JP4259361B2

JP4259361B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP4259361B2
Application number: JP2004077824A
Authority: JP
Inventors: 大介柴田; 裕澤田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2024-03-18
Also published as: JP2005264808A

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気通路に三元触媒（本明細書においては、単に「触媒」と云うこともある。）設けることにより、内燃機関の排気を浄化することができる。この触媒は、酸素を貯蔵する機能（Ｏ₂ストレージ機能）を有していて、流入する排気の空燃比がリッチである場合には貯蔵している酸素によりＨＣ,ＣＯ等の未燃成分を酸化するとともに、流入する排気の空燃比がリーンである場合には窒素酸化物（ＮＯx）を還元して同ＮＯxから奪った酸素を内部に貯蔵する。これにより、三元触媒は、排気の空燃比が理論空燃比以外の場合でも、未燃成分やＮＯxを浄化することができる。従って、三元触媒が貯蔵し得る酸素量（以下、「酸素吸蔵量」という。）の最大値（以下、「最大酸素吸蔵量」と称呼する。）が大きいほど、三元触媒の浄化能力は高くなる。

一方、触媒は被毒、或いは触媒に加わる熱により劣化し、触媒の劣化が進行するほど最大酸素吸蔵量は低下する。従って、触媒の最大酸素吸蔵量が推定できれば、この推定した最大酸素吸蔵量に基づいて該触媒が劣化したか否かを判定することができる。

そして、酸素吸蔵能力を有した触媒にリッチ空燃比の排気を流入させ、該触媒よりも下流側の空燃比の変化から該触媒の酸素吸蔵能力の低下を判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−３０１７１７号公報

ところで、粒子状物質が多く排出されるディーゼル機関では、排気通路に該粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを備えていることがある。さらに、触媒を担持したパティキュレートフィルタは、燃料等の供給により温度を上昇させることで、粒子状物質を酸化除去することができる。

しかし、粒子状物質の酸化の際に還元剤と酸素とが反応するため、パティキュレートフィルタよりも下流に設けられた空燃比センサの検出値が変化する。これにより、酸素吸蔵能力の低下を空燃比センサの検出値から判定することが困難となる。

一方、パティキュレートフィルタに担持された触媒に硫黄被毒が発生すると、吸蔵できるＮＯxの量および吸蔵したＮＯxの放出に要する還元剤量が減少する。このため、従来の触媒の酸素およびＮＯxの吸蔵能力の低下を判定する技術によれば、酸素およびＮＯxの吸蔵能力が低下していると判定される。しかし、硫黄被毒は回復させることが可能であり触媒の劣化とは異なる。したがって、硫黄被毒により生じる、吸蔵可能な酸素およびＮＯxの量並びに吸蔵したＮＯxの放出に要する還元剤量の減少は、本来判定すべき酸素およびＮＯxの吸蔵能力の低下とは異なる。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、酸素吸蔵能力の低下を判定する際に酸素吸蔵能力以外の原因により排気中の酸素濃度が変化した場合の誤判定を抑制することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、
内燃機関の排気通路に設けられ酸素吸蔵能力を有する成分を担持したパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタよりも下流の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記パティキュレートフィルタよりも上流の排気中へ還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記還元剤添加手段による還元剤の添加が行われているときの前記空燃比検出手段により得られる排気の空燃比の変化から前記酸素吸蔵能力を有する成分の酸素吸蔵量および／または吸蔵していた酸素の放出に要した還元剤量を推定する吸蔵量推定手段と、
前記パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の量を推定する粒子状物質堆積量推定手段と、
前記パティキュレートフィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、
前記粒子状物質堆積量推定手段により推定される粒子状物質の堆積量および前記フィルタ温度検出手段により検出されるパティキュレートフィルタの温度に基づいて、前記吸蔵量推定手段により推定される酸素量および／または還元剤量を補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された酸素量および／または還元剤量に基づいて前記酸素吸蔵能力を有する成分の酸素吸蔵能力の劣化判定を行う吸蔵能力劣化判定手段と、
を具備する。

本発明の最大の特徴は、パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の量が所定量以上の場合には、空燃比検出手段による検出値が変化する虞があるため、吸蔵量推定手段による推定値を補正することにより、酸素吸蔵能力の劣化判定精度を向上させることにある。

ここで、パティキュレートフィルタに還元剤を供給すると、酸素吸蔵能力を有する成分から酸素が放出される。そして、この酸素の放出が行われている間は空燃比検出手段により検出される空燃比はストイキ近傍で一定となる。このストイキ近傍となっている間に放出された酸素の量若しくはストイキ近傍よりもリッチ側となるまでにパティキュレートフィルタに添加された還元剤量に基づいて酸素吸蔵能力の低下の度合いを判定することができる。

しかし、パティキュレートフィルタに粒子状物質が多く堆積している場合には、還元剤の添加により放出された酸素および排気中に含まれる酸素により粒子状物質が酸化される。この粒子状物質の酸化のために排気中の酸素が消費され、パティキュレートフィルタ下流の空燃比がリッチ側へ変化する。そして、この変化は、酸素吸蔵能力の劣化のために生じたのか、あるいは粒子状物質の酸化のために生じたのか区別することは困難である。

そこで、本発明においては、吸蔵量推定手段による推定値を粒子状物質の堆積量およびパティキュレートフィルタの温度に基づいて補正する。ここで、パティキュレートフィルタの温度が高くなるほど該パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質は酸化されやすくなる。したがって、パティキュレートフィルタの温度が高くなるほど、吸蔵量推定手段による推定値の変化量が大きくなるので、吸蔵量推定手段による推定値を補正する値は大きくなる。

本発明においては、前記パティキュレートフィルタは、ＮＯxを吸蔵する能力を有する成分をさらに担持し、前記吸蔵量推定手段は、前記還元剤添加手段による還元剤の添加が
行われているときの前記空燃比検出手段により得られる排気の空燃比の変化から前記パティキュレートフィルタに担持された成分の酸素吸蔵量およびＮＯx吸蔵量、並びに／または吸蔵していた酸素およびＮＯxの放出に要した還元剤量を推定し、前記補正手段は、前記粒子状物質堆積量推定手段により推定される粒子状物質の堆積量および前記フィルタ温度検出手段により検出されるパティキュレートフィルタの温度に基づいて、前記吸蔵量推定手段により推定される酸素吸蔵量およびＮＯx吸蔵量並びに／または還元剤量を補正し、前記吸蔵能力劣化判定手段は、前記補正手段により補正された酸素吸蔵量およびＮＯx吸蔵量並びに／または還元剤量に基づいて前記パティキュレートフィルタに担持された成分の酸素吸蔵能力およびＮＯx吸蔵能力の劣化判定を行うことができる。

前記パティキュレートフィルタに還元剤を供給すると、該パティキュレートフィルタに担持された成分から酸素およびＮＯxの放出が行われる。そして、この酸素およびＮＯxの放出が行われている間は空燃比検出手段により検出される空燃比はストイキ近傍で一定となる。このストイキ近傍となっている間に放出された酸素およびＮＯxの量、若しくはストイキ近傍よりもリッチ側となるまでにパティキュレートフィルタに添加された還元剤量に基づいて酸素およびＮＯxの吸蔵能力の低下の度合いを判定することができる。

しかし、パティキュレートフィルタに粒子状物質が多く堆積している場合には、前記したように粒子状物質が酸化され排気中の酸素が消費されるので、パティキュレートフィルタ下流の空燃比がリッチ側へ変化する。そして、この変化は、酸素およびＮＯxの吸蔵能力の劣化のために生じたのか、あるいは粒子状物質の酸化のために生じたのか区別することは困難である。

そこで、本発明においては、吸蔵量推定手段による酸素吸蔵量およびＮＯx吸蔵量並びに／または還元剤量の推定値を粒子状物質の堆積量に基づいて補正する。また、パティキュレートフィルタの温度が高くなるほど該パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質は酸化されやすくなる。したがって、本発明においては、パティキュレートフィルタの温度をも考慮して前記補正を行う。

本発明においては、前記ＮＯxを吸蔵する能力を有する成分の硫黄被毒量を推定する硫黄被毒量推定手段をさらに備え、
前記補正手段は、前記硫黄被毒量推定手段により推定される硫黄被毒量と、前記粒子状物質堆積量推定手段により推定される粒子状物質の堆積量と、前記フィルタ温度検出手段により検出されるパティキュレートフィルタの温度と、に基づいて、前記吸蔵量推定手段により推定される酸素吸蔵量およびＮＯx吸蔵量並びに／または還元剤量を補正することができる。

ここで、ＮＯx吸蔵能力を有する成分に硫黄被毒が生じると、該ＮＯx吸蔵能力を有する成分が吸蔵可能なＮＯxの量が減少する。このような場合には、還元剤の添加により放出されるＮＯx量が減少するので、酸素およびＮＯxの吸蔵能力の劣化判定を行うと酸素およびＮＯxの吸蔵能力が劣化していると判定されてしまう。

そこで、補正手段は硫黄被毒量をも考慮して、吸蔵量推定手段により推定される酸素およびＮＯx量並びに／または還元剤量を補正する。これにより、酸素およびＮＯxの吸蔵能力の劣化判定の精度をより高めることができる。

このようなことから、上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用してもよい。すなわち、
内燃機関の排気通路に設けられ酸素およびＮＯxを吸蔵する能力を有する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒よりも下流の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記排気浄化触媒よりも上流の排気中へ還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記還元剤添加手段により還元剤の添加が行われているときの前記空燃比検出手段により得られる排気の空燃比の変化から前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量およびＮＯx吸蔵量並びに／または吸蔵していた酸素およびＮＯxの放出に要した還元剤量を推定する吸蔵量推定手段と、
前記排気浄化触媒の硫黄被毒量を推定する硫黄被毒量推定手段と、
前記排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記硫黄被毒量推定手段により推定される硫黄被毒量および前記触媒温度検出手段により検出される排気浄化触媒の温度に基づいて、前記吸蔵量推定手段により推定される酸素量およびＮＯx量並びに／または還元剤量を補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された酸素量およびＮＯx量並びに／または還元剤量に基づいて前記排気浄化触媒の酸素およびＮＯxの吸蔵能力の劣化判定を行う吸蔵能力劣化判定手段と、
を具備してもよい。

このようにすることで、排気浄化触媒の硫黄被毒に起因する劣化判定時の誤判定を抑制することができる。

本発明によれば、内燃機関の排気浄化装置において、酸素吸蔵能力の低下を判定する際に酸素吸蔵能力以外の原因により排気中の酸素濃度が変化した場合の誤判定を抑制することができる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。
図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、燃焼室へ通じる排気通路２が接続されている。この排気通路２は、下流にて大気へと通じている。
前記排気通路２の途中には、内燃機関１側から順に酸化触媒３及びパティキュレートフィルタ４が備えられている。

パティキュレートフィルタ４（以下、フィルタ４という。）には、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有する吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒という。）を担持している。なお、酸化触媒３は、酸化能力を有する触媒であれば三元触媒、ＮＯx触媒等の他の種類の触媒であってもよい。また、フィルタ４に担持するのは酸素吸蔵能力を有する触媒であればよく、例えば三元触媒であってもよい。

また、酸化触媒３よりも下流で且つフィルタ４よりも上流の排気通路２には、該排気通路２を流通する排気の空燃比を検出する第１空燃比センサ６が取り付けられている。また、フィルタ４よりも下流の排気通路２には、該排気通路２を流通する排気の空燃比を検出する第２空燃比センサ７、および該排気通路２を流通する排気の温度を検出する排気温度センサ８が取り付けられている。

ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和する前にＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを還元させる必要がある。
そこで、本実施例では、酸化触媒３より上流の排気通路２を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する燃料添加弁９を備えている。ここで、燃料添加弁９は、後述するＥＣＵ１０からの信号により開弁して燃料を噴射する。燃料添加弁９から排気通路２内へ噴射された燃料は、排気通路２の上流から流れてきた排気の空燃比をリッチにすると共に、ＮＯx触媒に吸蔵されていたＮＯxを還元する。ＮＯx還元時には、フィルタ４に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチとする、所謂リッチスパイク制御を実行する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ１０には、前記したセンサ等が電気配線を介して接続され、該センサ等の出力信号が入力されるようになっている。
一方、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁９が電気配線を介して接続され、燃料添加弁９はＥＣＵ１０により制御される。

ところで、ＮＯx触媒は、経年変化や熱により劣化することがある。この劣化は、ＮＯxおよび酸素の吸蔵能力に顕著に現れる。そして、ＮＯxの吸蔵能力が低下すると、排気中のＮＯxの一部がフィルタ４の下流へ流出する虞がある。これに対し、例えばフィルタ４のＮＯx吸蔵能力の低下を、フィルタ４前後の空燃比センサ６、７を用いて検出することができる。これにより、劣化の度合いに応じた燃料の添加を行うことが可能となる。また、運転者等にフィルタ４の交換を促すことも可能となる。

ここで、ＮＯx触媒にＮＯxおよび酸素が吸蔵されている場合に、該ＮＯx触媒にリッチ空燃比の排気を供給すると、該ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxおよび酸素が放出されるとともにＮＯxの還元が行われる。リッチスパイクによりリッチ空燃比の排気がフィルタ４に流入し、ＮＯx触媒からＮＯx及び酸素が放出されている間は、フィルタ４の下流の空燃比すなわち第２空燃比センサ７により検出される空燃比は第１空燃比センサ６により検出される空燃比よりもリーンな空燃比となり、ストイキ近傍になることが知られている。そして、ＮＯx触媒からのＮＯx及び酸素の放出が完了した後に、第２空燃比センサ７により検出される空燃比がリッチ空燃比に移行する。このように第２空燃比センサ７によりストイキが検出され、リッチ空燃比に移行するまでの時間は、ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx及び酸素の量が多いほど長くなる。

そして、ＮＯx触媒の劣化の度合いが大きくなるほど、該ＮＯx触媒が吸蔵できるＮＯx量および酸素量が減少する。従って、ＮＯx触媒の劣化の度合いが大きくなるほど、ＮＯx触媒に吸蔵されていたＮＯxを還元するため及び酸素を放出させるために必要となる燃料量が減少する。また、リッチスパイク時に第２空燃比センサ７によりストイキが検出された後リッチ空燃比に移行するまでの時間、すなわちストイキの継続時間が短くなる。これらから、ＮＯx触媒に吸蔵されていたＮＯxおよび酸素を還元もしくは放出させるために要した燃料量（以下、使用還元剤量という。）、並びにＮＯx触媒の酸素およびＮＯxの吸蔵量（以下、酸素・ＮＯx吸蔵量という。）、またはフィルタ４に流入する排気の空燃比およびストイキの継続時間に基づいて、ＮＯx触媒の劣化の度合いを判定することが可能となる。

ところで、フィルタ４に粒子状物質（以下、ＰＭという。）が堆積していると、ＮＯx触
媒の劣化判定時に行われるリッチスパイク制御時の温度上昇およびそのときにＮＯx触媒から放出される酸素によりＰＭの酸化量が増加する。そして、この酸化反応により、排気中の酸素濃度が変化し、第２空燃比センサ７による検出値がリッチ側へ変化する。これにより、ＮＯx触媒の劣化判定を正確に行うことが困難となる。

その点、本実施例では、フィルタ４にＰＭが堆積している場合には、ＰＭの堆積量およびフィルタ４の温度に基づいて、酸素・ＮＯx吸蔵量および使用還元剤量の補正を行う。
次に、本実施例による酸素・ＮＯx吸蔵量および使用還元剤量の補正を行うためのフローについて説明する。

図２は、本実施例による酸素・ＮＯx吸蔵量および使用還元剤量の補正を行うためのフローを示したフローチャート図である。
ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０は、酸素・ＮＯx吸蔵量および使用還元剤量の算出中であるか否か判定する。

ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進む。
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１０は、フィルタ４に堆積しているＰＭ量を推定する。フィルタ４に堆積しているＰＭの量は、例えば、フィルタ４前後の差圧を検出する差圧センサを排気通路２に取り付けて、該差圧センサの検出値に応じたＰＭ量を予め実験等により求めておき、これと比較することにより得ることができる。また、内燃機関１の運転状態（排気温度、燃料噴射量、機関回転数）に応じたＰＭ捕集量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより得られるＰＭ捕集量を積算してＰＭの堆積量とすることもできる。更に、車両走行距離若しくは走行時間に応じてＰＭの堆積量を推定しても良い。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１０は、ＰＭの酸化率を算出する。
ここで、図３は、フィルタ４の床温とＰＭの酸化率との関係を示した図である。ＰＭの酸化率とは、堆積していたＰＭのうち酸化除去されたＰＭの割合である。この温度は、例えば、フィルタ４に流入する排気の量、内燃機関１の気筒内への燃料噴射量、フィルタ４の下流の空燃比をストイキとするために使用還元剤量な燃料量、フィルタ４の熱容量等から得ることができる。このフィルタ４の床温を図３に代入してＰＭの酸化率を求めることができる。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１０は、ＰＭが酸化除去された量を推定する。ステップＳ１０３で算出されたＰＭの酸化率をステップＳ１０２で推定されたＰＭ堆積量に乗じることにより、ＰＭの酸化量を得ることができる。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１０は、ＰＭの酸化除去された量を積算する。すなわち、酸化除去されたＰＭの全量を算出する。前回ルーチンで求められたＰＭの酸化除去された量にステップＳ１０４で得られたＰＭの酸化量を加えることにより積算される。ここで積算されたＰＭの酸化量を以下、積算ＰＭ酸化量という。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１０は、酸素・ＮＯx吸蔵量および使用還元剤量の算出が完了しかた否か判定する。
ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１０は、積算ＰＭ酸化量を酸化するために要した酸素量であって、還元剤量に相当する量を還元剤補正量として算出する。
すなわち、酸素がＰＭの酸化に用いられると、燃料と反応する酸素が減少する。そのためフィルタ４の下流がストイキとなる期間が短くなり、使用還元剤量が見かけ上少なくなる。この見かけ上少なくなった分の還元剤を使用還元剤量に加える補正を行うことにより積算ＰＭ酸化量の影響を考慮した劣化判定を行うことができる。

ここで、図４は、積算ＰＭ酸化量と還元剤補正量との関係を示した図である。還元剤補正量とは、前記見かけ上少なくなった還元剤量である。この図に、積算ＰＭ酸化量を代入して還元剤補正量を得ることができる。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０７で算出した還元剤補正量を使用還元剤量に加えて使用還元剤量を補正する。
ステップＳ１０９では、ＥＣＵ１０は、積算ＰＭ酸化量をクリアする。その後、本ルーチンを終了させる。

このようにして、使用還元剤量を補正することにより、ＮＯx触媒の劣化判定を行う際のＰＭの酸化による誤判定を抑制することができる。
なお、本実施例では、ＮＯx触媒の酸素およびＮＯxの吸蔵能力の劣化判定について説明したが、酸素吸蔵能力のみを有する触媒についての酸素吸蔵能力の劣化判定についても同様にして適用することができる。

前記実施例においては、ＰＭの酸化量に基づいて使用還元剤量の補正を行うが、本実施例においては、ＮＯx触媒に吸蔵されたＳＯx量（以下、硫黄被毒量という。）に基づいて使用還元剤量の補正を行う。また、本実施例においては、ＮＯx触媒が劣化していると判定された場合には、被毒回復を実施し、その後もう一度ＮＯx触媒の劣化判定を行う。

ここで、ＮＯx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯx）もＮＯxと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたＳＯxはＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯx触媒内に蓄積される。そして、ＳＯxが吸蔵されている分、ＮＯxを吸蔵できる量が減少し、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵力が低下する。これを硫黄被毒（ＳＯx被毒）といい、適宜の時期に硫黄被毒から回復させる被毒回復処理を施す使用還元剤量がある。この被毒回復処理は、ＮＯx触媒を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ燃料添加弁９からの燃料添加により酸素濃度を低下させた排気をＮＯx触媒に流通させて行われている。

しかし、ＮＯx触媒に吸蔵されていたＮＯxの還元処理を行う際、ＮＯx触媒はＳＯxを放出できるほど高温にはならず、したがってＮＯxのみが放出される。このような場合、ＮＯxの還元に要する燃料量は減少するので、この燃料量に基づいて前記酸素・ＮＯx吸蔵量および使用還元剤量の算出を行うとＮＯx触媒の劣化の度合いが大きいと判定される。しかし、ＮＯx触媒の硫黄被毒は前記被毒回復処理により回復させることができるので、ＮＯx触媒の劣化とは異なるものである。したがって、硫黄被毒が生じているときに酸素・ＮＯx吸蔵量および使用還元剤量の算出を行うと、ＮＯx触媒の劣化判定において誤判定を誘発する虞がある。

その点、本実施例においては、硫黄被毒量に基づいて酸素・ＮＯx吸蔵量および使用還元剤量の算出を補正し、ＮＯx触媒の劣化判定を行う。また、本実施例においては、ＮＯx触媒が劣化していると判定された場合には、硫黄被毒による誤判定を考慮して、被毒回復処理の後、再度ＮＯx触媒の劣化判定を行う。

次に、本実施例によるＮＯx触媒の劣化判定のフローについて説明する。
図５は、本実施例によるＮＯx触媒の劣化判定のフローを示したフローチャート図である。

ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１０は、酸素・ＮＯx吸蔵量および使用還元剤量の算出が完了しかた否か判定する。
ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１０は、硫黄被毒量およびフィルタ４の床温に基づいて使用還元剤量の補正値を算出する。この補正値は、硫黄被毒による使用還元剤量の減少分に相当する。

ここで、硫黄被毒量は燃料消費量やＮＯxセンサからの出力信号、車両の走行距離等により求めることができる。すなわち、燃料中の硫黄成分によりＮＯx触媒が被毒するので、燃料の消費量を積算してＥＣＵ１０に記憶させ、この燃料の消費量により硫黄被毒量を求めるようにしても良い。また、ＮＯx触媒の硫黄被毒が進行すると、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が低下するため、ＮＯx触媒で吸蔵されずにＮＯx触媒の下流にすり抜けるＮＯx量が増加する。従って、ＮＯx触媒の下流にＮＯxセンサを設け、この出力信号に基づいて硫黄被毒量を求めても良い。更に、車両走行距離に応じてＳＯx吸蔵量が増加するとして、該車両の走行距離に基づいて硫黄被毒量を求めても良い。

また、フィルタ４の床温は、排気温度センサ８により得ることができる。そして、硫黄被毒量およびフィルタ４の床温と補正値との関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップに硫黄被毒量およびフィルタ４の床温を代入して使用還元剤量の補正値を得ることができる。

ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１０は、使用還元剤量にステップＳ２０２で得た補正値を加えて補正後の使用還元剤量を算出する。
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ１０は、フィルタ４の床温に基づいて、ＮＯx触媒の劣化判定の際の基準となる値（以下、劣化判定値という。）を算出する。劣化判定値は、使用還元剤量がこれよりも多ければＮＯx触媒は劣化していないとすることができる値であり、ＮＯx触媒の温度により変化する値である。そして、劣化判定値とフィルタ４の床温との関係を予め実験等により求めマップ化しておき、このマップにフィルタ４の床温を代入することにより劣化判定値を得ることができる。

ステップＳ２０５では、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２０３で算出した補正後の使用還元剤量がステップＳ２０４で算出した劣化判定値よりも大きいか否か判定する。すなわち、ＮＯx触媒が劣化していないか否か判定する。

ステップＳ２０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０７へ進む。
ステップＳ２０６では、ＥＣＵ１０は、ＮＯx触媒は劣化しておらず正常であると判定する。その後、本ルーチンを終了させる。

ステップＳ２０７では、ＥＣＵ１０は、被毒回復処理を実施する。
ここで、ステップＳ２０２およびステップＳ２０３において、ＥＣＵ１０により硫黄被毒量が推定されているが、この硫黄被毒量の推定が誤っていることがある。そして、算出された硫黄被毒量が実際の被毒量よりも多い場合には、使用還元剤量の減少によりＮＯx触媒が劣化していないにも関わらず劣化していると判定されてしまう。そこで、ＮＯx触媒が劣化していると判定された場合には、本ステップにより被毒回復処理を行い、ＮＯx
触媒にＳＯxが吸蔵されていない状態で再度使用還元剤量を算出する。

ステップＳ２０８では、ＥＣＵ１０は、酸素・ＮＯx吸蔵量および使用還元剤量を算出する。本ステップでは、被毒回復処理の直後であるため、硫黄被毒量に基づく使用還元剤量の補正は行わない。

ステップＳ２０９では、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２０４と同様にして、フィルタ４の床温に基づいて劣化判定値を算出する。
ステップＳ２１０では、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２０８で算出した使用還元剤量がステップＳ２０９で算出した劣化判定値よりも大きいか否か判定する。すなわち、ＮＯx触媒が劣化していないか否か判定する。

ステップＳ２１０で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２１１へ進む。
ステップＳ２１１では、ＥＣＵ１０は、ＮＯx触媒が劣化していると判定する。その後、本ルーチンを終了させる。

このようにして、ＮＯx触媒の硫黄被毒による使用還元剤量の変化を補正することにより、ＮＯx触媒の劣化判定の精度を向上させることができる。また、ＮＯx触媒が劣化していると判定された場合には、被毒回復処理を行い、その後に再度ＮＯx触媒の劣化判定を行うようにすることで、硫黄被毒の推定量と実際の量とが異なることによる誤判定を抑制することが可能となる。

なお、本実施例は、前記実施例１と組み合わせて用いることができる。すなわち、フィルタ４に堆積しているＰＭ量とＮＯx触媒の硫黄被毒量とに基づいてＮＯxおよび酸素の放出に要した還元剤量を補正し、この補正後の還元剤量に基づいてＮＯx触媒の劣化判定を行った結果、ＮＯx触媒が劣化していると判定された場合には、被毒回復処理を実施し、その後に再度ＮＯx触媒の劣化判定を行うようにしてもよい。

実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。実施例１による酸素・ＮＯx吸蔵量および使用還元剤量の補正を行うためのフローを示したフローチャート図である。フィルタの床温とＰＭの酸化率との関係を示した図である。積算ＰＭ酸化量と還元剤補正量との関係を示した図である。実施例２によるＮＯx触媒の劣化判定のフローを示したフローチャート図である。

符号の説明

１内燃機関
２排気通路
３酸化触媒
４パティキュレートフィルタ
６第１空燃比センサ
７第２空燃比センサ
８排気温度センサ
９燃料添加弁

Claims

内燃機関の排気通路に設けられ酸素吸蔵能力を有する成分を担持したパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタよりも下流の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記パティキュレートフィルタよりも上流の排気中へ還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記還元剤添加手段による還元剤の添加が行われているときの前記空燃比検出手段により得られる排気の空燃比の変化から前記酸素吸蔵能力を有する成分の酸素吸蔵量および／または吸蔵していた酸素の放出に要した還元剤量を推定する吸蔵量推定手段と、
前記パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の量を推定する粒子状物質堆積量推定手段と、
前記パティキュレートフィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、
前記粒子状物質堆積量推定手段により推定される粒子状物質の堆積量および前記フィルタ温度検出手段により検出されるパティキュレートフィルタの温度に基づいて、前記吸蔵量推定手段により推定される酸素量および／または還元剤量を補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された酸素量および／または還元剤量に基づいて前記酸素吸蔵能力を有する成分の酸素吸蔵能力の劣化判定を行う吸蔵能力劣化判定手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記パティキュレートフィルタは、ＮＯxを吸蔵する能力を有する成分をさらに担持し、前記吸蔵量推定手段は、前記還元剤添加手段による還元剤の添加が行われているときの前記空燃比検出手段により得られる排気の空燃比の変化から前記パティキュレートフィルタに担持された成分の酸素吸蔵量およびＮＯx吸蔵量、並びに／または吸蔵していた酸素およびＮＯxの放出に要した還元剤量を推定し、前記補正手段は、前記粒子状物質堆積量推定手段により推定される粒子状物質の堆積量および前記フィルタ温度検出手段により検出されるパティキュレートフィルタの温度に基づいて、前記吸蔵量推定手段により推定される酸素吸蔵量およびＮＯx吸蔵量並びに／または還元剤量を補正し、前記吸蔵能力劣化判定手段は、前記補正手段により補正された酸素吸蔵量およびＮＯx吸蔵量並びに／または還元剤量に基づいて前記パティキュレートフィルタに担持された成分の酸素吸蔵能力およびＮＯx吸蔵能力の劣化判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ＮＯxを吸蔵する能力を有する成分の硫黄被毒量を推定する硫黄被毒量推定手段をさらに備え、
前記補正手段は、前記硫黄被毒量推定手段により推定される硫黄被毒量と、前記粒子状物質堆積量推定手段により推定される粒子状物質の堆積量と、前記フィルタ温度検出手段により検出されるパティキュレートフィルタの温度と、に基づいて、前記吸蔵量推定手段により推定される酸素吸蔵量およびＮＯx吸蔵量並びに／または還元剤量を補正することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
内燃機関の排気通路に設けられ酸素およびＮＯxを吸蔵する能力を有する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒よりも下流の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記排気浄化触媒よりも上流の排気中へ還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記還元剤添加手段により還元剤の添加が行われているときの前記空燃比検出手段により得られる排気の空燃比の変化から前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量およびＮＯx吸蔵量並びに／または吸蔵していた酸素およびＮＯxの放出に要した還元剤量を推定する吸蔵量推定手段と、
前記排気浄化触媒の硫黄被毒量を推定する硫黄被毒量推定手段と、
前記排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記硫黄被毒量推定手段により推定される硫黄被毒量および前記触媒温度検出手段により検出される排気浄化触媒の温度に基づいて、前記吸蔵量推定手段により推定される酸素量およびＮＯx量並びに／または還元剤量を補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された酸素量およびＮＯx量並びに／または還元剤量に基づいて前記排気浄化触媒の酸素およびＮＯxの吸蔵能力の劣化判定を行う吸蔵能力劣化判定手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。