JP5690182B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ触媒が排気系に設けられるとともに、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼させるリーンバーン運転が可能な内燃機関の制御装置に関する。

この種の内燃機関では、燃費の向上を図ることを目的として、リーンバーン運転が行われる。このリーンバーン運転中には、排ガス中の酸素濃度が比較的高いため、排ガス中のＮＯｘは、三元触媒では適切に還元することができず、浄化されずに排出されるおそれがある。このような不具合を防止するために、従来、ＮＯｘ浄化用のＮＯｘ触媒が、内燃機関の排気系に設けられている。

例えばＮＯｘ吸蔵型のＮＯｘ触媒は、混合気の空燃比がリーンであることにより排ガス中の酸素濃度が比較的高い酸化雰囲気下では、排ガス中のＮＯｘを捕捉する（吸着して保持する）一方、空燃比がリッチであることにより排ガス中のＨＣやＣＯなどの還元剤の濃度が比較的高い還元雰囲気下では、捕捉したＮＯｘを放出するとともに、還元剤で還元することによって、排ガスを浄化する。

また、ＮＯｘ触媒が経年劣化すると、ＮＯｘを適切に浄化できなくなるおそれがある。このため、従来、例えば特許文献１には、ＮＯｘ触媒の劣化を次のようにして判定することが開示されている。すなわち、排気系のＮＯｘ触媒よりも下流側に、排気空燃比（排ガス中の還元剤に対する酸素の割合）を検出する空燃比センサを設けるとともに、内燃機関に供給される混合気の空燃比がリーンからリッチに切り換えられてから、空燃比センサで検出された排気空燃比がリーンからリッチに切り換わるまでの経過時間を計時する。そして、計時された経過時間に基づいて、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘの捕捉量を算出するとともに、算出されたＮＯｘの捕捉量に基づいて、ＮＯｘ触媒の劣化が判定される。

特許第２６９２３８０号

図５は、ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘの捕捉能力との一般的な関係を示している。同図において、Ｌ１は、ＮＯｘ触媒がまったく劣化していない新品である場合を、Ｌ２は、ＮＯｘ触媒が新品よりも劣化している場合を、Ｌ３は、ＮＯｘ触媒がＬ２よりもさらに劣化している場合を、それぞれ示している。また、Ｌ４は、ＮＯｘ触媒が異常である場合を示している。本明細書および特許請求の範囲では、「劣化」とは、ＮＯｘ捕捉能力が新品の状態よりも低下してはいるものの、ＮＯｘをある程度は捕捉することが可能な状態をいう。また、「異常」とは、ＮＯｘ触媒の劣化の進行などに伴って、ＮＯｘをほとんど捕捉できなくなった状態をいう。同図にＬ１〜Ｌ３で示すように、ＮＯｘ触媒は、異常に至っていない正常な場合でも、その温度が比較的高いときに、ＮＯｘ捕捉能力、すなわちＮＯｘを吸着するとともに保持する能力が低下するという特性を有する。

このため、例えば、ＮＯｘ捕捉能力が所定のしきい値ＮＧＣよりも小さいときにＮＯｘ触媒が異常であると判定する場合において、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度ＴＬＮＣＲＥＦ以上のときには、図５にＬ３で示すように、実際にはＮＯｘ触媒が正常な場合でも、ＮＯｘ捕捉能力がしきい値ＮＧＣよりも小さくなり、その結果、ＮＯｘ触媒が異常であると誤判定するおそれがある。このような誤判定を避けるために、例えば、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度ＴＬＮＣＲＥＦ以上のときに、ＮＯｘ触媒の異常判定を禁止するとともに、この所定温度ＴＬＮＣＲＥＦを、ＮＯｘ触媒が異常のときに限ってＮＯｘ捕捉能力がしきい値ＮＧＣを下回るようなより低い温度に設定することが考えられる。それにより、ＮＯｘ触媒が正常な場合でも、ＮＯｘ触媒を異常と誤判定することがなくなる。

また、上記のように異常判定を禁止しているときには、ＮＯｘ触媒が異常であるか否かが不明であるため、そのような状況でリーンバーン運転を実行すると、ＮＯｘ触媒が実際に異常のときには、ＮＯｘが浄化されずにそのまま排出されてしまう。このような不具合を防止するために、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度ＴＬＮＣＲＥＦ以上で異常判定が禁止されているときに、リーンバーン運転も禁止することが考えられる。しかし、その場合には、実際にはＮＯｘ触媒が正常な場合でも、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度ＴＬＮＣＲＥＦ以上である限り、ＮＯｘ触媒の異常判定の禁止と併せて、リーンバーン運転が不要に禁止される結果、リーンバーン運転の実行機会が少なくなり、ひいては、内燃機関の燃費が悪化してしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ＮＯｘ触媒の異常を精度良く判定できるとともに、リーンバーン運転の実行機会を適切に確保でき、それにより、内燃機関の燃費の向上を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ触媒９が排気系（排気通路７）に設けられるとともに、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼させるリーンバーン運転が可能な内燃機関３の制御装置１であって、ＮＯｘ触媒９のＮＯｘの捕捉能力（第２出力ＳＶＯ２）に基づいてＮＯｘ触媒９が異常であるか否かを仮判定する仮判定手段（ＥＣＵ２、ステップ１８）と、ＮＯｘ触媒９の温度を取得する温度取得手段（排ガス温度センサ２７、ＥＣＵ２）と、取得されたＮＯｘ触媒９の温度（ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣ）が所定値を初期値とする上限温度ＴＬＭＴＨ以上のときに仮判定手段による仮判定を禁止するとともに、ＮＯｘ触媒９の温度が上限温度ＴＬＭＴＨよりも低いときに仮判定を許可する仮判定禁止手段（ＥＣＵ２、ステップ１１〜１３）と、ＮＯｘ触媒９が異常であると仮判定されたときに、上限温度ＴＬＭＴＨを低下側に更新する上限温度更新手段（ＥＣＵ２、ステップ２２）と、仮判定禁止手段により仮判定が禁止されているときにリーンバーン運転を禁止するとともに、仮判定が許可されているときにリーンバーン運転を許可するリーンバーン禁止手段（ＥＣＵ２、ステップ１）と、ＮＯｘ触媒９が異常であると仮判定され、かつ、上限温度更新手段により更新された上限温度ＴＬＭＴＨが初期値よりも低い所定の判定温度ＴＪＵＤ以下になったときに、ＮＯｘ触媒９が異常であると確定する異常確定手段（ＥＣＵ２、ステップ２６）と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、ＮＯｘ触媒が異常であるか否かが、ＮＯｘ触媒のＮＯｘの捕捉能力に基づいて、仮判定手段により仮判定されるとともに、仮判定禁止手段によって、ＮＯｘ触媒の異常の仮判定が、取得されたＮＯｘ触媒の温度が所定値を初期値とする上限温度以上のときには禁止される一方、それ以外のときには許可される。また、ＮＯｘ触媒が異常であると仮判定されたときには、上限温度が、上限温度更新手段によって低下側に更新される。そして、ＮＯｘ触媒が異常であると仮判定され、かつ、更新された上限温度が、その初期値よりも低い所定の判定温度以下になったときに、異常確定手段によって、ＮＯｘ触媒が異常であると確定される。この場合、ＮＯｘ触媒の異常の仮判定が、ＮＯｘ触媒の温度が上限温度よりも低いときに許可されるので、上限温度が判定温度以下であるときには、ＮＯｘ触媒の温度は判定温度よりも低い関係にある。

以上により、図５を用いて説明したＮＯｘ触媒の特性から明らかなように、ＮＯｘ触媒の温度が判定温度よりも低く、それによりＮＯｘ触媒が異常であると誤判定するおそれがない状況において、ＮＯｘ触媒が異常であると仮判定されたことをもって、ＮＯｘ触媒が異常であると確定でき、したがって、ＮＯｘ触媒の異常を精度良く判定することができる。

また、前述した構成によれば、ＮＯｘ触媒の異常の仮判定が禁止されているとき、すなわちＮＯｘ触媒の温度が上限温度以上のときには、リーンバーン禁止手段によって、リーンバーン運転が禁止される一方、それ以外のときには許可される。上述したように、仮判定およびリーンバーン運転の禁止を規定する上限温度を、所定の固定値に設定するのではなく、ＮＯｘ触媒が異常であると仮判定されたときに低下側に更新するので、上限温度の初期値を比較的高い温度に設定することが可能になり、それにより、上限温度で規定されるリーンバーン運転の許可領域を拡大することができる。その結果、前述した従来の場合と異なり、ＮＯｘ触媒が異常ではないときのリーンバーン運転の不要な禁止を抑制できるので、その実行機会を適切に確保でき、それにより、内燃機関の良好な燃費を得ることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、上限温度更新手段は、ＮＯｘ触媒９が異常であると仮判定されるごとに、上限温度ＴＬＭＴＨを徐々に低下させるように更新することを特徴とする。

この構成によれば、ＮＯｘ触媒が異常であると仮判定されるごとに、リーンバーン運転の禁止を規定する上限温度が、徐々に低下するように更新される。したがって、上限温度を一度に大きく低下させる場合と異なり、上限温度で規定されるリーンバーン運転の許可領域が急激に狭められるのを防止でき、それにより、上限温度が判定温度以下になるまでの間、リーンバーン運転を行うことができ、リーンバーン運転の実行機会をより適切に確保することができる。

本発明の実施形態による制御装置を、これを適用した内燃機関とともに概略的に示す図である。 内燃機関を制御するためのエンジン制御処理を示すフローチャートである。 ＮＯｘ触媒の異常を判定するための異常判定処理を示すフローチャートである。 異常判定処理において実行されるＮＯｘ触媒の異常の仮判定の手法を説明するための図である。 ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘの捕捉能力との一般的な関係を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３は、４つの気筒（図示せず）を有する４サイクルタイプのガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に動力源として搭載されている。エンジン３のクランク軸（図示せず）には、クランク角センサ２１が設けられている。クランク角センサ２１は、クランク軸の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を、制御装置１の後述するＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、４つの気筒のいずれかのピストンが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。また、エンジン３には、気筒判別センサ（図示せず）が設けられており、気筒判別センサは、気筒を判別するためのパルス信号である気筒判別信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、これらの気筒判別信号、ＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号に基づいて、クランク角度位置を気筒ごとに算出する。

エンジン３の吸気通路４には、上流側から順に、スロットル弁５、吸気圧センサ２２および燃料噴射弁６が設けられている。このスロットル弁５の開度（以下「スロットル弁開度」という）は、ＥＣＵ２により制御され、それにより、吸気通路４を介して各気筒の燃焼室に吸入される吸入空気量が制御される。また、スロットル弁開度ＴＨは、スロットル弁開度センサ２３によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

上記の吸気圧センサ２２は、吸気通路４内の圧力（以下「吸気圧」という）ＰＢＡを、絶対圧として検出するとともに、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、エンジン回転数ＮＥおよび吸気圧ＰＢＡに応じて、吸入空気量ＧＩＮを算出する。燃料噴射弁６は、気筒ごとに、吸気ポートに臨むように設けられている（１つのみ図示）。燃料噴射弁６の開弁時間および開弁タイミングは、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、燃料噴射弁６による燃料の噴射動作が制御される。

エンジン３にはさらに、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ（図示せず）が、気筒ごとに設けられている。この点火プラグの点火動作は、ＥＣＵ２によって制御される。

また、エンジン３の排ガスを排出するための排気通路７（排気系）には、上流側から順に、ＬＡＦセンサ２４、三元触媒８、第１Ｏ２センサ２５、ＮＯｘ触媒９、および第２Ｏ２センサ２６が設けられている。ＬＡＦセンサ２４は、ジルコニアや白金電極で構成されており、燃焼室で燃焼した混合気の空燃比の領域が理論空燃比よりもリッチな領域からリーンな領域までの広範囲な領域において、排ガス中の酸素濃度をリニアに検出するとともに、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、ＬＡＦセンサ２４で検出された酸素濃度に基づいて、燃焼した実際の混合気の空燃比を表す実空燃比Ａ／ＦＡＣＴを算出する。

上記の三元触媒８は、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化するとともに、ＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。三元触媒８によるＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘの浄化能力は、排ガスがストイキ雰囲気下にあるとき、すなわち、排気空燃比（排ガス中のＨＣやＣＯなどの還元剤に対する酸素の割合）が、理論空燃比を含む比較的狭い領域にあるときに、いずれも高くなる。また、ＮＯｘ触媒９は、いわゆるＮＯｘ吸蔵型のものであり、排ガス中の酸素濃度が比較的高い酸化雰囲気下では、排ガス中のＮＯｘを捕捉する（吸着して保持する）一方、排ガス中の還元剤の濃度が比較的高い還元雰囲気下では、捕捉したＮＯｘを放出するとともに、還元剤で還元することによって、排ガスを浄化する。

第１Ｏ２センサ２５は、ジルコニアや白金電極で構成されており、三元触媒８のすぐ下流側の排ガス中の酸素濃度に基づく出力（以下「第１出力」という）ＦＶＯ２を、ＥＣＵ２に出力する。この第１出力ＦＶＯ２は、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側のときにはＨｉレベルになるとともに、リーン側のときにはＬｏレベルになり（図４参照）、理論空燃比の前後において急激に変化する。第２Ｏ２センサ２６は、第１Ｏ２センサ２５と同様に構成されており、ＮＯｘ触媒９のすぐ下流側の排ガス中の酸素濃度に基づく出力（以下「第２出力」という）ＳＶＯ２を、ＥＣＵ２に出力する。第２出力ＳＶＯ２も、排気空燃比に応じて、第１出力ＦＶＯ２と同様に変化する。

また、排気通路７のＮＯｘ触媒９のすぐ上流側には、排ガス温度センサ２７（温度取得手段）が設けられている。排ガス温度センサ２７は、ＮＯｘ触媒９に流入する排ガスの温度を検出するとともに、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、検出された排ガスの温度に応じて、ＮＯｘ触媒９の温度（以下「ＮＯｘ触媒温度」という）ＴＬＮＣを算出する。

ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ２８から、車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量であるアクセル開度ＡＰを表す検出信号が、車速センサ２９から車両の車速ＶＰを表す検出信号が、それぞれ出力される。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜２９の検出信号に基づき、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、図２および図３にそれぞれ示すエンジン制御処理およびＮＯｘ触媒９の異常判定処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、本発明における仮判定手段、温度取得手段、仮判定禁止手段、上限温度更新手段、リーンバーン禁止手段、および異常確定手段に相当する。

このエンジン制御処理は、次のストイキ燃焼運転、リーンバーン運転およびリッチスパイク運転のいずれかでエンジン３を運転し、制御する処理であり、前述したＴＤＣ信号の発生に同期して、気筒ごとに実行される。
・ストイキ燃焼運転：エンジン３に供給される混合気の空燃比を理論空燃比になるように制御することにより、理論空燃比の混合気を燃焼室で燃焼させることによって、ストイキ燃焼運転を実行する運転モード。
・リーンバーン運転：空燃比を理論空燃比よりもリーンになるように制御することにより、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼室で燃焼させることによって、リーンバーン運転を実行する運転モード。
・リッチスパイク運転：ＮＯｘ触媒９に捕捉されたＮＯｘを放出させ、還元するために、空燃比を理論空燃比よりも若干リッチになるように制御する運転モード。

まず、図２のステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、禁止フラグＦ＿ＦＯＲＢＩＤが「１」であるか否かを判別する。この禁止フラグＦ＿ＦＯＲＢＩＤは、ＮＯｘ触媒９の異常を仮判定するための後述する異常仮判定が禁止されているときに「１」に設定されるものであり、図３の異常判定処理において後述するように設定される。このステップ１の答がＹＥＳ（Ｆ＿ＦＯＲＢＩＤ＝１）で、ＮＯｘ触媒９の異常仮判定が禁止されているときには、リーンバーン運転を禁止するとともに、ストイキ燃焼運転を実行し（ステップ２）、本処理を終了する。

このストイキ燃焼運転中、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＥＱに応じ、スロットル弁開度ＴＨを介して吸入空気量ＧＩＮを制御するとともに、算出された実空燃比Ａ／ＦＡＣＴが理論空燃比になるように、燃料噴射弁６の噴射動作を制御する。この要求トルクＴＲＥＱは、エンジン回転数ＮＥおよび検出されたアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。以上により、ストイキ燃焼運転中、理論空燃比の混合気が燃焼室で燃焼する。

一方、前記ステップ１の答がＮＯ（Ｆ＿ＦＯＲＢＩＤ＝０）で、ＮＯｘ触媒９の異常仮判定が禁止されていないときには、リーンバーンフラグＦ＿ＬＥＡＮが「１」であるか否かを判別する（ステップ３）。このリーンバーンフラグＦ＿ＬＥＡＮは、リーンバーン運転を実行するための次の所定の実行条件（ａ）〜（ｄ）のいずれもが成立していることを、「１」で表すものである。
（ａ）エンジン回転数ＮＥが所定範囲内にあること。
（ｂ）車速ＶＰが所定範囲内にあること。
（ｃ）要求トルクＴＲＥＱが所定値以下で低負荷領域にあること。
（ｄ）スロットル弁開度ＴＨが所定値以下であること。

上記ステップ３の答がＹＥＳ（Ｆ＿ＬＥＡＮ＝１）のときには、リーンバーン運転を実行し（ステップ４）、本処理を終了する。このリーンバーン運転中、スロットル弁開度ＴＨを、ほぼ全開状態に制御するとともに、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴが目標空燃比Ａ／ＦＯＢＪになるように、燃料噴射弁６の噴射動作を制御する。この場合、目標空燃比Ａ／ＦＯＢＪは、エンジン回転数ＮＥや要求トルクＴＲＥＱに応じて、理論空燃比よりもリーンな空燃比に設定される。以上により、リーンバーン運転中、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気が燃焼室で燃焼する結果、エンジン３の良好な燃費を得ることができる。

一方、ステップ３の答がＮＯ（Ｆ＿ＬＥＡＮ＝０）のときには、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する（ステップ５）。このリッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨは、リッチスパイク運転を実行するための所定の実行条件が成立したときに「１」に設定される。この実行条件は、ＮＯｘ触媒９に捕捉されたＮＯｘの捕捉量が飽和状態にあると判定されたときに、成立していると判定される。このＮＯｘの捕捉量は、エンジン回転数ＮＥや、吸入空気量ＧＩＮ、第１Ｏ２センサ２５の第１出力ＳＶＯ１などに応じて算出される。

上記ステップ５の答がＹＥＳ（Ｆ＿ＲＩＣＨ＝１）のときには、リッチスパイク運転を実行し（ステップ６）、本処理を終了する。このリッチスパイク運転中、ストイキ燃焼運転の場合と同様、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＥＱに応じ、スロットル弁開度ＴＨを介して、吸入空気量ＧＩＮを制御する。また、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴが理論空燃比よりも若干リッチになるように、燃料噴射弁６の噴射動作を制御する。以上により、リッチスパイク運転中、理論空燃比よりも若干リッチな空燃比の混合気が燃焼室で燃焼する。

前述したように、ストイキ燃焼運転中には、混合気の空燃比が理論空燃比に制御されることから、ＮＯｘ触媒９の上流側の三元触媒８によって排ガス中のＮＯｘが還元（浄化）されるため、ＮＯｘがＮＯｘ触媒９に流入することはほとんどない。一方、リーンバーン運転中には、空燃比が理論空燃比よりもリーンに制御されることによって、排ガスの酸素濃度が高いことから、排ガス中のＮＯｘは、三元触媒８でほとんど還元されずに、ＮＯｘ触媒９に捕捉される。このため、上述したＮＯｘ触媒９のＮＯｘの捕捉量に基づくリッチスパイク運転の実行条件は、リーンバーン運転中に成立し、それにより、運転モードは、リーンバーン運転からリッチスパイク運転に切り換えられる。

なお、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」のとき、すなわち、リッチスパイク運転中には、前述したリーンバーンフラグＦ＿ＬＥＡＮは、その実行条件（ａ）〜（ｄ）の成立にかかわらず、「０」に保持される。これにより、前記ステップ３の答がＮＯになることによって、ステップ４のリーンバーン運転は実行されない。また、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨは、リッチスパイク運転の実行によってＮＯｘ触媒９のＮＯｘが十分に放出されるとともに還元されたと判定されたときに、「０」にリセットされる。この判定は、吸入空気量ＧＩＮに応じて算出された排ガス流量の積算値などに応じて行われる。

一方、ステップ５の答がＮＯ（Ｆ＿ＲＩＣＨ＝０）のときには、前記ステップ２を実行し、本処理を終了する。

次に、図３を参照しながら、異常判定処理について説明する。本処理は、上述したエンジン制御処理と同様にＴＤＣ信号の発生に同期して実行され、エンジン制御処理と並行して実行される。まず、ステップ１１では、算出されたＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが上限温度ＴＬＭＴＨよりも低いか否かを判別する。

この上限温度ＴＬＭＴＨは、車両の出荷時やＮＯｘ触媒９が新品に交換されたときに、所定の初期値に設定される。この初期値は、ＮＯｘ触媒９が劣化していない新品である場合に、ＮＯｘ触媒９の異常仮判定において異常であると誤判定されないような温度のうちの最高の温度に設定されており、例えば６９０℃である。なお、上限温度ＴＬＭＴＨは、異常仮判定などの禁止および許可を規定するものであることから、この禁止および許可のハンチングを防止するために、所定のヒステリシス付きの値に設定されている。

上記ステップ１１の答がＮＯで、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣ≧上限温度ＴＬＭＴＨのときには、ＮＯｘ触媒９の異常を適切に判定できないおそれがあることから、異常仮判定を禁止するために、禁止フラグＦ＿ＦＯＲＢＩＤを「１」に設定し（ステップ１２）、ＮＯｘ触媒９の異常を判定することなく、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ１１の答がＹＥＳで、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣ＜上限温度ＴＬＭＴＨのときには、異常仮判定を許可するために、禁止フラグＦ＿ＦＯＲＢＩＤを「０」に設定する（ステップ１３）。次いで、前述したリッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する（ステップ１４）。

この答がＮＯ（Ｆ＿ＲＩＣＨ＝０）で、リッチスパイク運転中でないときには、ＮＯｘ触媒９の異常を判定することなく、そのまま本処理を終了する。これは、異常仮判定では、リッチスパイク運転の開始直後における第２ＯＳセンサ２６の第２出力ＳＶＯ２に基づいて、ＮＯｘ触媒９の異常を判定することから、リッチスパイク運転中でないときには、異常を判定できないためである。

一方、上記ステップ１４の答がＹＥＳ（Ｆ＿ＲＩＣＨ＝１）のときには、リッチスパイクフラグの前回値Ｆ＿ＲＩＣＨＺが「０」であるか否かを判別する（ステップ１５）。この答がＹＥＳのとき、すなわち、今回がリッチスパイク運転の開始直後のループであるときには、後述する更新済みフラグＦ＿ＤＯＮＥを「０」にリセットし（ステップ１６）、ステップ１７に進む。一方、ステップ１５の答がＮＯのときには、ステップ１６をスキップし、ステップ１７に進む。

このステップ１７では、更新済みフラグＦ＿ＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、異常仮判定を実行する（ステップ１８）。この異常仮判定について、以下、図４を参照しながら説明する。

運転モードがリーンバーン運転からリッチスパイク運転に切り換えられると（図４の時点ｔ１）、それまで排気空燃比がリーンであったことでＬｏレベルの状態にあった第１Ｏ２センサ２５の第１出力ＦＶＯ２（実線）は、リッチスパイク運転により排気空燃比がリッチ側に変化したことで急激にＨｉレベルに変化する。この場合、リーンバーン運転からリッチスパイク運転への切り換え直後において、排ガス中のＨＣやＣＯなどの還元剤が、三元触媒８に貯蔵されていた酸素で酸化されることから、三元触媒８のすぐ下流側の排ガスの排気空燃比がすぐにはリッチ側に変化しないため、三元触媒８の下流側に設けられた第１Ｏ２センサ２５の第１出力ＦＶＯ２は、その分の時間遅れを伴って、Ｈｉレベルに変化する。

また、リッチスパイク運転への運転モードの切換後、三元触媒８の酸素がすべて消費されると、第１出力ＦＶＯ２は、Ｈｉレベルの状態で推移する。また、排ガス中の還元剤がＮＯｘ触媒９に流入し、それにより、ＮＯｘ触媒９に捕捉されたＮＯｘは、放出されるとともに還元される。このため、ＮＯｘ触媒９の下流側では、排気空燃比がリーンな状態で推移し、その結果、ＮＯｘ触媒９の下流側に設けられた第２Ｏ２センサ２６の第２出力ＳＶＯ２（一点鎖線）は、第１出力ＦＶＯ２とは異なり、Ｌｏレベルの状態で推移する。

そして、ＮＯｘ触媒９のＮＯｘがすべて放出され還元されると（図４の時点ｔ２）、排ガス中の還元剤が、ＮＯｘの還元に用いられずに、そのままＮＯｘ触媒９を通過する結果、ＮＯｘ触媒９の下流側の排気空燃比は、リッチ側に変化し、それにより、第２出力ＳＶＯ２は、Ｈｉレベルに変化する。

ＮＯｘ触媒９が異常であるときには、ＮＯｘがほとんど捕捉されないため、リッチスパイク運転の開始後、ＮＯｘ触媒９の下流側の排気空燃比は、ＮＯｘ触媒９が異常でない正常な場合よりも早いタイミングで、リッチ側に変化する。これにより、図４に破線で示すように、ＮＯｘ触媒９が異常の場合の第２出力ＳＶＯ２’は、一点鎖線で示す正常な場合の第２出力ＳＶＯ２よりも早いタイミングでＨｉレベルに変化する。以上から明らかなように、この場合における第２出力ＳＶＯ２は、ＮＯｘ触媒９のＮＯｘの捕捉能力を表す。

以上から、異常仮判定は次のようにして行われる。すなわち、リッチスパイク運転の開始後、第１出力ＦＶＯ２が所定値ＶＲＥＦ（図４参照）を超えてからの排ガス流量の積算値ＱＥＧＳＵＭ、すなわちＮＯｘ触媒９に流入する排ガスの排気空燃比がリッチ側に変化してからの排ガス流量の積算値ＱＥＧＳＵＭを、吸入空気量ＧＩＮに応じて算出する。そして、排ガス流量の積算値ＱＥＧＳＵＭが所定値ＱＲＥＦに達したときに得られた第２出力ＳＶＯ２が、所定の判定値ＶＪＵＤ（図４参照）よりも大きいときには、ＮＯｘ触媒９のＮＯｘの捕捉能力が非常に低いとして、ＮＯｘ触媒９が異常であると仮判定し、そのことを表すために、仮異常フラグＦ＿ＮＧＴＥＭを「１」に設定する。

一方、排ガス流量の積算値ＱＥＧＳＵＭが所定値ＱＲＥＦに達したときに得られた第２出力ＳＶＯ２が判定値ＶＪＵＤ以下のときには、ＮＯｘ触媒９が異常でない（正常）と仮判定するとともに、そのことを表すために、仮異常フラグＦ＿ＮＧＴＥＭを「０」に設定する。

上記の所定値ＱＲＥＦは、ＮＯｘ触媒９の異常を判定するのに必要な還元剤がＮＯｘ触媒９に過不足なく供給されているか否かを判定するためのものであり、実験などによって設定されている。また、判定値ＶＪＵＤは、ＨｉレベルとＬｏレベルのほぼ中間の値に設定されている。なお、本実施形態において、排ガス流量の積算値ＱＥＧＳＵＭが所定値ＱＲＥＦに達したときの第２出力ＳＶＯ２が、本発明におけるＮＯｘ触媒９の捕捉能力に相当する。

また、リッチスパイク運転中、ステップ１８の異常仮判定による判定結果が得られた後には、その後、リッチスパイク運転が終了し、再度実行されるまで、異常仮判定は実行されない。すなわち、１回のリッチスパイク運転中に、異常仮判定が１回のみ行われる。さらに、上述した異常仮判定の判定手法から明らかなように、所定値ＱＲＥＦは、異常仮判定の終了タイミングを規定しており、リッチスパイク運転中に異常仮判定が終了するような値に設定されている。

図３の前記ステップ１８に続くステップ１９では、今回の異常仮判定が終了しているか否かを判別する。この答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する一方、ＹＥＳで、今回の異常仮判定が終了しており、その判定結果が得られているときには、この判定結果を表す仮異常フラグＦ＿ＮＧＴＥＭが「１」であるか否かを判別する（ステップ２０）。

このステップ２０の答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する一方、ＹＥＳ（Ｆ＿ＮＧＴＥＭ＝１）で、ＮＯｘ触媒９が異常と仮判定されているときには、上限温度ＴＬＭＴＨが所定の判定温度ＴＪＵＤよりも高いか否かを判別する（ステップ２１）。この判定温度ＴＪＵＤは、前述した上限温度ＴＬＭＴＨの初期値よりも低い所定の温度に設定されている。より具体的には、判定温度ＴＪＵＤは、ＮＯｘ触媒９が正常であるときに、ステップ１８による異常仮判定において、ＮＯｘ触媒９が正常であるときに前述した第２出力ＳＶＯ２が判定値ＶＪＵＤを上回ることによって異常であると誤判定されないような温度のうちの最高の温度に設定されており、例えば５７０℃である。

上記ステップ２１の答がＹＥＳ（ＴＬＭＴＨ＞ＴＪＵＤ）のときには、そのときに得られている上限温度ＴＬＭＴＨから所定温度ＴＲＥＦを減算した値に、上限温度ＴＬＭＴＨを低下側に更新する（ステップ２２）。更新された上限温度ＴＬＭＴＨは、ＥＣＵ２の前述したＥＥＰＲＯＭに記憶される。以上により、上限温度ＴＬＭＴＨの更新後に、エンジン３が停止され、再始動されたときに、ＮＯｘ触媒９が新品に交換されない限り、更新された上限温度ＴＬＭＴＨが本処理に用いられる。なお、本実施形態では、上限温度ＴＬＭＴＨを記憶するための記憶装置は、ＥＥＰＲＯＭであるが、不揮発性の他の記憶装置、例えばフラッシュメモリでもよい。

上記ステップ２２に続くステップ２３では、今回の異常仮判定の判定結果に基づいて上限温度ＴＬＭＴＨが更新されたことを表すために、更新済みフラグＦ＿ＤＯＮＥを「１」に設定する。これにより、前記ステップ１７の答がＹＥＳ（Ｆ＿ＤＯＮＥ＝１）になり、その場合には、そのまま本処理を終了する。

前述したように、更新済みフラグＦ＿ＤＯＮＥが、リッチスパイク運転の開始時に「０」にリセットされる（ステップ１６）とともに、１回のリッチスパイク運転中に、異常仮判定が１回のみ行われる。また、この異常仮判定によりＮＯｘ触媒９が異常であると仮判定されたとき（ステップ２０：ＹＥＳ）に、ステップ２２による上限温度ＴＬＭＴＨの更新が行われ、その後、再度、リッチスパイクが開始されるとともにＮＯｘ触媒９が異常であると仮判定されない限り、更新済みフラグＦ＿ＤＯＮＥが「１」に保持される結果、ステップ１７により本処理が終了されるため、上限温度ＴＬＭＴＨの更新は行われない。

以上から明らかなように、上限温度ＴＬＭＴＨの更新は、ＮＯｘ触媒９が異常と判定されるごとに行われる。また、上限温度ＴＬＭＴＨを低下側に更新するために減算項として用いられる所定温度ＴＲＥＦは、上限温度ＴＬＭＴＨが徐々に低下するような温度、例えば３０℃に設定されている。

上記ステップ２３に続くステップ２４では、ステップ２２により更新された上限温度ＴＬＭＴＨが、前述した判定温度ＴＪＵＤよりも低いか否かを判別する。この答がＮＯのときにはそのまま本処理を終了する一方、ＹＥＳ（ＴＬＭＴＨ＜ＴＪＵＤ）のときには、上限温度ＴＬＭＴＨを判定温度ＴＪＵＤに更新し（ステップ２５）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ２１の答がＮＯで、上限温度ＴＬＭＴＨが判定温度ＴＪＵＤ以下になったときには、ＮＯｘ触媒９が異常であると確定し、そのことを表すために、異常確定フラグＦ＿ＮＧを「１」に設定し（ステップ２６）、本処理を終了する。

ＮＯｘ触媒９の異常を以上のようにして判定（確定）するのは、次の理由による。すなわち、前記ステップ１１によってＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが上限温度ＴＬＭＴＨよりも低いときにステップ２１が実行されるので、このステップ２１の答がＮＯのとき（ＴＬＭＴＨ≦ＴＪＵＤ）には、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣは、判定温度ＴＪＵＤよりも低い関係にある。このことは、前述した判定温度ＴＪＵＤの設定手法から明らかなように、ＮＯｘ触媒９が異常と誤判定するおそれがない温度状態にあることを表している（図５の所定温度ＴＬＮＣＲＥＦよりも低い状態）。そのような状況で、前述したＮＯｘ触媒９のＮＯｘの捕捉能力に基づく異常仮判定によってＮＯｘ触媒９が異常であると仮判定されている（ステップ２０：ＹＥＳ）ためである。

なお、異常確定フラグＦ＿ＮＧが「１」に設定されると、ＮＯｘ触媒９の異常を運転者に知らせるための警告灯（図示せず）が点灯される。その後、異常確定フラグＦ＿ＮＧは、ＮＯｘ触媒９が新品に交換されない限り「１」に保持され、交換されたときに「０」にリセットされる。また、異常確定フラグＦ＿ＮＧが「１」のときには、常に、リーンバーン運転が禁止されるとともに、ストイキ燃焼運転が実行される。

以上のように、本実施形態によれば、ＮＯｘ触媒９のＮＯｘの捕捉能力に基づいて、ＮＯｘ触媒９の異常仮判定が実行される（図３のステップ１８）とともに、この異常仮判定が、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが所定値を初期値とする上限温度ＴＬＭＴＨ以上のときには禁止される一方、それ以外のときには許可される（ステップ１１〜１３）。また、ＮＯｘ触媒９が異常であると仮判定されたとき（ステップ２０：ＹＥＳ）には、上限温度ＴＬＭＴＨが低下側に更新される（ステップ２２）。

そして、低下側に更新された上限温度ＴＬＭＴＨが、その初期値よりも低い所定の判定温度ＴＪＵＤ（例えば５７０℃）以下（ステップ２１：ＮＯ）であり、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが判定温度ＴＪＵＤよりも低いときに、ＮＯｘ触媒９が異常であると仮判定されたことをもって、ＮＯｘ触媒９が異常であると確定される（ステップ２６）。また、この判定温度ＴＪＵＤが、ＮＯｘ触媒９が異常と誤判定するおそれがない最高の温度に設定されている。以上により、ＮＯｘ触媒９の異常を精度良く判定することができる。

また、異常仮判定が禁止されているとき、すなわちＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが上限温度ＴＬＭＴＨ以上のときには、リーンバーン運転が禁止される一方、それ以外のときには許可される（図２のステップ１）。異常仮判定およびリーンバーン運転の禁止を規定する上限温度ＴＬＭＴＨを、所定の固定値に設定するのではなく、ＮＯｘ触媒９が異常であると仮判定されたときに低下側に更新することから、上限温度ＴＬＭＴＨの初期値は、ＮＯｘ触媒９が新品である場合に異常仮判定において異常であると誤判定されないような最高の温度に、すなわち比較的高い温度（例えば６９０℃）に設定されている。したがって、上限温度ＴＬＭＴＨで規定されるリーンバーン運転の許可領域を拡大することができる。その結果、前述した従来の場合と異なり、ＮＯｘ触媒９が異常ではないときのリーンバーン運転の不要な禁止を抑制できるので、その実行機会を適切に確保でき、それにより、エンジン３の良好な燃費を得ることができる。

さらに、ＮＯｘ触媒９が異常であると仮判定されるごとに、リーンバーン運転の禁止を規定する上限温度ＴＬＭＴＨが、徐々に低下するように更新される。したがって、上限温度ＴＬＮＴＨを一度に大きく低下させる場合と異なり、上限温度ＴＬＭＴＨで規定されるリーンバーン運転の許可領域が急激に狭められるのを防止でき、それにより、上限温度ＴＬＭＴＨが判定温度ＴＪＵＤ以下になるまでの間、リーンバーン運転を行うことができ、リーンバーン運転の実行機会をより適切に確保することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、本実施形態では、ＮＯｘ触媒９の異常仮判定を、リッチスパイク運転中における第２出力ＳＶＯ２を用いた前述した手法で行っているが、ＮＯｘ触媒９のＮＯｘの捕捉能力に基づくのであれば、他の手法で行ってもよい。例えば、排気通路７のＮＯｘ触媒９の上流側と下流側に排ガス中のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサを設けるとともに、リーンバーン運転中における、これらの上流側および下流側のＮＯｘセンサの検出結果に基づいて、ＮＯｘ触媒９のＮＯｘの捕捉量を算出するとともに、算出されたＮＯｘの捕捉量に基づいて、異常仮判定を行ってもよい。

また、実施形態では、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣを、排ガス温度センサ２７で検出された排ガスの温度に基づいて算出（推定）しているが、ＮＯｘ触媒９に取り付けた温度センサで直接、検出してもよいことはもちろんである。さらに、実施形態では、上限温度ＴＬＭＴＨの初期値を、ＮＯｘ触媒９が新品の場合に異常と誤判定されないような温度のうちの最高の温度に設定しているが、ＮＯｘ触媒９が新品の場合に異常と誤判定されないような温度であれば、必ずしも最高の温度でなくてもよい。また、実施形態では、判定温度ＴＪＵＤを、ＮＯｘ触媒９が正常の場合に異常と誤判定されないような温度のうちの最高の温度に設定しているが、上限温度ＴＬＭＴＨの初期値よりも低く、かつ、ＮＯｘ触媒９が正常の場合に異常と誤判定されないような温度であれば、必ずしも最高の温度でなくてもよい。

さらに、実施形態は、車両用のガソリンエンジンであるエンジン３に本発明を適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ガソリン以外の燃料を用いる各種のエンジン、例えば、ディーゼルエンジンやＬＰＧエンジンにも適用可能であり、また、車両用以外の各種のエンジン、例えば、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などの船舶推進機用のエンジンや、他の産業用のエンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（仮判定手段、温度取得手段、仮判定禁止手段、上限温度更新手段、 リーンバーン禁止手段、異常確定手段）
３ エンジン
７ 排気通路（排気系）
９ ＮＯｘ触媒
２７ 排ガス温度センサ（温度取得手段）
ＳＶＯ２ 第２出力（ＮＯｘ触媒のＮＯｘの捕捉能力）
ＴＬＮＣ ＮＯｘ触媒温度
ＴＬＭＴＨ 上限温度
ＴＪＵＤ 判定温度

Claims (2)

1. 排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ触媒が排気系に設けられるとともに、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼させるリーンバーン運転が可能な内燃機関の制御装置であって、
   前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘの捕捉能力に基づいて前記ＮＯｘ触媒が異常であるか否かを仮判定する仮判定手段と、
   前記ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得手段と、
   当該取得されたＮＯｘ触媒の温度が所定値を初期値とする上限温度以上のときに前記仮判定手段による前記仮判定を禁止するとともに、前記ＮＯｘ触媒の温度が前記上限温度よりも低いときに当該仮判定を許可する仮判定禁止手段と、
   前記ＮＯｘ触媒が異常であると仮判定されたときに、前記上限温度を低下側に更新する上限温度更新手段と、
   前記仮判定禁止手段により前記仮判定が禁止されているときに前記リーンバーン運転を禁止するとともに、前記仮判定が許可されているときに前記リーンバーン運転を許可するリーンバーン禁止手段と、
   前記ＮＯｘ触媒が異常であると仮判定され、かつ、前記上限温度更新手段により更新された前記上限温度が前記初期値よりも低い所定の判定温度以下になったときに、前記ＮＯｘ触媒が異常であると確定する異常確定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記上限温度更新手段は、前記ＮＯｘ触媒が異常であると仮判定されるごとに、前記上限温度を徐々に低下させるように更新することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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