JP4061872B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気浄化装置に関し、特に排気通路にＮＯｘ捕捉剤を備えた排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】
エンジン排気通路の途中にＮＯｘを吸収・捕捉する機能を備えた触媒または捕捉剤（以下これらを「ＮＯｘ捕捉剤」という。）を介装した排気浄化装置が提案されている（特開2000-352309号公報参照）。この排気浄化装置は、リーン雰囲気下でＮＯｘを吸収し、理論空燃比もしくはリッチ雰囲気下でＮＯｘを放出するというＮＯｘ捕捉剤の性質を利用して、燃費性能に有利なリーン空燃比での運転を行いながら三元触媒によるＮＯｘの還元作用を確保している。すなわち通常はリーン燃焼運転を行い、この間にＮＯｘ捕捉剤に捕捉しておいたＮＯｘを、一時的に空燃比をリッチ化することで放出および還元処理する。
【０００３】
このような排気浄化装置において、ＮＯｘ捕捉剤に捕捉したＮＯｘの量に対してリッチ化時間が過小であるとＮＯｘ浄化が不十分となり、リッチ化時間が過大であるとＣＯ、ＨＣエミッションや燃費が悪化する。このため、前記従来の装置では、ＮＯｘ捕捉剤の下流側に排気中の酸素濃度を検出する空燃比センサまたは酸素センサを設け、その出力に基づいて所定の手法によりＮＯｘ捕捉剤に捕捉されたＮＯｘ量を演算し、捕捉量が予め定めた量に達したところでその量に応じた時間だけリッチ化制御を行うようにしている。また、同様の目的で、ＮＯｘ捕捉剤下流側の排気中の酸素濃度を検出し、リッチ化制御開始後に排気がリーンからリッチになったときにＮＯｘの放出が完了したと判定するようにしたものもある（国際公開94/17291参照）。
【０００４】
この種の排気浄化装置では、前述のとおりＮＯｘ捕捉量を捕捉剤下流の酸素濃度に基づいて判断しているところから、酸素濃度を検出するセンサが故障すると正常な制御が行えなくなり、排気エミッションや燃費性能に悪影響が及ぶ。本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、ＮＯｘ捕捉剤の下流側に設けられる酸素センサなどの酸素濃度検出手段の故障の有無を確実に判定し、さらに故障と判定したときに適切に空燃比制御を行いうるようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、エンジン排気通路に介装され、リーン雰囲気のときに排気ガス中のＮＯｘを捕捉し、リッチ雰囲気のときにＮＯｘを放出するＮＯｘ捕捉剤と、前記ＮＯｘ捕捉剤下流の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、リーン空燃比での運転中に、前記ＮＯｘ捕捉剤に捕捉されたＮＯｘの量が所定値以上となったときに排気ガスを一時的に理論空燃比以下とするリッチ化制御を行う空燃比制御手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、前記リッチ化制御の継続時間を測定する実リッチ化時間測定手段と、
前記ＮＯｘ捕捉剤の酸素ストレージ能力とエンジン運転状態とに基づきリッチ化制御の継続時間を推定する推定リッチ化時間演算手段と、前記実リッチ化時間と推定リッチ化時間との比較に基づいて前記酸素濃度検出手段の故障を判定する故障判定手段と、を備え、前記空燃比制御手段は、前記酸素濃度検出手段の故障が判定されていないときは前記酸素濃度検出手段の出力に基づいてリッチ化制御を行い、前記酸素濃度検出手段の故障が判定されたときは前記推定リッチ化時間に従ってリッチ化制御を行う。
【０００６】
第２の発明は、前記故障判定手段を、実リッチ化時間と推定リッチ化時間との比が、所定の下限値と上限値とのあいだに無いときに酸素濃度検出手段を故障と判定するように構成した。
【０００７】
第３の発明は、前記第１または第２の発明の推定リッチ化時間演算手段におけるＮＯｘ捕捉剤の酸素ストレージ能力を、ＮＯｘ捕捉剤の使用条件を代表するエンジン運転条件の履歴から推定するようにした。
【０００８】
第４の発明は、前記第１または第２の発明において、故障判定手段による故障判定時には、予めＮＯｘ捕捉剤に所定の上限値以上のＮＯｘを捕捉させておくようにした。
【００１０】
第５の発明は、前記第１または第２の発明の空燃比制御手段を、酸素濃度検出手段の故障が判定されたときは、リーン空燃比での運転を禁止するように構成した。
【００１１】
第６の発明は、前記第１または第２の発明の故障判定手段を、前記リッチ化制御が行われる毎に故障判定を行うように構成した。
【００１２】
【発明の効果】
前記第１の発明以下の各発明によれば、測定された実リッチ化時間とエンジン運転状態等に応じて算出した推定リッチ化時間とに基づいて酸素濃度検出手段の故障を判定することが可能であり、特別な診断用の装置を付加する必要もない。また、酸素濃度検出手段の故障が判定されたときは推定リッチ化時間に従ってリッチ化制御を行うので、酸素濃度検出手段に異常が発生した状態で不適切な空燃比制御が行われる事態を回避して、排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、実リッチ化時間と推定リッチ化時間との比に基づいて酸素濃度検出手段の故障判定を行うようにしたことから、リッチ化時間の大小にかかわらず正確な故障判定が可能である。
【００１４】
第３の発明によれば、ＮＯｘ捕捉剤の劣化状態に応じて酸素ストレージ能力を推定するようにしたことから、故障判定をより精度良く行うことができる。
【００１５】
第４の発明によれば、ＮＯｘの捕捉量が一定値以上という特定の条件下で酸素濃度検出手段の故障判定を行う機会を確保することができる。
【００１７】
第５の発明によれば、リッチ化が必要なリーン燃焼運転を行わないので、異常な制御が行われる事態を回避して排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００１８】
第６の発明によれば、故障判定をリッチ化制御毎に行うものとしたことから故障判定の機会を確保し、酸素センサの故障を早期を判定することができる。
ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態の機械的構成を示している。図において、１はエンジン（本体）、２はその吸気管である。吸気管２には吸気流量を検出するエアフロメータ３とスロットルバルブ開度を検出するスロットルセンサ４が介装されている。５はエンジンシリンダ内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁、６は混合気に着火する点火プラグである。
【００２０】
７は排気管であり、その途中には排気ガスを浄化するための触媒９，１０が設けられている。下流側に位置する触媒１０は、排気ガス空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸着し、リッチの時に前記吸着したＮＯｘを脱離・処理する機能を有する三元触媒である。また排気管７には第１の触媒９の上流側と第２の触媒１０の下流側とに、それぞれ酸素濃度検出手段として酸素センサ８，１１が設けられている。
【００２１】
燃料噴射弁５と点火プラグ6は、エンジン1の冷却水温を検出する水温センサ１２や回転速度を検出するクランク角センサ１３の出力、前記吸入空気量、スロットル開度、酸素センサ８，１１の出力に基づいてコントロールユニット１４により制御される。燃料噴射量については、一般に吸入空気量とエンジン回転速度に基づいて定めた基本燃料噴射量を冷却水温等に応じて補正したものに、排気中の酸素濃度をフィードバックして所定の空燃比となるように燃料噴射弁５を駆動することで制御する。
【００２２】
前記コントロールユニット１４は、本発明の各種手段の機能を実現するもので、ＣＰＵおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータとして構成されている。以下、このコントロールユニット１４により実行される酸素センサ１１の診断を中心とする制御の実施形態につき、フローチャートを参照しながら説明する。
【００２３】
図２は前記制御に関する第１の実施形態の処理ルーチンを表している。これは前記下流側酸素センサ１１の故障診断を行なうための独立したサブルーチンを持つものであり、例えば車両の所定距離走行毎に故障診断要求がコントロールユニットより出され、本故障診断が終了するまで約１０ｍｓ毎に呼び出される。なお、以下の説明およびフローチャートにおいて符号Ｓを付して示した数字は処理ステップ番号である。
【００２４】
この制御では、まず初期設定としてイグニッションスイッチがオンとされたとき（IGNon時）にフラグＦＬＧＲＳが０にクリアされる。このフラグＦＬＧＲＳは触媒１０に吸着されたＮＯｘの脱離処理のための空燃比のリッチ化を行なっていることを示すものであり、空燃比リッチ化制御中には１にセットされる。
【００２５】
前記初期設定の後、Ｓ１では、フラグＦＬＧＲＯ２ＤＧＮが１であるかを判定する。ＦＬＧＲＯ２ＤＧＮは酸素センサ１１の故障診断中であるか否かを示すフラグであり、１のときに診断中を示す。ＦＬＧＲＯ２ＤＧＮが１の故障診断中はＳ３へ進み、前記ＦＬＧＲＳを参照する。ＦＬＧＲＳ＝１であるときは後述するＳ１３へ進み、ＦＬＧＲＳ＝０の場合には同じく後述するＳ６へ進む。
【００２６】
Ｓ１でＦＬＧＲＯ２ＤＧＮ＝０のときにはＳ２へ進み、現在所定時間リーン運転領域が継続しているか判断する。継続していない場合にはＳ２５へ進み、通常の空燃比制御を行ない、Ｓ２６でＦＬＧＲＯ２ＤＧＮ＝０として今回の処理を終了する。所定時間リーン運転領域が継続している場合にはＳ４以下の酸素センサ１１の故障診断処理に入る。
【００２７】
Ｓ４では、触媒１０に吸着されているＮＯｘおよび酸素を放出させるために、一旦通常の空燃比リッチ化制御を行ない、Ｓ５にて現在の触媒の酸素ストレージ量を示すＣＮＴＯＳＣをクリアしＳ６へ進む。Ｓ６では現在リーン運転領域にあるかを判定し、リーン運転領域でない場合にはＳ２５に進んで通常の空燃比制御を行ない、Ｓ２６でＦＬＧＲＯ２ＤＧＮ＝０として今回の処理を終了する。Ｓ６にてリーン運転領域にある場合にはＳ７へ進み、ＦＬＧＲＯ２ＤＧＮ＝１としてＳ８以降の下流側酸素センサ１１の故障診断を開始する。
【００２８】
Ｓ８では、空燃比リーン燃焼制御を行ない、Ｓ９にて現在のエンジンの運転状態（この場合、回転数ＮＥと負荷ＴＴＣ）においてエンジンから排出される酸素とＮＯｘ量の和を示すＥＯＯＳＣを図３のように予め設定されたマップから読み出す。Ｓ１０ではＥＯＯＳＣの積算値ＣＮＴＯＳＣにＳ９で読み出した現在のエンジンの運転状態でのＥＯＯＳＣを加算してＣＮＴＯＳＣを更新する。
【００２９】
Ｓ１１では現在の触媒１０の劣化度合いすなわち総酸素ストレージ量の低下度合いを示す係数ＫＲＫを初期(触媒新品時)の総酸素ストレージ量ＯＳＣＦＬに乗じて、現時点での触媒１０の総酸素ストレージ量ＯＳＣＦＬＮＯＷを算出する。前記劣化係数ＫＲＫは触媒新品時に初期値として１が設定されており、その後の運転履歴に応じて図４に示した手法により減算されてゆく。このフローチャートについて説明すると、Ｓ３１にて図５に示すように予め設定されたマップから現在の運転状態（ＮＥ，ＴＴＣ）による触媒劣化代ＤＬＴＲＫを検索する。一般に触媒は高排温状態におかれることにより劣化していくため、図５でＤＬＴＲＫは高回転高負荷条件ほど大きくなる特性となっている。Ｓ３２では前記劣化係数ＫＲＫからＤＬＴＲＫを減算し劣化係数の減算ルーチンを終了する。
【００３０】
図２のＳ１２では酸素センサ１１の故障診断を開始してからの触媒１０の酸素ストレージ量ＣＮＴＯＳＣがＯＳＣＦＬＮＯＷより大きくなったか、つまり現在触媒１０に完全に酸素がストレージされているか否かを判断する。ＣＮＴＯＳＣ＜ＯＳＣＦＬＮＯＷの場合は、まだ触媒１０に現在の能力分だけ充分に酸素がストレージされていないものとして、酸素センサ１１の故障診断状態のまま今回の処理を終了する。ＣＮＴＯＳＣ≧ＯＳＣＦＬＮＯＷの場合は、触媒１０に現在の能力分だけ充分に酸素がストレージされているものとしてＳ１３へ進み、空燃比リッチ化制御を行なう。
【００３１】
次のＳ１４では空燃比リッチ化制御を行なっていることを示すフラグＦＬＧＲＳを１とし、Ｓ１５にて空燃比リッチ化制御を行なっている時間を示すカウンタＣＮＴＲＳをカウントアップする。Ｓ１６ではＣＮＴＲＳが上限値ＲＳＭＡＸに達しているかを判定する。ＣＮＴＲＳ≧ＲＳＭＡＸの場合には、酸素センサ１１の故障により空燃比リッチ化制御の終了判定が正常に行なわれていないと判断し、Ｓ１９でリッチ化制御から通常の空燃比制御に戻すとともに、Ｓ２３へ進み、酸素センサ１１（フローチャート内では「リアＯ２／Ｓ」と略記してある。以下同様。）故障と判定した後Ｓ２４へ進む。なお、図示しないが、この故障判定時には例えば故障状態を示すデータを外部からアクセス可能な記憶装置に記憶させたり、あるいは警告灯を点灯させる等の措置をとる。Ｓ１６にてＣＮＴＲＳ＜ＲＳＭＡＸの場合はＳ１７へ進み、酸素センサ１１の出力ＶＲＯ２がリッチを示すスライスレベルＲＳＬに達したかを判定する。ＶＲＯ２＜ＲＳＬの場合には、まだ触媒１０にストレージされた酸素、ＮＯｘが完全に放出されていないと判断し、空燃比リッチ化制御状態のまま今回の処理を終了する。ＶＲＯ２≧ＲＳＬの場合は触媒１０にストレージされた酸素、ＮＯｘが完全に放出されたと判断し、Ｓ１８で空燃比リッチ化制御を終了させて通常空燃比制御を行なう。
【００３２】
Ｓ２０では、図６に示す関係から現時点での触媒１０の総酸素ストレージ量ＯＳＣＦＬＮＯＷに対応する要求リッチ化時間（推定リッチ化時間）ＦＬＲＳを検索しＳ２１へ進む。Ｓ２１では実際に触媒１０にストレージされた酸素、ＮＯｘを完全に放出させるために要した実リッチ化時間ＣＮＴＲＳとＳ２０にて求めた現時点での触媒１０の酸素ストレージ量ＯＳＣＦＬＮＯＷに対応する要求リッチ化時間ＦＬＲＳを比較し、その比ＣＮＴＲＳ／ＦＬＲＳが所定の範囲内(下限値ＬＲＳＴと上限値ＨＲＳＴとの間）にあるかを判定する。ＣＮＴＲＳ／ＦＬＲＳが所定の範囲内に無い場合には、空燃比リッチ化制御の終了判定が正確に行われていないものとしてＳ２３へ進み、酸素センサ１１を故障と判定する。ＣＮＴＲＳ／ＦＬＲＳが所定の範囲内にある場合にはＳ２２へ進み、酸素センサ１１は正常であるものとして、Ｓ２４にて終了処理として各フラグおよびカウンタをクリアする。
【００３３】
次に、酸素センサ１１の故障診断に関する第２の実施形態について図７に示したフローチャートに沿って説明する。この実施形態は、触媒１０に吸着されたＮＯｘの脱離処理のための空燃比リッチ化制御を行なう毎に酸素センサ１１の故障診断を行なうようにしたものである。そこで、ここでは主に空燃比リッチ化制御について説明する。
【００３４】
まずＳ１０１では、空燃比をリーンからリッチに切り替えるために目標当量比ＴＦＢＹＡを1とし、次いでＳ１０２で空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡにリッチ分ＲＳＰを加えてＡＬＰＨＡ＝１＋ＲＳＰとする。Ｓ１０３では空燃比リッチ化制御中であることを示すフラグＦＬＧＲＳを１とする。Ｓ１０４ではリッチ化時間のカウンタＣＮＴＲＳをカウントアップし、Ｓ１０５で空燃比リッチ化制御中の吸入空気量ＱＡを積算し、ＴＱＡとする。
【００３５】
Ｓ１０６ではすでに酸素センサ１１が故障と判定されているか否かを判断する。故障中の場合には酸素センサ出力から空燃比リッチ化制御の終了タイミングを正確に判定できないため、ＣＮＴＲＳが後述する触媒にストレージされた酸素、ＮＯｘの量から推定されるリッチ化時間ＯＳＣＲＳに達したら空燃比リッチ化制御をさせる。この場合、フローチャート上ではＳ１１１へ進む。酸素センサ１１が正常の場合にはＳ１０７へ進む。
【００３６】
Ｓ１０７では、リッチ化時間カウンタＣＮＴＲＳが上限値ＲＳＭＡＸに達しているか否かを判定する。ＣＮＴＲＳ≧ＲＳＭＡＸの場合には、酸素センサ１１の故障により空燃比リッチ化制御の終了判定が正常に行なわれていないと判断し、Ｓ１１０で通常の空燃比制御を行なうとともに、Ｓ１１８へ進み、酸素センサ１１を故障していると判定したのちＳ１２０の終了処理へ進む。Ｓ１０７でＣＮＴＲＳ＜ＲＳＭＡＸの場合にはＳ１０８へ進み、酸素センサ１１の出力ＶＲＯ２がリッチを示すスライスレベルＲＳＬに達したか否かを判定する。ＶＲＯ２＜ＲＳＬの場合には、まだ触媒１０にストレージされた酸素、ＮＯｘが完全には放出されていないと判断し、空燃比リッチ化制御状態のまま今回の処理を終了する。ＶＲＯ２≧ＲＳＬの場合には触媒１０にストレージされた酸素、ＮＯｘが完全に放出されたと判断し、Ｓ１０９で通常空燃比制御を行ないＳ１１１へ進む。
【００３７】
Ｓ１１１〜Ｓ１１３では、今回の空燃比リッチ化制御を行なう直前に触媒１０にストレージされていた酸素およびＮＯｘの量から推定される要求リッチ化時間ＯＳＣＲＳを計算する。まず、Ｓ１１１では予め図８に示したように設定されたマップを参照して、今回の空燃比リッチ化制御を行なう直前に触媒１０にストレージされていた酸素およびＮＯｘの量ＣＮＴＯＳＣから要求リッチ化時間基本値ＯＳＣＲＳＢを検索する。
【００３８】
ＣＮＴＯＳＣは、例えば図９のフローチャートに示したような手法で演算される。これを説明すると、まずＳ２０１では現在リーン運転中か否かを判定する。リーン運転中でない場合にはそのままルーチンを終了する。リーン運転中である場合にはＳ２０２へ進み、現在のエンジンの運転状態においてエンジンから排出される酸素とＮＯｘの濃度の和を示すＣＥＯＯＳＣを、予め図１０に示すように設定されたマップから読み出す。Ｓ２０３では、現在触媒１０にストレージされている酸素およびＮＯｘの量ＣＮＴＯＳＣに、ＣＥＯＯＳＣに吸入空気量ＱＡ、吸着率ＴＲＡＰＲＴ、吸着率劣化係数ＲＫＴＲＡＰを乗じたものを加算して本ルーチンを終了する。なお、吸着率ＴＲＡＰＲＴは現在触媒１０にストレージされている酸素およびＮＯｘの量ＣＮＴＯＳＣをパラメータとして、図１１に示す関係により求められ、また吸着率劣化係数ＲＫＴＲＡＰは既述した触媒の劣化係数ＫＲＫをパラメータとして、図１２に示す関係により求められる。
【００３９】
Ｓ１１２では、リッチ化制御を開始してからの吸入空気量の積算値ＴＱＡから排気ガス量分のリッチ化時間補正値ＱＡＨＯＳを図１３に示す関係から検索する。次いでＳ１１３では前述の要求リッチ化時間基本値ＯＳＣＲＢおよびリッチ化時間補正値ＱＡＨＯＳから要求リッチ化時間ＯＳＣＲＳを算出する。
【００４０】
Ｓ１１４では、酸素センサ１１が故障判定されているか否かを判断する。故障している場合には、リッチ化制御の終了判定を行なうため、Ｓ１１６へ進む。Ｓ１１６では、実際にリッチ化を行なっている時間ＣＮＴＲＳが要求リッチ化時間ＯＳＣＲＳに達したか否かを判定する。ＣＮＴＲＳ≧ＯＳＣＲＳの場合には、今回触媒１０にストレージされていた酸素およびＮＯｘが脱離処理されたとして、Ｓ１１９へ進み、リッチ化制御を終了して通常の空燃比制御を行ない、Ｓ１２０へ進む。Ｓ１１６にてＣＮＴＲＳ＜ＯＳＣＲＳの場合には、まだ酸素およびＮＯｘの脱離処理が終了していないものとして、リッチ化制御を行なったまま今回の処理を終了する。
【００４１】
Ｓ１１４にて酸素センサ１１が故障していないと判断された場合には、Ｓ１１５で今回のＮＯｘの脱離処理において酸素センサ１１の出力から実際に要したリッチ化時間ＣＮＴＲＳと現在の触媒１０の酸素ストレージ能力から推定される要求リッチ化時間ＯＳＣＲＳの比ＣＮＴＲＳ／ＯＳＣＲＳが所定値の範囲内(下限値ＬＲＳＴと上限値ＨＲＳＴの間)にあるかを判定する。ＣＮＴＲＳ／ＯＳＣＲＳが前記所定の範囲内に無い場合には、空燃比リッチ化制御の終了判定が正確に行えないので、Ｓ１１８へ進み酸素センサ１１を故障と判定する。ＣＮＴＲＳ／ＯＳＣＲＳが所定の範囲内にある場合にはＳ１１７へ進み、酸素センサ１１は正常であると判定して、Ｓ１２０にて終了処理として各フラグ、カウンタをクリアする。
【００４２】
次に、酸素センサ１１の故障判定に関する第３の実施形態につき、図１４に示したフローチャートに沿って説明する。この実施形態は、前述の第１または第２の実施形態に対して、酸素センサ１１が故障中の場合にはリーン燃焼を禁止するようにした点で異なる。
【００４３】
この処理では、まずＳ３０１で酸素センサ１１が故障中か否かを既述した手法により判断する。酸素センサ１１が故障中の場合には、ＮＯｘの脱離浄化のためのリッチ化制御の終了判定が正常に行われないためＳ３０５へ進み、通常の空燃比フィードバック制御を行ない今回の処理を終了する。酸素センサ１１が故障中でない場合にはＳ３０２へ進み、ＦＬＧＲＳ＝１か、つまり現在リッチ化制御中であるかを判定する。リッチ化制御中である場合にはＳ３０７へ進み、そのままリッチ化制御を継続する。リッチ化制御中でない場合にはＳ３０３へ進み、現在予め定められたリーン運転領域にてエンジンが運転されているか否かを判定する。リーン運転領域にない場合にはＳ３０５へ進み、通常の空燃比フィードバック制御を行なう。リーン運転条件にあると判定された場合、Ｓ３０４へ進み、リーン燃焼制御を行なう。また、Ｓ３０６では触媒１０のＮＯｘの処理要求があるかを判定する。これは触媒１０に所定量ＮＯｘが吸着されていると判断された場合に処理要求が発生するものである。ＮＯｘの処理要求がある場合にはＳ３０７へ進み、空燃比リッチ化制御を行ない、ＮＯｘの処理要求がない場合にはそのまま今回の処理を終了する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気浄化装置を備えたエンジンの一実施形態を示す概略構成図。
【図２】コントロールユニットにより実行される故障判定ルーチンの第１の実施形態を示すフローチャート。
【図３】エンジン回転数ＮＥと負荷ＴＴＣとから、エンジンが排出する酸素とＮＯｘの量の和ＥＯＯＳＣを与えるマップの説明図。
【図４】触媒劣化係数演算のためのサブルーチンを示すフローチャート。
【図５】エンジン回転数ＮＥと負荷ＴＴＣとから触媒劣化代ＤＬＴＲＫを与えるマップの説明図。
【図６】触媒の総酸素ストレージ量ＯＳＣＦＬＮＯＷと要求リッチ化時間（推定リッチ化時間）ＦＬＲＳとの関係を示す特性線図。
【図７】コントロールユニットにより実行される故障判定ルーチンの第２の実施形態を示すフローチャート。
【図８】触媒のストレージ酸素およびＮＯｘの量ＣＮＴＯＳＣから要求リッチ化時間基本値ＯＳＣＲＳＢを与えるマップの説明図。
【図９】触媒酸素ストレージ量演算のためのサブルーチンを示すフローチャート。
【図１０】エンジン回転数ＮＥと負荷ＴＴＣとからエンジンから排出される酸素とＮＯｘの濃度の和ＣＥＯＯＳＣを与えるマップの説明図。
【図１１】触媒のストレージ酸素およびＮＯｘの量ＣＮＴＯＳＣをパラメータとして吸着率ＴＲＡＰＲＴを与えるマップの説明図。
【図１２】触媒の劣化係数ＫＲＫをパラメータとして吸着率劣化係数ＲＫＴＲＡＰを与えるマップの説明図。
【図１３】リッチ化制御を開始してからの吸入空気量の積算値ＴＱＡから排気ガス量分のリッチ化時間補正値ＱＡＨＯＳを与えるマップの説明図。
【図１４】コントロールユニットにより実行される故障判定ルーチンの第３の実施形態を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ エンジン（本体）
２ 吸気管
３ エアフローメータ
４ スロットルセンサ
５ 燃料噴射弁
６ 点火プラグ
７ 排気管
８ 酸素センサ
９ 触媒９
１０ 触媒（ＮＯｘ捕捉剤）
１１ 酸素センサ
１２ 水温センサ
１３ クランク角センサ
１４ コントロールユニット
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気浄化装置に関し、特に排気通路にＮＯｘ捕捉剤を備えた排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】
エンジン排気通路の途中にＮＯｘを吸収・捕捉する機能を備えた触媒または捕捉剤（以下これらを「ＮＯｘ捕捉剤」という。）を介装した排気浄化装置が提案されている（特開2000-352309号公報参照）。この排気浄化装置は、リーン雰囲気下でＮＯｘを吸収し、理論空燃比もしくはリッチ雰囲気下でＮＯｘを放出するというＮＯｘ捕捉剤の性質を利用して、燃費性能に有利なリーン空燃比での運転を行いながら三元触媒によるＮＯｘの還元作用を確保している。すなわち通常はリーン燃焼運転を行い、この間にＮＯｘ捕捉剤に捕捉しておいたＮＯｘを、一時的に空燃比をリッチ化することで放出および還元処理する。
【０００３】
このような排気浄化装置において、ＮＯｘ捕捉剤に捕捉したＮＯｘの量に対してリッチ化時間が過小であるとＮＯｘ浄化が不十分となり、リッチ化時間が過大であるとＣＯ、ＨＣエミッションや燃費が悪化する。このため、前記従来の装置では、ＮＯｘ捕捉剤の下流側に排気中の酸素濃度を検出する空燃比センサまたは酸素センサを設け、その出力に基づいて所定の手法によりＮＯｘ捕捉剤に捕捉されたＮＯｘ量を演算し、捕捉量が予め定めた量に達したところでその量に応じた時間だけリッチ化制御を行うようにしている。また、同様の目的で、ＮＯｘ捕捉剤下流側の排気中の酸素濃度を検出し、リッチ化制御開始後に排気がリーンからリッチになったときにＮＯｘの放出が完了したと判定するようにしたものもある（国際公開94/17291参照）。
【０００４】
この種の排気浄化装置では、前述のとおりＮＯｘ捕捉量を捕捉剤下流の酸素濃度に基づいて判断しているところから、酸素濃度を検出するセンサが故障すると正常な制御が行えなくなり、排気エミッションや燃費性能に悪影響が及ぶ。本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、ＮＯｘ捕捉剤の下流側に設けられる酸素センサなどの酸素濃度検出手段の故障の有無を確実に判定し、さらに故障と判定したときに適切に空燃比制御を行いうるようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、エンジン排気通路に介装され、リーン雰囲気のときに排気ガス中のＮＯｘを捕捉し、リッチ雰囲気のときにＮＯｘを放出するＮＯｘ捕捉剤と、前記ＮＯｘ捕捉剤下流の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、リーン空燃比での運転中に、前記ＮＯｘ捕捉剤に捕捉されたＮＯｘの量が所定値以上となったときに排気ガスを一時的に理論空燃比以下とするリッチ化制御を行う空燃比制御手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、前記リッチ化制御の継続時間を測定する実リッチ化時間測定手段と、
前記ＮＯｘ捕捉剤の酸素ストレージ能力とエンジン運転状態とに基づきリッチ化制御の継続時間を推定する推定リッチ化時間演算手段と、前記実リッチ化時間と推定リッチ化時間との比較に基づいて前記酸素濃度検出手段の故障を判定する故障判定手段と、を備え、前記空燃比制御手段は、前記酸素濃度検出手段の故障が判定されていないときは前記酸素濃度検出手段の出力に基づいてリッチ化制御を行い、前記酸素濃度検出手段の故障が判定されたときは前記推定リッチ化時間に従ってリッチ化制御を行う。
【０００６】
第２の発明は、前記故障判定手段を、実リッチ化時間と推定リッチ化時間との比が、所定の下限値と上限値とのあいだに無いときに酸素濃度検出手段を故障と判定するように構成した。
【０００７】
第３の発明は、前記第１または第２の発明の推定リッチ化時間演算手段におけるＮＯｘ捕捉剤の酸素ストレージ能力を、ＮＯｘ捕捉剤の使用条件を代表するエンジン運転条件の履歴から推定するようにした。
【０００８】
第４の発明は、前記第１または第２の発明において、故障判定手段による故障判定時には、予めＮＯｘ捕捉剤に所定の上限値以上のＮＯｘを捕捉させておくようにした。
【００１０】
第５の発明は、前記第１または第２の発明の空燃比制御手段を、酸素濃度検出手段の故障が判定されたときは、リーン空燃比での運転を禁止するように構成した。
【００１１】
第６の発明は、前記第１または第２の発明の故障判定手段を、前記リッチ化制御が行われる毎に故障判定を行うように構成した。
【００１２】
【発明の効果】
前記第１の発明以下の各発明によれば、測定された実リッチ化時間とエンジン運転状態等に応じて算出した推定リッチ化時間とに基づいて酸素濃度検出手段の故障を判定することが可能であり、特別な診断用の装置を付加する必要もない。また、酸素濃度検出手段の故障が判定されたときは推定リッチ化時間に従ってリッチ化制御を行うので、酸素濃度検出手段に異常が発生した状態で不適切な空燃比制御が行われる事態を回避して、排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、実リッチ化時間と推定リッチ化時間との比に基づいて酸素濃度検出手段の故障判定を行うようにしたことから、リッチ化時間の大小にかかわらず正確な故障判定が可能である。
【００１４】
第３の発明によれば、ＮＯｘ捕捉剤の劣化状態に応じて酸素ストレージ能力を推定するようにしたことから、故障判定をより精度良く行うことができる。
【００１５】
第４の発明によれば、ＮＯｘの捕捉量が一定値以上という特定の条件下で酸素濃度検出手段の故障判定を行う機会を確保することができる。
【００１７】
第５の発明によれば、リッチ化が必要なリーン燃焼運転を行わないので、異常な制御が行われる事態を回避して排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００１８】
第６の発明によれば、故障判定をリッチ化制御毎に行うものとしたことから故障判定の機会を確保し、酸素センサの故障を早期を判定することができる。
ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態の機械的構成を示している。図において、１はエンジン（本体）、２はその吸気管である。吸気管２には吸気流量を検出するエアフロメータ３とスロットルバルブ開度を検出するスロットルセンサ４が介装されている。５はエンジンシリンダ内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁、６は混合気に着火する点火プラグである。
【００２０】
７は排気管であり、その途中には排気ガスを浄化するための触媒９，１０が設けられている。下流側に位置する触媒１０は、排気ガス空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸着し、リッチの時に前記吸着したＮＯｘを脱離・処理する機能を有する三元触媒である。また排気管７には第１の触媒９の上流側と第２の触媒１０の下流側とに、それぞれ酸素濃度検出手段として酸素センサ８，１１が設けられている。
【００２１】
燃料噴射弁５と点火プラグ6は、エンジン1の冷却水温を検出する水温センサ１２や回転速度を検出するクランク角センサ１３の出力、前記吸入空気量、スロットル開度、酸素センサ８，１１の出力に基づいてコントロールユニット１４により制御される。燃料噴射量については、一般に吸入空気量とエンジン回転速度に基づいて定めた基本燃料噴射量を冷却水温等に応じて補正したものに、排気中の酸素濃度をフィードバックして所定の空燃比となるように燃料噴射弁５を駆動することで制御する。
【００２２】
前記コントロールユニット１４は、本発明の各種手段の機能を実現するもので、ＣＰＵおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータとして構成されている。以下、このコントロールユニット１４により実行される酸素センサ１１の診断を中心とする制御の実施形態につき、フローチャートを参照しながら説明する。
【００２３】
図２は前記制御に関する第１の実施形態の処理ルーチンを表している。これは前記下流側酸素センサ１１の故障診断を行なうための独立したサブルーチンを持つものであり、例えば車両の所定距離走行毎に故障診断要求がコントロールユニットより出され、本故障診断が終了するまで約１０ｍｓ毎に呼び出される。なお、以下の説明およびフローチャートにおいて符号Ｓを付して示した数字は処理ステップ番号である。
【００２４】
この制御では、まず初期設定としてイグニッションスイッチがオンとされたとき（IGNon時）にフラグＦＬＧＲＳが０にクリアされる。このフラグＦＬＧＲＳは触媒１０に吸着されたＮＯｘの脱離処理のための空燃比のリッチ化を行なっていることを示すものであり、空燃比リッチ化制御中には１にセットされる。
【００２５】
前記初期設定の後、Ｓ１では、フラグＦＬＧＲＯ２ＤＧＮが１であるかを判定する。ＦＬＧＲＯ２ＤＧＮは酸素センサ１１の故障診断中であるか否かを示すフラグであり、１のときに診断中を示す。ＦＬＧＲＯ２ＤＧＮが１の故障診断中はＳ３へ進み、前記ＦＬＧＲＳを参照する。ＦＬＧＲＳ＝１であるときは後述するＳ１３へ進み、ＦＬＧＲＳ＝０の場合には同じく後述するＳ６へ進む。
【００２６】
Ｓ１でＦＬＧＲＯ２ＤＧＮ＝０のときにはＳ２へ進み、現在所定時間リーン運転領域が継続しているか判断する。継続していない場合にはＳ２５へ進み、通常の空燃比制御を行ない、Ｓ２６でＦＬＧＲＯ２ＤＧＮ＝０として今回の処理を終了する。所定時間リーン運転領域が継続している場合にはＳ４以下の酸素センサ１１の故障診断処理に入る。
【００２７】
Ｓ４では、触媒１０に吸着されているＮＯｘおよび酸素を放出させるために、一旦通常の空燃比リッチ化制御を行ない、Ｓ５にて現在の触媒の酸素ストレージ量を示すＣＮＴＯＳＣをクリアしＳ６へ進む。Ｓ６では現在リーン運転領域にあるかを判定し、リーン運転領域でない場合にはＳ２５に進んで通常の空燃比制御を行ない、Ｓ２６でＦＬＧＲＯ２ＤＧＮ＝０として今回の処理を終了する。Ｓ６にてリーン運転領域にある場合にはＳ７へ進み、ＦＬＧＲＯ２ＤＧＮ＝１としてＳ８以降の下流側酸素センサ１１の故障診断を開始する。
【００２８】
Ｓ８では、空燃比リーン燃焼制御を行ない、Ｓ９にて現在のエンジンの運転状態（この場合、回転数ＮＥと負荷ＴＴＣ）においてエンジンから排出される酸素とＮＯｘ量の和を示すＥＯＯＳＣを図３のように予め設定されたマップから読み出す。Ｓ１０ではＥＯＯＳＣの積算値ＣＮＴＯＳＣにＳ９で読み出した現在のエンジンの運転状態でのＥＯＯＳＣを加算してＣＮＴＯＳＣを更新する。
【００２９】
Ｓ１１では現在の触媒１０の劣化度合いすなわち総酸素ストレージ量の低下度合いを示す係数ＫＲＫを初期(触媒新品時)の総酸素ストレージ量ＯＳＣＦＬに乗じて、現時点での触媒１０の総酸素ストレージ量ＯＳＣＦＬＮＯＷを算出する。前記劣化係数ＫＲＫは触媒新品時に初期値として１が設定されており、その後の運転履歴に応じて図４に示した手法により減算されてゆく。このフローチャートについて説明すると、Ｓ３１にて図５に示すように予め設定されたマップから現在の運転状態（ＮＥ，ＴＴＣ）による触媒劣化代ＤＬＴＲＫを検索する。一般に触媒は高排温状態におかれることにより劣化していくため、図５でＤＬＴＲＫは高回転高負荷条件ほど大きくなる特性となっている。Ｓ３２では前記劣化係数ＫＲＫからＤＬＴＲＫを減算し劣化係数の減算ルーチンを終了する。
【００３０】
図２のＳ１２では酸素センサ１１の故障診断を開始してからの触媒１０の酸素ストレージ量ＣＮＴＯＳＣがＯＳＣＦＬＮＯＷより大きくなったか、つまり現在触媒１０に完全に酸素がストレージされているか否かを判断する。ＣＮＴＯＳＣ＜ＯＳＣＦＬＮＯＷの場合は、まだ触媒１０に現在の能力分だけ充分に酸素がストレージされていないものとして、酸素センサ１１の故障診断状態のまま今回の処理を終了する。ＣＮＴＯＳＣ≧ＯＳＣＦＬＮＯＷの場合は、触媒１０に現在の能力分だけ充分に酸素がストレージされているものとしてＳ１３へ進み、空燃比リッチ化制御を行なう。
【００３１】
次のＳ１４では空燃比リッチ化制御を行なっていることを示すフラグＦＬＧＲＳを１とし、Ｓ１５にて空燃比リッチ化制御を行なっている時間を示すカウンタＣＮＴＲＳをカウントアップする。Ｓ１６ではＣＮＴＲＳが上限値ＲＳＭＡＸに達しているかを判定する。ＣＮＴＲＳ≧ＲＳＭＡＸの場合には、酸素センサ１１の故障により空燃比リッチ化制御の終了判定が正常に行なわれていないと判断し、Ｓ１９でリッチ化制御から通常の空燃比制御に戻すとともに、Ｓ２３へ進み、酸素センサ１１（フローチャート内では「リアＯ２／Ｓ」と略記してある。以下同様。）故障と判定した後Ｓ２４へ進む。なお、図示しないが、この故障判定時には例えば故障状態を示すデータを外部からアクセス可能な記憶装置に記憶させたり、あるいは警告灯を点灯させる等の措置をとる。Ｓ１６にてＣＮＴＲＳ＜ＲＳＭＡＸの場合はＳ１７へ進み、酸素センサ１１の出力ＶＲＯ２がリッチを示すスライスレベルＲＳＬに達したかを判定する。ＶＲＯ２＜ＲＳＬの場合には、まだ触媒１０にストレージされた酸素、ＮＯｘが完全に放出されていないと判断し、空燃比リッチ化制御状態のまま今回の処理を終了する。ＶＲＯ２≧ＲＳＬの場合は触媒１０にストレージされた酸素、ＮＯｘが完全に放出されたと判断し、Ｓ１８で空燃比リッチ化制御を終了させて通常空燃比制御を行なう。
【００３２】
Ｓ２０では、図６に示す関係から現時点での触媒１０の総酸素ストレージ量ＯＳＣＦＬＮＯＷに対応する要求リッチ化時間（推定リッチ化時間）ＦＬＲＳを検索しＳ２１へ進む。Ｓ２１では実際に触媒１０にストレージされた酸素、ＮＯｘを完全に放出させるために要した実リッチ化時間ＣＮＴＲＳとＳ２０にて求めた現時点での触媒１０の酸素ストレージ量ＯＳＣＦＬＮＯＷに対応する要求リッチ化時間ＦＬＲＳを比較し、その比ＣＮＴＲＳ／ＦＬＲＳが所定の範囲内(下限値ＬＲＳＴと上限値ＨＲＳＴとの間）にあるかを判定する。ＣＮＴＲＳ／ＦＬＲＳが所定の範囲内に無い場合には、空燃比リッチ化制御の終了判定が正確に行われていないものとしてＳ２３へ進み、酸素センサ１１を故障と判定する。ＣＮＴＲＳ／ＦＬＲＳが所定の範囲内にある場合にはＳ２２へ進み、酸素センサ１１は正常であるものとして、Ｓ２４にて終了処理として各フラグおよびカウンタをクリアする。
【００３３】
次に、酸素センサ１１の故障診断に関する第２の実施形態について図７に示したフローチャートに沿って説明する。この実施形態は、触媒１０に吸着されたＮＯｘの脱離処理のための空燃比リッチ化制御を行なう毎に酸素センサ１１の故障診断を行なうようにしたものである。そこで、ここでは主に空燃比リッチ化制御について説明する。
【００３４】
まずＳ１０１では、空燃比をリーンからリッチに切り替えるために目標当量比ＴＦＢＹＡを1とし、次いでＳ１０２で空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡにリッチ分ＲＳＰを加えてＡＬＰＨＡ＝１＋ＲＳＰとする。Ｓ１０３では空燃比リッチ化制御中であることを示すフラグＦＬＧＲＳを１とする。Ｓ１０４ではリッチ化時間のカウンタＣＮＴＲＳをカウントアップし、Ｓ１０５で空燃比リッチ化制御中の吸入空気量ＱＡを積算し、ＴＱＡとする。
【００３５】
Ｓ１０６ではすでに酸素センサ１１が故障と判定されているか否かを判断する。故障中の場合には酸素センサ出力から空燃比リッチ化制御の終了タイミングを正確に判定できないため、ＣＮＴＲＳが後述する触媒にストレージされた酸素、ＮＯｘの量から推定されるリッチ化時間ＯＳＣＲＳに達したら空燃比リッチ化制御をさせる。この場合、フローチャート上ではＳ１１１へ進む。酸素センサ１１が正常の場合にはＳ１０７へ進む。
【００３６】
Ｓ１０７では、リッチ化時間カウンタＣＮＴＲＳが上限値ＲＳＭＡＸに達しているか否かを判定する。ＣＮＴＲＳ≧ＲＳＭＡＸの場合には、酸素センサ１１の故障により空燃比リッチ化制御の終了判定が正常に行なわれていないと判断し、Ｓ１１０で通常の空燃比制御を行なうとともに、Ｓ１１８へ進み、酸素センサ１１を故障していると判定したのちＳ１２０の終了処理へ進む。Ｓ１０７でＣＮＴＲＳ＜ＲＳＭＡＸの場合にはＳ１０８へ進み、酸素センサ１１の出力ＶＲＯ２がリッチを示すスライスレベルＲＳＬに達したか否かを判定する。ＶＲＯ２＜ＲＳＬの場合には、まだ触媒１０にストレージされた酸素、ＮＯｘが完全には放出されていないと判断し、空燃比リッチ化制御状態のまま今回の処理を終了する。ＶＲＯ２≧ＲＳＬの場合には触媒１０にストレージされた酸素、ＮＯｘが完全に放出されたと判断し、Ｓ１０９で通常空燃比制御を行ないＳ１１１へ進む。
【００３７】
Ｓ１１１〜Ｓ１１３では、今回の空燃比リッチ化制御を行なう直前に触媒１０にストレージされていた酸素およびＮＯｘの量から推定される要求リッチ化時間ＯＳＣＲＳを計算する。まず、Ｓ１１１では予め図８に示したように設定されたマップを参照して、今回の空燃比リッチ化制御を行なう直前に触媒１０にストレージされていた酸素およびＮＯｘの量ＣＮＴＯＳＣから要求リッチ化時間基本値ＯＳＣＲＳＢを検索する。
【００３８】
ＣＮＴＯＳＣは、例えば図９のフローチャートに示したような手法で演算される。これを説明すると、まずＳ２０１では現在リーン運転中か否かを判定する。リーン運転中でない場合にはそのままルーチンを終了する。リーン運転中である場合にはＳ２０２へ進み、現在のエンジンの運転状態においてエンジンから排出される酸素とＮＯｘの濃度の和を示すＣＥＯＯＳＣを、予め図１０に示すように設定されたマップから読み出す。Ｓ２０３では、現在触媒１０にストレージされている酸素およびＮＯｘの量ＣＮＴＯＳＣに、ＣＥＯＯＳＣに吸入空気量ＱＡ、吸着率ＴＲＡＰＲＴ、吸着率劣化係数ＲＫＴＲＡＰを乗じたものを加算して本ルーチンを終了する。なお、吸着率ＴＲＡＰＲＴは現在触媒１０にストレージされている酸素およびＮＯｘの量ＣＮＴＯＳＣをパラメータとして、図１１に示す関係により求められ、また吸着率劣化係数ＲＫＴＲＡＰは既述した触媒の劣化係数ＫＲＫをパラメータとして、図１２に示す関係により求められる。
【００３９】
Ｓ１１２では、リッチ化制御を開始してからの吸入空気量の積算値ＴＱＡから排気ガス量分のリッチ化時間補正値ＱＡＨＯＳを図１３に示す関係から検索する。次いでＳ１１３では前述の要求リッチ化時間基本値ＯＳＣＲＢおよびリッチ化時間補正値ＱＡＨＯＳから要求リッチ化時間ＯＳＣＲＳを算出する。
【００４０】
Ｓ１１４では、酸素センサ１１が故障判定されているか否かを判断する。故障している場合には、リッチ化制御の終了判定を行なうため、Ｓ１１６へ進む。Ｓ１１６では、実際にリッチ化を行なっている時間ＣＮＴＲＳが要求リッチ化時間ＯＳＣＲＳに達したか否かを判定する。ＣＮＴＲＳ≧ＯＳＣＲＳの場合には、今回触媒１０にストレージされていた酸素およびＮＯｘが脱離処理されたとして、Ｓ１１９へ進み、リッチ化制御を終了して通常の空燃比制御を行ない、Ｓ１２０へ進む。Ｓ１１６にてＣＮＴＲＳ＜ＯＳＣＲＳの場合には、まだ酸素およびＮＯｘの脱離処理が終了していないものとして、リッチ化制御を行なったまま今回の処理を終了する。
【００４１】
Ｓ１１４にて酸素センサ１１が故障していないと判断された場合には、Ｓ１１５で今回のＮＯｘの脱離処理において酸素センサ１１の出力から実際に要したリッチ化時間ＣＮＴＲＳと現在の触媒１０の酸素ストレージ能力から推定される要求リッチ化時間ＯＳＣＲＳの比ＣＮＴＲＳ／ＯＳＣＲＳが所定値の範囲内(下限値ＬＲＳＴと上限値ＨＲＳＴの間)にあるかを判定する。ＣＮＴＲＳ／ＯＳＣＲＳが前記所定の範囲内に無い場合には、空燃比リッチ化制御の終了判定が正確に行えないので、Ｓ１１８へ進み酸素センサ１１を故障と判定する。ＣＮＴＲＳ／ＯＳＣＲＳが所定の範囲内にある場合にはＳ１１７へ進み、酸素センサ１１は正常であると判定して、Ｓ１２０にて終了処理として各フラグ、カウンタをクリアする。
【００４２】
次に、酸素センサ１１の故障判定に関する第３の実施形態につき、図１４に示したフローチャートに沿って説明する。この実施形態は、前述の第１または第２の実施形態に対して、酸素センサ１１が故障中の場合にはリーン燃焼を禁止するようにした点で異なる。
【００４３】
この処理では、まずＳ３０１で酸素センサ１１が故障中か否かを既述した手法により判断する。酸素センサ１１が故障中の場合には、ＮＯｘの脱離浄化のためのリッチ化制御の終了判定が正常に行われないためＳ３０５へ進み、通常の空燃比フィードバック制御を行ない今回の処理を終了する。酸素センサ１１が故障中でない場合にはＳ３０２へ進み、ＦＬＧＲＳ＝１か、つまり現在リッチ化制御中であるかを判定する。リッチ化制御中である場合にはＳ３０７へ進み、そのままリッチ化制御を継続する。リッチ化制御中でない場合にはＳ３０３へ進み、現在予め定められたリーン運転領域にてエンジンが運転されているか否かを判定する。リーン運転領域にない場合にはＳ３０５へ進み、通常の空燃比フィードバック制御を行なう。リーン運転条件にあると判定された場合、Ｓ３０４へ進み、リーン燃焼制御を行なう。また、Ｓ３０６では触媒１０のＮＯｘの処理要求があるかを判定する。これは触媒１０に所定量ＮＯｘが吸着されていると判断された場合に処理要求が発生するものである。ＮＯｘの処理要求がある場合にはＳ３０７へ進み、空燃比リッチ化制御を行ない、ＮＯｘの処理要求がない場合にはそのまま今回の処理を終了する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気浄化装置を備えたエンジンの一実施形態を示す概略構成図。
【図２】コントロールユニットにより実行される故障判定ルーチンの第１の実施形態を示すフローチャート。
【図３】エンジン回転数ＮＥと負荷ＴＴＣとから、エンジンが排出する酸素とＮＯｘの量の和ＥＯＯＳＣを与えるマップの説明図。
【図４】触媒劣化係数演算のためのサブルーチンを示すフローチャート。
【図５】エンジン回転数ＮＥと負荷ＴＴＣとから触媒劣化代ＤＬＴＲＫを与えるマップの説明図。
【図６】触媒の総酸素ストレージ量ＯＳＣＦＬＮＯＷと要求リッチ化時間（推定リッチ化時間）ＦＬＲＳとの関係を示す特性線図。
【図７】コントロールユニットにより実行される故障判定ルーチンの第２の実施形態を示すフローチャート。
【図８】触媒のストレージ酸素およびＮＯｘの量ＣＮＴＯＳＣから要求リッチ化時間基本値ＯＳＣＲＳＢを与えるマップの説明図。
【図９】触媒酸素ストレージ量演算のためのサブルーチンを示すフローチャート。
【図１０】エンジン回転数ＮＥと負荷ＴＴＣとからエンジンから排出される酸素とＮＯｘの濃度の和ＣＥＯＯＳＣを与えるマップの説明図。
【図１１】触媒のストレージ酸素およびＮＯｘの量ＣＮＴＯＳＣをパラメータとして吸着率ＴＲＡＰＲＴを与えるマップの説明図。
【図１２】触媒の劣化係数ＫＲＫをパラメータとして吸着率劣化係数ＲＫＴＲＡＰを与えるマップの説明図。
【図１３】リッチ化制御を開始してからの吸入空気量の積算値ＴＱＡから排気ガス量分のリッチ化時間補正値ＱＡＨＯＳを与えるマップの説明図。
【図１４】コントロールユニットにより実行される故障判定ルーチンの第３の実施形態を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ エンジン（本体）
２ 吸気管
３ エアフローメータ
４ スロットルセンサ
５ 燃料噴射弁
６ 点火プラグ
７ 排気管
８ 酸素センサ
９ 触媒９
１０ 触媒（ＮＯｘ捕捉剤）
１１ 酸素センサ
１２ 水温センサ
１３ クランク角センサ
１４ コントロールユニット
Claims (6)
- エンジン排気通路に介装され、リーン雰囲気のときに排気ガス中のＮＯｘを捕捉し、リッチ雰囲気のときにＮＯｘを放出するＮＯｘ捕捉剤と、前記ＮＯｘ捕捉剤下流の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、リーン空燃比での運転中に、前記ＮＯｘ捕捉剤に捕捉されたＮＯｘの量が所定値以上となったときに排気ガスを一時的に理論空燃比以下とするリッチ化制御を行う空燃比制御手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
前記リッチ化制御の継続時間を測定する実リッチ化時間測定手段と、
前記ＮＯｘ捕捉剤の酸素ストレージ能力とエンジン運転状態とに基づきリッチ化制御の継続時間を推定する推定リッチ化時間演算手段と、
前記実リッチ化時間と推定リッチ化時間との比較に基づいて前記酸素濃度検出手段の故障を判定する故障判定手段と、を備え、
前記空燃比制御手段は、前記酸素濃度検出手段の故障が判定されていないときは前記酸素濃度検出手段の出力に基づいてリッチ化制御を行い、前記酸素濃度検出手段の故障が判定されたときは前記推定リッチ化時間に従ってリッチ化制御を行う、
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 前記故障判定手段は、実リッチ化時間と推定リッチ化時間との比が、所定の下限値と上限値とのあいだに無いときに酸素濃度検出手段を故障と判定するように構成されている請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記推定リッチ化時間演算手段は、ＮＯｘ捕捉剤の酸素ストレージ能力を、ＮＯｘ捕捉剤の使用条件を代表するエンジン運転条件の履歴から推定するようにした請求項１または請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記故障判定手段による故障判定時には、予めＮＯｘ捕捉剤に所定の上限値以上のＮＯｘを捕捉させておくようにした請求項１または請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記空燃比制御手段は、酸素濃度検出手段の故障が判定されたときは、リーン空燃比での運転を禁止するように構成されている請求項１または請求項２の記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記故障判定手段は、前記リッチ化制御が行われる毎に故障判定を行うように構成されている請求項１または請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
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