JP3631062B2

JP3631062B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3631062B2
Application number: JP28921499A
Authority: JP
Inventors: 昭村上; 光男橋詰; 光太郎宮下; 年克鷹嘴; 友一朗田邊; 朗橋本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2019-10-12
Also published as: JP2001107719A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特にＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するＮＯｘ浄化装置を備え、そのＮＯｘ浄化装置の劣化判定機能を有するものに関する。
【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、ＮＯｘ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、排気中の酸素濃度が比較的高い（ＮＯｘが多い）状態（以下「排気リーン状態」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、排気中の酸素濃度が比較的低い状態（以下「排気リッチ状態」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】
しかしながら、上記遅れ時間は機関運転状態（機関回転数、機関負荷）によって変化するため、上記従来の手法では、劣化判定を実行する機関運転状態を狭い範囲に限定しないと誤判定が起き易いという問題があった。この問題を解決する手法として、機関運転状態に応じて劣化判定閾値を変更することが考えられるが、機関運転状態が変化する過渡状態で誤判定が起きやすいという問題がある。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関運転状態に拘わらずＮＯｘ浄化装置の正確な劣化判定を行うことができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、排気リーン状態において排気中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ浄化手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、該ＮＯｘ浄化手段の上流側及び下流側にそれぞれ設けられ、排気中の酸素濃度を検出する第１及び第２の酸素濃度センサと、前記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からリッチ側に切り換える劣化判定リッチ手段と、該劣化判定リッチ化手段による前記空燃比のリッチ化開始後に、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ＮＯｘ浄化手段に流入する還元成分の量を算出する還元成分量算出手段と、該算出された還元成分量及び前記第２の酸素濃度センサの出力値に基づいて前記ＮＯｘ浄化手段の劣化を判定する劣化判定手段と、前記ＮＯｘ浄化手段に吸収されたＮＯｘを還元するために、前記空燃比をリッチ化する還元リッチ手段とを有し、前記劣化判定リッチ化手段は、前記還元リッチ化手段によるリッチ化の度合より小さいリッチ化度合で、かつ前記還元リッチ化手段によるリッチ化実行時間より長い時間に亘って空燃比リッチ化を実行することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、劣化判定リッチ化手段による空燃比のリッチ化開始後、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、ＮＯｘ浄化手段に流入する還元成分の量が算出され、該算出された還元成分量及び第２の酸素濃度センサの出力値に基づいてＮＯｘ浄化手段の劣化が判定されるので、機関運転状態によって変化する還元成分量に応じた判定を行うことができ、機関運転状態の広い範囲で正確な劣化判定を行うことができる。さらに、劣化判定リッチ化手段は、ＮＯｘ浄化手段に吸収されたＮＯｘを還元するための還元リッチ化手段によるリッチ化の度合より小さいリッチ化度合で、かつ還元リッチ化手段によるリッチ化実行時間より長い時間に亘って空燃比リッチ化を実行するので、劣化判定の精度を向上させることができる。
【０００８】
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浄化装置において、前記還元成分量算出手段は、前記ＮＯｘ浄化手段に流入する排気量を積算することにより前記還元成分量を算出することを特徴とする。
この構成によれば、還元成分量は、ＮＯｘ浄化手段に流入する排気量を積算することにより算出されるので、排気量を表すパラメータを用いて簡便に算出することができる。
【０００９】
【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。
【００１０】
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。
【００１１】
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管内絶対圧（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。
【００１２】
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。
【００１３】
排気管１３には三元触媒１４と、ＮＯｘ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、排気中の酸素濃度が比較的高い排気リーン状態では、排気中の酸素を蓄積し、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、排気中の酸素濃度が低く、ＨＣ、ＣＯ成分が多い排気リッチ状態では、蓄積した酸素により排気中のＨＣ，ＣＯを酸化する機能を有する。
【００１４】
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、排気中の酸素濃度が比較的高い（ＮＯｘが多い）排気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、排気中の酸素濃度が比較的低い排気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、あるいは排気リーン状態においてはＮＯｘを吸着し、排気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。
【００１５】
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１７は排気中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した電気信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
ＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ２０が接続されており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。
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。
【００２０】
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。すなわち、基本燃料量ＴＩＭは、エンジンの単位時間当たりの吸入空気量（重量流量）にほぼ比例する値を有する。
【００２１】
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あるいはＮＯｘ浄化装置１５の劣化判定を実行するときは、空燃比をリッチ化するリッチ化所定値ＫＣＭＤＲＲまたはＫＣＭＤＲＭに設定される。
【００２２】
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。
【００２３】
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」で示す還元リッチ化フラグＦＲＲＯＫ及びＮＯｘ浄化装置１５の劣化判定のための空燃比リッチ化を実行中であることを「１」で示す劣化判定リッチ化フラグＦＲＭＯＫをともに「０」に設定し、さらに後述するステップＳ３３、Ｓ３７で参照されるダウンカウントタイマｔｍＲＲ及びｔｍＲＭに、それぞれ還元リッチ化時間ＴＲＲ（例えば５〜１０秒）及び還元リッチ化時間ＴＲＲより長い劣化判定リッチ化時間ＴＲＭ（＞ＴＲＲ）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。
【００２４】
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。
【００２５】
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
【００２６】
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。
【００２７】
ステップＳ２４で、ＣＮＯｘ＞ＣＮＯｘＲＥＦとなると、ＮＯｘ浄化装置１５の劣化判定の実行指令がなされていることを「１」で示す劣化判定指令フラグＦＭＣＭＤが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ３０）。
ＮＯｘ浄化装置１５の劣化判定は、１運転期間（エンジン始動から停止までの期間）に１回程度の割合で実行すればよいので、エンジン始動後、エンジン運転状態が安定した時点で劣化判定指令フラグＦＭＣＭＤが「１」に設定される。通常はＦＭＣＭＤ＝０であるので、ステップＳ３０からステップＳ３１に進み、還元リッチ化フラグＦＲＲＯＫを「１」に設定し、次いで目標空燃比係数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ＫＣＭＤＲＲに設定して還元リッチ化を実行する（ステップＳ３２）。そして、タイマｔｍＲＲの値が「０」か否かを判別し（ステップＳ３３）、ｔｍＲＲ＞０である間は直ちに本処理を終了し、ｔｍＲＲ＝０となると還元リッチ化フラグ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Ｓ３４）。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。
【００２８】
劣化判定指令がなされた状態（ＦＭＣＭＤ＝１）において、ステップＳ２４でＣＮＯｘ＞ＣＮＯｘＲＥＦとなったときは、ステップＳ３０からステップＳ３５に進み、劣化判定リッチ化フラグＦＲＭＯＫを「１」に設定し、次いで目標空燃比係数ＫＣＭＤを空燃比１４．０相当程度の値より若干リーン側の値に対応する劣化判定リッチ化所定値ＫＣＭＤＲＭ（＜ＫＣＭＤＲＲ）に設定して劣化判定リッチ化を実行する（ステップＳ３６）。通常の還元リッチ化実行時よりリッチ化の度合を小さくするのは、リッチ化の度合が大きくリッチ化実行時間が短いと誤判定が発生し易いからであり、リッチ化の度合を小さくしてリッチ化実行時間（＝ＴＲＭ）を長くすることにより、劣化判定の精度を向上させることができる。
【００２９】
そして、タイマｔｍＲＭの値が「０」か否かを判別し（ステップＳ３７）、ｔｍＲＭ＞０である間は直ちに本処理を終了し、ｔｍＲＭ＝０となると劣化判定リッチ化フラグＦＲＭＯＫ及び劣化判定指令フラグＦＭＣＭＤをともに「０」に設定し、ＮＯｘ量カウンタＣＮＯｘの値を「０」にリセットする（ステップＳ３８）。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。
【００３０】
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、通常は図３に実線で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。また、例えば時刻ｔ３より前に劣化判定指令がなされたときは、図３に破線で示すように、還元リッチ化よりリッチ化の度合を小さくして、かつ還元リッチ化より長い時間ＴＲＭに亘って（時刻ｔ３からｔ４ａまで）劣化判定リッチ化が実行される。
【００３１】
図４は、ＮＯｘ浄化装置１５の劣化判定の実施条件を判定する処理のフローチャートであり、この処理はＴＤＣ信号パルスの発生に同期してＣＰＵ５ｂで実行される。
ステップＳ５１では、下流側Ｏ２センサ１９が活性化したか否かを判別し、活性化しているときは、空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーン運転が許可されていることを「１」で示すリーン運転フラグＦＬＢが「１」であるか否かを判別し（ステップＳ５２）、ＦＬＢ＝１であるときは、還元リッチ化フラグＦＲＲＯＫが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ５３）。
【００３２】
ステップＳ５１若しくはＳ５２の答が否定（ＮＯ）またはステップＳ５３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、後述する図５の処理で算出、使用する排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣを「０」に設定し（ステップＳ５６）、劣化判定実施条件が成立していることを「１」で示す実施条件フラグＦＭＣＮＤ６７Ｂを「０」に設定して（ステップＳ５７）、本処理を終了する。
【００３３】
ステップＳ５１及びＳ５２の答が肯定（ＹＥＳ）であり且つステップＳ５３の答が否定（ＮＯ）であるときは、エンジン運転状態が通常の状態にあるか否かを判別する（ステップＳ５４）。具体的には、エンジン回転数ＮＥが所定上下限値ＮＥＨ，ＮＥＬ（例えば３０００ｒｐｍ，１２００ｒｐｍ）の範囲内にあるか否か、吸気管内絶対圧ＰＢＡが所定上下限値ＰＢＡＨ，ＰＢＡＬ（例えば８８ｋＰａ，２１ｋＰａ）の範囲内にあるか否か、吸気温ＴＡが所定上下限値ＴＡＨ，ＴＡＬ（例えば１００℃，−７℃）の範囲内にあるか否か、エンジン水温ＴＷが所定上下限値ＴＷＨ，ＴＷＬ（例えば１００℃，７５℃）の範囲内にあるか否か、車速ＶＰが所定上下限値ＶＰＨ，ＶＰＬ（例えば１２０ｋｍ／ｈ，３５ｋｍ／ｈ）の範囲内にあるか否かを判別し、いずれかの答が否定（ＮＯ）であるときは、前記ステップＳ５６に進み、全て肯定（ＹＥＳ）であるときは、劣化判定リッチ化フラグＦＲＭＯＫが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ５５）。
【００３４】
ＮＯｘ浄化装置１５のＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量がほぼ最大（飽和状態）となり、図２の処理で劣化判定リッチ化フラグＦＲＭＯＫが「１」に設定されるまでは、前記ステップＳ５６に進み、ＦＲＭＯＫ＝１となると、上流側Ｏ２センサ１８の出力電圧ＳＶＯ２が理論空燃比に対応する基準電圧ＳＶＲＥＦを越えたか否かを判別する（ステップＳ５８）。劣化判定リッチ化開始後しばらくは、三元触媒１４によりＨＣ、ＣＯが酸化されるため、出力電圧ＳＶＯ２は、基準電圧ＳＶＲＥＦより小さい状態が続く。したがって、ステップＳ５８からステップＳ５９に進んで前記排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣを「０」に設定し、次いで実施条件成立フラグＦＭＣＮＤ６７Ｂを「１」に設定して（ステップＳ６０）、本処理を終了する。
【００３５】
そして三元触媒１４に蓄積された酸素が無くなって、Ｏ２センサ１８近傍が排気リッチ状態となり、出力電圧ＳＶＯ２が基準電圧ＳＶＲＥＦを越えると、ステップＳ５９を実行することなくステップＳ６０に進む処理に移行する。
【００３６】
図５は、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り、この処理はＴＤＣ信号パルスの発生に同期してＣＰＵ５ｂで実行される。
ステップＳ７１では、実施条件フラグＦＭＣＮＤ６７Ｂが「１」であるか否かを判別し、ＦＭＣＮＤ６７Ｂ＝０であって実施条件が成立していないときは、直ちに本処理を終了する。ＦＭＣＮＤ６７Ｂ＝１であるときは、下流側Ｏ２センサ１９の出力電圧ＴＶＯ２が理論空燃比に対応する基準電圧ＴＶＲＥＦ以下か否かを判別する（ステップＳ７２）。実施条件フラグＦＭＣＮＤ６７Ｂが「１」となった直後は、ＴＶＯ２≦ＴＶＲＥＦであり、ステップＳ７３に進んで、下記式（２）により排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣを算出する。
ＧＡＩＲＬＮＣ＝ＧＡＩＲＬＮＣ＋ＴＩＭ（２）
【００３７】
ここでＴＩＭは基本燃料量、すなわちエンジン運転状態（エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡ）に応じて空燃比が理論空燃比となるように設定される燃料量であるので、エンジン１の単位時間当たりの吸入空気量、したがって排気量に比例するパラメータである。排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣは、図４の処理により、ＳＶＯ２≦ＳＶＲＥＦである間は「０」に保持されるので、ステップＳ７３の演算により、上流側Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２が基準電圧ＳＶＲＥＦを越えた時点から、ＮＯｘ浄化装置１５に流入する排気量の積算値を示す排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣが得られる。また、劣化判定実行中は空燃比は理論空燃比よりリッチ側の一定リッチ空燃比（ＫＣＭＤＲＭに対応する値）に維持されるので、この排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣは、排気中に含まれる還元成分（ＨＣ、ＣＯ）の積算量に比例する値を有する。
【００３８】
続くステップＳ７４では、排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣが所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧ以上か否かを判別する。最初はＧＡＩＲＬＮＣ＜ＧＡＩＲＬＮＣＧであるので、直ちに本処理を終了する。その後、下流側Ｏ２センサ出力ＴＶＯ２が基準電圧ＴＶＲＥＦ以下の状態でＧＡＩＲＬＮＣ≧ＧＡＩＲＬＮＣＧとなると、ステップＳ７４からステップＳ７６に進み、ＮＯｘ浄化装置１５は正常であると判定してそのことを「１」で示す正常フラグＦＯＫ６７Ｂを「１」に設定し、次いで劣化判定が終了したことを「１」で示す終了フラグＦＤＯＮＥ６７Ｂを「１」に設定して（ステップＳ７７）、本処理を終了する。
【００３９】
一方、排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣが所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧ以上となる前に、下流側Ｏ２センサ出力ＴＶＯ２が基準電圧ＴＶＲＥＦを越えると、ＮＯｘ浄化装置１５が劣化していると判定し、ステップＳ７２からステップＳ７５に進んで、劣化していることを「１」で示す劣化フラグＦＦＳＤ６７Ｂを「１」に設定し、前記ステップＳ７７に進む。所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧは、例えば新品のＮＯｘ浄化装置に吸収されたＮＯｘを全て還元するのに必要な排気量の１／２程度に相当する値に設定される。その場合に、排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣが所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧ以上となる前に、下流側Ｏ２センサ出力ＴＶＯ２がリッチ空燃比を示す（基準電圧ＴＶＲＥＦを越える）値となったときは、ＮＯｘ浄化装置１５のＮＯｘ蓄積能力が新品の約１／２以下となったことを示す。なお、この所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧは、例えばＮＯｘ蓄積能力が新品の１／１０程度となった状態を検出するように設定してもよく、検出したい劣化レベルに応じて、どのように設定してもよい。
【００４０】
図６は図４，５の処理を説明するためのタイムチャートであり、時刻ｔ１１において劣化判定リッチ化フラグＦＲＭＯＫが「１」に設定された場合の上流側Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２及び下流側Ｏ２センサ出力ＴＶＯ２の推移を示している。この図の時刻ｔ１３より前に（すなわちＴＤＬＹで示す期間中に）排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣが所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧを越えれば、ＮＯｘ浄化装置１５が必要とするＮＯｘ蓄積能力を有することを示すので、正常と判定される一方、時刻ｔ１３より前に排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣが所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧに達しないときは、ＮＯｘ蓄積能力が不十分であるため劣化と判定される。
【００４１】
以上のように本実施形態では、劣化判定リッチ化開始後に、上流側Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２がリッチ空燃比を示す値に変化した時点から、ＮＯｘ浄化装置１５に流入する排気量、すなわち還元成分の量を示す排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣを算出し、該算出した排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣが所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧに達する前に下流側Ｏ２センサ出力ＴＶＯ２がリッチ空燃比を示す値となったときは、ＮＯｘ浄化装置１５が劣化していると判定するようにしたので、エンジン運転状態によって変化する排気量、換言すれば還元成分量に応じた判定を行うことができ、エンジン運転状態の広い範囲で正確な劣化判定を行うことができる。
【００４２】
上述した実施形態では、図４のステップＳ５８、Ｓ５９及び図５のステップＳ７３が還元成分量算出手段に相当し、図５のステップＳ７２及びＳ７４〜Ｓ７６が劣化判定手段に相当する。またＯ２センサ１８及び１９が、それぞれ第１及び第２の酸素濃度センサに相当する。さらに、図２のステップＳ３２が還元リッチ化手段に相当し、図２のステップＳ３６が劣化判定リッチ化手段に相当する。
【００４３】
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、図５の処理は、図７または図８に示すように変形してもよい。
図７は、図５のステップＳ７４をステップＳ７４ａに変更し、挿入位置を変更したものである。図７の処理によれば、下流側Ｏ２センサ出力ＴＶＯ２が基準電圧ＴＶＲＥＦを越えた時点で、排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣが所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧａ以上であれば正常と判定され、所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧａに達していないとき劣化と判定される。ここで、所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧａは、図５の所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧより若干大きな値に設定される。
【００４４】
また図８は、図５のステップＳ７２の挿入位置を変えるとともに、ステップＳ７４をステップＳ７４ｂに変更したものである。図８の処理によれば、排気量パラメータＧＡＩＲＬＮＣが所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧｂ以上となった時点で、下流側Ｏ２センサ出力ＴＶＯ２が基準電圧ＴＶＲＥＦ以下であれば正常と判定され、基準電圧ＴＶＲＥＦを越えているとき劣化と判定される。ここで、所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧｂは、図５の所定閾値ＧＡＩＲＬＮＣＧより若干小さな値に設定される。
【００４５】
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。
【００４６】
【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、劣化判定リッチ化手段による空燃比のリッチ化開始後、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、ＮＯｘ浄化手段に流入する還元成分の量が算出され、該算出された還元成分量及び第２の酸素濃度センサの出力値に基づいてＮＯｘ浄化手段の劣化が判定されるので、機関運転状態によって変化する還元成分量に応じた判定を行うことができ、機関運転状態の広い範囲で正確な劣化判定を行うことができる。さらに、劣化判定リッチ化手段は、ＮＯｘ浄化手段に吸収されたＮＯｘを還元するための還元リッチ化手段によるリッチ化の度合より小さいリッチ化度合で、かつ還元リッチ化手段によるリッチ化実行時間より長い時間に亘って空燃比リッチ化を実行するので、劣化判定の精度を向上させることができる。
【００４７】
請求項２に記載の発明によれば、還元成分量は、ＮＯｘ浄化手段に流入する排気量を積算することにより算出されるので、排気量を表すパラメータを用いて簡便に算出することができる。
【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排気浄化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】ＮＯｘ浄化装置の劣化判定を実施する条件を判定する処理のフローチャートである。
【図５】ＮＯｘ浄化装置の劣化判定を実行する処理のフローチャートである。
【図６】酸素濃度センサの出力値の推移を示すタイムチャートである。
【図７】図５の変形例を示すフローチャートである。
【図８】図５の変形例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１内燃機関
５電子コントロールユニット（還元成分量算出手段、劣化判定手段）
６燃料噴射弁
１３排気管
１５ＮＯｘ浄化装置（ＮＯｘ浄化手段）
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

内燃機関の排気系に設けられ、排気リーン状態において排気中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ浄化手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
該ＮＯｘ浄化手段の上流側及び下流側にそれぞれ設けられ、排気中の酸素濃度を検出する第１及び第２の酸素濃度センサと、
前記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からリッチ側に切り換える劣化判定リッチ手段と、
該劣化判定リッチ化手段による前記空燃比のリッチ化開始後に、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ＮＯｘ浄化手段に流入する還元成分の量を算出する還元成分量算出手段と、
該算出された還元成分量及び前記第２の酸素濃度センサの出力値に基づいて前記ＮＯｘ浄化手段の劣化を判定する劣化判定手段と、
前記ＮＯｘ浄化手段に吸収されたＮＯｘを還元するために、前記空燃比をリッチ化する還元リッチ手段とを有し、
前記劣化判定リッチ化手段は、前記還元リッチ化手段によるリッチ化の度合より小さいリッチ化度合で、かつ前記還元リッチ化手段によるリッチ化実行時間より長い時間に亘って空燃比リッチ化を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記還元成分量算出手段は、前記ＮＯｘ浄化手段に流入する排気量を積算することにより前記還元成分量を算出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浄化装置。