JP3570297B2

JP3570297B2 - エンジン排気浄化装置

Info

Publication number: JP3570297B2
Application number: JP16344199A
Authority: JP
Inventors: 豊高久; 茂川本; 義久藤井; 慎二中川; 俊夫石井; 大須賀　　稔
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2019-06-10
Also published as: DE10028365A1; JP2000352309A; DE10028365B4; US6383267B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの燃費を向上させるために理論空燃比（以下ストイキと記す）よりも空気を過多（以下リーンと記す）にして、燃料をリーン燃焼させる技術が知られている。
【０００３】
例えば、吸気管部の吸気ポート付近で燃料を噴射する方式（ポート噴射）で空燃比２０〜２５程度のリーン燃焼を実現するものや、筒内に直接燃料を噴射する方式（筒内噴射）で層状混合気を形成して空燃比４０〜５０といった極めてリーンな燃焼を実現させるものも広まりつつある。これらの技術では、リーンな燃焼、すなわち吸入空気量を増やすことによって、ポンピング損失や熱損失を少なくして燃費の向上を実現できる。
【０００４】
しかしながら排気ガス浄化の面から見ると、ストイキでの燃焼の場合には三元触媒によって排気ガス中のＨＣ，ＣＯとＮＯｘを同時に酸化還元して浄化できるが、リーン燃焼では排気ガスが酸素過剰状態のためＮＯｘの還元が困難である。このため、排気ガスの空燃比がリーンであるとき排気ガスのＮＯｘを吸収し、空燃比がリッチ（燃料過多）であるときＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を排気通路内に配置し、排気ガスの空燃比を所定の周期でリーンから理論空燃比またはリッチに一時的に変化させてＮＯｘ吸収剤に捕捉されたＮＯｘを放出し還元させるようにしたエンジンの排気浄化装置が提案されている。
【０００５】
このような排気浄化装置においては、吸収されたＮＯｘ量に見合うだけの期間だけ空燃比を理論空燃比またはリッチに一時的に変化させるようにすることが燃費や、排出ガス中のＨＣ等の成分を低減する意味で望ましい。
【０００６】
空燃比を理論空燃比またはリッチに一時的に変化させたときにＮＯｘの放出完了を判断する技術として第２６９２３８０号特許（ＷＯ９４／１７２９１）が提案されている。空燃比をリーンから理論空燃比またはリッチに切り換えた後、ＮＯｘ吸収剤下流に装着された空燃比センサによって検出された空燃比がリーンからリッチに切り換わった時にＮＯｘの放出が完了したと判断するようにしている。このことは、ＮＯｘ吸収剤の上流の空燃比が理論空燃比またはリッチになっても、
ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘが放出，還元されるまでの間は、上流から流入した排気ガス中のＨＣやＣＯがＮＯｘの還元に消費されるためにＮＯｘ吸収剤下流に装着された空燃比センサによって検出される空燃比は若干リーンとなり、
ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘの放出，還元が完了した後に同空燃比センサによって検出される空燃比がリッチとなることに基づいている。
【０００７】
同様の技術として、平１０−１２８０５８号公開広報（ＵＳＰ５７４３０８４）には、空燃比をリーンから理論空燃比またはリッチに切り換えた後、ＮＯｘ捕捉装置下流に装着された空燃比センサによって検出された空燃比がリーンからリッチに切り換わるまでの時間差で吸収されたＮＯｘ量を推定し、ＮＯｘ捕捉装置の性能を監視する技術が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＮＯｘ吸収剤又は捕捉装置下流に装着された空燃比センサの出力波形は、これら吸収剤又は捕捉装置に吸収又は捕捉されたＮＯｘの量が同じであっても、酸素貯蔵能力の影響を受ける。しかるに上記従来技術では、考慮がなされていない。
【０００９】
例えば、ＮＯｘ吸収剤自身が酸素貯蔵能力を持っているか、またはＮＯｘ吸収剤に近接した上下流に酸素貯蔵能力を持った触媒等が配置されていると、リーン運転中に酸素が貯蔵され、空燃比がリーンから理論空燃比またはリッチに切り換わった時にその酸素が放出される。したがって酸素貯蔵能力を持った触媒等の下流に装着された空燃比センサの出力はそれらから放出される酸素の影響を受ける。
【００１０】
したがって、これらの空燃比センサでＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ吸収量や吸収性能を推定する場合、大きな誤差要因となる可能性がある。例えば、酸素貯蔵量が多いと、空燃比をリーンから理論空燃比またはリッチに一時的に変化させたときにＮＯｘ吸収剤下流に装着された空燃比センサの出力がリーンを示す時間が長くなる。このためＮＯｘ吸収量が多い側に誤判定されてしまう。逆に酸素貯蔵量が少ないと、空燃比をリーンから理論空燃比またはリッチに一時的に変化させたときにＮＯｘ吸収剤下流に装着された空燃比センサの出力が早めにリッチを示す。このためＮＯｘ捕捉量が少ない側に誤判定されてしまう。
【００１１】
酸素貯蔵量はリーン運転を行えば短時間で酸素貯蔵能力まで到達するが、酸素貯蔵能力そのものが劣化等によりばらつくので上述のようなＮＯｘ吸収量の誤判定が起こりうる。
【００１２】
さらに酸素貯蔵能力を持ったＮＯｘ吸収剤や、またはＮＯｘ吸収剤に近接した上下流に配置された酸素貯蔵能力を持った触媒は、酸素貯蔵能力に基づく未燃
ＨＣ，ＣＯの酸化反応およびＮＯｘの還元反応が行われる。従って酸素貯蔵能力が低下すればこれらの酸化還元反応が弱まり、ＮＯｘ吸収剤や近接した上下流に配置された酸素貯蔵能力を持った触媒が劣化したことになるため、酸素貯蔵能力を単独に検出することが望まれる。この場合も上述のようにＮＯｘ吸収量との分離が必要となる。
【００１３】
なお、ＮＯｘ吸収剤が劣化した場合に、酸素貯蔵能力とストイキにおける排気浄化性能（三元性能）とは比較的相関関係があるが、酸素貯蔵能力とＮＯｘ吸収能力とは相関関係がないことを実験により見出していることを記しておく。
【００１４】
ＮＯｘ吸収剤の酸素貯蔵能力を検出する技術として、平８−２６０９４９号公開公報に、ＮＯｘ吸収量がほぼ０であるとき、ＮＯｘ吸収剤の下流に装着された空燃比センサの出力に基づいて酸素貯蔵能力を検出する技術が開示されている。しかるに本技術によると、酸素貯蔵能力を検出するためにＮＯｘ貯蔵量をほぼ０にするというプロセスを必要とする。ＮＯｘ吸収量を検出するためには、ＮＯｘ捕捉量がほぼ０であるときの酸素貯蔵能力を検出し、さらにＮＯｘ吸収量が０でないときの検出結果からこの酸素貯蔵能力を減算する必要がある。したがってプロセスが複雑であり、誤差が増えてしまう。さらに、酸素貯蔵能力を検出するときと
ＮＯｘ吸収量を検出するときとで運転状態が必ずしも同じでなく、ＮＯｘ吸収剤の温度の差等による酸素貯蔵能力の変化がＮＯｘ吸収量の検出誤差となる。
【００１５】
本発明は、上記の様な誤差を生じることなく、ＮＯｘの吸着又は吸収など
ＮＯｘ捕捉量と酸素貯蔵能力とを分離して検出するエンジン排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のエンジン排気浄化装置は、排気通路内に配置され排気ガスの空燃比がリーンであるとき排気ガスのＮＯｘを吸着又は吸収など捕捉し、空燃比がリッチであるときＮＯｘを放出するＮＯｘ捕捉剤と、排気ガスの空燃比を所定の周期でリーンから理論空燃比またはリッチに一時的に変化させる空燃比変更手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、排気通路の前記ＮＯｘ捕捉剤の下流における排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を有し、前記空燃比変化手段が一時的に排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチに変化させたときに前記酸素濃度検出手段により検出される前記ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量と酸素貯蔵量の双方を含む酸素濃度検出波形からＮＯｘ捕捉量と酸素貯蔵量を分離して検出し、ＮＯｘ捕捉量を判定するＮＯｘ捕捉量判定手段を有することを特徴とする。
好ましくは、本発明のエンジン排気浄化装置は、前記ＮＯｘ捕捉量判定手段は、前記空燃比変化手段が一時的に排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチに変化させたときの前記酸素濃度検出手段の検出結果の、リーンを示す第１のしきい値とリッチを示す第２のしきい値との間の波形に基づいて前記ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量を判定することを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、本発明のエンジン排気浄化装置は、前記ＮＯｘ捕捉量判定手段は、前記空燃比変化手段が一時的に排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチに変化させたときの前記酸素濃度検出手段の検出結果が、前記第１のしきい値をよぎってから前記第２のしきい値をよぎるまでの所用時間に基づいて前記ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量を判定することを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、本発明のエンジン排気浄化装置は、所定の運転状態であるときの前記 NOx 捕捉量判定手段の判定結果に基づいて前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化度を検出することを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、本発明のエンジン排気浄化装置は、前記ＮＯｘ捕捉量判定手段によるＮＯｘ捕捉量判定値と判定時の運転状態とに基づいて前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化度を検出することを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、本発明のエンジン排気浄化装置は、検出された前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化度に応じてリーン運転を制限することを特徴とする。
【００２２】
好ましくは、本発明のエンジン排気浄化装置は、検出された前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化度が所定値以上となったら前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化を表すコードを記憶、およびまたは、警告を発生することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施例に係わるエンジンの空燃比制御装置の構成図である。なお、本実施例は筒内噴射方式の例である。エンジン１の吸気系２３には、エアクリーナ２，吸入空気量を検出するエアフローセンサ３，吸入空気量を調整するスロットル弁４，スロットル弁駆動手段５およびスロットル開度センサ５ａ，スワール制御弁６，スワール制御弁駆動手段７および吸気弁８を備えている。スワール制御弁６はそれぞれの気筒に対して吸気弁８の直前に設けられており、一体的に作動するように構成されている。エンジン１の燃焼室９には、燃料を直接燃焼室９内に噴射する燃量噴射弁１０，点火プラグ１１，筒内圧センサ１２を備えている。エンジン１の排気系２３には排気弁１３，第１の空燃比センサ１４，
ＮＯｘ捕捉剤１５，第２の空燃比センサ２５を備えている。さらにエンジン１のクランク軸に取り付けられたセンシングプレート１６とその突起部を検出することにより回転速度やクランク角度を検出するクランク角センサ１７，アクセルペダル１８の踏み込み量を検出するアクセルセンサ１９とを備えている。
【００２６】
それぞれセンサの検出値は電子制御回路（以下、ＥＣＵと記す）２０に入力され、ＥＣＵ２０はアクセル踏み込み量，吸入空気量，回転速度，クランク角度，筒内圧，スロットル開度等を検出または計算する。そして、その結果に基づいてエンジン１に供給する燃料の量とタイミングとを計算し燃料噴射弁１０に駆動パルスを出力したり、スロットル弁４開度を計算し絞り弁駆動手段５に制御信号を出力したり、点火時期等を計算し点火プラグ１１に点火信号を出力したりする。さらに、例えば、ＮＯｘ捕捉剤１５が劣化したと判定した場合に、運転者に警告するための警告灯２６への信号を出力する。
【００２７】
燃料は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプで圧送され燃圧レギュレータにて所定の圧力（５〜１５ＭＰａ程度）に保持され、燃料噴射弁１０に供給される。ＥＣＵ２０により出力される駆動パルスにより所定のタイミングに所定量が燃焼室９に直接噴射される。エンジン１の運転モードとしては、ストイキ運転，均質リーン運転と成層リーン運転等がある。均質リーン運転時には吸気行程で燃料を噴射して空気との混合を行い均質な混合気を燃焼させる。成層リーン運転時には圧縮行程で燃料を噴射して混合気中に層状に燃料を分布させ、点火プラグ１１近傍に燃料を集める（濃い混合気とする）ようにしている。
【００２８】
スロットル弁４にて調整された吸入空気は、吸気弁８を通って燃焼室内に流入する。この際、スワール制御弁６によってスワール強度が制御される。通常、成層リーン運転時や均質リーン運転時にはスワール強度を高く、それ以外ではスワール強度を低くするように設定されている。特に成層運転時には、前述の燃料噴射タイミングとスワールによる空気流動およびピストン２１の上面に設けたキャビティ２２の形状により燃料を燃焼室９全体に広げることなく、点火プラグ１１の近傍に集めている。
【００２９】
燃料と吸入空気との混合気は点火プラグ９にて点火され燃焼する。燃焼後の排気ガスは排気弁１３を通って排気系２４に排出される。排気ガスは排気系２４に配置されたＮＯｘ捕捉剤１５に流入する。
【００３０】
第１の空燃比センサ１４は、ＮＯｘ捕捉剤１５上流部の排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力し、その出力から実際の空燃比を検出することができる。第１の空燃比センサ１４にて検出した実空燃比に基づいて、目標空燃比となるように供給する混合気の空燃比をフィードバック制御している。
【００３１】
第２の空燃比センサ２４は、ＮＯｘ捕捉剤１５下流部の排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力し、その出力から実際の空燃比を検出することができる。第２の空燃比センサ２４にて検出した実空燃比に基づいてＮＯｘ捕捉剤１５に吸着，吸収など捕捉されたＮＯｘ量を判定する。
【００３２】
本実施例では、第２の空燃比センサ２４として図２に示すように空燃比がストイキ近辺において急変し２値的な値を出力するいわゆるＯ_２センサを用いているが、これに限定するものではない。例えば、排気ガス中の酸素濃度に基づき空燃比に応じてほぼリニアな出力を発生するいわゆる広域空燃比センサであってもよい。
【００３３】
なお、排気系２４から吸気系２３には図示しない通路およびＥＧＲバルブが設けられている。特に成層運転時には、ＮＯｘの発生を抑えるためと、燃焼速度を抑えるために多量のＥＧＲを導入している。
【００３４】
図３にＥＣＵ２０の構成を示す。前述のエアフローセンサ３，スロットル弁開度センサ５ａ，筒内圧センサ１２，第１の空燃比センサ１４，第２の空燃比センサ２５，クランク角センサ１７，アクセルセンサ１９の信号３ｓ，５ｓ，１２ｓ，１４ｓ，２５ｓ，１７ｓ，１９ｓおよび図示しない気筒判別センサ２７の信号が入力回路３１に入力される。ＣＰＵ３０はＲＯＭ３７に記憶されたプログラムや定数に基づいて、これらの入力信号を入出力ポート３２を介して読み込み，演算処理を行う。
【００３５】
さらに、演算処理の結果としてＣＰＵ３０から、点火時期，インジェクタ駆動パルス幅およびタイミング，スロットル弁開度指令，スワール制御弁開度指令が入出力ポート３２を介して点火出力回路３３，燃料噴射弁駆動回路３４，スロットル弁駆動回路３５，スワール制御弁駆動回路３６に出力され、点火，燃料噴射，スロットル弁開度制御，スワール制御弁開度制御が実行される。さらに、例えばＮＯｘ捕捉剤１５が劣化したと判定した場合には、警告灯駆動回路３７によって警告灯２６を点灯する。ＲＡＭ３８は、入力信号の値や演算結果等の記憶に用いられる。
【００３６】
ＲＯＭ３７に記憶されたプログラムや定数に基づいて、例えば次式に基づいて燃料噴射時間Ｔｉが算出され、燃料噴射弁１０から燃料が噴射され、エンジン１に供給される。
【００３７】
Ｔｉ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・ＴＧＦＢＡ・ＡＬＰＨＡ・Ｋｒ
ここで、Ｋは燃料噴射弁１０等の特性に基づく係数、Ｑａは吸入空気量、Ｎｅはエンジン回転速度、ＴＧＦＢＡはエンジン１に供給すべき混合気の目標当量比、ＡＬＰＨＡはフィードバック補正係数である。Ｋｒは排気ガスの空燃比を所定の周期でリーンから理論空燃比またはリッチに一時的に変化させる空燃比変更制御（以下、ＮＯｘパージ制御と記す）時の空燃比補正係数である。
【００３８】
目標当量比ＴＧＦＢＡ＝１であればエンジン１に供給される混合気はストイキとなる。これに対してＴＧＦＢＡ＜１であればエンジン１に供給される混合気はリーンとなり、ＴＧＦＢＡ＞１であればエンジン１に供給される混合気はリッチとなる。目標当量比ＴＧＦＢＡは、例えば図４に示すように、エンジン回転速度Ｎｅと負荷（例えば、アクセルペダル１８の踏み込み量を検出するアクセルセンサ１９の信号に基づいて算出される目標トルク）とのマップとして予めＲＯＭ３７に記憶してある。すなわち、実線Ｌより低負荷の運転領域ではＴＧＡＦはリーン、実線Ｌと実線Ｒの間の運転領域ではＴＧＦＢＡ＝１、すなわちストイキ、実線Ｒより高負荷の運転領域ではＴＧＦＢＡ＞１、すなわちリッチとされる。さらに、実線Ｌより低負荷の運転領域内では、点線Ｓより低負荷の運転領域では層状混合気を形成して空燃比４０〜５０の極めてリーンな混合気による燃焼が実現される（成層リーン運転）。実線Ｒと点線Ｓの間の運転領域では、均質かつ空燃比２０〜２５程度のリーンな混合気燃焼が実現される（均質リーン運転）。
【００３９】
ストイキ運転（ＴＧＦＢＡ＝１，Ｋｒ＝１）においては、第１の空燃比センサ１４によって検出された実空燃比に基づき、空燃比が正確にストイキとなるようにフィードバック制御がなされ、フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡが演算され、燃料噴射時間Ｔｉに反映される。ＡＬＰＨＡは実空燃比がリッチになると減少し、実空燃比がリーンになると増大し、通常１．０を中心に上下動する。ＡＬＰＨＡはストイキ運転以外のときは所定の値または、学習値に固定される。
【００４０】
リーン運転時（ＴＧＦＢＡ＜１，Ｋｒ＝１には、ＮＯｘ捕捉剤１５に排気ガス中のＮＯｘが捕捉される。ＮＯｘ捕捉量が所定量になると（所定の周期で）、
ＴＧＡＦＢＡ＝１，Ｋｒ≧１、すなわち空燃比がストイキまたはリッチの酸素濃度の低い状態に切り替えられ（ＮＯｘパージ制御）、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されたＮＯｘが放出され、排気ガス中のＨＣやＣＯによって還元される。なお、本実施例の筒内噴射方式エンジンの場合には、空燃比をストイキまたはリッチに切り替えるときに、主にスロットル弁駆動手段５によってスロットル弁６を閉方向に作動させて吸入空気量を減らすとともに供給燃料量を制御して空燃比を変更しているが、このような方法に限定するものではない。
【００４１】
ＮＯｘ捕捉剤１５は、リーン時のＮＯｘ捕捉と、ストイキ時の排気浄化性能を確保するためにいわゆる三元触媒性能を併せ持つように構成されている。例えば、アルミナを担体とし、ナトリウムＮａ，バリウムＢａ等のようなアルカリ金属やアルカリ土類と、プラチナＰｔ，ロジウムＲｈのような貴金属とが担持されている。さらにストイキでのいわゆる三元性能を向上させるために酸素貯蔵能力を持ったセリウムＣｅが担持されている物もある。ＮＯｘ捕捉剤１５は流入してくる排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸着又は吸収など捕捉し、排気ガス中の酸素濃度が低下する（例えばストイキやリッチとなった場合）と捕捉したＮＯｘを放出する。放出されたＮＯｘは、例えばプラチナＰｔの触媒作用で排気ガス中のＨＣやＣＯと反応して還元される。このようにして大気中に放出されるＮＯｘの量を低減することができる。さらにストイキ運転中では、例えばプラチナＰｔの触媒作用で排気ガス中のＨＣ，ＣＯは酸化され、ＮＯｘは還元されるので、これらの排気ガス性分を低減することができる。なお、ＮＯｘ捕捉剤の種類にもよるが、流入してくる排気ガスの空燃比がリーンであっても排気ガス中のＨＣやＣＯでＮＯｘの一部を還元する効果を持つ物もある。
【００４２】
上述したように、排気ガスの空燃比がリーンのときには、ＮＯｘはＮＯｘ捕捉剤１５に吸着又は吸収など捕捉される。しかしながらＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ捕捉能力には限界があり、捕捉能力が飽和するまでＮＯｘを捕捉すればもはやＮＯｘを捕捉しえなくなり、ＮＯｘがＮＯｘ捕捉剤１５を素通りして大気に放出されてしまうことになる。従って、ＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ捕捉能力が飽和する前に、ＮＯｘ捕捉剤１５からＮＯｘを放出させる必要がある。このため、
ＮＯｘ捕捉剤１５にどの程度のＮＯｘが捕捉されているかを推定することが必要となる。次に、ＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ捕捉量の推定方法について説明する。
【００４３】
エンジン１から排出される排気ガス中のＮＯｘの量（単位時間あたり）が増大すればＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されるＮＯｘの量（単位時間あたり）も増大する。エンジン１から排出される排気ガス中のＮＯｘの量（単位時間あたり）は、エンジン１の回転速度と負荷とでほぼ決まるため、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されるＮＯｘの量（単位時間あたり）はエンジン１の回転速度と負荷との関数となる。したがって、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されるＮＯｘの量（単位時間あたり）ＮＯＡＳを予めエンジン１の回転速度と負荷との関数として測定して、マップの形で予めＲＯＭ３７に記憶しておく。
【００４４】
リーン運転が継続する間は、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されていると推定されるＮＯｘの量ＴＮＯＡは、次式のように所定時間毎にＮＯＡＳを累積することによって求めることができる。
【００４５】
ＴＮＯＡ（ｎｅｗ）＝ＴＮＯＡ（ｏｌｄ）＋ＮＯＡＳ
本実施例では、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されていると推定されるＮＯｘの量
ＴＮＯＡが飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸに達する以前に排気ガスの空燃比を一時的にストイキまたはリッチにし、ＮＯｘ捕捉剤１５からＮＯｘを放出させるようにしている。
【００４６】
なお、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されるＮＯｘの量（単位時間あたり）ＮＯＡＳは、点火時期や燃料噴射時期を代えた場合には影響を受けるので、これらのパラメータで補正することがさらに好ましい。また、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されるＮＯｘの量（単位時間あたり）は、すでにＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されている
ＮＯｘの量によっても影響を受ける。したがって、ＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ捕捉量がほとんど無い状態でのＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されるＮＯｘの量（単位時間あたり）をＮＯＡＳとして、例えば、下式によってＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されていると推定されるＮＯｘの量ＴＮＯＡを求めるようにしてもよい。
【００４７】
ＴＮＯＡ（ｎｅｗ）＝ＴＮＯＡ（ｏｌｄ）＋（１−ＴＮＯＡ（ｏｌｄ）／ＴＮＯＡＭＸ）×ＮＯＡＳ
すなわち、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されるＮＯｘの量（単位時間あたり）は、飽和捕捉量からすでに捕捉された分を減算した値にほぼ比例するものとしている。
【００４８】
ところで、燃料やエンジン１の潤滑油中には硫黄が含まれているので、わずかではあるがエンジン１の排気ガス中にはＳＯｘが含まれている。このＳＯｘもＮＯｘと共にＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉される。ところがＳＯｘは一旦捕捉されると放出されにくく、ＳＯｘの捕捉量が増大するにしたがって、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉しうるＮＯｘの量が次第に減少してしまう。この事は、ＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ捕捉能力が劣化したことを意味する。これ以外にも使用過程での熱や各種の物質（鉛Ｐｄ，シリコンＳｉ等）によってもＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ捕捉能力が劣化しうる。したがって、ＮＯｘ捕捉剤１５にどの程度のＮＯｘが捕捉されうるか、すなわちＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸを検出することが必要となる。以下このことについて説明する。
【００４９】
まず、ＮＯｘ捕捉剤１５に実際に捕捉されているＮＯｘ捕捉量の検出方法について説明する。ＮＯｘ捕捉剤１５からＮＯｘを放出させるために、排気ガスの空燃比を一時的にストイキまたはリッチにする（ＮＯｘパージ制御）と、エンジン１からは未燃ＨＣ，ＣＯを多く含み、酸素濃度の低い排気ガスが排出される。
【００５０】
このときＮＯｘ捕捉剤１５または、ＮＯｘ捕捉剤１５の上流に酸素貯蔵能力を持った触媒等が配置されていると、まず、貯蔵された酸素が放出される。放出が進みＮＯｘ捕捉剤１５内の酸素濃度が低下してくると、捕捉されたＮＯｘが放出され、同時に未燃ＨＣ，ＣＯ等により還元される。ＮＯｘパージ制御時の第２の空燃比センサ２５の出力波形の例を図５に示す。曲線ａとｂとは酸素貯蔵量（酸素貯蔵能力）が異なるＮＯｘ捕捉剤１５を用いて、ＮＯｘ捕捉量を同じにしたときの第２の空燃比センサ２５の出力波形を示し、曲線ａが酸素貯蔵能力が小さい場合、曲線ｂが酸素貯蔵能力が大きい場合を示している。なお、リーン運転を行えば、短時間で酸素貯蔵能力いっぱいまで酸素は貯蔵されるので、この場合には酸素貯蔵量と酸素貯蔵能力は同一と考えて良い。曲線ｂとｃとはひとつのＮＯｘ捕捉剤１５を用いて、ＮＯｘ捕捉量を変えたときの第２の空燃比センサ２５の出力波形を示し、曲線ｂがＮＯｘ捕捉量が少ない場合、曲線ｃがＮＯｘ捕捉量が多い場合を示している。この場合には、酸素貯蔵量（酸素貯蔵能力）は等しい。
【００５１】
図６に示すように、リーンを示すしきい値ＶＳ１とリッチを示すしきい値ＶＳ２とを設定して、ＮＯｘパージ制御開始から第２の空燃比センサ２５の出力がＶＳ１をよぎるまでの時間をＴ１、さらにＶＳ２をよぎるまでの時間をＴ２とするる。図７，図８に同一の運転状態のときのＮＯｘ捕捉量とＴ２、酸素貯蔵量とＴ１の関係をそれぞれ示す。図から分かるようにＴ２とＮＯｘ捕捉量、Ｔ１と酸素貯蔵量との間にはほぼ直線的な関係が認められる。
【００５２】
なお、実験にもちいたＮＯｘ捕捉剤の場合には、実験により、ＶＳ１を約０．２Ｖ、ＶＳ２を約０．８Ｖとすることによって酸素貯蔵量とＮＯｘ捕捉量とを分離して検出することを確認した。さらに第２の空燃比センサ２５の出力がＶＳ２をよぎるタイミングがＮＯｘ捕捉剤に捕捉されたＮＯｘの放出終了タイミングであることを実験により確認している。従って、パージ制御は第２の空燃比センサ２５の出力がＶＳ２をよぎった後終了するようにしてある。
【００５３】
第２の空燃比センサ２５が劣化した場合には、上述のＶＳ１，ＶＳ２の電圧値が変化してしまうので、たとえば、リーン運転時の出力とリッチ運転時の出力に応じてＶＳ１，ＶＳ２の電圧値を補正することが好ましい。
【００５４】
なお、ＶＳ１のみを設定しても、Ｔ１から酸素貯蔵量を検出可能であることは以上の説明から自明である。
【００５５】
図９に従来技術によるＮＯｘ捕捉量の検出方法を示す。ストイキ付近を示すしきい値ＶＳｘ（約０．５Ｖ）を設定し、ＮＯｘパージ制御開始からＶＳｘをよぎるまでの時間Ｔｘを測定している。この場合には、ＮＯｘ捕捉量とＴｘとの関係は図１０に示すようになり、酸素貯蔵量が一定ならばＴｘからＮＯｘ捕捉量を検出できるが、酸素貯蔵量が異なる場合には、ＴｘからＮＯｘ捕捉量を正確に検出することはできない。
【００５６】
ＮＯｘ捕捉剤１５内に捕捉されたＮＯｘはほぼ上述のＴ２の間に放出されているので、その間に放出されたＮＯｘ量を求めればＮＯｘ捕捉剤１５内に吸収，吸着など捕捉されていたＮＯｘ量が分かることになる。
【００５７】
ところで、ＮＯｘ捕捉剤１５からＮＯｘが放出されている間は排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯがＮＯｘを還元するために使用される。従って単位時間当たりＮＯｘ捕捉剤１５から放出されるＮＯｘの量ＮＯＤＳは単位時間当たり供給される未燃ＨＣ，ＣＯの量すなわち余剰の燃料量に比例する。単位時間当たり供給される余剰燃料量Ｑｆｅｘは次式で表される。
【００５８】

ここでｋ１は比例定数、他はＴｉの式で説明した値である。単位時間当たりＮＯｘ捕捉剤１５から放出されるＮＯｘの量ＮＯＤＳはＱｆｅｘに比例するので、比例定数をｋ２とすればＮＯＤＳは次式で表される。
【００５９】

ここでｋ＝ｋ１・ｋ２とした。
【００６０】
なお、ＮＯｘ捕捉剤１５の種類にも依るが、パージ制御時にＫｒが大き過ぎる（空燃比がリッチ過ぎる）とＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されたＮＯｘの還元反応速度を超えて供給される可能性がある。この場合未燃ＨＣ，ＣＯの一部がＮＯｘ捕捉剤１５を素通りすることになり、ＮＯｘ捕捉量の算出誤差を生じる。一方、通常のＮＯｘパージ制御時のＫｒはＮＯｘの放出を速めるためにＫｒを多少大き目の値（例えば、Ｋｒ＞１．１）とすることがある。このため、ＮＯｘ捕捉量を求めるときのＮＯｘパージ制御時のＫｒに関しては、通常のＮＯｘパージ制御とは異なった値（例えば、１＜Ｋｒ＜１．１）とすることが好ましい。
【００６１】
以上述べたように、ＮＯｘパージ制御時に、前記のＴ２の間のＮＯＤＳの総和ＴＮＯＤを求めれば、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されていたＮＯｘの量を求めることが出来る。すなわち次式となる

なお、ＮＯｘ捕捉剤１５から放出されるＮＯｘの量ＮＯＤＳの計算式
ＮＯＤＳ＝ｋ・Ｑａ・（Ｋｒ−１）
において、実際的にはＫｒは固定値（例えば、運転モード毎に複数の固定値を予め設定）であることが多い。従って、Ｔ２の間のＮＯＤＳの総和ＴＮＯＤはＴ２の間のＱａの総和に比例することになる。このことよりＴＮＯＤを次式で求めても良い。
【００６２】
ＴＮＯＤ＝ｋ′・Ｑａｖｅ・Ｋｒ・Ｔ２
ここに、ｋ′は比例定数。Ｑａｖｅは前記Ｔ２の間のＱａの平均値である。
【００６３】
ところでＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸを検出するためには、ＮＯｘパージ制御時にＮＯｘ捕捉剤１５内に捕捉されているＮＯｘの量ＴＮＯＡがＮＯｘ飽和捕捉量となっていなければならない。一方通常のＮＯｘパージ制御時は、ＮＯｘ捕捉剤１５内に捕捉されていると推定されるＮＯｘ量ＴＮＯＡがＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸよりも少ない値ＴＮＯＡＰとなったときに実行される。このため、図１１に示すように通常は推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡがＴＮＯＡＰとなるとＮＯｘパージ制御が実行され、ＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸを検出するときだけＴＮＯＡがＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸより若干大きな値となったときにＮＯｘパージ制御が実行される。そして、上述の方法によりＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤを求め、ＴＮＯＤに応じてＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸが更新され、さらに通常のＮＯｘパージ制御開始用のしきい値ＴＮＯＡＰも更新される。
【００６４】
以上述べた方法によりＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸが検出される。検出されたＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸが所定の値より小さくなった場合には、例えば、ＳＯｘ被毒再生制御が実施され、その後もＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸが所定の値より小さい場合にはＮＯｘ捕捉剤１５が劣化したと判定し、ＮＯｘ触媒の劣化を表すコードを記憶、およびまたは、運転者に対して警告灯の点灯による警告等を実行する。
【００６５】
なお、ＳＯｘ被毒再生制御はＮＯｘ捕捉剤１５の温度を予め設定した温度、例えば６００℃以上まで上昇させ、かつ空燃比をリッチとして所定時間運転を継続することで達成される。
【００６６】
一方、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡはあくまでも推定値であるので、誤差を含んでいる。誤差の要因としては、例えば、前述したＮＯｘ捕捉剤に捕捉される（エンジン１から放出される）ＮＯｘ量を予め設定してあるマップ値と実際の値とのずれやＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ捕捉性能の劣化等がある。従って、例えば、以下のように推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡを補正して用いることが好ましい。すなわち、通常のＮＯｘパージ制御に検出されるＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤと、ＮＯｘパージ制御開始用の、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡに対するしきい値ＴＮＯＡＰとを比較して、推定ＮＯｘ捕捉量がＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤとなるように補正する。
【００６７】
具体的には、例えば、次式の係数ｋｃを求め、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡにｋｃを新たに推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡとして使用する。
【００６８】
ｋｃ（ｎｅｗ）＝ｋｃ（ｏｌｄ）・ＴＮＯＡＰ／ＴＮＯＡ
さらに上記の補正係数ｋｃが１より大きくずれている場合、エンジン１やＮＯｘ捕捉剤１５の異常があると判定するようにしても良い。具体的には、ｋｃ＜１でずれが大きい場合、ＮＯｘ捕捉剤１５が劣化していると判定できる。より劣化判定精度を高める目的で、ｋｃによりＮＯｘ捕捉剤１５の劣化が判定されたときに前述したＮＯｘ捕捉剤の劣化判定を実行するようにすることも好ましい。逆に、ｋｃ＞１でずれが大きい場合、エンジン１から排出されるＮＯｘの量が予め設定してあるマップ値より多くなっている、すなわちエンジン１に異常があると判定できる。
【００６９】
前記したＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸの検出およびＮＯｘ捕捉剤１５の劣化判定は、所定の条件が成立したときだけ、例えば、ＮＯｘ捕捉剤１５の温度や運転状態が所定範囲のときとか、所定の時間が経過したとき、あるいは前述したようにｋｃにより劣化が判定されたときに実行することが好ましい。その理由を以下説明する。
【００７０】
ＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ捕捉量はＮＯｘ捕捉剤１５の温度の影響を強く受けるので、ＮＯｘ捕捉剤１５の温度に関する条件を設定している。ＮＯｘ捕捉剤１５は温度が低く過ぎても高過ぎてもＮＯｘ捕捉量が低下する。温度は直接測定しても、運転状態から推定しても良い。
【００７１】
運転条件は、例えば、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡの推定精度を高めるために設定される。推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡがＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸ以上となるまでリーン運転が継続されるので、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡが実際より少なめの推定をしていると、結果的にＮＯｘ捕捉剤１５を通り過ぎるＮＯｘの量が増えてしまう。また、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡが実際より多めの推定をしていると、ＮＯｘ吸収量がＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸとなる前にＮＯｘパージ制御を開始して、結果的にＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸを実際より少なめに判定してしまう可能性がある。このため、燃焼が安定している運転領域が条件として設定される。
【００７２】
ＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸを検出するためには、ＮＯｘ飽和捕捉量以上までＮＯｘを捕捉させてからＮＯｘパージ制御を行う必要があり、結果的にＮＯｘ捕捉剤１５を通り過ぎるＮＯｘの量が多少増えてしまう。このため、ＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸの検出の頻度を制限する必要がある。具体的には、前回のＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸの検出から所定時間経過してから実行するようにするとか、エンジンの始動から停止までの間に実行する回数を制限したりする。上記の説明では、ＳＯｘ被毒再生制御の実施判定やＮＯｘ捕捉剤１５の劣化判定のためにＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸと所定値を比較している。一方、ＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸを求めるために使う前記したＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤの式、
ＴＮＯＤ＝ｋ・Σ｛Ｑａ・（Ｋｒ−１）｝（Ｔ２の間の総和）
または、Ｋｒが固定値の場合の式
ＴＮＯＤ＝ｋ′・Ｑａｖｅ・Ｔ２
から以下のようにしても良い。すなわち、ＱａやＫｒのマップにしきい値を予め記憶しておいて、そのしきい値とＴ２とを比較して判定するようにしても良い。ＮＯｘ捕捉剤１５の劣化判定の別の実施例を説明する。通常のＮＯｘパージ制御において、ＮＯｘパージ制御開始用のしきい値ＴＮＯＡＰを所定のタイミングで、例えば所定値だけ増大させてＴＮＯＡＰＣとする。しきい値がＴＮＯＡＰとＴＮＯＡＰＣのときのそれぞれのＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤを求め、さらにその差を算出する。差が所定値以下となったらＴＮＯＡＰを所定値だけ減らす。更新されたＴＮＯＡＰが所定の値以下となったらＮＯｘ捕捉剤１５が劣化したと判定する。その後の処理は前述の実施例と同様である。この実施例は、ＮＯｘ捕捉量がＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸ以内であれば、ＮＯｘ捕捉剤１５に流入したＮＯｘ量に対応してＮＯｘ捕捉量も変化することを利用している。逆に言えば、ＮＯｘ捕捉量がＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸに達してしまえば、その後いくらＮＯｘがＮＯｘ捕捉剤１５内のＮＯｘ捕捉量は増加しない。この発明の本質は、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡを変化させたときのＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤの変化を調べてＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸに達しているかどうかを判定するものなので、それ以外のプロセスを限定するものではない。
【００７３】
図１２は実施例の空燃比制御プロセスを示すフローチャートである。この制御は図示しないメインルーチンから所定時間（例えば２０ｍｓ）毎に起動される。
【００７４】
まずステップ１００においてリーン運転領域かどうかを調べる。ここではエンジン１の負荷や回転速度，冷却水温，車両の車速等が所定の範囲内かどうかが調べられる。リーン運転領域でないと判定された場合には、ステップ１１３に進み、ＴＧＦＢＡに１、Ｋｒにも１が設定される。すなわちストイキ運転が行われる。次にステップ１１４に進み第１の空燃比センサ１４の出力に基づいて空燃比のフィードバック制御が実行される。
【００７５】
ステップ１００においてリーン運転領域であると判定された場合には、ステップ１０１に進み目標当量比ＴＧＦＢＡに、図４に示されるエンジン１の回転速度と負荷のマップから該当する値（＜１）が検索され設定される。次にステップ１０２へ進み、後述する劣化判定要求フラグがセット（＝１）されていればステップ１１５の劣化判定サブルーチン（後述）を実行し、この制御フローを終了する。劣化判定フラグがセットされていなければ、ステップ１０３へ進み、後述するＮＯｘパージ要求判定フラグがセット（＝１）されていればステップ１１６のＮＯｘパージ制御サブルーチン（後述）を実行し、次にステップ１１７で通常のＮＯｘパージ制御回数のカウンタＣＮＯＰを１だけカウントアップし、この制御フローを終了する。ＮＯｘパージ要求判定フラグがセットされていなければ、ステップ１０４へ進み、フィードバック係数ＡＬＰＨＡ＝１，ＮＯｘパージ制御時の空燃比補正係数Ｋｒ＝１に設定される。次にステップ１０５に進み、燃料噴射時間Ｔｉが次式により算出される。
【００７６】

すなわち目標当量比ＴＧＦＢＡに応じたリーン運転が実行されることになる。次のステップ１０６では、リーン運転が継続する間、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡが次式により累積されて求められる。
【００７７】
ＴＮＯＡ（ｎｅｗ）＝ＴＮＯＡ（ｏｌｄ）＋ｋｃ・ＮＯＡＳ
ここでＮＯＡＳはそのときのエンジン１の運転状態に応じて予め設定されたマップ等から算出される。ｋｃは推定誤差補正係数である。
【００７８】
次のステップ１０７では通常ＮＯｘパージ制御回数カウンタＣＮＯＰが判定値ＫＮＯＰ以上かどうかを調べる。ＫＮＯＰ以上の場合には、ＮＯｘ捕捉剤１５の劣化判定が必要と判断され、ステップ１１０へ進む。ここでは、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡが（飽和ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡＭＸ＋α）を超えているかどうかが調べられる。超えている場合にはステップ１１１で劣化判定要求フラグがセット（＝１）され、通常ＮＯｘパージ制御回数カウンタＣＮＯＰがクリアされる。超えていない場合には、この制御フローを終了する。
【００７９】
ステップ１０７で、ＣＮＯＰが判定値ＫＮＯＰ未満の場合には、ステップ１０８へ進み、通常のＮＯｘパージ制御の開始条件を調べる。ここでは、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡがＮＯｘパージしきい値ＴＮＯＡＰを超えているかどうかが調べられる。超えている場合にはステップ１０９でＮＯｘパージ要求フラグがセット（＝１）される。超えていない場合には、この制御フローを終了する。
【００８０】
以上のプロセスにより、通常のＮＯｘパージ制御をＫＮＯＰ回行う毎に劣化判定を行うことになる。
【００８１】
図１３は実施例の通常のＮＯｘパージ制御プロセスを示すフローチャートである。図１２に示す制御フローからＮＯｘパージ制御要求フラグがセットされているときにサブルーチンとして起動される。
【００８２】
まず、ステップ２００で、フィードバック係数ＡＬＰＨＡ＝１，目標当量比ＴＧＦＢＡ＝１とされ、ＮＯｘパージ制御時の空燃比補正係数Ｋｒが設定される。さらに、空燃比を変更することによるエンジン１の発生トルクの変化に伴うショックを低減するために、点火時期の補正等の制御も実行される。なお、ＮＯｘパージ制御開始前の運転モードが成層運転モード（層状混合を形成して空燃比４０〜５０程度の極めてリーンな燃焼運転モード）の場合には、さらに、運転モードを均質運転モード（燃料を均質に供給する運転モード）に切り替える制御も実行される。このためにスワール制御弁６の開度の制御，ＥＧＲ量の制御，燃料噴射時期の変更や吸入空気量を減少させる等の制御が実行される。
【００８３】
次にステップ２０１で燃料噴射時間Ｔｉが次式により算出される。
【００８４】

次のステップ２０２では、第２の空燃比センサ２５の出力ＶｏがＶＳ２を超えているかどうかが調べられる。超えていない場合、次のステップ２０３でＶｏがＶＳ１を超えているかどうかが調べられる。ＶＳ１を超えていない場合には、
ＮＯｘの放出が開始していない（貯蔵された酸素が放出されている）のでこの制御フローを終了する。ＶＳ１を超えている場合には、ＮＯｘの放出中なので、次のステップ２０４でＴ２がΔＴ（制御起動周期）ずつ加算される（１ずつ加算するようにしても良い）。次にステップ２０５にて空気流量Ｑａの累積値ＳＱａと累積回数カウンタＣＱａがそれぞれ更新される。
【００８５】
ステップ２０２にてＶｏがＶＳ２を超えている場合には、ＮＯｘの放出が終了しているので、終了処理のためステップ２０６に進む。この時点で、Ｔ２はＶｏがＶＳ１からＶＳ２となるまでの時間を計測した値となる。ステップ２０６ではＮＯｘパージ要求フラグをクリア（＝０）し、次のステップ２０７でＮＯｘ放出中の平均空気流量Ｑａｖｅが次式により算出される。
【００８６】
Ｑａｖｅ＝ＳＱａ／ＣＱａ
次のステップ２０８ではＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤを次式により算出する。
ＴＮＯＤ＝ｋ′・Ｑａｖｅ・Ｋｒ・Ｔ２
次のステップ２０９では推定誤差補正係数ｋｃを次式により算出する。
【００８７】
ｋｃ（ｎｅｗ）＝ｋｃ（ｏｌｄ）・ＴＮＯＡＰ／ＴＮＯＡ
次のステップ２１０でＴＮＯＤ，ＴＮＯＡ，Ｔ２，ＳＱａ，ＣＱａの初期化を行い、この制御フローを終了する。なお、ＮＯｘパージ制御開始前の運転モードが成層運転モードの場合には、さらに、運転モードを均質運転モードから成層運転に切り替える制御も実行してから、この制御フローを終了する。
【００８８】
図１４は実施例の劣化判定プロセスを示すフローチャートである。図１２に示す制御フローから劣化判定要求フラグがセットされているときにサブルーチンとして起動される。
【００８９】
まず、ステップ３００で、フィードバック係数ＡＬＰＨＡ＝１，目標当量比ＴＧＦＢＡ＝１とされ、ＮＯｘパージ制御時の空燃比補正係数Ｋｒが設定される。さらに、空燃比を変更することによるエンジン１の発生トルクの変化に伴うショックを低減するために、点火時期の補正等の制御も実行される。なお、ＮＯｘパージ制御開始前の運転モードが成層運転モード（層状混合を形成して空燃比４０〜５０程度の極めてリーンな燃焼運転モード）の場合には、さらに、運転モードを均質運転モード（燃料を均質に供給する運転モード）に切り替える制御も実行される。このためにスワール制御弁６の開度の制御，ＥＧＲ量の制御，燃料噴射時期の変更や吸入空気量を減少させる等の制御が実行される。
【００９０】
次にステップ３０１で燃料噴射時間Ｔｉが次式により算出される。
【００９１】

次のステップ３０２では、第２の空燃比センサ２５の出力ＶｏがＶＳ２を超えているかどうかが調べられる。超えていない場合、次のステップ３０３でＶｏがＶＳ１を超えているかどうかが調べられる。ＶＳ１を超えていない場合には、
ＮＯｘの放出が開始していない（貯蔵された酸素が放出されている）のでこの制御フローを終了する。ＶＳ１を超えている場合には、ＮＯｘの放出中なので、次のステップ３０４でＴ２がΔＴ（制御起動周期）ずつ加算される（１ずつ加算するようにしても良い）。次にステップ２０５にて空気流量Ｑａの累積値ＳＱａと累積回数カウンタＣＱａがそれぞれ更新される。
【００９２】
ステップ３０２にてＶｏがＶＳ２を超えている場合には、ＮＯｘの放出が終了しているので、終了処理のためステップ３０６に進む。この時点で、Ｔ２はＶｏがＶＳ１からＶＳ２となるまでの時間を計測した値となる。ステップ３０６ではＮＯｘパージ要求フラグをクリア（＝０）し、次のステップ３０７でＮＯｘ放出中の平均空気流量Ｑａｖｅが次式により算出される。
【００９３】
Ｑａｖｅ＝ＳＱａ／ＣＱａ
次のステップ３０８ではＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤを次式により算出する。
ＴＮＯＤ＝ｋ′・Ｑａｖｅ・Ｋｒ・Ｔ２
次のステップ３０９では、ＴＮＯＤに応じてＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸが更新され、さらに通常のＮＯｘパージ制御開始用のしきい値ＴＮＯＡＰも更新される。具体的には、次式とする。
【００９４】
ＴＮＯＡＭＸ＝ＴＮＯＤ
ＴＮＯＡＰ＝ｋｐ・ＴＮＯＤ
ここにＫｐは定数で、０．６〜０．８程度の値とする。
【００９５】
次のステップ３１０でＴＮＯＤ，ＴＮＯＡ，Ｔ２，ＳＱａ，ＣＱａの初期化を行う。
【００９６】
次のステップ３１１でＴＮＯＡＭＸが劣化判定しきい値ＫＮＯＡＳＬより小さいかどうかが調べられ、小さい場合にはステップ３１２で劣化判定フラグがセット（＝１）され、小さくない場合にはステップ３１３で劣化判定フラグがクリア（＝０）されてからこの制御フローを終了する。なお、ＮＯｘパージ制御開始前の運転モードが成層運転モードの場合には、さらに、運転モードを均質運転モードから成層運転に切り替える制御も実行してから、この制御フローを終了する。劣化判定フラグがセットされた場合には、図示しない制御によってＮＯｘ捕捉剤１５の劣化を表すコードを記憶したり、警告灯の点灯等、運転者への警告を実行する。
【００９７】
以上、本発明の形態を、筒内噴射方式のガソリンエンジンを例にとって、説明してきたが、これに限定するものではない。ポート噴射方式のガソリンエンジンであっても、ディーゼルエンジンであっても本発明の本質部分であるＮＯｘ捕捉剤下流の空燃比センサによるＮＯｘ捕捉量の判定方法は適用可能である。
【００９８】
【発明の効果】
本発明によれば、ＮＯｘ捕捉剤の下流の空燃比センサ出力から貯蔵された酸素の放出と捕捉されたＮＯｘの放出タイミングを分離して検出するので、ＮＯｘ捕捉量と酸素貯蔵能力とを分離して精度良く検出することができるエンジン排気浄化装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエンジン排気浄化装置。
【図２】空燃比センサの特性図。
【図３】ＥＣＵの構成図。
【図４】運転領域毎の目標当量比のマップ図。
【図５】ＮＯｘパージ制御時のＮＯｘ捕捉剤の下流の空燃比センサ出力波形とＮＯｘ捕捉剤の差異との関係を説明する図。
【図６】ＮＯｘパージ制御時のＮＯｘ捕捉剤の下流の空燃比センサ出力波形による酸素貯蔵量とＮＯｘ捕捉量の判定方法を説明する図。
【図７】Ｔ２とＮＯｘ捕捉量との関係を示す図。
【図８】Ｔ１と酸素貯蔵量との関係を示す図。
【図９】従来技術でのＮＯｘパージ制御時のＮＯｘ捕捉剤の下流の空燃比センサ出力波形によるＮＯｘ捕捉量の判定方法を説明する図。
【図１０】従来技術でのＴｘとＮＯｘ捕捉量との関係を示す図。
【図１１】ＮＯｘパージ制御と劣化判定のタイミング等を説明する図。
【図１２】燃料制御プロセスを説明するフローチャート。
【図１３】ＮＯｘパージ制御プロセスを説明するフローチャート。
【図１４】劣化判定プロセスを説明するフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、４…スロットル弁、１０…燃料噴射弁、１４…第１の空燃比センサ、１５…ＮＯｘ捕捉剤、２０…ＥＣＵ、２５…第２の空燃比センサ、２６…警告灯。

Claims

排気通路内に配置され、排気ガスの空燃比がリーンであるとき排気ガスのＮＯｘを吸着又は吸収など捕捉し、空燃比がリッチであるときＮＯｘを放出するＮＯｘ捕捉剤と、排気ガスの空燃比を所定の周期でリーンから理論空燃比またはリッチに一時的に変化させる空燃比変更手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、排気通路の前記ＮＯｘ捕捉剤の下流における排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を有し、前記空燃比変化手段が一時的に排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチに変化させたときに前記酸素濃度検出手段により検出される前記ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量と酸素貯蔵量の双方を含む酸素濃度検出波形からＮＯｘ捕捉量と酸素貯蔵量を分離して検出し、ＮＯｘ捕捉量を判定するＮＯｘ捕捉量判定手段を有することを特徴とするエンジン排気浄化装置。
前記ＮＯｘ捕捉量判定手段は、前記空燃比変化手段が一時的に排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチに変化させたときの前記酸素濃度検出手段の検出結果の、リーンを示す第１のしきい値とリッチを示す第２のしきい値との間の波形に基づいて前記ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量を判定することを特徴とする請求項第１項記載のエンジン排気浄化装置。
前記ＮＯｘ捕捉量判定手段は、前記空燃比変化手段が一時的に排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチに変化させたときの前記酸素濃度検出手段の検出結果が、前記第１のしきい値をよぎってから前記第２のしきい値をよぎるまでの所用時間に基づいて前記NOx捕捉剤のＮＯｘ捕捉量を判定することを特徴とする請求項第２項記載のエンジン排気浄化装置。
所定の運転状態であるときの前記ＮＯｘ捕捉量判定手段の判定結果に基づいて前記NOx捕捉剤の劣化度を検出することを特徴とする請求項第１から３項のいずれかに記載のエンジン排気浄化装置。
前記ＮＯｘ捕捉量判定手段によるＮＯｘ捕捉量判定値と判定時の運転状態とに基づいて前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化度を検出することを特徴とする請求項第４項記載のエンジン排気浄化装置。
検出された前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化度に応じてリーン運転を制限することを特徴とする請求項第４または５項のいずれかに記載のエンジン排気浄化装置。
検出された前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化度が所定値以上となったら前記ＮＯｘ吸収剤の劣化を表すコードを記憶する記憶手段、または、警告を発生する警告発生手段の少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項第４から６項のいずれかに記載のエンジン排気浄化装置。