JP3988594B2

JP3988594B2 - NOx detection device and exhaust purification device

Info

Publication number: JP3988594B2
Application number: JP2002258341A
Authority: JP
Inventors: 雅之黒木; 雅之鐵野; 誠治三好
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: JP2004092608A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン等の燃焼手段から排出される排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を検出するＮＯｘ検出装置と、これを用いて排気ガスからＮＯｘを除去するための排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス中のＮＯｘを低減する方法として、排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気ガス再循環（ＥＧＲ）制御や点火時期を遅角させる点火時期制御等のＮＯｘ量制御手段による方法のほかに、排気ガス中の酸素濃度が高い状態で排気ガス中のＮＯｘを吸着し、排気ガス中の酸素濃度が低くなると吸着していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸着触媒などのＮＯｘ浄化手段による方法が知られている。
【０００３】
このうち、ＮＯｘ吸着触媒などのＮＯｘ浄化手段には、ＮＯｘ吸着量に限界があり、ＮＯｘ浄化手段が飽和量までＮＯｘを吸着すると、エンジンをリーンバーンによる運転状態から、理論空燃比近傍での運転状態に移行する等して排気ガス中の酸素濃度を低下させ、ＮＯｘ浄化手段からＮＯｘを放出させるとともに、これを還元して浄化する処理が行われるとともに、ＮＯｘ浄化手段の下流側に設けられたＮＯｘセンサによって下流側のＮＯｘ量を検出し、この検出結果に基づいて、ＮＯｘ浄化手段の劣化状態を診断する装置が知られている（特開２０００−３３７１３１）。
【０００４】
しかし、理論空燃比近傍の酸素濃度の領域では、ＮＯｘセンサに設けられたＮＯｘを検出する検出素子を保護するための金属カバーに含まれる金属が、触媒として作用し、検出すべきＮＯｘを排気ガス中に含まれるＣＯ、Ｈ２、ＨＣ等の還元剤と反応させてしまい、上記検出素子に到達するＮＯｘが減少すること等により、ＮＯｘセンサによるＮＯｘ検出の精度が低下し、延いては上記浄化手段の劣化や故障といった機能状態の診断の精度が低下するという問題があった。
【０００５】
上記問題を解消するため、本出願人らは、上記ＮＯｘセンサによりＮＯｘ浄化手段の劣化を診断する場合には、ＮＯｘ検出の精度が高い、理論空燃比よりもリッチ状態の空燃比へ移行させて劣化診断を実施する排気浄化装置を提案している（特願２００２−１７３９８４号参照）。
【０００６】
しかし、上記提案によれば、吸着したＮＯｘを放出するため、リーンバーンによる運転状態から、上記劣化診断のための酸素濃度領域へ移行する際、ＮＯｘ検出の精度が低下する理論空燃比近傍での運転状態を経由するため、この運転状態においてＮＯｘの検出精度が低下し、その結果、上記劣化診断の精度が低下することとなり、この点でさらなる改善が要求されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような状況においてなされたものであり、排気ガスに含まれるＮＯｘを精度良く検出し、これにより、ＮＯｘ浄化装置の機能状態を、精度良く判断することが出来る排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の構成によるＮＯｘ検出装置は、燃焼手段から排出される排気ガスが流通する排気ガス通路に配置され、上記排気ガス中のＮＯｘを検出する検出素子と該検出素子を覆いかつ該排気ガス中のＮＯｘと還元剤との反応に対して触媒機能を有する金属製のカバーとからなるＮＯｘセンサ、を備えたＮＯｘ検出装置であって、上記排気ガス通路に配置され、上記ＮＯｘセンサに到達する排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、該酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度が、上記金属製のカバーの触媒機能によって上記ＮＯｘセンサの出力値に誤差が生じる範囲内にある時は、上記ＮＯｘセンサの出力値に基づいて、ＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ推定手段と、からなり、上記ＮＯｘ推定手段は、上記酸素濃度が上記範囲内にある時のＮＯｘ濃度を、上記酸素濃度が上記範囲外にある時のＮＯｘセンサ出力値に基づいて推定するものであるとする。
【０００９】
上記構成によれば、エンジン等の燃焼手段から排出される排気ガス中の酸素濃度が、金属製のカバーの触媒機能によってＮＯｘセンサの出力値に誤差が生じる範囲内であって、ＮＯｘセンサの金属製のカバーに含まれる金属による触媒作用により、排気ガス中のＮＯｘ検出精度が低下する場合には、ＮＯｘセンサの出力値をそのまま用いるのではなく、ＮＯｘ推定手段により、ＮＯｘ濃度を推定することとしたため、酸素濃度が上記範囲内にある時でも、排気ガス中のＮＯｘ濃度を精度良く検出することが出来る。
【００１０】
本発明の第２の構成によるＮＯｘ検出装置は、燃焼手段から排出される排気ガスが流通する排気ガス通路に配置され、上記排気ガス中のＮＯｘを検出する検出素子と該検出素子を覆いかつ該排気ガス中のＮＯｘと還元剤との反応に対して触媒機能を有する金属製のカバーとからなるＮＯｘセンサ、を備えたＮＯｘ検出装置であって、上記排気ガス通路に配置され、上記ＮＯｘセンサに到達する排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、該酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度が、上記金属製のカバーの触媒機能によって上記ＮＯｘセンサの出力値に誤差が生じる範囲内にある時は、上記ＮＯｘセンサの出力値に基づいて、ＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ推定手段と、からなり、上記酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度が上記範囲内にある時の、上記ＮＯｘセンサの金属製のカバーが取り外された状態でのＮＯｘセンサ出力特性値が、予め記憶されており、上記ＮＯｘ推定手段は、上記酸素濃度が上記範囲内にある時のＮＯｘセンサ出力値と、上記予め記憶されたＮＯｘセンサ出力特性値とにより、上記酸素濃度が上記範囲内にある時のＮＯｘ濃度を推定するものであるとする。
【００１１】
上記構成によれば、エンジン等の燃焼手段から排出される排気ガス中の酸素濃度が、金属製のカバーの触媒機能によってＮＯｘセンサの出力値に誤差が生じる範囲内であって、ＮＯｘセンサの金属製のカバーに含まれる金属による触媒作用により、排気ガス中のＮＯｘの検出精度が低下する場合には、ＮＯｘセンサの出力値ではなく、予め上記金属製のカバーが取外された状態で測定記憶された精度の高いＮＯｘセンサ出力特性値から推定されたＮＯｘ濃度に基づいて、上記ＮＯｘ吸着触媒の劣化などの機能状態が判断されることとなるので、排気ガス中のＮＯｘ濃度を精度良く検出することが出来る。
【００１２】
本発明の第３の構成による排気浄化装置は、上記第１又は第２の構成によるＮＯｘ検出装置と、上記ＮＯｘ検出装置のＮＯｘセンサが配置された排気ガス通路の該ＮＯｘセンサの上流側に配置され、該排気ガス通路を流通する排気ガス中の酸素濃度に応じて、ＮＯｘを吸着または放出するＮＯｘ吸着触媒と、上記排気ガス中の酸素濃度又は還元剤濃度を制御する還元剤制御手段と、該還元剤制御手段により、上記ＮＯｘ吸着触媒に吸着されたＮＯｘが排気ガス中に放出される場合、上記ＮＯｘセンサの出力値に基づいて、上記ＮＯｘ吸着触媒の機能状態を判断する機能判断手段と、を備えた排気浄化装置であって、上記機能判断手段は、上記酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度が上記範囲内にある時には、上記ＮＯｘ検出装置のＮＯｘ推定手段によって推定されたＮＯｘ濃度に基づいて、上記ＮＯｘ吸着触媒の機能状態を判断するように構成されているものである。
【００１３】
上記構成によれば、ＮＯｘ吸着触媒に吸着されたＮＯｘを放出させるため、エンジンをリーンバーンによる運転状態から、リッチな酸素濃度領域へ移行させる際、ＮＯｘセンサによるＮＯｘ検出の精度が低下する上記範囲内に酸素濃度がある時には、ＮＯｘセンサの出力値は用いず、上記ＮＯｘ検出装置のＮＯｘ推定手段によって推定されたＮＯｘ濃度に基づいて、上記ＮＯｘ吸着触媒の劣化などの機能状態が判断されることとなるので、ＮＯｘ吸着触媒の機能状態を、精度良く判断することが出来る。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度を精度良く検出し、これにより、ＮＯｘ浄化装置の機能状態を、精度良く判断することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をＮＯｘ吸着触媒の劣化診断に適用した場合の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
エンジンシステム１００は、本発明に係る実施形態の排気浄化装置を備えたエンジンシステムの概略構成図である図１に示されるように、燃焼手段であるエンジン本体１を備えている。このエンジンシステムでは、所定の運転状態で、空燃比が１４．７より高く設定されるリーンバーン運転が行なわれる。エンジン本体１は、複数の気筒２（１本のみを図示する）と、この気筒２内に往復動可能に配置されたピストン３とを備え、気筒２とピストン３とによって燃焼室４が形成されている。燃焼室４の上部には、点火回路５に接続された点火プラグ６が燃焼室４に臨むように取付けられ、さらに、燃焼室４に燃料を直接噴射するインジェクタ７が取り付けられている。
【００１７】
このインジェクタ７には、高圧燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ等を有する燃料供給回路が接続されている。この燃料供給回路によって燃料タンクからの燃料が適正な圧力に調整されてインジェクタ７に供給される。また、燃料供給回路には、燃料圧力を検出する燃圧センサ８が取付けられている。
【００１８】
燃焼室４は、吸気弁９が設けられた吸気ポートを介して吸気通路１０に連通している。この吸気通路１０には、その上流側から順に、吸気を濾過するエアクリーナ１１と、吸入空気量を検出するエアフローメータ１２と、吸気通路１０を絞る電気式スロットル弁１３と、サージタンク１４とが設けられている。電気式スロットル弁１３は、モータ１５により開閉駆動されるように構成されている。さらに、電気式スロットル弁１３の近傍には、その開度を検出するスロットル開度センサ１６が配置され、また、サージタンク１４には、吸気圧を検出する吸気圧センサ１７が取付けられている。
【００１９】
吸気通路１０は、サージタンク１４より下流の部分が、気筒毎に分岐した独立通路とされている。各独立通路の下流端部は、２つに分割され、それぞれが同一気筒の吸気ポートに連結され、その一方にスワール弁１８が設けられている。このスワール弁１８は、アクチュエータ１９によって駆動される。スワール弁１８が閉じると、吸気は他方の分岐通路のみから燃焼室４に供給され、燃焼室４内に強い吸気スワールが生成される。また、スワール弁１８の近傍には、スワール弁１８の開度を検出するスワール弁開度センサ２０が設けられている。
【００２０】
燃焼室４には、排気弁２１が設けられた排気ポートを介して排気通路２２が接続され、各気筒からの排気通路２２は下流側で合流している。合流した排気通路２２には、上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化手段であるＮＯｘ吸着触媒２５と、ＮＯｘセンサ２６と、ＮＯｘセンサ２６取付け部の排気ガス中の酸素濃度を検出する、例えば酸素濃度センサ（Ｏ2センサ）のような酸素濃度検出手段２４が設けられている。なお、酸素濃度検出手段２４は、直接、酸素濃度を検出する酸素濃度センサにかえて、各種検出信号から酸素濃度を推定するものであっても良い。
【００２１】
また、ＮＯｘ浄化手段は、ＮＯｘ吸着触媒２５のほか、三元触媒、又は吸着剤のいずれかでもよく、例えば、ＮＯｘ吸着触媒２５は、リーンバーン運転などの排気ガス中の酸素濃度が高い状態でＮＯｘを吸着し、酸素濃度が低い状態になると吸着していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸着材と、ＮＯｘ吸着材から放出されたＮＯｘを還元浄化させる触媒金属（貴金属）とを備えたＮＯｘ吸収還元タイプのＮＯｘトラップ触媒である。
【００２２】
また、ＮＯｘ吸着触媒２５は、コージェライト製のハニカム構造の担体を備え、この担体に形成された各貫通孔の壁面には、内側触媒層がコーティングされ、内側触媒層上に外側触媒層がコーティングされている。
【００２３】
ＮＯｘ吸収機能を備える内側触媒層では、白金等の貴金属とＢａ等のＮＯｘ吸収材とが、多孔質材料であるアルミナ、セリア等のサポート材に担持されている。また、ＮＯｘ還元機能を備える外側触媒層には、白金、ロジウム等の触媒金属と、場合によっては、Ｂａ等のＮＯｘ吸収材とが、多孔質材料であるゼオライト等のサポート材に担持されている。
【００２４】
このＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量には限界がある。本実施形態によれば、ＮＯｘセンサ２６による排気ガス中のＮＯｘ検出値が所定のしきい値を越えると、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着が飽和に達したと判定し、排気ガス中の酸素濃度を低下させＮＯｘ吸着材からＮＯｘを放出させる還元剤制御手段による処理（リッチスパイク処理）を行うように構成されている。
【００２５】
ＮＯｘセンサ２６は、本発明に係る実施形態のＮＯｘセンサの構成を示す断面図である、図２に示されるように、第１カバー２６ａおよび第２カバー２６ｂに覆われた検出素子２６ｃを備えている。検出素子２６ｃは、排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じた出力を生じさせる。第１カバー２６ａと第２カバー２６ｂは、検出素子を熱衝撃、排気ガス中の不純物から保護する機能を有し、Ｆｅ等を含む金属で構成されている。また、第１カバー２６ａと第２カバー２６ｂとのそれぞれには、相互にオフセットした開口部２６ｄ、２６ｅが形成され、矢印Ａで示されるように、検出素子２６ｃに排気ガスが導入されるように構成されている。
【００２６】
そして、Ｆｅ等を含む金属で作られたカバーを備えたＮＯｘセンサ２６では、本発明に係る同一のＮＯｘ濃度における、酸素濃度とＮＯｘセンサの出力値との関係を示す図である、図４に示されるように、排気ガス中のＮＯｘ濃度が同一であっても、酸素濃度が所定範囲内にある時には、排気ガス中にあるＮＯｘと還元剤であるＨＣ等が反応し、Ｎ２やＯ２に化学変化するため、ＮＯｘセンサ２６の出力値が変動する。
【００２７】
ＮＯｘセンサの出力値は、酸素濃度が０％（空燃比１４．０程度の場合の排気ガスに相当）ないし０．６％（空燃比１４．８程度の場合の排気ガスに相当）の間で低下しており、酸素濃度０．４％（空燃比１４．６程度の排気ガスに相当）近傍で最も低くなる。
【００２８】
排気通路２２には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ通路２７の上流端が、ＮＯｘ吸着触媒２５の上流側位置に接続されている。ＥＧＲ通路２７の下流端は、スロットル弁１３とサージタンク１４との間で吸気通路１０に接続されている。また、ＥＧＲ通路２７には、開度が電気的に調整可能であるＥＧＲ弁２８と、ＥＧＲ弁２８のリフト量を検出するリフトセンサ２９とが設けられ、これらにより排気還流手段が構成されている。
【００２９】
更に、排気通路２２には、吸気の一部を、吸気通路１０からＮＯｘ吸着触媒２５の上流側位置に送り込む２次エア供給通路３０が接続されている。この２次エア供給通路３０には、制御可能な流量調整弁３１が設けられている。
【００３０】
エンジンシステム１００は、さらに、システム全体の制御を行うＥＣＵ（電子制御ユニット）３２を備えている。このＥＣＵ３２には、エアフローセンサ１２、スロットル開度センサ１６、吸気圧センサ１７、スワール制御弁開度センサ２０、酸素濃度センサ２４、ＥＧＲ弁２８のリフトセンサ２９からの信号が入力される。ＥＣＵ３２には、さらに、エンジン本体１の冷却水温度を検出する水温センサ３３、吸気温度を検出する吸気温度センサ３４、大気圧を検出する大気圧センサ３５、エンジン回転数を検出する回転数センサ３６、および、アクセルペダルの開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ３７からの信号等も入力される。
【００３１】
ＥＣＵ３２は、エンジンの運転状態に応じてインジェクタ７から噴射される燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御、点火プラグ６による混合気の点火時期を制御する点火時期制御、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量が所定量に達すると排気ガス中の酸素濃度又は還元剤濃度を制御して、ＮＯｘ吸着触媒２５からＮＯｘを放出させる還元剤制御手段の一つであるリッチスパイク制御、このリッチスパイク時のＮＯｘ放出状態からＮＯｘ吸着触媒２５の劣化度合い等を判断する機能状態の判断制御等を行う。
【００３２】
燃料噴射制御では、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射を制御するように構成されている。本実施形態では、低負荷低回転から中回転中負荷の運転領域では、インジェクタ７から圧縮行程の所定時期に燃料を一括噴射して点火プラグ６の近傍に混合気を偏在させた状態で燃焼させ、燃焼室４内における混合気の空燃比を３０．０程度のリーン状態とする成層燃焼モード用の燃焼制御が実行される。また、この成層燃焼モードの領域より高負荷側の領域では、吸気行程と圧縮行程との２回の燃料噴射で理論空燃比付近の空燃比とした燃焼モード用の燃焼制御が実行される。さらに、高負荷高回転の運転領域では、インジェクタ７から吸気行程で燃料を一括噴射させ燃焼室４内の空燃比をリッチ状態とした均一燃焼モード用の燃焼制御が行われる。
【００３３】
リーン状態の燃焼で発生するＮＯｘは、下流側に設けられたＮＯｘ吸着触媒２５によって吸着される。本実施形態では、ＮＯｘセンサ２６の出力信号に基づいて、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量を推定し、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着が飽和したと判断されると、空燃比を、例えば１３．０ないし１４．０とすることによって、排気ガス中の酸素濃度を、０％に減少させ、ＮＯｘ吸着触媒２５からＮＯｘを放出させる制御（リッチスパイク制御）を行う。さらに、このときのＮＯｘセンサ２６からの出力信号に基づいて、ＮＯｘ吸着触媒２５の劣化等の、機能状態の判断を併せて行う。本実施形態では、ＮＯｘ吸着触媒２５が劣化していたと判断されたとき、これを乗員に知らせる警告灯等を含む表示手段４１が設けられている。
【００３４】
次に、ＮＯｘ吸着触媒２５の劣化診断制御の前提となるリッチスパイク処理の際、ＥＣＵ３２で行われるエンジン制御の処理を、本発明に係る実施形態のリッチスパイク処理の処理内容を示すフローチャートである図３に沿って説明する。この制御は、上述した燃焼状態のうち、リーンバーンによる燃焼において行われる。
【００３５】
まず、ステップＳ１において、エアフローセンサ１２、酸素濃度検出手段２４、ＮＯｘセンサ２６、水温センサ３３、吸気温センサ３４、大気圧センサ３５、回転数センサ３６およびアクセル開度センサ３７等の信号が入力される。
【００３６】
次いで、ステップＳ２で、ＮＯｘセンサ２６の出力値ＮＯｘｅｘが、所定のしきい値ＮＯｘｅｘｏより大きいか否かが判定される。このしきい値ＮＯｘｅｘｏは、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量が飽和しているか否かを判定するための値である。ステップＳ２でＹＥＳのときには、ＮＯｘ吸着触媒２５が飽和量までＮＯｘを吸着しており、ＮＯｘを放出させる処理を行う必要があることを示しているので、ＮＯｘを放出させるリッチスパイク処理を開始する。
【００３７】
リッチスパイク処理は、ステップＳ３において、タイマの値Ｔに１を加えた後、ステップＳ４へ進み、スロットルバルブ開度Ｔｖをリッチスパイク制御用のスロットルバルブ開度Ｔｖλに設定する。リッチスパイク制御では、リッチ状態での燃焼とし、排気ガス中の酸素濃度を低下させる制御であるので、リッチスパイク制御用のスロットルバルブ開度Ｔｖλは、リーンバーンによる燃焼時より小さい値となる。
【００３８】
次いで、ステップＳ５で、リッチスパイク制御用のスロットルバルブ開度Ｔｖλとなるようにスロットル弁を駆動させる。ステップＳ６で、タイマの値ＴがＴ１未満であるか否かが判定される。タイマの値ＴがＴ１未満であるときには、ステップＳ７に進み、リッチスパイク用の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火タイミングが設定される。本実施形態では、リッチスパイク制御時には、燃料を吸気行程と圧縮行程の２回に分けて噴射する分割噴射が行われる。従って、燃料噴射量として、吸気行程での噴射量Ｑλｓ１と、圧縮行程での噴射量Ｑλｓ２が設定される。また、燃料噴射時期として、吸気行程での噴射時期Ｉλｓ１と、圧縮行程での噴射時期Ｉλｓ２が設定される。さらに、点火時期として、θλｓが設定される。
【００３９】
このとき、本実施形態では、空燃比が１３．０ないし１４．０になるように、１サイクル当たりの総噴射量すなわち噴射量Ｑλ１とＱλ２との和が設定される。また、Ｑλ１とＱλ２とは等しい値に設定されるのが好ましい。この空燃比が１３．０ないし１４．０であれば排気ガス中の酸素濃度は０％程度になる。
【００４０】
次いで、ステップＳ８に進み、ステップＳ７で設定された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期に基づいて、燃料噴射、点火が実行される。この結果、リーンバーンであった燃焼がリッチ側の燃焼に移行し、排気ガス中の酸素濃度が大きく低下する。この結果、ＮＯｘ吸着触媒２５からＮＯｘが放出される。後述するように、本実施形態では、このＮＯｘ放出状態に基づいて、ＮＯｘ吸着触媒２５の劣化等の、機能状態の判断が行われる。
【００４１】
一方、ステップＳ６でＮＯ、即ち、ステップＳ７、ステップＳ８の処理が所定期間Ｔ１中、継続されていたときには、ＮＯｘ吸着触媒２５に吸着されていたＮＯｘは、放出されたものとして、リッチスパイク処理を終了させ、リーンバーンの運転状態とするため、ステップＳ１５に進み、タイマの値Ｔをリセットした後、ステップＳ１２に進み、スロットルバルブ開度Ｔｖをリーンバーン用のスロットルバルブ開度Ｔｖに設定し、ステップＳ１３で、設定されたスロットルバルブ開度Ｔｖに基づいてスロットルバルブを駆動させる。
【００４２】
次いで、ステップＳ１４に進み、リーンバーン用の燃料噴射量Ｑ、燃料噴射時期Ｉ、点火タイミングθが設定される。尚、本実施形態では、リーンバーン制御時には、圧縮行程での一括噴射で成層リーン燃焼が行われるものとしているが、各々の燃料噴射量Ｑ１、Ｑ２、各々の燃料噴射時期Ｉ１、Ｉ２の分割噴射としても良い。
【００４３】
次いで、ステップＳ８に進み、ステップＳ１４で設定された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期に基づいて、燃料噴射、点火が実行される。
【００４４】
一方、ステップＳ２でＮＯのときには、ステップＳ１１に進み、タイマがカウント中であるか否かを判定し、ＹＥＳのときには、リッチスパイク処理が実行中であるとしてステップＳ３に進む。
【００４５】
ステップＳ１１でＮＯのときには、ＮＯｘ吸着触媒２５が飽和量までＮＯｘを吸着していないため、ＮＯｘを放出させる処理を行う必要がないうえ、リッチスパイク処理も実行中でないとして、ステップＳ１２に進み、上述したリーンバーンの運転状態とするための処理であるステップＳ１２、ステップＳ１３、ステップＳ１４、ステップＳ８の各処理が継続される。
【００４６】
以上のように、本発明に係る第１、及び第２の実施形態による排気ガス中の酸素濃度と、ＮＯｘ吸着触媒からのＮＯｘ放出量の関係を示すタイムチャートである図５に示されるように、リーンバーンの運転中に、ＮＯｘセンサ２６の出力値がＮＯｘｅｘｏを越えたことによって、ＮＯｘ吸着触媒２５のＮＯｘ吸着量が飽和量に達したと判定されると（図５（ｄ−１）、）、所定期間Ｔ１の間は、空燃比を１３．０ないし１４．０の値に設定する制御が行われる（図５（ａ））。
【００４７】
次に、ＥＣＵ３２で行われるＮＯｘ吸着触媒２５の劣化等の、機能状態の判断の内容を、本発明に係る第１の実施形態によるＮＯｘ吸着触媒の劣化診断の処理内容を示すフローチャートである図６に沿って説明する。
【００４８】
まず、ステップＳ２１において、上述した図３に示されるエンジン制御の処理により、リッチスパイク処理中にカウントされるタイマＴが、カウント中であるか否かを判定し、ＹＥＳのときには、リッチスパイク処理が実行中であるとしてステップＳ２２に進み、ＮＯｘセンサ２６の出力値ＮＯｘｅｘを、その時のタイマ値Ｔｉに対応する出力値ＮＯｘｅｘ（ｉ）として記憶した後、ステップＳ２３に進み、酸素濃度センサ２４の出力値Ｏ２ｅｘも同様に、その時のタイマ値Ｔｉに対応する出力値Ｏ２ｅｘ（ｉ）として記憶し、リターンする。
【００４９】
ステップＳ２１でＮＯ、即ち、タイマＴがカウント中でないときには、ステップＳ２４に進み、前回の処理において、タイマＴが、カウント中であったか判定し、ＹＥＳのときには、リッチスパイク処理の終了直後であるとしてステップＳ２５へ進み、以降のＮＯｘ吸着触媒２５の劣化診断処理がおこなわれ、ＮＯのときには、リッチスパイク処理の終了直後ではないとして、リターンする。
【００５０】
ステップＳ２１でＮＯ、かつステップＳ２４でＹＥＳであるときには、リッチスパイク処理の終了直後であるとして、ステップＳ２５に進み、タイマＴがカウント中にステップＳ２３において記憶された、例えばｎ個の酸素濃度センサ２４の出力値Ｏ２ｅｘ（１）、Ｏ２ｅｘ（２）、Ｏ２ｅｘ（３）、・・・・、Ｏ２ｅｘ（ｎ）のなかから、Ｏ２ｅｘｏ１≧Ｏ２ｅｘ（ｑ）を満足し、かつ最もＯ２ｅｘｏ１に近似するＯ２ｅｘ（ｑ）と、Ｏ２ｅｘｏ２≦Ｏ２ｅｘ（ｒ）を満足し、かつ最もＯ２ｅｘｏ２に近似するＯ２ｅｘ（ｒ）を抽出する。
【００５１】
なお、上述の酸素濃度のしきい値Ｏ２ｅｘｏ１、Ｏ２ｅｘｏ２は、排気ガス中の酸素濃度が、ＮＯｘセンサ２６の金属カバーに含まれる金属による触媒作用を生じず、ＮＯｘセンサ２６の出力値が精度の高いものであるか否かを判定するためのもので、図４に示されるように、例えば、酸素濃度のしきい値Ｏ２ｅｘｏ１は、０．２％、好ましくは０．１％、より好ましくは０％に設定され、しきい値Ｏ２ｅｘｏ２は、０．５％、好ましくは０．６％に設定される。
【００５２】
そして、ステップＳ２６に進み、抽出されたＯ２ｅｘ（ｑ）と同一のタイミングで検出、記憶された第１のＮＯｘセンサ出力値ＮＯｘｅｘ（ｑ）と、Ｏ２ｅｘ（ｒ）と同一のタイミングで検出、記憶された第２のＮＯｘセンサ出力値ＮＯｘｅｘ（ｒ）、及び上記ｎ個の酸素濃度センサ２４の出力値Ｏ２ｅｘ（１）、Ｏ２ｅｘ（２）、Ｏ２ｅｘ（３）、・・・・、Ｏ２ｅｘ（ｎ）のなかから、Ｏ２ｅｘｏ１＜Ｏ２ｅｘ（ｉ）＜Ｏ２ｅｘｏ２を満足する、例えばｈ個の酸素濃度センサ２４の出力値Ｏ２ｅｘ（１）、Ｏ２ｅｘ（３）、・・、Ｏ２ｅｘ（ｌ）と同一のタイミングで検出、記憶されたｈ個のＮＯｘセンサの出力値ＮＯｘ（１）、ＮＯｘ（３）、・・、ＮＯｘ（ｌ）が、抽出される。
【００５３】
そして、抽出された第１のＮＯｘセンサ出力値ＮＯｘｅｘ（ｑ）と、第２のＮＯｘセンサ出力値ＮＯｘｅｘ（ｒ）に基づいて、上記ｈ個のＮＯｘセンサの出力値ＮＯｘ（１）、ＮＯｘ（３）、・・、ＮＯｘ（ｌ）が、例えば、線形一次補間により補正され、ＮＯｘ濃度を推定するものとして、再セットされる。
【００５４】
そして、ステップＳ２７に進み、タイマ作動中に記憶されたｎ個全てのＮＯｘｅｘ（１）、ＮＯｘｅｘ（２）、・・・・、ＮＯｘｅｘ（ｎ）が加算された後、その全個数ｎによって割り算されて平均化され、その平均化処理された値Ｄ＝ΣＮＯｘｅｘ（１、２、・・、ｎ）が算出される。
【００５５】
なお、ｎ個のＮＯｘｅｘ（１）、ＮＯｘｅｘ（２）、・・・・、ＮＯｘｅｘ（ｎ）のうち、ｈ個のＮＯｘ（１）、ＮＯｘ（３）、・・、ＮＯｘ（ｌ）は、ステップＳ２６で再セットされたＮＯｘ濃度を推定するものが用いられる。
【００５６】
そして、ステップＳ２８において、ステップＳ２７において算出された平均化処理された値Ｄと、ＮＯｘ吸着触媒２５の劣化判定用しきい値である所定値αが比較される。
【００５７】
なお、劣化判定用しきい値である上述の所定値αは、ＮＯｘ吸着触媒２５からのＮＯｘの放出状態が排気ガスの流量等の影響を受けることより、運転状態に応じて設定されることとしてもよく、例えば、エンジン負荷に対応する充填率Ｃｅまたはエンジン回転数Ｎｅが大きいほど、大きな値とされてもよい。
【００５８】
ステップＳ２８で、ＹＥＳのときには、ＮＯｘ吸着触媒２５が劣化していると判断され、ステップＳ２９に進み、警告灯などの表示手段４１による警告が行われ処理を終了する。
【００５９】
また、ステップＳ２８でＮＯのときには、ＮＯｘ吸着触媒２５は劣化していないと判断され、警告は行われず、ＮＯｘｅｘ、Ｏ２ｅｘ、Ｄ等の記憶されていた値がクリアされ、リターンされる。
【００６０】
以上のように、リーンバーンの運転中に、ＮＯｘセンサ２６の出力値がＮＯｘｅｘｏを越え、ＮＯｘ吸着触媒２５に吸着されたＮＯｘを放出するリッチスパイク制御が実施されると、図５（ｃ）に示されるように、酸素濃度は低下を開始し、途中、ＮＯｘセンサの検出精度が低下するＯ２ｅｘｏ２からＯ２ｅｘｏ１、例えば、０．５％から０．２％の所定範囲内を通過する。この所定範囲内においては、本来、排気ガス中のＮＯｘは、第１の実施形態におけるＮＯｘセンサ出力値を示す図５（ｄ−１）の破線で示されるものであるのに対し、ＮＯｘセンサ２６の出力値は、図中、実線で示されるものとなる。
【００６１】
このため、図中、鎖線で示されるように、酸素濃度が０．５％から０．２％の所定範囲内にある時のｈ個のＮＯｘセンサ出力値ＮＯｘ（１）、ＮＯｘ（３）、・・、ＮＯｘ（ｌ）を、酸素濃度が、０．２％以下にある時の第１のＮＯｘセンサ出力値ＮＯｘｅｘ（ｑ）と、０．５％以上にある時の第２のＮＯｘセンサ出力値ＮＯｘｅｘ（ｒ）により線形一次補間して補正することにより、ＮＯｘ濃度を推定し、これにより、ＮＯｘ吸着触媒２５の機能状態が、高い精度で判断される。
【００６２】
ＮＯｘセンサによるＮＯｘ検出は、上述の線形一次補間によるＮＯｘ推定手段にかえて、以下に述べるＮＯｘセンサの金属製のカバーが取外された状態でのＮＯｘセンサ出力特性値によるＮＯｘ推定手段によるものであっても良い。
【００６３】
次に、ＥＣＵ３２で行われるＮＯｘ吸着触媒２５の劣化等の、機能状態の判断の内容を、本発明に係る第２の実施形態によるＮＯｘ吸着触媒の劣化診断の処理内容を示すフローチャートである図７に沿って説明する。
【００６４】
第２の実施形態によるＮＯｘ吸着触媒の劣化診断の処理は、上述の第１の実施形態によるものと比較して、図７のステップ３５とステップ３６に示されるように、排気ガス中の酸素濃度が、ＮＯｘセンサの出力値の検出精度が低下する所定範囲内にある時の、ＮＯｘ濃度の推定方法のみが異なる。
【００６５】
すなわち、ステップＳ２１でＮＯ、かつステップＳ２４でＹＥＳのリッチスパイク処理の終了直後である時には、ステップＳ３５に進み、タイマＴがカウント中にステップＳ２３において記憶された、例えばｎ個の酸素濃度センサ２４の出力値Ｏ２ｅｘ（１）、Ｏ２ｅｘ（２）、Ｏ２ｅｘ（３）、・・・・、Ｏ２ｅｘ（ｎ）のなかから、Ｏ２ｅｘｏ１＜Ｏ２ｅｘ（ｉ）＜Ｏ２ｅｘｏ２を満足する、例えばｈ個の酸素濃度センサ２４の出力値Ｏ２ｅｘ（１）、Ｏ２ｅｘ（３）、・・、Ｏ２ｅｘ（ｌ）が抽出される。
【００６６】
そして、ステップＳ３６に進み、ｈ個の酸素濃度センサ２４の出力値Ｏ２ｅｘ（１）、Ｏ２ｅｘ（３）、・・、Ｏ２ｅｘ（ｌ）と同一のタイミングで検出、記憶されたｈ個のＮＯｘセンサの出力値ＮＯｘ（１）、ＮＯｘ（３）、・・、ＮＯｘ（ｌ）が、抽出される。
【００６７】
一方、ＥＣＵ３２には、金属製のカバーが取外され、排気ガス中のＮＯｘとＣＯ、Ｈ２、ＨＣ等の還元剤が反応することがない状態として計測されたＮＯｘセンサの出力値から求められた補正係数が、上記所定範囲内の各酸素濃度に対応付けられたＮＯｘセンサ出力特性値として、予め、記憶されている。
【００６８】
そして、ＮＯｘセンサ出力特性値から、所定範囲内の酸素濃度センサ２４の出力値に対応する補正係数、例えば、上記ｈ個の酸素濃度センサ２４の出力値Ｏ２ｅｘ（１）、Ｏ２ｅｘ（３）、・・、Ｏ２ｅｘ（ｌ）の夫々に対応して、Ｏ２ｅｘ（１）に対する補正係数Ｋ１、Ｏ２ｅｘ（３）に対する補正係数Ｋ３、・・、Ｏ２ｅｘ（ｌ）に対する補正係数Ｋｌ、が算出される。
【００６９】
そして、この補正係数Ｋ１、Ｋ３・・、Ｋｌと、上記ｈ個のＮＯｘセンサの出力値ＮＯｘ（１）、ＮＯｘ（３）、・・、ＮＯｘ（ｌ）が、ＮＯｘ（１）×Ｋ１、ＮＯｘ（３）×Ｋ３、・・、ＮＯｘ（ｌ）×Ｋｌのように、夫々、乗算されて補正され、ＮＯｘ濃度を推定するものとして、再セットされる。
【００７０】
なお、酸素濃度のしきい値Ｏ２ｅｘｏ１、Ｏ２ｅｘｏ２は、上述の第１実施形態において述べたものと同一である。
【００７１】
また、上記酸素濃度のしきい値との比較は、いずれか一方のみ実施することとして、制御の簡素化を図っても良い。
【００７２】
そして、ステップＳ２７以降の処理は、上記第１の実施形態によるものと同様に、記憶されたｎ個全てのＮＯｘｅｘ（１）、ＮＯｘｅｘ（２）、・・・・、ＮＯｘｅｘ（ｎ）から、平均化処理された値Ｄが算出され、ステップＳ２８で、平均化処理された値Ｄと、劣化判定用しきい値である所定値αが比較され、ＹＥＳのときには、ＮＯｘ吸着触媒２５が劣化していると判断され、ステップＳ２９に進み、警告灯などの表示手段４１による警告が行われ処理を終了する。
【００７３】
また、ステップＳ２８でＮＯのときには、ＮＯｘ吸着触媒２５は劣化していないと判断され、警告は行われず、ＮＯｘｅｘ、Ｏ２ｅｘ、Ｄ等の記憶されていた値がクリアされ、リターンされる。
【００７４】
なお、ｎ個のＮＯｘｅｘ（１）、ＮＯｘｅｘ（２）、・・・・、ＮＯｘｅｘ（ｎ）のうち、ｈ個のＮＯｘ（１）、ＮＯｘ（３）、・・、ＮＯｘ（ｌ）は、ステップＳ３６で再セットされたＮＯｘ濃度を推定するものが用いられる。
【００７５】
以上のように、リーンバーンの運転中に、ＮＯｘセンサ２６の出力値がＮＯｘｅｘｏを越え、リッチスパイク制御が実施されると、上述の第１の実施形態と同様に、図５（ｃ）に示されるように、酸素濃度は低下を開始し、途中、ＮＯｘセンサの検出精度が低下するＯ２ｅｘｏ２からＯ２ｅｘｏ１、例えば、０．５％から０．２％の所定範囲内を通過する。この所定範囲内においては、本来、排気ガス中のＮＯｘは、第２実施形態におけるＮＯｘセンサ出力値を示す図５（ｄ−２）の破線で示されるものであるのに対し、ＮＯｘセンサ２６の出力値は、図中、実線で示されるものとなる。
【００７６】
このため、酸素濃度が０．５％から０．２％の所定範囲内にある時のｈ個のＮＯｘセンサ出力値ＮＯｘ（１）、ＮＯｘ（３）、・・、ＮＯｘ（ｌ）を、予め記憶されているＮＯｘ出力特性値から求められる補正係数で補正することにより、ＮＯｘ濃度を推定し、これにより、ＮＯｘ吸着触媒２５の機能状態が、高い精度で判断される。
【００７７】
なお、上記実施形態によれば、ＮＯｘセンサ２６、及びＯ2センサのような酸素濃度検出手段２４をＮＯｘ吸着触媒２５よりも下流側に配置し、ＮＯｘ吸着触媒２５の機能状態を判断する構成としたが、三元触媒の下流側に、ＮＯｘセンサ２６と酸素濃度検出手段２４を配置し、本発明によるＮＯｘ推定手段によって三元触媒の機能状態を判断することとしても良い。
【００７８】
また、ＮＯｘセンサ２６、及び酸素濃度検出手段２４を、ＮＯｘ吸着触媒２５等のＮＯｘ浄化手段よりも上流で、燃焼室４の直下流の排気ガス通路２２に配置し、本発明によるＮＯｘ推定手段によって、排気ガス中のＮＯｘを検出し、ＥＧＲ制御や点火時期制御等のＮＯｘ量制御手段の制御、又は故障などの機能状態を診断することとしても良い。
【００７９】
さらに、ＮＯｘ吸着触媒の種類によっては、リッチスパイク時に上記実施形態のように空燃比を１３．０ないし１４．０に制御しても、制御開始後、ＮＯｘ吸着触媒の下流側の酸素濃度が所望の領域まで直ちに低下せず、ＮＯｘセンサの検出精度が低下する上記所定範囲内に留まる期間にばらつきが生じる場合がある。
【００８０】
このため、リッチスパイク制御が開始され、且つ、排気ガス中の酸素濃度が、上記所定範囲の下限値、例えば０．２％以下となったときをＴ１の起算時とし、且つ、この時点でタイマのカウントを開始するように構成しても良い。
【００８１】
また、上記機能状態の診断結果に基づいて、リッチスパイク制御の期間、例えば、Ｔ１の終了時期を変更する制御を行うように構成しても良い。
【００８２】
さらに、上記実施形態によれば、排気ガス中の酸素濃度又は還元剤濃度を制御する還元剤制御手段であるリッチスパイク制御により空燃比を変更した後、ＮＯｘセンサ出力値の加算平均化処理された値Ｄが所定値αより大であれば、劣化として警告実行したが、平均化処理された値Ｄが所定値αより大の時には、さらに、他の還元剤制御手段であるスロットル弁開度制御により、吸入空気量を変更することで空燃比を変更した後、再度、ＮＯｘセンサ出力値を検出し、これより求められる平均化処理された値Ｄと所定値αを比較し、最終的に劣化判断することとして、劣化判断の精度を高めることとしても良い。
【００８３】
以上のことより、排気ガス中の酸素濃度が所定範囲内にある時で、ＮＯｘセンサによる排気ガス中のＮＯｘ量等に関連するＮＯｘ濃度の検出精度が低下する場合には、ＮＯｘセンサの出力値をそのまま用いるのではなく、ＮＯｘ推定手段によりＮＯｘセンサの出力値から、ＮＯｘ濃度を推定することとしたため、酸素濃度が上記所定範囲内にある時でも、排気ガス中のＮＯｘ量等に関連するＮＯｘ濃度を精度良く検出することが出来、延いては、ＮＯｘ浄化手段やＮＯｘ量制御手段といったＮＯｘ浄化装置の機能状態を精度良く判断することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の排気浄化装置を備えたエンジンシステムの概略構成図。
【図２】本発明に係る実施形態のＮＯｘセンサの構成を示す断面図。
【図３】本発明に係る実施形態のリッチスパイク処理の処理内容を示すフローチャート。
【図４】本発明に係る同一のＮＯｘ濃度における、酸素濃度とＮＯｘセンサの出力値との関係を示す図。
【図５】本発明に係る第１、及び第２の実施形態による排気ガス中の酸素濃度と、ＮＯｘ浄化手段からのＮＯｘ放出量の関係を示すタイムチャート。
【図６】本発明に係る第１の実施形態によるＮＯｘ吸着触媒の劣化診断の処理内容を示すフローチャート。
【図７】本発明に係る第２の実施形態によるＮＯｘ吸着触媒の劣化診断の処理内容を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン本体（燃焼手段）
４…燃焼室
２２…排気ガス通路
２４…酸素濃度検出手段（酸素濃度センサ）
２５…ＮＯｘ吸着触媒（ＮＯｘ浄化手段）
２６…ＮＯｘセンサ
２６ａ、２６ｂ…第１カバー、第２カバー（金属製のカバー）
２６ｃ…検出素子
３２…ＥＣＵ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a NOx detection device that detects NOx (nitrogen oxide) contained in exhaust gas discharged from combustion means such as an engine, and an exhaust purification device that uses this to remove NOx from the exhaust gas. It is.
[0002]
[Prior art]
As a method for reducing NOx in exhaust gas, in addition to a method using NOx amount control means such as exhaust gas recirculation (EGR) control for recirculating a part of the exhaust gas to the intake system and ignition timing control for retarding the ignition timing Further, there is known a method using a NOx purification means such as a NOx adsorption catalyst that adsorbs NOx in the exhaust gas in a state where the oxygen concentration in the exhaust gas is high and releases the adsorbed NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas becomes low. It has been.
[0003]
Among these, NOx purification means such as a NOx adsorption catalyst has a limit in the amount of NOx adsorption. When the NOx purification means adsorbs NOx to the saturation amount, the engine is operated from the lean burn operation state in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio. The process of reducing the oxygen concentration in the exhaust gas by shifting to a state, etc., releasing NOx from the NOx purification means, and reducing and purifying the NOx, is provided downstream of the NOx purification means. A device that detects the NOx amount on the downstream side by a NOx sensor and diagnoses the deterioration state of the NOx purification means based on the detection result is known (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-337131).
[0004]
However, in the oxygen concentration region near the stoichiometric air-fuel ratio, the metal included in the metal cover for protecting the NOx detection element provided in the NOx sensor acts as a catalyst, and the NOx to be detected is exhausted to the exhaust gas. The accuracy of NOx detection by the NOx sensor decreases due to a reaction with a reducing agent such as CO, H2, and HC contained therein, resulting in a decrease in NOx reaching the detection element. There is a problem that the accuracy of diagnosis of the functional state such as deterioration or failure of the device is lowered.
[0005]
In order to solve the above problem, the applicants, when diagnosing the deterioration of the NOx purification means by the NOx sensor, shift to an air-fuel ratio that is richer than the stoichiometric air-fuel ratio with high NOx detection accuracy. An exhaust emission control device that performs deterioration diagnosis is proposed (see Japanese Patent Application No. 2002-173984).
[0006]
However, according to the above proposal, in order to release the adsorbed NOx, when shifting from the lean burn operation state to the oxygen concentration region for the deterioration diagnosis, the accuracy of NOx detection decreases near the stoichiometric air-fuel ratio. Since the operation state is passed, the NOx detection accuracy is lowered in this operation state, and as a result, the accuracy of the deterioration diagnosis is lowered, and further improvement is required in this respect.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in such a situation, and provides an exhaust purification device capable of accurately detecting NOx contained in exhaust gas and thereby accurately determining the functional state of the NOx purification device. For the purpose.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a NOx detection device according to a first configuration of the present invention includes a detection element that is disposed in an exhaust gas passage through which exhaust gas discharged from combustion means flows and detects NOx in the exhaust gas. a NOx detection device provided with a NOx sensor, comprising a metal cover having a catalytic function with respect to reaction with detection NOx in Ikatsu exhaust gas covering the element with a reducing agent, to the exhaust gas passage An oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas that reaches the NOx sensor and the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means is detected by the catalytic function of the metal cover. when in the range of error in the output value, based on the output value of the NOx sensor, a NOx estimating means for estimating a NOx concentration, Ri Tona, said NOx estimation means Is assumed to estimate the NOx concentration when the oxygen concentration is within the range based on the NOx sensor output value when the oxygen concentration is outside the range .
[0009]
According to the above configuration, the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion means such as the engine is within a range where an error occurs in the output value of the NOx sensor due to the catalytic function of the metal cover, and the metal of the NOx sensor When the NOx detection accuracy in the exhaust gas decreases due to the catalytic action of the metal contained in the metal cover, the NOx concentration is estimated by NOx estimation means instead of using the output value of the NOx sensor as it is. Therefore, even when the oxygen concentration is within the above range , the NOx concentration in the exhaust gas can be accurately detected.
[0010]
NOx detection device according to the second configuration of the present invention is disposed in an exhaust gas passage through which exhaust gas flows discharged from the combustion unit, Ikatsu said covering the detecting element and the detection element for detecting the NOx in the exhaust gas comprising a metal cover having a catalytic function with respect to reaction with NOx in the exhaust gas and the reducing agent NOx sensor, a NOx detection device provided with, disposed on the exhaust gas passage, the NOx sensor The oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas reaching the position of the exhaust gas, and the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means causes an error in the output value of the NOx sensor due to the catalytic function of the metal cover. And an NOx estimating means for estimating the NOx concentration based on the output value of the NOx sensor when within the range, the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detecting means. The NOx sensor output characteristic value when the metal cover of the NOx sensor is removed when the degree is within the above range is stored in advance, and the NOx estimating means has the oxygen concentration within the above range. It is assumed that the NOx concentration when the oxygen concentration is within the above range is estimated based on the NOx sensor output value when the oxygen concentration is within the range and the NOx sensor output characteristic value stored in advance .
[0011]
According to the above configuration, the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion means such as the engine is within a range where an error occurs in the output value of the NOx sensor due to the catalytic function of the metal cover, and the metal of the NOx sensor When the detection accuracy of NOx in the exhaust gas is reduced due to the catalytic action of the metal contained in the metal cover, measurement and storage is performed with the metal cover removed in advance instead of the output value of the NOx sensor. Since the functional state such as deterioration of the NOx adsorption catalyst is determined based on the NOx concentration estimated from the highly accurate NOx sensor output characteristic value, the NOx concentration in the exhaust gas is accurately detected. I can do it.
[0012]
An exhaust emission control device according to a third configuration of the present invention is disposed upstream of the NOx sensor in an exhaust gas passage in which the NOx detection device according to the first or second configuration and the NOx sensor of the NOx detection device are disposed. A NOx adsorption catalyst that adsorbs or releases NOx according to the oxygen concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage, and a reducing agent control means for controlling the oxygen concentration or the reducing agent concentration in the exhaust gas, A function judging means for judging the functional state of the NOx adsorption catalyst based on the output value of the NOx sensor when NOx adsorbed on the NOx adsorption catalyst is released into the exhaust gas by the reducing agent control means; The function determination means is configured to detect NO of the NOx detection apparatus when the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means is within the range. Based on the NOx concentration estimated by the estimation means, those which are configured to determine the functional state of the NOx adsorption catalyst.
[0013]
According to the above configuration, in order to release NOx adsorbed by the NOx adsorption catalyst, the above range in which the accuracy of NOx detection by the NOx sensor decreases when the engine is shifted from the lean burn operation state to the rich oxygen concentration region. When the oxygen concentration is present , the output value of the NOx sensor is not used , and the functional state such as deterioration of the NOx adsorption catalyst is determined based on the NOx concentration estimated by the NOx estimating means of the NOx detecting device. Therefore, the functional state of the NOx adsorption catalyst can be determined with high accuracy.
[0014]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to accurately detect the NOx concentration contained in the exhaust gas, and thereby to accurately determine the functional state of the NOx purification device.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment when the present invention is applied to a deterioration diagnosis of a NOx adsorption catalyst will be described with reference to the accompanying drawings.
[0016]
The engine system 100 includes an engine body 1 as combustion means, as shown in FIG. 1, which is a schematic configuration diagram of an engine system including an exhaust purification device according to an embodiment of the present invention. In this engine system, lean burn operation in which the air-fuel ratio is set higher than 14.7 is performed in a predetermined operation state. The engine body 1 includes a plurality of cylinders 2 (only one is shown) and a piston 3 disposed in the cylinder 2 so as to be able to reciprocate. A combustion chamber 4 is formed by the cylinders 2 and 3. ing. An ignition plug 6 connected to the ignition circuit 5 is attached to the upper portion of the combustion chamber 4 so as to face the combustion chamber 4, and an injector 7 that directly injects fuel into the combustion chamber 4 is attached.
[0017]
A fuel supply circuit having a high-pressure fuel pump, a pressure regulator and the like is connected to the injector 7. By this fuel supply circuit, the fuel from the fuel tank is adjusted to an appropriate pressure and supplied to the injector 7. A fuel pressure sensor 8 for detecting the fuel pressure is attached to the fuel supply circuit.
[0018]
The combustion chamber 4 communicates with the intake passage 10 via an intake port provided with an intake valve 9. In this intake passage 10, an air cleaner 11 that filters intake air, an air flow meter 12 that detects the amount of intake air, an electric throttle valve 13 that restricts the intake passage 10, and a surge tank 14 are provided in this order from the upstream side. It has been. The electric throttle valve 13 is configured to be opened and closed by a motor 15. Further, a throttle opening sensor 16 for detecting the opening degree is disposed in the vicinity of the electric throttle valve 13, and an intake pressure sensor 17 for detecting the intake pressure is attached to the surge tank 14.
[0019]
The intake passage 10 is an independent passage that branches downstream from the surge tank 14 for each cylinder. The downstream end of each independent passage is divided into two parts, each of which is connected to the intake port of the same cylinder, and a swirl valve 18 is provided on one of them. The swirl valve 18 is driven by an actuator 19. When the swirl valve 18 is closed, intake air is supplied to the combustion chamber 4 only from the other branch passage, and a strong intake swirl is generated in the combustion chamber 4. A swirl valve opening sensor 20 that detects the opening of the swirl valve 18 is provided in the vicinity of the swirl valve 18.
[0020]
An exhaust passage 22 is connected to the combustion chamber 4 via an exhaust port in which an exhaust valve 21 is provided, and the exhaust passages 22 from the respective cylinders merge on the downstream side. In the joined exhaust passage 22, in order from the upstream side, the NOx adsorption catalyst 25, which is a NOx purification means for purifying NOx in the exhaust gas, the NOx sensor 26, and the oxygen concentration in the exhaust gas at the attachment portion of the NOx sensor 26 are set. For example, an oxygen concentration detection means 24 such as an oxygen concentration sensor (O2 sensor) for detection is provided. The oxygen concentration detection means 24 may be one that estimates the oxygen concentration from various detection signals, instead of an oxygen concentration sensor that directly detects the oxygen concentration.
[0021]
Further, the NOx purification means may be either a three-way catalyst or an adsorbent in addition to the NOx adsorption catalyst 25. For example, the NOx adsorption catalyst 25 is in a state where the oxygen concentration in the exhaust gas such as lean burn operation is high. NOx absorption reduction type comprising NOx adsorbent that adsorbs NOx and releases adsorbed NOx when the oxygen concentration is low, and a catalytic metal (noble metal) that reduces and purifies NOx released from the NOx adsorbent NOx trap catalyst.
[0022]
The NOx adsorption catalyst 25 includes a honeycomb structure carrier made of cordierite. The inner catalyst layer is coated on the wall surface of each through hole formed in the carrier, and the outer catalyst layer is coated on the inner catalyst layer. Has been.
[0023]
In the inner catalyst layer having a NOx absorbing function, a noble metal such as platinum and a NOx absorbing material such as Ba are supported on a support material such as alumina or ceria which is a porous material. Further, in the outer catalyst layer having a NOx reduction function, a catalyst metal such as platinum or rhodium and, in some cases, a NOx absorbent such as Ba is supported on a support material such as zeolite which is a porous material. .
[0024]
The NOx adsorption amount of the NOx adsorption catalyst 25 has a limit. According to the present embodiment, when the NOx detection value in the exhaust gas by the NOx sensor 26 exceeds a predetermined threshold value, it is determined that the NOx adsorption of the NOx adsorption catalyst 25 has reached saturation, and the oxygen concentration in the exhaust gas The reducing agent control means for reducing NOx and releasing NOx from the NOx adsorbent (rich spike processing) is performed.
[0025]
The NOx sensor 26 is a cross-sectional view showing the configuration of the NOx sensor according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the NOx sensor 26 includes a detection element 26c covered with a first cover 26a and a second cover 26b. Yes. The detection element 26c generates an output corresponding to the NOx concentration in the exhaust gas. The first cover 26a and the second cover 26b have a function of protecting the detection element from thermal shock and impurities in the exhaust gas, and are made of a metal containing Fe or the like. In addition, openings 26d and 26e that are offset from each other are formed in each of the first cover 26a and the second cover 26b so that exhaust gas is introduced into the detection element 26c as indicated by an arrow A. It is configured.
[0026]
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the oxygen concentration and the output value of the NOx sensor at the same NOx concentration according to the present invention in the NOx sensor 26 having a cover made of a metal containing Fe or the like. As shown in the figure, even if the NOx concentration in the exhaust gas is the same, when the oxygen concentration is within a predetermined range, NOx in the exhaust gas reacts with HC or the like as a reducing agent, and chemically reacts with N2 or O2. Since it changes, the output value of the NOx sensor 26 fluctuates.
[0027]
The output value of the NOx sensor is between oxygen concentration 0% (corresponding to exhaust gas when air-fuel ratio is about 14.0) to 0.6% (corresponding to exhaust gas when air-fuel ratio is about 14.8). It decreases and becomes the lowest in the vicinity of an oxygen concentration of 0.4% (corresponding to an exhaust gas having an air-fuel ratio of about 14.6).
[0028]
An upstream end of an EGR passage 27 that recirculates a part of the exhaust gas to the intake system is connected to the exhaust passage 22 at a position upstream of the NOx adsorption catalyst 25. The downstream end of the EGR passage 27 is connected to the intake passage 10 between the throttle valve 13 and the surge tank 14. Further, the EGR passage 27 is provided with an EGR valve 28 whose opening degree can be adjusted electrically, and a lift sensor 29 for detecting the lift amount of the EGR valve 28, and these constitute an exhaust gas recirculation means. .
[0029]
Further, the exhaust passage 22 is connected to a secondary air supply passage 30 that sends a part of the intake air from the intake passage 10 to the upstream position of the NOx adsorption catalyst 25. A controllable flow rate adjustment valve 31 is provided in the secondary air supply passage 30.
[0030]
The engine system 100 further includes an ECU (electronic control unit) 32 that controls the entire system. The ECU 32 receives signals from the air flow sensor 12, the throttle opening sensor 16, the intake pressure sensor 17, the swirl control valve opening sensor 20, the oxygen concentration sensor 24, and the lift sensor 29 of the EGR valve 28. The ECU 32 further includes a water temperature sensor 33 that detects the coolant temperature of the engine body 1, an intake air temperature sensor 34 that detects the intake air temperature, an atmospheric pressure sensor 35 that detects the atmospheric pressure, and a rotation speed sensor 36 that detects the engine speed. A signal from an accelerator opening sensor 37 for detecting the opening of the accelerator pedal (accelerator operation amount) is also input.
[0031]
The ECU 32 controls fuel injection that controls the injection state of the fuel injected from the injector 7 according to the operating state of the engine, ignition timing control that controls the ignition timing of the air-fuel mixture by the spark plug 6, and NOx adsorption of the NOx adsorption catalyst 25. Rich spike control, which is one of reducing agent control means for releasing NOx from the NOx adsorption catalyst 25 by controlling the oxygen concentration or reducing agent concentration in the exhaust gas when the amount reaches a predetermined amount, NOx at the time of this rich spike Function state determination control for determining the degree of deterioration of the NOx adsorption catalyst 25 from the released state is performed.
[0032]
The fuel injection control is configured to control the fuel injection according to the operating state of the engine. In the present embodiment, in the operation range from low load low rotation to medium rotation and middle load, fuel is injected from the injector 7 at a predetermined timing of the compression stroke and burned in a state where the air-fuel mixture is unevenly distributed in the vicinity of the spark plug 6. Then, the combustion control for the stratified combustion mode is performed in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 4 is in a lean state of about 30.0. Further, in the region on the higher load side than the region of the stratified combustion mode, combustion control for the combustion mode is performed in which the air-fuel ratio is set near the stoichiometric air-fuel ratio by two fuel injections of the intake stroke and the compression stroke. Further, in the high load and high speed operation region, the combustion control for the uniform combustion mode in which the fuel is collectively injected from the injector 7 in the intake stroke and the air-fuel ratio in the combustion chamber 4 is in a rich state is performed.
[0033]
NOx generated by lean combustion is adsorbed by the NOx adsorption catalyst 25 provided on the downstream side. In the present embodiment, the NOx adsorption amount of the NOx adsorption catalyst 25 is estimated based on the output signal of the NOx sensor 26, and when it is determined that the NOx adsorption of the NOx adsorption catalyst 25 is saturated, the air-fuel ratio is set to, for example, 13. By setting it to 0 to 14.0, the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced to 0%, and NOx is released from the NOx adsorption catalyst 25 (rich spike control). Furthermore, based on the output signal from the NOx sensor 26 at this time, judgment of the functional state such as deterioration of the NOx adsorption catalyst 25 is also performed. In the present embodiment, there is provided display means 41 including a warning light or the like for notifying the occupant when it is determined that the NOx adsorption catalyst 25 has deteriorated.
[0034]
Next, in the rich spike process which is the premise of the deterioration diagnosis control of the NOx adsorption catalyst 25, a flowchart showing the processing contents of the rich spike process of the embodiment according to the present invention, the process of the engine control performed by the ECU 32 is a flowchart. 3 will be described. This control is performed in the combustion by the lean burn among the combustion states described above.
[0035]
First, in step S1, signals from the air flow sensor 12, the oxygen concentration detection means 24, the NOx sensor 26, the water temperature sensor 33, the intake air temperature sensor 34, the atmospheric pressure sensor 35, the rotation speed sensor 36, the accelerator opening sensor 37, and the like are input. The
[0036]
Next, in step S2, it is determined whether or not the output value NOxex of the NOx sensor 26 is greater than a predetermined threshold value NOxexo. This threshold value NOxexo is a value for determining whether or not the NOx adsorption amount of the NOx adsorption catalyst 25 is saturated. If YES in step S2, it indicates that the NOx adsorption catalyst 25 has adsorbed NOx up to the saturation amount and it is necessary to perform a process for releasing NOx, so a rich spike process for releasing NOx is started.
[0037]
The rich spike process adds 1 to the timer value T in step S3, and then proceeds to step S4 to set the throttle valve opening Tv to the throttle valve opening Tvλ for rich spike control. In rich spike control, combustion is performed in a rich state and control is performed to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas. Therefore, the throttle valve opening Tvλ for rich spike control is a value smaller than that during combustion by lean burn.
[0038]
Next, in step S5, the throttle valve is driven so that the throttle valve opening Tvλ for rich spike control is obtained. In step S6, it is determined whether or not the timer value T is less than T1. When the timer value T is less than T1, the process proceeds to step S7, where the rich spike fuel injection amount, fuel injection timing, and ignition timing are set. In the present embodiment, during rich spike control, split injection is performed in which fuel is injected in two parts, an intake stroke and a compression stroke. Therefore, the injection amount Qλs1 in the intake stroke and the injection amount Qλs2 in the compression stroke are set as the fuel injection amount. Further, as the fuel injection timing, an injection timing Iλs1 in the intake stroke and an injection timing Iλs2 in the compression stroke are set. Further, θλs is set as the ignition timing.
[0039]
At this time, in this embodiment, the sum of the total injection amount per cycle, that is, the injection amounts Qλ1 and Qλ2 is set so that the air-fuel ratio becomes 13.0 to 14.0. Qλ1 and Qλ2 are preferably set to the same value. If the air-fuel ratio is 13.0 to 14.0, the oxygen concentration in the exhaust gas is about 0%.
[0040]
Next, the process proceeds to step S8, and fuel injection and ignition are executed based on the fuel injection amount, fuel injection timing, and ignition timing set in step S7. As a result, the combustion that was lean burn shifts to combustion on the rich side, and the oxygen concentration in the exhaust gas is greatly reduced. As a result, NOx is released from the NOx adsorption catalyst 25. As will be described later, in this embodiment, the functional state such as the deterioration of the NOx adsorption catalyst 25 is determined based on this NOx release state.
[0041]
On the other hand, if NO in step S6, that is, if the processing in step S7 and step S8 is continued for a predetermined period T1, the rich spike processing is performed assuming that the NOx adsorbed on the NOx adsorption catalyst 25 has been released. In order to terminate and enter the lean burn operation state, the process proceeds to step S15, after resetting the timer value T, the process proceeds to step S12, the throttle valve opening Tv is set to the lean burn throttle valve opening Tv, In step S13, the throttle valve is driven based on the set throttle valve opening Tv.
[0042]
Next, in step S14, the lean burn fuel injection amount Q, the fuel injection timing I, and the ignition timing θ are set. In this embodiment, during lean burn control, stratified lean combustion is performed by batch injection in the compression stroke. However, split injection of each fuel injection amount Q1, Q2 and each fuel injection timing I1, I2 is performed. It is also good.
[0043]
Next, the process proceeds to step S8, where fuel injection and ignition are executed based on the fuel injection amount, fuel injection timing, and ignition timing set in step S14.
[0044]
On the other hand, if NO in step S2, the process proceeds to step S11 to determine whether or not the timer is counting. If YES, the process proceeds to step S3 because the rich spike process is being executed.
[0045]
When NO in step S11, since the NOx adsorption catalyst 25 has not adsorbed NOx to the saturation amount, it is not necessary to perform the process of releasing NOx, and the rich spike process is not being executed. Each process of step S12, step S13, step S14, and step S8, which is a process for setting the lean burn operation state, is continued.
[0046]
As described above, as shown in FIG. 5, which is a time chart showing the relationship between the oxygen concentration in the exhaust gas and the NOx release amount from the NOx adsorption catalyst according to the first and second embodiments of the present invention. When the output value of the NOx sensor 26 exceeds NOxexo during the lean burn operation, it is determined that the NOx adsorption amount of the NOx adsorption catalyst 25 has reached the saturation amount (FIG. 5 (d-1)). During the predetermined period T1, control is performed to set the air-fuel ratio to a value of 13.0 to 14.0 (FIG. 5 (a)).
[0047]
Next, FIG. 6 is a flowchart showing the contents of determination of the functional state such as deterioration of the NOx adsorption catalyst 25 performed by the ECU 32, and the processing contents of the deterioration diagnosis of the NOx adsorption catalyst according to the first embodiment of the present invention. It explains along.
[0048]
First, in step S21, it is determined whether or not the timer T counted during the rich spike process is being counted by the engine control process shown in FIG. 3 described above. If YES, the rich spike process is performed. The process proceeds to step S22 as being executed, and the output value NOxex of the NOx sensor 26 is stored as the output value NOxex (i) corresponding to the timer value Ti at that time, and then the process proceeds to step S23 to output the output value of the oxygen concentration sensor 24. Similarly, O2ex is stored as an output value O2ex (i) corresponding to the timer value Ti at that time, and the process returns.
[0049]
If NO in step S21, that is, if the timer T is not counting, the process proceeds to step S24, where it is determined whether the timer T is counting in the previous process. If YES, it is determined that the rich spike process has just ended. Proceeding to S25, the subsequent deterioration diagnosis process of the NOx adsorption catalyst 25 is performed, and if NO, the process returns because it is not immediately after the end of the rich spike process.
[0050]
If NO in step S21 and YES in step S24, it is determined that it is immediately after the end of the rich spike process, and the process proceeds to step S25, for example, n oxygen concentration sensors 24 stored in step S23 while the timer T is counting. O2ex (1), O2ex (2), O2ex (3),..., O2ex (n) satisfying O2exo1 ≧ O2ex (q), and O2ex (q ) And O2exo2 ≦ O2ex (r), and O2ex (r) that is closest to O2exo2 is extracted.
[0051]
The oxygen concentration thresholds O2exo1 and O2exo2 described above are such that the oxygen concentration in the exhaust gas does not cause a catalytic action by the metal contained in the metal cover of the NOx sensor 26, and the output value of the NOx sensor 26 has high accuracy. As shown in FIG. 4, for example, the oxygen concentration threshold value O2exo1 is 0.2%, preferably 0.1%, more preferably 0%. And the threshold value O2exo2 is set to 0.5%, preferably 0.6%.
[0052]
Then, the process proceeds to step S26, where the first NOx sensor output value NOxex (q) detected and stored at the same timing as the extracted O2ex (q) is detected and stored at the same timing as O2ex (r). The second NOx sensor output value NOxex (r) and the output values O2ex (1), O2ex (2), O2ex (3),..., O2ex (n) of the n oxygen concentration sensors 24. Among them, satisfying O2exo1 <O2ex (i) <O2exo2, for example, detected at the same timing as the output values O2ex (1), O2ex (3),..., O2ex (l) of the h oxygen concentration sensors 24, The stored output values NOx (1), NOx (3),..., NOx (l) of the h NOx sensors are extracted.
[0053]
Based on the extracted first NOx sensor output value NOxex (q) and the second NOx sensor output value NOxex (r), the output values NOx (1), NOx (3) of the h NOx sensors. ),..., NOx (l) is corrected, for example, by linear linear interpolation and reset as estimating NOx concentration .
[0054]
Then, the process proceeds to step S27, and all the n NOxex (1), NOxex (2),..., NOxex (n) stored during the timer operation are added and then divided by the total number n. And the averaged value D = ΣNOxex (1, 2,..., N) is calculated.
[0055]
Of the n NOxex (1), NOxex (2),..., NOxex (n), h NOx (1), NOx (3),. What estimates the NOx concentration reset in S26 is used.
[0056]
In step S28, the averaged value D calculated in step S27 is compared with a predetermined value α that is a threshold value for determining the deterioration of the NOx adsorption catalyst 25.
[0057]
Note that the above-mentioned predetermined value α, which is a threshold value for deterioration determination, is set according to the operating state because the NOx release state from the NOx adsorption catalyst 25 is affected by the flow rate of the exhaust gas and the like. For example, the larger the filling rate Ce or the engine speed Ne corresponding to the engine load, the larger the value may be.
[0058]
If YES in step S28, it is determined that the NOx adsorption catalyst 25 has deteriorated, the process proceeds to step S29, a warning is given by the display means 41 such as a warning lamp, and the process ends.
[0059]
If NO in step S28, it is determined that the NOx adsorption catalyst 25 has not deteriorated, no warning is issued, and stored values such as NOxex, O2ex, D, etc. are cleared and returned.
[0060]
As described above, during the lean burn operation, when the rich spike control is performed in which the output value of the NOx sensor 26 exceeds NOxexo and the NOx adsorbed on the NOx adsorption catalyst 25 is released, FIG. As shown, the oxygen concentration starts to decrease and passes through a predetermined range of O2exo2 to O2exo1, for example, 0.5% to 0.2%, where the detection accuracy of the NOx sensor decreases. Within this predetermined range, the NOx in the exhaust gas is originally shown by the broken line in FIG. 5 (d-1) showing the NOx sensor output value in the first embodiment, whereas the NOx sensor 26 The output value is indicated by a solid line in the figure.
[0061]
For this reason, as indicated by a chain line in the figure, the h NOx sensor output values NOx (1), NOx (3), when the oxygen concentration is within a predetermined range of 0.5% to 0.2%, .., NOx (l), the first NOx sensor output value NOxex (q) when the oxygen concentration is 0.2% or less, and the second NOx sensor output when the oxygen concentration is 0.5% or more By correcting by linear linear interpolation using the value NOxex (r), the NOx concentration is estimated, whereby the functional state of the NOx adsorption catalyst 25 is determined with high accuracy.
[0062]
The NOx detection by the NOx sensor is performed by the NOx estimation means based on the NOx sensor output characteristic value in a state where the metal cover of the NOx sensor described below is removed, instead of the NOx estimation means by the linear linear interpolation described above. There may be.
[0063]
Next, FIG. 7 is a flowchart showing the contents of determination of the functional state such as deterioration of the NOx adsorption catalyst 25 performed by the ECU 32, and the processing contents of the deterioration diagnosis of the NOx adsorption catalyst according to the second embodiment of the present invention. It explains along.
[0064]
Compared with the process according to the first embodiment described above, the deterioration diagnosis process of the NOx adsorption catalyst according to the second embodiment is performed as shown in step 35 and step 36 of FIG. However, only the NOx concentration estimation method is different when the detection accuracy of the output value of the NOx sensor falls within a predetermined range.
[0065]
That is, when it is immediately after completion of the rich spike process of NO in step S21 and YES in step S24, the process proceeds to step S35, in which, for example, n oxygen concentration sensors 24 stored in step S23 while the timer T is counting are counted. Of the output values O2ex (1), O2ex (2), O2ex (3),..., O2ex (n), for example, h oxygen concentration sensors 24 satisfying O2exo1 <O2ex (i) <O2exo2. Output values O2ex (1), O2ex (3),..., O2ex (l) are extracted.
[0066]
Then, the process proceeds to step S36, and the output values O2ex (1), O2ex (3),..., O2ex (l) of the h oxygen concentration sensors 24 are detected and stored at the same timing as the h NOx sensors. Output values NOx (1), NOx (3),..., NOx (l) are extracted.
[0067]
On the other hand, the ECU 32 is obtained from the output value of the NOx sensor measured as a state in which the metal cover is removed and NOx in the exhaust gas does not react with the reducing agent such as CO, H2, and HC. The correction coefficient is stored in advance as the NOx sensor output characteristic value associated with each oxygen concentration within the predetermined range.
[0068]
From the NOx sensor output characteristic value, a correction coefficient corresponding to the output value of the oxygen concentration sensor 24 within a predetermined range, for example, the output values O2ex (1), O2ex (3) of the h oxygen concentration sensors 24, Corresponding to each of O2ex (l), a correction coefficient K1 for O2ex (1), a correction coefficient K3 for O2ex (3), and a correction coefficient Kl for O2ex (l) are calculated.
[0069]
The correction coefficients K1, K3,..., Kl, and the output values NOx (1), NOx (3),..., NOx (l) of the h NOx sensors are NOx (1) × K1, NOx. (3) × K3,..., NOx (l) × Kl, respectively, corrected by multiplication and reset as an estimate of the NOx concentration .
[0070]
The oxygen concentration thresholds O2exo1 and O2exo2 are the same as those described in the first embodiment.
[0071]
Further, only one of the comparisons with the threshold value of the oxygen concentration may be performed to simplify the control.
[0072]
Then, the processing after step S27 is averaged from all the stored NOxex (1), NOxex (2),..., NOxex (n) as in the first embodiment. In step S28, the averaged value D is compared with the predetermined value α, which is the deterioration determination threshold value. If YES, the NOx adsorption catalyst 25 deteriorates. In step S29, a warning is given by the display means 41 such as a warning lamp, and the process is terminated.
[0073]
If NO in step S28, it is determined that the NOx adsorption catalyst 25 has not deteriorated, no warning is issued, and stored values such as NOxex, O2ex, D, etc. are cleared and returned.
[0074]
Of the n NOxex (1), NOxex (2),..., NOxex (n), h NOx (1), NOx (3),. What estimates the NOx concentration reset in S36 is used.
[0075]
As described above, when the rich spike control is performed when the output value of the NOx sensor 26 exceeds NOxexo during the lean burn operation, as shown in FIG. 5C, the rich spike control is performed. As shown, the oxygen concentration starts to decrease and passes through a predetermined range of O2exo2 to O2exo1, for example, 0.5% to 0.2%, in which the detection accuracy of the NOx sensor decreases. Within this predetermined range, the NOx in the exhaust gas is originally shown by the broken line in FIG. 5 (d-2) showing the NOx sensor output value in the second embodiment, whereas the NOx sensor 26 The output value is indicated by a solid line in the figure.
[0076]
For this reason, the h NOx sensor output values NOx (1), NOx (3),..., NOx (l) when the oxygen concentration is within a predetermined range of 0.5% to 0.2% are set in advance. By correcting with a correction coefficient obtained from the stored NOx output characteristic value, the NOx concentration is estimated, whereby the functional state of the NOx adsorption catalyst 25 is determined with high accuracy.
[0077]
According to the above embodiment, the NOx sensor 26 and the oxygen concentration detection means 24 such as an O2 sensor are arranged on the downstream side of the NOx adsorption catalyst 25 to determine the functional state of the NOx adsorption catalyst 25. However, the NOx sensor 26 and the oxygen concentration detection means 24 may be arranged downstream of the three-way catalyst, and the functional state of the three-way catalyst may be judged by the NOx estimation means according to the present invention.
[0078]
Further, the NOx sensor 26 and the oxygen concentration detection means 24 are disposed in the exhaust gas passage 22 upstream of the NOx purification means such as the NOx adsorption catalyst 25 and immediately downstream of the combustion chamber 4, and the NOx estimation means according to the present invention. Alternatively, NOx in the exhaust gas may be detected, and control of NOx amount control means such as EGR control and ignition timing control, or a functional state such as failure may be diagnosed.
[0079]
Further, depending on the type of the NOx adsorption catalyst, even if the air-fuel ratio is controlled to 13.0 to 14.0 as in the above embodiment during a rich spike, the oxygen concentration on the downstream side of the NOx adsorption catalyst is desired after the start of control. There is a case where the period of staying within the predetermined range in which the detection accuracy of the NOx sensor is lowered does not immediately decrease to the above-described region but varies.
[0080]
For this reason, when rich spike control is started and the oxygen concentration in the exhaust gas becomes the lower limit value of the predetermined range, for example, 0.2% or less, the time T1 is calculated, and at this time the timer It may be configured to start counting.
[0081]
Further, it may be configured to perform control for changing the period of rich spike control, for example, the end time of T1, based on the diagnosis result of the functional state.
[0082]
Furthermore, according to the above embodiment, after the air-fuel ratio is changed by the rich spike control which is a reducing agent control means for controlling the oxygen concentration or the reducing agent concentration in the exhaust gas, the NOx sensor output value is added and averaged. If the value D is larger than the predetermined value α, the warning is executed as deterioration. However, when the averaged value D is larger than the predetermined value α, the throttle valve opening control as another reducing agent control means is further performed. Thus, after changing the air-fuel ratio by changing the intake air amount, the NOx sensor output value is detected again, the averaged value D obtained from this is compared with the predetermined value α, and finally the deterioration As the determination, the accuracy of the deterioration determination may be increased.
[0083]
From the above, when the oxygen concentration in the exhaust gas is within the predetermined range and the detection accuracy of the NOx concentration related to the NOx amount in the exhaust gas by the NOx sensor decreases, the output value of the NOx sensor Is not used as it is, but the NOx concentration is estimated from the output value of the NOx sensor by the NOx estimating means. Therefore, even when the oxygen concentration is within the predetermined range, NOx related to the NOx amount in the exhaust gas, etc. The concentration can be detected with high accuracy, and as a result, the functional state of the NOx purification device such as NOx purification means and NOx amount control means can be judged with high precision.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine system including an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a NOx sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing processing contents of rich spike processing according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the oxygen concentration and the output value of the NOx sensor at the same NOx concentration according to the present invention.
FIG. 5 is a time chart showing the relationship between the oxygen concentration in exhaust gas and the amount of NOx released from the NOx purification means according to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing the processing contents of the NOx adsorption catalyst deterioration diagnosis according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing the processing contents of NOx adsorption catalyst deterioration diagnosis according to the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body (combustion means)
4 ... Combustion chamber 22 ... Exhaust gas passage 24 ... Oxygen concentration detection means (oxygen concentration sensor)
25 ... NOx adsorption catalyst (NOx purification means)
26 ... NOx sensors 26a, 26b ... first cover, second cover (metal cover)
26c ... detection element 32 ... ECU

Claims

Exhaust gas discharged from the combustion means disposed in the exhaust gas passage flows, to reaction of the NOx with a reducing agent of the exhaust NOx in Ikatsu exhaust gas covering the detecting element and the detection element for detecting in the gas a NOx detection device provided with a NOx sensor, comprising a metal cover having a catalytic function Te,
An oxygen concentration detecting means arranged in the exhaust gas passage for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas reaching the NOx sensor;
When the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detecting means is within a range in which an error occurs in the output value of the NOx sensor due to the catalytic function of the metal cover , the NOx sensor outputs NOx based on the output value of the NOx sensor. a NOx estimating means for estimating the concentration,
Tona is,
The NOx estimation device is configured to estimate a NOx concentration when the oxygen concentration is within the range based on a NOx sensor output value when the oxygen concentration is outside the range .

Exhaust gas discharged from the combustion means disposed in the exhaust gas passage flows, to reaction of the NOx with a reducing agent of the exhaust NOx in Ikatsu exhaust gas covering the detecting element and the detection element for detecting in the gas a NOx detection device provided with a NOx sensor, comprising a metal cover having a catalytic function Te,
An oxygen concentration detecting means arranged in the exhaust gas passage for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas reaching the NOx sensor;
When the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detecting means is within a range in which an error occurs in the output value of the NOx sensor due to the catalytic function of the metal cover, the NOx sensor outputs NOx based on the output value of the NOx sensor. NOx estimating means for estimating the concentration ;
Consists of
The NOx sensor output characteristic value in the state where the metal cover of the NOx sensor is removed when the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detecting means is within the above range is stored in advance.
The NOx estimating means calculates the NOx concentration when the oxygen concentration is within the range based on the NOx sensor output value when the oxygen concentration is within the range and the NOx sensor output characteristic value stored in advance. NOx detection device to be estimated .

The NOx detection device according to claim 1 or 2,
NOx adsorption that is arranged upstream of the NOx sensor in which the NOx sensor of the NOx detection device is arranged and adsorbs or releases NOx according to the oxygen concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage. A catalyst,
Reducing agent control means for controlling oxygen concentration or reducing agent concentration in the exhaust gas;
A function judging means for judging the functional state of the NOx adsorption catalyst based on the output value of the NOx sensor when NOx adsorbed on the NOx adsorption catalyst is released into the exhaust gas by the reducing agent control means; An exhaust purification device comprising
When the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detecting means is within the range, the function determining means is configured to function the NOx adsorption catalyst based on the NOx concentration estimated by the NOx estimating means of the NOx detecting device. An exhaust purification device configured to determine