JP2014031779A - 触媒の劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ触媒４０の劣化診断精度の低下を回避することができるＮＯｘ触媒４０の劣化診断装置を提供する。
【解決手段】リッチパージ制御の実行毎に、下流側ＡＦセンサ４６の検出値に基づき算出されたＣＯ通過量が劣化判定値を超えたか否かを判断する。そして、ＣＯ通過量が劣化判定値を超えたと複数回判断されたことに基づき、ＮＯｘ触媒４０が劣化している旨診断する。ここでは、ＣＯ通過量が劣化判定値を超えたと１回目に判断された後、目標吸蔵量を増大させる処理を含む伸長処理を行う。これにより、下流側ＡＦセンサ４６の検出値が理論空燃比近傍の空燃比に対応する値に保持される時間を長くする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、前記触媒の下流側に設けられてかつ排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、を備える内燃機関の排気浄化装置に適用される触媒の劣化診断装置に関する。

この種の装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、エンジンにて燃焼に供されるガスの空燃比を一時的にリッチとするリッチパージ制御が実行される状況下において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＯｘ触媒）の下流側に設けられた空燃比センサの検出値に基づき、ＮＯｘ触媒の劣化診断を行うものが知られている。以下、上記劣化診断手法について詳しく説明する。

リッチパージ制御が実行される状況下、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元が完了するまでは、ＮＯｘ触媒下流側の排気中の酸素濃度が理論空燃比近傍の空燃比に対応する値となる。そして、吸蔵されたＮＯｘの還元が完了すると、ＮＯｘ触媒下流側の排気中の酸素濃度がリッチ空燃比に対応する値に変化する。ここで、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが大きいと、ＮＯｘ触媒に吸蔵可能なＮＯｘ量が低下する。このため、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが大きいと、リッチパージ制御が開始されてから、空燃比センサの検出値がリッチ空燃比に対応する値に変化するまでの時間が短くなる。

上述した事項に鑑み、リーン空燃比とされる状況下においてＮＯｘ触媒に最大ＮＯｘ吸蔵量までＮＯｘを吸蔵させた後、リッチパージ制御が開始されてから、空燃比センサの検出値がリッチ空燃比に対応する値に変化するまでの時間に基づき、ＮＯｘ触媒の劣化診断を行っている。

ここで、下記特許文献２に記載されているように、ＮＯｘ触媒は、そのＮＯｘ吸蔵量が多くなるほど、単位時間あたりに吸蔵可能なＮＯｘ量が減少する特性を有している。このため、ＮＯｘ浄化性能を高める上では、上記単位時間あたりに吸蔵可能なＮＯｘ量を高い水準に維持することが要求される。そこで、上記単位時間あたりに吸蔵可能なＮＯｘ量を高い水準に維持すべく、下記特許文献２には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が最大ＮＯｘ吸蔵量未満の規定量に到達するたびにリッチパージ制御を実行する技術が開示されている。

特開平８−２３２６４４号公報 特開２００４−６８６９４号公報

ところで、空燃比センサに煤などが付着すると、空燃比センサの応答性が低下することがある。この場合、上記単位時間あたりに吸蔵可能なＮＯｘ量を高い水準に維持する構成において、ＮＯｘ触媒の劣化診断精度が低下しやすくなるといった問題に本発明者は直面した。つまり、上記単位時間あたりに吸蔵可能なＮＯｘ量を高い水準に維持する構成においては、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が少ない傾向にある。このため、リッチパージ制御が開始された後、空燃比センサの検出値が理論空燃比近傍の空燃比に対応する値に維持される時間が短くなる。したがって、空燃比センサの応答性が低下する場合には、ＮＯｘ触媒の劣化度合いが大きいものと小さいものとについて、リッチパージ制御が実行される状況下における空燃比センサ検出値の変化過程の差異が小さくなり、ＮＯｘ触媒の劣化診断精度が低下するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＮＯｘ触媒の劣化診断精度の低下を回避することのできる新たなＮＯｘ触媒の劣化診断装置を提供することにある。

上記課題を解決すべく、請求項１記載の発明は、内燃機関（１０）の排気通路（３４）に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒（４０）と、前記触媒の下流側に設けられてかつ排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（４６）と、を備える内燃機関の排気浄化装置に適用され、前記触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元除去すべく、前記内燃機関において燃焼に供されるガスの空燃比を一時的にリッチとするリッチパージ制御を行う制御手段と、前記リッチパージ制御が実行される状況下、前記酸素濃度センサの検出値に基づき算出された前記触媒の劣化度合い（ΣＣＯ）が所定値（Ｃｄｅｔ）を超えたか否かを判断する判断手段と、複数回の前記リッチパージ制御のそれぞれにおいて前記判断手段によって前記劣化度合いが前記所定値を超えたと判断されたことに基づき、前記触媒が劣化している旨診断する診断手段と、前記判断手段によって前記劣化度合いが前記所定値を超えたと１回目に判断された後、該判断手段による２回目以降の判断において、前記リッチパージ制御の実行によって前記酸素濃度センサの検出値が理論空燃比近傍の空燃比に対応する値に保持される時間を前記１回目の場合よりも長くする処理を行う伸長手段と、を備えることを特徴とする。

上記発明では、伸長手段を備えることで、判断手段による２回目以降の判断において上記保持される時間を長くすることができる。上記保持される時間が長くなると、酸素濃度センサの応答性が低下する場合であっても、酸素濃度センサの検出値が排気中の実際の酸素濃度に対応する値となるまでの時間を極力確保することができる。このため、判断手段による２回目以降の判断において、触媒の劣化度合いが大きいものと小さいものとについて、リッチパージ制御が実行される状況下における酸素濃度センサ検出値の変化過程の差異を大きくすることができる。こうした構成を前提として、触媒の劣化度合いが所定値を超えたと複数回判断されたことに基づき、触媒が劣化している旨診断する。こうした上記発明によれば、酸素濃度センサの応答性が低下する場合であっても、触媒の劣化診断精度の低下を回避することができる。

第１の実施形態にかかる排気浄化装置を含むエンジンシステムの構成図。 同実施形態にかかるＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵特性を示す図。 同実施形態にかかるＡＦセンサの応答性低下の影響を示す図。 同実施形態にかかる劣化診断処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態にかかる伸長処理の効果を示す図。 同実施形態にかかる劣化診断処理の一例を示すタイムチャート。 同実施形態にかかるリッチパージ制御の一例を示すタイムチャート。 従来技術にかかるリッチパージ制御の一例を示すタイムチャート。 第２の実施形態にかかる解除処理の手順を示すフローチャート。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる触媒の劣化診断装置を車載内燃機関の排気浄化装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、エンジン１０は、多気筒圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。エンジン１０の吸気通路１２には、上流側から順に、吸入される空気量（新気量）を検出するエアフローメータ１４、後述するターボチャージャ１６によって過給された吸気を冷却するインタークーラ１８、更にはＤＣモータ等のアクチュエータによって開度が調節されるスロットルバルブ２０が設けられている。

スロットルバルブ２０の下流側には、サージタンク２２を介してエンジン１０の各気筒の燃焼室２６が接続されている。エンジン１０の各気筒の燃焼室２６には、燃焼室２６に突出して電磁駆動式の燃料噴射弁２８が設けられている。燃料噴射弁２８には、図示しない蓄圧容器（コモンレール）から高圧の燃料（軽油）が供給され、燃料噴射弁２８から燃焼室２６に高圧の燃料が噴射供給される。

エンジン１０の各気筒の吸気ポート及び排気ポートのそれぞれは、吸気バルブ３０及び排気バルブ３２のそれぞれにより開閉される。ここでは、吸気バルブ３０の開弁によってインタークーラ１８で冷却された吸気や、後述する外部ＥＧＲが燃焼室２６に導入され、導入された吸気等と、燃料噴射弁２８から噴射供給された燃料とが燃焼に供される。なお、燃焼に供されたガス（吸気及び燃料、又は吸気、燃料及び外部ＥＧＲ）は、排気バルブ３２の開弁によって排気として排気通路３４に排出される。また、エンジン１０の出力軸（クランク軸３６）付近には、クランク軸３６の回転角度を検出するクランク角度センサ３８が設けられている。

吸気通路１２と排気通路３４との間には、ターボチャージャ１６が設けられている。ターボチャージャ１６は、吸気通路１２に設けられた吸気コンプレッサ１６ａと、排気通路３４に設けられた排気タービン１６ｂと、これらを連結する回転軸１６ｃとを備えて構成されている。詳しくは、排気通路３４を流れる排気のエネルギによって排気タービン１６ｂが回転し、その回転エネルギが回転軸１６ｃを介して吸気コンプレッサ１６ａに伝達され、吸気コンプレッサ１６ａによって吸気が圧縮される。すなわち、ターボチャージャ１６によって吸気が過給される。なお、本実施形態では、ターボチャージャ１６として、通電操作によって吸気の過給圧を調節可能なものを想定している。

上記排気通路３４のうち、ターボチャージャ１６の下流側には、排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するＮＯｘ触媒４０（ＬＮＴ：Ｌｅａｎ ＮＯｘ Ｔｒａｐ）が設けられている。ＮＯｘ触媒４０は、例えばアルカリ土類系材料（吸蔵材）と白金とを備えて構成され、燃焼室２６において燃焼に供されるガスの空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比とされる場合に排気に含まれるＮＯｘを吸蔵し、上記ガスの空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ空燃比とされる場合に排気に含まれる還元剤（ＨＣやＣＯ）によりＮＯｘ触媒４０に吸蔵されたＮＯｘを還元することで排気に含まれるＮＯｘを浄化する。

排気通路３４のうち排気タービン１６ｂの下流側であってかつＮＯｘ触媒４０の上流側には、ＮＯｘ触媒４０に流入する排気中の酸素濃度を検出する上流側ＡＦセンサ４２と、ＮＯｘ触媒４０に流入する排気の温度を検出する上流側排気温度センサ４４とが設けられている。一方、排気通路３４のうちＮＯｘ触媒４０の下流側には、ＮＯｘ触媒４０から流出する排気中の酸素濃度を検出する下流側ＡＦセンサ４６と、ＮＯｘ触媒４０から流出する排気の温度を検出する下流側排気温度センサ４８とが設けられている。ここで、上流側ＡＦセンサ４２及び下流側ＡＦセンサ４６は、広域の空燃比を検出可能な、いわゆる全領域空燃比センサである。

排気通路３４に排出された排気の一部は、ＥＧＲ通路５０を介して吸気通路１２に還流される。詳しくは、排気通路３４のうち、排気タービン１６ｂの上流側は、ＥＧＲ通路５０を介して吸気通路１２のスロットルバルブ２０の下流側（サージタンク２２）に接続されている。ＥＧＲ通路５０には、同通路の流路面積を調節するＥＧＲバルブ５２が設けられている。ＥＧＲバルブ５２の開度に応じて、排気通路３４に排出された排気の一部が、ＥＧＲクーラ５４によって冷却された後に外部ＥＧＲとして吸気通路１２に供給される。

エンジンシステムを操作対象とする電子制御装置（ＥＣＵ５６）は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ５６には、ユーザのアクセル操作量（踏み込み量）を検出するアクセルセンサ５８や、エアフローメータ１４、吸気圧センサ２４、クランク角度センサ３８、上流側ＡＦセンサ４２、上流側排気温度センサ４４、下流側ＡＦセンサ４６、更には下流側排気温度センサ４８等の出力信号が逐次入力される。ＥＣＵ５６は、上記各センサからの入力信号に基づき、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、燃料噴射弁２８による燃料噴射制御や、ＥＧＲバルブ５２による外部ＥＧＲ制御、ターボチャージャ１６による過給圧制御等、エンジン１０の燃焼制御を行う。

上記燃料噴射制御について説明すると、まず、クランク角度センサ３８の検出値に基づき算出されたエンジン回転速度と、アクセルセンサ５８の検出値に基づき算出されたアクセル操作量とから、エンジン１０の要求トルクを算出する。そして、算出されたエンジン要求トルクに基づき燃料噴射弁２８からの燃料噴射量の指令値を算出し、この指令値に基づき燃料噴射弁２８を通電操作する。これにより、上記指令値に相当する量の燃料が燃料噴射弁２８から噴射される。

ＥＣＵ５６は、さらに、定期的に燃料を過剰供給し、燃焼室２６において燃焼に供されるガスの空燃比をリッチ空燃比とするリッチパージ制御を行う。これにより、ＮＯｘ触媒４０に吸蔵されたＮＯｘを還元除去することができ、ＮＯｘ触媒４０によるＮＯｘ浄化能力を定期的に再生する。

詳しくは、リッチパージ制御は、ＮＯｘ触媒４０の推定ＮＯｘ吸蔵量ΣＮＯｘが目標吸蔵量Σｔｇｔを超えたと判断された場合に開始される。そしてその後、リッチパージ制御は、推定ＮＯｘ吸蔵量ΣＮＯｘが「０」まで減少したと判断された場合に終了される。

上記目標吸蔵量Σｔｇｔは、ＮＯｘ触媒４０のＮＯｘ吸蔵割合を高い水準に維持可能な値に設定されている。ここで、ＮＯｘ吸蔵割合は、下式（ｅｑ１）によって表されるパラメータである。

ＮＯｘ吸蔵割合＝（ＮＯｘｉｎ−ＮＯｘｏｕｔ）／ＮＯｘｉｎ …（ｅｑ１）
なお、上式（ｅｑ１）では、ＮＯｘ触媒４０に単位時間あたりに流入するＮＯｘ量を「ＮＯｘｉｎ」で示し、ＮＯｘ触媒４０から単位時間あたりに流出するＮＯｘ量を「ＮＯｘｏｕｔ」で示した。

ここで、本実施形態において、目標吸蔵量Σｔｇｔは、ＮＯｘ触媒４０が劣化していない状態におけるＮＯｘ触媒４０の最大ＮＯｘ吸蔵量未満の規定量に設定されている。これは、図２の実線にて示すように、ＮＯｘ吸蔵量が少ないほどＮＯｘ吸蔵割合が高くなるためである。つまり、ＮＯｘ吸蔵割合は、ＮＯｘ吸蔵量が所定未満となる場合において高い水準を維持するものの、ＮＯｘ吸蔵量が所定以上となる場合において低い水準となる。このため、目標吸蔵量Σｔｇｔの上記設定により、ＮＯｘ触媒４０のＮＯｘ吸蔵量が多くなる前にリッチパージ制御を実行することができ、ＮＯｘ触媒４０によるＮＯｘ浄化性能を高く維持することができる。

続いて、ＥＣＵ５６によって実行される劣化診断処理について説明する。

この処理は、リッチパージ制御が実行されるたびに実行され、ＮＯｘ触媒４０を通過した還元剤ＣＯの合計量（以下、ＣＯ通過量ΣＣＯ）が劣化判定値Ｃｄｅｔを超えたと判断された場合にＮＯｘ触媒４０が劣化している旨診断する処理である。なお、本実施形態において、ＮＯｘ触媒４０の劣化診断に用いられる還元剤としてＣＯを用いているのは、排気に含まれる還元剤のうちＣＯが占める割合が高いことによる。

上記ＣＯ通過量ΣＣＯは、下流側ＡＦセンサ４６の検出値と、排気流量とに基づき算出される。具体的には、ＣＯ通過量ΣＣＯは、下流側ＡＦセンサ４６の検出値が理論空燃比に対応する値ＡＦｔｈに到達してから規定時間内において、上記検出値と上記理論空燃比に対応する値ＡＦｔｈとで囲まれる面積が大きくなったり、排気流量が多くなったりするほど多く算出される。ここで、ＣＯ通過量ΣＣＯに基づきＮＯｘ触媒４０の劣化の有無を診断できるのは、図２の破線にて示すように、ＮＯｘ触媒４０の劣化度合いが大きくなると、ＮＯｘ触媒４０のＮＯｘ吸蔵量が大きく低下するためである。つまり、ＮＯｘ吸蔵量が大きく低下すると、吸蔵されたＮＯｘの還元除去が短期間で完了してＮＯｘ触媒４０下流側の排気中の酸素濃度が理論空燃比に対応する酸素濃度を下回り、その結果、上記規定時間内におけるＣＯ通過量ΣＣＯが増大する。なお、排気流量は、例えば、エアフローメータ１４の検出値に基づき算出すればよい。

ところで、下流側ＡＦセンサ４６の応答性が低下することがある。応答性低下の主な要因として、例えば、エンジン１０の運転状態によって下流側ＡＦセンサ４６に煤が付着することが挙げられる。より具体的には、下流側ＡＦセンサ４６のガス検出室につながる通路（例えば多孔質拡散層）の煤詰まりが挙げられる。

図３に、下流側ＡＦセンサ４６の応答性の低下がセンサ検出値に及ぼす一例を示す。詳しくは、図３（ａ）は、空燃比の指令値（リッチパージ制御の実行状態）の推移を示し、図３（ｂ）は、下流側ＡＦセンサ４６が正常な場合（例えば、下流側ＡＦセンサ４６が新品相当の場合）のセンサ検出値の推移を示し、図３（ｃ）は、下流側ＡＦセンサ４６の応答性が低下する場合のセンサ検出値の推移を示す。

図３（ｂ）に示すように、下流側ＡＦセンサ４６の応答性が低下していない場合、リッチパージ制御が開始されてからの下流側ＡＦセンサ４６の検出値の変化過程は、ＮＯｘ触媒４０の劣化度合いの大小によって相違する。なお、図３（ｂ）では、理論空燃比に対応する下流側ＡＦセンサ４６の検出値を「ＡＦｔｈ」で示している。

これに対し、下流側ＡＦセンサ４６の応答性が低下する場合には、ＮＯｘ触媒４０の劣化度合いの大小によって、リッチパージ制御が開始されてからの下流側ＡＦセンサ４６の検出値の変化過程の差異が小さくなる。このため、ＮＯｘ触媒４０の劣化度合いが小さいにもかかわらず、下流側ＡＦセンサ４６の検出値が理論空燃比に対応する値ＡＦｔｈに到達してから上記検出値が理論空燃比に対応する値ＡＦｔｈを下回るまでの時間が短くなり、ＣＯ通過量ΣＣＯが多く算出されることとなる。これにより、ＮＯｘ触媒４０が劣化していないにもかかわらず、劣化している旨誤診断されるおそれがある。

なお、こうした問題は、ＮＯｘ吸蔵割合を高い水準に維持すべく、目標吸蔵量Σｔｇｔを最大ＮＯｘ吸蔵量未満の規定量に設定したことで顕在化したものである。つまり、目標吸蔵量Σｔｇｔが少ないと、リッチパージ制御が開始された後、ＮＯｘ触媒４０下流側の排気中の酸素濃度が理論空燃比近傍の空燃比に対応する値に維持される時間が短くなる。上記維持される時間が短くてかつ、下流側ＡＦセンサ４６の応答性が低下する場合には、下流側ＡＦセンサ４６の検出値が排気中の実際の酸素濃度に対応する値に追従するための十分な時間を確保できなくなる。

こうした問題を解決すべく、本実施形態では、上記劣化診断処理を、以下の図４に説明する処理とする。

図４に、上記劣化診断処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５６によって例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、診断カウンタＮｊｄｇ及びＣＯ通過量ΣＣＯを初期化する（「０」とする）。

続くステップＳ１２、Ｓ１３では、推定ＮＯｘ吸蔵量ΣＮＯｘが目標吸蔵量Σｔｇｔを超えたと判断されるまで待機する。

ちなみに、リッチパージ制御が実行されていない状況下において、推定ＮＯｘ吸蔵量ΣＮＯｘの算出に用いられるＮＯｘ触媒４０の単位時間あたりのＮＯｘ吸蔵量は、例えば、排気流量に基づき算出すればよい。これは、排気流量が多いほど、燃焼室２６から排出されるＮＯｘが多くなることに基づくものである。

続くステップＳ１４では、リッチパージ制御を開始する。そして、ステップＳ１６では、診断フラグＸｍｏｎの値を「１」とする。ここで、診断フラグＸｍｏｎは、「１」によってＣＯ通過量ΣＣＯの算出が適切になされたことを示し、「０」によってＣＯ通過量ΣＣＯの算出が適切になされなかったことを示す。

続くステップＳ１８では、診断カウンタＮｊｄｇがカウンタ上限値Ｎｄｉａｇ未満であるか否かを判断する。

ステップＳ１８において肯定判断された場合には、ステップＳ２０に進み、排気流量Ｇｅｘｓｔが規定流量Ｇｍａｘ未満であるとの条件と、ＮＯｘ触媒４０の温度（以下、触媒温度Ｔｌｎｔ）が規定温度Ｔｍｉｎを上回るとの条件との論理積が真であるか否かを判断する。ここで、これら条件は、ＮＯｘ触媒４０の劣化診断精度の低下を回避するための条件である。

まず、排気流量Ｇｅｘｓｔに関する条件について説明する。排気流量Ｇｅｘｓｔが多いほど、ＮＯｘ触媒４０に単位時間あたりに供給される還元剤ＣＯが多くなる。このため、リッチパージ制御が開始された後、下流側ＡＦセンサ４６の検出値が理論空燃比近傍の空燃比に対応する値に維持される時間が短くなる。上記維持される時間が短くなると、上述したように、下流側ＡＦセンサ４６の応答性が低下する状況下において、下流側ＡＦセンサ４６の検出値が排気中の実際の酸素濃度に対応する値に追従するための十分な時間を確保できなくなる懸念がある。この場合、ＮＯｘ触媒４０の劣化診断精度が低下する懸念がある。こうした事態を回避すべく、劣化診断時において排気流量Ｇｅｘｓｔが過度に多くならないように排気流量Ｇｅｘｓｔに関する条件を設定した。

続いて、触媒温度Ｔｌｎｔに関する条件について説明する。触媒温度Ｔｌｎｔが低いと、ＮＯｘ触媒４０の劣化度合いが小さくてかつＮＯｘ触媒４０にＮＯｘが吸蔵されている場合であっても、ＮＯｘ触媒４０において還元剤ＣＯと吸蔵されたＮＯｘとが反応せず、還元剤ＣＯがＮＯｘ触媒４０を通過しやすくなる懸念がある。この場合、ＮＯｘ触媒４０の劣化度合いが小さいにもかかわらず、劣化度合いが大きい旨誤診断される懸念がある。こうした事態を回避すべく、触媒温度Ｔｌｎｔに関する条件を設定した。

ちなみに、触媒温度Ｔｌｎｔは、例えば、上流側排気温度センサ４４の検出値に基づき算出すればよい。

ステップＳ２０において否定判断された場合には、ステップＳ２２に進み、診断フラグＸｍｏｎの値を「０」とする。一方、上記ステップＳ２０において肯定判断された場合には、ステップＳ２４に進み、下流側ＡＦセンサ４６の検出値ＡＦｌｏｗｅｒが理論空燃比に対応する値ＡＦｔｈ以下であるか否かを判断する。

ステップＳ２４において肯定判断された場合には、ステップＳ２６に進み、単位時間あたりのＣＯ通過量ΣＣＯであるＣＯ瞬時通過量ΔＣＯを算出する。そして、ステップＳ２８では、前回の制御周期までのＣＯ通過量ΣＣＯに今回の制御周期で算出されたＣＯ瞬時通過量ΔＣＯを加算することでＣＯ通過量ΣＣＯを更新する。また、診断カウンタＮｊｄｇを１インクリメントする。

上記ステップＳ１８、Ｓ２４において否定判断された場合や、ステップＳ２２、Ｓ２８の処理が完了した場合には、ステップＳ３０に進み、リッチパージ制御の終了要求があるか否かを判断する。本実施形態では、以下の条件（Ａ），（Ｂ）の論理和が真であると判断された場合、上記終了要求があると判断する。

（Ａ）エンジン１０の運転状態が急変したとの条件。

（Ｂ）リッチパージ制御によって推定ＮＯｘ吸蔵量ΣＮＯｘが「０」になってかつ、下流側ＡＦセンサ４６の検出値が理論空燃比に対応する値ＡＦｔｈに到達してから規定時間経過したとの条件。

ここで、上記規定時間は、ＮＯｘ触媒４０が正常であってかつ、ＮＯｘ吸蔵量が目標吸蔵量Σｔｇｔとされる場合にリッチパージ制御によってＮＯｘ吸蔵量を「０」とできる時間の最小値に設定されている。

ちなみに、リッチパージ制御が実行される状況下において、推定ＮＯｘ吸蔵量ΣＮＯｘの算出に用いられるＮＯｘ触媒４０の単位時間あたりのＮＯｘ還元除去量は、例えば、空燃比及び排気流量に基づき算出すればよい。これは、空燃比が理論空燃比に対して低いほど、また、リッチ空燃比となる状況下において排気流量が多いほど、上記還元除去されるＮＯｘ量が多くなることに基づくものである。

ステップＳ３０において否定判断された場合には、上記ステップＳ１８に戻る。一方、上記ステップＳ３０において肯定判断された場合には、ステップＳ３２に進み、リッチパージ制御を終了する。

続くステップＳ３４では、診断フラグＸｍｏｎの値が「１」であるとの条件と、診断カウンタＮｊｄｇがカウンタ上限値Ｎｄｉａｇに到達したとの条件との論理積が真であるか否かを判断する。

ステップＳ３４において肯定判断された場合には、ステップＳ３６に進み、ＣＯ通過量ΣＣＯが劣化判定値Ｃｄｅｔを超えたか否かを判断する。ステップＳ３６において否定判断された場合には、ステップＳ３８に進み、ＮＯｘ触媒４０が正常である旨診断する。一方、上記ステップＳ３６において肯定判断された場合には、ステップＳ４０に進み、判定カウンタＮｆｌｔを１インクリメントする。ちなみに、判定カウンタＮｆｌｔの初期値は「０」に設定されている。また、上記ステップＳ３８では、判定カウンタＮｆｌｔを初期化する処理と、後述するステップＳ４４〜Ｓ５０の伸長処理で変更されたパラメータを初期値に戻す処理とも併せて行われる。

続くステップＳ４２では、判定カウンタＮｆｌｔが診断確定カウンタＮｄｅｔ（２以上の整数）未満であるか否かを判断する。本実施形態では、診断確定カウンタＮｄｅｔを「２」に設定している。

ステップＳ４２において肯定判断された場合には、ステップＳ４４〜Ｓ５０において伸長処理を行う。

詳しくは、ステップＳ４４では、伸長処理として、目標吸蔵量Σｔｇｔを所定量Δｔｇｔ増大させる処理を行う。目標吸蔵量Σｔｇｔを増大させると、リッチパージ制御が開始される際のＮＯｘ触媒４０のＮＯｘ吸蔵量が増大し、吸蔵されたＮＯｘ及び還元剤ＣＯの反応時間が長くなる。このため、リッチパージ制御が開始された後、ＮＯｘ触媒４０下流の排気中の酸素濃度が理論空燃比近傍の空燃比に対応する値に保持される時間が長くなる。この時間が長くなると、下流側ＡＦセンサ４６の応答性が低下する場合であっても、下流側ＡＦセンサ４６の検出値が排気中の実際の酸素濃度に対応する値となるまでの時間を極力確保することができる。その結果、ＮＯｘ触媒４０の劣化診断精度の低下を回避できる。

続くステップＳ４６では、伸長処理として、リッチパージ制御が実行される場合における空燃比の指令値ＡＦを所定値Δａｆ増大させる処理を行う。空燃比の指令値ＡＦを増大させると、排気に含まれる還元剤ＣＯの単位時間あたりのＮＯｘ触媒４０に対する供給量が減少する。還元剤ＣＯの供給量が減少すると、ＮＯｘ触媒４０下流の排気中の酸素濃度が理論空燃比近傍の空燃比に対応する値に保持される時間が長くなる。

続くステップＳ４８では、伸長処理として、上記ステップＳ２０の処理における規定流量Ｇｍａｘを所定量Δｇｍａｘ減少させる処理を行う。規定流量Ｇｍａｘを減少させると、排気に含まれる還元剤ＣＯの単位時間あたりのＮＯｘ触媒４０に対する供給量が減少する。このため、ＮＯｘ触媒４０下流の排気中の酸素濃度が理論空燃比近傍の空燃比に対応する値に保持される時間が長くなる。

続くステップＳ５０では、伸長処理として、上記ステップＳ２０の処理における規定温度Ｔｍｉｎを所定温度Δｔｍｉｎ上昇させる。規定温度Ｔｍｉｎを上昇させると、リッチパージ制御が実行される状況下、ＮＯｘ触媒４０における還元剤ＣＯ及び吸蔵されたＮＯｘの反応が促進される。その結果、ＮＯｘ触媒４０下流の排気中の酸素濃度が理論空燃比近傍の空燃比に対応する値に保持される時間が長くなる。

なお、規定温度Ｔｍｉｎには上限ガード値が設定される。これは、規定温度Ｔｍｉｎを高くしすぎると、ＮＯｘ触媒４０において還元剤ＣＯ及び吸蔵されたＮＯｘの反応が促進され、ＮＯｘ触媒４０の劣化度合いが大きいにもかかわらず、劣化していない旨誤診断されることを回避するためである。

図５に、上記伸長処理の効果を示す。詳しくは、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、先の図３（ａ）〜図３（ｃ）に対応している。なお、図中、「比較技術」は、伸長処理を行わない場合を示している。

図５（ｂ）に示すように、下流側ＡＦセンサ４６が正常である場合、伸長処理の実行の有無にかかわらず、ＮＯｘ触媒４０の劣化度合いの大小によって下流側ＡＦセンサ４６の検出値の変化過程の差異が大きい。

これに対し、図５（ｃ）の１点鎖線及び２点鎖線にて示すように、下流側ＡＦセンサ４６の応答性が低下する場合において伸長処理を行わないときには、ＮＯｘ触媒４０の劣化度合いの大小によって下流側ＡＦセンサ４６の検出値の変化過程の差異が小さい。これに対し、伸長処理を行うときには、図５（ｃ）の実線及び破線にて示すように、ＮＯｘ触媒４０の劣化度合いの大小によって下流側ＡＦセンサ４６の検出値の変化過程の差異を大きくすることができる。

先の図４の説明に戻り、上記ステップＳ４２において否定判断された場合には、ＣＯ通過量ΣＣＯが劣化判定値Ｃｄｅｔを超えたと再度判断されたことから、ステップＳ５２に進む。ステップＳ５２では、ＮＯｘ触媒４０に劣化が生じている旨診断する。

なお、上記ステップＳ３４において否定判断された場合や、ステップＳ３８、Ｓ５０、Ｓ５２の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図６に、下流側ＡＦセンサ４６の応答性が低下してかつＮＯｘ触媒４０の劣化度合いが小さい場合の劣化診断処理の一例を示す。詳しくは、図６（ａ）は、推定ＮＯｘ吸蔵量ΣＮＯｘの推移を示し、図６（ｂ）は、リッチ制御実行フラグＦｒｉｃｈの推移を示し、図６（ｃ）は、下流側ＡＦセンサ４６の検出値ＡＦｌｏｗｅｒの推移を示す。また、図６（ｄ）は、ＣＯ通過量ΣＣＯの推移を示し、図６（ｅ）は、診断カウンタＮｊｄｇの推移を示し、図６（ｆ）は、判定カウンタＮｆｌｔの推移を示す。なお、リッチ制御実行フラグＦｒｉｃｈは、「１」によってリッチパージ制御の実行を指示し、「０」によってリッチパージ制御の停止を指示する。

図示される例では、時刻ｔ１において、推定ＮＯｘ吸蔵量ΣＮＯｘが目標吸蔵量Σｔｇｔに到達したと判断されることで、リッチ制御実行フラグＦｒｉｃｈの値が「１」に切り替えられ、リッチパージ制御が開始される。その後、下流側ＡＦセンサ４６の検出値ＡＦｌｏｗｅｒが理論空燃比に対応する値ＡＦｔｈに到達したと判断される時刻ｔ２からＣＯ通過量ΣＣＯの算出及び診断カウンタＮｊｄｇのカウントアップが開始される。なお、図６（ｃ）には、下流側ＡＦセンサ４６の検出値ＡＦｌｏｗｅｒが理論空燃比に対応する値ＡＦｔｈを下回ってからの上記検出値ＡＦｌｏｗｅｒの変化過程と、上記理論空燃比に対応する値ＡＦｔｈとで囲まれる面積を斜線にて示している。

その後、診断カウンタＮｊｄｇがカウンタ上限値Ｎｄｉａｇに到達したと判断される時刻ｔ３において、ＣＯ通過量ΣＣＯが劣化判定値Ｃｄｅｔを超えたと判断される。その後、時刻ｔ４において、リッチパージ制御が終了され、また、判定カウンタＮｆｌｔが１インクリメントされる。さらに、伸長処理として、目標吸蔵量Σｔｇｔが所定量Δｔｇｔ増大される処理等が行われる。

その後、推定ＮＯｘ吸蔵量ΣＮＯｘが目標吸蔵量「Σｔｇｔ＋Δｔｇｔ」に到達すると判断される時刻ｔ５において、リッチパージ制御が再び開始される。その後、下流側ＡＦセンサ４６の検出値ＡＦｌｏｗｅｒが理論空燃比に対応する値ＡＦｔｈに到達したと判断される時刻ｔ６からＣＯ通過量ΣＣＯの算出及び診断カウンタＮｊｄｇのカウントアップが開始される。

その後、診断カウンタＮｊｄｇがカウンタ上限値Ｎｄｉａｇに到達したと判断される時刻ｔ７において、ＣＯ通過量ΣＣＯが劣化判定値Ｃｄｅｔ未満であると判断される。このため、ＮＯｘ触媒４０が正常である旨診断され、その後、時刻ｔ７において判定カウンタＮｆｌｔが初期化される。

続いて、図７を用いて、上記伸長処理の効果について説明する。詳しくは、図７（ａ）は、推定ＮＯｘ吸蔵量ΣＮＯｘの推移を示し、図７（ｂ）は、ＮＯｘ吸蔵割合の推移を示す。

図示される例では、目標吸蔵量Σｔｇｔの初期値を低く設定している。これは、下流側ＡＦセンサ４６の応答性が低下する頻度が低いことから、下流側ＡＦセンサ４６の応答性が低下する異常時に伸長処理によって目標吸蔵量Σｔｇｔを増大させるようにしているためである。こうした構成によれば、伸長処理によって目標吸蔵量Σｔｇｔが増大されるまでは、ＮＯｘ吸蔵割合を高い水準に維持することができる。このため、ＮＯｘ触媒４０の耐用期間におけるＮＯｘの平均的な浄化能力を高い水準に維持することができる。

これに対し、例えば、下流側ＡＦセンサ４６の応答性の低下に備えて、目標吸蔵量Σｔｇｔを多めに設定する構成では、図８に示すように、ＮＯｘ吸蔵割合を高い水準に維持することができない。なお、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、先の図７（ａ）及び図７（ｂ）に対応している。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）伸長処理として、目標吸蔵量Σｔｇｔを所定量Δｔｇｔ増大させる処理、空燃比の指令値ＡＦを所定値Δａｆ増大させる処理、規定流量Ｇｍａｘを所定量Δｇｍａｘ減少させる処理、及び規定温度Ｔｍｉｎを所定温度Δｔｍｉｎ上昇させる処理を行った。これにより、下流側ＡＦセンサ４６の応答性が低下する場合であっても、下流側ＡＦセンサ４６の検出値が排気中の実際の酸素濃度に対応する値となるまでの時間を極力確保することができる。

また、上記構成によれば、目標吸蔵量Σｔｇｔ及び空燃比の指令値ＡＦの初期値を低く設定することができる。このため、ＮＯｘ触媒４０の耐用期間におけるＮＯｘの平均的な浄化能力を高い水準に維持することもできる。さらに、上記構成によれば、規定流量Ｇｍａｘの初期値を高く設定してかつ、規定温度Ｔｍｉｎの初期値を低く設定することができる。このため、ＮＯｘ触媒４０の耐用期間において、ＮＯｘ触媒４０の劣化診断頻度を高めることができる。

ちなみに、空燃比の指令値ＡＦの初期値を低く設定することは、以下に説明する理由によっても、ＮＯｘ触媒４０のＮＯｘ浄化能力を高めることに寄与している。つまり、リッチパージ制御の実行は、先の図４のステップＳ３０の処理で説明したように、エンジン１０の運転状態に制約される。このため、ＮＯｘ触媒４０のＮＯｘ浄化能力を高めるには、吸蔵されたＮＯｘを短時間で還元除去することが要求される。ここで、空燃比の指令値ＡＦが低いほど、吸蔵されたＮＯｘの還元除去に要する時間が短くなる。したがって、空燃比の指令値ＡＦの初期値を低く設定することは、ＮＯｘ触媒４０のＮＯｘ浄化能力を高めることに寄与している。

（２）ＣＯ通過量ΣＣＯが劣化判定値Ｃｄｅｔを超えたと１回目に判断された後、伸長処理を実行した。そして、伸長処理が実行される状況下においてＣＯ通過量ΣＣＯが劣化判定値Ｃｄｅｔを超えたと再度判断された場合、ＮＯｘ触媒４０が劣化している旨診断した。このため、下流側ＡＦセンサ４６の応答性が低下する場合であっても、ＮＯｘ触媒４０の劣化診断精度の低下を好適に回避することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、解除処理を行う。

図９に、本実施形態にかかる解除処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５６によって例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ５４において、下流側排気温度センサ４８によって検出された温度Ｔαが閾値温度Ｔｔｈ以上となる状態が所定時間継続されたか否かを判断する。この処理は、下流側ＡＦセンサ４６の応答性の低下が解消されたか否かを判断するための処理である。つまり、排気温度が継続して高温とされる場合、下流側ＡＦセンサ４６の煤詰まりの解消等、下流側ＡＦセンサ４６に付着した煤が除去された蓋然性が高い。

ステップＳ５４において肯定判断された場合には、下流側ＡＦセンサ４６の応答性の低下が解消されたと判断し、ステップＳ５６に進む。ステップＳ５６では、目標吸蔵量Σｔｇｔ、空燃比の指令値ＡＦ、規定流量Ｇｍａｘ及び規定温度Ｔｍｉｎを初期値に戻す初期化処理を行う。すなわち、先の図４のステップＳ４４〜Ｓ５０における伸長処理を解除する。この処理は、目標吸蔵量Σｔｇｔ等を初期値に戻しても、ＮＯｘ触媒４０の劣化診断精度が低下しない蓋然性が高いことに鑑みて実行される処理である。

なお、上記ステップＳ５４において否定判断された場合や、ステップＳ５６の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した解除処理によれば、ＮＯｘ触媒４０のＮＯｘ吸蔵割合を高い水準に維持することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記第１の実施形態では、リッチパージ制御の実行毎にＣＯ通過量ΣＣＯが劣化判定値Ｃｄｅｔを超えたか否かを判断したがこれに限らない。例えば、リッチパージ制御の複数回の実行毎に上記判断を行う制御ロジックを採用してもよい。

・上記第１の実施形態において、診断確定カウンタＮｄｅｔを「３」以上の値に設定してもよい。ここでは、劣化診断精度を高めるとの要求、及び劣化診断の有無を早期に確定させるとの要求に基づき診断確定カウンタＮｄｅｔを設定すればよい。

・上記第１の実施形態において、リッチパージ制御の終了タイミングを、推定ＮＯｘ吸蔵量ΣＮＯｘが「０」よりもやや大きい値まで減少したと判断されるタイミングとしてもよい。

・「伸長手段」としては、上記第１の実施形態に例示したものに限らない。例えば、先の図４のステップＳ４４，Ｓ４６，Ｓ４８，Ｓ５０の処理のうち少なくとも１つ以上（全部を除く）を行うものであってもよい。この場合であっても、リッチパージ制御が実行される状況下、下流側ＡＦセンサ４６の検出値が理論空燃比近傍の空燃比に保持される時間を長くすることはできる。

また、「伸長手段」としては、ＣＯ通過量ΣＣＯが劣化判定値Ｃｄｅｔを超えたと１回目に判断された後、リッチパージ制御の実行毎に目標吸蔵量Σｔｇｔ等を徐々に変更するものに限らない。例えば、診断確定カウンタＮｄｅｔが「３」以上の値に設定される場合、上記１回目に判断された後、２回目のリッチパージ制御の実行時のみにおいて目標吸蔵量Σｔｇｔ等を変更するものであってもよい。

・「判断手段」としては、上記第１の実施形態に例示したものに限らない。例えば、各回のリッチパージ制御において、下流側ＡＦセンサ４６の検出値が理論空燃比近傍の空燃比に対応する値であってかつ上記検出値の微分値が所定範囲内となる診断時間が所定時間未満であるか否かを判断するものであってもよい。これは、ＮＯｘ触媒４０の劣化度合いが大きいほど、上記診断時間が短くなることに基づくものである。なお、診断時間が所定時間未満であると判断されることは、ＮＯｘ触媒４０の劣化度合いが所定値を超えたと判断されることと同じである。

・「酸素濃度センサ」としては、ＡＦセンサに限らず、ＡＦセンサと同様な機能を有するセンサであれば、他のセンサであってもよい。

・「内燃機関」としては、圧縮着火式内燃機関に限らず、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関であってもよい。

１０…エンジン、３４…排気通路、４０…ＮＯｘ触媒、４６…下流側ＡＦセンサ。

Claims (7)

1. 内燃機関（１０）の排気通路（３４）に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒（４０）と、
   前記触媒の下流側に設けられてかつ排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（４６）と、
   を備える内燃機関の排気浄化装置に適用され、
   前記触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元除去すべく、前記内燃機関において燃焼に供されるガスの空燃比を一時的にリッチとするリッチパージ制御を行う制御手段と、
   前記リッチパージ制御が実行される状況下、前記酸素濃度センサの検出値に基づき算出された前記触媒の劣化度合い（ΣＣＯ）が所定値（Ｃｄｅｔ）を超えたか否かを判断する判断手段と、
   複数回の前記リッチパージ制御のそれぞれにおいて前記判断手段によって前記劣化度合いが前記所定値を超えたと判断されたことに基づき、前記触媒が劣化している旨診断する診断手段と、
   前記判断手段によって前記劣化度合いが前記所定値を超えたと１回目に判断された後、該判断手段による２回目以降の判断において、前記リッチパージ制御の実行によって前記酸素濃度センサの検出値が理論空燃比近傍の空燃比に対応する値に保持される時間を前記１回目の場合よりも長くする処理を行う伸長手段と、
   を備えることを特徴とする触媒の劣化診断装置。
2. 前記制御手段は、
   前記触媒のＮＯｘ吸蔵量（ΣＮＯｘ）を算出する吸蔵量算出手段を備え、
   該吸蔵量算出手段によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量がその目標値（Σｔｇｔ）に到達したことを条件として、前記リッチパージ制御を実行し、
   前記伸長手段は、前記長くする処理を、前記目標値を増大させることで行うことを特徴とする請求項１記載の触媒の劣化診断装置。
3. 前記伸長手段は、前記長くする処理を、前記内燃機関の排気に含まれる還元剤の前記触媒に対する単位時間あたりの供給量を減少させることで行うことを特徴とする請求項１又は２記載の触媒の劣化診断装置。
4. 前記制御手段は、前記内燃機関の排気流量（Ｇｅｘｓｔ）が規定流量（Ｇｍａｘ）未満であることを条件として、前記リッチパージ制御を実行し、
   前記伸長手段は、前記長くする処理を、前記規定流量を減少させることで行うことを特徴とする請求項３記載の触媒の劣化診断装置。
5. 前記伸長手段は、前記長くする処理を、前記リッチパージ制御が実行される状況下の空燃比を増大させることで行うことを特徴とする請求項３又は４記載の触媒の劣化診断装置。
6. 前記制御手段は、前記触媒の温度（Ｔｌｎｔ）が規定温度（Ｔｍｉｎ）を超えることを条件として、前記リッチパージ制御を実行し、
   前記伸長手段は、前記長くする処理を、前記規定温度を上昇させることで行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒の劣化診断装置。
7. 前記酸素濃度センサ付近の排気温度（Ｔα）が閾値温度（Ｔｔｈ）以上となる状態が所定時間継続されたことに基づき、前記伸長手段による前記長くする処理を解除する解除手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の触媒の劣化診断装置。

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