JP3663896B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を備えたエンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平６−１２９２４６号公報にあるように、リーン混合気で運転されるエンジンの排気浄化装置として、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒によりリーン混合気運転時に発生するＮＯｘを吸着する技術が知られている。
【０００３】
これはエンジンの排気通路にＮＯｘを吸着する能力のあるＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を設置したもので、この触媒はリッチ混合気で運転すると、リーン混合気運転時に吸着したＮＯｘを脱離し、かつ排気中に含まれるＨＣ、ＣＯにより脱離されたＮＯｘを還元する。
【０００４】
触媒がＮＯｘを吸着できるＮＯｘ吸蔵能力には限界があるため、リーン混合気運転が続くと定期的に混合気を一時的に理論空燃比よりリッチ化するリッチスパイク処理を行い、吸着されたＮＯｘを脱離させるとともに、脱離したＮＯｘをリッチ運転において多く排出されるＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて浄化するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒は経時劣化等によりＮＯｘ吸蔵能力が低下する可能性がある。ＮＯｘ吸蔵能力が低下した場合、同じ条件でリッチスパイク処理が行われると、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒に対して供給されたＨＣ、ＣＯ量が過剰となり、ＮＯｘを効率よく還元処理できなくなる。このため、ＮＯｘ吸蔵能力を診断することが望ましい。
【０００６】
さらには、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒は、経時劣化等によりＯ₂ストレージ能力も低下する可能性があるため、Ｏ₂ストレージ能力をＮＯｘ吸蔵能力と分けて診断することが望ましい。
【０００７】
そこで、本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を備えるエンジンの排気浄化装置において、ＮＯｘ吸蔵能力またはＯ₂ストレージ能力を診断することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、リーン混合気運転時に排気中のＮＯｘを吸着するとともにストイキないしリッチ混合気運転時にＮＯｘを脱離、還元するＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒と、リーン混合気運転時から混合気の空燃比を一時的にリッチ化するリッチスパイク処理を複数回連続して行いＮＯｘの脱離、還元を促す空燃比制御手段とを備えるエンジンの排気浄化装置に適用する。
【０００９】
そして、１回目のリッチスパイク処理時に検出される空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１を基にＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力の劣化を診断する第１診断手段と、２回目以降のリッチスパイク処理時に検出される空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１を基に前記ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＯ _２ ストレージ能力の劣化を診断する第２診断手段とからなる触媒能力診断手段とを設けるものとした。
【００１０】
請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置は、請求項１から７に記載の発明において、前記触媒能力診断手段は、前記第１診断手段で劣化しているものと診断され、前記第２診断手段で正常であるものと診断された場合に、前記ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力のみが劣化していると診断する構成とした。
【００１１】
請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１および第２診断手段はリッチスパイク処理時に検出される空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１とエンジンの吸入空気量に応じてＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力およびＯ _２ ストレージ能力をそれぞれ診断する構成とした。
【００１２】
請求項４に記載のエンジンの排気浄化装置は、請求項１から３のいずれか一つに記載の発明において、前記第１診断手段は、リッチスパイク処理時に検出される排気の空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１とリッチスパイク処理後に落ち着く排気の空燃比Ａ／Ｆ２とからピーク偏差ΔＡ／ＦをΔＡ／Ｆ＝Ａ／Ｆ２−Ａ／Ｆ１として算出し、予め設定された敷居値１と前記Ａ／Ｆ２および理論空燃比とから最終的な敷居値を敷居値＝敷居値１＋Ａ／Ｆ２−理論空燃比として算出し、ピーク偏差ΔＡ／Ｆが敷居値より大きい場合にＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力が劣化しているものと診断する構成とした。
【００１３】
請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置は、請求項４に記載のエンジンの排気浄化装置において、エンジンの吸入空気量が増加するのに応じて敷居値１を大きく設定する構成とした。
【００１４】
請求項６に記載のエンジンの排気浄化装置は、請求項３に記載の発明において、前記ピーク偏差ΔＡ／Ｆが敷居値より小さい場合に前記第１診断手段および第２診断手段はともに正常であるものと診断する構成とした。
【００１５】
請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置は、請求項１から６のいずれか一つに記載の発明において、前記第２診断手段は、２回目以降のリッチスパイク処理時に検出される排気の空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１とリッチスパイク処理後に落ち着く排気の空燃比Ａ／Ｆ２とからピーク偏差ΔＡ／ＦをΔＡ／Ｆ＝Ａ／Ｆ２−Ａ／Ｆ１として算出し、予め設定された敷居値２と理論空燃比から最終的な敷居値を敷居値＝敷居値２−理論空燃比として算出し、ピーク偏差ΔＡ／Ｆが敷居値より大きい場合にＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＯ₂ストレージ能力が劣化しているものと診断する構成とした。
【００１６】
請求項８に記載のエンジンの排気浄化装置は、請求項７に記載の発明において、エンジンの吸入空気量が増加するのに応じて敷居値２を大きく設定する構成とした。
【００１７】
請求項９に記載のエンジンの排気浄化装置は、請求項１から８のいずれか一つに記載の発明において、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒の上流側に別の三元触媒を設置するものとした。
【００１８】
【発明の作用・効果】
請求項１に記載の排気浄化装置において、１回目のリッチスパイク処理時に検出される空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１が大きい程、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下したものと診断する。また、２回目以降のリッチスパイク処理時に検出されるピーク値Ａ／Ｆ１が大きい程、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＯ ₂ ストレージ能力が低下したものと診断する。ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒に吸着されたＮＯｘ量が減少すると、リッチスパイク処理時にＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を介してＮＯｘを脱離、還元するのに消費されるＨＣ、ＣＯの量も減少し、ＮＯｘを還元しないでＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒をそのまま通過するＨＣ、ＣＯの量が増加するため、リッチスパイク処理時にＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を通過した排気の空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１はＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒の正常時より劣化時に大きくなる特性がある。この特性によりピーク値Ａ／Ｆ１からＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力を的確に診断することができる。また、１回目のリッチスパイク処理時にＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒に吸着されたＮＯｘのほとんどが脱離、還元されているので、続いて行われる２回目以降のリッチスパイク処理時に供給されるＨＣ、ＣＯは、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒に吸着されたＯ ₂ のみの脱離、還元に消費される。このため、２回目以降のリッチスパイク処理時に検出される空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１はＯ ₂ ストレージ能力の正常時に比べて劣化時に大きくなる特性がある。この特性により、２回目以降のリッチスパイク処理時に検出されるピーク値Ａ／Ｆ１に基づいてＯ ₂ ストレージ能力が的確に診断することができる。
【００１９】
請求項 2 に記載の排気浄化装置において、第 1 診断手段によりＮＯｘ吸蔵能力が劣化していると診断され、第２診断手段によりＯ ₂ ストレージ能力は正常であると診断された場合には、Ｏ ₂ ストレージ能力はＮＯｘ吸蔵能力よりも先に劣化することはないという特性に基づいて、ＮＯｘ吸蔵能力のみが劣化していると診断することができる。
【００２０】
請求項３に記載の排気浄化装置において、吸入空気量が増加すると、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒に供給されるＨＣ、ＣＯも増加して、ＮＯｘを還元しないままＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を通過するＨＣ、ＣＯの量が増加するため、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を通過した排気の空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１が増大する特性がある。この特性により吸入空気量に応じてＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力およびＯ ₂ ストレージ能力を的確に診断することができる。
【００２１】
請求項４に記載の排気浄化装置において、ピーク偏差ΔＡ／Ｆ（＝Ａ／Ｆ２−Ａ／Ｆ１）と敷居値（＝敷居値１＋Ａ／Ｆ２−理論空燃比）を比較することにより、リッチスパイク処理後に落ち着く空燃比Ａ／Ｆ２に影響されることなくＮＯｘ吸蔵能力が劣化しているかどうかを的確に診断することができる。
【００２２】
請求項５に記載の排気浄化装置において、吸入空気量が大きくなるのに伴って敷居値１を大きくなるように設定する。
【００２３】
吸入空気量が増加すると、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒に供給されるＨＣ、ＣＯも増加して、ＮＯｘを還元しないままＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を通過するＨＣ、ＣＯの量が増加するため、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を通過した排気の空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１が増大する特性がある。この特性に対応して吸入空気量が大きくなるのに伴って敷居値１が大きくなることにより、吸入空気量の変化に影響されることなく、ＮＯｘ吸蔵能力が劣化しているかどうかを的確に診断することができる。
【００２４】
請求項６に記載の排気浄化装置において、ＮＯｘ吸蔵能力はＯ₂ストレージ能力よりも先に劣化するため、ピーク偏差ΔＡ／Ｆが敷居値より小さい場合は、ＮＯｘ吸蔵能力とＯ₂ストレージ能力の両方が劣化していないものと診断できる。
【００２７】
請求項７に記載の排気浄化装置において、２回目以降のピーク偏差ΔＡ／Ｆ（＝Ａ／Ｆ２−Ａ／Ｆ１）と敷居値（＝敷居値１＋Ａ／Ｆ２−理論空燃比）を比較することにより、リッチスパイク処理後に落ち着く空燃比Ａ／Ｆ２に影響されることなくＯ₂ストレージ能力が劣化しているかどうかを的確に診断することができる。
【００２８】
請求項８に記載の排気浄化装置において、吸入空気量が大きくなるのに伴って敷居値２が大きくなるように設定される。
【００２９】
吸入空気量が増加すると、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒に供給されるＨＣ、ＣＯも増加して、ＮＯｘを還元しないままＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を通過するＨＣ、ＣＯの量が増加するため、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を通過した排気の空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１が増大する特性がある。この特性に対応して吸入空気量が大きくなるのに伴って大きく敷居値２が大きくなることにより、吸入空気量の変化に影響されることなく、Ｏ₂ストレージ能力が劣化しているかどうかを的確に診断することができる。
【００３０】
請求項９に記載の排気浄化装置において、２回目以降のリッチスパイク処理時に検出されるピーク値Ａ／Ｆ１を基に、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒およびその上流側に設置される三元触媒のＯ₂ストレージ能力を診断することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン本体、２は吸気通路、３は吸気通路２に介装される吸気絞り弁、４は筒内に臨む燃料噴射弁である。燃料噴射弁４はコントロールユニット１１からの噴射信号により運転条件に応じて所定の空燃比となるように燃料を噴射供給する。
【００３２】
コントロールユニット１１にはクランク角センサ１２からのＲｅｆ信号とＰｏｓ信号、エアフローメータ１３からの吸入空気量信号、排気通路５に設置したＯ₂センサ１４からの空燃比（酸素濃度）信号、さらには水温センサ（図示しない）からのエンジン冷却水温信号、トランスミッションのギア位置センサ（図示しない）からのギア位置信号、車速センサ（図示しない）からの車速信号等が入力され、これらに基づいて運転状態を判断しながら、負荷のそれほど大きくない所定の運転域においてはリーン空燃比による運転を行い、それ以外の運転域では空燃比を主にストイキへと制御する。たとえば、 車速が図２に示したように変化するとき、リーン混合気運転を許可するフラグＦＬＥＡＮ（後述する）が図示のように変化し、ＦＬＥＡＮ＝１のときリーン混合気運転が行われ、またＦＬＥＡＮ＝０のときストイキ混合気運転が行われる。
【００３３】
排気通路５には第二触媒として、排気中のＨＣ，ＣＯの酸化と、ＮＯｘの還元を行う三元触媒６が設置され、ストイキ混合気運転時に最大の転換効率をもって、排気中のＮＯｘの還元とＨＣ、ＣＯの酸化を行う。しかしながら、三元触媒６はリーン空燃比のときにはＨＣ、ＣＯを酸化するが、ＮＯｘの還元効率が低い。このため、三元触媒６の下流側に第一触媒としてＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７が設置され、リーン混合気運転域で発生するＮＯｘがこのＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７に吸蔵される。
【００３４】
そして、リーン混合気運転が長時間続くときには、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７がＮＯｘを吸蔵しきれなくなるので、所定のインターバルで空燃比のリッチスパイク処理を行い、さらにリーン混合気運転からストイキ混合気運転への切換時にも空燃比のリッチスパイク処理を行う（図２の場合であれば、Ｂ区間でＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７に吸蔵したＮＯｘを還元処理するため、その直後のＣ点でリッチスパイク処理を行う）。
【００３５】
図３に示したようにリーン混合気運転からストイキ混合気運転への切換タイミングで行われるリッチスパイク処理は、空燃比フィードバック補正係数α（ストイキ混合気運転時にフロント側Ｏ₂センサ１４の出力に基づいて演算され、ストイキ混合気運転以外では１．０にクランプされる）をリッチ化程度ＫＲＩＣＨＳＴの分だけステップ的に大きくし、その後はリカバー速度ＤＲＳＰでαを小さくし、フロント側Ｏ₂センサ１４の出力がスライスレベルと一致したタイミングで処理を終了する。ステップ変化時のリッチ化程度ＫＲＩＣＨＳＴは、三元触媒６Ｏ₂ストレージ能力を考慮して、Ｏ₂ストレージ能力が大きいほど大きく設定されるものである。
【００３６】
コントロールユニット１１で実行されるこの空燃比制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【００３７】
まず、図４はリーン混合気運転条件の判定を行うためのもので、一定時間毎（たとえば１０msec毎）に実行する。
【００３８】
ステップ１では、エンジン回転数ＮＥ、車速ＶＳＰ、アクセル開度ＡＰＴＶ、冷却水温ＴＷＮなどを読み込む。
【００３９】
ステップ２ではリーン混合気運転許可フラグＦＬＥＡＮの値を前回リーン混合気運転許可フラグ（前回のリーン混合気運転許可フラグの値を格納するためのフラグ）ＦＬＥＡＮＯＬＤに移す。
【００４０】
ステップ３、４では次の条件
〈１〉リッチスパイク処理フラグＦＲＳＰ＝０であること（つまりリッチスパイク処理中でないこと）、
〈２〉リーン許可条件の全てのフラグが１であること、
をみて、いずれかの条件を満たさないときは、ステップ５に進んでリーン混合気運転許可フラグＦＬＥＡＮに“０”（リーン混合気運転を許可しない）を、また２つの条件とも満たすときはステップ６に進んでリーン混合気運転許可フラグＦＬＥＡＮに“１”（リーン混合気運転を許可する）を入れる。
【００４１】
ここで、〈２〉のリーン許可条件には、エンジンの暖機が完了していること（このときフラグＦＬＴＷＮ＝１）、エンジン回転数ＮＥが所定のリーン混合気運転領域にあること（このときフラグＦＬＲＰＭ＝１）、車速ＶＳＰが所定の範囲にあること（このときフラグＦＬＶＳＰ＝１）、アクセル開度ＡＰＴＶが所定値以下であること（このときフラグＦＬＡＰＴＶ＝１）などがあり、〈２〉のフラグとは、これら各フラグＦＬＴＷＮ、ＦＬＲＰＭ、ＦＬＶＳＰ、ＦＬＡＰＴＶのことである。
【００４２】
ステップ７では前回リーン混合気運転許可ＦＬＥＡＮＯＬＤをみて、ＦＬＥＡＮＯＬＤ≠１のとき（つまり今回、リーン混合気運転許可に切換わったとき）はステップ８でリーン混合気運転継続時間を計測するためのカウンタＣＬＴに０を入れてリセットし、これに対してＦＬＥＡＮＯＬＤ＝１のとき（つまりリーン混合気運転許可が継続されているとき）はステップ９に進んでカウンタＣＬＴをインクリメントする。
【００４３】
図５はリッチスパイク処理フラグを設定するためのもので、一定時間１０ｍｓｅｃ毎に実行する。ステップ４１、４２では２つのフラグＦＬＥＡＮＯＬＤ、ＦＬＥＡＮをみて、ＦＬＥＡＮＯＬＤ＝１かつＦＬＥＡＮ＝０のとき（つまりリーン混合気運転よりストイキ混合気運転への切換時）に限りステップ４３，４４に進んで、リッチスパイク処理フラグＦＲＳＰ（始動時に“０”に初期設定）＝１とするとともに、前回のリーン混合気運転許可フラグＦＬＥＡＮＯＬＤ＝０とする。
【００４４】
図６は空燃比のリッチ化程度ＫＲＩＣＨを演算するためのもので、図５に続けて１０ｍｓｅｃ毎に実行する。
【００４５】
ステップ５１ではリッチスパイク処理フラグＦＲＳＰをみてＦＲＳＰ＝１のときはステップ５２に進み、リッチ化程度ＫＲＩＣＨ（始動時に０に初期設定）をみる。リッチスパイク処理フラグＦＲＳＰ＝１となるタイミングではＫＲＩＣＨ＝０であることよりステップ５３、５４に進み、リッチ化程度初期値(ステップ変化時のリッチ化程度)ＫＲＩＣＨＳＴを演算し（後述する）、この初期値ＫＲＩＣＨＳＴ（ＫＲＩＣＨＳＴ＞０）をＫＲＩＣＨに移す。
【００４６】
一方、ＫＲＩＣＨ＞０であればステップ５２よりステップ５５、５６に進み、吸入空気量Ｑａから図７を内容とするテーブルを検索してリカバー速度（演算当たり（１０msec当たり）のストイキ側戻し量）ＤＲＳＰを求め、ＫＲＩＣＨからこの値ＤＲＳＰだけ差し引いた値をあらためてＫＲＩＣＨとする。
【００４７】
ここで、リカバー速度ＤＲＳＰを図７に示す特性としたのは、空気量（空気流量）Ｑａが大きいほどＨＣ、ＣＯの供給流量が増えるからである。
【００４８】
ステップ５７ではＫＲＩＣＨの値をみてＫＲＩＣＨの値が０以下でなければ、ステップ５５、５６の操作を繰り返す。やがてＫＲＩＣＨが０以下になると、ステップ５７よりステップ５８、５９に進み、ＫＲＩＣＨに０を入れ、リッチスパイク処理フラグをＦＲＳＰ＝０としてリッチスパイク処理を終了する。
【００４９】
このようにして演算したリッチ化程度ＫＲＩＣＨを用いることで、前述したように、リーン混合気運転からストイキ混合気運転への切換時に空燃比フィードバック補正係数αが初期値ＫＲＩＣＨＳＴだけステップ的に大きくなり、その後はリカバー速度ＤＲＳＰでαが小さくなる。そして、フロント側Ｏ₂センサ１４出力がスライスレベルと一致したタイミングで通常の空燃比フィードバック制御が開始される（図３参照）。
【００５０】
上記の空燃比リッチ化程度の初期値ＫＲＩＣＨＳＴの演算については図８（図６のステップ５３のサブルーチン）により説明する。
【００５１】
図８において、ステップ６１、６２では、リーン混合気運転継続時間カウンタＣＬＴから図９、図１０を内容とするテーブルを検索して、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７に対するＮＯｘ脱離還元用基本値ＳＮＯＲＳ、三元触媒６に対する酸素吸蔵基本値Ｂ ＦＯＲＳを、またステップ６３において
ＫＲＩＣＨＳＴ＝ＳＮＯＲＳ＋Ｂ ＦＯＲＳ …（１）
の式によりリッチ化程度初期値ＫＲＩＣＨＳＴを計算する。
【００５２】
ここで、ＮＯｘ脱離還元基本値ＳＮＯＲＳは、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７に吸着されているＮＯｘを脱離還元するためのＨＣ、ＣＯを発生させるに必要な値である。具体的にはＳＮＯＲＳは図９に示したようにリーン混合気運転の継続時間とともに増加し、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７にＮＯｘが一杯にまで吸着された後は一定値となる。
【００５３】
酸素吸蔵基本値Ｂ ＦＯＲＳは、新品状態の三元触媒６に吸着される酸素量に対応する値であり、図１０に示したように、特性としては図９と同様である（リーン混合気運転の継続時間とともに増加し、三元触媒６に酸素が一杯にまで吸着された後は一定値となる）。なお、図９、図１０において斜めに立ち上がる直線の傾きは、触媒容量に依存し、同じエンジンであれば、触媒容量が大きいほど直線の傾きが緩やかになる。
【００５４】
また、リッチ化程度の初期値ＫＲＩＣＨＳＴをどこまでも大きくすることはできず、リッチ側の燃焼安定の制限から上限値ＲＳＰＭＡＸ（リッチ側の燃焼安定限界）が存在する。初期値ＫＲＩＣＨＳＴが上限値ＲＳＰＭＡＸに制限されたからといってもＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７に供給するＨＣ、ＣＯ量は上限値ＲＳＰＭＡＸに制限されない場合と同じに確保しなければならない。
【００５５】
そこで、初期値をＫＲＩＣＨＳＴ、リカバー速度をＤＲＳＰとするとき、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７に供給するＨＣ、ＣＯ量は図１１においてハッチングで示した三角形の面積にほぼ相当するので、上限値ＲＳＰＭＡＸに制限されるときにも、同じ量のＨＣ、ＣＯをＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７に供給するには三角形の面積が同じになるようにリカバー速度を緩くしてやればよい。上限値ＲＳＰＭＡＸに制限される場合のリカバー速度をＤＲＳＰ１（破線参照）とすれば、計算によりＤＲＳＰ１＝ＤＲＳＰ×（ＲＳＰＭＡＸ／ＫＲＩＣＨＳＴ）²が得られる。
【００５６】
ところで、経時劣化等により、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＮＯｘ吸蔵能力やＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７および三元触媒６のＯ₂ストレージ能力が低下する可能性があるため、これらの触媒能力を診断する必要がある。
【００５７】
そこで本発明では、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７より下流の排気通路５に、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７を通過した排気の空燃比を検出する空燃比センサ１５を設置し、リッチスパイク処理時に生じる空燃比センサ１５のピーク値Ａ／Ｆ１を検出し、このピーク値Ａ／Ｆ１に基づいてＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＮＯｘ吸蔵能力を診断する。
【００５８】
たとえば図１２、図１３に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＮＯｘ吸蔵能力が衰えると、リッチスパイク処理時に空燃比センサ１５によって検出される空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１は正常時に比べて大きくなる。これは、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７に吸着されたＮＯｘ量が減少すると、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７を介してＮＯｘを脱離、還元するのに消費されるＨＣ、ＣＯの量も減少し、ＮＯｘを還元しないでＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７をそのまま通過するＨＣ、ＣＯの量が増加するためと考えられる。したがって、リッチスパイク処理時に検出されるピーク値Ａ／Ｆ１に基づいてＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＮＯｘ吸蔵能力を算出することができる。
【００５９】
しかし、図１２に示すようにリーン混合気運転からストイキ混合気運転への切換時に空燃比のリッチスパイク処理が行われる場合に対して、図１３に示すようにリーン混合気運転が継続されている途中で空燃比のリッチスパイク処理が行われる場合がある。
【００６０】
これに対応して、本実施の形態において、リッチスパイク処理が行われるときに検出される排気の空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１とリッチスパイク処理後に落ち着く排気の空燃比Ａ／Ｆ２の差であるピーク偏差ΔＡ／Ｆを求める一方、劣化を判定するための最終的な敷居値を吸入空気量Ｑａに応じて予め設定された所定の敷居値１にＡ／Ｆ２と理論空燃比（１４．７）の差を加えた値として求め、ピーク偏差ΔＡ／Ｆが敷居値より大きい場合にＮＯｘ吸蔵能力が劣化しているものと判定し、ピーク偏差ΔＡ／Ｆが敷居値より小さい場合に正常であるものと判定する。
【００６１】
つまり、ピーク偏差ΔＡ／Ｆ（＝Ａ／Ｆ２−Ａ／Ｆ１）を敷居値（＝敷居値１＋Ａ／Ｆ２−理論空燃比）と比較することにより、リッチスパイク処理後に落ち着く空燃比Ａ／Ｆ２に影響されることなく、ＮＯｘ吸蔵能力が劣化しているかどうかを的確に判定することができる。
【００６２】
図１４はＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７および三元触媒６の耐熱性を測定した実験結果を示すが、温度上昇に伴って上記ＮＯｘ吸蔵能力はＯ₂ストレージ能力より先に低下することがわかる。この特性からＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＮＯｘ吸蔵能力がＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７および三元触媒６のＯ₂ストレージ能力よりも先に経時劣化するものと考えられる。したがって、三元触媒６のＯ₂ストレージ能力がＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＮＯｘ吸蔵能力より先に低下してリッチスパイク処理時に検出される空燃比センサ１５のピーク値Ａ／Ｆ１が小さくなることはなく、ピーク偏差ΔＡ／Ｆが敷居値よりも大きい場合には少なくともＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＮＯｘ吸蔵能力が低下したものと判定することができる。
【００６３】
本実施形態は、リッチスパイク処理を２回続けて行い、１回目のリッチスパイク処理が行われるときに検出される空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１を基に三元触媒６のＮｏｘ吸蔵能力を、そして２回目のリッチスパイク処理が行われるときに検出される空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１を基に三元触媒６およびＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＯ ₂ ストレージ能力を分けて診断するものである。図１５はリッチスパイク処理によって生じる空燃比のピーク偏差ΔＡ／Ｆを検出し、このピーク偏差ΔＡ／Ｆに基づいてＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＮＯｘ吸蔵能力が劣化しているかどうかを診断するためのもので、一定時間１０ｍｓｅｃ毎に実行する。
【００６４】
この実施の形態では、診断をエンジン始動直後に１回だけ行うものであり、ステップ７１でスタータスイッチがＯＮからＯＦＦに切換わったとき始動直後と判定した場合、ステップ７２に進んで診断終了フラグＦＤＧＮＳを０にクリアする。ステップ７３では診断終了フラグＦＤＧＮＳが０にクリアされていることを確認してステップ７４以降の診断ルーチンに進む。
【００６５】
ステップ７４ではＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７の診断条件が成立しているか否か、具体的にはＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７の温度が所定値以上となっている等を確認し、診断条件が成立していると判定された場合、ステップ７５、７６に進んで空燃比センサ１５の出力を読み込むと共に、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７を通過した排気の空燃比Ａ／Ｆを計算する。
【００６６】
次に、ステップ７７ではリッチスパイク実行フラグＦＲＳＰが１にセットされていることを確認し、リッチスパイク処理が行われている間はステップ７７〜８０のルーチンで空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１を検出する。つまり、ステップ７８で現在の空燃比Ａ／Ｆが前回セットした空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１よりリッチ側にあるかどうかを判定し、現在の空燃比Ａ／Ｆが前回セットした空燃比Ａ／Ｆ１よりリッチ側にある場合、ステップ７９に進んで前回セットした空燃比Ａ／Ｆ１を現在の空燃比Ａ／Ｆに置き換える。現在の空燃比Ａ／Ｆが前回セットし空燃比Ａ／Ｆ１よりリーン側になったら、ステップ８０に進んで前回セットした空燃比Ａ／Ｆ１が空燃比のピーク値であるから、ピーク値を検出したことを示すフラグＦ２をセットする。
【００６７】
リッチスパイク処理が終了するとステップ７７からステップ８１に進んでリッチスパイク処理終了後の空燃比Ａ／Ｆ２を検出する。
【００６８】
すなわち、ステップ７７にてリッチスパイク実行フラグＦＲＳＰがクリアされていると判定されると、リッチスパイク処理が終了しているから、ステップ８１に進んで空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１が検出されたことを示すフラグＦ２が１にセットされているかどうかを判定する。
【００６９】
ステップ８１にてフラグＦ２が１にセットされていることを確認した場合、ステップ８２に進んで前回リッチスパイク実行フラグＦＲＳＰがセットされていたか、すなわち、リッチスパイクの直後かどうかを判定する。リッチスパイクの直後であったならば、ステップ８３〜８５にて後述するタイマＴｍ１、タイマＴｍ２、リッチスパイク処理終了後の空燃比Ａ／Ｆ２にそれぞれ０を入れてリセットする。リッチスパイクの直後でない場合はステップ８６に進んでリッチスパイク処理終了後にカウントアップされるタイマＴｍ１が所定時間Ａに達したか否かを判定する。このタイマＴｍ１は、リッチスパイク処理終了後、空燃比が落ち着くまでＡ／Ｆ２の演算を待つものであり、所定時間Ａに達するまでの間、ステップ１００に進んで、Ｔｍ１をカウントアップする。Ｔｍ１が所定時間Ａに達すると、ステップ８７に進んでタイマＴｍ２が所定時間Ｂな達したかどうかを判定する。このタイマＴｍ２は、リッチスパイク処理終了後の空燃比Ａ／Ｆ２の荷重平均を計算するものであり、タイマＴｍ２が所定時間Ｂに達していないと判定される間は、ステップ９５〜９９のルーチンにてリッチスパイク処理終了後の空燃比Ａ／Ｆ２の加重平均値を計算する。すなわち、ステップ９５にてＡ／Ｆ２＝０となっている初回では、ステップ９６に進んでＡ／Ｆ２に現在の空燃比Ａ／Ｆを入れ、ステップ９７に進んでタイマＴｍ２をカウントアップする。一方、２回目以降はＡ／Ｆ２≠０であるから、ステップ９５からステップ９８に進んで加重平均値Ａ／Ｆ２を次式で計算し、ステップ９９でタイマＴｍ２をカウントアップする。ただし、Ｃ，Ｄは加重平均係数、Ａ／Ｆｏｌｄは前回検出された空燃比、Ａ／Ｆは今回検出された空燃比である。
【００７０】
Ａ／Ｆ２＝（Ｃ＊Ａ／Ｆｏｌｄ＋Ｄ＊Ａ／Ｆ）／（Ｃ＋Ｄ） …（２）
ここではＡ／Ｆ２の計算方法として、加重平均法を一例として挙げるが、実際はこの限りではない。
【００７１】
タイマＴｍ２が所定時間Ｂに達したら、荷重平均値Ａ／Ｆ２の計算を終了してステップ８８に進んむ。ステップ８８では空燃比センサ１５のピーク偏差ΔＡ／Ｆを求められたピーク値Ａ／Ｆ１とリッチスパイク処理終了後の空燃比Ａ／Ｆ２とから次式で計算する。
【００７２】
ΔＡ／Ｆ＝Ａ／Ｆ２−Ａ／Ｆ１ …（３）
続いてステップ８９に進んで後述する図１６に示すサブルーチンて敷居値を計算し、ステップ９０にて計算されたピーク偏差ΔＡ／Ｆを敷居値以上かどうかを判定する。ピーク偏差ΔＡ／Ｆが敷居値以上と判定された場合は、ステップ９１に進んでＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７が劣化していると判定し、図示しない警告ランプ等を点灯して運転者にこれを知らせる。一方、ピーク偏差ΔＡ／Ｆが敷居値より小さいと判定された場合は、ステップ９２に進んでＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＮＯｘ吸蔵能力が正常であると判定する。
【００７３】
続いてステップ９３に進んで、診断終了フラグＦＤＧＮＳを１にセットした後、ステップ９４に進んでピーク値Ａ／Ｆ１に０を入れてリセットし、本診断ルーチンを終了する。
【００７４】
こうして診断ルーチンが終了して、ステップ７３で診断終了フラグＦＤＧＮＳを基に診断が終了していると判定された場合等は、ステップ１０１、１０２に進んでフラグＦ２をクリアするとともに、ピーク値Ａ／Ｆ１に０を入れてリセットする。
【００７５】
上記の敷居値の演算については図１６（図１５のステップ８９のサブルーチン）により説明する。
【００７６】
図１６において、ステップ１０６ではエアフローメータ１３の検出信号を基に算出される吸入空気量Ｑａを読込み、ステップ１０７では敷居値１を吸入空気量Ｑａから図１７を内容とするテーブルを検索して求め、ステップ１０８ではリッチスパイク処理終了後の荷重平均値Ａ／Ｆ２とストイキＡ／Ｆ（＝１４．７）との差をストイキからＡ／Ｆ偏差として算出し、ステップ１０９では敷居値を敷居値１とストイキからのＡ／Ｆ偏差の和として算出する。
【００７７】
吸入空気量Ｑａが増加すると、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７に供給されるＨＣ、ＣＯも増加して、吸着されたＮＯｘを還元しないままＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７を通過するＨＣ、ＣＯの量が増加するため、空燃比センサ１５のピーク値Ａ／Ｆ１が増大する。したがって、図１７に示すテーブルに基づき敷居値を吸入空気量Ｑａが大きくなるのに伴って大きく補正することにより、リッチスパイク処理時に検出される空燃比センサ１５のピーク値Ａ／Ｆ１に基づいてＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＮＯｘ吸蔵能力を的確に判定することができる。
【００７８】
また、リッチスパイク処理時に検出される空燃比センサ１５のピーク値Ａ／Ｆ１を吸入空気量Ｑａに応じて補正してもよい。この場合、敷居値を一定値としても、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＮＯｘ吸蔵能力を的確に判定することができる。
【００７９】
また、リッチスパイク処理時に検出される空燃比センサ１５のピーク値Ａ／Ｆ１と吸入空気量Ｑａに応じてＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＮＯｘ吸蔵能力を算出し、ＮＯｘ吸蔵能力に応じてリッチスパイク処理の周期またはリッチスパイク量を修正し、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７の劣化度合いに対応してＮＯｘの脱離と還元が行われるようにしてもよい。
【００８０】
次に、三元触媒６およびＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＯ ₂ ストレージ能力の診断について説明する。
【００８１】
１回目のリッチスパイク処理時にＮＯｘ吸蔵能力が劣化していないと診断された場合、Ｏ₂ストレージ能力も劣化していないものと診断する。
【００８２】
２回目のリッチスパイク処理時に検出されるピーク値Ａ／Ｆ１が敷居値より大きい場合、三元触媒６およびＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＯ₂ストレージ能力が劣化しているものと診断する。
【００８３】
図１４に示す特性からＯ₂ストレージ能力はＮＯｘ吸蔵能力より先に劣化することはない。したがって、１回目のリッチスパイク処理時に検出されるピーク値Ａ／Ｆ１が敷居地より小さい場合、ＮＯｘ吸蔵能力とＯ₂ストレージ能力の双方が劣化していないものと診断できる。
【００８４】
一方、１回目のリッチスパイク処理時にＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７に吸着されたＮＯｘのほとんどが脱離、還元されているので、続いて行われる２回目のリッチスパイク処理時に供給されるＨＣ、ＣＯは、三元触媒６およびＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７に吸着されたＯ₂のみの脱離、還元に消費される。このため、たとえば図２４、図２５に示すように、２回目のリッチスパイク処理時に空燃比センサ１５によって検出される空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１はＯ₂ストレージ能力の正常時に比べて劣化時に大きくなる。したがって、２回目のリッチスパイク処理時に検出されるピーク値Ａ／Ｆ１が敷居値より大きい場合、三元触媒６およびＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＯ₂ストレージ能力が劣化しているものと診断できる。
【００８５】
図１８は、１回目のリッチスパイク処理が終了してから所定時間Ｅが経過した後に２回目のリッチスパイク処理を行うために、２回目のリッチスパイク実行フラグＦＲＳＰ２をセットするためのもので、図１５に続けて１０ｍｓｅｃ毎に実行する。
【００８６】
この診断をエンジン始動後に１回だけ行うため、ステップ１１１でスタータスイッチがＯＮからＯＦＦに切換わる始動後と判定された場合、ステップ１１２に進んで診断終了フラグＦＤＧＮＳをクリアした後、ステップ１１３、１１４に進んで診断終了フラグＦＤＧＮＳとリッチスパイク実行フラグＦＲＳＰがそれぞれクリアされていることを確認する。
【００８７】
続いてステップ１１５以降のルーチンに進んで１回目のリッチスパイクが終了してから所定時間Ｅが経過したらリッチスパイク実行フラグＦＲＳＰ２をセットする。すなわち、ステップ１１５では前回のリッチスパイク実行フラグＦＲＳＰが１にセットされているかどうかを判定する。前回のリッチスパイク処理が行われた直後は前回ＦＲＳＰ＝１であるから、ステップ１１６、１１７に進んでタイマＴｍ３をクリアし、フラグＦ３を１にセットする。次回からは前回ＦＲＳＰ≠１であるから、ステップ１１８に進んでフラグＦ３が１にセットされていることを確認し、ステップ１１９、１２３にて１回目のリッチスパイク処理の直後からカウントアップされるタイマＴｍ３が所定時間Ｅに達するのを待つ。ステップ１２０に進んで空燃比のリッチ化程度ＫＲＩＣＨを０にリセットするとともに、ステップ１２１に進んで２回目のリッチスパイクを実行するためのフラグＦＲＳＰ２を１にセットし、ステップ１２２でフラグＦ３を０にクリアして本ルーチンを終了する。
【００８８】
また、ステップ１１３、１１４、１１８で条件が成立しない場合、ステップ１２４に進んでフラグＦ３を０にクリアする。
【００８９】
図１９は２回目のリッチスパイク処理時における空燃比のリッチ化程度ＫＲＩＣＨを演算するためのもので、一定時間１０ｍｓｅｃ毎に実行する。
【００９０】
ステップ１３１で２回目のリッチスパイク実行フラグＦＲＳＰ２を読込み、ステップ１３２で２回目のリッチスパイク実行フラグＦＲＳＰ２が１にセットされていることが確認された場合、ステップ１３３に進んでリッチ化程度ＫＲＩＣＨ（始動時に０に初期設定）を０と比較する。２回目のリッチスパイク処理フラグＦＲＳＰ２＝１となるタイミングではＫＲＩＣＨ＝０であることより、ステップ１３５に進み、リッチ化程度初期値(ステップ変化時のリッチ化程度)ＫＲＩＣＨ（所定値）２をＫＲＩＣＨに移す。
【００９１】
一方、次回からはＫＲＩＣＨ＞０であるから、ステップ１３３よりステップ１３４に進み、ＫＲＩＣＨから所定のリカバー速度ＤＲＳＰだけ差し引いた値をあらためてＫＲＩＣＨとする。
【００９２】
ステップ１３６ではＫＲＩＣＨの値をみてＫＲＩＣＨの値が０以下でなければ、ステップ１３３、１３４の操作を繰り返す。やがてＫＲＩＣＨが０以下になると、ステップ１３６よりステップ１３７に進み、２回目のリッチスパイク処理フラグをＦＲＳＰ２＝０としてリッチスパイク処理を終了する。
【００９３】
このようにして演算したリッチ化程度ＫＲＩＣＨを用いることで、前述したように、空燃比フィードバック補正係数αが初期値ＫＲＩＣＨ２だけステップ的に大きくなり、その後はリカバー速度ＤＲＳＰでαが小さくなる。
【００９４】
図２０は２回目のリッチスパイク処理によって生じる空燃比のピーク偏差ΔＡ／Ｆを検出し、このピーク偏差ΔＡ／Ｆに基づいて三元触媒６およびＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７が劣化しているかどうかを診断するためのもので、図１８に続いて一定時間１０ｍｓｅｃ毎に実行する。
【００９５】
これについて説明すると、ステップ１７３で診断終了フラグＦＤＧＮＳ２が０にクリアされていることを確認し、ステップ１７４に進んで、診断条件が成立しているとかどうかを判断する。具体的にはＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７の温度が所定値以上となっているときの、断条件が成立していると判定し、ステップ１７５、１７６に進んで空燃比センサ１５の出力を読み込み、空燃比Ａ／Ｆを計算する。
【００９６】
次に、ステップ１７７ではリッチスパイク実行フラグＦＲＳＰが１にセットされていることを確認し、リッチスパイク処理が行われている間はステップ１７７〜１８０のルーチンで空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１を検出する。つまりステップ１７８で現在の空燃比Ａ／Ｆが前回セットした空燃比Ａ／Ｆ１よりリッチ側にあるかを判定し、現在の空燃比Ａ／Ｆが前回セットした空燃比Ａ／Ｆ１よりリッチ側にある場合、ステップ１７９に進んで前回セットした空燃比Ａ／Ｆ１を現在の空燃比Ａ／Ｆに置き換える。現在の空燃比Ａ／Ｆが前回セットした空燃比Ａ／Ｆ１よりリーン側にあったら、ステップ１８０に進んで前回セットした空燃比Ａ／Ｆ１が空燃比のピーク値であるから、ピーク値を検出したことを示すフラグＦ２をセットする。
【００９７】
リッチスパイク処理が終了すると以下のルーチンでリッチスパイク処理終了後の空燃比Ａ／Ｆ２を検出する。
【００９８】
すなわち、ステップ１７７にてリッチスパイク実行フラグＦＲＳＰがクリアされていると判定されると、リッチスパイク処理が終了してから、ステップ１８１に進んで空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１が検出されたことを示すフラグＦ２が１にセットされているかどうかを判定する。
【００９９】
ステップ１８１にてフラグＦ２が１にセットされていることを確認した場合、ステップ１８２に進んで前回リッチスパイク実行フラグＦＲＳＰがセットされたか、すなわちリッチスパイクの直後かどうかを判定する。リッチスパイクの直後ではステップ１８３〜１８５にて後述するタイマＴｍ１、タイマＴｍ２、リッチスパイク処理終了後の空燃比Ａ／Ｆ２にそれぞれ０を入れてリセットする。リッチスパイク直後でない場合はステップ１８６に進んでリッチスパイク処理終了後にカウントアップされるタイマＴｍ１が所定時間Ａに達したか否かを判定する。このタイマＴｍ１は、リッチスパイク処理終了後、空燃比が落ち着くまでＡ／Ｆ２の演算を待つものであり、所定時間Ａに達するまでの間、ステップ２００に進んで、Ｔｍ１をカウントアップする。Ｔｍ１が所定時間Ａに達すると、ステップ１８７に進んでタイマＴｍ２が所定時間Ｂな達したかどうかを判定する。このタイマＴｍ２は、リッチスパイク処理終了後の空燃比Ａ／Ｆ２の荷重平均を計算するものであり、タイマＴｍ２が所定時間Ｂに達していないと判定される間は、ステップ１９５〜１９９のルーチンにてリッチスパイク処理終了後の空燃比Ａ／Ｆ２の加重平均値を計算する。すなわち、ステップ１９５にてＡ／Ｆ２＝０となっている初回では、ステップ１９６に進んでＡ／Ｆ２に現在の空燃比Ａ／Ｆを入れ、ステップ１９７に進んでタイマＴｍ２をカウントアップする。一方、２回目以降はＡ／Ｆ２≠０であるから、ステップ１９５、ステップ１９８に進んで加重平均値Ａ／Ｆ２を次式で計算し、ステップ１９９でＴｍ２をカウントアップする。ただし、Ｃ，Ｄは加重平均係数、Ａ／Ｆｏｌｄは前回検出された空燃比、Ａ／Ｆは今回検出された空燃比である。
【０１００】
Ａ／Ｆ２＝（Ｃ＊Ａ／Ｆｏｌｄ＋Ｄ＊Ａ／Ｆ）／（Ｃ＋Ｄ） …（２）
ここではＡ／Ｆ２の計算方法として、加重平均法を一例として挙げるが、実際はこの限りではない。
【０１０１】
タイマＴｍ２が所定時間Ｂに達したら、荷重平均値Ａ／Ｆ２の計算を終了してステップ１８８に進む。ステップ１８８では空燃比センサ１５のピーク偏差ΔＡ／Ｆを求められたピーク値Ａ／Ｆ１とリッチスパイク処理終了後の空燃比Ａ／Ｆ２とから次式で計算する。
【０１０２】
ΔＡ／Ｆ＝Ａ／Ｆ２−Ａ／Ｆ１ …（３）
続いてステップ１８９に進んで後述する図２１に示すサブルーチンて敷居値を計算し、ステップ１９０にて計算されたピーク偏差ΔＡ／Ｆを敷居値以上かどうかを判定する。ピーク偏差ΔＡ／Ｆが敷居値以上と判定された場合は、ステップ１９１に進んで各触媒６、７が劣化していると判定し、図示しない警告ランプ等を点灯して運転者にこれを知らせる。一方、ピーク偏差ΔＡ／Ｆが敷居値より小さいと判定された場合は、ステップ１９２に進んで各触媒６、７が正常であると判定する。
【０１０３】
続いてステップ１９３に進んで、診断終了フラグＦＤＧＮＳ２を１にセットした後、ステップ１９４に進んでピーク値Ａ／Ｆ１に０を入れてリセットし、本診断ルーチンを終了する。
【０１０４】
こうして診断ルーチンが終了して、ステップ１７３で診断終了フラグＦＤＧＮＳ２を基に診断が終了していると判定された場合等は、ステップ２０１、２０２に進んでフラグＦ２をクリアするとともに、ピーク値Ａ／Ｆ１に０を入れてリセットする。
【０１０５】
上記の敷居値の演算については図２１（図２０のステップ１８９のサブルーチン）に示すように、ステップ２０６ではエアフローメータ１３の検出信号を基に算出される吸入空気量Ｑａを読込み、ステップ２０７では敷居値２を吸入空気量Ｑａから図２２を内容とするテーブルを検索して求め、ステップ２０８では敷居値を敷居値２から理論空燃比を減算した値として算出する。
【０１０６】
２回目のリッチスパイク処理時においても吸入空気量Ｑａが増加すると、三元触媒６およびＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７に供給されるＨＣ、ＣＯも増加して、これらに吸着されたＯ₂を還元しないまま通過するＨＣ、ＣＯの量が増加するため、空燃比センサ１５のピーク値Ａ／Ｆ１が増大する。したがって、図２２に示すテーブルに基づき吸入空気量Ｑａが大きくなるのに伴って敷居値を大きく補正することにより、リッチスパイク処理時に検出されるピーク値Ａ／Ｆ１に基づいてＯ₂ストレージ能力を的確に判定することができる。
【０１０７】
図２３は、図１５のフローチャートによる１回目の診断結果と、図２０のフローチャートによる２回目の診断結果に基づいてＮＯｘ吸蔵能力とＯ₂ストレージ能力の劣化を判定するものである。
【０１０８】
これについて説明すると、ステップ２１１で１回目の診断終了フラグＦＤＧＮＳと２回目の診断終了フラグＦＤＧＮＳ２が共に１にセットされていることを確認してステップ２１２に進み、１回目の診断結果が劣化かどうかを判定する。
【０１０９】
図１４に示す特性からＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７のＮＯｘ吸蔵能力がＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒７および三元触媒６のＯ₂ストレージ能力よりも先に劣化するものと考えられるため、１回目の診断結果が正常と判定された場合はステップ２１６に進み、ＮＯｘ吸蔵能力とＯ₂ストレージ能力の両方が劣化していないものと診断する。
【０１１０】
ステップ２１２、２１３で、１回目の診断結果が劣化、２回目の診断結果が正常と判定された場合は、ステップ２１５に進んでＮＯｘ吸蔵能力のみが劣化し、Ｏ₂ストレージ能力が劣化していないものと診断する。
【０１１１】
ステップ２１２、２１３で、１回目と２回目の診断結果が共に劣化と判定された場合は、ステップ２１４に進んでＮＯｘ吸蔵能力とＯ₂ストレージ能力の両方が劣化しているものと診断する。
【０１１２】
本実施形態では筒内直噴式火花点火エンジンの場合で説明したが、吸気通路に燃料噴射弁が臨むエンジンに対しても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す制御システム図。
【図２】同じく車速が変化したときのリーン運転許可フラグの設定の様子を説明するための波形図。
【図３】同じく空燃比のリッチスパイク処理を説明するための波形図。
【図４】同じくリーン運転条件の判定を説明するためのフローチャート。
【図５】同じくリッチスパイク処理フラグＦＲＳＰの設定を説明するためのフローチャート。
【図６】同じくリッチ化程度ＫＲＩＣＨの演算を説明するためのフローチャート。
【図７】同じくリカバー速度ＤＲＳＰの特性図。
【図８】同じくリッチ化程度の初期値ＫＲＩＣＨＳＴの演算を説明するためフローチャート。
【図９】同じくＮＯｘ脱離還元基本値ＳＮＯＲＳの特性図。
【図１０】同じく酸素吸蔵基本値Ｂ ＦＯＲＳの特性図。
【図１１】同じくリッチ化程度の初期値ＫＲＩＣＨＳＴが上限値ＲめＳＰＭＡＸに制限された場合のリカバー速度の計算方法を説明するための説明図。
【図１２】同じくリッチスパイク処理時における空燃比の特性図。
【図１３】同じくリッチスパイク処理時における空燃比の特性図。
【図１４】同じく温度に対するＮＯｘ吸蔵能力とＯ₂ストレージ能力の特性図。
【図１５】同じく触媒の劣化診断を説明するためのフローチャート。
【図１６】同じく敷居値の演算を説明するためのフローチャート。
【図１７】同じく敷居値１の特性図。
【図１８】同じく２回目のリッチスパイク処理を行うタイミングの演算を説明するためのフローチャート。
【図１９】同じく２回目のリッチスパイク量を演算を説明するためのフローチャート。
【図２０】同じく触媒の劣化診断を説明するためのフローチャート。
【図２１】同じく敷居値の演算を説明するためのフローチャート。
【図２２】同じく敷居値２の特性図。
【図２３】同じく触媒の劣化診断を説明するためのフローチャート。
【図２４】同じくリッチスパイク処理時における空燃比の特性図。
【図２５】同じくリッチスパイク処理時における空燃比の特性図。
【符号の説明】
１ エンジン本体
４ 燃料噴射弁
５ 排気通路
６ 三元触媒
７ ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒
１１ コントロールユニット
１２ クラセンク角センサ
１３ エアフローメータ
１４ Ｏ₂センサ
１５ Ａ／Ｆセンサ

Claims (9)

1. リーン混合気運転時に排気中のＮＯｘを吸着するとともにストイキないしリッチ混合気運転時にＮＯｘを脱離、還元するＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒と、
   リーン混合気運転時から混合気の空燃比を一時的にリッチ化するリッチスパイク処理を複数回連続して行いＮＯｘの脱離、還元を促す空燃比制御手段と、
   前記ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒を通過した排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   を備えるエンジンの排気浄化装置において、
   １回目のリッチスパイク処理時に検出される空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１を基にＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力の劣化を診断する第１診断手段と、２回目以降のリッチスパイク処理時に検出される空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１を基に前記ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＯ _２ ストレージ能力の劣化を診断する第２診断手段とからなる触媒能力診断手段と、
   を設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 前記触媒能力診断手段は、前記第１診断手段で劣化しているものと診断され、前記第２診断手段で正常であるものと診断された場合に、前記ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力のみが劣化していると診断することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
3. 前記第１および第２診断手段はリッチスパイク処理時に検出される空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１とエンジンの吸入空気量に応じてＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力およびＯ _２ ストレージ能力をそれぞれ診断することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの排気浄化装置。
4. 前記第１診断手段は、リッチスパイク処理時に検出される排気の空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１とリッチスパイク処理後に落ち着く排気の空燃比Ａ／Ｆ２とからピーク偏差ΔＡ／ＦをΔＡ／Ｆ＝Ａ／Ｆ２−Ａ／Ｆ１として算出し、予め設定された敷居値１と前記Ａ／Ｆ２および理論空燃比とから最終的な敷居値を敷居値＝敷居値１＋Ａ／Ｆ２−理論空燃比として算出し、ピーク偏差ΔＡ／Ｆが敷居値より大きい場合にＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力が劣化しているものと診断することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
5. 前記エンジンの吸入空気量が増加するのに応じて前記敷居値１を大きく設定することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの排気浄化装置。
6. 前記ピーク偏差ΔＡ／Ｆが敷居値より小さい場合に前記第１診断手段および第２診断手段はともに正常であるものと診断することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの排気浄化装置。
7. 前記第２診断手段は、２回目以降のリッチスパイク処理時に検出される排気の空燃比のピーク値Ａ／Ｆ１とリッチスパイク処理後に落ち着く排気の空燃比Ａ／Ｆ２とからピーク偏差ΔＡ／ＦをΔＡ／Ｆ＝Ａ／Ｆ２−Ａ／Ｆ１として算出し、予め設定された敷居値２と理論空燃比から最終的な敷居値を敷居値＝敷居値２−理論空燃比として算出し、ピーク偏差ΔＡ／Ｆが敷居値より大きい場合にＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒のＯ₂ストレージ能力が劣化しているものと診断することを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
8. エンジンの吸入空気量が増加するのに応じて前記敷居値２を大きく設定することを特徴とする請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置。
9. 前記ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒の上流側に別の三元触媒を設置したことを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。

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