JP2005098207A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流入する排気ガスの空燃比がリーンの時NOxを吸蔵し、流入される排気ガスの空燃比がリッチの時吸蔵されているNOxを放出して還元するNOx吸蔵触媒と、内燃機関の運転状態に基づいてNOx吸蔵触媒に吸蔵されるNOx量を算出するNOx量算出手段と、NOx量算出手段により算出されたNOx量が目標吸蔵量に達した時、空燃比をリッチに設定する空燃比制御手段と、目標吸蔵量のNOxを還元するために必要なCO量を算出する目標CO量算出手段と、NOx吸蔵触媒下流の酸素濃度検出手段の検出結果に基づいてNOx吸蔵触媒から放出されたNOxの還元に実際に使用されたCO量を算出する使用CO量算出手段と、目標CO量と使用CO量との偏差に基づいてNOx吸蔵触媒の劣化を判定するNOx吸蔵触媒劣化判定手段とを備えるよう構成してある。
【選択図】 図12
Description
尚、本発明における「吸蔵」とは、NOxがNOx吸蔵触媒上で化学変化を起して蓄積されている状態を示しており、同様の主旨で使用される「吸着」、「吸収」も含むものである。
そして、このNOx吸蔵触媒は、その長期の使用に伴う熱の影響や、使用燃料中に含まれる硫黄成分の付着等によって劣化するため、この劣化状態を判定する必要がある。
そこで、下記特許文献1には、NOx吸蔵触媒の上下流にそれぞれ酸素濃度センサを設け、NOx吸蔵触媒に吸蔵されたNOxを還元するための空燃比リッチ化制御開始後、上流側の酸素濃度センサがリッチ出力を示してから下流側の酸素濃度センサがリッチ出力を示すまでの時間差を検出し、この時間差に基づいてNOx吸蔵触媒の劣化を判定することが開示されている。
つまり、上述の特許文献1では、空燃比リッチ化制御開始後、上流側の酸素濃度センサがリッチ出力を示してから下流側の酸素濃度センサがリッチ出力を示すまでの時間差に基づいて劣化を検出しようとするものであるが、この時間差は、NOx吸蔵触媒の劣化以外、排気ガス流速(内燃機関の回転数、負荷)、NOx吸蔵触媒の温度、内燃機関に供給される混合気の空燃比等、様々な要因の影響を受けるため、これらの各要因に対応した補正が必要になり、これらの要因を補正するための各補正マップが必要になる。
そして、このように各補正マップが増加するわりに、誤差は大きくNOx吸蔵触媒の劣化判定精度が低下してしまうものである。
つまり、NOx吸蔵触媒が劣化していない時、NOx吸蔵触媒には吸蔵可能な最大NOx吸蔵量までNOxは吸蔵されるため、その最大NOx吸蔵量を還元するために必要なCO量を目標CO量とすれば、実際に還元に使用されたCO量とは一致する。
ところが、NOx吸蔵触媒が劣化すると、吸蔵可能な最大NOx吸蔵量が低下するため、当初の最大NOx吸蔵量までNOxを吸蔵することができなくなり、実際に還元に使用されるCO量は、目標CO量よりも少なくなる。
本発明者等は、これらの知見に基づいてNOx吸蔵触媒の劣化検出精度を向上しようとするものである。
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該運転状態検出手段により検出された内燃機関の運転状態に基づいて上記NOx吸蔵触媒に吸蔵されるNOx量を算出するNOx量算出手段と、
該NOx量算出手段により算出されたNOx量が目標吸蔵量に達した時、空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチに制御する空燃比制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
上記目標吸蔵量のNOxを還元するために必要なCO量を算出する目標CO量算出手段と、
上記NOx吸蔵触媒下流の排気通路に配設され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
該酸素濃度検出手段の検出結果に基づいて、上記空燃比制御手段による空燃比制御によって上記NOx吸蔵触媒から離脱したNOxの還元に実際に使用されたCO量を算出する使用CO量算出手段と、
上記目標CO量算出手段により算出された目標CO量と、上記使用CO量算出手段により算出された使用CO量との偏差に基づいて上記NOx吸蔵触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備えるよう構成してある。
本発明の第1の構成によれば、目標CO量と使用CO量との偏差に基づいてNOx吸蔵触媒の劣化が判定されるため、劣化判定用の各種補正が不要となり、NOx吸蔵触媒の劣化判定精度を向上することができる。
本発明の第2の構成によれば、目標CO量と使用CO量との偏差に基づいて精度良く判定されたNOx吸蔵触媒の劣化度合に応じてNOx吸蔵触媒の目標吸蔵量が補正されるため、NOxを放出して還元するための空燃比のリッチ制御開始時期をNOx吸蔵触媒の劣化度合に応じて精度良く補正でき、NOx吸蔵触媒の劣化に伴うNOx浄化性能の低下を抑制することができる。
該使用CO量算出手段により算出されたCO量と、上記目標CO量算出手段により算出された目標CO量との関係に基づいて上記NOx吸蔵触媒からのNOxの離脱度合を判定するNOx離脱度合判定手段を備え、
上記空燃比制御手段は、上記離脱度合判定手段による判定結果に基づいて、NOx吸蔵触媒から略全てのNOxが離脱したことが判定された時、空燃比制御を終了するよう構成してある。
本発明の第3の構成によれば、目標CO量と使用CO量との偏差に基づいて精度良く判定されたNOx吸蔵触媒の劣化度合に応じて、NOxが略全て離脱されたことが判定された時、空燃比制御を終了されるため、NOx吸蔵触媒に過不足なく還元剤としてのCO量を供給することができ、燃費悪化を抑制しつつ、NOx吸蔵触媒の劣化に伴うNOx浄化性能低下を抑制することができる。
該排気ガス還流通路に配設され、内燃機関の運転状態に応じて排気通路から吸気通路への排気ガス還流量を調整可能な排気ガス還流弁と、
上記使用CO量算出手段により算出された使用CO量が、上記目標CO量算出手段により算出された目標CO量よりも所定量以上多い時、上記排気ガス還流弁の閉異常を判定する異常判定手段とを備えるよう構成してある。
ここで、内燃機関においては、排気通路と吸気通路とを連通する排気ガス還流通路と、この通路に配設され、排気ガス還流量を調整可能な排気ガス還流弁とを備え、この排気ガス還流弁を介して排気ガスを吸気通路に還流させてNOx成分を低下させる排気ガス還流システムが備えられているが、この排気ガス還流システムに異常があった場合、排気浄化性能の低下(排気ガス還流弁の閉異常時)や走行性能の低下(排気ガス還流弁の開異常時)に繋がることから、その異常検出が行われるようになっている。
ところで、排気ガス還流弁の閉異常時は、NOx低減機能を果さないためNOx量が増大し、目標吸蔵量に対する実吸蔵量が増え、還元に使用されるCO量も増大する。
このCO量に着目すれば、排気ガス還流弁の閉異常検出精度を向上できることを見出した。
本発明の第4の構成によれば、使用CO量が目標CO量より所定量以上多い時、排気ガス還流弁の開異常が検出されるため、閉異常検出精度を向上することができる。
本発明の第5の構成によれば、目標CO量と使用CO量との偏差に基づいて精度良く判定されたNOx吸蔵触媒の劣化度合に応じて、硫黄離脱手段が作動されるため、NOx吸蔵触媒の劣化要因である硫黄の離脱制御開始タイミングを精度良く設定でき、燃費悪化を抑制しつつ、硫黄付着によるNOx浄化性能の低下を抑制することができる。
上述した点火回路18、インジェクタ20、高圧燃料ポンプ22、スロットル弁28、TSCV32、EGR弁46等は、いずれもエンジンコントロールユニット50(以下、ECUという)によって作動制御される。一方、このECU50には、少なくとも、上記クランク角センサ9、ノックセンサ10、水温センサ11、エアフローセンサ27、スロットルセンサ29,3つの酸素濃度センサ40,41,43、排気温度センサ42等からの出力信号がそれぞれ入力され、さらに、アクセルペダルの操作量(以下、アクセル開度という)を検出するアクセル開度センサ51からの出力信号と、エンジン回転速度(クランク軸8の回転速度)を検出する回転速度センサ52からの出力信号と、車速センサ53からの出力信号とが入力されるようになっている。
尚、分割噴射によって排気ガス温度が上昇する理由は、分割噴射に伴う弱成層化によって、燃焼が緩慢になり、混合気の一部が排気通路34で後燃えするためである。
また、NOx吸蔵触媒38、39を高温状態にする方法として、分割噴射の例を示したが、その他、点火時期を遅角して排気ガス温度を上昇させたり、或いはNOx吸蔵触媒38、39にヒータ等の加熱手段を設け、直接NOx吸蔵触媒38、39の温度を上昇させるようにしてもよい。
図5は、NOxパージ条件の判定フローチャートであって、図5のステップSA1で、エンジン1がエンストモード以外にあるか否か判定する。エンストモードであるか否かの判定は、例えば、イグニッションスイッチがON状態でエンジン回転数がエンスト判定回転数(例えば、300rpm)以下である時、エンストモードであると判定する。
ステップSA1でYESと判定された時、ステップSA2に進み、エンジン1が始動モード以外にあるか否か判定する。始動モードであるか否かの判定は、例えば、スタータスイッチがON状態で、エンジン回転数が完爆判定回転数(例えば、500rpm)以下である時、始動モードであると判定する。
ステップSA2の判定でYESと判定された時、ステップSA3に進み、エンジン1が燃料カットモード以外にあるか否か判定する。燃料カットモードであるか否かの判定は、スロットル弁が全閉状態で、かつエンジン回転数がアイドル回転数よりも高い所定回転数以上にある時減速状態と判定し、燃料カットモードであると判定する。
ステップSA3でYESと判定された時、つまり、エンストモード、始動モード、燃料カットモードのいずれでもなく、エンジン1が安定しているとみなせる場合、ステップSA4に進み、後述の処理(図6に示すフローチャート)によって求められる目標吸蔵量を読込む。
また、ステップSA5では、後述の処理(図7に示すフローチャート)によって求められる吸蔵積算量を読込む。
続く、ステップSA6では、ステップSA5で読込んだ吸蔵積算量が、ステップSA4で読込んだ目標吸蔵量以上になっているか否か判定する。
ステップSA6でYESと判定された時、つまり、NOx吸蔵触媒38、39に吸収されたNOx量が目標吸蔵量に達し、NOxパージ条件が成立したため、ステップSA7に進み、NOxパージ実行フラグF1を1にセットする。
また、ステップSA6でNOと判定された時は、ステップSA8に進み、後述の処理(図10に示すフローチャート)によって判定されるNOxパージ継続条件が不成立であるか否か判定する。(NOxパージ継続フラグF2が0にリセットされているか否か判定。)
ステップSA8でYESと判定された時、つまり、後述するNOxパージ継続フラグF2が0にリセットされ、NOxパージを継続する必要がない時は、ステップSA9に進み、NOxパージ実行フラグF1を0にリセットする。
また、ステップSA8でNOと判定された時は、ステップSA7に進み、引き続きNOxパージフラグF1を1にセットする。
また、上記ステップSA1乃至SA3のいずれかの判定において、NOと判定された時は、ステップSA9に進み、NOxパージ実行フラグF1を0にリセットする。
次に、図5のステップSA4で読込まれるNOxの目標吸蔵量の具体的な演算を、図6のフローチャートに基づいて説明する。
図6のステップSB1では、まず、基本吸蔵量を予め設定されたマップから読込む。このマップは、例えば、エンジン回転数とエンジン負荷(目標トルク)とをパラメータとし、エンジン回転数、エンジン負荷に応じた基本目標吸蔵量が実験的によって予め求められ、記憶されている。
ステップSB2では、後述の処理(図12に示すフローチャート)によって求められるNOx吸蔵触媒38、39の劣化係数を読込む。
ステップSB3では、排気ガス温度に対する排気ガス温度補正係数、エンジン水温に対する水温補正係数等各種補正係数を読込む。
続く、ステップSB4では、基本目標吸蔵量に対して、劣化係数、排気ガス温度補正係数、水温補正係数及び反映率を乗算して目標吸蔵量を演算する。
尚、反映率は、NOx吸蔵触媒38、39に吸蔵可能な最大量(つまり、目標吸蔵量)に対するばらつきを考慮した余裕代であって、ここでは一定値が設定されている。
そして、ステップSB5では、目標吸蔵量をステップSB4で演算された目標吸蔵量を最新の値として設定、更新する。
次に、図5のステップSA5で読込まれるNOxの吸蔵積算量の具体的な演算を、図7のフローチャートに基づいて説明する。
図7のステップSC1では、エンジン1の運転状態が成層燃焼モードか否か判定する。
ステップSC1でYESと判定された時、つまり、成層燃焼モードでNOx吸蔵触媒38、39にNOxが吸蔵されていく時は、ステップSC2に進み、NOx瞬時値を予め設定されたマップから読み込む。このマップは、例えば、エンジン回転数とエンジン負荷(目標トルク)とをパラメータとし、エンジン回転数とエンジン負荷(目標トルク)に応じたNOx瞬時値が実験等によって予め求められ、記憶されている。
また、ステップSC1でNOと判定された時は、ステップSC3に進み、目標CO量を演算する。
ここで、目標CO量について説明すると、NOx吸蔵触媒38、39に吸蔵されたNOx量が目標吸蔵量にある時、その目標吸蔵量を放出、還元するめたに必要なCO量であり、
この目標CO量は、例えば、エンジン回転数とエンジン負荷(目標トルク)とをパラメータとしたマップに実験等によって予め求められ、記憶されている。
そして、このマップに記憶されている目標CO量は、NOx吸蔵触媒38、39が劣化していない新品の状態に対応させて設定されており、劣化の影響が考慮されないため、後述の処理(図12に示すフローチャート)によって求められる劣化係数を、上記マップから読出した目標CO量に乗算して最終的な目標CO量を求める。
ステップSC4では、後述の処理(図8に示すフローチャート)によって求められる実CO積算量を読込む。
続く、ステップSC5では、実CO積算量に対する目標CO量の比率に基づいてリッチ運転状態におけるNOx離脱率を演算する。
そして、ステップSC6では、前回の吸蔵積算量にステップSC2で読込んだ今回のNOx瞬時値を加算した値に、ステップSC5で演算したNOx離脱率を乗算して今回の吸蔵積算量を求める。
次に、図7のSC4で読込まれる実CO積算量の具体的な演算を、図8のフローチャート、図9のタイムチャートに基づいて説明する。
図8のステップSD1では、NOxパージモード条件が成立しているか否か判定する。具体的には、図5のフローチャートにおいて設定されたNOxパージ実行フラグF1が1にセットされているか否か判定する。
ステップSD1でYESと判定された時、つまり、NOxパージ実行フラグF1が1にセットされ、エンジン1がリッチ運転状態にされている時、ステップSD2に進み、CO量瞬時値を演算する。
具体的には、リッチ運転時に設定された目標空燃比、エンジン回転数やエンジン負荷によって間接的に求められた排気ガス流量(g/s)、及び、図9に示すように、エンジン1がリッチ運転に制御開始された後、NOx吸蔵触媒38、39下流の第3の酸素濃度センサ43により検出される空燃比が上記目標空燃比に一致するまでの間において、所定の演算タイミング毎に求められる上記目標空燃比と検出空燃比との変化率(偏差)を乗算して求める。
そして、ステップSD3では、前回まで積算された実CO積算量にステップSD2で演算された今回のCO量瞬時値を加算して、今回の実CO積算量(使用CO量)を演算する。
また、ステップSD1でNOと判定された時、ステップSD4に進み、NOxパージモードが成立状態から不成立に移行した直後か否か判定する。
ステップSD4でYESと判定された時は、ステップSD5に進み、図7のステップSC3で演算された目標CO量を最新の目標CO量として設定、更新する。
具体的には、NOx吸蔵触媒38、39が劣化すると、NOx吸蔵量が低下するため、目標吸蔵量と同じように減少方向に補正するものである。
続く、ステップSD6では、ステップSD3で求められた実CO積算量をリセットする。
また、ステップSD4でNOと判定された時は、ステップSD5の処理をバイパスしてSD6に進み、実CO積算量をリセットする。
次に、図5のステップSA8の判定で使用されたNOxパージ継続条件の具体的な判定を、図10のフローチャート、図11のタイムチャートに基づいて説明する。
図10のステップSE1でNOxパージ条件が不成立から成立状態に移行したか否か判定する。具体的には、図5のフローチャートにおいて設定されるNOxパージ実行フラグF1が0から1にセットされたか否か判定する。
ステップSE1でYESと判定された時、ステップSE2に進み、図7のステップSC6で演算されたNOxの吸蔵積算量が0より大きいか否か判定する。
ステップSE2でYESと判定された時、ステップSE3に進み、図7のステップSC5で演算されたNOxの離脱率が0又は所定値より大きいか否か判定する。
NOxの離脱率は、要求CO量に対する実CO積算量(使用CO量)の比率であって、
この比率に基づいてリッチ運転によってNOx吸蔵触媒38、39からどの程度NOxが離脱したか否か判定するための指標である。
このNOxの離脱率が0よりも大きい時、つまり、図11に示すように、エンジン1がリッチ運転状態に移行された後、目標CO量に対し、実CO積算量(使用CO量)が少ない時は、NOx吸蔵触媒38、39に吸蔵されたNOxが全て放出、還元されていない状態であり、NOx離脱率が0になった時は、実際の使用CO量が目標CO量に一致していることから、NOx吸蔵触媒38、39に吸蔵されたNOx全てが放出、還元された状態としてみなすことができる。
また、上記ステップSE1乃至SE3のいずれかの判定において、NOと判定された時は、ステップSE5に進み、NOxパージ継続フラグF2を0にリセットする。
次に、図6のステップSB2、図7のステップSC3、図8のステップSD5において使用されるNOx吸蔵触媒38、39の劣化度合を示す劣化係数の具体的な演算について、図12のフローチャートに基づいて説明する。
図12のステップSF1において、後述する処理(図13に示すフローチャート)によって判定されるNOx吸蔵触媒38、39の劣化判定車両条件が成立しているか否か判定する。具体的には、図13に示すフローチャートにおいて設定される劣化判定車両条件フラグF3が1にセットされているか否か判定する。
ステップSF1でYESと判定された時、ステップSF2に進み、図7のステップSC3と同様、目標CO量をマップから読込む。
また、ステップSF3では、図8のステップSD3で求められた実CO積算量を読込む。
続く、ステップSF4では、実CO積算量に対する目標CO量の比率に基づいて劣化判定偏差を演算する。
ステップSF5では、ステップSF4で演算された劣化判定偏差を所定回数積算し、その積算回数で除算して平均劣化偏差を演算する。
ステップSF6では、ステップSF5で求められた平均劣化偏差が所定値(例えば、10%劣化相当の値)以上か否か判定する。
ステップSF6でYESと判定された時、つまり、NOx吸蔵触媒38、39の劣化がある程度進んだと考えられる時、ステップSF7に進み、前回の劣化係数からステップSF5で求められた平均劣化偏差に反映係数を乗算した値を差し引いた値を今回の劣化係数として更新する。尚、反映係数は、平均劣化偏差の大きさが大きくなる程大きく設定される値で、バッテリー交換によってそれまで記憶されていた劣化係数が消去された時、平均劣化偏差が大きい程その反映度合を大きくして、速やかに適正な劣化判定偏差に収束させるためである。
また、ステップSF8ではステップSF7で求められた劣化係数が所定値α以下か否か判定する。
ステップSF8でYESと判定された時、つまり、NO吸蔵触媒38、39の劣化が相当に進んだ状態であるため、ステップSF9に進み、NOx吸蔵触媒38、39の劣化判定を行い、例えば、故障ランプの点灯等によって、NOx吸蔵触媒38、39の劣化をドライバーに報知する。
また、ステップSF8でNOと判定された時は、ステップSF10に進み、NOx吸蔵触媒38、39の劣化判定をリセットする。
また、ステップSF6でNOと判定された時、ステップSF11に進み、ステップSF5で演算された平均劣化判定偏差が所定値(マイナス側に設定された値)よりも小さいか否か判定する。
ステップSF11でYESと判定された時、ステップSF12に進み、EGRの異常判定フラグをセットする。つまり、平均劣化判定偏差が所定値より小さい場合は、実CO積算量(使用CO量)が目標CO量よりも多く、EGR弁46が閉状態で固着した異常状態とみなせるため、EGRの異常判定を行い、NOx吸蔵触媒38、39劣化時と同様、EGR弁46の閉異常をドライバーに報知する。
また、ステップSF11でNOと判定された時は、ステップSF13に進み、EGRの異常判定をリセットする。
そして、続く、ステップSF14では、劣化係数を初期化、又は前回値に保持する。
また、ステップSF1でNOと判定された時は、ステップSF14に進み、劣化係数を初期化、又は前回値に保持する。
次に、図12のステップSF1の判定で使用された劣化判定車両条件の具体的な判定を、図13のフローチャートに基づいて説明する。
図13のステップSG1において、まず、NOxパージモードが成立しているか否か判定する。具体的には、図5のフローチャートにおいて設定されるNOxパージ実行フラグF1が1にセットされているか否か判定する。
ステップSG1でYESと判定された時、ステップSG2に進み、エンジン回転数が所定値以下か否か判定する。これは、エンジン回転数が高いと、排気ガス流速が高く、NOx吸蔵触媒38、39におけるCOの還元反応時間が短くなるため、還元反応率が低下し、実CO積算量(使用CO量)がずれることによって劣化誤判定する虞があることから、この誤判定条件を排除するための条件判定である。
ステップSG2でYESと判定された時、ステップSG3に進み、目標トルクが所定値以下か否か判定する。これは、エンジン回転数と同様、誤判定の影響を排除するための条件判定である。
ステップSG3でYESと判定された時、ステップSG4に進み、NOx吸蔵触媒38、39の温度が予め設定された上限値(例えば、500℃)と下限値(例えば、300℃)との間にあるか否か判定する。これは、NOx吸蔵触媒38、39は、上記上限値と下限値とで規定される所定の温度範囲で高いNOx吸蔵能力を発揮するものであり、この温度範囲外で劣化判定すると誤判定する虞があるためである。
ステップSG4でYESと判定された時、ステップSG5に進み、加速判定以外、つまり、定常状態にあるか否か判定する。これは上述したように、実CO積算量(使用CO量)に対する目標CO量の比率に基づいて劣化判定するようにしているが、実CO積算量(使用CO量)を空燃比に基づいて求めているため、その空燃比のずれに起因する誤判定と、加速性能から有効にNOxパージを活用する際、目標吸蔵量に達していなくてもNOxパージを実行するための影響を抑制するための条件判定である。
そして、ステップSG5でYESと判定された時、つまり、全ての判定条件が成立していると判定された時、劣化判定に際し、誤判定への影響が低い状態とみなせることから、ステップSG6に進み、劣化判定車両条件フラグF3を1にセットする。
また、ステップSG1乃至SG5の内、いずれか一つでもNOと判定された時は、ステップSG7に進み、劣化判定車両条件フラグF3を0にリセットする。
次に、硫黄の離脱の具体的な処理について、図14のフローチャートに基づき説明する。
図14のステップSH1において、図12のステップSF7において求められた劣化係数が所定値β以下(図12のステップSF8の判定において使用される所定値αより大きな値)になっているか否か判定する。
ステップSH1でYESと判定された時、つまり、硫黄等の要因によってNOx吸蔵触媒38、39が劣化し、硫黄の離脱を行う必要があると判定された時、ステップSH2に進み、Sリジェネ実行フラグF4を1にセットする。尚、このSリジェネ実行フラグF4が1にセットされた時は成層燃焼モードには移行させない。
続く、ステップSH3では、後述する処理によって(図15に示すフローチャート)Sリジェネ車両実行条件が成立しているか否か判定する。
ステップSH3でYESと判定された時、ステップSH4に進み、Sリジェネを実行する。尚、ここで、Sリジェネとは、上述したとおり、エンジン1の運転状態をリッチ運転に切換えるとともに、燃料の噴射時期を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射する分割噴射とし、NOx吸蔵触媒38、39に流入される排気ガス温度を上昇させ、これによって、NOx吸蔵触媒38、39の温度を硫黄の離脱可能な所定温度(例えば、650℃)以上とし、リッチ雰囲気下でバリウムからSOxが離脱して還元浄化することを言う。
また、ステップSH3でNOと判定された時、つまり、Sリジェネモード不成立である時は、ステップSH5に進み、Sリジェネを中止する。
また、ステップSH1でNOと判定された時、つまり、Sリジェネによって硫黄が除去されて劣化係数が大きくなると(NOx吸蔵能力が回復すると)、ステップSH6に進み、Sリジェネ実行フラグF4を0にリセットする。尚、このSリジェネ実行フラグF4が0にリセットされると、エンジン1のリッチ運転を解除する。
次に、図14のステップSH3の判定で使用されたSリジェネ車両実行条件の具体的な判定について、図15のフローチャートに基づき説明する。
図15のステップSI1においてエンジン水温がエンジン1の暖機が完了した安定した状態とみなせる所定値(例えば、80℃)以上か否か判定する。これは、Sリジェネ実行に際し、点火時期のリタードを併用する場合、エンジン水温が低いと燃焼が不安定となり、リタード量を十分確保できないため、排気ガス温度を硫黄離脱可能な温度にまで上昇せることができず、Sリジェネを実行することなによって反って燃費悪化を生じるため、エンジン水温が低い時は、Sリジェネを中止するようにしている。
ステップSI1でYESと判定された時、ステップSI2に進み、車速が所定値以上であるか否か判定する。これは、Sリジェネが分割噴射や点火時期のリタード等、エンジンの燃焼状態を悪化させるものであるため、このSリジェネを車速が低い状態で行うと、走行性の低下を招くため、車速が低い時は、Sリジェネを中止している。
ステップSI2でYESと判定された時、ステップSI3に進み、排気ガス温度が上限値(例えば、800℃)と下限値(例えば、300℃)とで規定される所定温度範囲以内にあるか否か判定する。これは、NOx吸蔵触媒38、39が、NOx放出作用が得られる安定した状態から、上昇させ過ぎによる熱劣化等を防止する範囲内でSリジェネを実行するようにしている。
ステップSI3でYESと判定された時、ステップSI4に進み、エンジン回転数が所定回転範囲内にあるか否か判定する。これは、エンジン回転数が低すぎると、分割噴射を実行してもNOx吸蔵触媒温度が硫黄を離脱可能な所定温度にまで上昇しないことから、Sリジェネを実行しても硫黄の離脱を行うことはできず、反って燃費悪化を生じることから、この低回転領域ではSリジェネを中止するようにしている。また、高回転領域は、もともと排気ガス温度が高く、分割噴射を実行するまでもなく硫黄が自然に離脱する自然再生状態になり、逆に、この高回転領域でSリジェネを実行すると排気ガス温度が必要以上に上昇してしまうため、Sリジェネを中止するようにしている。
また、ステップSI4でYESと判定された時、ステップSI5に進み、エンジン負荷(目標トルク)が所定範囲内にあるか否か判定する。これは、ステップSI4の判定と同様、低負荷領域における燃費悪化防止と、高回転領域における排気ガス温度上昇防止とを狙った条件である。
そして、ステップSI5でYESと判定された時、ステップSI6に進み、SリジェネモードフラグF5を1にセットする。
また、ステップSI1乃至SI5のいずれか一つの判定でNOと判定された時は、ステップSI7に進み、SリジェネモードフラグF5を0にリセットする。
また、目標CO量と実CO積算量(使用CO量)との偏差に基づいて精度良く判定されたNOx吸蔵触媒38、39の劣化係数に応じてNOx吸蔵触媒38、39の目標吸蔵量が補正されるため、NOxを放出して還元するための空燃比のリッチ制御開始時期をNOx吸蔵触媒38、39の劣化度合に応じて精度良く補正でき、NOx吸蔵触媒38、39の劣化に伴うNOx浄化性能の低下を抑制することができる。
また、目標CO量を劣化係数に応じて補正されるため、NOx吸蔵触媒38、39の劣化状態に応じた目標CO量に補正することができ、NOx吸蔵触媒38、39に過不足なく還元剤としてのCO量を供給することができ、燃費悪化を抑制しつつ、NOx吸蔵触媒38、39の劣化に伴うNOx浄化性能低下を抑制することができる。
また、目標CO量と実CO積算量(使用CO量)との偏差に基づいて求められた離脱率が0になり、NOxが略全て離脱されたことが判定された時、NOxパージ継続フラグF2が0にリセットされ、空燃比制御が終了されるため、NOx吸蔵触媒38、39に過不足なく還元剤としてのCO量を供給することができ、燃費悪化を抑制しつつ、NOx吸蔵触媒38、39の劣化に伴うNOx浄化性能低下を抑制することができる。
また、目標CO量と実CO積算量(使用CO量)との偏差が所定値(マイナス側に設定された値)以下の時、つまり、実CO積算量(使用CO量)が目標CO量より所定量以上多い時、EGR弁46の閉異常が検出されるため、閉異常検出精度を向上することができる。
また、目標CO量と実CO積算量(使用CO量)との偏差に基づいて精度良く判定されたNOx吸蔵触媒38、39の劣化係数に応じて、Sリジェネが実行されるため、NOx吸蔵触媒38、39の劣化要因である硫黄の離脱制御開始タイミングを精度良く設定でき、燃費悪化を抑制しつつ、硫黄付着によるNOx浄化性能の低下を抑制することができる。
17:点火プラグ
20:インジェクタ
34:排気通路
38、39:NOx吸蔵触媒
43:第3の酸素濃度センサ(酸素濃度検出手段)
45:排気ガス還流通路
46:排気ガス還流弁
50:エンジンコントロールユニット
Claims (5)
- 内燃機関の排気通路に配設され、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンの時にNOxを吸蔵し、流入される排気ガスの空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチの時吸蔵されているNOxを放出して還元するNOx吸蔵触媒と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該運転状態検出手段により検出された内燃機関の運転状態に基づいて上記NOx吸蔵触媒に吸蔵されるNOx量を算出するNOx量算出手段と、
該NOx量算出手段により算出されたNOx量が目標吸蔵量に達した時、空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチに制御する空燃比制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
上記目標吸蔵量のNOxを還元するために必要なCO量を算出する目標CO量算出手段と、
上記NOx吸蔵触媒下流の排気通路に配設され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
該酸素濃度検出手段の検出結果に基づいて、上記空燃比制御手段による空燃比制御によって上記NOx吸蔵触媒から離脱したNOxの還元に実際に使用されたCO量を算出する使用CO量算出手段と、
上記目標CO量算出手段により算出された目標CO量と、上記使用CO量算出手段により算出された使用CO量との偏差に基づいて上記NOx吸蔵触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 上記劣化判定手段により判定されたNOx触媒の劣化度合に基づいて上記目標吸蔵量を補正する目標吸蔵量補正手段を備えていることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記使用CO量算出手段は、上記空燃比制御手段による空燃比制御中にCO量を算出するよう構成されるとともに、
該使用CO量算出手段により算出されたCO量と、上記目標CO量算出手段により算出された目標CO量との関係に基づいて上記NOx吸蔵触媒からのNOxの離脱度合を判定するNOx離脱度合判定手段を備え、
上記空燃比制御手段は、上記離脱度合判定手段の判定結果に基づいて、NOx吸蔵触媒から略全てのNOxが離脱したことが判定された時、空燃比制御を終了するよう構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 上記排気通路と吸気通路とを連通する排気ガス還流通路と、
該排気ガス還流通路に配設され、内燃機関の運転状態に応じて排気通路から吸気通路への排気ガス還流量を調整可能な排気ガス還流弁と、
上記使用CO量算出手段により算出された使用CO量が、上記目標CO量算出手段により算出された目標CO量よりも所定量以上多い時、上記排気ガス還流弁の閉異常を判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 上記劣化判定手段により判定されたNOx吸蔵触媒の劣化度合が所定値以上の時、上記NOx吸蔵触媒に吸蔵された硫黄成分を離脱すべく上記NOx吸蔵触媒の温度を上昇させる硫黄離脱手段を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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