨が検出される。
【００６０】
ところで、燃料や潤滑油中に含まれるイオウによりＮＯｘ触媒１４が被毒されると、同触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力が低下し、前記図９，１０の処理において劣化発生の旨が検出される。本実施の形態では、ＮＯｘ触媒１４の劣化が検出された時に触媒機能の再生を図るべく、リーン燃焼途中のリッチ燃焼の割合を増やしてＮＯｘ触媒１４の温度（触媒温）を上昇させると共に、空燃比λ＝１でのストイキ制御又は弱リッチ制御を実施する。ＮＯｘ触媒１４を高温にした状態で、同触媒１４にリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ）を供給すると、イオウ被毒により生成された硫酸塩ＢａＳＯ4 が還元されてイオウが放出される。
【００６１】
図１６は触媒再生処理の具体的な手順を示すフローチャートであり、同処理はＣＰＵ３１により例えば１秒周期で実行される。図１６において、ＣＰＵ３１は、先ずステップ７０１で劣化検出フラグＸＣＡＴに「１」がセットされているか否かを判別する。前記図９，１０の処理により触媒劣化の旨が検出されてＸＣＡＴ＝１であれば、ＣＰＵ３１は触媒再生処理が必要であるとみなしてステップ７０２に進み、触媒再生処理が実施中であることを表す再生処理フラグＸＳＲＥＴが「１」であるか否かを判別する。
【００６２】
ＸＳＲＥＴ＝０の場合、ＣＰＵ３１はステップ７０３，７０４を実行した後ステップ７０５に進み、ＸＳＲＥＴ＝１の場合、ＣＰＵ３１はそのままステップ７０５に飛ぶ。つまり、ＸＳＲＥＴ＝０の場合、ＣＰＵ３１は、ステップ７０３でカウンタＣＳＲＥＴに所定値「ＫＣＳＲＥＴ」をセットすると共に、続くステップ７０４で再生処理フラグＸＳＲＥＴに「１」をセットする。所定値ＫＣＳＲＥＴは、例えば１分程度の時間であればよい。
【００６３】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ７０５でカウンタＣＳＲＥＴを「１」デクリメントし、続くステップ７０６でカウンタＣＳＲＥＴが「０」であるか否かを判別する。ＣＳＲＥＴ≠０であれば、ＣＰＵ３１は、ステップ７０７でリーン時間とリッチ時間との時間比を「５：１」とする。この場合、リーン時間とリッチ時間との時間比を通常の「５０：１」から「５：１」に変更することで、リッチ燃焼の割合が増大されてＮＯｘ触媒１４の温度が次第に上昇する。
【００６４】
一例として、「リーン時間／リッチ時間」と触媒温の上昇幅とは図１８の関係にあることが確認されており、「リーン時間／リッチ時間＝５」とする場合、約９０℃程度の温度上昇が見込まれる。また図１８によれば、「リーン時間／リッチ時間」を短縮することにより触媒温の上昇幅が増大することが分かる。
【００６５】
前記ステップ７０５でのカウントダウンに伴いＣＳＲＥＴ＝０になると、ＣＰＵ３１はステップ７０８に進む。そして、ＣＰＵ３１は、ステップ７０８で別のカウンタＣＳＲＩＣＨを「１」インクリメントし、続くステップ７０９でカウンタＣＳＲＩＣＨが所定値「ＫＣＳＲＩＣＨ」に達したか否かを判別する。所定値ＫＣＳＲＩＣＨは、例えば３分程度の時間であればよい。ＣＳＲＩＣＨ≦ＫＣＳＲＩＣＨであれば、ＣＰＵ３１はステップ７１０に進み、空燃比λ＝１でのストイキ制御を実施する。但し、ステップ７１０では空燃比を弱リッチで制御してもよい。
【００６６】
カウンタＣＳＲＩＣＨが所定値ＫＣＳＲＩＣＨに達すると、ＣＰＵ３１はステップ７１１に進み、再生処理フラグＸＳＲＥＴを「０」にクリアすると共に、カウンタＣＳＲＩＣＨを「０」にクリアする。つまり、一連の触媒再生処理が完了したとみなされ、再生処理フラグＸＳＲＥＴのクリアに伴いリーン時間とリッチ時間との時間比を「５０：１」とする通常の空燃比制御が再開される。
【００６７】
一方、前記ステップ７０１がＮＯの場合（ＸＣＡＴ＝０の場合）、ＣＰＵ３１はステップ７１２に進み、ＸＳＲＥＴ，ＣＳＲＥＴ，ＣＳＲＩＣＨをそれぞれ「０」にクリアしてその後本ルーチンを終了する。
【００６８】
但し、前記図１６の処理に基づき空燃比制御される場合（ステップ７０７，７１０が実施される場合）、同制御が前記図３の処理に基づく空燃比制御よりも優先される。例えば再生処理フラグＸＳＲＥＴに「１」がセットされる期間に限り、前記図３により設定される目標空燃比ＡＦＴＧを無効にして前記図１６のステップ７０７，７１０の処理に従い空燃比が制御されるとよい。
【００６９】
前記図１６による触媒再生処理が実施された後には、当該再生処理にてイオウ被毒が解消されたかどうかを判定すべく、図１７の処理が実施される。すなわち、ＣＰＵ３１はステップ８０１で、再生処理後に前記図９，１０に示す触媒劣化の検出処理が実施されたか否かを判別する。また、ＣＰＵ３１は、ステップ８０２で異常発生フラグＸＳＤＧＬＭＰが「０」であるか否かを判別し、続くステップ８０３で劣化検出フラグＸＣＡＴが「１」であるか否かを判別する。
【００７０】
ステップ８０１〜８０３が全てＹＥＳの場合、ＣＰＵ３１はステップ８０４に進む。ＣＰＵ３１は、ステップ８０４で異常警告灯（ＭＩＬ：Malfunction Indicator Light ）を点灯して異常発生の旨を運転者に警告すると共に、続くステップ８０５で異常発生フラグＸＳＤＧＬＭＰに「１」をセットする。つまり、前記図１６による再生処理に拘わらず、ＮＯｘ触媒１４の劣化状態が継続して検出されると、同触媒１４が再生不可能な状態にあるとみなされて最終的に異常発生と判断される。最終的に異常発生と判断された場合、それ以降のリーン制御が禁止されて例えばλ＝１でのストイキ制御が実施される。
【００７１】
上記制御動作を図１９のタイムチャートを用いて説明する。図１９において、時刻ｔ２１以前は通常のリーン／リッチ制御が実施され、例えば「５０：１」の時間比にてリーン制御とリッチ制御とが繰り返し実行される。また、前記図９，１０の手順に従い、その時々のＮＯｘ浄化率に基づいてＮＯｘ触媒１４の劣化検出処理が実行される。
【００７２】
そして、時刻ｔ２１で触媒劣化の旨が検出されると、劣化検出フラグＸＣＡＴに「１」がセットされる（前記図１０のステップ４１１）。その後、時刻ｔ２２では前記図１６の触媒再生処理が起動され、同処理の実行に伴い再生処理フラグＸＳＲＥＴに「１」がセットされる（前記図１６のステップ７０４）。時刻ｔ２２以降、「５：１」の時間比にてリーン制御とリッチ制御とが繰り返し実行される（図１６のステップ７０７）。
【００７３】
時刻ｔ２２でリーン制御／リッチ制御の時間比が短縮されると、排ガス中のリッチ成分（未燃ＨＣ）が過剰ぎみになる。従って、ＮＯｘ触媒１４で未燃ＨＣが酸化反応する際に生じる熱量が増え、触媒温が上昇する。本実施の形態の場合、リーン制御とリッチ制御との時間比を「５：１」に短縮することで、９０℃程度の温度上昇が得られる。
【００７４】
再生処理の開始後、所定値ＫＣＳＲＥＴに相当する時間が経過する時刻ｔ２３では、目標空燃比ＡＦＴＧを「１．０」とするストイキ制御が開始される（図１６のステップ７１０）。
【００７５】
その後、所定値ＫＣＳＲＩＣＨに相当する時間が経過する時刻ｔ２４では、再生処理フラグＸＳＲＥＴが「０」にクリアされると共に、リーン制御とリッチ制御との時間比を「５０：１」とする通常の空燃比制御が再開される。
【００７６】
時刻ｔ２４以後、前記図９，１０の触媒劣化検出処理が新たに実行され、ＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力が回復したかどうかが判定される。このとき、ＮＯｘ吸蔵能力が回復していれば、図示のように劣化検出フラグＸＣＡＴが「０」にクリアされる。これに対して、ＮＯｘ吸蔵能力が回復していなければ、劣化検出フラグＸＣＡＴが「１」のまま保持される。
【００７７】
また、再生処理後に前記図１８の処理が実行され、ＮＯｘ吸蔵能力の回復がなければ（ＸＣＡＴ＝１であれば）図示しない異常発生フラグＸＳＤＧＬＭＰに「１」がセットされる。さらに、異常警告灯が点灯されて異常発生の旨が運転者に警告される。
【００７８】
なお本実施の形態では、前記図１６のステップ７０７が請求項記載の昇温手段に相当し、同ステップ７１０が触媒再生手段に相当する。また、前記図９，１０の処理が劣化検出手段に相当する。
【００７９】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
本実施の形態では、ＮＯｘ触媒１４の劣化発生が検出された時、すなわち同ＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ吸蔵量が所定値よりも低下したと判断された時に、リーン燃焼に対するリッチ燃焼の割合を増やして触媒温を上昇させ、触媒温の上昇後、空燃比を理論空燃比（λ＝１）に制御してＮＯｘ触媒１４を再生させるようにした。この場合、従来装置とは異なりリーン失火や点火遅角を強制的に行わせることはなく、予期せぬトルク変動やエミッションの悪化を招くことはない。その結果、従来の不具合を回避しつつＮＯｘ触媒１４に吸着したイオウを適正に放出することができる。
【００８０】
以上の如くＮＯｘ触媒１４の再生処理が実施されることにより、同触媒１４によるＮＯｘ浄化が適正に行われ、排気エミッションを良好な状態でに保つことができる。
【００８１】
ＮＯｘ触媒１４の劣化発生時に同触媒１４の再生処理を実施することで、イオウ被毒により触媒が劣化状態になってもその状態が直ぐに解消される。また、触媒劣化時にのみ再生処理を行うことで、空燃比リーン制御が度々中断されるといった、他の制御への影響を必要最小限に止めることができる。
【００８２】
さらに、触媒再生処理が実施された後、ＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力が回復したかどうかを判定し、ＮＯｘ吸蔵能力が回復していなければ当該触媒が異常である旨を判定するようにした。例えばＮＯｘ触媒が高熱に晒されて熱劣化に至った場合には、前記再生処理を行ってもＮＯｘ吸蔵能力が回復することはない。従って、かかる場合には異常発生の旨を判定し、異常発生を警告して部品交換等を促すようにする。
【００８３】
また前記図９，１０に示す触媒劣化の検出処理によれば、ＮＯｘ触媒１４に供給した排ガスが実際にどれだけリッチになるか、或いはリッチ度合がどの程度になるかといったことを反映させつつ、正確にＮＯｘ吸蔵能力が判定できる。従って、ＮＯｘ触媒１４の劣化を正確に検出することができる。
【００８４】
なお、本発明の実施の形態は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記実施の形態では、前記図９，１０の処理に従いＮＯｘ触媒１４の劣化を検出したが、これを変更する。リッチ燃焼時におけるリアＯ2 出力ＶＯＸ２（触媒下流側のＯ2 センサ２７の出力）の大きさに基づいてＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力を推定し、そのＮＯｘ吸蔵能力から触媒劣化度合を検出する。より具体的には、リアＯ2 出力ＶＯＸ２のピーク値、時間積分値（面積）、軌跡の何れかに基づいてＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力を推定する。つまり、図２０に見られるように、ＮＯｘ触媒１４の劣化度合が相違すれば、例えばリアＯ2 出力ＶＯＸ２のピーク値が相違し、同図（ｂ）では（ａ）よりもピーク値が大きいことから触媒劣化が進行していると判断できる。
【００８５】
他方で、特段の事情がない限り、触媒劣化は時間の経過に伴いある程度同じ速度で進行すると考えられる。そこで、所定時間が経過した時点、或いは車両が所定距離を走行した時点で、ＮＯｘ吸蔵能力が低下したとみなして触媒再生処理を実施する。
【００８６】
上記実施の形態では、触媒再生処理（前記図１６の処理）を実施した後、ＮＯｘ吸蔵能力が回復したかどうかを判定し、ＮＯｘ吸蔵能力が回復していなければ、熱劣化等、再生不能な状態に陥ったとして異常発生の旨を判定したが、この構成を変更する。触媒再生処理後においてＮＯｘ吸蔵能力が回復していないと判定した場合、触媒再生処理を再度実施し、その後、改めてＮＯｘ吸蔵能力が回復したかどうかを判定する（再生処理は最大で１０回程度とする）。複数回の再生処理を実施する場合、後続の再生処理ではリーン制御とリッチ制御との時間比を短縮して触媒の温度上昇幅を大きくし（前記図１８参照）、再生処理の効率化を図るようにしてもよい。
【００８７】
また、再生処理の前後で触媒劣化度合（ＮＯｘ吸蔵能力）が変化したかどうかを判定し、触媒劣化度合が減少していれば、再生の可能性があるとして再生処理の再実施を許可し、触媒劣化度合が変わらなければ、再生の可能性がないとして最終的に異常発生の旨を判定する（再生処理をそれ以上実施しない）。この場合、より一層確実な触媒再生処理が実現できる。具体的には図２１の処理を実行する。図２１の処理は前記図１７の処理の一部を変更したものであり、以下には図１７との相違点のみを説明する。つまり、ステップ８０１〜８０３の実施後、ＣＰＵ３１はステップ９０１において、再生処理の前後で各々記憶した劣化度合値に基づき触媒劣化度合が減少したか否かを判別する。そして、触媒劣化度合が減少していなければ、異常発生の旨を判定する（ステップ８０４，８０５）。また、触媒劣化度合が減少していれば、ＣＰＵ３１はステップ９０２に進み、触媒再生処理（前記図１６の処理）を再実行させる。
【００８８】
触媒再生処理を実施する際、リッチ制御時のリッチ度合を空燃比制御パラメータとし、そのリッチ度合を増やして触媒温を上昇させるようにしてもよい。又は、リーン時間／リッチ時間の時間比とリッチ度合との両パラメータを使って触媒温を上昇させるようにしてもよい。要は、リーン燃焼とリッチ燃焼との割合を可変に設定して触媒温を上昇させることができる構成であればよく、これら何れの場合にも、既述の通り予期せぬトルク変動やエミッションの悪化を回避しつつ所望の触媒昇温作用が得られる。
【００８９】
上記実施の形態では、空燃比のＦ／Ｂ制御に際し、現代制御理論を用いた演算を実施したが、これに代えてＰＩＤ，ＰＩ制御などを用いた演算を実施してもよい。また、リーン燃焼時において空燃比をオープン制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における空燃比制御システムの概要を示す全体構成図。
【図２】燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】目標空燃比ＡＦＴＧの設定ルーチンを示すフローチャート。
【図４】エンジン運転状態に応じてリッチ時間をするためのマップ。
【図５】エンジン運転状態に応じてリーン目標空燃比を設定するためのマップ。
【図６】空燃比制御の挙動を示すタイムチャート。
【図７】ＮＯｘ量推定ルーチンを示すフローチャート。
【図８】ＮＯｘ量算出に使用するための関係図。
【図９】触媒劣化検出ルーチンを示すフローチャート。
【図１０】図９に続き、触媒劣化検出ルーチンを示すフローチャート。
【図１１】リアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤの算出ルーチンを示すフローチャート。
【図１２】リッチガス積算値ＡＦＡＤの算出ルーチンを示すフローチャート。
【図１３】劣化判定値ＮＯＸＣＯＮＶとＮＯｘ浄化率との関係を示す図。
【図１４】ＮＯｘ浄化率と触媒劣化度合との関係を示す図。
【図１５】触媒劣化の検出動作を説明するためのタイムチャート。
【図１６】触媒再生ルーチンを示すフローチャート。
【図１７】再生処理後に実施される処理を示すフローチャート。
【図１８】リーン時間／リッチ時間と触媒温上昇幅との関係を示す図。
【図１９】触媒再生処理を具体的に説明するためのタイムチャート。
【図２０】触媒劣化前と触媒劣化後とについてセンサ出力波形を示す図。
【図２１】他の実施の形態における処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、３…排気管、１４…ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）、２６…Ａ／Ｆセンサ、２７…Ｏ2 センサ、３０…ＥＣＵ、３１…昇温手段，触媒再生手段，劣化検出手段としてのＣＰＵ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせる内燃機関の空燃比制御システムに適用され、リーン燃焼時に発生する排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するためのＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有する内燃機関の排ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年における内燃機関の空燃比制御装置では、燃費改善を図るべく理論空燃比よりもリーン側で燃料を燃焼させる、いわゆるリーンバーン制御を実施する技術が多用化されつつある。こうしたリーン燃焼を行わせる場合、内燃機関から排出される排ガスにはＮＯｘが多く含まれ、このＮＯｘを浄化するためのリーンＮＯｘ触媒が必要となる。一方、燃料や潤滑油はイオウを含有するために内燃機関から排出される排ガス中にはイオウが含まれ、そのイオウがＮＯｘと共に前記ＮＯｘ触媒に吸着される。ＮＯｘ触媒にイオウが吸着されるとＮＯｘ吸着能力が低下するため、当該ＮＯｘ触媒に吸着されたイオウを除去するための技術が従来より提案されている。
【０００３】
例えば担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合、ＮＯｘ触媒にイオウが吸着されることで、安定した硫酸塩ＢａＳＯ4 が生成される。そして、ＮＯｘ触媒上の硫酸塩ＢａＳＯ4 が増加すると、当該ＮＯｘ触媒が吸蔵しうるＮＯｘ吸蔵量が次第に低下する。
【０００４】
特開平１０−５４２７４号公報の「内燃機関の排気浄化装置」では、イオウ吸着量が所定量を超えると、空燃比をリッチ側に制御すると共に排ガスの発熱量を増大させるようにしていた。その具体的な一の手段として、所定期間リーン失火を発生させ、その失火後に空燃比をリッチ化させていた。これにより、未燃成分をＮＯｘ触媒に送り、同触媒内で未燃成分を燃焼させて触媒を昇温させるようにしていた。或いは具体的な二の手段として、空燃比をリッチ化すると共に点火時期を遅角させ、これにより排ガス温度を上昇させるようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報の排気浄化装置においては以下に示す問題が生ずる。つまり、強制的にリーン失火を発生させる場合、予期せぬトルク変動が生じ、そのトルク変動に伴いドライバビリティが悪化する。さらに、失火に伴いＨＣ，ＣＯといった未燃成分が大気に放出されるおそれがあった。また、点火時期を遅角制御する場合、出力トルクを確保するには吸気量を増大させる必要があり、それに伴い排ガス量が増大し、ひいてはＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘといった有害成分のトータル量が増大するおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、トルク変動や排気エミッションの増加といった不具合を回避しつつ、触媒に吸着したイオウを放出す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である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の排ガス浄化装置はその前提として、機関排気系に設けられたリーンＮＯｘ触媒を備え、空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせると共に、リーン燃焼時に排出される排ガス中のＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒で吸蔵し、さらに空燃比を一時的にリッチに制御して前記吸蔵したＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒から放出する。
【０００８】
そして、請求項１又は請求項２に記載の発明では、前記リーンＮＯｘ触媒が吸蔵しうるＮＯｘ吸蔵量が所定値よりも低下した時に、空燃比をリーン及びリッチで交互に制御するための空燃比制御パラメータを可変に設定し前記リーンＮＯｘ触媒の温度を上昇させる昇温手段と、前記昇温手段による昇温処理後、空燃比を理論空燃比或いはリッチに制御してリーンＮＯｘ触媒を再生させる触媒再生手段と、前記リーンＮＯｘ触媒の劣化を検出する劣化検出手段とを備える。
【０００９】
要するに、リッチ燃焼の割合が大きくなるよう空燃比制御パラメータを設定すると、排ガス中の未燃成分（ＨＣ，ＣＯ）が過剰ぎみになり、未燃成分の反応熱が増加することで触媒温が上昇する。この状態で、空燃比を理論空燃比（λ＝１）或いはリッチで制御すると、高温のリーンＮＯｘ触媒に対してリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ）が供給され、イオウ被毒により生成された硫酸塩ＢａＳＯ4 等が還元されてイオウが放出される。この場合、従来装置とは異なりリーン失火や点火遅角を強制的に行わせることはなく、予期せぬトルク変動やエミッションの悪化を招くことはない。その結果、トルク変動や排気エミッションの増加といった不具合を回避しつつ、触媒に吸着したイオウを放出するという本発明の目的が達せられる。
特に、請求項１に記載の発明では、前記劣化検出手段は、前記触媒再生手段による再生処理が実施された後、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が回復したかどうかを判定し、ＮＯｘ吸蔵能力が回復していなければ当該ＮＯｘ触媒が異常である旨を判定する。例えばリーンＮＯｘ触媒が高熱に晒されて熱劣化に至った場合には、前記再生処理を行ってもＮＯｘ吸蔵能力が回復することはない。従って、かかる場合には異常発生の旨を判定し、異常発生を警告して部品交換等を促すようにすればよい。
また、請求項２に記載の発明では、前記劣化検出手段は、前記触媒再生手段による再生処理の前後で、リーンＮＯｘ触媒によるＮＯｘ吸蔵量が変化したかどうかを判定し、ＮＯｘ吸蔵量が増加していれば再生処理の再実施を許可し、ＮＯｘ吸蔵量が変わらなければ最終的に異常発生の旨を判定する。つまり、リーンＮＯｘ触媒が再生可能な状態であれば、再生処理によりＮＯｘ吸蔵量が増えるため、かかる場合には再生処理の再実施を許可する。また、リーンＮＯｘ触媒が再生不可能な状態であれば、再生処理に拘わらずＮＯｘ吸蔵量が変わらないため、かかる場合には最終的に異常発生の旨を判定する（再生処理をそれ以上実施しない）。この場合、より一層確実な触媒再生処理が実現できる。
【００１０】
一方、触媒温を上昇させる手法として、
・請求項３に記載したように、リーン燃焼とリッチ燃焼との割合を空燃比制御パラメータとし、リーン燃焼に対するリッチ燃焼の割合を増やして触媒温を上昇させる。
・請求項４に記載したように、リーン燃焼のためのリーン時間とリッチ燃焼のためのリッチ時間との時間比（リーン時間／リッチ時間）を空燃比制御パラメータとし、その時間比を短縮させて触媒温を上昇させる。
・請求項５に記載したように、リッチ燃焼時のリッチ度合を空燃比制御パラメータとし、そのリッチ度合を増やして触媒温を上昇させる。
といった構成が適用でき、これら何れの場合にも、既述の通り予期せぬトルク変動やエミッションの悪化を回避しつつ所望の触媒昇温作用が得られる。
【００１１】
請求項６に記載の発明では、前記劣化検出手段により前記リーンＮＯｘ触媒の劣化発生が検出された時に、前記昇温手段及び触媒再生手段による触媒再生のための処理を実施する。この場合、リーンＮＯｘ触媒の劣化発生時にＮＯｘ触媒の再生処理を実施することで、イオウ被毒により触媒が劣化状態になってもその状態が直ぐに解消される。また、触媒劣化時にのみ再生処理を行うことで、空燃比リーン制御が度々中断されるといった、他の制御への影響を必要最小限に止めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態における空燃比制御システムでは、内燃機関に供給する混合気の目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定し、その目標空燃比に基づいてリーン燃焼を行わせる、いわゆるリーンバーン制御を実施する。同システムの主たる構成として、内燃機関の排気系通路の途中にはＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）が設けられ、ＮＯｘ触媒の上流側には限界電流式の空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が、下流側には酸素センサ（Ｏ2 センサ）がそれぞれ配設される。そして、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置（以下、ＥＣＵという）は、Ａ／Ｆセンサ並びにＯ2 センサによる検出結果を取り込み、その検出結果に基づいて空燃比をフィードバック制御する。以下に、図面を用いてその詳細な構成を説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態における空燃比制御システムの概略構成図である。図１に示されるように、内燃機関は４気筒４サイクルの火花点火式エンジン（以下、エンジン１という）として構成されている。その吸入空気は上流よりエアクリーナ２、吸気管３、スロットル弁４、サージタンク５及びインテークマニホールド６を通過して、インテークマニホールド６内で各気筒毎の燃料噴射弁７から噴射された燃料と混合される。そして、所定空燃比の混合気として各気筒に供給される。
【００１６】
エンジン１の各気筒に設けられた点火プラグ８には、点火回路９から供給される高電圧がディストリビュータ１０を介して分配供給され、点火プラグ８は前記各気筒の混合気を所定タイミングで点火する。燃焼後に各気筒から排出される排ガスは、エキゾーストマニホールド１１及び排気管１２を経て、排気管１２に設けられたＮＯｘ触媒１４を通過した後、大気に排出される。このＮＯｘ触媒１４は、主にリーン空燃比での燃焼時に排ガス中のＮＯｘを吸蔵する一方、リッチ空燃比での燃焼時に前記吸蔵したＮＯｘをリッチ成分（ＣＯ，ＨＣなど）で還元し放出する。
【００１７】
前記吸気管３には吸気温センサ２１及び吸気圧センサ２２が設けられ、吸気温センサ２１は吸入空気の温度（吸気温Ｔａｍ）を、吸気圧センサ２２はスロットル弁４の下流側の吸気管内負圧（吸気圧ＰＭ）をそれぞれ検出する。前記スロットル弁４には同弁４の開度（スロットル開度ＴＨ）を検出するためのスロットルセンサ２３が設けられ、このスロットルセンサ２３はスロットル開度ＴＨに応じたアナログ信号を出力する。スロットルセンサ２３はアイドルスイッチをも内蔵しており、スロットル弁４が略全閉である旨の検出信号を出力する。
【００１８】
エンジン１のシリンダブロックには水温センサ２４が設けられ、この水温センサ２４はエンジン１内を循環する冷却水の温度（冷却水温Ｔｈｗ）を検出する。前記ディストリビュータ１０にはエンジン１の回転数（エンジン回転数Ｎｅ）を検出するための回転数センサ２５が設けられ、この回転数センサ２５はエンジン１の２回転、すなわち７２０°ＣＡ毎に等間隔で２４個のパルス信号を出力する。
【００１９】
さらに、前記排気管１２においてＮＯｘ触媒１４の上流側には、限界電流式のＡ／Ｆセンサ２６が配設されており、同センサ２６はエンジン１から排出される排ガスの酸素濃度（或いは、未燃ガス中のＣＯ濃度）に比例して広域で且つリニアな空燃比信号（ＡＦ）を出力する。また、ＮＯｘ触媒１４の下流側にはＯ2 センサ２７が配設されており、同センサ２７は排ガスが空燃比がリッチかリーンかに応じて異なる起電力信号（ＶＯＸ２）を出力する。
【００２０】
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４等を中心に論理演算回路として構成され、前記各センサの検出信号を入力する入力ポート３５及び各アクチュエータ等に制御信号を出力する出力ポート３６に対しバス３７を介して接続されている。ＥＣＵ３０は、前記した各種センサの検出信号（吸気温Ｔａｍ、吸気圧ＰＭ、スロットル開度ＴＨ、冷却水温Ｔｈｗ、エンジン回転数Ｎｅ、空燃比信号等）を入力ポート３５を介して入力する。そして、それらの各値に基づいて燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期Ｉｇ等の制御信号を算出し、さらにそれら制御信号を出力ポート３６を介して燃料噴射弁７及び点火回路９等にそれぞれ出力する。
【００２１】
次に、上記の如く構成される空燃比制御システムの作用を説明する。
図２は、ＣＰＵ３１により実行される燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンは各気筒の燃料噴射毎（本実施の形態では１８０°ＣＡ毎）に実行される。
【００２２】
さて、図２のルーチンがスタートすると、ＣＰＵ３１は、先ずステップ１０１でエンジン運転状態を表すセンサ検出結果（エンジン回転数Ｎｅ、吸気圧ＰＭ、冷却水温Ｔｗ等）を読み込み、続くステップ１０２でＲＯＭ３２内に予め格納されている基本噴射マップを用いてその時々のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに応じた基本噴射量Ｔｐを算出する。また、ＣＰＵ３１は、ステップ２００で後述の図３のルーチンに従い、目標空燃比ＡＦＴＧを設定する。
【００２３】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ１０３でその時々の実際の空燃比ＡＦ（センサ計測値）と目標空燃比ＡＦＴＧとの偏差に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを設定する。本実施の形態では、現代制御理論に基づく空燃比Ｆ／Ｂ制御を実施し、例えば特開平１−１１０８５３号公報に開示された設定手順に従いＦＡＦ値を設定する。但し、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
ＦＡＦ値の設定後、ＣＰＵ３１は、ステップ１０４で下記の数式を用い、基本噴射量Ｔｐ、空燃比補正係数ＦＡＦ及びその他の補正係数ＦＡＬＬ（水温、エアコン負荷等の各種補正係数）から最終の燃料噴射量ＴＡＵを算出する。
【００２５】
ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ
燃料噴射量ＴＡＵの算出後、ＣＰＵ３１は、そのＴＡＵ値に相当する制御信号を燃料噴射弁７に出力して本ルーチンを一旦終了する。
【００２６】
なお、上記Ｆ／Ｂ制御は、冷却水温Ｔｗが所定温度以上であること、高回転・高負荷状態でないこと、Ａ／Ｆセンサ２６が活性状態にあること等のＦ／Ｂ条件の成立時に実行され、Ｆ／Ｂ条件不成立の場合には空燃比オープン制御が実行される（ＦＡＦ＝１．０とする）。
【００２７】
次に、目標空燃比ＡＦＴＧの設定手順（上記ステップ２００の処理）について図３のフローチャートを用いて説明する。当該処理では、リーン燃焼の実施途中において一時的にリッチ燃焼が実施されるよう、目標空燃比ＡＦＴＧが適宜設定される。すなわち本実施の形態では、燃料噴射毎に計数される周期カウンタの値を基に、所定の時間比となるようにリーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲとが設定され、それら各時間ＴＬ，ＴＲに応じてリーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に実施される。
【００２８】
図３の処理を順を追って説明する。ＣＰＵ３１は、先ずステップ２０１で今現在の周期カウンタが「０」であるか否かを判別し、周期カウンタ＝０であることを条件に、ステップ２０２でエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づきリーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲを設定する。ステップ２０１がＮＯであれば（周期カウンタ≠０の場合）、ＣＰＵ３１はステップ２０２の処理を読み飛ばす。
【００２９】
ここで、リーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲは、それぞれリーン空燃比での燃料噴射回数、リッチ空燃比での燃料噴射回数に相当するものであって、基本的にエンジン回転数Ｎｅが高いほど又は吸気圧ＰＭが高いほど、大きな値に設定される。本実施の形態では、図４の関係に基づくマップ検索によりリッチ時間ＴＲが求められる。これに対し、リーン時間ＴＬは、前記リッチ時間ＴＲと所定の係数αとから、
ＴＬ＝ＴＲ・α
として求められる。係数αは「５０」程度の固定値とすればよいが、Ｎｅ，ＰＭなどのエンジン運転状態に応じて可変に設定してもよい。
【００３０】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０３で周期カウンタを「１」インクリメントし、続くステップ２０４で周期カウンタの値が前記リーン時間ＴＬに相当する値に達したか否かを判別する。周期カウンタ＜ＴＬの場合、ＣＰＵ３１はステップ２０５に進み、その時々のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づき目標空燃比ＡＦＴＧをリーン制御値として設定する。ＡＦＴＧ値の設定後、ＣＰＵ３１は本ルーチンを終了して元の図２のルーチンに戻る。
【００３１】
ＡＦＴＧ値は例えば図５に示す目標空燃比マップを検索して求められ、ＡＦＴＧ値として例えばＡ／Ｆ＝２０〜２３に相当する値が設定される（但し、定常運転時でないなどリーン燃焼の実施条件が不成立の場合にはストイキ近傍でＡＦＴＧ値が設定される）。かかる場合、前記ステップ２０５で設定したＡＦＴＧ値により空燃比がリーン制御される。
【００３２】
また、周期カウンタ≧ＴＬの場合、ＣＰＵ３１はステップ２０６に進み、目標空燃比ＡＦＴＧをリッチ制御値として設定する。ＡＦＴＧ値はリッチ領域での固定値としてもよいし、エンジン回転数Ｎｅや吸気圧ＰＭに基づきマップ検索して可変に設定してもよい。マップ検索を行う場合、エンジン回転数Ｎｅが高いほど又は吸気圧ＰＭが高いほど、そのリッチ度合が強くなるようＡＦＴＧ値が設定される。
【００３３】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０７で周期カウンタの値がＴＬ，ＴＲ時間の合計時間「ＴＬ＋ＴＲ」に相当する値に達したか否かを判別し、周期カウンタ＜ＴＬ＋ＴＲであればそのまま本ルーチンを終了して元の図２のルーチンに戻る。かかる場合、前記ステップ２０６で設定したＡＦＴＧ値により空燃比がリッチ制御される。
【００３４】
一方、周期カウンタ≧ＴＬ＋ＴＲであってステップ２０７が肯定判別された場合、ＣＰＵ３１は、ステップ２０８で周期カウンタを「０」にクリアし、その後本ルーチンを終了して元の図２のルーチンに戻る。周期カウンタのクリアに伴い次回の処理時にはステップ２０１が肯定判別され、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲが新たに設定される。そして、そのリーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲに基づき再度、上述のリーン制御とリッチ制御とが実施される。
【００３５】
図６は、上記図２及び図３のルーチンによる空燃比制御動作を説明するためのタイムチャートである。
図６において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間（周期カウンタ＝０〜ＴＬの期間）では、空燃比がリーン制御され、排ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒１４に吸蔵される。また、時刻ｔ２〜ｔ３の期間（周期カウンタ＝ＴＬ〜ＴＬ＋ＴＲの期間）では、空燃比がリッチ制御され、排ガス中の未燃ガス成分（ＨＣ，ＣＯ）によりＮＯｘ触媒１４の吸蔵ＮＯｘが還元されて放出される。こうして、空燃比のリーン制御とリッチ制御とがリーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲとに応じて繰り返し実施される。
【００３６】
次に、ＮＯｘ触媒１４の劣化検出手順について説明する。本実施の形態では、ＮＯｘ触媒１４でのＮＯｘ浄化量と、同触媒１４へのＮＯｘ流入量との比から「ＮＯｘ浄化率（＝ＮＯｘ浄化量／ＮＯｘ流入量）」を求め、そのＮＯｘ浄化率の応じてＮＯｘ触媒１４の劣化を検出する。
【００３７】
ここで、「ＮＯｘ浄化量」は、ＮＯｘ浄化に要した実際のリッチガス量として求めることができる。かかる場合、リッチ燃焼時においてＮＯｘ触媒前後の空燃比を監視してリッチガス流入量と余剰ガス量との差を求め、そのリッチガス流入量と余剰ガス量との差からＮＯｘ浄化量を求める。実際には、リッチ燃焼時において触媒上流側のＡ／Ｆセンサ２６の出力ＡＦを積算してリッチガス積算値ＡＦＡＤ（リッチガス流入量）を算出すると共に、同じくリッチ燃焼時において触媒下流側のＯ2 センサ２７の出力ＶＯＸ２（便宜上、これを「リアＯ2 出力」という）を積算してリアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤ（余剰ガス量）を算出する。そして、リッチガス積算値ＡＦＡＤとリアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤとの差をＮＯｘ浄化量とする（ＮＯｘ浄化量＝ＡＦＡＤ−ＶＯＸ２ＡＤ）。
【００３８】
また、「ＮＯｘ流入量」はＮＯｘ触媒１４に供給されたＮＯｘ量として求めることができる。実際には、リーン燃焼時においてエンジン運転状態（Ｎｅ，ＰＭ，Ａ／Ｆ）に基づきＮＯｘ流入量としてのＮＯｘ積算量ＣＮＯＸＡＤを算出する。
【００３９】
そして、
（ＡＦＡＤ−ＶＯＸ２ＡＤ）／ＣＮＯＸＡＤ
の演算結果を「ＮＯｘ浄化率」とし、このＮＯｘ浄化率を劣化判定パラメータとしてＮＯｘ触媒１４の劣化を検出する。
【００４０】
ＮＯｘ触媒１４の劣化検出に係わるＣＰＵ３１の制御動作を図７，図９〜図１２のフローチャートを用いて説明する。なお、図７にはＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ積算量を推定する手順を示し、図９，１０には触媒劣化の検出手順を示す。
【００４１】
図７において、ＣＰＵ３１は、先ずステップ３０１で今現在のＡ／Ｆセンサ２６の出力ＡＦ（触媒上流側の空燃比）がリーン値であるか否かを判別し、同ステップが肯定判別されることを条件に、ステップ３０２に進む。ＣＰＵ３１はステップ３０２で、排ガス中に含まれるＮＯｘ量ＣＮＯＸ（モル）をエンジン運転状態に基づいて推定する。ＣＮＯＸ値の推定に際し、例えば図８（ａ）のマップを用いてその時々のエンジン回転数Ｎｅと吸気圧ＰＭとに応じたＮＯｘ基本量を求めると共に、図８（ｂ）の関係を用いてその時々の空燃比に応じたＡ／Ｆ補正値を求める。そして、ＮＯｘ基本量とＡ／Ｆ補正値とを乗算してその積をＣＮＯＸ値とする（ＣＮＯＸ＝ＮＯｘ基本量・Ａ／Ｆ補正値）。
【００４２】
因みに、図８（ａ）ではエンジン回転数Ｎｅが高いほど、或いは吸気圧ＰＭが大きいほどＮＯｘ基本量が大きな値に設定される。また、図８（ｂ）では理論空燃比（λ＝１）でＡ／Ｆ補正値＝１．０が設定され、それよりもリーン側では「１．０」以上のＡ／Ｆ補正値が設定される。但し、空燃比がある程度よりもリーン側（例えばＡ／Ｆ＞１６）では燃焼温度が下がるためにそれ以上の増加側の補正が不要となり、Ａ／Ｆ補正値は所定の値に収束する。
【００４３】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ３０３でＮＯｘ積算量ＣＮＯＸＡＤを算出する。このとき、前記ステップ３０２で算出したＣＮＯＸ値をＣＮＯＸＡＤ値の前回値に加算し、その和をＣＮＯＸＡＤ値の今回値とする（ＣＮＯＸＡＤ＝ＣＮＯＸＡＤ＋ＣＮＯＸ）。
【００４４】
一方、図９の触媒劣化検出ルーチンでは、ＣＰＵ３１は、先ずステップ４０１でカウンタＣＣＡＴＤＴが「０」であるか否かを判別し、ＣＣＡＴＤＴ＝０であることを条件に、ステップ４０２に進む。そして、ＣＰＵ３１は、ステップ４０２でリッチ制御開始のタイミングであるか否かを判別する。
【００４５】
ステップ４０２がＮＯであれば、ＣＰＵ３１はステップ４０３に進み、今現在リーン制御中であるか否かを判別する。リーン制御中の場合、ＣＰＵ３１は、ステップ４０４でリアＯ2 出力ＶＯＸ２からＯ2 出力なまし値ＶＯＸ２ＳＭを算出する。つまり、
ＶＯＸ２ＳＭ＝（３１／３２）ＶＯＸ２ＳＭ＋（１／３１）ＶＯＸ２
という演算式を用い、Ｏ2 出力なまし値ＶＯＸ２ＳＭを算出する。
【００４６】
また、前記ステップ４０２がＹＥＳであれば、ＣＰＵ３１はステップ４０５に進み、カウンタＣＣＡＴＤＴに所定値「ＫＣＣＡＴＤＴ」をセットする。所定値ＫＣＣＡＴＤＴは、リッチ時間ＴＲに対して約３倍程度の時間であればよい。所定値ＫＣＣＡＴＤＴがセットされると、次回からはステップ４０１がＮＯとなり、ＣＰＵ３１はステップ４０６でカウンタＣＣＡＴＤＴを「１」デクリメントし、その後ステップ５００に進む。
【００４７】
そして、ＣＰＵ３１は、ステップ５００で後述の図１１のルーチンに従い、リアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤを算出する。また、ＣＰＵ３１は、続くステップ６００で後述の図１２のルーチンに従い、リッチガス積算値ＡＦＡＤを算出する。
【００４８】
その後、ＣＰＵ３１は図１０のステップ４０７に進み、カウンタＣＣＡＴＤＴが「０」であるか否かを判別する。ＣＣＡＴＤＴ≠０であれば、ＣＰＵ３１はそのまま本ルーチンを終了する。また、前記ステップ４０６でのカウントダウンに伴いＣＣＡＴＤＴ＝０になると、ＣＰＵ３１はステップ４０８に進み、
ＮＯＸＣＯＮＶ＝ＣＮＯＸＡＤ／（ＡＦＡＤ−ＶＯＸ２ＡＤ）
という演算式を用いて劣化判定値ＮＯＸＣＯＮＶを算出する。
【００４９】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ４０９で図１３の関係を用い、前記ＮＯＸＣＯＮＶ値からＮＯｘ浄化率を算出すると共に、図１４の関係を用い、ＮＯｘ浄化率に基づいて触媒劣化度合を判定する。図１４では、ＮＯｘ浄化率が高いほど触媒劣化度合が小さく、逆にＮＯｘ浄化率が低いほど触媒劣化度合が大きくなるような関係が与えられている。この場合、図１４の斜線域にあれば「劣化有り」と判定される。
【００５０】
そして、ステップ４１０で劣化有りと判別されると、ＣＰＵ３１は、ステップ４１１で劣化検出フラグＸＣＡＴに「１」をセットする。最後に、ＣＰＵ３１は、ステップ４１２でＣＮＯＸＡＤ，ＶＯＸ２ＡＤ，ＡＦＡＤの各値を「０」にクリアし、その後本ルーチンを終了する。
【００５１】
次に、リアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤの算出手順（上記ステップ５００の処理）について図１１のフローチャートを用いて説明する。当該処理において、ＣＰＵ３１は先ずステップ５０１で、その時々のリアＯ2 出力ＶＯＸ２からＯ2 出力なまし値ＶＯＸ２ＳＭ（前記図９、ステップ４０４の算出値）を減算してその差をＯ2 出力偏差ＶＯＸ２ＤＶとする（ＶＯＸ２ＤＶ＝ＶＯＸ２−ＶＯＸ２ＳＭ）。また、ＣＰＵ３１は、続くステップ５０２でＯ2 出力偏差ＶＯＸ２ＤＶの絶対値が０．０２Ｖ以上であるか、すなわちその時のリアＯ2 出力ＶＯＸ２がリーン燃焼時に計測したＯ2 出力なまし値ＶＯＸ２ＳＭに対して「０．０２Ｖ」以上リッチ側に変化しているか否かを判別する。
【００５２】
｜ＶＯＸ２ＤＶ｜＜０．０２Ｖの場合（ステップ５０２がＮＯ）、ＣＰＵ３１はそのまま本ルーチンを終了して元の図９，１０のルーチンに戻る。また、｜ＶＯＸ２ＤＶ｜≧０．０２Ｖの場合（ステップ５０２がＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、ステップ５０３で前記Ｏ2 出力偏差ＶＯＸ２ＤＶと吸入空気量ＱＡとの積により「ＶＯＸ２ＤＶ１値」を算出する（ＶＯＸ２ＤＶ１＝ＶＯＸ２ＤＶ・ＱＡ）。なお、吸入空気量ＱＡはその時々のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づき演算される。
【００５３】
さらに、ＣＰＵ３１は、ステップ５０４でリアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤを算出し、その後本ルーチンを終了して元の図９，１０のルーチンに戻る。ステップ５０４では、ＶＯＸ２ＡＤ値の前回値に前記算出したＶＯＸ２ＤＶ１値を加算し、その和をＶＯＸ２ＡＤ値の今回値とする（ＶＯＸ２ＡＤ＝ＶＯＸ２ＡＤ＋ＶＯＸ２ＤＶ１）。
【００５４】
リッチガス積算値ＡＦＡＤの算出手順（上記ステップ６００の処理）について図１２のフローチャートを用いて説明する。当該処理において、ＣＰＵ３１は先ずステップ６０１で、空燃比基準値ＡＦＳＤ（例えば、理論空燃比１．０）からＡ／Ｆセンサ２６の出力ＡＦ（実空燃比）を減算してその差をリッチ偏差ＡＦＤＶとする（ＡＦＤＶ＝ＡＦＳＤ−ＡＦ）。また、ＣＰＵ３１は、続くステップ６０２で「ＡＦＤＶ＞０」であるか、すなわちその時の実空燃比ＡＦが空燃比基準値ＡＦＳＤよりもリッチ側であるか否かを判別する。
【００５５】
ＡＦＤＶ≦０の場合（ステップ６０２がＮＯ）、ＣＰＵ３１はそのまま本ルーチンを終了して元の図９，１０のルーチンに戻る。また、ＡＦＤＶ＞０の場合（ステップ６０２がＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はステップ６０３で前記リッチ偏差ＡＦＤＶと吸入空気量ＱＡとの積によりリッチガス量ＡＦＤＶ１を算出する（ＡＦＤＶ１＝ＡＦＤＶ・ＱＡ）。さらに、ＣＰＵ３１は、ステップ６０４でリッチガス積算値ＡＦＡＤを算出し、その後本ルーチンを終了して元の図９，１０のルーチンに戻る。ステップ６０４では、ＡＦＡＤ値の前回値に前記算出したＡＦＤＶ１値を加算し、その和をＡＦＡＤ値の今回値とする（ＡＦＡＤ＝ＡＦＡＤ＋ＡＦＤＶ１）。
【００５６】
図１５は、触媒劣化検出の一連の動作を示すタイムチャートである。図１５の時刻ｔ１１以前は空燃比リーン制御が実施されており、その時々のリアＯ2 出力ＶＯＸ２からＯ2 出力なまし値ＶＯＸ２ＳＭが算出される（前記図９のステップ４０４）。
【００５７】
時刻ｔ１１では、空燃比リッチ制御が開始され、カウンタＣＣＡＴＤＴに所定値ＫＣＣＡＴＤＴがセットされる。また、ＮＯｘ積算量ＣＮＯＸＡＤは、触媒上流側の空燃比がリッチ値になるまでの期間（時刻ｔ１２までの期間）にて算出される（前記図７の処理）。
【００５８】
時刻ｔ１１以降、カウンタＣＣＡＴＤＴが「０」となる時刻ｔ１３までは、図のＳ１部に相当するリッチガス積算値ＡＦＡＤと、図のＳ２部に相当するリアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤとが算出される（前記図９のステップ６００，５００）。そして、時刻ｔ１３でＣＣＡＴＤＴ＝０になると、ＣＮＯＸＡＤ値、ＡＦＡＤ値及びＶＯＸ２ＡＤ値から劣化判定値ＮＯＸＣＯＮＶが算出され、そのＮＯＸＣＯＮＶ値に応じて劣化検出が行われる（前記図１０のステップ４０８，４０９）。時刻ｔ１３以降、再びＯ2 出力なまし値ＶＯＸ２ＳＭが算出される。
【００５９】
図１５において、仮にＮＯｘ触媒１４の劣化が進行すると、同触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力が低下することから、リッチガス積算値ＡＦＡＤ（図のＳ１部）に対してリアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤ（図のＳ２部）が大きくなり、結果としてＮＯｘ浄化率が小さくなる。そして、ＮＯｘ浄化率の低下により、触媒劣化の旨が検出される。
【００６０】
ところで、燃料や潤滑油中に含まれるイオウによりＮＯｘ触媒１４が被毒されると、同触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力が低下し、前記図９，１０の処理において劣化発生の旨が検出される。本実施の形態では、ＮＯｘ触媒１４の劣化が検出された時に触媒機能の再生を図るべく、リーン燃焼途中のリッチ燃焼の割合を増やしてＮＯｘ触媒１４の温度（触媒温）を上昇させると共に、空燃比λ＝１でのストイキ制御又は弱リッチ制御を実施する。ＮＯｘ触媒１４を高温にした状態で、同触媒１４にリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ）を供給すると、イオウ被毒により生成された硫酸塩ＢａＳＯ4 が還元されてイオウが放出される。
【００６１】
図１６は触媒再生処理の具体的な手順を示すフローチャートであり、同処理はＣＰＵ３１により例えば１秒周期で実行される。図１６において、ＣＰＵ３１は、先ずステップ７０１で劣化検出フラグＸＣＡＴに「１」がセットされているか否かを判別する。前記図９，１０の処理により触媒劣化の旨が検出されてＸＣＡＴ＝１であれば、ＣＰＵ３１は触媒再生処理が必要であるとみなしてステップ７０２に進み、触媒再生処理が実施中であることを表す再生処理フラグＸＳＲＥＴが「１」であるか否かを判別する。
【００６２】
ＸＳＲＥＴ＝０の場合、ＣＰＵ３１はステップ７０３，７０４を実行した後ステップ７０５に進み、ＸＳＲＥＴ＝１の場合、ＣＰＵ３１はそのままステップ７０５に飛ぶ。つまり、ＸＳＲＥＴ＝０の場合、ＣＰＵ３１は、ステップ７０３でカウンタＣＳＲＥＴに所定値「ＫＣＳＲＥＴ」をセットすると共に、続くステップ７０４で再生処理フラグＸＳＲＥＴに「１」をセットする。所定値ＫＣＳＲＥＴは、例えば１分程度の時間であればよい。
【００６３】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ７０５でカウンタＣＳＲＥＴを「１」デクリメントし、続くステップ７０６でカウンタＣＳＲＥＴが「０」であるか否かを判別する。ＣＳＲＥＴ≠０であれば、ＣＰＵ３１は、ステップ７０７でリーン時間とリッチ時間との時間比を「５：１」とする。この場合、リーン時間とリッチ時間との時間比を通常の「５０：１」から「５：１」に変更することで、リッチ燃焼の割合が増大されてＮＯｘ触媒１４の温度が次第に上昇する。
【００６４】
一例として、「リーン時間／リッチ時間」と触媒温の上昇幅とは図１８の関係にあることが確認されており、「リーン時間／リッチ時間＝５」とする場合、約９０℃程度の温度上昇が見込まれる。また図１８によれば、「リーン時間／リッチ時間」を短縮することにより触媒温の上昇幅が増大することが分かる。
【００６５】
前記ステップ７０５でのカウントダウンに伴いＣＳＲＥＴ＝０になると、ＣＰＵ３１はステップ７０８に進む。そして、ＣＰＵ３１は、ステップ７０８で別のカウンタＣＳＲＩＣＨを「１」インクリメントし、続くステップ７０９でカウンタＣＳＲＩＣＨが所定値「ＫＣＳＲＩＣＨ」に達したか否かを判別する。所定値ＫＣＳＲＩＣＨは、例えば３分程度の時間であればよい。ＣＳＲＩＣＨ≦ＫＣＳＲＩＣＨであれば、ＣＰＵ３１はステップ７１０に進み、空燃比λ＝１でのストイキ制御を実施する。但し、ステップ７１０では空燃比を弱リッチで制御してもよい。
【００６６】
カウンタＣＳＲＩＣＨが所定値ＫＣＳＲＩＣＨに達すると、ＣＰＵ３１はステップ７１１に進み、再生処理フラグＸＳＲＥＴを「０」にクリアすると共に、カウンタＣＳＲＩＣＨを「０」にクリアする。つまり、一連の触媒再生処理が完了したとみなされ、再生処理フラグＸＳＲＥＴのクリアに伴いリーン時間とリッチ時間との時間比を「５０：１」とする通常の空燃比制御が再開される。
【００６７】
一方、前記ステップ７０１がＮＯの場合（ＸＣＡＴ＝０の場合）、ＣＰＵ３１はステップ７１２に進み、ＸＳＲＥＴ，ＣＳＲＥＴ，ＣＳＲＩＣＨをそれぞれ「０」にクリアしてその後本ルーチンを終了する。
【００６８】
但し、前記図１６の処理に基づき空燃比制御される場合（ステップ７０７，７１０が実施される場合）、同制御が前記図３の処理に基づく空燃比制御よりも優先される。例えば再生処理フラグＸＳＲＥＴに「１」がセットされる期間に限り、前記図３により設定される目標空燃比ＡＦＴＧを無効にして前記図１６のステップ７０７，７１０の処理に従い空燃比が制御されるとよい。
【００６９】
前記図１６による触媒再生処理が実施された後には、当該再生処理にてイオウ被毒が解消されたかどうかを判定すべく、図１７の処理が実施される。すなわち、ＣＰＵ３１はステップ８０１で、再生処理後に前記図９，１０に示す触媒劣化の検出処理が実施されたか否かを判別する。また、ＣＰＵ３１は、ステップ８０２で異常発生フラグＸＳＤＧＬＭＰが「０」であるか否かを判別し、続くステップ８０３で劣化検出フラグＸＣＡＴが「１」であるか否かを判別する。
【００７０】
ステップ８０１〜８０３が全てＹＥＳの場合、ＣＰＵ３１はステップ８０４に進む。ＣＰＵ３１は、ステップ８０４で異常警告灯（ＭＩＬ：Malfunction Indicator Light ）を点灯して異常発生の旨を運転者に警告すると共に、続くステップ８０５で異常発生フラグＸＳＤＧＬＭＰに「１」をセットする。つまり、前記図１６による再生処理に拘わらず、ＮＯｘ触媒１４の劣化状態が継続して検出されると、同触媒１４が再生不可能な状態にあるとみなされて最終的に異常発生と判断される。最終的に異常発生と判断された場合、それ以降のリーン制御が禁止されて例えばλ＝１でのストイキ制御が実施される。
【００７１】
上記制御動作を図１９のタイムチャートを用いて説明する。図１９において、時刻ｔ２１以前は通常のリーン／リッチ制御が実施され、例えば「５０：１」の時間比にてリーン制御とリッチ制御とが繰り返し実行される。また、前記図９，１０の手順に従い、その時々のＮＯｘ浄化率に基づいてＮＯｘ触媒１４の劣化検出処理が実行される。
【００７２】
そして、時刻ｔ２１で触媒劣化の旨が検出されると、劣化検出フラグＸＣＡＴに「１」がセットされる（前記図１０のステップ４１１）。その後、時刻ｔ２２では前記図１６の触媒再生処理が起動され、同処理の実行に伴い再生処理フラグＸＳＲＥＴに「１」がセットされる（前記図１６のステップ７０４）。時刻ｔ２２以降、「５：１」の時間比にてリーン制御とリッチ制御とが繰り返し実行される（図１６のステップ７０７）。
【００７３】
時刻ｔ２２でリーン制御／リッチ制御の時間比が短縮されると、排ガス中のリッチ成分（未燃ＨＣ）が過剰ぎみになる。従って、ＮＯｘ触媒１４で未燃ＨＣが酸化反応する際に生じる熱量が増え、触媒温が上昇する。本実施の形態の場合、リーン制御とリッチ制御との時間比を「５：１」に短縮することで、９０℃程度の温度上昇が得られる。
【００７４】
再生処理の開始後、所定値ＫＣＳＲＥＴに相当する時間が経過する時刻ｔ２３では、目標空燃比ＡＦＴＧを「１．０」とするストイキ制御が開始される（図１６のステップ７１０）。
【００７５】
その後、所定値ＫＣＳＲＩＣＨに相当する時間が経過する時刻ｔ２４では、再生処理フラグＸＳＲＥＴが「０」にクリアされると共に、リーン制御とリッチ制御との時間比を「５０：１」とする通常の空燃比制御が再開される。
【００７６】
時刻ｔ２４以後、前記図９，１０の触媒劣化検出処理が新たに実行され、ＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力が回復したかどうかが判定される。このとき、ＮＯｘ吸蔵能力が回復していれば、図示のように劣化検出フラグＸＣＡＴが「０」にクリアされる。これに対して、ＮＯｘ吸蔵能力が回復していなければ、劣化検出フラグＸＣＡＴが「１」のまま保持される。
【００７７】
また、再生処理後に前記図１８の処理が実行され、ＮＯｘ吸蔵能力の回復がなければ（ＸＣＡＴ＝１であれば）図示しない異常発生フラグＸＳＤＧＬＭＰに「１」がセットされる。さらに、異常警告灯が点灯されて異常発生の旨が運転者に警告される。
【００７８】
なお本実施の形態では、前記図１６のステップ７０７が請求項記載の昇温手段に相当し、同ステップ７１０が触媒再生手段に相当する。また、前記図９，１０の処理が劣化検出手段に相当する。
【００７９】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
本実施の形態では、ＮＯｘ触媒１４の劣化発生が検出された時、すなわち同ＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ吸蔵量が所定値よりも低下したと判断された時に、リーン燃焼に対するリッチ燃焼の割合を増やして触媒温を上昇させ、触媒温の上昇後、空燃比を理論空燃比（λ＝１）に制御してＮＯｘ触媒１４を再生させるようにした。この場合、従来装置とは異なりリーン失火や点火遅角を強制的に行わせることはなく、予期せぬトルク変動やエミッションの悪化を招くことはない。その結果、従来の不具合を回避しつつＮＯｘ触媒１４に吸着したイオウを適正に放出することができる。
【００８０】
以上の如くＮＯｘ触媒１４の再生処理が実施されることにより、同触媒１４によるＮＯｘ浄化が適正に行われ、排気エミッションを良好な状態でに保つことができる。
【００８１】
ＮＯｘ触媒１４の劣化発生時に同触媒１４の再生処理を実施することで、イオウ被毒により触媒が劣化状態になってもその状態が直ぐに解消される。また、触媒劣化時にのみ再生処理を行うことで、空燃比リーン制御が度々中断されるといった、他の制御への影響を必要最小限に止めることができる。
【００８２】
さらに、触媒再生処理が実施された後、ＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力が回復したかどうかを判定し、ＮＯｘ吸蔵能力が回復していなければ当該触媒が異常である旨を判定するようにした。例えばＮＯｘ触媒が高熱に晒されて熱劣化に至った場合には、前記再生処理を行ってもＮＯｘ吸蔵能力が回復することはない。従って、かかる場合には異常発生の旨を判定し、異常発生を警告して部品交換等を促すようにする。
【００８３】
また前記図９，１０に示す触媒劣化の検出処理によれば、ＮＯｘ触媒１４に供給した排ガスが実際にどれだけリッチになるか、或いはリッチ度合がどの程度になるかといったことを反映させつつ、正確にＮＯｘ吸蔵能力が判定できる。従って、ＮＯｘ触媒１４の劣化を正確に検出することができる。
【００８４】
なお、本発明の実施の形態は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記実施の形態では、前記図９，１０の処理に従いＮＯｘ触媒１４の劣化を検出したが、これを変更する。リッチ燃焼時におけるリアＯ2 出力ＶＯＸ２（触媒下流側のＯ2 センサ２７の出力）の大きさに基づいてＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力を推定し、そのＮＯｘ吸蔵能力から触媒劣化度合を検出する。より具体的には、リアＯ2 出力ＶＯＸ２のピーク値、時間積分値（面積）、軌跡の何れかに基づいてＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力を推定する。つまり、図２０に見られるように、ＮＯｘ触媒１４の劣化度合が相違すれば、例えばリアＯ2 出力ＶＯＸ２のピーク値が相違し、同図（ｂ）では（ａ）よりもピーク値が大きいことから触媒劣化が進行していると判断できる。
【００８５】
他方で、特段の事情がない限り、触媒劣化は時間の経過に伴いある程度同じ速度で進行すると考えられる。そこで、所定時間が経過した時点、或いは車両が所定距離を走行した時点で、ＮＯｘ吸蔵能力が低下したとみなして触媒再生処理を実施する。
【００８６】
上記実施の形態では、触媒再生処理（前記図１６の処理）を実施した後、ＮＯｘ吸蔵能力が回復したかどうかを判定し、ＮＯｘ吸蔵能力が回復していなければ、熱劣化等、再生不能な状態に陥ったとして異常発生の旨を判定したが、この構成を変更する。触媒再生処理後においてＮＯｘ吸蔵能力が回復していないと判定した場合、触媒再生処理を再度実施し、その後、改めてＮＯｘ吸蔵能力が回復したかどうかを判定する（再生処理は最大で１０回程度とする）。複数回の再生処理を実施する場合、後続の再生処理ではリーン制御とリッチ制御との時間比を短縮して触媒の温度上昇幅を大きくし（前記図１８参照）、再生処理の効率化を図るようにしてもよい。
【００８７】
また、再生処理の前後で触媒劣化度合（ＮＯｘ吸蔵能力）が変化したかどうかを判定し、触媒劣化度合が減少していれば、再生の可能性があるとして再生処理の再実施を許可し、触媒劣化度合が変わらなければ、再生の可能性がないとして最終的に異常発生の旨を判定する（再生処理をそれ以上実施しない）。この場合、より一層確実な触媒再生処理が実現できる。具体的には図２１の処理を実行する。図２１の処理は前記図１７の処理の一部を変更したものであり、以下には図１７との相違点のみを説明する。つまり、ステップ８０１〜８０３の実施後、ＣＰＵ３１はステップ９０１において、再生処理の前後で各々記憶した劣化度合値に基づき触媒劣化度合が減少したか否かを判別する。そして、触媒劣化度合が減少していなければ、異常発生の旨を判定する（ステップ８０４，８０５）。また、触媒劣化度合が減少していれば、ＣＰＵ３１はステップ９０２に進み、触媒再生処理（前記図１６の処理）を再実行させる。
【００８８】
触媒再生処理を実施する際、リッチ制御時のリッチ度合を空燃比制御パラメータとし、そのリッチ度合を増やして触媒温を上昇させるようにしてもよい。又は、リーン時間／リッチ時間の時間比とリッチ度合との両パラメータを使って触媒温を上昇させるようにしてもよい。要は、リーン燃焼とリッチ燃焼との割合を可変に設定して触媒温を上昇させることができる構成であればよく、これら何れの場合にも、既述の通り予期せぬトルク変動やエミッションの悪化を回避しつつ所望の触媒昇温作用が得られる。
【００８９】
上記実施の形態では、空燃比のＦ／Ｂ制御に際し、現代制御理論を用いた演算を実施したが、これに代えてＰＩＤ，ＰＩ制御などを用いた演算を実施してもよい。また、リーン燃焼時において空燃比をオープン制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における空燃比制御システムの概要を示す全体構成図。
【図２】燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】目標空燃比ＡＦＴＧの設定ルーチンを示すフローチャート。
【図４】エンジン運転状態に応じてリッチ時間をするためのマップ。
【図５】エンジン運転状態に応じてリーン目標空燃比を設定するためのマップ。
【図６】空燃比制御の挙動を示すタイムチャート。
【図７】ＮＯｘ量推定ルーチンを示すフローチャート。
【図８】ＮＯｘ量算出に使用するための関係図。
【図９】触媒劣化検出ルーチンを示すフローチャート。
【図１０】図９に続き、触媒劣化検出ルーチンを示すフローチャート。
【図１１】リアＯ2 出力積算値ＶＯＸ２ＡＤの算出ルーチンを示すフローチャート。
【図１２】リッチガス積算値ＡＦＡＤの算出ルーチンを示すフローチャート。
【図１３】劣化判定値ＮＯＸＣＯＮＶとＮＯｘ浄化率との関係を示す図。
【図１４】ＮＯｘ浄化率と触媒劣化度合との関係を示す図。
【図１５】触媒劣化の検出動作を説明するためのタイムチャート。
【図１６】触媒再生ルーチンを示すフローチャート。
【図１７】再生処理後に実施される処理を示すフローチャート。
【図１８】リーン時間／リッチ時間と触媒温上昇幅との関係を示す図。
【図１９】触媒再生処理を具体的に説明するためのタイムチャート。
【図２０】触媒劣化前と触媒劣化後とについてセンサ出力波形を示す図。
【図２１】他の実施の形態における処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、３…排気管、１４…ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）、２６…Ａ／Ｆセンサ、２７…Ｏ2 センサ、３０…ＥＣＵ、３１…昇温手段，触媒再生手段，劣化検出手段としてのＣＰＵ。
Claims (6)
- 機関排気系に設けられたリーンＮＯｘ触媒を備え、空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせると共に、リーン燃焼時に排出される排ガス中のＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒で吸蔵し、さらに空燃比を一時的にリッチに制御して前記吸蔵したＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒から放出するようにした内燃機関の排ガス浄化装置において、
前記リーンＮＯｘ触媒が吸蔵しうるＮＯｘ吸蔵量が所定値よりも低下した時に、空燃比をリーン及びリッチで交互に制御するための空燃比制御パラメータを可変に設定し前記リーンＮＯｘ触媒の温度を上昇させる昇温手段と、
前記昇温手段による昇温処理後、空燃比を理論空燃比或いはリッチに制御してリーンＮＯｘ触媒を再生させる触媒再生手段と、
前記リーンＮＯｘ触媒の劣化を検出する劣化検出手段とを備え、
前記劣化検出手段は、前記触媒再生手段による再生処理が実施された後、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が回復したかどうかを判定し、ＮＯｘ吸蔵能力が回復していなければ当該ＮＯｘ触媒が異常である旨を判定することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。 - 機関排気系に設けられたリーンＮＯｘ触媒を備え、空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせると共に、リーン燃焼時に排出される排ガス中のＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒で吸蔵し、さらに空燃比を一時的にリッチに制御して前記吸蔵したＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒から放出するようにした内燃機関の排ガス浄化装置において、
前記リーンＮＯｘ触媒が吸蔵しうるＮＯｘ吸蔵量が所定値よりも低下した時に、空燃比をリーン及びリッチで交互に制御するための空燃比制御パラメータを可変に設定し前記リーンＮＯｘ触媒の温度を上昇させる昇温手段と、
前記昇温手段による昇温処理後、空燃比を理論空燃比或いはリッチに制御してリーンＮＯｘ触媒を再生させる触媒再生手段と、
前記リーンＮＯｘ触媒の劣化を検出する劣化検出手段とを備え、
前記劣化検出手段は、前記触媒再生手段による再生処理の前後で、リーンＮＯｘ触媒によるＮＯｘ吸蔵量が変化したかどうかを判定し、ＮＯｘ吸蔵量が増加していれば再生処理の再実施を許可し、ＮＯｘ吸蔵量が変わらなければ最終的に異常発生の旨を判定することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。 - 前記昇温手段は、リーン燃焼とリッチ燃焼との割合を空燃比制御パラメータとし、リーン燃焼に対するリッチ燃焼の割合を増やして触媒温を上昇させる請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
- 前記昇温手段は、リーン燃焼のためのリーン時間とリッチ燃焼のためのリッチ時間との時間比（リーン時間／リッチ時間）を空燃比制御パラメータとし、その時間比を短縮させて触媒温を上昇させる請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
- 前記昇温手段は、リッチ燃焼時のリッチ度合を空燃比制御パラメータとし、そのリッチ度合を増やして触媒温を上昇させる請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
- 前記劣化検出手段により前記リーンＮＯｘ触媒の劣化発生が検出された時に、前記昇温手段及び触媒再生手段による触媒再生のための処理を実施する請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
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