JP4254739B2 - 内燃機関排気浄化制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気系に配置されて触媒機能により排気を浄化する排気浄化部の熱劣化度を算出して排気浄化部の熱劣化状態を判定する内燃機関排気浄化制御装置に関する。

内燃機関に用いられているＮＯｘ浄化用触媒などの排気浄化用触媒は、使用により次第に熱劣化することが知られている。したがって熱劣化度を検出して、熱劣化度が正常な触媒制御の限界を示す異常判定値以上の領域に到達した場合にはエミッション悪化防止のために燃焼制御を変更したり排気浄化用触媒を取り替える必要がある。

排気浄化用触媒は曝される温度により熱劣化の進行速度に影響を受ける。このため、熱劣化度を検出するのに、排気浄化用触媒の温度に基づいて単位時間における熱劣化進行度合いを算出し、該算出値に基づいて、単位時間毎に熱劣化度を累積計算している（例えば特許文献１参照）。

そして単位時間毎に累積計算した結果、熱劣化度が所定値以上となれば、排気浄化用触媒が熱劣化により異常となったものとして判定して、劣化に対応した処理を実行している。
特開平７−１１９４４７号公報（第４−５頁、図３）

特許文献１の技術では、累積計算の結果、熱劣化度が所定値以上にならない状態では、排気浄化用触媒は排気浄化に問題ない状態であると見なして、正常時の燃焼制御を実行している。

しかし、熱劣化度が所定値以上に上昇しない場合が全て排気浄化が正常に行われているとは限らない。すなわち、コンピュータの処理上の問題やノイズその他の原因で、累積計算自体が進行せずに、実際には時間の経過により熱劣化が進行しているにもかかわらず、熱劣化度が計算上、一定のままに保持されている場合がある。

前記特許文献１の技術では、熱劣化度の上昇がないことの異常は検出できない。このため熱劣化上、問題なく排気浄化用触媒が機能しているものとして通常の燃焼制御を実行してしまい、燃焼制御の変更タイミングや排気浄化部の取り替えタイミングを失して、エミッションの悪化を生じさせるおそれがある。

本発明は、熱劣化度が上昇しない場合も含めた状態を区別して熱劣化度の正常状態を正確に判断できるようにした内燃機関排気浄化制御装置の提供を目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気系に配置されて触媒機能により排気を浄化する排気浄化部の熱劣化度を算出して排気浄化部の熱劣化状態を判定する内燃機関排気浄化制御装置であって、熱劣化進行度合いを時間経過に応じて累積することにより前記排気浄化部の熱劣化度を算出する熱劣化度算出処理を実行すると共に、この熱劣化度算出処理の停止時に前記熱劣化度の値を保持値として保持し、前記熱劣化度算出処理の停止から開始への移行にともない同開始の直前に保持されている前記保持値を基準として前記累積による前記熱劣化度の算出を開始し、これ以降に得られる新たな熱劣化度が前記熱劣化度算出処理開始後に前記保持値より大きい領域に設定された正常範囲内に到達した場合には、正常と判定する排気浄化部熱劣化状態判定手段を備えたことを特徴とする。
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関排気浄化制御装置において、当該制御装置は、所定の演算周期毎に前記熱劣化度算出処理により前記熱劣化度の算出を行うものであり、前記熱劣化度算出処理を開始した後の最初の演算周期において前記熱劣化進行度合いを前記保持値に対して累積してこれを新たな熱劣化度として算出し、以降は所定の演算周期が訪れる毎にその直前の演算周期にて算出された熱劣化度に対して前記熱劣化進行度合いを累積して新たな熱劣化度を算出するものであることを特徴とする。

このように排気浄化部熱劣化状態判定手段は、保持値より大きい領域に正常範囲を設定し、熱劣化進行度合いの累積により熱劣化度が正常範囲内に到達している場合には、熱劣化度が正常に上昇しているとして正常と判定している。すなわち熱劣化度が正常範囲内へ上昇しない場合には正常との判定は行っていない。このことにより熱劣化度が上昇しない場合も含めた状態を区別して熱劣化度の正常状態を正確に判断できるようにしている。

したがって正常と判定されれば継続して排気浄化部を用いてもエミッションの悪化を招くことがないし、正常と判定されない状態が長期にわたって継続すれば、算出されている熱劣化度が信頼できる状態にないとして、必要な対策を採ることができ、未然にエミッションの悪化を防止することができることになる。

（３）請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関排気浄化制御装置において、前記排気浄化部熱劣化状態判定手段は、前記排気浄化部の温度を検出する温度検出手段と、前記熱劣化進行度合いとして熱劣化進行幅を用い、前記排気浄化部の温度と前記熱劣化度とに対応する前記熱劣化進行幅の関係を表しかつ最低値がプラスの値である温度熱劣化進行幅関係に基づいて、前記温度検出手段にて検出される前記排気浄化部の温度と前記熱劣化度とから単位時間当たりの前記熱劣化進行幅を算出する劣化進行幅算出手段と、前記劣化進行幅算出手段にて算出された前記熱劣化進行幅を、前記単位時間を１周期として累積することで、前記排気浄化部の熱劣化度を算出する排気浄化部熱劣化度算出手段と、イグニッションスイッチのオフ時に、前記排気浄化部熱劣化度算出手段にて算出された前記排気浄化部の熱劣化度を前記保持値として保持する熱劣化度保持手段と、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったタイミングで、直前までの前記保持値に嵩上げ値を加えて正常判定値を作成する正常判定値作成手段と、前記排気浄化部熱劣化度算出手段にて算出された前記熱劣化度が、前記正常判定値作成手段にて作成された正常判定値を下限として設定されている前記正常範囲内に到達している場合には正常と判定する正常判定手段とを備えたことを特徴とする。

より具体的には、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったタイミングで、直前までの保持値に嵩上げ値を加えて正常判定値を作成し、その後、算出された熱劣化度が、正常判定値を下限として設定されている正常範囲内に到達している場合には正常と判定するようにしている。こうして熱劣化度が上昇しない場合も含めた状態を区別して熱劣化度の正常状態を正確に判断できるようにしている。

更にイグニッションスイッチのオン毎に正常判定がなされることで、排気浄化部熱劣化度算出手段による熱劣化度算出が正常であれば、内燃機関始動初期において直ちに正常と判定できることから、以後の内燃機関の排気浄化制御について信頼性を向上できる。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関排気浄化制御装置において、前記正常範囲は、前記正常判定値から該正常判定値より大きな値として設定されている異常判定値までの領域であることを特徴とする。

このように正常範囲を設定でき、熱劣化度が正常に算出されていれば、熱劣化度が上昇しない場合も含めた状態を区別して熱劣化度の正常状態を正確に判断できる。
（５）請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関排気浄化制御装置において、前記熱劣化度が異常判定値以上の領域に到達している場合には異常と判定する異常判定手段を備えたことを特徴とする。

このように排気浄化部の熱劣化度が異常判定値以上の領域となった場合、すなわち正常範囲を越えてしまうと異常との判定を行うことにより、排気浄化部の異常時に必要な措置、例えば燃焼状態の変更や内燃機関の運転者に対する報知などが可能となる。

（６）請求項６に記載の発明は、請求項２〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気浄化制御装置において、前記正常判定値作成手段は、前記嵩上げ値として、前記温度熱劣化進行幅関係にて求められる前記熱劣化進行幅の最低値以下で０より大きい値を用いることを特徴とする。

正常判定値を作成するための嵩上げ値としては、温度熱劣化進行幅関係にて求められる熱劣化進行幅の最低値以下で０より大きい値とすることにより、排気浄化部熱劣化度算出手段が正常に熱劣化度を算出していれば、算出された熱劣化度は必ず正常判定値以上となる。

したがって、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったタイミング後において、熱劣化度が上昇しない場合も含めた状態を、早期に区別して熱劣化度の正常状態を正確に判断できる。

（７）請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関排気浄化制御装置において、前記正常判定値作成手段は、前記嵩上げ値として、前記温度熱劣化進行幅関係にて求められる前記熱劣化進行幅の最低値を用いることを特徴とする。

このように嵩上げ値を、温度熱劣化進行幅関係にて求められる熱劣化進行幅の最低値としても良い。このことにより排気浄化部熱劣化度算出手段により算出される熱劣化度の上昇が熱劣化進行幅の最低値より小さい場合を区別でき、この場合には温度熱劣化進行幅関係から求められている熱劣化進行幅に基づいて累積計算されていないと判断できる。したがって熱劣化度が上昇したとしても正常な上昇ではない状態をも区別でき、熱劣化度の正常状態を一層正確に判断できる。

［実施の形態１］
図１は上述した発明が適用された車両用ディーゼルエンジンと、内燃機関燃焼制御装置の機能を果たす制御システムとの概略を表す構成説明図である。尚、本発明は希薄燃焼式ガソリンエンジンなどについて同様な触媒構成を採用した場合においても適用できる。

ディーゼルエンジン２は複数気筒、ここでは４気筒＃１，＃２，＃３，＃４からなる。尚、他の気筒数でも良い。各気筒＃１〜＃４の燃焼室４は吸気弁６にて開閉される吸気ポート８及び吸気マニホールド１０を介してサージタンク１２に連結されている。そしてサージタンク１２は、吸気通路１３を介して、インタークーラ１４に連結され、更に過給機、ここでは排気ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａの出口側に連結されている。コンプレッサ１６ａの入口側はエアクリーナ１８に連結されている。サージタンク１２には、排気再循環（以下、「ＥＧＲ」と称する）経路２０のＥＧＲガス供給口２０ａが開口している。そしてサージタンク１２とインタークーラ１４との間の吸気通路１３には、スロットル弁２２が配置され、コンプレッサ１６ａとエアクリーナ１８との間には吸入空気量センサ２４及び吸気温センサ２６が配置されている。

各気筒＃１〜＃４の燃焼室４は排気弁２８にて開閉される排気ポート３０及び排気マニホールド３２を介して排気ターボチャージャ１６の排気タービン１６ｂの入口側に連結され、排気タービン１６ｂの出口側は排気通路３４に接続されている。尚、排気タービン１６ｂは排気マニホールド３２において第４気筒＃４側から排気を導入している。

この排気通路３４には、排気浄化触媒が収納されている３つの触媒コンバータ３６，３８，４０が配置されている。最上流の第１触媒コンバータ３６にはＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａが収納されている。ディーゼルエンジン２の通常の運転時において排気が酸化雰囲気（リーン）にある時には、ＮＯｘはこのＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａに吸蔵される。そして還元雰囲気（ストイキあるいはストイキよりも低い空燃比）ではＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａに吸蔵されたＮＯｘがＮＯとして離脱しＨＣやＣＯにより還元される。このことによりＮＯｘの浄化を行っている。

そして２番目に配置された第２触媒コンバータ３８にはモノリス構造に形成された壁部を有するフィルタ３８ａが収納され、この壁部の微小孔を排気が通過するように構成されている。このフィルタ３８ａの微小孔表面にはコーティングにてＮＯｘ吸蔵還元触媒の層が形成されているので、排気浄化触媒として機能し前述したごとくにＮＯｘの浄化が行われる。更にフィルタ壁部には排気中の粒子状物質（以下「ＰＭ」と称する）が捕捉されて堆積する。この堆積したＰＭは、高温の酸化雰囲気とすることで、ＮＯｘ吸蔵時に発生する活性酸素によりＰＭの酸化が開始されると共に、更に周囲の過剰酸素によりＰＭ全体が酸化される。このことによりＮＯｘの浄化と共にＰＭの酸化による浄化を実行している。尚、ここでは第１触媒コンバータ３６と第２触媒コンバータ３８とは一体化された構成で形成されている。これらＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａ及びフィルタ３８ａの組み合わせが請求項の排気浄化部に相当する。

最下流の第３触媒コンバータ４０は、酸化触媒４０ａが収納され、ここではＨＣやＣＯが酸化されて浄化される。
ＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａとフィルタ３８ａとの間には第１排気温センサ４４が配置されている。更に、フィルタ３８ａと酸化触媒４０ａとの間において、フィルタ３８ａの近くには第２排気温センサ４６が、酸化触媒４０ａの近くには空燃比センサ４８が配置されている。

上記空燃比センサ４８は、ここでは固体電解質を利用したものであり、排気成分に基づいて排気の空燃比を検出し、空燃比に比例した電圧信号をリニアに出力するセンサである。又、第１排気温センサ４４と第２排気温センサ４６とはそれぞれの位置で排気温度ｔｈｃｉ，ｔｈｃｏを検出するものである。

フィルタ３８ａの上流側と下流側には差圧センサ５０の配管がそれぞれ設けられ、差圧センサ５０はフィルタ３８ａの目詰まりの程度、すなわちＰＭの堆積度合を検出するためにフィルタ３８ａの上下流での差圧ΔＰを検出している。

尚、排気マニホールド３２には、ＥＧＲ経路２０のＥＧＲガス吸入口２０ｂが開口している。このＥＧＲガス吸入口２０ｂは第１気筒＃１側で開口しており、排気タービン１６ｂが排気を導入している第４気筒＃４側とは反対側である。

ＥＧＲ経路２０の途中にはＥＧＲガス吸入口２０ｂ側から、ＥＧＲガスを改質するための鉄系ＥＧＲ触媒５２が配置され、更にＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５４が設けられている。尚、ＥＧＲ触媒５２はＥＧＲクーラ５４の詰まりを防止する機能も有している。そしてＥＧＲガス供給口２０ａ側にはＥＧＲ弁５６が配置されている。このＥＧＲ弁５６の開度調節によりＥＧＲガス供給口２０ａから吸気系へのＥＧＲガス供給量の調節が可能となる。

各気筒＃１〜＃４に配置されて、各燃焼室４内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁５８は、燃料供給管５８ａを介してコモンレール６０に連結されている。このコモンレール６０内へは電気制御式の吐出量可変燃料ポンプ６２から燃料が供給され、燃料ポンプ６２からコモンレール６０内に供給された高圧燃料は各燃料供給管５８ａを介して各燃料噴射弁５８に分配供給される。尚、コモンレール６０には燃料圧力を検出するための燃料圧センサ６４が取り付けられている。

更に燃料ポンプ６２からは別途、低圧燃料が燃料供給管６６を介して添加弁６８に供給されている。この添加弁６８は第４気筒＃４の排気ポート３０に設けられて、排気タービン１６ｂ側に向けて燃料を噴射することにより排気中に燃料添加するものである。この燃料添加により後述する触媒制御モードが実行される。

電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と称する）７０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたデジタルコンピュータと、各種装置を駆動するための駆動回路とを主体として構成されている。そしてＥＣＵ７０は前述した吸入空気量センサ２４、吸気温センサ２６、第１排気温センサ４４、第２排気温センサ４６、空燃比センサ４８、差圧センサ５０、ＥＧＲ弁５６内のＥＧＲ開度センサ、燃料圧センサ６４及びスロットル開度センサ２２ａの信号を読み込んでいる。更にアクセルペダル７２の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ７４、及びディーゼルエンジン２の冷却水温ＴＨＷを検出する冷却水温センサ７６から信号を読み込んでいる。更に、クランク軸７８の回転数ＮＥ（ｒｐｍ）を検出するエンジン回転数センサ８０、クランク軸７８の回転位相あるいは吸気カムの回転位相を検出して気筒判別を行う気筒判別センサ８２、及びイグニッションスイッチ８４から信号を読み込んでいる。

そしてこれらの信号から得られるエンジン運転状態に基づいて、ＥＣＵ７０は燃料噴射弁５８による燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御を実行する。更にＥＧＲ弁５６の開度制御、モータ２２ｂによるスロットル開度制御、燃料ポンプ６２の吐出量制御、及び添加弁６８の開弁制御により後述するＰＭ再生制御、Ｓ被毒回復制御あるいはＮＯｘ還元制御といった触媒制御や、後述する触媒熱劣化状態判定処理、その他の各処理を実行する。

ＥＣＵ７０が実行する燃焼モード制御としては、通常燃焼モードと低温燃焼モードとの２種類から選択した燃焼モードを、運転状態に応じて実行する。ここで低温燃焼モードとは、低温燃焼モード用ＥＧＲ弁開度マップを用いて大量の排気再循環量により燃焼温度の上昇を緩慢にしてＮＯｘとスモークとを同時低減させる燃焼モードである。この低温燃焼モードは、低負荷低中回転領域にて実行し、空燃比センサ４８が検出する空燃比ＡＦに基づいてスロットル開度ＴＡの調節による空燃比フィードバック制御がなされている。これ以外の燃焼モードが、通常燃焼モード用ＥＧＲ弁開度マップを用いて通常のＥＧＲ制御（ＥＧＲしない場合も含める）を実行する通常燃焼モードである。

そして排気浄化触媒、主としてフィルタ３８ａに対する触媒制御を実行する触媒制御モードとしては、ＰＭ再生制御モード、Ｓ被毒回復制御モード、ＮＯｘ還元制御モード及び通常制御モードの４種類のモードが存在する。

ＰＭ再生制御モードとは、ＰＭの推定堆積量（以下、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍで表す）が再生要求堆積量に到達すると、特に第２触媒コンバータ３８内のフィルタ３８ａに堆積しているＰＭを高温化により前述したごとく酸化により燃焼させてＣＯ2とＨ2Ｏにして排出するＰＭ浄化用昇温処理を実行するモードである。このモードでは、ストイキ(理論空燃比)よりも高い空燃比状態で添加弁６８からの燃料添加を繰り返して触媒床温を高温化（例えば６００〜７００℃）するが、更に燃料噴射弁５８による膨張行程あるいは排気行程における燃焼室４内への燃料噴射であるアフター噴射を加える場合がある。尚、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが再生要求堆積量に到達していなくても、前述した差圧センサ５０が検出するフィルタ３８ａの上下流での差圧ΔＰが大きくなった場合については、ＰＭ浄化用昇温処理を実行して、フィルタ３８ａに堆積しているＰＭを高温化により酸化により燃焼させて浄化している。上記ＰＭ堆積量ＰＭｓｍは、燃焼室４から排出されるＰＭと添加弁６８から添加される燃料により排出されるＰＭとの単位時間当たりの合計排出量と、フィルタ３８ａでの酸化による単位時間当たりの浄化量との差から、時間経過にしたがってフィルタ３８ａに堆積されているＰＭ量を推定した値である。

尚、ＰＭ再生制御モード内において間欠添加処理によるバーンアップ型昇温処理を実行しても良い。この間欠添加処理は、添加弁６８からの間欠的な燃料添加により空燃比をストイキ又はストイキよりもわずかに低い空燃比とする空燃比低下処理を、全く燃料添加しない期間を間に置いて行う。ここではストイキよりもわずかに低い空燃比とするリッチ化を行っている。この処理においても燃料噴射弁５８によるアフター噴射を加える場合がある。このことにより、ＰＭの焼き尽くし（バーンアップ）作用を生じさせて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａの前端面のＰＭ詰まりを解消したり、フィルタ３８ａ内に堆積したＰＭを焼き尽くす処理を行う。

Ｓ被毒回復制御モードとは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａ及びフィルタ３８ａがＳ（硫黄）被毒してＮＯｘ吸蔵能力が低下した場合にＳ成分を放出させてＳ被毒から回復させるモードである。このモードでは、添加弁６８から燃料添加を繰り返して触媒床温を高温化（例えば６５０℃）する昇温処理を実行し、更に添加弁６８からの間欠的な燃料添加により空燃比をストイキ又はストイキよりもわずかに低い空燃比とする空燃比低下処理を行う。ここではストイキよりもわずかに低い空燃比とするリッチ化を行っている。このモードも燃料噴射弁５８によるアフター噴射を加える場合がある。

ＮＯｘ還元制御モードとは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａ及びフィルタ３８ａに吸蔵されたＮＯｘを、Ｎ2、ＣＯ2及びＨ2Ｏに還元して放出するモードである。このモードでは、添加弁６８からの比較的時間をおいた間欠的な燃料添加により、触媒床温は比較的低温（例えば２５０〜５００℃）で空燃比をストイキ又はストイキよりも低下させる処理を行う。

尚、これら３つの触媒制御モード以外の状態が通常制御モードとなり、この通常制御モードでは添加弁６８からの燃料添加や燃料噴射弁５８によるアフター噴射はなされない。
図２はＥＣＵ７０により実行される触媒熱劣化状態判定処理のフローチャートを示す。本処理は１ｓの時間周期で割り込み実行される処理である。なお個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「Ｓ〜」で表す。

触媒熱劣化状態判定処理（図２）について説明する。本処理が開始されると、まず現在の熱劣化度Ｋの値が評価される（Ｓ１０２）。この熱劣化度Ｋは後述するステップＳ１０８，Ｓ１１０の一連の処理にて１ｍｉｎ周期で繰り返し算出されている値である。尚、ＥＣＵ７０において熱劣化度ＫのデータはバックアップＲＡＭやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリに記憶されており、ＥＣＵ７０に対する電源オフ時においても熱劣化度Ｋの値は保持されている。したがって次の電源オン後のＥＣＵ７０では、この保持値から熱劣化度Ｋの計算は開始されることになる。

熱劣化度Ｋの評価は、式１，２，３のいずれに該当するかが判定されることによりなされる。
［式１］ Ｋ ＜ Ｓｍｉｎ
［式２］ Ｓｍｉｎ ≦ Ｋ ＜ Ｓｍａｘ
［式３］ Ｋ ≧ Ｓｍａｘ
ここで異常判定値Ｓｍａｘは予め定めてある熱劣化度の値が設定されている。正常判定値Ｓｍｉｎは、図３のフローチャートに示す正常判定値Ｓｍｉｎ作成処理により、触媒熱劣化状態判定処理（図２）の処理開始前に、イグニッションスイッチ８４がオフからオンに切り替わったタイミングで求められている値である。すなわち正常判定値Ｓｍｉｎ作成処理（図３）では、まずイグニッションスイッチ８４のオン直後か否かが判定される（Ｓ１５２）。オン直後であれば（Ｓ１５２で「ｙｅｓ」）、式４により正常判定値Ｓｍｉｎが作成される（Ｓ１５４）。

［式４］ Ｓｍｉｎ ← Ｋ ＋ Ｕ
式４の右辺の熱劣化度Ｋは、ＥＣＵ７０の電源オフ時に前述したごとく保持されていた保持値である。この保持値である熱劣化度Ｋの値に対して後述する熱劣化進行幅マップ中の最低値Ｕが加えられて、正常判定値Ｓｍｉｎが作成される。

尚、熱劣化進行幅マップ内に記載されている値は全てプラスの値であると共に、最低値Ｕは１である。
イグニッションスイッチ８４のオン直後でなければ（Ｓ１５２で「ｎｏ」）、式４の正常判定値Ｓｍｉｎ作成（Ｓ１５４）はなされないので、イグニッションスイッチ８４がオフからオンとなったタイミングのみで、正常判定値Ｓｍｉｎが作成されることになる。

触媒熱劣化状態判定処理（図２）の説明に戻り、イグニッションスイッチ８４のオン時直後においては、前記式１〜３のいずれであるかを判定される熱劣化度Ｋには保持値がそのまま設定されている。そして、直前に設定されている正常判定値Ｓｍｉｎは熱劣化度Ｋより１だけ大きい値であるので、ステップＳ１０２の評価では前記式１が満足される。

このため次に１ｍｉｎ周期タイミングか否かが判定される（Ｓ１０６）。この判定は、イグニッションスイッチ８４のオン直後から１ｍｉｎ周期で繰り返し「ｙｅｓ」と判定するための判定処理である。

触媒熱劣化状態判定処理（図２）は１ｓ周期で実行されることから、最初の内は１ｍｉｎ周期のタイミングでないと判定される（Ｓ１０６で「ｎｏ」）。したがってこのまま一旦本処理を終了する。１ｍｉｎ周期のタイミングとならない限りは、ステップＳ１０６にて「ｎｏ」と判定されて、このまま一旦終了する処理が継続する。

そして１ｍｉｎが経過すると（Ｓ１０６で「ｙｅｓ」）、次に熱劣化進行幅ｄＫが熱劣化進行幅マップｆ（Ｔ，Ｋ）により、触媒温度Ｔ及び熱劣化度Ｋに基づいて算出される（Ｓ１０８）。

ここで触媒温度ＴはＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａ及びフィルタ３８ａ内部の触媒の温度であり、排気温度ｔｈｃｉ，ｔｈｃｏ及びディーゼルエンジン２の運転状態から推定した温度である。

熱劣化進行幅マップｆ（Ｔ，Ｋ）は、実験により設定した１ｍｉｎ間での熱劣化の進行の程度を示すマップであり、図４に破線の等高線で示すごとくの傾向に値が形成されており、最低値は１が設定されている。

次に式５に示すごとく新たな熱劣化度Ｋが算出される（Ｓ１１０）。
［式５］ Ｋ ← Ｋ ＋ ｄＫ
ここで右辺の熱劣化度ＫはステップＳ１０８までで用いられている既に算出されている熱劣化度であり、左辺の熱劣化度Ｋが新たに算出された値である。

こうして一旦本処理を終了する。次の制御周期では、前回の熱劣化進行幅ｄＫ算出（Ｓ１０８）と、前回の熱劣化度Ｋ算出（Ｓ１１０）とが正常になされていれば、前記式５にて熱劣化度Ｋに加えられる熱劣化進行幅ｄＫは１以上の値である。この時の熱劣化度Ｋは、異常判定値Ｓｍａｘに比較して十分に低い値であるとすると、前記式２が満足される。

このように式２の成立により、正常に熱劣化進行幅ｄＫ算出（Ｓ１０８）と前回の熱劣化度Ｋ算出（Ｓ１１０）とがなされていることが判明し、異常判定値Ｓｍａｘ以上となっていないので、正常判定（正常であるとの判定）がなされる（Ｓ１０４）。

以後、１ｍｉｎ周期のタイミングでない場合には（Ｓ１０６「ｎｏ」）、このまま一旦本処理を終了する処理を繰り替えすことで、正常判定（Ｓ１０４）を維持する。次の１ｍｉｎ周期のタイミングとなれば（Ｓ１０６「ｙｅｓ」）、前述したごとくの熱劣化進行幅ｄＫ算出（Ｓ１０８）と熱劣化度Ｋ算出（Ｓ１１０）とがなされて、更に増加した新たな熱劣化度Ｋの算出がなされる。

そして、このような熱劣化度Ｋの算出により、最終的に熱劣化度Ｋが前記式３を満足するようになると、異常判定（異常であるとの判定）がなされる（Ｓ１１２）。この異常判定がなされると、燃焼状態を変更してＮＯｘが燃焼室４から出にくいように制御されたり、あるいは報知機能により運転者に知らせて触媒コンバータ３６，３８の交換等を促す。

もしイグニッションスイッチ８４のオン以後に、熱劣化進行幅ｄＫ算出（Ｓ１０８）と熱劣化度Ｋ算出（Ｓ１１０）とのいずれかが正常に行われずに、前記式１のままであった場合には、正常判定（Ｓ１０４）がなされない状態が継続することになる。

図５のタイミングチャートに本実施の形態における処理の一例を示す。
イグニッションスイッチ（ＩＧ−ＳＷ）８４がオフ（ＯＦＦ）時（ｔ０前）では熱劣化度Ｋの値は、保持値Ｋ０としてＥＣＵ７０の不揮発性メモリ中に保持された状態となっている。イグニッションスイッチ８４がオン（ＯＮ）となることで（ｔ０）、正常判定値Ｓｍｉｎ作成処理（図３）においてステップＳ１５４による正常判定値Ｓｍｉｎの作成が行われ、引き続き１ｓ周期でが触媒熱劣化状態判定処理（図２）が実行される。

最初は（ｔ０）、Ｓｍｉｎ＝Ｋ＋Ｕであることから、Ｋ＜Ｓｍｉｎであり、触媒熱劣化状態判定処理（図２）では正常判定（Ｓ１０４）も異常判定（Ｓ１１２）もなされない。更にステップＳ１０６では時刻ｔ０から１ｍｉｎを経過していないので（Ｓ１０６で「ｎｏ」）、熱劣化度Ｋの更新（Ｓ１０８，Ｓ１１０）もなされない。

そして、１ｍｉｎ経過すると（Ｓ１０６で「ｙｅｓ」：ｔ１）、熱劣化度Ｋの更新（Ｓ１０８，Ｓ１１０）がなされる。熱劣化進行幅マップ（図４）から得られる熱劣化進行幅ｄＫの最低値Ｕ（＝１）が熱劣化度Ｋの保持値Ｋ０の嵩上げ値として用いられて正常判定値Ｓｍｉｎが作成されている。このため触媒熱劣化状態判定処理（図２）について更に１ｓ後の制御周期では、ステップＳ１０２の判定でＳｍｉｎ≦Ｋ＜Ｓｍａｘと判定されて、正常判定（Ｓ１０４）がなされる。以後、１ｍｉｎ周期毎に熱劣化度Ｋの更新（Ｓ１０８，Ｓ１１０）がなされ、熱劣化度Ｋは上昇してゆく（ｔ２〜）。そして最終的にＫ≧Ｓｍａｘとなれば、異常判定（Ｓ１１２）がなされるので、前述したごとく燃焼状態を変更したり運転者等に対する報知が行われる。

もし何らかの原因でＥＣＵ７０内でステップＳ１０８，Ｓ１１０の処理がなされない状態となっている場合には、図６に示すごとく、イグニッションスイッチ８４のオン後に１ｍｉｎ経過してもＫ＜Ｓｍｉｎである。したがって触媒熱劣化状態判定処理（図２）では正常判定（Ｓ１０４）も異常判定（Ｓ１１２）もなされない状態が継続することになる。

上述した構成において、請求項との関係は、ＥＣＵ７０が排気浄化部熱劣化状態判定手段、温度検出手段、劣化進行幅算出手段、排気浄化部熱劣化度算出手段、熱劣化度保持手段、正常判定値作成手段、正常判定手段及び異常判定手段に相当する。ＥＣＵ７０により排気温センサ４４，４６が検出する排気温度ｔｈｃｉ，ｔｈｃｏや、ディーゼルエンジン２の運転状態に基づいて推定されるＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａ及びフィルタ３８ａにおける触媒温度Ｔの検出処理が温度検出手段としての処理に相当する。ＥＣＵ７０内の不揮発性メモリに熱劣化度Ｋを記憶する処理が熱劣化度保持手段としての処理に相当する。触媒熱劣化状態判定処理（図２）のステップＳ１０８が劣化進行幅算出手段としての処理に、ステップＳ１１０が排気浄化部熱劣化度算出手段としての処理に、正常判定値Ｓｍｉｎ作成処理（図３）が正常判定値作成手段としての処理に相当する。触媒熱劣化状態判定処理（図２）のステップＳ１０２にてＳｍｉｎ≦Ｋ＜Ｓｍａｘと判定してステップＳ１０４にて正常判定する処理が正常判定手段としての処理に相当し、ステップＳ１０２にてＫ≧Ｓｍａｘと判定してステップＳ１１２にて異常判定する処理が異常判定手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．正常判定値Ｓｍｉｎ作成処理（図３）では、熱劣化度Ｋの算出処理開始初期、ここではイグニッションスイッチ８４のオン直後において、オフ時に保持していた保持値としての熱劣化度Ｋの値に嵩上げを行って正常領域の下限値である正常判定値Ｓｍｉｎを作成している。

そして触媒熱劣化状態判定処理（図２）では、熱劣化度Ｋの正常範囲（Ｓｍｉｎ≦Ｋ＜Ｓｍａｘ）を設定して、熱劣化度Ｋが累積により正常範囲内に到達している場合には、熱劣化度Ｋが正常に上昇しているとして正常判定（Ｓ１０４）している。そして熱劣化度Ｋが上昇しない場合（Ｋ＜Ｓｍｉｎ）には正常判定は行っていない。このように熱劣化度Ｋが上昇しない場合（Ｋ＜Ｓｍｉｎ）も含めて、正常範囲以外の状態を区別しているので、熱劣化度Ｋの正常状態を正確に判断できる。

したがって、正常判定（Ｓ１０４）がなされれば、継続して排気浄化部（ＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａ及びフィルタ３８ａ）を用いてもエミッションの悪化を招くことがないと判断できる。更に、正常判定されない状態（Ｋ＜Ｓｍｉｎ）が長期にわたって継続すれば、算出されている熱劣化度Ｋが信頼できる状態にないとして必要な対策を採ることができ、未然にエミッションの悪化を防止することができる。

（ロ）．更に熱劣化度Ｋが異常判定値Ｓｍａｘ以上の領域となった場合、すなわち正常範囲を越えてしまうと、異常判定（Ｓ１１２）を行うことにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３６ａ及びフィルタ３８ａの異常時に必要な措置、例えば燃焼状態の変更やディーゼルエンジン２の運転者に対する報知などが可能となる。

（ハ）．更にイグニッションスイッチ８４のオン毎に熱劣化度Ｋの評価がなされることから、以後に行われるディーゼルエンジン２の排気浄化制御について信頼性を向上できる。

（ニ）．正常判定値Ｓｍｉｎを作成するための嵩上げ値としては、温度熱劣化進行幅関係に相当する熱劣化進行幅マップ（図４）の最低値Ｕ以下で、かつ０より大きい値としている。ここでは最低値Ｕ（＝１）自体を嵩上げ値としている。このことにより正常に熱劣化度Ｋが算出されていれば、算出された熱劣化度Ｋは必ず正常判定値Ｓｍｉｎ以上となる。

したがってイグニッションスイッチ８４がオフからオンに切り替わったタイミング後において、熱劣化度Ｋが上昇しない場合をも早期に区別して熱劣化度Ｋの正常状態を正確に判断できる。

［その他の実施の形態］
（ａ）．前記実施の形態１において、熱劣化進行幅マップ（図４）の最低値Ｕは１であった。これとは異なり、最低値Ｕが１より大きい値であった場合、例えば、Ｕ＝２であれば、正常判定値Ｓｍｉｎ作成処理（図３）のステップＳ１５４において、前記式４の代わりに式６に示すごとく嵩上げ値Ｐ（０＜Ｐ≦Ｕ）を用いて、正常判定値Ｓｍｉｎを作成しても良い。

［式６］ Ｓｍｉｎ ← Ｋ ＋ Ｐ
この場合、Ｐ＝２としても良く、Ｐ＝１としても良い。
特にＰ＝２とした場合には、触媒熱劣化状態判定処理（図２）のステップＳ１０８，Ｓ１１０が正常に実行されずに、図７のタイミングチャートに示すごとく熱劣化度Ｋの値が１増加する異常な処理（図７ではｔ２０とｔ２１との間で生じている例）がなされたとしても、Ｋ＜Ｓｍｉｎの状態である。したがって熱劣化度Ｋが増加したとしても最低値Ｕより小さい異常な増加であれば、正常と判定されることが無いので、Ｐ＝１とする場合よりも一層適切な判断がなされる。尚、正常に熱劣化度Ｋの計算が行われていれば図８のタイミングチャートに示すごとく正常判定される（ｔ３１）。

（ｂ）．前記実施の形態では熱劣化進行度合いとして熱劣化進行幅を用いたが、熱劣化進行度合いとしては、熱劣化進行率を用いても良い。すなわち触媒熱劣化状態判定処理（図２）のステップＳ１０８，Ｓ１１０において、熱劣化進行幅マップ（図４）の代わりに熱劣化進行率マップを用いて、触媒温度Ｔと熱劣化度Ｋとから熱劣化進行率を求め、「熱劣化度Ｋ×熱劣化進行率」の計算により、新たな熱劣化度Ｋを算出するようにしても良い。ここで熱劣化進行率は１より大きい値である。

そして正常判定値Ｓｍｉｎ作成処理（図３）のステップＳ１５４では「熱劣化度Ｋ×最低熱劣化進行率」の計算により正常判定値Ｓｍｉｎを算出する。
このことによっても前記実施の形態１の効果を生じさせることができる。

実施の形態１の車両用ディーゼルエンジンと制御システムとの概略構成説明図。 実施の形態１の触媒熱劣化状態判定処理のフローチャート。 実施の形態１の正常判定値Ｓｍｉｎ作成処理のフローチャート。 実施の形態１の熱劣化進行幅マップの値の傾向を破線の等高線で示すグラフ。 実施の形態１の処理の一例を示すタイミングチャート。 実施の形態１の処理の一例を示すタイミングチャート。 熱劣化進行幅マップの最低値Ｕ＝２とした場合の処理の一例を示すタイミングチャート。 熱劣化進行幅マップの最低値Ｕ＝２とした場合の処理の一例を示すタイミングチャート。

符号の説明

２…ディーゼルエンジン、４…燃焼室、６…吸気弁、８…吸気ポート、１０…吸気マニホールド、１２…サージタンク、１３…吸気通路、１４…インタークーラ、１６…排気ターボチャージャ、１６ａ…コンプレッサ、１６ｂ…排気タービン、１８…エアクリーナ、２０…ＥＧＲ経路、２０ａ…ＥＧＲガス供給口、２０ｂ…ＥＧＲガス吸入口、２２…スロットル弁、２２ａ…スロットル開度センサ、２２ｂ…モータ、２４…吸入空気量センサ、２６…吸気温センサ、２８…排気弁、３０…排気ポート、３２…排気マニホールド、３４…排気通路、３６…第１触媒コンバータ、３６ａ…ＮＯｘ吸蔵還元触媒、３８…第２触媒コンバータ、３８ａ…フィルタ、４０…第３触媒コンバータ、４０ａ…酸化触媒、４４…第１排気温センサ、４６…第２排気温センサ、４８…空燃比センサ、５０…差圧センサ、５２…ＥＧＲ触媒、５４…ＥＧＲクーラ、５６…ＥＧＲ弁、５８…燃料噴射弁、５８ａ…燃料供給管、６０…コモンレール、６２…燃料ポンプ、６４…燃料圧センサ、６６…燃料供給管、６８…添加弁、７０…ＥＣＵ、７２…アクセルペダル、７４…アクセル開度センサ、７６…冷却水温センサ、７８…クランク軸、８０…エンジン回転数センサ、８２…気筒判別センサ、８４…イグニッションスイッチ。

Claims (7)

1. 内燃機関の排気系に配置されて触媒機能により排気を浄化する排気浄化部の熱劣化度を算出して排気浄化部の熱劣化状態を判定する内燃機関排気浄化制御装置であって、
   熱劣化進行度合いを時間経過に応じて累積することにより前記排気浄化部の熱劣化度を算出する熱劣化度算出処理を実行すると共に、この熱劣化度算出処理の停止時に前記熱劣化度の値を保持値として保持し、前記熱劣化度算出処理の停止から開始への移行にともない同開始の直前に保持されている前記保持値を基準として前記累積による前記熱劣化度の算出を開始し、これ以降に得られる新たな熱劣化度が前記熱劣化度算出処理開始後に前記保持値より大きい領域に設定された正常範囲内に到達した場合には、正常と判定する排気浄化部熱劣化状態判定手段を備えた
   ことを特徴とする内燃機関排気浄化制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関排気浄化制御装置において、
   当該制御装置は、所定の演算周期毎に前記熱劣化度算出処理により前記熱劣化度の算出を行うものであり、前記熱劣化度算出処理を開始した後の最初の演算周期において前記熱劣化進行度合いを前記保持値に対して累積してこれを新たな熱劣化度として算出し、以降は所定の演算周期が訪れる毎にその直前の演算周期にて算出された熱劣化度に対して前記熱劣化進行度合いを累積して新たな熱劣化度を算出するものである
   ことを特徴とする内燃機関排気浄化制御装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関排気浄化制御装置において、
   前記排気浄化部熱劣化状態判定手段は、
   前記排気浄化部の温度を検出する温度検出手段と、
   前記熱劣化進行度合いとして熱劣化進行幅を用い、前記排気浄化部の温度と前記熱劣化度とに対応する前記熱劣化進行幅の関係を表しかつ最低値がプラスの値である温度熱劣化進行幅関係に基づいて、前記温度検出手段にて検出される前記排気浄化部の温度と前記熱劣化度とから単位時間当たりの前記熱劣化進行幅を算出する劣化進行幅算出手段と、
   前記劣化進行幅算出手段にて算出された前記熱劣化進行幅を、前記単位時間を１周期として累積することで、前記排気浄化部の熱劣化度を算出する排気浄化部熱劣化度算出手段と、
   イグニッションスイッチのオフ時に、前記排気浄化部熱劣化度算出手段にて算出された前記排気浄化部の熱劣化度を前記保持値として保持する熱劣化度保持手段と、
   イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったタイミングで、直前までの前記保持値に嵩上げ値を加えて正常判定値を作成する正常判定値作成手段と、
   前記排気浄化部熱劣化度算出手段にて算出された前記熱劣化度が、前記正常判定値作成手段にて作成された正常判定値を下限として設定されている前記正常範囲内に到達している場合には正常と判定する正常判定手段とを備える
   ことを特徴とする内燃機関排気浄化制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関排気浄化制御装置において、
   前記正常範囲は、前記正常判定値から該正常判定値より大きな値として設定されている異常判定値までの領域である
   ことを特徴とする内燃機関排気浄化制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関排気浄化制御装置において、
   前記熱劣化度が異常判定値以上の領域に到達している場合には異常と判定する異常判定手段を備えた
   ことを特徴とする内燃機関排気浄化制御装置。
6. 請求項２〜５のいずれか一項に記載の内燃機関排気浄化制御装置において、
   前記正常判定値作成手段は、前記嵩上げ値として、前記温度熱劣化進行幅関係にて求められる前記熱劣化進行幅の最低値以下で０より大きい値を用いる
   ことを特徴とする内燃機関排気浄化制御装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関排気浄化制御装置において、
   前記正常判定値作成手段は、前記嵩上げ値として、前記温度熱劣化進行幅関係にて求められる前記熱劣化進行幅の最低値を用いる
   ことを特徴とする内燃機関排気浄化制御装置。

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