JP3592579B2 - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に関し、特に三元触媒と、窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化装置とを備え、窒素酸化物浄化装置の劣化判定機能を有する排気ガス浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定する(いわゆるリーン運転を実行する)と、窒素酸化物(以下「NOx」という)の排出量が増加する傾向があるため、機関の排気系にNOxを吸収するNOx吸収剤を内蔵するNOx浄化装置を設け、排気ガスの浄化を行う技術が従来より知られている。このNOx吸収剤は、空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い(NOxが多い)状態(以下「排気ガスリーン状態」という)においては、NOxを吸収する一方、逆に空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的低い状態(以下「排気ガスリッチ状態」という)においては、吸収したNOxを放出する特性を有する。このNOx吸収剤を内蔵するNOx浄化装置は、排気ガスリッチ状態においては、NOx吸収剤から放出されるNOxはHC、COにより還元されて、窒素ガスとして排出され、またHC、COは酸化されて水蒸気及び二酸化炭素として排出されるように構成されている。
【0003】
上記NOx吸収剤が、吸収できるNOx量には当然限界があり、この限界値は、NOx吸収剤が劣化すると小さくなる傾向を示す。そのため、NOx浄化装置の上流側及び下流側に酸素濃度センサを配置し、NOx吸収剤に吸収されたNOxを放出させるための空燃比リッチ化を実行し、前記上流側酸素濃度センサがリッチ空燃比を示す値に変化した時点から、前記下流側酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値に変化する時点までの遅れ時間により、NOx吸収剤の劣化度合を判定する手法が、従来より知られている(特開平10−299460号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関のリーン運転を行う場合でも、常にリーン運転を行うわけではなく、機関運転状態によっては、空燃比を理論空燃比に設定するストイキ運転や、理論空燃比よりリッチ側の空燃比に設定するリッチ運転も行うので、通常はNOx浄化装置だけでなく、酸化還元作用を有する三元触媒も併用される。その場合に、三元触媒は機関の始動後できるだけ早期に活性化する必要があることから、機関の燃焼室に近い位置に配置される一方、NOx吸収剤は耐熱性が低いので、NOx浄化装置は三元触媒より下流側に配置される。そのため、上記従来の手法では、以下のような問題があった。
【0005】
すなわち、三元触媒が劣化してくると、空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に変更したときに、三元触媒下流側において酸素濃度が低下するタイミングが早くなり、かつ還元作用を有するHC、COの濃度も大きくなるため、NOx吸収剤に吸収されたNOx量が同じであってもその還元に要する時間が変化し、NOx浄化装置の劣化を正確に判定できない場合があった。
【0006】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、NOx浄化装置が三元触媒の下流側に配置される場合でも、その劣化度合を正確に判定することができるようにした排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスリーン状態において排気ガス中の窒素酸化物を吸収する窒素酸化物浄化手段と、該窒素酸化物浄化手段の上流側に設けられた三元触媒とを備えた排気ガス浄化装置において、前記窒素酸化物浄化手段と前記三元触媒との間に設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する第1の酸素濃度センサと、前記窒素酸化物浄化手段の下流側に設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する第2の酸素濃度センサと、前記三元触媒の劣化度合を判定する第1の劣化判定手段と、前記機関に供給する混合気の空燃比をリッチ化することにより排気ガスリーン状態を排気ガスリッチ状態へ移行させた後、前記第1の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値に変化した時点から、前記第2の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値となる時点までの第1の判定時間と、前記三元触媒の劣化度合とに基づいて、前記窒素酸化物浄化手段の劣化を判定する第2の劣化判定手段とを備えることを特徴とする。
【0008】
この構成によれば、機関に供給する混合気の空燃比をリッチ化することにより排気ガスリーン状態から排気ガスリッチ状態へ移行させた後、第1の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値に変化した時点から、第2の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値となる時点までの第1の判定時間と、窒素酸化物浄化手段の上流側に配置された三元触媒の劣化度合とに基づいて、窒素酸化物浄化手段の劣化が判定されるので、三元触媒の劣化度合に拘わらず正確な窒素酸化物浄化手段の劣化判定を行うことができる。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記三元触媒の上流側に設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する第3の酸素濃度センサを備え、前記第1の劣化判定手段は、前記空燃比のリッチ化後、前記第3の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値に変化した時点から、前記第1の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値となる時点までの第2の判定時間により、前記三元触媒の劣化度合を判定することを特徴とする。
【0010】
この構成によれば、空燃比のリッチ化後、第3の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値に変化した時点から、第1の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値となる時点までの第2の判定時間により、三元触媒の劣化度合が判定されるので、窒素酸化物浄化手段の劣化判定だけでなく三元触媒の劣化判定も同時に行うことができる。
【0011】
前記第2の劣化判定手段は、前記三元触媒の劣化度合が大きいほど前記第1の判定時間が増加するように補正し、該補正後の第1の判定時間が判定基準時間より短いときに前記窒素酸化物浄化手段が劣化していると判定することが望ましい。あるいは、前記第2の劣化判定手段は、前記三元触媒の劣化度合が大きいほど判定基準時間が減少するように補正し、前記第1の判定時間が補正後の判定基準時間より短いときに前記窒素酸化物浄化手段が劣化していると判定するようにしてもよい。ここで、判定基準時間は、例えば前記窒素酸化物浄化手段の浄化能力が新品の50%程度まで低下した場合に対応する時間に設定する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の一形態にかかる排気ガス浄化装置を含む、内燃機関(以下「エンジン」という)及びその制御装置の全体構成図であり、例えば4気筒のエンジン1の吸気管2の途中にはスロットル弁3が配されている。スロットル弁3にはスロットル弁開度(θTH)センサ4が連結されており、当該スロットル弁3の開度に応じた電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロールユニット(以下「ECU」という)5に供給する。
【0013】
燃料噴射弁6はエンジン1とスロットル弁3との間かつ吸気管2の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にECU5に電気的に接続されて当該ECU5からの信号により燃料噴射弁6の開弁時間が制御される。
【0014】
一方、スロットル弁3の直ぐ下流には負荷検出手段としての吸気管内絶対圧(PBA)センサ8が設けられており、この絶対圧センサ8により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ECU5に供給される。また、その下流には吸気温(TA)センサ9が取付けられており、吸気温TAを検出して対応する電気信号を出力してECU5に供給する。
【0015】
エンジン1の本体に装着されたエンジン水温(TW)センサ10はサーミスタ等から成り、エンジン水温(冷却水温)TWを検出して対応する温度信号を出力してECU5に供給する。
エンジン1の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲には、エンジン回転数(NE)センサ11及び気筒判別(CYL)センサ12が取り付けられている。エンジン回転数センサ11は、エンジン1の各気筒の吸入行程開始時の上死点(TDC)に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で(4気筒エンジンではクランク角180゜毎に)TDC信号パルスを出力し、気筒判別センサ12は、特定の気筒の所定クランク角度位置で気筒判別信号パルスを出力するものであり、これらの各信号パルスはECU5に供給される。
【0016】
排気管13には三元触媒14と、窒素酸化物浄化手段としてのNOx浄化装置15とが上流側からこの順序で設けられている。
三元触媒は、酸素蓄積能力を有し、エンジン1に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い排気ガスリーン状態では、排気ガス中の酸素を蓄積し、逆にエンジン1に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が低く、HC、CO成分が多い排気ガスリッチ状態では、蓄積した酸素により排気ガス中のHC,COを酸化する機能を有する。
【0017】
NOx浄化装置15は、NOxを吸収するNOx吸収剤及び酸化、還元を促進するための触媒を内蔵する。NOx吸収剤としては、エンジン1に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い(NOxが多い)排気ガスリーン状態においては、NOxを吸蔵する一方、逆にエンジン1に供給される混合気の空燃比が理論空燃比近傍または理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的低い排気ガスリッチ状態においては、吸蔵したNOxを放出する特性を有する吸蔵式のもの、あるいは排気ガスリーン状態においてはNOxを吸着し、排気ガスリッチ状態において還元する吸着式のものを使用する。NOx浄化装置15は、排気ガスリーン状態においては、NOx吸収剤にNOxを吸収させる一方、排気ガスリッチ状態においては、NOx吸収剤から放出されるNOxがHC、COにより還元されて、窒素ガスとして排出され、またHC、COは酸化されて水蒸気及び二酸化炭素として排出されるように構成されている。吸蔵式のNOx吸収剤としては、例えば酸化バリウム(Ba0)が使用され、吸着式のNOx吸収剤としては、例えばナトリウム(Na)とチタン(Ti)またはストロンチウム(Sr)とチタン(Ti)が使用され、触媒としては吸蔵式及び吸着式のいずれにおいても、例えばロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)などの貴金属が使用される。
【0018】
NOx吸収剤のNOx吸収能力の限界、すなわち最大NOx吸収量まで、NOxを吸収すると、それ以上NOxを吸収できなくなるので、適時NOxを放出させて還元するために空燃比のリッチ化、すなわち還元リッチ化を実行する。
三元触媒14の上流位置には、比例型空燃比センサ17(以下「LAFセンサ17」という)が装着されており、このLAFセンサ16は排気ガス中の酸素濃度(空燃比)にほぼ比例した電気信号を出力し、ECU5に供給する。
【0019】
三元触媒14とNOx浄化装置15との間及びNOx浄化装置15の下流位置には、それぞれ二値型酸素濃度センサ(以下「O2センサ」という)18,19が装着されており、これらのセンサの検出信号はECU5に供給される。このO2センサ18,19は、その出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベルとなり、リーン側で低レベルとなる。
【0020】
エンジン1は、吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを、エンジンの高速回転領域に適した高速バルブタイミングと、低速回転領域に適した低速バルブタイミングとの2段階に切換可能なバルブタイミング切換機構30を有する。このバルブタイミングの切換は、弁リフト量の切換も含み、さらに低速バルブタイミング選択時は2つに吸気弁のうちの一方を休止させて、空燃比を理論空燃比よりリーン化する場合においても安定した燃焼を確保するようにしている。
【0021】
バルブタイミング切換機構30は、バルブタイミングの切換を油圧を介して行うものであり、この油圧切換を行う電磁弁及び油圧センサがECU5に接続されている。油圧センサの検出信号はECU5に供給され、ECU5は電磁弁を制御してエンジン1の運転状態に応じたバルブタイミングの切換制御を行う。
【0022】
ECU5は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路5a、中央演算処理回路(以下「CPU」という)5b、CPU5bで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段5c、前記燃料噴射弁6に駆動信号を供給する出力回路5d等から構成される。
【0023】
CPU5bは、上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、次式(1)に基づき、前記TDC信号パルスに同期して開弁作動する燃料噴射弁6の燃料噴射時間TOUTを演算する。
TOUT=TiM×KCMD×KLAF×K1+K2…(1)
ここに、TiMは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁6の基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定されたTiマップを検索して決定される。Tiマップは、エンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに対応する運転状態において、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。
【0024】
KCMDは目標空燃比係数であり、エンジン回転数NE、スロットル弁開度θTH、エンジン水温TW等のエンジン運転パラメータに応じて設定される。目標空燃比係数KCMDは、空燃比A/Fの逆数、すなわち燃空比F/Aに比例し、理論空燃比のとき値1.0をとるので、目標当量比ともいう。また目標空燃比係数KCMDは、後述するように還元リッチ化を実行するときは、空燃比をリッチ化するリッチ化所定値KCMDRに設定される。
【0025】
KLAFは、フィードバック制御の実行条件が成立するときは、LAFセンサ17の検出値から算出される検出当量比KACTが目標当量比KCMDに一致するようにPID制御により算出される空燃比補正係数である。
K1及びK2は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定される。
CPU5bは上述のようにして求めた燃料噴射時間TOUTに基づいて燃料噴射弁6を開弁させる駆動信号を出力回路5dを介して燃料噴射弁6に供給する。
【0026】
図2は、前記式(1)に適用される目標空燃比係数KCMDを算出する処理のフローチャートである。本処理は一定時間毎にCPU5bで実行される。
ステップS21では、リーン運転中か否か、すなわち通常制御時に後述するステップS28で記憶された目標空燃比係数KCMDの記憶値KCMDBが「1.0」より小さいか否かを判別する。その結果、KCMDB≧1.0であってリーン運転中でないときは、直ちにステップS25に進み、還元リッチ化実行中であることを「1」で示すリッチ化フラグFRROKを「0」に設定し、さらに後述するステップS32で参照するダウンカウントタイマtmRRに還元リッチ化時間TRR(例えば5〜10秒)をセットしてスタートさせる(ステップS26)。次いで、通常制御、すなわちエンジン運転状態に応じて目標空燃比係数KCMDの設定を行う(ステップS27)。目標空燃比係数KCMDは、基本的には、エンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて算出し、エンジン水温TWの低温状態や所定の高負荷運転状態では、それらの運転状態に応じた値に変更される。次いでステップS27で算出した目標空燃比係数KCMDを記憶値KCMDBとして記憶して(ステップS28)、本処理を終了する。
【0027】
ステップS21でKCMDB<1.0であってリーン運転中であるときは、エンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて、次のステップS23で使用する増分値ADDNOxを決定する(ステップS22)。増分値ADDNOxは、リーン運転中に単位時間当たりに排出されるNOx量に対応するパラメータであり、エンジン回転数NEが増加するほど、また吸気管内絶対圧PBAが増加するほど、増加するように設定されている。
【0028】
ステップS23では、下記式にステップS22で決定した増分値ADDNOxを適用し、NOx量カウンタCNOxをインクリメントする。これによりNOx排出量、すなわちNOx吸収剤に吸収されたNOx量に相当するカウント値が得られる。
CNOx=CNOx+ADDNOx
【0029】
続くステップS24では、NOx量カウンタCNOxの値が、許容値CNOxREFを越えたか否かを判別する。この答が否定(NO)であるときは、前記ステップS25に進み、通常制御、すなわちエンジン運転状態に応じた目標空燃比係数KCMDの設定を行う。許容値CNOxREFは、NOx吸収剤の最大NOx吸収量より若干小さいNOx量に対応する値に設定される。
【0030】
ステップS24で、CNOx>CNOxREFとなると、リッチ化フラグFRROKを「1」に設定し(ステップS30)、目標空燃比係数KCMDを空燃比14.0相当程度の値に対応するリッチ化所定値KCMDRに設定し、還元リッチ化を実行する(ステップS31)。そして、タイマtmRRの値が「0」か否かを判別し(ステップS32)、tmRR>0である間は直ちに本処理を終了し、tmRR=0となるとリッチ化フラグFRROKを「0」に設定するとともにNOx量カウンタCNOxの値を「0」にリセットする(ステップS33)。これにより、次回からはステップS24の答が否定(NO)となるので、通常制御に移行する。
【0031】
図2の処理によれば、リーン運転可能なエンジン運転状態においては、図3に示すように間欠的に(時刻t1〜t2,t3〜t4及びt5〜t6の期間)還元リッチ化が実行され、NOx浄化装置15のNOx吸収剤に吸収されたNOxが適宜放出される。
【0032】
図4及び5は、三元触媒14及びNOx浄化装置15の劣化判定を行う処理のフローチャートである。本処理は、所定時間(例えば80msec)毎に実行される。
ステップS41では、この劣化判定が終了したことを「1」で示す終了フラグFNOXMENDが「1」か否かを判別し、FNOXMEND=1であって既に劣化判定が終了しているときは、ステップS45に進む。またFNOXMEND=0であって劣化判定が終了していないときは、リーン運転の実行条件成立後、所定時間TLBCNTが経過したか否かを判別し(ステップS42)、経過していないときはステップS45に進み、経過しているときはリッチ化フラグFRROKが「1」か否かを判別する(ステップS43)。FRROK=0であって還元リッチ化が実行されないときは、ステップS45に進み、劣化モニタフラグFCATMONを「0」に設定し、次いで劣化判定用の第1のアップカウントタイマtmMON1及び第2のアップカウントタイマtmMON2を「0」に設定するとともに、これらのタイマtmMON1及びtmMON2による計測が開始されたことを「1」で示す第1のタイマ作動フラグFTMR1及び第2のタイマ作動フラグFTMR2、並びにこれらのタイマによる計測が終了したことを「1」で示す検出完了フラグFTMR3を「0」に設定して(ステップS47)、本処理を終了する。
【0033】
ステップS43でFRROK=1であって還元リッチ化が実行されているときは、劣化モニタフラグFCATMONを「1」に設定し(ステップS44)、LAFセンサ17の出力VLAFが所定出力値VLAFREF(例えば理論空燃比相当の値)より高い(空燃比リッチを示す)か否かを判別する(ステップS46)。VLAF≦VLAFREFである間は前記ステップS47に進み、VLAF>VLAFREFとなるとステップS48に進んで、第1のタイマ作動フラグFTMR1が「1」か否かを判別する。最初はFTMR1=0であるので、第1のタイマtmMON1をスタートさせるとともに、第1のタイマ作動フラグFTMR1を「1」に設定して(ステップS49)、ステップS50に進む。その後は、FTMR1=1となるのでステップS48から直ちにステップS50に進む。
【0034】
ステップS50では、O2センサ18の出力SVO2が理論空燃比相当の値より若干高い所定出力値SVO2REFより高いか否かを判別する。最初は、空燃比リッチ化の影響が三元触媒14の下流側には表れないのでSVO2≦SVO2REFであり、直ちにステップS62に進み、検出完了フラグFTMR3が「1」か否かを判別する。SVO2≦SVO2REFである間は、検出完了フラグFTMR3=0であり、ステップS62の答は否定(NO)となるので、直ちに本処理を終了する。
【0035】
ステップS50で、SVO2>SVO2REFとなると、タイマtmMON1を停止させ(ステップS51)、第2のタイマ作動フラグFTMR2が「1」であるか否かを判別する。最初はFTMR2=0であるので、第2のタイマtmMON2をスタートさせるとともに、第2のタイマ作動フラグFTMR2を「1」に設定して(ステップS53)、ステップS54に進む。その後は、FTMR2=1となるのでステップS52から直ちにステップS54に進む。
【0036】
ステップS54では、O2センサ19の出力TVO2が理論空燃比相当の値より若干高い所定出力値TVO2REFより高いか否かを判別する。最初は、空燃比リッチ化の影響がNOx浄化装置15の下流側には表れないのでTVO2≦TVO2REFであり、直ちにステップS62に進み、検出完了フラグFTMR3が「1」であるか否かを判別する。TVO2≦TVO2REFである間は、検出完了フラグFTMR3=0であり、ステップS62の答は否定(NO)となるので、直ちに本処理を終了する。
【0037】
ステップS54で、TVO2>TVO2REFとなると、タイマtmMON2を停止させ、検出完了フラグFTMR3を「1」に設定して(ステップS55)、ステップS62に進む。このときは、ステップS62の答は肯定(YES)となるので、ステップS63に進んで、第1のタイマtmMON1の値が第1の判定基準時間TWCREFより小さいか否かを判別する。タイマtmMON1の値は、その値が小さいほど三元触媒14が劣化していること、すなわち三元触媒14の劣化度合を示すので、tmMON1>TWCREFであるときは、三元触媒14は正常と判定し(ステップS65)、tmMON1≦TWCREFであるときは、三元触媒14が劣化していると判定し(ステップS64)、ステップS66に進む。
【0038】
ステップS66では、第1のタイマtmMON1の値に応じて図6に示すKMON2テーブルを検索し、補正係数KMON2を算出する。KMON2テーブルは、第1のタイマtmMON1の値が小さくなるほど、すなわち三元触媒14の劣化度合が大きくなるほど、補正係数KMON2が増加するように設定されている。続くステップS67では、第2のタイマtmMON2の値に補正係数KMON2を乗算することより補正し、補正タイマ値tmMON2Cを算出する。そして、補正タイマ値tmMON2Cが第2の判定基準時間TNOXREFより小さいか否かを判別する(ステップS68)。
【0039】
第2のタイマtmMON2の値は、その値が小さいほどNOx浄化装置15が劣化していることを示すので、tmMON2C>TNOXREFであるときは、NOx浄化装置15は正常と判定し(ステップS70)、tmMON2C≦TNOXREFであるときは、NOx浄化装置15が劣化していると判定する(ステップS69)、次いで終了フラグFNOXMENDを「1」に設定して(ステップS71)、本処理を終了する。
【0040】
第1の判定基準時間TWCREFは、例えば三元触媒14の酸素蓄積能力が新品の50%程度となったときの遅れ時間に対応するように実験により決定され、第2の判定基準時間TNOXREFは、例えばNOx吸収剤のNOx吸収能力が新品の50%程度となったときの遅れ時間に対応するように実験により決定される。
【0041】
図4,5の処理によれば、リーン運転が継続し所定時間TLBCNT経過して、NOx吸収剤に劣化検出が可能な量までNOxを吸収させた後において還元リッチ化が実行されるときに、図7に示すように、三元触媒14の上流側に設けられたLAFセンサ17の出力LAFが所定出力値VLAFREFを越えた時点t11から、三元触媒14の下流側に設けられたO2センサ18の出力SVO2が所定出力値SVO2REFを越える時点t12までの第1の遅れ時間TMON1が第1のタイマtmMON1により計測される。さらに、O2センサ18の出力SVO2が所定出力値SVO2REFを越えた時点t12から、NOx浄化装置15の下流側に設けられたO2センサ19の出力TVO2が所定出力値TVO2REFを越える時点t13までの第2の遅れ時間TMON2が第2のタイマtmMON2により計測される。なお、NOx吸収剤の劣化検出が可能なNOx量とは、例えば劣化判定の基準を新品の50%の吸収能力に設定する場合には、その新品の吸収能力(最大吸収量)の50%を越えるNOx量である。
【0042】
第1の遅れ時間TMON1は、三元触媒14の劣化度合を示すパラメータである。また、第2の遅れ時間TMON2は、NOx吸収剤に吸収されたNOxが全て放出されるの要する時間に対応しており、NOx吸収剤のNOx吸収能力を示している。すなわち、第2の遅れ時間TMON2が短いほど、NOx吸収能力が低下していることを示すので、これを用いてNOx浄化装置15の劣化判定を行うことができる。ただし、本実施形態では、NOx浄化装置15の上流側に配置される三元触媒14の劣化度合によって第2の遅れ時間TMON2が変化すること、より具体的には、三元触媒14の劣化度合が大きいほど、その下流側において酸素濃度が低下するタイミングが早くなり、かつ還元作用を有するHC、COの濃度も大きくなることにより、NOx吸収剤に吸収されたNOx量が同じであってもその還元に要する時間、すなわちが第2の遅れ時間TMON2が短くなることを考慮し、補正係数KMON2よりタイマ値tmMON2(=第2の遅れ時間TMON2)を補正し、補正タイマ値tmMON2Cが、が判定基準時間TNOXREFより低下したとき、NOx吸収剤の劣化と判定するようにしている。これにより、三元触媒14の劣化度合に拘わらず、NOx浄化装置15の劣化判定を正確に行うことができる。
【0043】
このように本実施形態では、排気ガス浄化装置15の上流側に配置された三元触媒14の劣化度合に応じて、第2の遅れ時間TMON2を補正し、補正後の遅れ時間によりNOx浄化装置15の劣化を判定するようにしたので、三元触媒14の劣化度合の影響を受けることなく、正確な劣化判定を行うことができる。
【0044】
本実施形態では、O2センサ18,19がそれぞれ第1及び第2の酸素濃度センサに相当し、LAFセンサ17が第3の酸素濃度センサに相当する。また、図4のステップS46〜S51が第1の劣化判定手段に相当し、図4のステップS50,S52〜S55及び図5のステップS66〜S70が第2の劣化判定手段に相当する。また、第2の遅れ時間TMON2が、請求項1の第1の判定時間に対応し、第1の遅れ時間TMON1が、請求項2の第2の判定時間に対応する。
【0045】
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、第1及び第2の遅れ時間TMON1、TMON2の1回の計測値を用いて劣化判定を行うようにしたが、例えば10回程度の複数回第1及び第2の遅れ時間TMON1,TMON2の計測を行い、その平均値を用いて判定することが望ましい。
【0046】
また三元触媒14の劣化度合を判定する手法は、例えば特開平6−212955号公報に示されるような他の公知の手法を使用するようにしてもよい。
また上述した実施形態では、三元触媒14の劣化度合に応じて第2の遅れ時間TMON2(tmMON2)を補正するようにしたが、これに代えて第2の判定基準時間TNOXREFを三元触媒14の劣化度合に応じて補正するようにしてもよい。その場合には、三元触媒の劣化度合が大きくなるほど判定基準時間TNOXREFが減少するように補正する。
【0047】
また還元リッチ化を実行するときのリッチ化所定値KCMDRをエンジン運転状態に応じて変更する場合には、遅れ時間TMON1,TMON2は、KCMDR値の影響を受けるので、劣化判定に使用する判定基準時間TWCREF及びTNOXREFをKCMDR値が増加するほど、小さな値に設定することが望ましい。
【0048】
また上述した実施形態では、三元触媒14の上流側に比例型空燃比センサ(酸素濃度センサ)17を設け、NOx浄化装置15の上流側及び下流側に二値型の酸素濃度センサ18及び19を設けるようにしたが、酸素濃度センサのタイプ及び配置はどのような組み合わせを採用してもよい。例えばすべての酸素濃度センサを比例型あるいは二値型としてもよい。
【0049】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項1に記載の発明によれば、機関に供給する混合気の空燃比をリッチ化することにより排気ガスリーン状態から排気ガスリッチ状態へ移行させた後、第1の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値に変化した時点から、第2の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値となる時点までの第1の判定時間と、窒素酸化物浄化手段の上流側に配置された三元触媒の劣化度合とに基づいて、窒素酸化物浄化手段の劣化が判定されるので、三元触媒の劣化度合に拘わらず正確な窒素酸化物浄化手段の劣化判定を行うことができる。
【0050】
また請求項2に記載の発明によれば、空燃比のリッチ化後、第3の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値に変化した時点から、第1の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値となる時点までの第2の判定時間により、三元触媒の劣化度合が判定されるので、窒素酸化物浄化手段の劣化判定だけでなく三元触媒の劣化判定も同時に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図2】目標空燃比係数(KCMD)を算出する処理のフローチャートである。
【図3】リーン運転中における目標空燃比係数の設定を説明するためのタイムチャートである。
【図4】三元触媒及びNOx浄化装置の劣化判定を行う処理のフローチャートである。
【図5】三元触媒及びNOx浄化装置の劣化判定を行う処理のフローチャートである。
【図6】図5の処理で使用するテーブルを示す図である。
【図7】酸素濃度センサの出力値の推移と遅れ時間(TMON1,TMON2)を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
1 内燃機関
5 電子コントロールユニット(第1の劣化判定手段、第2の劣化判定手段)
6 燃料噴射弁
13 排気管
14 三元触媒
15 NOx浄化装置(窒素酸化物浄化手段)
17 比例型空燃比センサ(第3の酸素濃度センサ)
18 二値型O2センサ(第1の酸素濃度センサ)
19 二値型O2センサ(第2の酸素濃度センサ)
Claims (2)
- 内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスリーン状態において排気ガス中の窒素酸化物を吸収する窒素酸化物浄化手段と、該窒素酸化物浄化手段の上流側に設けられた三元触媒とを備えた排気ガス浄化装置において、
前記窒素酸化物浄化手段と前記三元触媒との間に設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する第1の酸素濃度センサと、
前記窒素酸化物浄化手段の下流側に設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する第2の酸素濃度センサと、
前記三元触媒の劣化度合を判定する第1の劣化判定手段と、
前記機関に供給する混合気の空燃比をリッチ化することにより排気ガスリーン状態を排気ガスリッチ状態へ移行させた後、前記第1の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値に変化した時点から、前記第2の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値となる時点までの第1の判定時間と、前記三元触媒の劣化度合とに基づいて、前記窒素酸化物浄化手段の劣化を判定する第2の劣化判定手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。 - 前記三元触媒の上流側に設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する第3の酸素濃度センサを備え、前記第1の劣化判定手段は、前記空燃比のリッチ化後、前記第3の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値に変化した時点から、前記第1の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値となる時点までの第2の判定時間により、前記三元触媒の劣化度合を判定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
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