JP4572831B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

車両用ディーゼル機関などの内燃機関では、リーン燃焼が行われることによりＮＯｘ（窒素酸化物）が排出されるため、排気中のＮＯｘを浄化するための技術として、排気系にＮＯｘ吸蔵還元型の触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）を設けることが検討されている。ＮＯｘ触媒は、排気の雰囲気が空燃比リーンの時に排気中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比リッチになった時に排気中のＨＣやＣＯといった還元成分により吸蔵ＮＯｘを還元除去する特性を有している。

ここで、ＮＯｘ触媒では、吸蔵ＮＯｘ量が飽和して吸蔵限界になるとＮＯｘ浄化能力が低下する。そのため、ＮＯｘ浄化能力の低下を抑制するべく、ＮＯｘ触媒の吸蔵ＮＯｘを還元除去するためのＮＯｘ還元制御が実施される。具体的には、内燃機関において一時的にリッチ燃焼が行われ、その際排出される排気中のＨＣ、ＣＯといった還元成分により吸蔵ＮＯｘの還元除去が行われる。この技術は一般にリッチパージ、或いはリッチスパイクと称されている。

また、内燃機関を長期にわたって使用していると、燃料中の硫黄成分がＮＯｘ触媒に吸着する、いわゆる硫黄被毒が生じ、その硫黄被毒等に起因してＮＯｘ触媒の浄化能力が低下する。そこで、ＮＯｘ触媒下流側に設けた空燃比センサによりＮＯｘ触媒の浄化能力を判定し、その浄化能力に適したリッチパージを実行する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。つまり、リッチパージの実行時において、ＮＯｘ触媒で吸蔵ＮＯｘの還元が完了すると、触媒下流側の空燃比がリッチに切り替わるため、それを空燃比センサにより検出することでＮＯｘ還元の完了を判定する。この場合、ＮＯｘ浄化能力が低下すると、すなわちＮＯｘ触媒が吸蔵可能なＮＯｘ量が減少すると、空燃比センサにより検出される空燃比切り替わりタイミングが早くなるため、吸蔵ＮＯｘ量に応じてＮＯｘ還元に要する所要時間が短縮される。故に、ＮＯｘ還元の所要時間に基づいてＮＯｘ触媒の浄化能力低下（触媒劣化）が判定できる。

しかしながら、空燃比センサは応答遅れを有するため、空燃比センサにより検出される空燃比切り替わりタイミングが実際の空燃比切り替わりタイミングからずれ、そのタイミングずれによりＮＯｘ還元の所要時間に誤差が生じると考えられる。このとき、前記所要時間が短いと該所要時間に対する誤差の割合が大きくなる。すなわち、ＮＯｘ触媒の浄化能力が低下した場合において、ＮＯｘ触媒の浄化能力低下の判定精度が低下するおそれがあった。
特許第２６９２３８０号公報

本発明は、触媒の浄化能力低下の判定精度を向上させ、ひいては排気エミッションの適正化を実現することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを主たる目的とするものである。

本発明の排気浄化装置では、内燃機関の排気系にＮＯｘ吸蔵還元型の触媒が設けられており、触媒に吸蔵された吸蔵ＮＯｘを還元除去するために空燃比を一時的にリッチ側に制御するリッチパージ制御が実行される。また、触媒は硫黄被毒等によりＮＯｘ吸蔵能力（排気浄化能力）が低下するため、リッチパージ実行に際し酸素濃度センサの検出結果から算出したＮＯｘ還元の所要時間に基づいて触媒の浄化能力低下を判定する。すなわち、触媒の浄化能力が低下すると触媒が吸蔵可能なＮＯｘ量が減少し、それに応じてＮＯｘ還元の所要時間が短くなるため、ＮＯｘ還元の所要時間により触媒の浄化能力低下が判定できる。

ところで、酸素濃度センサの検出結果から算出されるＮＯｘ還元の所要時間には酸素濃度センサの応答遅れに起因する誤差が含まれており、触媒の浄化能力低下に伴いＮＯｘ還元の所要時間が短縮された場合には、前記所要時間に占める誤差の割合が大きくなると考えられる。故に、浄化能力低下の判定精度が低下するおそれがある。

この点請求項１に記載の発明では、触媒の状態に応じて、リッチパージ実行時における空燃比のリッチ度合を変更するようにしたため、ＮＯｘ還元の所要時間について時間調整が可能となる。つまり、空燃比のリッチ度合を変更すれば、ＮＯｘ還元の進行速度（ＮＯｘ還元効率）が変わり、結果としてＮＯｘ還元の所要時間の調整が可能となる。かかる場合、酸素濃度センサの応答遅れによる影響が過分とならない範囲内でＮＯｘ還元の所要時間を調整することにより、触媒浄化能力の判定パラメータであるＮＯｘ還元の所要時間を適正に求めることができる。以上により、触媒の浄化能力低下の判定精度が向上し、ひいては排気エミッションの適正化を実現することができる。

請求項１に記載の発明では、触媒の状態を示すパラメータとして当該触媒の吸蔵ＮＯｘ量を用い、該吸蔵ＮＯｘ量が少ないほど前記空燃比のリッチ度合を小さくする。要するに、触媒の吸蔵ＮＯｘ量が少なくなると、ＮＯｘ還元の終了が早まると考えられる。この場合、空燃比のリッチ度合を小さくすることにより、ＮＯｘ還元の進行速度（ＮＯｘ還元効率）が小さくなり、ＮＯｘ還元の所要時間が延長される。したがって、浄化能力低下の判定精度の低下を抑制できる。

ここで、請求項２に記載したように、触媒の吸蔵ＮＯｘ量が所定量以上である場合に空燃比のリッチ度合を変更しないようにすると良い。上記のとおり空燃比のリッチ度合を小さくすると、ＮＯｘ還元の所要時間が延長されるため、ＮＯｘ還元の所要時間の算出精度を高めるには望ましいが、その反面、ＮＯｘ還元の所要時間が不要に長引いてしまうことも懸念される。故に、触媒の吸蔵ＮＯｘ量が所定量以上である場合、すなわち十分なＮＯｘ還元の所要時間が確保できると想定される場合には、それ以上該所要時間が長引かないように空燃比のリッチ度合の変更を禁止する。

請求項３に記載の発明では、以前のリッチパージ実行時に算出した吸蔵ＮＯｘ量を参照し、該吸蔵ＮＯｘ量に応じて空燃比のリッチ度合を変更する。リッチパージの実行時に触媒の浄化能力低下を判定する際、そのリッチパージ開始時点では、実際の吸蔵ＮＯｘ量を知ることはできない。故に、上記のとおり以前のリッチパージ実行時における吸蔵ＮＯｘ量を参照して空燃比のリッチ度合の変更を行うと良い。この場合、リッチパージを実行する都度、吸蔵ＮＯｘ量を算出する構成では、前回のリッチパージ実行時における吸蔵ＮＯｘ量を参照するのが望ましい。

請求項４に記載の発明では、内燃機関の排気系に流れる排気流量を取得し、その排気流量をパラメータとして加えて空燃比のリッチ度合を変更する。空燃比のリッチ度合が同じである場合、排気流量が多いほど、触媒に対して供給される還元成分量が多くなる。したがって、排気流量が多い場合にはＮＯｘ還元の所要時間が短縮されると考えられる。よって、上記のとおり排気流量をパラメータとして加えて空燃比のリッチ度合を変更するのが望ましい。

請求項５に記載の発明では、内燃機関の運転履歴から前記触媒の状態を推定し、該推定した結果に応じて前記空燃比のリッチ度合を変更する。例えば、内燃機関の運転時間に関する履歴情報や、インジェクタによる噴射回数の履歴情報等によれば、触媒がどれほどのＮＯｘ吸蔵能力を保持しているかが大凡推測できると考えられる。この場合、上記のとおり触媒状態の推定結果に応じて空燃比リッチ度合を変更することで、ＮＯｘ還元の所要時間を確保することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態は、駆動源としてディーゼルエンジン（内燃機関）を搭載した車両に適用されるものであり、そのエンジンシステムについて詳細に説明する。

図１において、エンジン１０には気筒ごとに電磁駆動式のインジェクタ１１が設けられており、所定の燃焼順序に従いインジェクタ１１による燃料噴射が行われる。本エンジンシステムでは燃料供給系にコモンレール式燃料供給システムを採用しており、燃料タンク１３から汲み上げられた燃料は高圧ポンプ１４によって圧縮されコモンレール１５に対して圧送される。そして、高圧ポンプ１４からの燃料の圧送によりコモンレール１５内の燃料が高圧状態で保持され、そのコモンレール１５内の高圧燃料がインジェクタ１１に供給されるとともに当該インジェクタ１１の開弁動作に伴いエンジンの各気筒に噴射供給される。また、エンジン１０には吸気管１７と排気管１８とが接続されており、吸気管１７を通じて空気が気筒内に導入されるとともに、燃料の燃焼後の排気が排気管１８を通じて排出される。

排気管１８には、排気浄化を行うための後処理システムとして、排気中のＰＭを捕集するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）２０と、排気中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ吸蔵還元型の触媒２１（以下、ＮＯｘ触媒２１という）とが設けられている。本実施の形態では、ＤＰＦ２０が排気管１８の上流側に、ＮＯｘ触媒２１が排気管１８の下流側に設けられている。ただし、その設置の順序は逆であっても良い。また、ＤＰＦ２０とＮＯｘ触媒２１とが一体化された浄化装置を排気管１８に設置することも可能である。後処理システムとして、ＮＯｘ触媒２１の下流側に酸化触媒等を付加することも可能である。

ＮＯｘ触媒２１は、周知のとおり、リーン燃焼時において排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵するとともに、リッチ燃焼時において排気中に含まれるＨＣ、ＣＯといった還元成分を用いて、吸蔵したＮＯｘを還元除去するものである。

ＮＯｘ触媒２１の上流側及び下流側には、それぞれＡ／Ｆセンサ２３，２４が設けられている。Ａ／Ｆセンサ２３，２４は、排気中の酸素濃度に応じた酸素濃度検出信号を出力する酸素濃度センサであり、その酸素濃度検出信号に基づいて空燃比の算出が逐次行われる。なお、Ａ／Ｆセンサ２４に代えて、排気がリッチかリーンかに応じて異なる起電力信号を出力する起電力出力型のＯ２センサを設置することも可能である。また、排気管１８においてＤＰＦ２０の上流側（又は下流側でも可）には、排気温度を検出するための排気温度センサ２５が設けられている。

ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備えた電子制御ユニットであり、ＥＣＵ３０には、上記したＡ／Ｆセンサ２３，２４、排気温度センサ２５の検出信号や、その他エンジンの回転速度を検出するための回転速度センサ３１、ドライバによるアクセル操作量を検出するためのアクセルセンサ３２などの各種センサから検出信号が逐次入力される。そして、ＥＣＵ３０は、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じてインジェクタ１１の燃料噴射制御などを適宜実施する。すなわち、ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度やアクセル操作量等のエンジン運転情報に基づいて最適な燃料噴射量及び噴射時期を決定し、それに応じた噴射制御信号によりインジェクタ１１の駆動を制御する。

なお、上記のようにコモンレール式燃料供給システムを有する場合、燃料圧フィードバック制御が実施され、コモンレール１５内の燃料圧が目標値に一致するように高圧ポンプ１４の燃料吐出量が制御されるが、かかる制御は本発明の要旨にかかわるものでないため、その説明は省略する。

また、ＥＣＵ３０は、ＮＯｘ触媒２１の吸蔵ＮＯｘを還元除去し、その還元除去によりＮＯｘ吸蔵能力を再生するＮＯｘ還元制御を、所定条件が成立する都度実行する。本実施の形態では、ＮＯｘ還元制御として、空燃比を一時的にリッチ側に制御するリッチパージ制御を実施する。これにより、ＮＯｘ触媒２１に対してＨＣ、ＣＯといった還元成分が供給され、同触媒２１に吸蔵されたＮＯｘが還元成分により還元除去される。このとき、吸蔵ＮＯｘが窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に還元されて除去され、そのＮＯｘ除去に伴いＮＯｘ触媒２１のＮＯｘ浄化能力の再生が行われる。

さらに、ＥＣＵ３０は、リッチパージの実行時に、硫黄被毒や触媒劣化に伴うＮＯｘ触媒２１の浄化能力低下を判定することとしている。この浄化能力低下判定は、ＮＯｘ触媒２１の上流側及び下流側に設けられたＡ／Ｆセンサ２３，２４の検出結果に基づいて実施され、浄化能力低下の判定が実施される。ちなみに、ＮＯｘ触媒２１は、硫黄酸化物（ＳＯｘ）が吸着することなどでＮＯｘ吸蔵能力が低下する。

ＮＯｘ触媒２１の浄化能力低下判定としては、ＮＯｘ触媒２１の浄化能力が低下すると、ＮＯｘ触媒２１が吸蔵可能なＮＯｘ量が減少し、それに応じてＮＯｘ還元の所要時間（以下、還元所要時間という）が短くなることを利用して、Ａ／Ｆセンサ２３，２４の検出結果に基づいて還元所要時間を算出し、浄化能力の低下（すなわち、ＮＯｘ触媒２１の硫黄被毒の度合や劣化度合）を判定する。具体的には、ＥＣＵ３０は、リッチパージの実行に際し、上流側のＡ／Ｆセンサ２３の検出信号によりＮＯｘ触媒２１に対して実際に還元成分（リッチ成分）が供給され始めるタイミングを検知するとともに、下流側のＡ／Ｆセンサ２４の検出信号によりＮＯｘ触媒２１において吸蔵ＮＯｘの還元除去が完了したタイミングを検知し、それら各タイミング間の時間である還元所要時間に基づいてＮＯｘ触媒２１の浄化能力低下を判定する。

ところで、酸素濃度検出信号を出力するＡ／Ｆセンサ２３，２４は応答遅れを有する。そのため、上記のようにリッチパージの実行に合わせてＮＯｘ触媒２１の浄化能力低下を判定する際、還元所要時間にはＡ／Ｆセンサ２３，２４の応答遅れに起因する誤差が生じる。還元所要時間が比較的長い場合は、前記応答遅れによる浄化能力低下の判定精度に対する影響は問題とならないと考えられるが、ＮＯｘ触媒２１の浄化能力の低下に伴い還元所要時間が短縮された場合は、その影響が問題となることが考えられる。このため、浄化能力低下の判定精度が低下するおそれがある。

そこで、本実施の形態では、ＮＯｘ触媒２１の状態に応じてリッチパージ実行時における空燃比のリッチ度合を変更するようにした。これにより、Ａ／Ｆセンサ２３，２４の応答遅れによる影響が過分とならない範囲内でその還元所要時間を増加させることが可能となり、還元所要時間を適正に算出することができる。故に、浄化能力低下の判定精度の低下を抑制できる。

次に、リッチパージと、そのリッチパージの実行に合わせて行われるＮＯｘ触媒２１の浄化能力低下判定との概要を図２のタイムチャートに基づいてより具体的に説明する。図２において、（ａ）はリッチパージの実行時期を、（ｂ）はＮＯｘ触媒上流側のＡ／Ｆセンサ２３の検出結果（上流側Ａ／Ｆ）を、（ｃ）はＮＯｘ触媒下流側のＡ／Ｆセンサ２４の検出結果（下流側Ａ／Ｆ）を、それぞれ示している。

図２において、タイミングｔ１では所定の実行条件の成立に伴いリッチパージが開始され、インジェクタ１１による噴射燃料が増量される。それにより、上流側Ａ／Ｆがリーンからリッチ側に移行し、ストイキに達するタイミングｔ２では、ＮＯｘ還元が開始される。ここで、ＮＯｘ還元の開始を判定するために所定のリッチ側しきい値ＴＨ１が設けられており、タイミングｔ３では上流側Ａ／ＦがＴＨ１に達し、ＮＯｘ還元が開始されたと判定される。リッチパージ開始のタイミングｔ１と、ＮＯｘ還元開始のタイミングｔ３との時間差は排気管等における輸送遅れやＡ／Ｆセンサ２３の応答遅れに起因するものである。

タイミングｔ３以降、ＮＯｘ触媒２１において排気中の還元成分が吸蔵ＮＯｘと反応して、ＮＯｘ還元が開始される。ＮＯｘ触媒２１では、還元成分が概ねすべて還元反応により消費されるため、下流側Ａ／Ｆはほぼストイキ（理論空燃比）となる。

そして、ＮＯｘ触媒２１における吸蔵ＮＯｘの還元が完了すると、還元成分がＮＯｘ触媒２１で反応せずにそのままＮＯｘ触媒下流側に流出し始める。したがって、ＮＯｘ還元が完了するタイミングｔ４では、下流側Ａ／Ｆがリッチ側に移行し始め、タイミングｔ５では、下流側Ａ／Ｆが所定のリッチ側しきい値ＴＨ２に達することによりＮＯｘ還元の完了が判定される。タイミングｔ５がリッチパージの終了タイミングであり、ｔ５以降、燃料噴射量制御が元の通常制御に復帰する。

ここで、Ａ／Ｆセンサ２３，２４は応答遅れを有するため、上流側Ａ／Ｆと下流側Ａ／Ｆの空燃比が切り替わるタイミングは、実際に空燃比が切り替わるタイミングからずれる。そのタイミングのずれが応答遅れに起因する誤差として還元所要時間ＴＡに含まれる。また、センサにより応答性が異なるため、その応答遅れは均一ではない。

図３はＡ／Ｆセンサ２３，２４の応答遅れのばらつきについて説明するための図である。図３において、（ａ）はリッチパージの実行時期を、（ｂ）はＮＯｘ触媒上流側のＡ／Ｆセンサ２３により検出した上流側Ａ／Ｆの推移を、（ｃ）はＮＯｘ触媒下流側のＡ／Ｆセンサ２４により検出した下流側Ａ／Ｆの推移を、それぞれ示している。ここでは説明の便宜上、ＮＯｘ触媒上流側のＡ／Ｆセンサ２３について応答性の異なる２つのセンサを想定しており、ＮＯｘ触媒下流側のＡ／Ｆセンサ２４については１つのセンサを想定している。

リッチパージが開始されてから上流側Ａ／ＦがＴＨ１に達するまでの応答遅れ時間は、Ａ／Ｆセンサ２３において応答が早い方のセンサがａ１であり、応答が遅い方のセンサがａ２である。応答遅れ時間ａ１，ａ２はＡ／Ｆセンサが有する応答遅れのばらつきに応じたものであり、ここでの応答遅れ時間の関係はａ１＜ａ２である。

上流側Ａ／ＦがＴＨ１に達してから下流側Ａ／ＦがＴＨ２に達するまでの還元所要時間ＴＡは、応答が早い方のセンサがＴＡ１であり、応答が遅い方のセンサがＴＡ２である。ここで、還元所要時間ＴＡ１に対する応答遅れ時間ａ１の割合に比べて、還元所要時間ＴＡ２に対する応答遅れ時間ａ２の割合が大きい。すなわち、応答が早いセンサにより検出した還元所要時間ＴＡ１に含まれる誤差の割合に比べて、応答が遅いセンサにより検出した還元所要時間ＴＡ２に含まれる誤差の割合は大きい。また、誤差の割合は還元所要時間ＴＡの長さによっても増減する。

図４には還元所要時間ＴＡに含まれる誤差の特性を示す。図４によると、吸蔵ＮＯｘ量が少ない場合は、吸蔵ＮＯｘ量が多い場合に比べて誤差の割合が大きい。ここで、吸蔵ＮＯｘ量が多い場合は還元所要時間ＴＡが長くなり、少ない場合は短くなるため、還元所要時間ＴＡが長い場合は誤差の割合が小さくなり、短い場合は大きくなる。そして、応答遅れ時間ａ１の場合には誤差の割合が小さくなり、応答遅れ時間ａ２の場合には誤差の割合が大きくなる。

図３及び図４では、ＮＯｘ触媒上流側のＡ／Ｆセンサ２３における応答遅れに関する特性について説明したが、ＮＯｘ触媒下流側のＡ／Ｆセンサ２４における応答遅れに関する特性もＮＯｘ触媒上流側のＡ／Ｆセンサ２３と同様となる。

上記のように還元所要時間ＴＡが短い場合は長い場合に比べて誤差の割合が大きい。すなわち、ＮＯｘ触媒２１において吸蔵ＮＯｘ量が減少した状態では、還元所要時間ＴＡが短くなり、浄化能力低下の判定精度が低下することが考えられる。そこで、ＮＯｘ触媒２１の状態に応じて還元所要時間ＴＡを調整することとする。すなわち、ＮＯｘ触媒２１の状態を示すパラメータとして吸蔵ＮＯｘ量を用いて、吸蔵ＮＯｘ量が少ないほどリッチパージにおける空燃比のリッチ度合を小さくし、還元所要時間ＴＡを延長する。

リッチパージに合わせて行われるＮＯｘ触媒２１の浄化能力低下判定についてＥＣＵ３０による処理手順を詳細に説明する。図５は、リッチパージ制御処理の手順を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ３０により所定の時間周期で実行される。

図５において、まずステップＳ１０１では、排気管１８を通じてＮＯｘ触媒２１に導入される導入ＮＯｘ量を推定する。このとき、導入ＮＯｘ量は、都度のエンジン運転状態（運転モード）に基づいて推定することが可能であり、例えば、エンジン回転速度や負荷（アクセル操作量）に基づいて燃焼温度を算出するとともに、その燃焼温度に基づいてＮＯｘ量の積算により導入ＮＯｘ量を推定する。また、排気管に設けたＮＯｘセンサにより排気中のＮＯｘ濃度を検出するとともに、その検出結果に基づいて導入ＮＯｘ量を算出したりすることも可能である。

次に、ステップＳ１０２では、前記推定した導入ＮＯｘ量が所定のしきい値Ｋ以上であるか否かを判定する。導入ＮＯｘ量＜Ｋであれば、今回はリッチパージの実行が不要であるとして本処理をそのまま終了する。

また、導入ＮＯｘ量≧Ｋであれば、ステップＳ１０３に進み、排気温度センサ２５の検出信号から算出した排気温度を読み込むとともに、その排気温度が所定の温度範囲内（ｍｉｎ〜ｍａｘ内）であるか否かを判定する。この場合、前記温度範囲は、ＮＯｘ触媒２１でのＮＯｘ還元が適正に行われるための排気温度条件であり、その温度範囲を規定する下限値ｍｉｎはＮＯｘ触媒２１での還元反応に必要な最小温度である。例えば、下限値ｍｉｎ＝３００℃である。また、上限値ｍａｘは還元成分の供給とは無関係にＮＯｘ触媒２１から吸蔵ＮＯｘが放出される温度であり、例えば上限値ｍａｘ＝４５０℃である。

排気温度が所定の温度範囲内にない場合にはそのまま本処理を終了する。また、排気温度が所定の温度範囲内にある場合には後続のステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、前回のリッチパージ実行時に算出した吸蔵ＮＯｘ量を読み込む。後述するように、本処理ではリッチパージを実行するたびに吸蔵ＮＯｘ量を算出しているため、ここでは、前回のリッチパージ実行時に算出した吸蔵ＮＯｘ量が読み込まれる。続くステップＳ１０５では、空燃比のリッチ度合を算出する。空燃比のリッチ度合は図６の吸蔵ＮＯｘ量と空燃比との関係に基づいて算出する。

図６によると、吸蔵ＮＯｘ量が所定値Ｂ以下の場合は、吸蔵ＮＯｘ量の減少に応じて空燃比のリッチ度合が小さくされ、吸蔵ＮＯｘ量が所定値Ｂより大きい場合は、吸蔵ＮＯｘ量に関わらず空燃比は所定値Ａとされる。例えば、所定値Ａは空燃比１２．０とされ、通常のリッチパージ実行時における一般的な空燃比とされる。

吸蔵ＮＯｘ量が少ないと還元所要時間ＴＡが短くなり、還元所要時間ＴＡが短いと還元所要時間ＴＡに対する誤差の割合が大きくなる。このため、吸蔵ＮＯｘ量が所定値Ｂより少ない場合は、適正な還元所要時間を確保するために空燃比のリッチ度合が小さくされる。また、吸蔵ＮＯｘ量が所定値Ｂより大きい場合、すなわち吸蔵ＮＯｘ量が十分である場合は、空燃比のリッチ度合が小さくされると還元所要時間ＴＡが不要に長引くおそれがあるため、空燃比のリッチ度合が不変とされる。

図５において、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で算出した空燃比のリッチ度合によりリッチパージを実行し、ステップＳ１０７では、還元所要時間ＴＡを算出する。このとき、図２についての説明のように、リッチパージ開始後、上流側Ａ／ＦによりＮＯｘ還元除去の開始タイミングが検知されるとともに、下流側Ａ／ＦによりＮＯｘ還元除去の終了タイミングが検知され、ＮＯｘ還元終了に伴いリッチパージの実行が終了する。そして、還元開始と還元終了の各タイミングから還元所要時間ＴＡが算出される。

そして、ステップＳ１０８では、ＮＯｘ触媒２１の吸蔵ＮＯｘ量を算出する。吸蔵ＮＯｘ量は単位時間当たりに還元除去されるＮＯｘ量と還元所要時間ＴＡとの積に相当し、このため、吸蔵ＮＯｘ量は空燃比のリッチ度合と還元所要時間ＴＡとの積に相関する。したがって、ＮＯｘ触媒上流側のＡ／Ｆセンサ２３の出力結果と還元所要時間ＴＡとに基づいて吸蔵ＮＯｘ量を算出する。

ステップＳ１０９では、浄化能力低下判定の実行条件が成立しているか否かを判定する。この実行条件は、硫黄被毒や触媒劣化に伴うＮＯｘ触媒２１の浄化能力が低下していると想定される条件であり、例えば、車両の走行距離を計測し、その走行距離が所定走行距離（例えば１０，０００ｋｍ）になる度に実行条件が成立すると判定したり、インジェクタ１１による燃料噴射量の総量（毎回の燃料噴射量の積算値）を算出し、その燃料噴射量の総量が所定量になる度に実行条件が成立すると判定したりすると良い。そして、前記実行条件が成立しない場合にはそのまま本処理を終了し、前記実行条件が成立する場合にはステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０７で算出した還元所要時間ＴＡをパラメータとしてＮＯｘ触媒２１の浄化能力低下判定を行う。例えば、あらかじめ判定時間を定め、還元所要時間ＴＡとその判定時間を比較し、還元所要時間ＴＡが判定時間より長い場合はＮＯｘ触媒２１の浄化能力が低下していないと判定し、還元所要時間ＴＡが判定時間より短い場合はＮＯｘ触媒２１の浄化能力が低下していると判定する。ここで、リッチパージ実行時において、吸蔵ＮＯｘ量の減少に伴い空燃比のリッチ度合が小さくされた場合は、その空燃比のリッチ度合に応じて判定時間を定めても良い。また、ＮＯｘ触媒２１の吸蔵ＮＯｘ量に基づいて浄化能力低下の判定をしても良い。

そして、ＮＯｘ触媒２１の浄化能力が低下している場合には、フェイル判定を実施するようにしても良いし、浄化能力回復を図るべく硫黄被毒再生制御を実施しても良い。硫黄被毒再生制御とはリッチパージを長時間にわたって継続し、高温かつリッチ雰囲気の状態を持続させることにより、ＮＯｘ触媒２１に吸着したＳＯｘが放出され、そのＮＯｘ触媒２１の浄化能力の再生を図るものである。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

ＮＯｘ触媒２１の吸蔵ＮＯｘ量に応じて、リッチパージ実行時における空燃比のリッチ度合を変更するようにしたため、還元所要時間ＴＡについて時間調整が可能となる。したがって、Ａ／Ｆセンサ２３，２４の応答遅れによる影響が過分とならない範囲内で還元所要時間ＴＡを調整することにより、触媒浄化能力判定を行うためのパラメータである還元所要時間ＴＡを適正に算出することができる。これにより、ＮＯｘ触媒２１の浄化能力低下の判定精度が向上し、ひいては排気エミッションの適正化を実現することができる。

吸蔵ＮＯｘ量が少ないほど空燃比のリッチ度合を小さくすることにより、ＮＯｘ還元の進行速度を小さくし、還元所要時間を延長することができる。すなわち、ＮＯｘ触媒２１の浄化能力が低下している場合、空燃比のリッチ度合を小さくすることにより、還元所要時間ＴＡの短縮を抑制することができる。

吸蔵ＮＯｘ量が所定量以上である場合には空燃比のリッチ度合を変更しないようにすることにより、不要に還元所要時間ＴＡを長引かせないようにできる。これにより、適正な時間内でリッチパージを実行することができる。

前回のリッチパージ実行時における吸蔵ＮＯｘ量を読み込むことにより、吸蔵ＮＯｘ量に応じて空燃比のリッチ度合を変更することができるため、ＮＯｘ触媒２１の状態に適したリッチパージを実行することができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態では、リッチパージ実行時には、ＮＯｘ触媒２１の状態（吸蔵ＮＯｘ量）に応じて空燃比のリッチ度合を毎回変更したが、これに代えて、リッチパージの実行に合わせてＮＯｘ触媒２１の浄化能力低下判定を実行する場合に限って空燃比のリッチ度合を変更するようにしても良い。

上記実施の形態では、ＮＯｘ触媒２１の吸蔵ＮＯｘ量をパラメータとしてリッチパージ実行時における空燃比のリッチ度合を変更したが、これに代えて、次の構成を採用しても良い。つまり、排気管１８を流れる排気流量をパラメータとして加えて、吸蔵ＮＯｘ量と排気流量とに基づいて空燃比のリッチ度合を変更する。排気中に含まれる還元成分量は空燃比のリッチ度合の他に排気流量によっても異なる。図７に排気に含まれる還元成分量と排気流量との関係を示す。図７によるとリッチパージ実行時における空燃比のリッチ度合が一定である場合、排気流量の増加に応じて還元成分量が増加していく。したがって、排気流量が多いほどその排気に含まれる還元成分量が多くなり、すなわちＮＯｘ触媒２１に対して供給される還元成分量が多くなり、還元所要時間ＴＡが短縮されると考えられる。そこで、排気流量をパラメータとして加えて空燃比のリッチ度合を変更することにより、排気流量が増加しても還元所要時間ＴＡが確保できる。故に、浄化能力低下の判定精度を維持できる。

上記実施の形態では、ＮＯｘ触媒２１の上流側及び下流側のＡ／Ｆセンサ２３，２４の検出結果に基づいて検知したＮＯｘ還元の開始及び終了の各タイミングにより還元所要時間ＴＡを算出したが、これを変更し、ＮＯｘ触媒２１の上流側のＡ／Ｆセンサ２３の検出結果を用いずに還元所要時間を算出しても良い。つまり、ＥＣＵ３０によりＮＯｘ還元制御が開始されるタイミングを基準として、触媒下流側のＡ／Ｆセンサ２４によってリッチ成分が検出されるまでを還元所要時間として算出し、その還元所要時間に基づいてＮＯｘ触媒２１の浄化能力低下を判定する。この場合、Ａ／Ｆセンサ（酸素濃度センサ）はＮＯｘ触媒２１の少なくとも下流側に設けられていれば良い。

本実施の形態では、還元所要時間ＴＡの減少を抑制するためにリッチパージ実行時における空燃比のリッチ度合を変更したが、これに加えて、リッチパージ実行の周期を遅らせても良い。リッチパージは所定条件が成立するたびに実行されるが、そのリッチパージの実行を遅らせれば、その分ＮＯｘ触媒２１の吸蔵ＮＯｘ量が増える。したがって、ＮＯｘ触媒２１の浄化能力が低下している場合であっても、リッチパージ実行の周期を遅らせることにより吸蔵ＮＯｘ量を増やすことができ、さらに空燃比のリッチ度合を変更することにより還元所要時間ＴＡを延長させることができる。故に、ＮＯｘ触媒２１の浄化能力低下の判定精度をより向上させることができる。

本実施の形態では、吸蔵ＮＯｘ量に基づいて空燃比のリッチ度合を変更したが、これに加えて、エンジンの運転履歴から推定したＮＯｘ触媒２１の状態に基づいて空燃比のリッチ度合を変更しても良い。エンジンの運転時間に関する履歴情報や、インジェクタ１１による噴射回数の履歴情報等に基づいて、ＮＯｘ触媒２１がどの程度の浄化能力を保持しているか大凡推測できると考えられる。このように推定したＮＯｘ触媒２１の状態に基づいて空燃比のリッチ度合を変更する。また、エンジンの運転履歴からＮＯｘ触媒２１の状態を推定するため、前回のリッチパージ実行時以降のＮＯｘ触媒２１の状態を推定できる。このため、より実際の触媒の状態に応じて空燃比のリッチ度合を変更できる。

本実施の形態では、車両に搭載した駆動源をディーゼルエンジンとしたが、これを変更して、駆動源をガソリンエンジンとしても適用できる。

発明の実施の形態におけるエンジンシステムの概略を示す構成図である。 リッチパージ制御とＮＯｘ触媒の浄化能力低下判定とを説明するためのタイムチャートである。 Ａ／Ｆセンサの応答遅れのばらつきについて説明するためのタイムチャートである。 還元所要時間に含まれる誤差の特性を示す図である。 リッチパージ制御処理を示すフローチャートである。 吸蔵ＮＯｘ量と空燃比との関係を示す図である。 排気流量と還元成分量との関係を示す図である。

符号の説明

１０…エンジン、１８…排気管、２１…ＮＯｘ触媒、２４…Ａ／Ｆセンサ、３０…変更手段、取得手段としてのＥＣＵ。

Claims (5)

1. 内燃機関の排気系に設けられるＮＯｘ吸蔵還元型の触媒と、
   少なくとも前記触媒の下流側に設けられ排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサとを備え、
   前記触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元除去するために、空燃比を一時的にリッチ側に制御してリッチパージ制御を行う一方、該リッチパージの実行時に前記酸素濃度センサの検出結果から算出したＮＯｘ還元の所要時間に基づいて前記触媒の浄化能力低下を判定する内燃機関の排気浄化装置において、
   前記触媒の状態を示すパラメータとして当該触媒の吸蔵ＮＯｘ量を用い、該吸蔵ＮＯｘ量が少ないほど前記リッチパージ実行時における空燃比のリッチ度合を小さくすることにより、前記酸素濃度センサの応答遅れによる影響が過分とならない範囲内で前記ＮＯｘ還元の所要時間を延長する変更手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記変更手段は、前記吸蔵ＮＯｘ量が所定量以上である場合に空燃比のリッチ度合を変更しない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。
3. 前記変更手段は、以前のリッチパージ実行時に算出した吸蔵ＮＯｘ量を参照し、該吸蔵ＮＯｘ量に応じて前記空燃比のリッチ度合を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記排気系に流れる排気流量を取得する取得手段を備え、
   前記変更手段は、前記取得手段により取得した排気流量をパラメータとして加えて前記空燃比のリッチ度合を変更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内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記内燃機関の運転履歴から前記触媒の状態を推定する手段を備え、
   前記変更手段は、前記推定した結果に応じて前記空燃比のリッチ度合を変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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