JP3826515B2 - 内燃機関の触媒劣化診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の触媒劣化診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気筒内の混合気の空燃比が非常に大きいために混合気の空燃比が理論空燃比であるときよりも多量の酸素が排気ガス中に含まれている状態（以下、リーン状態）において、炭化水素（以下、ＨＣ）を触媒表面に吸着してＨＣの活性種を生成し、このＨＣの活性種とＮＯX とを反応させることにより内燃機関から排出された窒素酸化物（以下、ＮＯX ）を浄化するＮＯX 選択還元触媒（以下、ＮＯX 触媒）が公知である。通常、リーン状態の排気ガス中にＨＣは殆ど含まれていないため、ＮＯX 触媒には浄化用のＨＣが供給される。
【０００３】
ところで、ＮＯX 触媒を使用しているうちに例えばＮＯX 触媒に供給した浄化用ＨＣが触媒表面に付着してＮＯX 触媒が劣化する。劣化したＮＯX 触媒ではＮＯX 浄化作用が行われない。このため、ＮＯX 触媒が劣化しているか否かをＮＯX 触媒の使用中に診断する必要がある。例えば、特開平７−５４６４１号では、ＮＯX 触媒に流入する排気ガス中のＮＯX 濃度とＮＯX 触媒から流出する排気ガス中のＮＯX 濃度との比からＮＯX 触媒におけるＮＯX 浄化率を算出し、この算出されたＮＯX 浄化率が機関負荷に応じて変化する浄化率判定値より小さくなったときにＮＯX 触媒が劣化していると診断している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的にＮＯX 触媒におけるＮＯX 浄化率はその触媒温度に応じて変化する。したがって特開平７−５４６４１号に開示されているようにＮＯX 浄化率を触媒温度に直接は関係のない機関負荷に応じて変化する浄化率判定値と比較しても、正確にＮＯX 触媒の劣化を診断することはできない。したがって本発明の目的は触媒の劣化を正確に診断することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために一番目の発明によれば、排気通路に配置された触媒と、該触媒に排気ガスを浄化するための還元剤を供給する還元剤供給手段とを具備し、前記触媒がその温度により異なる浄化率を有する内燃機関の触媒劣化診断装置において、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記触媒における浄化率を検出する浄化率検出手段とを具備し、前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度に対応した浄化率判定値と前記浄化率検出手段により検出された浄化率とに基づいて触媒の劣化を診断し、触媒が劣化していると診断されたときに前記還元剤供給手段により供給すべき還元剤の量を少なくする還元剤量補正手段をさらに具備する。
【０００６】
上記課題を解決するために二番目の発明によれば、排気通路に配置された触媒と、該触媒に排気ガスを浄化するための還元剤を供給する還元剤供給手段とを具備し、前記触媒がその温度により異なる浄化率を有する内燃機関の触媒劣化診断装置において、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記触媒における浄化率を検出する浄化率検出手段とを具備し、前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度に対応した浄化率判定値と前記浄化率検出手段により検出された浄化率とに基づいて触媒の劣化を診断し、前記触媒が劣化していると診断され且つ該触媒の温度が該触媒が排気ガスを浄化することができる温度範囲内にあるときに前記還元剤供給手段により供給すべき還元剤の量を少なくする還元剤量補正手段をさらに具備する。
【０００７】
上記課題を解決するために三番目の発明によれば、排気通路に配置された触媒と、該触媒に排気ガスを浄化するための還元剤を供給する還元剤供給手段とを具備し、前記触媒がその温度により異なる浄化率を有する内燃機関の触媒劣化診断装置において、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記触媒における浄化率を検出する浄化率検出手段とを具備し、前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度に対応した浄化率判定値と前記浄化率検出手段により検出された浄化率とに基づいて触媒の劣化を診断し、前記触媒が劣化していると診断され且つ該触媒の温度が該触媒が排気ガスを浄化することができる温度範囲内にあって排気ガスを浄化するのに還元剤を消費せずに燃焼させてしまう温度以下にあるときに前記還元剤供給手段により供給すべき還元剤の量を少なくする還元剤量補正手段をさらに具備する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態の内燃機関の構成を示す図である。図１において、１は機関本体、♯１、♯２、♯３および♯４はそれぞれ機関本体１内に形成された第一気筒、第二気筒、第三気筒および第四気筒、２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄはそれぞれ対応する気筒♯１〜♯４内に機関駆動用燃料および排気ガス浄化用燃料を供給するための第一燃料噴射弁、第二燃料噴射弁、第三燃料噴射弁および第四燃料噴射弁、３はインテークマニホルド４を介して機関本体１に接続された吸気通路である。インテークマニホルド４には各気筒♯１〜♯４に導入される吸入空気量を算出するために吸入空気圧を検出するための吸気圧センサ５が取り付けられる。
【００１２】
また、本実施形態の内燃機関はクランク角を検出するクランク角センサ６を具備する。クランク角センサ６により検出されたクランク角に基づいて機関回転数が算出される。さらに本実施形態の内燃機関はアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル踏込量センサ１９を具備する。各燃料噴射弁２ａ〜２ｄはこれら燃料噴射弁２ａ〜２ｄに共通の燃料分配手段、すなわちコモンレール３０に接続される。コモンレール３０はポンプＰを介して燃料タンク３１に接続される。コモンレール３０内にはポンプＰにより予め定められた圧力に加圧された燃料が蓄積される。また、コモンレール３０にはコモンレール３０内の燃料の圧力を検出するための圧力検出手段として燃圧センサ３２が取り付けられる。
【００１３】
第一気筒♯１、第二気筒♯２、第三気筒♯３および第四気筒♯４にはそれぞれ対応して第一排気枝管７ａ、第二排気枝管７ｂ、第三排気枝管７ｃおよび第四排気枝管７ｄが接続される。第一排気枝管７ａと第二排気枝管７ｂと第四排気枝管７ｄとは機関本体１の下流側の上流側合流部８において合流せしめられ、集合管９に接続される。集合管９と第三排気枝管７ｃとは上流側合流部８のさらに下流側の下流側合流部１０において互いに略平行な方向に排気ガスを排出するように合流せしめられる。このように排気系を構成することにより、集合管９から排出された排気ガスが第三排気ガス７ｃ内に流入することが抑制される。また、第三排気枝管７ｃから排出された排気ガスが集合管９内に流入することが抑制される。なお、本明細書において『上流』および『下流』とは排気ガスの流れに沿って用いる。
【００１４】
本実施形態の内燃機関は吸入される空気量を増大するために吸入空気を過給する過給機１１を具備する。過給機１１はインテークマニホルド４の上流側の吸気通路３内に配置された吸気側タービンホイール１１ａと、下流側合流部１０の下流側の排気通路２０内に配置された排気側タービンホイール１１ｂとを具備する。本実施形態では各気筒から排出された排気ガスが合流する位置に排気側タービンホイール１１ｂが配置されているため、排気側タービンホイール１１ｂを通過する排気ガス量が多く、過給機１１の過給効果を最大限に維持することができる。また、下流側合流部１０が排気側タービンホイール１１ｂの近傍に位置し、且つ、排気側タービンホイール１１ｂの慣性回転運動により排気ガスが下流側への排出されるため、集合管９から排出された排気ガスが第三排気ガス７ｃ内に流入することがさらに抑制され、また、第三排気枝管７ｃから排出された排気ガスが集合管９内に流入することがさらに抑制される。
【００１５】
吸気側タービンホイール１１ａと排気側タービンホイール１１ｂとは一つのシャフト１１ｃにより互いに連結される。排気側タービンホイール１１ｂはこの排気側タービンホイール１１ｂの回転面と平行な方向から排気ガスを受けて回転せしめられ、回転面に対して垂直な方向へ向けて排気ガスを排出する。一方、吸気側タービンホイール１１ａは排気側タービンホイール１１ｂの回転に伴い回転せしめられ、この吸気側タービンホイール１１ａの回転面に対して垂直な方向から空気を引き込み、回転面と平行な方向へ向けて吸入空気を送りだす。
【００１６】
排気側タービンホイール１１ｂの下流側の排気通路２０には内燃機関から排出される窒素酸化物（以下、ＮＯX ）を浄化するための排気浄化触媒１２が配置される。本実施形態の排気浄化触媒１２は、気筒内の混合気の空燃比が非常に大きいために混合気の空燃比が理論空燃比であるときよりも多量の酸素が排気ガス中に含まれている状態（以下、リーン状態）において、還元剤として炭化水素（以下、ＨＣ）を触媒表面に吸着してＨＣの活性種を生成し、このＨＣの活性種とＮＯX とを反応させることによりＮＯX を浄化するＮＯX 選択還元触媒（以下、ＮＯX 触媒）である。
【００１７】
ＮＯX 触媒１２はその触媒温度に応じてＮＯX 浄化率が変化する（図８参照）。すなわち触媒温度が下限温度Ｔ１を越えると徐々にＮＯX 浄化率が上昇し、最適温度ＴｍにおいてＮＯX 浄化率が最も高くなり、最適温度Ｔｍを越えると徐々にＮＯX 浄化率が低下し、上限温度Ｔ２を越えるとＮＯX 触媒１２において浄化作用が行われなくなる。このようにＮＯX 触媒１２は浄化作用を行うことができる適正温度範囲を有する。
【００１８】
ＮＯX 触媒１２の上流端部分にはこの上流端部分の温度（以下、上流端温度）を検出する上流側温度センサ１３が配置され、ＮＯX 触媒１２の下流端部分にはこの下流側部分の温度（以下、下流端温度）を検出する下流側温度センサ１４が配置される。また、ＮＯX 触媒１２の上流側の排気通路２０にはＮＯX 触媒１２に流入する排気ガス中のＮＯX 濃度（以下、上流側ＮＯX 濃度）を検出する上流側ＮＯX 濃度センサ２１が配置され、ＮＯX 触媒１２の下流側の排気通路２０にはＮＯX 触媒１２から流出する排気ガス中のＮＯX 濃度（以下、下流側ＮＯX 濃度）を検出する下流側ＮＯX 濃度センサ２２が配置される。
【００１９】
第四排気枝管７ｄには排気ガスを吸入空気中に導入するための排気循環管１５が接続される。排気循環管１５の他端はインテークマニホルド４に接続される。排気循環管１５には吸入空気中への排気ガスの導入の有無を制御するための排気循環弁１６が配置される。排気循環弁１６は三方弁１７を介して吸引ポンプ１８および大気に連通される。排気循環弁１６は機関運転状態に応じて開閉制御される。三方弁１７により排気循環弁１６と大気とが連通せしめられると排気循環弁１６内に大気圧がかかり排気循環弁１６は閉弁せしめられ、排気ガスは吸入空気中に導入されない。一方、三方弁１７により排気循環弁１６と吸引ポンプ１８とが連通せしめられると排気循環弁１６内に負圧がかかり排気循環弁１６が開弁せしめられ、排気ガスが吸入空気中に導入される。
【００２０】
気筒内におけるＮＯX 生成量は燃焼時の火炎伝播速度が速いほど多くなる。また、気筒内におけるＮＯX 生成量は燃焼時の燃焼温度が高いほど多くなる。一方、不活性ガスは燃焼時の火炎伝播速度を遅くする。したがって燃焼時の火炎伝播速度は吸入空気中の不活性ガス量が多いほど遅くなる。また、不活性ガスは燃焼時の熱を吸収する。したがって燃焼時の燃焼温度は吸入空気中の不活性ガス量が多いほど低くなる。このため、二酸化炭素や水分といった不活性ガスを含んだ排気ガスが吸入空気に導入されると、燃焼時の火炎伝播速度が遅くなり且つ燃焼時の燃焼温度が低く維持されるため、気筒内の燃焼に伴うＮＯX の生成が抑制される。
【００２１】
図１において制御装置（ＥＣＵ）４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１を介して相互に接続されたＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４２、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）４３、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４４、Ｂ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）４５、入力ポート４６、出力ポート４７およびクロック発生器４８を具備する。吸気圧センサ５、上流側温度センサ１３、下流側温度センサ１４、上流側ＮＯX 濃度センサ２１、下流側ＮＯX 濃度センサ２２および燃圧センサ３２の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４９を介して入力ポート４６に入力される。また、クランク角センサ６の出力電圧は直接入力ポート４６に入力される。さらにアクセル踏込量センサ１９の出力電圧は対応するＡＤ変換器４９を介して入力ポート４６に入力される。一方、出力ポート４７はそれぞれ対応する駆動回路５０を介して各燃料噴射弁２ａ〜２ｄおよび三方弁１７に接続される。
【００２２】
次に本実施形態の内燃機関の作動について説明する。初めに各気筒♯１〜♯４の圧縮行程の予め定められたクランク角度においてコモンレール３０内の燃圧が燃圧センサ３２により検出される。次に各気筒♯１〜♯４の圧縮上死点の直前において予噴射が実行され、各燃料噴射弁２ａ〜２ｄから予め定められた量の燃料が噴射される。予噴射は気筒内におけるＮＯX 生成量の低減および気筒において生じる騒音の低減のために実行される噴射である。
【００２３】
次に予噴射により供給された燃料が気筒内において着火した後の圧縮上死点付近の予め定められたクランク角度において主噴射が実行される。主噴射は機関を駆動するための燃料を供給するために実行される噴射である。主噴射により各燃料噴射弁２ａ〜２ｄから噴射すべき主噴射燃料量はアクセル踏込量センサ１９により検出されたアクセルペダル踏込量に基づいて決定され、アクセルペダル踏込量が大きくなるほど主噴射により噴射すべき燃料量は多くなる。
【００２４】
なお、予噴射および主噴射により各燃料噴射弁２ａ〜２ｄから噴射すべき予噴射燃料量および主噴射燃料量を供給するために各燃料噴射弁２ａ〜２ｄを開弁する開弁時間はコモンレール３０内の燃圧に基づいて決定され、燃圧が高いほど開弁時間は短くなる。また、各気筒における予噴射および主噴射は第一気筒♯１、第三気筒♯３、第四気筒♯４、第二気筒♯２の順で実行される。
【００２５】
さらに本実施形態では第三気筒♯３において主噴射が実行された後に該主噴射とは別個に副噴射を実行し、第三燃料噴射弁２ｃからＮＯX 触媒１２に燃料、すなわちＨＣを供給する。上述したように、ＮＯX 触媒１２に供給されたＨＣは触媒表面に吸着して活性種とされ、ＮＯX を浄化する。したがってＨＣによりＮＯX を浄化するには或る時間を要する。すなわち、ＮＯX を浄化するためにはＨＣおよびＮＯX が上記或る時間だけＮＯX 触媒１２内に留まっている必要がある。ＨＣおよびＮＯX がＮＯX 触媒１２内に留まっている時間（以下、滞留時間）は単位時間当たりにＮＯX 触媒１２を通過する排気ガス量（以下、通過排気ガス量）により決まり、通過排気ガス量が多いほど滞留時間は短くなる。したがって本実施形態では、ＮＯX 触媒１２に供給すべき燃料量は通過排気ガス量に基づいて算出され、通過排気ガス量が多いほどＮＯX 触媒１２内で浄化反応可能な燃料量は少なくなると判断してＮＯX 触媒１２に供給する燃料量を少なくする。
【００２６】
なお、ＮＯX 触媒１２に供給すべき燃料量を吸気圧センサ５およびクランク角センサ６の出力から推定した機関からのＮＯX 排出量に基づいて算出してもよい。また、副噴射の実行時期は上流側温度センサ１３の出力から推定した第三気筒♯３内の温度およびコモンレール３０内の燃圧に基づいて決定され、熱分解されたＨＣが多く必要なほど筒内温度が高い時期に副噴射を実行し、また、燃圧が予め定められた圧力より高い時期に副噴射を実行する。さらに副噴射により第三燃料噴射弁２ｃから噴射すべき副噴射燃料量を供給するために第三燃料噴射弁２ｃを開弁する開弁時間はコモンレール３０内の燃圧に基づいて決定され、燃圧が高いほど開弁時間は短くなる。
【００２７】
次に図２のフローチャートを参照して本実施形態の予噴射・主噴射実行制御を説明する。なお、図２においてｎは気筒番号を示し、１、３、４、２の順で変化する。まず、ステップＳ１１０において現在のクランク角度ＣＡが第ｎ気筒において予噴射を実行すべき予め定められた予噴射クランク角度ＰＣＡｐｎである（ＣＡ＝ＰＣＡｐｎ）か否かが判別される。ステップＳ１１０においてＣＡ＝ＰＣＡｐｎである判別されると、ステップＳ１１２に進んで予め定められた予噴射用開弁時間ｔｐｎだけ第ｎ気筒の燃料噴射弁を開弁し、ステップＳ１１４に進む。一方、ステップＳ１１０においてＣＡ≠ＰＣＡｐｎであると判別されると、ＣＡ＝ＰＣＡｐｎと判別されるまでステップＳ１１０が繰り返される。
【００２８】
ステップＳ１１４では現在のクランク角度ＣＡが第ｎ気筒において主噴射を実行すべき予め定められた主噴射クランク角度ＰＣＡｍｎである（ＣＡ＝ＰＣＡｍｎ）か否かが判別される。ステップＳ１１４においてＣＡ＝ＰＣＡｍｎである判別されると、ステップＳ１１６に進んで予め定められた主噴射用開弁時間ｔｍｎだけ第ｎ気筒の燃料噴射弁を開弁し、処理を終了する。一方、ステップＳ１１４においてＣＡ≠ＰＣＡｍｎであると判別されると、ＣＡ＝ＰＣＡｍｎと判別されるまでステップＳ１１４が繰り返される。
【００２９】
次に図３のフローチャートを参照して本実施形態の主噴射燃料量算出制御を説明する。なお、図３においてｎは気筒番号を示し、１、３、４、２の順で変化する。まず、ステップＳ２１０においてアクセル踏込量センサ１９により検出されたアクセルペダル踏込量Ｄａが読み込まれ、ステップＳ２１２に進む。
ステップＳ２１２ではステップＳ２１０で読み込まれたアクセルペダル踏込量Ｄａに基づいて主噴射により第ｎ気筒内に供給すべき主噴射燃料量を燃料噴射弁から噴射するのに必要な燃料噴射弁の開弁時間ｔｍｐｎを算出し、ステップＳ２１４に進む。
ステップＳ２１４ではステップＳ２１２で算出した開弁時間ｔｍｐｎを主噴射用開弁時間ｔｍｎにセットし、処理を終了する。
【００３０】
次に図４のフローチャートを参照して本実施形態の副噴射実行制御を説明する。まず、ステップＳ３１０において現在のクランク角度ＣＡが第三気筒において副噴射を実行すべき予め定められた副噴射クランク角度ＣＡｓ３である（ＣＡ＝ＣＡｓ３）か否かが判別される。ステップＳ３１０においてＣＡ＝ＣＡｓ３である判別されると、ステップＳ３１２に進んで予め定められた副噴射用開弁時間ｔｓ３だけ第三気筒の第三燃料噴射弁２ｃを開弁し、処理を終了する。一方、ステップＳ３１０においてＣＡ≠ＣＡｓ３であると判別されると、ＣＡ＝ＣＡｓ３と判別されるまでステップＳ３１０が繰り返される。
【００３１】
次に図５のフローチャートを参照して本実施形態の副噴射燃料量算出制御を説明する。まず、ステップＳ４１０において上流側温度センサ１３により検出された上流側触媒温度ＴＵ、下流側温度センサ１４により検出された下流側触媒温度ＴＤ、吸気圧センサ５により検出された吸入空気圧Ｐｉ、クランク角度センサ６により検出されたクランク角度ＣＡおよび燃圧センサ３２により検出されたコモンレール３０内の燃圧Ｐｃを読み込み、ステップＳ４１２に進む。
【００３２】
ステップＳ４１２ではステップＳ４１０で読み込まれた吸入空気圧Ｐｉとクランク角度ＣＡとから単位時間当たりにＮＯX 触媒１２を通過する排気ガス量（以下、通過排気ガス量）ＱＥを算出し、ステップＳ４１４に進む。
ステップＳ４１４ではステップＳ４１２で算出された通過排気ガス量ＱＥとステップＳ４１０で読み込まれた燃圧Ｐｃとに基づいて副噴射により第三気筒♯３内に供給すべき副噴射燃料量を第三燃料噴射弁２ｃから噴射するのに必要な燃料噴射弁の開弁時間ｔｓｐ３と、ステップＳ４１０で読み込まれた上流側触媒温度ＴＵと下流側触媒温度ＴＤとに基づいて副噴射を実行すべきクランク角度ＣＡｓｐ３とを算出し、ステップＳ４１６に進む。
【００３３】
ステップＳ４１６ではステップＳ４１４で算出された開弁時間ｔｓｐ３に後述する触媒劣化診断制御において算出されるＨＣ供給量補正係数Ｋを掛けた値を予め定められた副噴射用開弁時間ｔｓ３にセットするとともにステップＳ４１４で算出されたクランク角度ＣＡｓｐ３を予め定められた副噴射クランク角度ＣＡｓ３にセットし、処理を終了する。
【００３４】
なお、上記実施形態では主噴射と同じ燃料噴射弁から浄化用ＨＣを供給したが、排気循環管が接続されていない排気枝管にＨＣ供給手段を別途設けて、このＨＣ供給手段から浄化用ＨＣを供給してもよい。
【００３５】
次に本実施形態の触媒劣化診断について説明する。本実施形態では初めに上流側温度センサ１３により上流端触媒温度を検出するとともに下流側温度センサ１４により下流端触媒温度を検出する。次にこれら上流端触媒温度と下流端触媒温度とを平均してＮＯX 触媒１２の温度を代表する触媒温度代表値を算出する。このようにＮＯX 触媒１２の触媒温度を上流端触媒温度と下流端触媒温度との平均から算出することにより、仮に一方の温度センサが極端に高い温度または低い温度を検出したときにも、ＮＯX 触媒１２を代表する触媒温度として適切な温度を算出することができる。
【００３６】
さらに上流側ＮＯX 濃度センサ２１により上流側ＮＯX 濃度を検出するとともに下流側ＮＯX 濃度センサ２２により下流側ＮＯX 濃度を検出する。次にこれら上流側ＮＯX 濃度と下流側ＮＯX 濃度とからＮＯX 触媒におけるＮＯX 浄化率を算出する。
【００３７】
本実施形態では次に上記触媒温度代表値に対応する標準ＮＯX 浄化率を読み込む。標準ＮＯX 浄化率はＮＯX 触媒１２が劣化していないときに当該触媒温度におけるＮＯX 触媒１２のＮＯX 浄化率である。上述したように、標準ＮＯX 浄化率は触媒温度により異なり（図８参照）、マップの形でＲＯＭに予め記憶されている。この標準ＮＯX 浄化率に１以下の浄化率補正係数を掛けて浄化率判定値を算出し、この浄化率判定値と上記算出されたＮＯX 浄化率とを比較し、ＮＯX 浄化率が浄化率判定値より低いときにＮＯX 触媒１２が劣化していると診断する。
【００３８】
ＮＯX 触媒１２が劣化していると診断されたときであって触媒温度代表値が適正温度範囲内で且つ予め定められた触媒再生温度より低いときには触媒の劣化度合いに応じてＮＯX 触媒１２に供給すべき浄化用ＨＣの量を補正し、本実施形態では、劣化度合いが大きくなるほど、すなわちＮＯX 浄化率が浄化率判定値より低くなるほど供給すべき浄化用ＨＣ量を少なくする。この制御はＮＯX 触媒１２が触媒金属のシンタリングあるいは未燃ＨＣなどの可溶性有機物質の触媒表面への付着により劣化した場合に有効である。こうすることによりＮＯX 触媒１２においてＮＯX の浄化作用に消費可能な量のＨＣのみがＮＯX 触媒１２に供給される。このため、ＨＣがＮＯX 触媒１２において消費されずにＮＯX 触媒１２を通過して外部に放出されてしまうことが防止される。なお、上記予め定められた触媒再生温度とはＮＯX 触媒１２内に流入したＨＣがＮＯX との浄化反応をせずにＮＯX 触媒１２内で燃焼する温度、すなわちＨＣ燃焼温度に設定される。
【００３９】
一方、ＮＯX 触媒１２が劣化していると診断されたときであって触媒温度代表値が予め定められた触媒再生温度より高いときにはＮＯX 触媒１２に供給すべき浄化用ＨＣ量をＮＯX 触媒１２が正常であるときに供給される浄化用ＨＣ量に比べて増大する。ＮＯX 触媒１２の触媒温度代表値が予め定められた触媒再生温度より高いため、ＮＯX 触媒１２内に流入したＨＣがＮＯX 触媒１２内において燃焼せしめられる。このとき、例えば、ＮＯX 触媒１２に付着して劣化の原因となっているＨＣも燃焼せしめられるため、ＮＯX 触媒１２の劣化が回復される。すなわち、この制御はＮＯX 触媒１２が未燃ＨＣなどの可溶性有機物質の触媒表面への付着により劣化した場合に有効である。
【００４０】
次に図６および図７のフローチャートを参照して本実施形態の触媒劣化診断制御を説明する。まず、図６のステップＳ５１０において上流側ＮＯX 濃度センサ２１により検出された上流側ＮＯX 濃度ＤＵと、下流側ＮＯX 濃度センサ２２により検出された下流側ＮＯX 濃度ＤＤとを読み込み、ステップＳ５１２に進む。ステップＳ５１２ではステップＳ５１０で読み込まれた上流側ＮＯX 濃度ＤＵと下流側ＮＯX 濃度ＤＤとに基づいてＮＯX 触媒１２におけるＮＯX 浄化率Ｒを算出し、ステップＳ５１４に進む。
ステップＳ５１４では上流側温度センサ１３により検出された上流端触媒温度ＴＵと、下流側温度センサ１４により検出された下流端触媒温度ＴＤとを読み込み、ステップＳ５１６に進む。
ステップＳ５１６ではステップＳ５１４で読み込まれた上流端触媒温度ＴＵと下流端触媒温度ＴＤとに基づいてＮＯX 触媒１２の触媒温度代表値Ｔを算出し、図７のステップＳ５１８に進む。
【００４１】
図７のステップＳ５１８ではステップＳ５１４で算出された触媒温度代表値Ｔが下限温度Ｔ１以上で且つ上限温度Ｔ２以下である（Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２）か否かが判別される。ステップＳ５１８においてＴ１≦Ｔ≦Ｔ２であると判別されると、ステップＳ５２０に進んでマップから触媒温度代表値Ｔに対応した標準ＮＯX 浄化率Ｒ０を読み込み、ステップＳ５２２に進む。一方、ステップＳ５１８においてＴ＜Ｔ１またはＴ＞Ｔ２であると判別されると、ステップＳ５３６に進む。
【００４２】
ステップＳ５２２ではステップＳ５１２で算出されたＮＯX 浄化率がステップＳ５２０で読み込まれた標準ＮＯX 浄化率Ｒ０に浄化率補正係数α（α＜１）を掛けた浄化率判定値以下である（Ｒ≦Ｒ０×α）か否かが判別される。ステップＳ５２２においてＲ≦Ｒ０×αであると判別されると、ステップＳ５２４に進んで劣化警報装置が作動され、次にステップＳ５２６に進んで劣化フラグがセットされ、ステップＳ５２８に進む。一方、ステップＳ５２２においてＲ＞Ｒ０×αであると判別されると、ステップＳ５３２に進んで劣化警報装置が停止され、次にステップＳ５３４に進んで劣化フラグがリセットされ、ステップＳ５３０に進んでＮＯX 浄化率に応じたＨＣ供給量補正係数Ｋをマップから読み込み、処理を終了する。
【００４３】
ステップＳ５３６では劣化フラグがセットされているか否かが判別される。ステップＳ５３６において劣化フラグがセットされていると判別されると、ステップＳ５２８に進む。一方、ステップＳ５３６において劣化フラグがリセットされていると判別されると、処理を終了する。
【００４４】
ステップＳ５２８では触媒温度代表値Ｔが予め定められた触媒再生温度Ｔ３以下である（Ｔ≦Ｔ３）か否かが判別される。ステップＳ５２８においてＴ≦Ｔ３であると判別されると、ステップＳ５３０に進んでＮＯX 浄化率に応じたＨＣ供給量補正係数Ｋを読み込み、処理を終了する。一方、ステップＳ５２８においてＴ＞Ｔ３であると判別されると、ステップＳ５３８に進んでＨＣ供給量補正係数Ｋに定数β（β＞１）をセットし、処理を終了する。
【００４５】
なお、リーン状態において排気ガス中のＮＯX を吸蔵しておき、排気ガス中のＨＣ濃度がリーン状態のときよりも高くなったときに、吸蔵されていたＮＯX を放出してＨＣと反応させてＮＯX を浄化する触媒に本発明を適用することもできる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、触媒が劣化すると、供給すべき還元剤の量が少なくされる。触媒が劣化すると、その浄化率は低下する。ここで、本発明によれば、触媒の劣化により低下した浄化率に見合う量の還元材を供給するため、還元剤が触媒において浄化に用いられずに外部に放出されてしまうことが防止され、還元剤の無駄が省かれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の内燃機関の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態の予噴射・主噴射実行制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態の主噴射燃料量算出制御を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態の副噴射実行制御を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態の副噴射燃料量算出制御を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態の触媒劣化診断制御を示すフローチャートの一部である。
【図７】本発明の実施形態の触媒劣化診断制御を示すフローチャートの一部である。
【図８】ＮＯX 触媒の触媒温度とＮＯX 浄化率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
５…吸気圧センサ
１２…ＮＯX 触媒
１３…上流側温度センサ
１４…下流側温度センサ
２１…上流側ＮＯX 濃度センサ
２２…下流側ＮＯX 濃度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の触媒劣化診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気筒内の混合気の空燃比が非常に大きいために混合気の空燃比が理論空燃比であるときよりも多量の酸素が排気ガス中に含まれている状態（以下、リーン状態）において、炭化水素（以下、ＨＣ）を触媒表面に吸着してＨＣの活性種を生成し、このＨＣの活性種とＮＯX とを反応させることにより内燃機関から排出された窒素酸化物（以下、ＮＯX ）を浄化するＮＯX 選択還元触媒（以下、ＮＯX 触媒）が公知である。通常、リーン状態の排気ガス中にＨＣは殆ど含まれていないため、ＮＯX 触媒には浄化用のＨＣが供給される。
【０００３】
ところで、ＮＯX 触媒を使用しているうちに例えばＮＯX 触媒に供給した浄化用ＨＣが触媒表面に付着してＮＯX 触媒が劣化する。劣化したＮＯX 触媒ではＮＯX 浄化作用が行われない。このため、ＮＯX 触媒が劣化しているか否かをＮＯX 触媒の使用中に診断する必要がある。例えば、特開平７−５４６４１号では、ＮＯX 触媒に流入する排気ガス中のＮＯX 濃度とＮＯX 触媒から流出する排気ガス中のＮＯX 濃度との比からＮＯX 触媒におけるＮＯX 浄化率を算出し、この算出されたＮＯX 浄化率が機関負荷に応じて変化する浄化率判定値より小さくなったときにＮＯX 触媒が劣化していると診断している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的にＮＯX 触媒におけるＮＯX 浄化率はその触媒温度に応じて変化する。したがって特開平７−５４６４１号に開示されているようにＮＯX 浄化率を触媒温度に直接は関係のない機関負荷に応じて変化する浄化率判定値と比較しても、正確にＮＯX 触媒の劣化を診断することはできない。したがって本発明の目的は触媒の劣化を正確に診断することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために一番目の発明によれば、排気通路に配置された触媒と、該触媒に排気ガスを浄化するための還元剤を供給する還元剤供給手段とを具備し、前記触媒がその温度により異なる浄化率を有する内燃機関の触媒劣化診断装置において、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記触媒における浄化率を検出する浄化率検出手段とを具備し、前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度に対応した浄化率判定値と前記浄化率検出手段により検出された浄化率とに基づいて触媒の劣化を診断し、触媒が劣化していると診断されたときに前記還元剤供給手段により供給すべき還元剤の量を少なくする還元剤量補正手段をさらに具備する。
【０００６】
上記課題を解決するために二番目の発明によれば、排気通路に配置された触媒と、該触媒に排気ガスを浄化するための還元剤を供給する還元剤供給手段とを具備し、前記触媒がその温度により異なる浄化率を有する内燃機関の触媒劣化診断装置において、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記触媒における浄化率を検出する浄化率検出手段とを具備し、前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度に対応した浄化率判定値と前記浄化率検出手段により検出された浄化率とに基づいて触媒の劣化を診断し、前記触媒が劣化していると診断され且つ該触媒の温度が該触媒が排気ガスを浄化することができる温度範囲内にあるときに前記還元剤供給手段により供給すべき還元剤の量を少なくする還元剤量補正手段をさらに具備する。
【０００７】
上記課題を解決するために三番目の発明によれば、排気通路に配置された触媒と、該触媒に排気ガスを浄化するための還元剤を供給する還元剤供給手段とを具備し、前記触媒がその温度により異なる浄化率を有する内燃機関の触媒劣化診断装置において、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記触媒における浄化率を検出する浄化率検出手段とを具備し、前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度に対応した浄化率判定値と前記浄化率検出手段により検出された浄化率とに基づいて触媒の劣化を診断し、前記触媒が劣化していると診断され且つ該触媒の温度が該触媒が排気ガスを浄化することができる温度範囲内にあって排気ガスを浄化するのに還元剤を消費せずに燃焼させてしまう温度以下にあるときに前記還元剤供給手段により供給すべき還元剤の量を少なくする還元剤量補正手段をさらに具備する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態の内燃機関の構成を示す図である。図１において、１は機関本体、♯１、♯２、♯３および♯４はそれぞれ機関本体１内に形成された第一気筒、第二気筒、第三気筒および第四気筒、２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄはそれぞれ対応する気筒♯１〜♯４内に機関駆動用燃料および排気ガス浄化用燃料を供給するための第一燃料噴射弁、第二燃料噴射弁、第三燃料噴射弁および第四燃料噴射弁、３はインテークマニホルド４を介して機関本体１に接続された吸気通路である。インテークマニホルド４には各気筒♯１〜♯４に導入される吸入空気量を算出するために吸入空気圧を検出するための吸気圧センサ５が取り付けられる。
【００１２】
また、本実施形態の内燃機関はクランク角を検出するクランク角センサ６を具備する。クランク角センサ６により検出されたクランク角に基づいて機関回転数が算出される。さらに本実施形態の内燃機関はアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル踏込量センサ１９を具備する。各燃料噴射弁２ａ〜２ｄはこれら燃料噴射弁２ａ〜２ｄに共通の燃料分配手段、すなわちコモンレール３０に接続される。コモンレール３０はポンプＰを介して燃料タンク３１に接続される。コモンレール３０内にはポンプＰにより予め定められた圧力に加圧された燃料が蓄積される。また、コモンレール３０にはコモンレール３０内の燃料の圧力を検出するための圧力検出手段として燃圧センサ３２が取り付けられる。
【００１３】
第一気筒♯１、第二気筒♯２、第三気筒♯３および第四気筒♯４にはそれぞれ対応して第一排気枝管７ａ、第二排気枝管７ｂ、第三排気枝管７ｃおよび第四排気枝管７ｄが接続される。第一排気枝管７ａと第二排気枝管７ｂと第四排気枝管７ｄとは機関本体１の下流側の上流側合流部８において合流せしめられ、集合管９に接続される。集合管９と第三排気枝管７ｃとは上流側合流部８のさらに下流側の下流側合流部１０において互いに略平行な方向に排気ガスを排出するように合流せしめられる。このように排気系を構成することにより、集合管９から排出された排気ガスが第三排気ガス７ｃ内に流入することが抑制される。また、第三排気枝管７ｃから排出された排気ガスが集合管９内に流入することが抑制される。なお、本明細書において『上流』および『下流』とは排気ガスの流れに沿って用いる。
【００１４】
本実施形態の内燃機関は吸入される空気量を増大するために吸入空気を過給する過給機１１を具備する。過給機１１はインテークマニホルド４の上流側の吸気通路３内に配置された吸気側タービンホイール１１ａと、下流側合流部１０の下流側の排気通路２０内に配置された排気側タービンホイール１１ｂとを具備する。本実施形態では各気筒から排出された排気ガスが合流する位置に排気側タービンホイール１１ｂが配置されているため、排気側タービンホイール１１ｂを通過する排気ガス量が多く、過給機１１の過給効果を最大限に維持することができる。また、下流側合流部１０が排気側タービンホイール１１ｂの近傍に位置し、且つ、排気側タービンホイール１１ｂの慣性回転運動により排気ガスが下流側への排出されるため、集合管９から排出された排気ガスが第三排気ガス７ｃ内に流入することがさらに抑制され、また、第三排気枝管７ｃから排出された排気ガスが集合管９内に流入することがさらに抑制される。
【００１５】
吸気側タービンホイール１１ａと排気側タービンホイール１１ｂとは一つのシャフト１１ｃにより互いに連結される。排気側タービンホイール１１ｂはこの排気側タービンホイール１１ｂの回転面と平行な方向から排気ガスを受けて回転せしめられ、回転面に対して垂直な方向へ向けて排気ガスを排出する。一方、吸気側タービンホイール１１ａは排気側タービンホイール１１ｂの回転に伴い回転せしめられ、この吸気側タービンホイール１１ａの回転面に対して垂直な方向から空気を引き込み、回転面と平行な方向へ向けて吸入空気を送りだす。
【００１６】
排気側タービンホイール１１ｂの下流側の排気通路２０には内燃機関から排出される窒素酸化物（以下、ＮＯX ）を浄化するための排気浄化触媒１２が配置される。本実施形態の排気浄化触媒１２は、気筒内の混合気の空燃比が非常に大きいために混合気の空燃比が理論空燃比であるときよりも多量の酸素が排気ガス中に含まれている状態（以下、リーン状態）において、還元剤として炭化水素（以下、ＨＣ）を触媒表面に吸着してＨＣの活性種を生成し、このＨＣの活性種とＮＯX とを反応させることによりＮＯX を浄化するＮＯX 選択還元触媒（以下、ＮＯX 触媒）である。
【００１７】
ＮＯX 触媒１２はその触媒温度に応じてＮＯX 浄化率が変化する（図８参照）。すなわち触媒温度が下限温度Ｔ１を越えると徐々にＮＯX 浄化率が上昇し、最適温度ＴｍにおいてＮＯX 浄化率が最も高くなり、最適温度Ｔｍを越えると徐々にＮＯX 浄化率が低下し、上限温度Ｔ２を越えるとＮＯX 触媒１２において浄化作用が行われなくなる。このようにＮＯX 触媒１２は浄化作用を行うことができる適正温度範囲を有する。
【００１８】
ＮＯX 触媒１２の上流端部分にはこの上流端部分の温度（以下、上流端温度）を検出する上流側温度センサ１３が配置され、ＮＯX 触媒１２の下流端部分にはこの下流側部分の温度（以下、下流端温度）を検出する下流側温度センサ１４が配置される。また、ＮＯX 触媒１２の上流側の排気通路２０にはＮＯX 触媒１２に流入する排気ガス中のＮＯX 濃度（以下、上流側ＮＯX 濃度）を検出する上流側ＮＯX 濃度センサ２１が配置され、ＮＯX 触媒１２の下流側の排気通路２０にはＮＯX 触媒１２から流出する排気ガス中のＮＯX 濃度（以下、下流側ＮＯX 濃度）を検出する下流側ＮＯX 濃度センサ２２が配置される。
【００１９】
第四排気枝管７ｄには排気ガスを吸入空気中に導入するための排気循環管１５が接続される。排気循環管１５の他端はインテークマニホルド４に接続される。排気循環管１５には吸入空気中への排気ガスの導入の有無を制御するための排気循環弁１６が配置される。排気循環弁１６は三方弁１７を介して吸引ポンプ１８および大気に連通される。排気循環弁１６は機関運転状態に応じて開閉制御される。三方弁１７により排気循環弁１６と大気とが連通せしめられると排気循環弁１６内に大気圧がかかり排気循環弁１６は閉弁せしめられ、排気ガスは吸入空気中に導入されない。一方、三方弁１７により排気循環弁１６と吸引ポンプ１８とが連通せしめられると排気循環弁１６内に負圧がかかり排気循環弁１６が開弁せしめられ、排気ガスが吸入空気中に導入される。
【００２０】
気筒内におけるＮＯX 生成量は燃焼時の火炎伝播速度が速いほど多くなる。また、気筒内におけるＮＯX 生成量は燃焼時の燃焼温度が高いほど多くなる。一方、不活性ガスは燃焼時の火炎伝播速度を遅くする。したがって燃焼時の火炎伝播速度は吸入空気中の不活性ガス量が多いほど遅くなる。また、不活性ガスは燃焼時の熱を吸収する。したがって燃焼時の燃焼温度は吸入空気中の不活性ガス量が多いほど低くなる。このため、二酸化炭素や水分といった不活性ガスを含んだ排気ガスが吸入空気に導入されると、燃焼時の火炎伝播速度が遅くなり且つ燃焼時の燃焼温度が低く維持されるため、気筒内の燃焼に伴うＮＯX の生成が抑制される。
【００２１】
図１において制御装置（ＥＣＵ）４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１を介して相互に接続されたＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４２、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）４３、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４４、Ｂ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）４５、入力ポート４６、出力ポート４７およびクロック発生器４８を具備する。吸気圧センサ５、上流側温度センサ１３、下流側温度センサ１４、上流側ＮＯX 濃度センサ２１、下流側ＮＯX 濃度センサ２２および燃圧センサ３２の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４９を介して入力ポート４６に入力される。また、クランク角センサ６の出力電圧は直接入力ポート４６に入力される。さらにアクセル踏込量センサ１９の出力電圧は対応するＡＤ変換器４９を介して入力ポート４６に入力される。一方、出力ポート４７はそれぞれ対応する駆動回路５０を介して各燃料噴射弁２ａ〜２ｄおよび三方弁１７に接続される。
【００２２】
次に本実施形態の内燃機関の作動について説明する。初めに各気筒♯１〜♯４の圧縮行程の予め定められたクランク角度においてコモンレール３０内の燃圧が燃圧センサ３２により検出される。次に各気筒♯１〜♯４の圧縮上死点の直前において予噴射が実行され、各燃料噴射弁２ａ〜２ｄから予め定められた量の燃料が噴射される。予噴射は気筒内におけるＮＯX 生成量の低減および気筒において生じる騒音の低減のために実行される噴射である。
【００２３】
次に予噴射により供給された燃料が気筒内において着火した後の圧縮上死点付近の予め定められたクランク角度において主噴射が実行される。主噴射は機関を駆動するための燃料を供給するために実行される噴射である。主噴射により各燃料噴射弁２ａ〜２ｄから噴射すべき主噴射燃料量はアクセル踏込量センサ１９により検出されたアクセルペダル踏込量に基づいて決定され、アクセルペダル踏込量が大きくなるほど主噴射により噴射すべき燃料量は多くなる。
【００２４】
なお、予噴射および主噴射により各燃料噴射弁２ａ〜２ｄから噴射すべき予噴射燃料量および主噴射燃料量を供給するために各燃料噴射弁２ａ〜２ｄを開弁する開弁時間はコモンレール３０内の燃圧に基づいて決定され、燃圧が高いほど開弁時間は短くなる。また、各気筒における予噴射および主噴射は第一気筒♯１、第三気筒♯３、第四気筒♯４、第二気筒♯２の順で実行される。
【００２５】
さらに本実施形態では第三気筒♯３において主噴射が実行された後に該主噴射とは別個に副噴射を実行し、第三燃料噴射弁２ｃからＮＯX 触媒１２に燃料、すなわちＨＣを供給する。上述したように、ＮＯX 触媒１２に供給されたＨＣは触媒表面に吸着して活性種とされ、ＮＯX を浄化する。したがってＨＣによりＮＯX を浄化するには或る時間を要する。すなわち、ＮＯX を浄化するためにはＨＣおよびＮＯX が上記或る時間だけＮＯX 触媒１２内に留まっている必要がある。ＨＣおよびＮＯX がＮＯX 触媒１２内に留まっている時間（以下、滞留時間）は単位時間当たりにＮＯX 触媒１２を通過する排気ガス量（以下、通過排気ガス量）により決まり、通過排気ガス量が多いほど滞留時間は短くなる。したがって本実施形態では、ＮＯX 触媒１２に供給すべき燃料量は通過排気ガス量に基づいて算出され、通過排気ガス量が多いほどＮＯX 触媒１２内で浄化反応可能な燃料量は少なくなると判断してＮＯX 触媒１２に供給する燃料量を少なくする。
【００２６】
なお、ＮＯX 触媒１２に供給すべき燃料量を吸気圧センサ５およびクランク角センサ６の出力から推定した機関からのＮＯX 排出量に基づいて算出してもよい。また、副噴射の実行時期は上流側温度センサ１３の出力から推定した第三気筒♯３内の温度およびコモンレール３０内の燃圧に基づいて決定され、熱分解されたＨＣが多く必要なほど筒内温度が高い時期に副噴射を実行し、また、燃圧が予め定められた圧力より高い時期に副噴射を実行する。さらに副噴射により第三燃料噴射弁２ｃから噴射すべき副噴射燃料量を供給するために第三燃料噴射弁２ｃを開弁する開弁時間はコモンレール３０内の燃圧に基づいて決定され、燃圧が高いほど開弁時間は短くなる。
【００２７】
次に図２のフローチャートを参照して本実施形態の予噴射・主噴射実行制御を説明する。なお、図２においてｎは気筒番号を示し、１、３、４、２の順で変化する。まず、ステップＳ１１０において現在のクランク角度ＣＡが第ｎ気筒において予噴射を実行すべき予め定められた予噴射クランク角度ＰＣＡｐｎである（ＣＡ＝ＰＣＡｐｎ）か否かが判別される。ステップＳ１１０においてＣＡ＝ＰＣＡｐｎである判別されると、ステップＳ１１２に進んで予め定められた予噴射用開弁時間ｔｐｎだけ第ｎ気筒の燃料噴射弁を開弁し、ステップＳ１１４に進む。一方、ステップＳ１１０においてＣＡ≠ＰＣＡｐｎであると判別されると、ＣＡ＝ＰＣＡｐｎと判別されるまでステップＳ１１０が繰り返される。
【００２８】
ステップＳ１１４では現在のクランク角度ＣＡが第ｎ気筒において主噴射を実行すべき予め定められた主噴射クランク角度ＰＣＡｍｎである（ＣＡ＝ＰＣＡｍｎ）か否かが判別される。ステップＳ１１４においてＣＡ＝ＰＣＡｍｎである判別されると、ステップＳ１１６に進んで予め定められた主噴射用開弁時間ｔｍｎだけ第ｎ気筒の燃料噴射弁を開弁し、処理を終了する。一方、ステップＳ１１４においてＣＡ≠ＰＣＡｍｎであると判別されると、ＣＡ＝ＰＣＡｍｎと判別されるまでステップＳ１１４が繰り返される。
【００２９】
次に図３のフローチャートを参照して本実施形態の主噴射燃料量算出制御を説明する。なお、図３においてｎは気筒番号を示し、１、３、４、２の順で変化する。まず、ステップＳ２１０においてアクセル踏込量センサ１９により検出されたアクセルペダル踏込量Ｄａが読み込まれ、ステップＳ２１２に進む。
ステップＳ２１２ではステップＳ２１０で読み込まれたアクセルペダル踏込量Ｄａに基づいて主噴射により第ｎ気筒内に供給すべき主噴射燃料量を燃料噴射弁から噴射するのに必要な燃料噴射弁の開弁時間ｔｍｐｎを算出し、ステップＳ２１４に進む。
ステップＳ２１４ではステップＳ２１２で算出した開弁時間ｔｍｐｎを主噴射用開弁時間ｔｍｎにセットし、処理を終了する。
【００３０】
次に図４のフローチャートを参照して本実施形態の副噴射実行制御を説明する。まず、ステップＳ３１０において現在のクランク角度ＣＡが第三気筒において副噴射を実行すべき予め定められた副噴射クランク角度ＣＡｓ３である（ＣＡ＝ＣＡｓ３）か否かが判別される。ステップＳ３１０においてＣＡ＝ＣＡｓ３である判別されると、ステップＳ３１２に進んで予め定められた副噴射用開弁時間ｔｓ３だけ第三気筒の第三燃料噴射弁２ｃを開弁し、処理を終了する。一方、ステップＳ３１０においてＣＡ≠ＣＡｓ３であると判別されると、ＣＡ＝ＣＡｓ３と判別されるまでステップＳ３１０が繰り返される。
【００３１】
次に図５のフローチャートを参照して本実施形態の副噴射燃料量算出制御を説明する。まず、ステップＳ４１０において上流側温度センサ１３により検出された上流側触媒温度ＴＵ、下流側温度センサ１４により検出された下流側触媒温度ＴＤ、吸気圧センサ５により検出された吸入空気圧Ｐｉ、クランク角度センサ６により検出されたクランク角度ＣＡおよび燃圧センサ３２により検出されたコモンレール３０内の燃圧Ｐｃを読み込み、ステップＳ４１２に進む。
【００３２】
ステップＳ４１２ではステップＳ４１０で読み込まれた吸入空気圧Ｐｉとクランク角度ＣＡとから単位時間当たりにＮＯX 触媒１２を通過する排気ガス量（以下、通過排気ガス量）ＱＥを算出し、ステップＳ４１４に進む。
ステップＳ４１４ではステップＳ４１２で算出された通過排気ガス量ＱＥとステップＳ４１０で読み込まれた燃圧Ｐｃとに基づいて副噴射により第三気筒♯３内に供給すべき副噴射燃料量を第三燃料噴射弁２ｃから噴射するのに必要な燃料噴射弁の開弁時間ｔｓｐ３と、ステップＳ４１０で読み込まれた上流側触媒温度ＴＵと下流側触媒温度ＴＤとに基づいて副噴射を実行すべきクランク角度ＣＡｓｐ３とを算出し、ステップＳ４１６に進む。
【００３３】
ステップＳ４１６ではステップＳ４１４で算出された開弁時間ｔｓｐ３に後述する触媒劣化診断制御において算出されるＨＣ供給量補正係数Ｋを掛けた値を予め定められた副噴射用開弁時間ｔｓ３にセットするとともにステップＳ４１４で算出されたクランク角度ＣＡｓｐ３を予め定められた副噴射クランク角度ＣＡｓ３にセットし、処理を終了する。
【００３４】
なお、上記実施形態では主噴射と同じ燃料噴射弁から浄化用ＨＣを供給したが、排気循環管が接続されていない排気枝管にＨＣ供給手段を別途設けて、このＨＣ供給手段から浄化用ＨＣを供給してもよい。
【００３５】
次に本実施形態の触媒劣化診断について説明する。本実施形態では初めに上流側温度センサ１３により上流端触媒温度を検出するとともに下流側温度センサ１４により下流端触媒温度を検出する。次にこれら上流端触媒温度と下流端触媒温度とを平均してＮＯX 触媒１２の温度を代表する触媒温度代表値を算出する。このようにＮＯX 触媒１２の触媒温度を上流端触媒温度と下流端触媒温度との平均から算出することにより、仮に一方の温度センサが極端に高い温度または低い温度を検出したときにも、ＮＯX 触媒１２を代表する触媒温度として適切な温度を算出することができる。
【００３６】
さらに上流側ＮＯX 濃度センサ２１により上流側ＮＯX 濃度を検出するとともに下流側ＮＯX 濃度センサ２２により下流側ＮＯX 濃度を検出する。次にこれら上流側ＮＯX 濃度と下流側ＮＯX 濃度とからＮＯX 触媒におけるＮＯX 浄化率を算出する。
【００３７】
本実施形態では次に上記触媒温度代表値に対応する標準ＮＯX 浄化率を読み込む。標準ＮＯX 浄化率はＮＯX 触媒１２が劣化していないときに当該触媒温度におけるＮＯX 触媒１２のＮＯX 浄化率である。上述したように、標準ＮＯX 浄化率は触媒温度により異なり（図８参照）、マップの形でＲＯＭに予め記憶されている。この標準ＮＯX 浄化率に１以下の浄化率補正係数を掛けて浄化率判定値を算出し、この浄化率判定値と上記算出されたＮＯX 浄化率とを比較し、ＮＯX 浄化率が浄化率判定値より低いときにＮＯX 触媒１２が劣化していると診断する。
【００３８】
ＮＯX 触媒１２が劣化していると診断されたときであって触媒温度代表値が適正温度範囲内で且つ予め定められた触媒再生温度より低いときには触媒の劣化度合いに応じてＮＯX 触媒１２に供給すべき浄化用ＨＣの量を補正し、本実施形態では、劣化度合いが大きくなるほど、すなわちＮＯX 浄化率が浄化率判定値より低くなるほど供給すべき浄化用ＨＣ量を少なくする。この制御はＮＯX 触媒１２が触媒金属のシンタリングあるいは未燃ＨＣなどの可溶性有機物質の触媒表面への付着により劣化した場合に有効である。こうすることによりＮＯX 触媒１２においてＮＯX の浄化作用に消費可能な量のＨＣのみがＮＯX 触媒１２に供給される。このため、ＨＣがＮＯX 触媒１２において消費されずにＮＯX 触媒１２を通過して外部に放出されてしまうことが防止される。なお、上記予め定められた触媒再生温度とはＮＯX 触媒１２内に流入したＨＣがＮＯX との浄化反応をせずにＮＯX 触媒１２内で燃焼する温度、すなわちＨＣ燃焼温度に設定される。
【００３９】
一方、ＮＯX 触媒１２が劣化していると診断されたときであって触媒温度代表値が予め定められた触媒再生温度より高いときにはＮＯX 触媒１２に供給すべき浄化用ＨＣ量をＮＯX 触媒１２が正常であるときに供給される浄化用ＨＣ量に比べて増大する。ＮＯX 触媒１２の触媒温度代表値が予め定められた触媒再生温度より高いため、ＮＯX 触媒１２内に流入したＨＣがＮＯX 触媒１２内において燃焼せしめられる。このとき、例えば、ＮＯX 触媒１２に付着して劣化の原因となっているＨＣも燃焼せしめられるため、ＮＯX 触媒１２の劣化が回復される。すなわち、この制御はＮＯX 触媒１２が未燃ＨＣなどの可溶性有機物質の触媒表面への付着により劣化した場合に有効である。
【００４０】
次に図６および図７のフローチャートを参照して本実施形態の触媒劣化診断制御を説明する。まず、図６のステップＳ５１０において上流側ＮＯX 濃度センサ２１により検出された上流側ＮＯX 濃度ＤＵと、下流側ＮＯX 濃度センサ２２により検出された下流側ＮＯX 濃度ＤＤとを読み込み、ステップＳ５１２に進む。ステップＳ５１２ではステップＳ５１０で読み込まれた上流側ＮＯX 濃度ＤＵと下流側ＮＯX 濃度ＤＤとに基づいてＮＯX 触媒１２におけるＮＯX 浄化率Ｒを算出し、ステップＳ５１４に進む。
ステップＳ５１４では上流側温度センサ１３により検出された上流端触媒温度ＴＵと、下流側温度センサ１４により検出された下流端触媒温度ＴＤとを読み込み、ステップＳ５１６に進む。
ステップＳ５１６ではステップＳ５１４で読み込まれた上流端触媒温度ＴＵと下流端触媒温度ＴＤとに基づいてＮＯX 触媒１２の触媒温度代表値Ｔを算出し、図７のステップＳ５１８に進む。
【００４１】
図７のステップＳ５１８ではステップＳ５１４で算出された触媒温度代表値Ｔが下限温度Ｔ１以上で且つ上限温度Ｔ２以下である（Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２）か否かが判別される。ステップＳ５１８においてＴ１≦Ｔ≦Ｔ２であると判別されると、ステップＳ５２０に進んでマップから触媒温度代表値Ｔに対応した標準ＮＯX 浄化率Ｒ０を読み込み、ステップＳ５２２に進む。一方、ステップＳ５１８においてＴ＜Ｔ１またはＴ＞Ｔ２であると判別されると、ステップＳ５３６に進む。
【００４２】
ステップＳ５２２ではステップＳ５１２で算出されたＮＯX 浄化率がステップＳ５２０で読み込まれた標準ＮＯX 浄化率Ｒ０に浄化率補正係数α（α＜１）を掛けた浄化率判定値以下である（Ｒ≦Ｒ０×α）か否かが判別される。ステップＳ５２２においてＲ≦Ｒ０×αであると判別されると、ステップＳ５２４に進んで劣化警報装置が作動され、次にステップＳ５２６に進んで劣化フラグがセットされ、ステップＳ５２８に進む。一方、ステップＳ５２２においてＲ＞Ｒ０×αであると判別されると、ステップＳ５３２に進んで劣化警報装置が停止され、次にステップＳ５３４に進んで劣化フラグがリセットされ、ステップＳ５３０に進んでＮＯX 浄化率に応じたＨＣ供給量補正係数Ｋをマップから読み込み、処理を終了する。
【００４３】
ステップＳ５３６では劣化フラグがセットされているか否かが判別される。ステップＳ５３６において劣化フラグがセットされていると判別されると、ステップＳ５２８に進む。一方、ステップＳ５３６において劣化フラグがリセットされていると判別されると、処理を終了する。
【００４４】
ステップＳ５２８では触媒温度代表値Ｔが予め定められた触媒再生温度Ｔ３以下である（Ｔ≦Ｔ３）か否かが判別される。ステップＳ５２８においてＴ≦Ｔ３であると判別されると、ステップＳ５３０に進んでＮＯX 浄化率に応じたＨＣ供給量補正係数Ｋを読み込み、処理を終了する。一方、ステップＳ５２８においてＴ＞Ｔ３であると判別されると、ステップＳ５３８に進んでＨＣ供給量補正係数Ｋに定数β（β＞１）をセットし、処理を終了する。
【００４５】
なお、リーン状態において排気ガス中のＮＯX を吸蔵しておき、排気ガス中のＨＣ濃度がリーン状態のときよりも高くなったときに、吸蔵されていたＮＯX を放出してＨＣと反応させてＮＯX を浄化する触媒に本発明を適用することもできる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、触媒が劣化すると、供給すべき還元剤の量が少なくされる。触媒が劣化すると、その浄化率は低下する。ここで、本発明によれば、触媒の劣化により低下した浄化率に見合う量の還元材を供給するため、還元剤が触媒において浄化に用いられずに外部に放出されてしまうことが防止され、還元剤の無駄が省かれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の内燃機関の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態の予噴射・主噴射実行制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態の主噴射燃料量算出制御を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態の副噴射実行制御を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態の副噴射燃料量算出制御を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態の触媒劣化診断制御を示すフローチャートの一部である。
【図７】本発明の実施形態の触媒劣化診断制御を示すフローチャートの一部である。
【図８】ＮＯX 触媒の触媒温度とＮＯX 浄化率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
５…吸気圧センサ
１２…ＮＯX 触媒
１３…上流側温度センサ
１４…下流側温度センサ
２１…上流側ＮＯX 濃度センサ
２２…下流側ＮＯX 濃度センサ
Claims (3)
- 排気通路に配置された触媒と、該触媒に排気ガスを浄化するための還元剤を供給する還元剤供給手段とを具備し、前記触媒がその温度により異なる浄化率を有する内燃機関の触媒劣化診断装置において、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記触媒における浄化率を検出する浄化率検出手段とを具備し、前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度に対応した浄化率判定値と前記浄化率検出手段により検出された浄化率とに基づいて触媒の劣化を診断し、触媒が劣化していると診断されたときに前記還元剤供給手段により供給すべき還元剤の量を少なくする還元剤量補正手段をさらに具備することを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置。
- 排気通路に配置された触媒と、該触媒に排気ガスを浄化するための還元剤を供給する還元剤供給手段とを具備し、前記触媒がその温度により異なる浄化率を有する内燃機関の触媒劣化診断装置において、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記触媒における浄化率を検出する浄化率検出手段とを具備し、前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度に対応した浄化率判定値と前記浄化率検出手段により検出された浄化率とに基づいて触媒の劣化を診断し、前記触媒が劣化していると診断され且つ該触媒の温度が該触媒が排気ガスを浄化することができる温度範囲内にあるときに前記還元剤供給手段により供給すべき還元剤の量を少なくする還元剤量補正手段をさらに具備することを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置。
- 排気通路に配置された触媒と、該触媒に排気ガスを浄化するための還元剤を供給する還元剤供給手段とを具備し、前記触媒がその温度により異なる浄化率を有する内燃機関の触媒劣化診断装置において、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記触媒における浄化率を検出する浄化率検出手段とを具備し、前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度に対応した浄化率判定値と前記浄化率検出手段により検出された浄化率とに基づいて触媒の劣化を診断し、前記触媒が劣化していると診断され且つ該触媒の温度が該触媒が排気ガスを浄化することができる温度範囲内にあって排気ガスを浄化するのに還元剤を消費せずに燃焼させてしまう温度以下にあるときに前記還元剤供給手段により供給すべき還元剤の量を少なくする還元剤量補正手段をさらに具備することを特徴とする内燃機関の触媒劣化診断装置。
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