JP4284735B2 - 排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンから排気された排気ガス中のＮＯｘを吸収し、酸素濃度低下によりＮＯｘを放出すると共に、硫黄を吸収するＮＯｘ吸収材等の排気ガス浄化用触媒の劣化を判定する劣化判定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する手段としては、例えば特開平６−２２９３２２号公報に示されるように、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲを行うものが広く知られるに至っている。
【０００３】
また、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備えて低負荷域で圧縮行程噴射により成層燃焼を行う直噴エンジンのように、特定運転領域で空燃比をリーンにするエンジンでは、空燃比がリーンのときの排気ガス中に存在するＮＯｘ（窒素酸化物）を吸収し、排気ガスの酸素濃度が低下したときにＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材を設け、この放出されるＮＯｘを還元浄化するようにしたものは一般に知られている。このようなＮＯｘ吸収材は、燃料やエンジンオイルに硫黄成分が含まれている特定地域のものを使用すると、排気中のＮＯｘを吸収するよりも排気中のＳＯｘ（硫黄酸化物）を吸収し易いという性質を有し、従って、ＳＯｘの吸収によって被毒されたＮＯｘ吸収材は事後のＮＯｘ吸収性が大きく低下する。
【０００４】
また、このようなＳＯｘ被毒によるリフレッシュ可能なＮＯｘ吸収材の劣化の他に、ＮＯｘ吸収材に亀裂等が発生したＮＯｘ吸収材自体が劣化するという問題もある。このようなＮＯｘ吸収材の劣化に関し、特開平７−２０８１５１号公報には、ＮＯｘ吸収材の劣化を判定する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−２０８１５１号の技術では、劣化判定が可能であっても、その劣化がリフレッシュ可能なＳＯｘ被毒によるＮＯｘ吸収材の劣化なのか、触媒や吸収材の熱劣化等によるリフレッシュが不可能なＮＯｘ吸収材自体の劣化なのかが判別できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、リフレッシュ可能なＳＯｘ被毒によるＮＯｘ吸収材の劣化以外のＮＯｘ吸収材の劣化を判定できる排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、排気通路に配置され、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収し、酸素濃度低下によりＮＯｘを放出すると共に、硫黄を吸収するＮＯｘ吸収材と、ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させる温度上昇手段と、温度上昇手段を介してＮＯｘ吸収材の温度上昇を実行し、ＮＯｘ吸収材から硫黄を脱離させる処理を行う硫黄脱離制御手段と、ＮＯｘ吸収材の劣化を判定する劣化判定手段と、硫黄脱離処理を実行した後に、ＮＯｘ吸収材の温度を低減させる温度低減手段とを具備し、上記温度低減手段がＮＯｘ吸収材の温度を低減させ、劣化判定手段は上記ＮＯｘ吸収材の温度が予め定められた劣化判定可能な上限温度未満になったと判断した場合に劣化判定を実行する構成である。
【０００８】
この構成による場合は、ある程度リフレッシュ可能な硫黄の被毒以外についてのＮＯｘ吸収材の劣化を判定できる。よって、ＳＯｘ被毒についてはリフレッシュを行う一方、それ以外のリフレッシュ不能な劣化については警報等により交換、修理等をうながす等、適切な対処が可能となる。加えて、硫黄脱離処理の後ではＮＯｘ吸収材が高温となり、ＮＯｘ吸収能力が低い状態となるため、一旦温度を下げて劣化判定を行うようにできる。また、早急に温度を低減させることで、早急にＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収が可能となる。
【００１１】
温度低減手段としては、請求項２のように、排ガスをエンジンの吸気系に環流させるＥＧＲ量を増大させること、点火時期を早くする点火リタード抑制を行うこと、空燃比をリーンにすること、燃料を増量させること、および吸入空気量を低減することの少なくとも一つを実行する構成とすることができる。
【００１２】
本発明の排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置において、ＮＯｘ吸収材からの硫黄脱離処理の後、エンジンの負荷が所定値以下の状態が所定期間経過した後に劣化判定を実行する構成とすることができる。
【００１３】
この構成にあっては、ＮＯｘ吸収材のＳ被毒頻度は低いため、確実に温度が低下した状態で、その間時間がかかっても劣化を精度よく検出できる。
【００１４】
本発明の排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置において、劣化判定は酸素過剰雰囲気でのＮＯｘ吸収材の下流におけるＮＯｘ量に基づいて行う構成とすることができる。
【００１５】
この構成にあっては、リーン運転を伴うため、ＮＯｘ吸収材にＮＯｘが吸収されることになるが、ＮＯｘ吸収材が正常ならばＮＯｘ吸収材の下流側ではＮＯｘ量が減少した状態となり、一方劣化していれば同位置でのＮＯｘ量は増大した状態となる。よって、酸素過剰雰囲気、つまりリーン運転中にＮＯｘ吸収材の下流側のＮＯｘ量に基づいてＮＯｘ吸収材の劣化判定が可能である。
【００１６】
本発明の排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置において、ＮＯｘ吸収材は酸素ストレージ能を有する触媒材料を含んだものであり、劣化判定は硫黄脱離処理を実行した後、ＮＯｘ吸収材の酸素濃度を増減させると共に、その時のＮＯｘ吸収材の下流における酸素量に基づいて行う構成とすることができる。
【００１７】
この構成にあっては、酸素ストレージ能を有する触媒材料、例えばセリアは、Ｓ被毒をリフレッシュした状態では、酸素を吸収すると共にＣＯの導入により吸収した酸素とＣＯとが反応して酸素濃度が変化する。そこで、セリア等の酸素ストレージ能を有する触媒材料の下流側の酸素量を検出対象とすることにより、ＮＯｘ吸収材の劣化判定が実行できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に示すエンジンの本体１０は、複数の気筒１２を有し、各気筒１２内にピストン１４が装填されており、各ピストン１４の上方に燃焼室１６が形成されている。この実施の形態では、前記燃焼室１６に対して２つの吸気ポートと排気ポートとが開口し、各吸気ポート及び排気ポートがそれぞれ吸気弁１７及び排気弁１８によって開閉されるようになっている。
【００２０】
各燃焼室１６の頂部には点火プラグ２０が配設され、そのプラグ先端が燃焼室１６内に臨んでいる。また、各燃焼室１６内には側方からインジェクタ２２の先端部（すなわち燃料噴射部）が臨み、このインジェクタ２２から燃焼室１６内に直接燃料が噴射されるように構成されている。すなわち、このエンジンは筒内噴射式エンジンとなっている。各インジェクタ２２は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、このソレノイドに後述のパルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期に相当する時期にパルス幅に応じた量だけ燃料を噴射するように構成されている。
【００２１】
前記吸気ポートには吸気通路２４が接続されている。この吸気通路２４には、その上流側から順に、エアクリーナー２５、エアフローセンサ２６、スロットルセンサ及びスロットル弁をもつエレキスロットル２８、サージタンク３０が設けられている。このサージタンク３０の下流側通路は、各吸気ポートに対応して分岐する独立吸気通路となっている。
【００２２】
図例では、各独立吸気通路の下流側部分が２つの通路２４ａ，２４ｂに分岐し、各通路２４ａ，２４ｂが燃焼室１６内に接続されるとともに、通路２４ｂにのみスワール生成用の開閉弁３１が設けられている。この開閉弁３１は、図略のアクチュエータにより駆動されて開閉作動するもので、この開閉弁３１が第２の通路２４ｂを閉じるときには第１の通路２４ａのみを通る吸気によって燃焼室１５内にスワールが生成され、開閉弁３１が開かれるにつれてスワールが弱められるようになっている。
【００２３】
一方、前記排気ポートには排気通路３４が接続されている。この排気通路３４の途中には、その上流側から順に、三元触媒３５と、リーンＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）３６とが設けられている。これらの触媒は、軸方向に沿って相互平行に延びる多数の貫通孔をもつハニカム構造のコージェライト製担体の各貫通孔壁面に触媒層を形成したものである。
【００２４】
前記三元触媒３５は、排気ガスが理論空燃費近傍にある状態でＮＯｘ、ＣＯ、及びＨＣを浄化する。これに対してリーンＮＯｘ触媒３６は、排気ガスの空気過剰率が大きいリーン状態でＮＯｘを吸着し、この吸着したＮＯｘを排気ガスの空気過剰率が小さいリッチ状態で放出する。このリーンＮＯｘ触媒３６は、三元触媒３５に好適な排気温度よりも低い特定温度域に排気温度が存するときに有効な浄化性能を発揮するものであり、例えば特開平１０-１５１３５３号公報に示されるように、前記担体上に、Ｐｔなどの貴金属とバリウムなどのアルカリ土類金属担持のアルミナが担持された内側触媒層と、白金及びロジウム担持のゼオライトが担持された外側触媒層とをコーティングしたもの等が好適である。さらに好ましくは、セリア等の酸素ストレージ能を有する触媒材料を有するものを使用する。
【００２５】
さらに排気通路３４には、空燃比制御のためにＯ2センサ３７が設けられると共に、劣化判定のためにリーンＮＯｘ触媒３６の下流でＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ３８が設けられている。
【００２６】
前記吸気通路２４と排気通路３４との間には、排気ガスを吸気通路２４側に還流させるためのＥＧＲ通路３２が設けられている。このＥＧＲ通路３２の入口端は、排気通路３４における三元触媒３５のさらに上流側の部分に接続されている。出口端は、吸気通路２４におけるエレキスロットル２８の下流側の吸気集合部分（サージタンク３０よりも上流側の部分）に接続されている。この出口端にはＥＧＲ弁３３が設けられており、このＥＧＲ弁３３の駆動によってＥＧＲ流量の調節が可能となっている。
【００２７】
前記エンジンには、前記スロットルセンサ、エアフローセンサ２６、Ｏ2センサ３７、ＮＯｘセンサ３８の他、エンジン回転数センサ３９、アクセル開度センサ４０等の各種センサ類が装備され、これらセンサの出力信号（検出信号）がＥＣＵ（コントロールユニット）４１に入力されるようになっている。このＥＣＵ４１は、燃料制御及びＥＧＲ制御に関連する機能として、運転状態判定手段４２、スロットル制御手段４４、Ｓ脱離制御手段４６、ＥＧＲ制御手段４８、分割噴射制御手段４９、点火リタード制御手段５０および劣化判定手段５１を備えている。劣化判定手段５１には、リーンＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）３６の下流側に設けたＮＯｘセンサ３８からの検出値が入力される。
【００２８】
運転状態判定手段４２は、前記各センサの出力信号を取り込んで、現在のエンジンの運転状態が図２に示す運転領域のうちのいずれに属するのかを判定するものである。各運転領域はエンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ｃｅに基づいて区画されている。
【００２９】
図中、領域Ａは、燃料噴射量の少ない低中回転低負荷運転領域であって、成層燃焼運転、すなわち、圧縮行程後半でのみ燃料を一括噴射することにより、燃焼室１６内全体は燃料リーンの状態にしながら点火プラグ２０の近傍のみ他の領域と比較して相対的かつ局所的にリッチ状態にして点火する燃焼運転を行う領域である。
【００３０】
領域Ｂは、エンジン回転数が所定値未満の低回転領域であってかつ領域Ａよりも高負荷の領域であり、吸気行程で燃料を一括噴射することにより均一燃焼を行う領域である。
【００３１】
領域Ｃは、エンジン回転数が所定値以上の中高回転かつ高負荷の領域及び低負荷高回転領域であり、領域Ｂと同様に均一燃焼運転を行うが、一括噴射ではなく分割噴射（第１の分割噴射）による運転を行う領域である。すなわち、この領域Ｃでは、吸気行程の期間内で燃料噴射を分割して行うことにより、燃料の分散及びミキシングを促進しつつ均一燃焼運転を行う。
【００３２】
なお、図2の例では、高回転領域であっても、エンジン負荷の非常に高い領域は、燃料噴射量が多くて吸気行程内で燃料噴射を分割することが困難であるため、一括噴射運転領域Ｂが設定されている。
【００３３】
スロットル制御手段４４は、各運転領域において、その燃焼に適した吸入空気量を実現するためにエレキスロットル２８のスロットル開度をスロットルセンサの検出信号に基づいてフィードバック制御するものである。
【００３４】
Ｓ脱離制御手段４６は、燃料噴射量及び噴射時期の調整により還元材の濃度を制御するもので、運転状態判定手段４２により判定された運転領域での燃焼に見合う通常の制御に加え、ＮＯｘやＳＯｘの離脱のための制御を行うときは還元材としてのＣＯを増加させるべく燃料噴射量及び燃料噴射時期を決定し、図略のインジェクタドライバに指令信号を出力して、前記燃料噴射時期に前記燃料噴射量に相当する幅のパルス信号をインジェクタ２２へ出力させるものである。この実施の形態では、後述する図４および図５に示すフローチャートに基づく制御を行うと共に、その制御に基づく指令内容を該当するＥＧＲ制御手段４８、分割噴射制御手段４９、点火リタード制御手段５０、劣化判定手段５１または温度低減手段５２に出力する。
【００３５】
ＥＧＲ制御手段４８は、実際のＥＧＲ量が各運転領域に応じて設定された目標値に合致するようにＥＧＲ弁３３の開度を制御するものである。この実施の形態では、通常の運転状態に応じたＥＧＲ制御に加え、Ｓ脱離制御手段４６による制御と関連して硫黄離脱制御を行うべきことを判定したとき、ＥＧＲ量を減少させる制御を、ＥＧＲ弁３３を介して行う。
【００３６】
分割噴射制御手段４９は、Ｓ脱離制御手段４６が実行する制御の際に求めた前期燃料噴射量および前期燃料噴射時期と、後期燃料噴射量および後期燃料噴射時期とを入力すると、その内容に該当する時期に該当量の燃料をインジェクタ２２より分割噴射する。
【００３７】
点火リタード制御手段５０は、Ｓ脱離制御手段４６が実行する制御の際に求めた、基本点火時期を補正してなる点火時期を入力すると、その内容に該当する点火時期に点火プラグ２０を点火させる。
【００３８】
上記ＥＧＲ制御手段４８、分割噴射制御手段４９および点火リタード制御手段５０により、ＮＯｘ吸収材３６が所定の硫黄吸収状態となったときにＮＯｘ吸収材３６の昇温及び還元材の供給を行う温度上昇制御手段が構成されている。
【００３９】
劣化判定手段５１は、ＳＯｘ量の減少化が行われた後に、後述する図１０に示すフローチャートに基づいて、ＮＯｘ吸収材自身が劣化しているか否かの判定を行う。
【００４０】
温度低減手段５２は、ＮＯｘ吸収材の温度を低減させるための手段であり、ＥＧＲ量を増大させる制御、点火時期を進める制御、空燃比をリーンにする制御、燃料を増量する制御または吸入空気量を低減する制御等のうちの１または２以上を行う手段である。この実施形態では、空燃比をリーンにする制御を行う。
【００４１】
次に、このＥＣＵ４０が行う具体的な劣化判定動作を、図３〜図１１に基づいて説明する。
【００４２】
まず、Ｓ脱離制御手段４６は、エンジンの各気筒毎に所定のタイミングでスタートし、運転状態判定手段４２からエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃ、エアフローセンサ出力等を取り込み（図４のステップＳ１）、これらに基づき、基本燃料噴射量ＴBを設定する（ステップＳ２）。この基本燃料噴射量ＴBは、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃと図２に示す運転領域Ａ、Ｂ、Ｃとに基づいて空燃比を設定し、その空燃比と吸入空気量及び回転数Ｎｅ等に基づいて算出される。
【００４３】
次に、吸気行程での分割噴射を行うか否か、つまり運転状態が図２中の領域Ｃにあるか否かを判断し（ステップＳ３）、分割噴射の場合には、前期燃料噴射量Ｔｌが前期燃料噴射量基本値Ｔｌ1に、前期燃料噴射時期Ｉｌが前期燃料噴射時期基本値Ｉｌ1に設定され（ステップＳ４）、続いて、後期燃料噴射量Ｔｔが後期燃料噴射量基本値Ｔｔ1に、後期燃料噴射時期Ｉｔが後期燃料噴射時期基本値Ｉｔ1に設定され（ステップＳ５）、ステップＳ１０に進む。この分割燃料噴射量Ｔｌ1およびＴｔ1は、基本燃料噴射量ＴBと分割割合に基づいて求められる。
【００４４】
一方、ステップＳ３において分割噴射でない場合は、後期のみの燃料噴射か否か（運転状態が図２中の領域Ａにあるか否か）を判断し（ステップＳ６）、後期のみの燃料噴射である場合には、後期燃料噴射量ＴｔがＴｔ2（前期燃料噴射量Ｔｌは０）に設定され、後期燃料噴射時期ＩｔがＩｔ2（前期燃料噴射時期Ｉｌが０）に設定され（ステップＳ７）、ステップＳ１０に進む。また、ステップＳ８において、燃料カットである場合には制御不要のため終了する。また、後期のみの燃料噴射でなく（ステップＳ６）、かつ、燃料カットでない場合（運転状態が図２中の領域Ｂにある場合）には、前期燃料噴射量ＴｌがＴｌ3（後期燃料噴射量Ｔｔは０）に設定され、前期燃料噴射時期ＩｌがＩｌ3（後期燃料噴射時期Ｉｔが０）に設定され（ステップＳ９）、ステップＳ１０に進む。以上により、基本的設定がなされる。
【００４５】
次に、ステップＳ１０で、ＮＯｘ量の推定を行う。この推定は、前回のＮＯｘ放出制御した時点以降のリーン運転の走行距離および総燃料噴射量（Ｑａ量）等に基づいて行う。そして、推定ＮＯｘ量と比較値ＮＯとの比較を行い（ステップＳ１１）、ＮＯｘ量≧ＮＯである場合、ＮＯｘ放出制御実行フラグＦ1がセットされる（ステップＳ１２）。そして、タイマーＴ1がインクリメントされ（ステップＳ１４）、Ｔ1≧Ｔ10か否かを判断する（ステップＳ１５）。ここで、時間Ｔ10とは、図３に示すように、ＮＯｘ吸収材中のＮＯｘが急激に放出され始める直前までの時間である。Ｔ1≧Ｔ10である場合は、前期燃料噴射量ＴｌがＴｌ4に、後期燃料噴射量ＴｔがＴｔ4に設定され、前期燃料噴射時期ＩｌがＩｌ4に、後期燃料噴射時期ＩｔがＩｔ4に設定される（ステップＳ１７）。このとき、空燃比はほぼ理想空燃比（λ＝１）になるように設定される。そして、ステップＳ１８に進む。
【００４６】
一方、Ｔ1≧Ｔ10でない場合は、今回噴射を行う気筒が１番気筒または４番気筒であるか否かを判断し、そうでない場合、つまり２番気筒または３番気筒である場合には、分割噴射を行うべくステップＳ１７に進んだ後にステップＳ１８に進む。１番気筒または４番気筒である場合には、そのままステップＳ１８に進む。つまり、Ｔ10の時間が経過するまでは、１番気筒または４番気筒はそれまで通り制御（例えばリーン）、２番気筒または３番気筒はλ≒１の分割噴射を行い、Ｔ10の経過からＴ12の経過までの間は、全気筒をλ≒１の分割噴射とする。分割噴射は、吸気行程から圧縮行程までの期間内に行うこととし、例えば、前期側を吸気行程前半、後期側を圧縮行程後半とするように、Ｉｌ、Ｉｔを設定する。
【００４７】
ステップＳ１８では、Ｔ1≧Ｔ12であるか否かを判定する。ここで、時間Ｔ12は、図６に示すようなＴ１１より後の時間（空燃比のリーン開始時）である。そして、Ｔ1≧Ｔ12の場合は、ＮＯｘ放出制御実行フラグＦ1がリセットされ（ステップＳ１９）、ステップＳ２０に進む。Ｔ1≧Ｔ12でない場合は、後述のステップＳ２３に進む。
【００４８】
ステップＳ１１で、ＮＯｘ量≧ＮＯでない場合には、ステップＳ１３に進んで、ＮＯｘ放出制御実行フラグＦ１がセットされているか否かを判定し、そうであるときはステップＳ１４に進む。また、ステップＳ１３において、ＮＯｘ放出制御実行フラグＦ1がセットされていない場合は、ＮＯｘ放出制御実行フラグＦ1がリセットされ（ステップＳ２１）、Ｔ1が０に設定され（ステップＳ２２）、ステップＳ２０に進む。
【００４９】
ステップＳ２０では、ＳＯｘ吸収量を推定する。この推定は、前回のＳ放出制御を実行した時点以降の走行距離、総燃料噴射量、ＮＯｘ吸収材の温度が低温となっている時間に基づいて行う。そして、推定したＳＯｘ吸収量と基準ＳＯとを比較する（図５のステップＳ２３）。推定したＳＯｘ吸収量が、ＳＯｘ吸収量≧基準ＳＯである場合には、Ｓ放出制御実行フラグＦ2がセットされ（ステップＳ２４）、排ガス温度Ｔｃの推定を行う（ステップＳ２５）。この排ガス温度Ｔｃの推定は、空燃比がリーンの時間、分割噴射の時間等により行われる。ステップＳ２４において、Ｓ放出制御実行フラグＦ2がセットされると、その後所定のタイミングで後述の点火リタード制御およびＥＧＲ制御が実行される。
【００５０】
そして、推定排ガス温度Ｔｃと基準排ガス温度Ｔｃ0とを比較し（ステップＳ２６）、Ｔｃ≧Ｔｃ0である場合には、タイマーＴ2がインクリメントされ（ステップＳ２７）、Ｔ2≧Ｔ10を判定する（ステップＳ２８）。Ｔ2≧Ｔ10である場合（Ｔ10の時間の経過後）には、噴射量ＴｌがＴｌ4＋Ｔｃｌ（燃料追加補正量）に、噴射量ＴｔがＴｔ4＋Ｔｃｔ（燃料追加補正量）に設定され、時期基本値ＩｌがＩｌ4に、時期基本値ＩｔがＩｔ4に設定される（ステップＳ２９）。この設定は、分割噴射でかつ空燃比をλ≦１（燃料リッチ）にし、ＣＯ量を多くするためである。これにより、ＳＯｘの脱離を促進するためのＣＯを供給できる。
【００５１】
その後、時間Ｔ20を設定する（ステップＳ３０）。そして、Ｔ2≧Ｔ20であるかを判定し（ステップＳ３１）、そうである場合は、Ｓ放出制御実行フラグＦ2が０に設定され（ステップＳ３２）、ステップＳ３３に進む。
【００５２】
一方、ステップＳ２８において、Ｔ2≧Ｔ10でない場合（Ｔ2の時間の経過前）には、燃料補正量Ｔｃｅが０に、燃料補正量Ｔｃｔが０に設定され（ステップＳ３４）、今回噴射を行う気筒が１番気筒または４番気筒であるか否かを判断し（ステップＳ３５）、そうでない場合には上述のように分割噴射でかつ空燃比λをλ≦１にしてＣＯ量を多くするためのステップＳ２９に進む。一方、気筒が１番気筒または４番気筒である場合には、ステップＳ３０に進む。これにより、２番、３番気筒では分割噴射でかつ空燃比リッチによりＣＯ濃度がリッチとなり、そのＣＯとリーンの気筒（１番、４番気筒）から排出される酸素とが反応して反応熱が生じることにより温度上昇が促進される。
【００５３】
また、ステップＳ２３において、ＳＯｘ吸収量≧基準ＳＯでない場合には、Ｓ放出制御実行フラグＦ2が１にセットされているか否かを判断し（ステップＳ３６）、そうである場合はステップＳ２５に進む。そうでない場合には、Ｔ2が０に設定され（ステップＳ３７）、Ｓ放出制御実行フラグＦ2がリセットされ（ステップＳ３８）、その後後述する劣化判定ルーチンに進む。
【００５４】
ステップＳ３３では、Ｔｌ（前期燃料噴射量）＝０か否かを判断し、そうでない場合には、Ｉｌ（前期燃料噴射時期）タイミングか否かを判断し（ステップＳ３９）、Ｉｌタイミングとなるまで待機する。Ｉｌタイミングになると、前期燃料（Ｔｌ）の噴射を行い（ステップＳ４０）、ステップＳ４１に進む。一方、ステップＳ３３において、Ｔｌ＝０である場合にはステップＳ４１に進む。
【００５５】
ステップＳ４１では、Ｔｔ（後期燃料噴射量）＝０であるか否かを判断し、そうでない場合にはＩｔ（後期燃料噴射時期）タイミングか否かを判断し（ステップＳ４２）、Ｉｔタイミングとなるまで待機する。Ｉｔタイミングになると、後期燃料（Ｔｔ）の噴射を行う制御指令を発する（ステップＳ４３）。これにより、Ｔｌ、Ｔｔが共に０でなければ分割噴射が行われることになり、還元材の還元成分（ＣＯ）が増量されて、ＮＯｘ還元材中のＮＯｘの還元が行われる。
【００５６】
なお、上記分割噴射の制御は、図７に示すように負荷Ｃｅが低い領域Ｄを想定したものであり、高負荷の領域Ｅを想定した場合には点火リタード制御を主体として行うようにするのが好ましい。高負荷のとき点火リタード制御を主として行う場合は、ＥＧＲの導入悪化域においてノッキングの発生を防止できる。また、低負荷のとき分割噴射を行う場合は、成層が生成し易い分割噴射を行うようにできる。
【００５７】
（点火リタード制御）
点火リタード制御手段５０は、図８に示すように、所定クランク角度毎にスタートし、負荷（Ｃｅ）、エンジン回転数（Ｎｅ）等のデータ入力し（ステップＳ１００）、これらに基づいて基本点火時期（θB）を設定する（ステップＳ１０１）。そして、前述した分割噴射のときのＳ放出制御実行フラグＦ2がセットされているか否かを判断し（ステップＳ１０２）、そうである場合には第１点火時期補正量θｃ1を設定する（ステップＳ１０３）。このとき、第１点火時期補正量（リタード量）θｃ1は、図７における領域Ｄでは小さく、領域Ｅでは大きく設定する。そして、Ｔ2≧Ｔ10であるか否かを判定し（ステップＳ１０４）、そうでない場合は第２点火時期補正量（リタード量）θｃ2が０に設定される（ステップＳ１０５）。つまりＳ放出作用が低い初期段階では燃費を重視するためである。そして、点火時期θT＝θB＋θｃ1＋θｃ2を求める（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０２において、Ｓ放出制御実行フラグＦ2がセットされていないと判断した場合は、ステップＳ１０６に進む。また、ステップＳ１０４において、Ｔ2≧Ｔ10である場合はＴ2<Ｔ11であるか判断し（ステップＳ１０７）、そうでない場合には、ステップＳ１０５に進む。Ｔ2<Ｔ11である場合、つまりＴ11>Ｔ2≧Ｔ10である場合には、第２点火時期補正量θｃ2がｍ（>０）に設定される（ステップＳ１０８）。これは燃費を無視してＮＯｘ吸収材温度を上昇させ、かつＣＯ量を増大させるためである。そして、ステップＳ１０６に進む。ここで求めた点火時期θTに基づき、点火時期か否かを判定し（ステップＳ１０９）、点火時期になるまで待機する。点火時期になると、点火を行う（ステップＳ１１０）。よって、放出ＮＯｘ量がピークになる時に、特に還元成分（ＣＯ）の濃度増量を大にでき、かつＮＯｘ吸収最の温度上昇も高くできる。
【００５８】
（ＥＧＲ制御）
ＥＧＲ制御手段４８は、図９に示すように、所定クランク角度毎にスタートし、負荷（Ｃｅ）、エンジン回転数（Ｎｅ）等のデータ入力し（ステップＳ１２０）、基本ＥＧＲ量（ＥＧＲB）、例えばＥＧＲ率に基づいた弁開度を設定する（ステップＳ１０１）。そして、Ｓ脱離制御手段４６が前述のように行う制御に際してのＳ放出制御実行フラグＦ2がセットされているか否かを判断し（ステップＳ１２２）、そうである場合には、Ｔ2≧Ｔ11であるか否かを判定し（ステップＳ１２３）、そうである場合には減量のための補正量ＥＧＲCを設定する（ステップＳ１２４）。そして、ＥＧＲT＝ＥＧＲB−ＥＧＲC（実行量）を求める（ステップＳ１２６）。
【００５９】
ステップＳ１２２において、Ｆ2＝１でないと判断した場合、およびステップＳ１２３においてＴ2≧Ｔ11でない場合は、補正量ＥＧＲC＝０とし（ステップＳ１２５）、ステップＳ１２６に進む。求めた実行ＥＧＲTでＥＧＲ弁３３を駆動させる。
【００６０】
次に、ステップＳ３８の後に実行する劣化判定ルーチンについて説明する。
【００６１】
（劣化判定ルーチン）
図１０に示すように、Ｓ放出制御が完了したか否かを判断する（ステップＳ５０）。そうでないときは図５に示す▲５▼、つまりステップＳ３３に進み、そうであるときは１ドライブ中に１回劣化判定を行ったか否かを判断し（ステップＳ５１）、行っていればステップＳ３３に進み、そうでなければ劣化判定実行フラグＦ3がリセット（Ｆ3＝０）されているか否かを判定する（ステップＳ５２）。劣化判定実行フラグＦ3がリセットされてない場合（Ｆ3＝０の場合）は、負荷Ｃｅ>Ｃｅ1、エンジン回転数Ｎｅ>Ｎｅ1、つまり高負荷高回転か否かを判定し（ステップＳ５３）、そうであるときは劣化判定実行フラグＦ3をリセットし（ステップＳ５４）、そしてステップＳ３３に進み、高負荷高回転でないときは後述のステップＳ６６に進む。
【００６２】
ステップＳ５２において、劣化判定実行フラグＦ3がリセットされている場合は、タイマーＴ3がインクリメントされ（ステップＳ５５）、Ｔ3≧Ｔ30か否かが判定される（ステップＳ５６）。タイマーＴ3は、Ｓ放出完了からの経過時間を調べるタイマーである。Ｔ3≧Ｔ30でない場合には、負荷Ｃｅ<Ｃｅ0、かつエンジン回転数Ｎｅ<Ｎｅ0である、つまり低負荷低回転であるか否かが判定される（ステップＳ５７）。Ｔ30は、図１１に示すようにＳ放出完了からの所定の経過時間（図１１に示す期間Ｆ）である。そして、低負荷低回転である場合にはタイマーＴ4がインクリメントされる（ステップＳ５８）。このタイマーＴ4は、低負荷低回転（排気温低下）の運転の持続時間を調べるためのタイマーである。そして、Ｔ4≧Ｔ40か否かが判定され（ステップＳ５９）、そうである場合は劣化判定実行フラグＦ３がセットされる（ステップＳ６０）。Ｔ40はＮＯｘ吸収材の温度が十分低減される時間に設定されており、ステップＳ５７〜５９により、確実にＮＯｘ吸収材の温度が低減されたものとなる。
【００６３】
一方、ステップＳ５７において、負荷Ｃｅ<Ｃｅ0、かつエンジン回転数Ｎｅ<Ｎｅ0でない場合は負荷Ｃｅ>Ｃｅ1、エンジン回転数Ｎｅ>Ｎｅ1である、つまり高負荷高回転であるか否かが判定され（ステップＳ６１）、高負荷高回転である場合は排気温度が再度上昇したと判断してタイマーＴ4が０にリセットされてステップＳ３３に進み（ステップＳ６２）、高負荷高回転でない場合は直ちにステップＳ３３に進む。
【００６４】
ステップＳ５６において、Ｔ3≧Ｔ30であると判定された場合はＮＯｘ吸収材の温度を低減する強制制御を行うよう温度低減手段５２に指令を発する（ステップＳ６３）。温度強制低減制御としては、この例では、空燃比（Ａ／Ｆ）をよりリーンにする制御が行われる。これにより、ＮＯｘ吸収材の温度が低減される。そして、ステップＳ６４に進み、ＮＯｘ吸収材（Ｃａｔ）の温度Ｔｃと劣化判定可能な上限温度Ｔｃ0とを比較し、Ｔｃ<Ｔｃ0でない場合はステップＳ３３に進み、Ｔｃ<Ｔｃ0である場合はステップＳ６０に進む。
【００６５】
ステップＳ６０では、劣化判定実行フラグＦ３がセットされる。そして、Ｔ3が０に、Ｔ4が０にリセットされ（ステップＳ６５）、その後、現状の運転状況が低回転低負荷であるか（ステップＳ６６）、アクセル開度変化が小さい等の定常運転か（ステップＳ６７）、水温が高いか（ステップＳ６８）、空燃比がリッチ制御からリーン制御に移行したか（ステップＳ６９）等を順次判定し、各々がそうでない場合はステップＳ３３に進む。一方、そうである場合は、リーン制御に移行して安定状況が保持される時間計測用のタイマーＴ５がインクリメントされる（ステップＳ７０）。つまり、ステップＳ６６〜７０は、低回転低負荷、定常運転、水温等の条件が成立すると、リーン移行時点から所定時間だけ待機する。リーン運転中に、正常であればこの所定時間中でＮＯｘが吸収される筈であるからである。
【００６６】
そして、Ｔ５≧Ｔ50で有るか否かを判定し（ステップＳ７１）、そうでない場合はステップＳ３３に進み、そうである場合は図１１に示す所定期間Ｇ内に、ＮＯｘ吸収材より下流側のＮＯｘ量を検出する（ステップＳ７２）。この下流側のＮＯｘ量は、ＮＯｘ吸収材３６が正常であれば、リーン運転中にＮＯｘ吸収材３６によりＮＯｘが吸収されて小さな値になる。その検出値ＮＯｘ量と実験等により劣化と判定される基準値ＮＯｘＡとを比較し（ステップＳ７３）、検出ＮＯｘ量≧ＮＯｘＡである場合には、ＮＯｘ吸収材自身が劣化していると判定し、運転者に警報（ワーニング）を発する（ステップＳ７４）。一方、検出ＮＯｘ量≧ＮＯｘＡでない場合にはステップＳ３３に進む。
【００６７】
この装置によれば、ＥＧＲ制御手段４８、分割噴射制御手段４９および点火リタード制御手段５０から構成される温度上昇制御手段によりＮＯｘ吸収材３６が昇温されてＮＯｘ吸収材３６から硫黄が放出された、つまり硫黄被毒によるＮＯｘ吸収材の劣化がリフレッシュされた後に、ＮＯｘ吸収材３６の温度が低減された状態で劣化判定が行われるため、硫黄被毒によるＮＯｘ吸収材の劣化以外の熱劣化等によるＮＯｘ吸収材の劣化を判定できる。
【００６８】
上述した実施形態では、ＮＯｘ吸収材よりも下流側のＮＯｘ量に基づいてＮＯｘ吸収材の劣化を判定する場合であるが、本発明はこれに限らない。例えば、触媒にセリア等でＯ2ストレージ機能を持たせている場合、図１中に破線で示すようにＮＯｘ吸収材３６の上流側及び下流側にＯ2センサ６１，６２を配設し、これらのＯ2センサ６１，６２による検出結果を利用してＮＯｘ吸収材の劣化を判定することも可能である。なお、Ｏ2センサ６１，６２は、λ＝１を基準にそれよりリッチからリーンへ、またはその逆に変化した場合に所定の信号を出力するものを使用している。
【００６９】
以下に、その場合の実施形態（劣化判定ルーチン）を図１２、図１３に基づいて説明する。
【００７０】
ステップＳ５０〜ステップＳ６５までは、上述した実施形態と同様である。それ以降について、ここで述べる。
【００７１】
ステップＳ６５においてＴ3が０に、Ｔ4が０にセットされた後、前同様に現状の運転状況が低回転低負荷であるか（ステップＳ８０）、アクセル開度変化が小さい等の定常運転か（ステップＳ８１）、水温が高いか（ステップＳ８２）等を順次判定し、各々がそうでない場合は図５に示す▲５▼、つまりステップＳ３３に進む。一方、そうである場合は、前期燃料噴射量Ｔｌが前期燃料噴射量基本値Ｔｌ1に、前期燃料噴射時期Ｉｌが前期燃料噴射時期基本値Ｉｌ1に、後期燃料噴射量Ｔｔが後期燃料噴射量基本値Ｔｔ1に、後期燃料噴射時期Ｉｔが後期燃料噴射時期基本値Ｉｔ1に設定される（ステップＳ８３）。そして、Ｏ2センサ６１からの検出酸素量Ｏｘと基準酸素量Ｏｘ0とを比較し、検出酸素量Ｏｘの方が少ないリーンの場合は、Ｏ2フィードバック補正量ＴｃｌをＴｃｌ'（前回量）＋ａ、Ｏ2フィードバック補正量ＴｃｔをＴｃｔ'（前回量）＋ｂに設定し（ステップＳ８５）、ＴｌをＴｌ1＋Ｔｃｌに、ＴｔをＴｔ1＋Ｔｃｔに設定する（ステップＳ８６）。一方、検出酸素量Ｏｘの方が多いリッチの場合は、Ｏ2フィードバック補正量ＴｃｌをＴｃｌ'−ａ、Ｏ2フィードバック補正量ＴｃｔをＴｃｔ'−ｂに設定し（ステップＳ８７）。そして、前期燃料噴射量ＴｌをＴｌ1＋Ｔｃｌに、後期燃料噴射量ＴｔをＴｔ1＋Ｔｃｔに設定する（ステップＳ８６）。これらステップＳ８５〜８７によるフィードバック制御にて、ＮＯｘ吸収材３６中に含まれる、酸素ストレージ能を有するセリアが、リーンのときにＯ2を吸収し、リッチのときにエンジンから排出されるＣＯとその吸収したＯ2とが反応し、ＮＯｘ吸収材中の酸素濃度が変化する。
【００７２】
そして、上流側のＯ2センサ６１についての検出電位と基準電位とを比較して、リーン（Ｌ）からリッチ（Ｒ）、またはリッチからリーンに変化したか否かを判定し（ステップＳ８８）、変化があった場合はその変化の回数ＣUを計数する（ステップＳ８９）。また、下流側のＯ2センサ３８についての検出電位と基準電位とを比較して、リーンからリッチ、またはリッチからリーンに変化したか否かを判定し（ステップＳ９０）、変化があった場合はその変化の回数ＣDを計数する（ステップＳ９１）。上記上流側のＯ2センサ６１は、Ｏ2フィードバック制御にダイレクトに反応した結果を検出し、一方の下流側のＯ2センサ６２はＮＯｘ吸収材３６を経た後の酸素を検出対象としているため、ＮＯｘ吸収材３６の劣化状況に応じた検出を行う。つまり、ＮＯｘ吸収材が正常にＯ2ストレージ能を発揮していると下流側の酸素濃度変化が少なくなるが、劣化していると、ＮＯｘ吸収材の酸素吸収性が悪化して、下流側のＯ2センサ６２によるリッチ⇔リーンの変化の回数は上流側のＯ2センサ６１が検出する変化回数に近いものになる。
【００７３】
そして、ステップＳ９２で上記回数ＣUが所定値ＣU0以上ではないことを判定したときは、▲５▼に進む。一方、ステップＳ９２で上記回数ＣUが所定値ＣU0以上となったことを判定したときは、ＣU／ＣDと基準値ＣＡとを比較する（ステップＳ９３）。つまり、ＮＯｘ吸収材３６の劣化状況に応じて変動値が大きくなるようにＣUをＣDで除算した値を求め、その値と基準値ＣＡとを比較している。換言すると、ＮＯｘ吸収材の下流側の酸素濃度値に基づいて劣化判定が行われる。
【００７４】
そして、ＣU／ＣDが基準値ＣＡ以上でない場合にはＮＯｘ吸収材自身が劣化していると判定して警報を発し（ステップＳ９４）、その後ＣUおよびＣDを共に０に設定し（ステップＳ９５）、▲５▼に進む。一方、ＣU／ＣDがＣＡ以上である場合には、ＮＯｘ吸収材が正常であり、ステップＳ９５に進んでＣUおよびＣDが共に０に設定され、▲５▼に進む。
【００７５】
この実施形態による場合、セリア等の酸素ストレージ能を有する触媒材料を含むＮＯｘ吸収材を使用するときには、前同様に硫黄被毒によるＮＯｘ吸収材の劣化以外の熱劣化等によるＮＯｘ吸収材の劣化を判定できる。
【００７６】
なお、本発明は、かかる実施形態に限られるものではなく、次のような実施形態をとることも可能である。
【００７７】
前記実施形態では、ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘを低減して後にＮＯｘ吸収材の温度を上昇させる制御中に含む構成としているが、本発明はこれには限らない。要は、ＮＯｘ吸収材を昇温して硫黄放出が十分になされた状態にできれば、そのＮＯｘ吸収材の昇温理由に関わらず劣化判定を行うようにしても構わない。
【００７８】
前記実施形態では、分割噴射として吸気行程に２回燃料噴射を行うものを示したが、３回以上に分けて噴射してもよいし、吸気行程と圧縮行程とに分けて燃料を噴射するようにしてもよい。
【００７９】
前記実施形態では、筒内噴射式エンジンに適用したものを示したが、本発明はこれに限らず、吸気ポートにインジェクタを備えたエンジン等にも広く適用が可能なものである。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、リフレッシュ可能な硫黄の被毒以外についてのＮＯｘ吸収材の劣化を判定できる。よって、ＳＯｘ被毒についてはリフレッシュを行う一方、それ以外のリフレッシュ不能な劣化については警報等により交換、修理等をうながす等、適切な対処が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるエンジンの全体構成図である。
【図２】前記エンジンにおいて設定された各運転領域を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態にかかるエンジンの制御内容を示すタイムチャートである。
【図４】前記エンジンにおいて実行される還元材濃度制御の内容を示すフローチャートである。
【図５】前記エンジンにおいて実行される還元材濃度制御の内容を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態にかかるエンジンの制御を行う時の時間を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかるエンジンの制御の一部を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかるエンジンの制御の一部である点火リタード制御を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態にかかるエンジンの制御の一部であるＥＧＲ制御を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態にかかる劣化判定制御を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態にかかる劣化判定制御を示すタイムチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態にかかる他の劣化判定制御を示すフローチャートである。
【図１３】図１２の続きであり、本発明の実施の形態にかかる他の劣化判定制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ エンジン本体
１６ 燃焼室
２２ インジェクタ
２４ 吸気通路
３２ ＥＧＲ通路
３３ ＥＧＲ弁
３４ 排気通路
３５ 三元触媒
３６ リーンＮＯｘ触媒
３７、６１、６２ Ｏ2センサ
３８ ＮＯｘセンサ
４１ ＥＣＵ
４２ 運転状態判定手段
４６ Ｓ脱離制御手段
４８ ＥＧＲ制御手段
４９ 分割噴射制御手段
５０ 点火リタード制御手段
５１ 劣化判定手段
５２ 温度低減手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンから排気された排気ガス中のＮＯｘを吸収し、酸素濃度低下によりＮＯｘを放出すると共に、硫黄を吸収するＮＯｘ吸収材等の排気ガス浄化用触媒の劣化を判定する劣化判定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する手段としては、例えば特開平６−２２９３２２号公報に示されるように、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲを行うものが広く知られるに至っている。
【０００３】
また、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備えて低負荷域で圧縮行程噴射により成層燃焼を行う直噴エンジンのように、特定運転領域で空燃比をリーンにするエンジンでは、空燃比がリーンのときの排気ガス中に存在するＮＯｘ（窒素酸化物）を吸収し、排気ガスの酸素濃度が低下したときにＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材を設け、この放出されるＮＯｘを還元浄化するようにしたものは一般に知られている。このようなＮＯｘ吸収材は、燃料やエンジンオイルに硫黄成分が含まれている特定地域のものを使用すると、排気中のＮＯｘを吸収するよりも排気中のＳＯｘ（硫黄酸化物）を吸収し易いという性質を有し、従って、ＳＯｘの吸収によって被毒されたＮＯｘ吸収材は事後のＮＯｘ吸収性が大きく低下する。
【０００４】
また、このようなＳＯｘ被毒によるリフレッシュ可能なＮＯｘ吸収材の劣化の他に、ＮＯｘ吸収材に亀裂等が発生したＮＯｘ吸収材自体が劣化するという問題もある。このようなＮＯｘ吸収材の劣化に関し、特開平７−２０８１５１号公報には、ＮＯｘ吸収材の劣化を判定する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−２０８１５１号の技術では、劣化判定が可能であっても、その劣化がリフレッシュ可能なＳＯｘ被毒によるＮＯｘ吸収材の劣化なのか、触媒や吸収材の熱劣化等によるリフレッシュが不可能なＮＯｘ吸収材自体の劣化なのかが判別できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、リフレッシュ可能なＳＯｘ被毒によるＮＯｘ吸収材の劣化以外のＮＯｘ吸収材の劣化を判定できる排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、排気通路に配置され、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収し、酸素濃度低下によりＮＯｘを放出すると共に、硫黄を吸収するＮＯｘ吸収材と、ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させる温度上昇手段と、温度上昇手段を介してＮＯｘ吸収材の温度上昇を実行し、ＮＯｘ吸収材から硫黄を脱離させる処理を行う硫黄脱離制御手段と、ＮＯｘ吸収材の劣化を判定する劣化判定手段と、硫黄脱離処理を実行した後に、ＮＯｘ吸収材の温度を低減させる温度低減手段とを具備し、上記温度低減手段がＮＯｘ吸収材の温度を低減させ、劣化判定手段は上記ＮＯｘ吸収材の温度が予め定められた劣化判定可能な上限温度未満になったと判断した場合に劣化判定を実行する構成である。
【０００８】
この構成による場合は、ある程度リフレッシュ可能な硫黄の被毒以外についてのＮＯｘ吸収材の劣化を判定できる。よって、ＳＯｘ被毒についてはリフレッシュを行う一方、それ以外のリフレッシュ不能な劣化については警報等により交換、修理等をうながす等、適切な対処が可能となる。加えて、硫黄脱離処理の後ではＮＯｘ吸収材が高温となり、ＮＯｘ吸収能力が低い状態となるため、一旦温度を下げて劣化判定を行うようにできる。また、早急に温度を低減させることで、早急にＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収が可能となる。
【００１１】
温度低減手段としては、請求項２のように、排ガスをエンジンの吸気系に環流させるＥＧＲ量を増大させること、点火時期を早くする点火リタード抑制を行うこと、空燃比をリーンにすること、燃料を増量させること、および吸入空気量を低減することの少なくとも一つを実行する構成とすることができる。
【００１２】
本発明の排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置において、ＮＯｘ吸収材からの硫黄脱離処理の後、エンジンの負荷が所定値以下の状態が所定期間経過した後に劣化判定を実行する構成とすることができる。
【００１３】
この構成にあっては、ＮＯｘ吸収材のＳ被毒頻度は低いため、確実に温度が低下した状態で、その間時間がかかっても劣化を精度よく検出できる。
【００１４】
本発明の排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置において、劣化判定は酸素過剰雰囲気でのＮＯｘ吸収材の下流におけるＮＯｘ量に基づいて行う構成とすることができる。
【００１５】
この構成にあっては、リーン運転を伴うため、ＮＯｘ吸収材にＮＯｘが吸収されることになるが、ＮＯｘ吸収材が正常ならばＮＯｘ吸収材の下流側ではＮＯｘ量が減少した状態となり、一方劣化していれば同位置でのＮＯｘ量は増大した状態となる。よって、酸素過剰雰囲気、つまりリーン運転中にＮＯｘ吸収材の下流側のＮＯｘ量に基づいてＮＯｘ吸収材の劣化判定が可能である。
【００１６】
本発明の排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置において、ＮＯｘ吸収材は酸素ストレージ能を有する触媒材料を含んだものであり、劣化判定は硫黄脱離処理を実行した後、ＮＯｘ吸収材の酸素濃度を増減させると共に、その時のＮＯｘ吸収材の下流における酸素量に基づいて行う構成とすることができる。
【００１７】
この構成にあっては、酸素ストレージ能を有する触媒材料、例えばセリアは、Ｓ被毒をリフレッシュした状態では、酸素を吸収すると共にＣＯの導入により吸収した酸素とＣＯとが反応して酸素濃度が変化する。そこで、セリア等の酸素ストレージ能を有する触媒材料の下流側の酸素量を検出対象とすることにより、ＮＯｘ吸収材の劣化判定が実行できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に示すエンジンの本体１０は、複数の気筒１２を有し、各気筒１２内にピストン１４が装填されており、各ピストン１４の上方に燃焼室１６が形成されている。この実施の形態では、前記燃焼室１６に対して２つの吸気ポートと排気ポートとが開口し、各吸気ポート及び排気ポートがそれぞれ吸気弁１７及び排気弁１８によって開閉されるようになっている。
【００２０】
各燃焼室１６の頂部には点火プラグ２０が配設され、そのプラグ先端が燃焼室１６内に臨んでいる。また、各燃焼室１６内には側方からインジェクタ２２の先端部（すなわち燃料噴射部）が臨み、このインジェクタ２２から燃焼室１６内に直接燃料が噴射されるように構成されている。すなわち、このエンジンは筒内噴射式エンジンとなっている。各インジェクタ２２は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、このソレノイドに後述のパルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期に相当する時期にパルス幅に応じた量だけ燃料を噴射するように構成されている。
【００２１】
前記吸気ポートには吸気通路２４が接続されている。この吸気通路２４には、その上流側から順に、エアクリーナー２５、エアフローセンサ２６、スロットルセンサ及びスロットル弁をもつエレキスロットル２８、サージタンク３０が設けられている。このサージタンク３０の下流側通路は、各吸気ポートに対応して分岐する独立吸気通路となっている。
【００２２】
図例では、各独立吸気通路の下流側部分が２つの通路２４ａ，２４ｂに分岐し、各通路２４ａ，２４ｂが燃焼室１６内に接続されるとともに、通路２４ｂにのみスワール生成用の開閉弁３１が設けられている。この開閉弁３１は、図略のアクチュエータにより駆動されて開閉作動するもので、この開閉弁３１が第２の通路２４ｂを閉じるときには第１の通路２４ａのみを通る吸気によって燃焼室１５内にスワールが生成され、開閉弁３１が開かれるにつれてスワールが弱められるようになっている。
【００２３】
一方、前記排気ポートには排気通路３４が接続されている。この排気通路３４の途中には、その上流側から順に、三元触媒３５と、リーンＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）３６とが設けられている。これらの触媒は、軸方向に沿って相互平行に延びる多数の貫通孔をもつハニカム構造のコージェライト製担体の各貫通孔壁面に触媒層を形成したものである。
【００２４】
前記三元触媒３５は、排気ガスが理論空燃費近傍にある状態でＮＯｘ、ＣＯ、及びＨＣを浄化する。これに対してリーンＮＯｘ触媒３６は、排気ガスの空気過剰率が大きいリーン状態でＮＯｘを吸着し、この吸着したＮＯｘを排気ガスの空気過剰率が小さいリッチ状態で放出する。このリーンＮＯｘ触媒３６は、三元触媒３５に好適な排気温度よりも低い特定温度域に排気温度が存するときに有効な浄化性能を発揮するものであり、例えば特開平１０-１５１３５３号公報に示されるように、前記担体上に、Ｐｔなどの貴金属とバリウムなどのアルカリ土類金属担持のアルミナが担持された内側触媒層と、白金及びロジウム担持のゼオライトが担持された外側触媒層とをコーティングしたもの等が好適である。さらに好ましくは、セリア等の酸素ストレージ能を有する触媒材料を有するものを使用する。
【００２５】
さらに排気通路３４には、空燃比制御のためにＯ2センサ３７が設けられると共に、劣化判定のためにリーンＮＯｘ触媒３６の下流でＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ３８が設けられている。
【００２６】
前記吸気通路２４と排気通路３４との間には、排気ガスを吸気通路２４側に還流させるためのＥＧＲ通路３２が設けられている。このＥＧＲ通路３２の入口端は、排気通路３４における三元触媒３５のさらに上流側の部分に接続されている。出口端は、吸気通路２４におけるエレキスロットル２８の下流側の吸気集合部分（サージタンク３０よりも上流側の部分）に接続されている。この出口端にはＥＧＲ弁３３が設けられており、このＥＧＲ弁３３の駆動によってＥＧＲ流量の調節が可能となっている。
【００２７】
前記エンジンには、前記スロットルセンサ、エアフローセンサ２６、Ｏ2センサ３７、ＮＯｘセンサ３８の他、エンジン回転数センサ３９、アクセル開度センサ４０等の各種センサ類が装備され、これらセンサの出力信号（検出信号）がＥＣＵ（コントロールユニット）４１に入力されるようになっている。このＥＣＵ４１は、燃料制御及びＥＧＲ制御に関連する機能として、運転状態判定手段４２、スロットル制御手段４４、Ｓ脱離制御手段４６、ＥＧＲ制御手段４８、分割噴射制御手段４９、点火リタード制御手段５０および劣化判定手段５１を備えている。劣化判定手段５１には、リーンＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材）３６の下流側に設けたＮＯｘセンサ３８からの検出値が入力される。
【００２８】
運転状態判定手段４２は、前記各センサの出力信号を取り込んで、現在のエンジンの運転状態が図２に示す運転領域のうちのいずれに属するのかを判定するものである。各運転領域はエンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ｃｅに基づいて区画されている。
【００２９】
図中、領域Ａは、燃料噴射量の少ない低中回転低負荷運転領域であって、成層燃焼運転、すなわち、圧縮行程後半でのみ燃料を一括噴射することにより、燃焼室１６内全体は燃料リーンの状態にしながら点火プラグ２０の近傍のみ他の領域と比較して相対的かつ局所的にリッチ状態にして点火する燃焼運転を行う領域である。
【００３０】
領域Ｂは、エンジン回転数が所定値未満の低回転領域であってかつ領域Ａよりも高負荷の領域であり、吸気行程で燃料を一括噴射することにより均一燃焼を行う領域である。
【００３１】
領域Ｃは、エンジン回転数が所定値以上の中高回転かつ高負荷の領域及び低負荷高回転領域であり、領域Ｂと同様に均一燃焼運転を行うが、一括噴射ではなく分割噴射（第１の分割噴射）による運転を行う領域である。すなわち、この領域Ｃでは、吸気行程の期間内で燃料噴射を分割して行うことにより、燃料の分散及びミキシングを促進しつつ均一燃焼運転を行う。
【００３２】
なお、図2の例では、高回転領域であっても、エンジン負荷の非常に高い領域は、燃料噴射量が多くて吸気行程内で燃料噴射を分割することが困難であるため、一括噴射運転領域Ｂが設定されている。
【００３３】
スロットル制御手段４４は、各運転領域において、その燃焼に適した吸入空気量を実現するためにエレキスロットル２８のスロットル開度をスロットルセンサの検出信号に基づいてフィードバック制御するものである。
【００３４】
Ｓ脱離制御手段４６は、燃料噴射量及び噴射時期の調整により還元材の濃度を制御するもので、運転状態判定手段４２により判定された運転領域での燃焼に見合う通常の制御に加え、ＮＯｘやＳＯｘの離脱のための制御を行うときは還元材としてのＣＯを増加させるべく燃料噴射量及び燃料噴射時期を決定し、図略のインジェクタドライバに指令信号を出力して、前記燃料噴射時期に前記燃料噴射量に相当する幅のパルス信号をインジェクタ２２へ出力させるものである。この実施の形態では、後述する図４および図５に示すフローチャートに基づく制御を行うと共に、その制御に基づく指令内容を該当するＥＧＲ制御手段４８、分割噴射制御手段４９、点火リタード制御手段５０、劣化判定手段５１または温度低減手段５２に出力する。
【００３５】
ＥＧＲ制御手段４８は、実際のＥＧＲ量が各運転領域に応じて設定された目標値に合致するようにＥＧＲ弁３３の開度を制御するものである。この実施の形態では、通常の運転状態に応じたＥＧＲ制御に加え、Ｓ脱離制御手段４６による制御と関連して硫黄離脱制御を行うべきことを判定したとき、ＥＧＲ量を減少させる制御を、ＥＧＲ弁３３を介して行う。
【００３６】
分割噴射制御手段４９は、Ｓ脱離制御手段４６が実行する制御の際に求めた前期燃料噴射量および前期燃料噴射時期と、後期燃料噴射量および後期燃料噴射時期とを入力すると、その内容に該当する時期に該当量の燃料をインジェクタ２２より分割噴射する。
【００３７】
点火リタード制御手段５０は、Ｓ脱離制御手段４６が実行する制御の際に求めた、基本点火時期を補正してなる点火時期を入力すると、その内容に該当する点火時期に点火プラグ２０を点火させる。
【００３８】
上記ＥＧＲ制御手段４８、分割噴射制御手段４９および点火リタード制御手段５０により、ＮＯｘ吸収材３６が所定の硫黄吸収状態となったときにＮＯｘ吸収材３６の昇温及び還元材の供給を行う温度上昇制御手段が構成されている。
【００３９】
劣化判定手段５１は、ＳＯｘ量の減少化が行われた後に、後述する図１０に示すフローチャートに基づいて、ＮＯｘ吸収材自身が劣化しているか否かの判定を行う。
【００４０】
温度低減手段５２は、ＮＯｘ吸収材の温度を低減させるための手段であり、ＥＧＲ量を増大させる制御、点火時期を進める制御、空燃比をリーンにする制御、燃料を増量する制御または吸入空気量を低減する制御等のうちの１または２以上を行う手段である。この実施形態では、空燃比をリーンにする制御を行う。
【００４１】
次に、このＥＣＵ４０が行う具体的な劣化判定動作を、図３〜図１１に基づいて説明する。
【００４２】
まず、Ｓ脱離制御手段４６は、エンジンの各気筒毎に所定のタイミングでスタートし、運転状態判定手段４２からエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃ、エアフローセンサ出力等を取り込み（図４のステップＳ１）、これらに基づき、基本燃料噴射量ＴBを設定する（ステップＳ２）。この基本燃料噴射量ＴBは、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃと図２に示す運転領域Ａ、Ｂ、Ｃとに基づいて空燃比を設定し、その空燃比と吸入空気量及び回転数Ｎｅ等に基づいて算出される。
【００４３】
次に、吸気行程での分割噴射を行うか否か、つまり運転状態が図２中の領域Ｃにあるか否かを判断し（ステップＳ３）、分割噴射の場合には、前期燃料噴射量Ｔｌが前期燃料噴射量基本値Ｔｌ1に、前期燃料噴射時期Ｉｌが前期燃料噴射時期基本値Ｉｌ1に設定され（ステップＳ４）、続いて、後期燃料噴射量Ｔｔが後期燃料噴射量基本値Ｔｔ1に、後期燃料噴射時期Ｉｔが後期燃料噴射時期基本値Ｉｔ1に設定され（ステップＳ５）、ステップＳ１０に進む。この分割燃料噴射量Ｔｌ1およびＴｔ1は、基本燃料噴射量ＴBと分割割合に基づいて求められる。
【００４４】
一方、ステップＳ３において分割噴射でない場合は、後期のみの燃料噴射か否か（運転状態が図２中の領域Ａにあるか否か）を判断し（ステップＳ６）、後期のみの燃料噴射である場合には、後期燃料噴射量ＴｔがＴｔ2（前期燃料噴射量Ｔｌは０）に設定され、後期燃料噴射時期ＩｔがＩｔ2（前期燃料噴射時期Ｉｌが０）に設定され（ステップＳ７）、ステップＳ１０に進む。また、ステップＳ８において、燃料カットである場合には制御不要のため終了する。また、後期のみの燃料噴射でなく（ステップＳ６）、かつ、燃料カットでない場合（運転状態が図２中の領域Ｂにある場合）には、前期燃料噴射量ＴｌがＴｌ3（後期燃料噴射量Ｔｔは０）に設定され、前期燃料噴射時期ＩｌがＩｌ3（後期燃料噴射時期Ｉｔが０）に設定され（ステップＳ９）、ステップＳ１０に進む。以上により、基本的設定がなされる。
【００４５】
次に、ステップＳ１０で、ＮＯｘ量の推定を行う。この推定は、前回のＮＯｘ放出制御した時点以降のリーン運転の走行距離および総燃料噴射量（Ｑａ量）等に基づいて行う。そして、推定ＮＯｘ量と比較値ＮＯとの比較を行い（ステップＳ１１）、ＮＯｘ量≧ＮＯである場合、ＮＯｘ放出制御実行フラグＦ1がセットされる（ステップＳ１２）。そして、タイマーＴ1がインクリメントされ（ステップＳ１４）、Ｔ1≧Ｔ10か否かを判断する（ステップＳ１５）。ここで、時間Ｔ10とは、図３に示すように、ＮＯｘ吸収材中のＮＯｘが急激に放出され始める直前までの時間である。Ｔ1≧Ｔ10である場合は、前期燃料噴射量ＴｌがＴｌ4に、後期燃料噴射量ＴｔがＴｔ4に設定され、前期燃料噴射時期ＩｌがＩｌ4に、後期燃料噴射時期ＩｔがＩｔ4に設定される（ステップＳ１７）。このとき、空燃比はほぼ理想空燃比（λ＝１）になるように設定される。そして、ステップＳ１８に進む。
【００４６】
一方、Ｔ1≧Ｔ10でない場合は、今回噴射を行う気筒が１番気筒または４番気筒であるか否かを判断し、そうでない場合、つまり２番気筒または３番気筒である場合には、分割噴射を行うべくステップＳ１７に進んだ後にステップＳ１８に進む。１番気筒または４番気筒である場合には、そのままステップＳ１８に進む。つまり、Ｔ10の時間が経過するまでは、１番気筒または４番気筒はそれまで通り制御（例えばリーン）、２番気筒または３番気筒はλ≒１の分割噴射を行い、Ｔ10の経過からＴ12の経過までの間は、全気筒をλ≒１の分割噴射とする。分割噴射は、吸気行程から圧縮行程までの期間内に行うこととし、例えば、前期側を吸気行程前半、後期側を圧縮行程後半とするように、Ｉｌ、Ｉｔを設定する。
【００４７】
ステップＳ１８では、Ｔ1≧Ｔ12であるか否かを判定する。ここで、時間Ｔ12は、図６に示すようなＴ１１より後の時間（空燃比のリーン開始時）である。そして、Ｔ1≧Ｔ12の場合は、ＮＯｘ放出制御実行フラグＦ1がリセットされ（ステップＳ１９）、ステップＳ２０に進む。Ｔ1≧Ｔ12でない場合は、後述のステップＳ２３に進む。
【００４８】
ステップＳ１１で、ＮＯｘ量≧ＮＯでない場合には、ステップＳ１３に進んで、ＮＯｘ放出制御実行フラグＦ１がセットされているか否かを判定し、そうであるときはステップＳ１４に進む。また、ステップＳ１３において、ＮＯｘ放出制御実行フラグＦ1がセットされていない場合は、ＮＯｘ放出制御実行フラグＦ1がリセットされ（ステップＳ２１）、Ｔ1が０に設定され（ステップＳ２２）、ステップＳ２０に進む。
【００４９】
ステップＳ２０では、ＳＯｘ吸収量を推定する。この推定は、前回のＳ放出制御を実行した時点以降の走行距離、総燃料噴射量、ＮＯｘ吸収材の温度が低温となっている時間に基づいて行う。そして、推定したＳＯｘ吸収量と基準ＳＯとを比較する（図５のステップＳ２３）。推定したＳＯｘ吸収量が、ＳＯｘ吸収量≧基準ＳＯである場合には、Ｓ放出制御実行フラグＦ2がセットされ（ステップＳ２４）、排ガス温度Ｔｃの推定を行う（ステップＳ２５）。この排ガス温度Ｔｃの推定は、空燃比がリーンの時間、分割噴射の時間等により行われる。ステップＳ２４において、Ｓ放出制御実行フラグＦ2がセットされると、その後所定のタイミングで後述の点火リタード制御およびＥＧＲ制御が実行される。
【００５０】
そして、推定排ガス温度Ｔｃと基準排ガス温度Ｔｃ0とを比較し（ステップＳ２６）、Ｔｃ≧Ｔｃ0である場合には、タイマーＴ2がインクリメントされ（ステップＳ２７）、Ｔ2≧Ｔ10を判定する（ステップＳ２８）。Ｔ2≧Ｔ10である場合（Ｔ10の時間の経過後）には、噴射量ＴｌがＴｌ4＋Ｔｃｌ（燃料追加補正量）に、噴射量ＴｔがＴｔ4＋Ｔｃｔ（燃料追加補正量）に設定され、時期基本値ＩｌがＩｌ4に、時期基本値ＩｔがＩｔ4に設定される（ステップＳ２９）。この設定は、分割噴射でかつ空燃比をλ≦１（燃料リッチ）にし、ＣＯ量を多くするためである。これにより、ＳＯｘの脱離を促進するためのＣＯを供給できる。
【００５１】
その後、時間Ｔ20を設定する（ステップＳ３０）。そして、Ｔ2≧Ｔ20であるかを判定し（ステップＳ３１）、そうである場合は、Ｓ放出制御実行フラグＦ2が０に設定され（ステップＳ３２）、ステップＳ３３に進む。
【００５２】
一方、ステップＳ２８において、Ｔ2≧Ｔ10でない場合（Ｔ2の時間の経過前）には、燃料補正量Ｔｃｅが０に、燃料補正量Ｔｃｔが０に設定され（ステップＳ３４）、今回噴射を行う気筒が１番気筒または４番気筒であるか否かを判断し（ステップＳ３５）、そうでない場合には上述のように分割噴射でかつ空燃比λをλ≦１にしてＣＯ量を多くするためのステップＳ２９に進む。一方、気筒が１番気筒または４番気筒である場合には、ステップＳ３０に進む。これにより、２番、３番気筒では分割噴射でかつ空燃比リッチによりＣＯ濃度がリッチとなり、そのＣＯとリーンの気筒（１番、４番気筒）から排出される酸素とが反応して反応熱が生じることにより温度上昇が促進される。
【００５３】
また、ステップＳ２３において、ＳＯｘ吸収量≧基準ＳＯでない場合には、Ｓ放出制御実行フラグＦ2が１にセットされているか否かを判断し（ステップＳ３６）、そうである場合はステップＳ２５に進む。そうでない場合には、Ｔ2が０に設定され（ステップＳ３７）、Ｓ放出制御実行フラグＦ2がリセットされ（ステップＳ３８）、その後後述する劣化判定ルーチンに進む。
【００５４】
ステップＳ３３では、Ｔｌ（前期燃料噴射量）＝０か否かを判断し、そうでない場合には、Ｉｌ（前期燃料噴射時期）タイミングか否かを判断し（ステップＳ３９）、Ｉｌタイミングとなるまで待機する。Ｉｌタイミングになると、前期燃料（Ｔｌ）の噴射を行い（ステップＳ４０）、ステップＳ４１に進む。一方、ステップＳ３３において、Ｔｌ＝０である場合にはステップＳ４１に進む。
【００５５】
ステップＳ４１では、Ｔｔ（後期燃料噴射量）＝０であるか否かを判断し、そうでない場合にはＩｔ（後期燃料噴射時期）タイミングか否かを判断し（ステップＳ４２）、Ｉｔタイミングとなるまで待機する。Ｉｔタイミングになると、後期燃料（Ｔｔ）の噴射を行う制御指令を発する（ステップＳ４３）。これにより、Ｔｌ、Ｔｔが共に０でなければ分割噴射が行われることになり、還元材の還元成分（ＣＯ）が増量されて、ＮＯｘ還元材中のＮＯｘの還元が行われる。
【００５６】
なお、上記分割噴射の制御は、図７に示すように負荷Ｃｅが低い領域Ｄを想定したものであり、高負荷の領域Ｅを想定した場合には点火リタード制御を主体として行うようにするのが好ましい。高負荷のとき点火リタード制御を主として行う場合は、ＥＧＲの導入悪化域においてノッキングの発生を防止できる。また、低負荷のとき分割噴射を行う場合は、成層が生成し易い分割噴射を行うようにできる。
【００５７】
（点火リタード制御）
点火リタード制御手段５０は、図８に示すように、所定クランク角度毎にスタートし、負荷（Ｃｅ）、エンジン回転数（Ｎｅ）等のデータ入力し（ステップＳ１００）、これらに基づいて基本点火時期（θB）を設定する（ステップＳ１０１）。そして、前述した分割噴射のときのＳ放出制御実行フラグＦ2がセットされているか否かを判断し（ステップＳ１０２）、そうである場合には第１点火時期補正量θｃ1を設定する（ステップＳ１０３）。このとき、第１点火時期補正量（リタード量）θｃ1は、図７における領域Ｄでは小さく、領域Ｅでは大きく設定する。そして、Ｔ2≧Ｔ10であるか否かを判定し（ステップＳ１０４）、そうでない場合は第２点火時期補正量（リタード量）θｃ2が０に設定される（ステップＳ１０５）。つまりＳ放出作用が低い初期段階では燃費を重視するためである。そして、点火時期θT＝θB＋θｃ1＋θｃ2を求める（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０２において、Ｓ放出制御実行フラグＦ2がセットされていないと判断した場合は、ステップＳ１０６に進む。また、ステップＳ１０４において、Ｔ2≧Ｔ10である場合はＴ2<Ｔ11であるか判断し（ステップＳ１０７）、そうでない場合には、ステップＳ１０５に進む。Ｔ2<Ｔ11である場合、つまりＴ11>Ｔ2≧Ｔ10である場合には、第２点火時期補正量θｃ2がｍ（>０）に設定される（ステップＳ１０８）。これは燃費を無視してＮＯｘ吸収材温度を上昇させ、かつＣＯ量を増大させるためである。そして、ステップＳ１０６に進む。ここで求めた点火時期θTに基づき、点火時期か否かを判定し（ステップＳ１０９）、点火時期になるまで待機する。点火時期になると、点火を行う（ステップＳ１１０）。よって、放出ＮＯｘ量がピークになる時に、特に還元成分（ＣＯ）の濃度増量を大にでき、かつＮＯｘ吸収最の温度上昇も高くできる。
【００５８】
（ＥＧＲ制御）
ＥＧＲ制御手段４８は、図９に示すように、所定クランク角度毎にスタートし、負荷（Ｃｅ）、エンジン回転数（Ｎｅ）等のデータ入力し（ステップＳ１２０）、基本ＥＧＲ量（ＥＧＲB）、例えばＥＧＲ率に基づいた弁開度を設定する（ステップＳ１０１）。そして、Ｓ脱離制御手段４６が前述のように行う制御に際してのＳ放出制御実行フラグＦ2がセットされているか否かを判断し（ステップＳ１２２）、そうである場合には、Ｔ2≧Ｔ11であるか否かを判定し（ステップＳ１２３）、そうである場合には減量のための補正量ＥＧＲCを設定する（ステップＳ１２４）。そして、ＥＧＲT＝ＥＧＲB−ＥＧＲC（実行量）を求める（ステップＳ１２６）。
【００５９】
ステップＳ１２２において、Ｆ2＝１でないと判断した場合、およびステップＳ１２３においてＴ2≧Ｔ11でない場合は、補正量ＥＧＲC＝０とし（ステップＳ１２５）、ステップＳ１２６に進む。求めた実行ＥＧＲTでＥＧＲ弁３３を駆動させる。
【００６０】
次に、ステップＳ３８の後に実行する劣化判定ルーチンについて説明する。
【００６１】
（劣化判定ルーチン）
図１０に示すように、Ｓ放出制御が完了したか否かを判断する（ステップＳ５０）。そうでないときは図５に示す▲５▼、つまりステップＳ３３に進み、そうであるときは１ドライブ中に１回劣化判定を行ったか否かを判断し（ステップＳ５１）、行っていればステップＳ３３に進み、そうでなければ劣化判定実行フラグＦ3がリセット（Ｆ3＝０）されているか否かを判定する（ステップＳ５２）。劣化判定実行フラグＦ3がリセットされてない場合（Ｆ3＝０の場合）は、負荷Ｃｅ>Ｃｅ1、エンジン回転数Ｎｅ>Ｎｅ1、つまり高負荷高回転か否かを判定し（ステップＳ５３）、そうであるときは劣化判定実行フラグＦ3をリセットし（ステップＳ５４）、そしてステップＳ３３に進み、高負荷高回転でないときは後述のステップＳ６６に進む。
【００６２】
ステップＳ５２において、劣化判定実行フラグＦ3がリセットされている場合は、タイマーＴ3がインクリメントされ（ステップＳ５５）、Ｔ3≧Ｔ30か否かが判定される（ステップＳ５６）。タイマーＴ3は、Ｓ放出完了からの経過時間を調べるタイマーである。Ｔ3≧Ｔ30でない場合には、負荷Ｃｅ<Ｃｅ0、かつエンジン回転数Ｎｅ<Ｎｅ0である、つまり低負荷低回転であるか否かが判定される（ステップＳ５７）。Ｔ30は、図１１に示すようにＳ放出完了からの所定の経過時間（図１１に示す期間Ｆ）である。そして、低負荷低回転である場合にはタイマーＴ4がインクリメントされる（ステップＳ５８）。このタイマーＴ4は、低負荷低回転（排気温低下）の運転の持続時間を調べるためのタイマーである。そして、Ｔ4≧Ｔ40か否かが判定され（ステップＳ５９）、そうである場合は劣化判定実行フラグＦ３がセットされる（ステップＳ６０）。Ｔ40はＮＯｘ吸収材の温度が十分低減される時間に設定されており、ステップＳ５７〜５９により、確実にＮＯｘ吸収材の温度が低減されたものとなる。
【００６３】
一方、ステップＳ５７において、負荷Ｃｅ<Ｃｅ0、かつエンジン回転数Ｎｅ<Ｎｅ0でない場合は負荷Ｃｅ>Ｃｅ1、エンジン回転数Ｎｅ>Ｎｅ1である、つまり高負荷高回転であるか否かが判定され（ステップＳ６１）、高負荷高回転である場合は排気温度が再度上昇したと判断してタイマーＴ4が０にリセットされてステップＳ３３に進み（ステップＳ６２）、高負荷高回転でない場合は直ちにステップＳ３３に進む。
【００６４】
ステップＳ５６において、Ｔ3≧Ｔ30であると判定された場合はＮＯｘ吸収材の温度を低減する強制制御を行うよう温度低減手段５２に指令を発する（ステップＳ６３）。温度強制低減制御としては、この例では、空燃比（Ａ／Ｆ）をよりリーンにする制御が行われる。これにより、ＮＯｘ吸収材の温度が低減される。そして、ステップＳ６４に進み、ＮＯｘ吸収材（Ｃａｔ）の温度Ｔｃと劣化判定可能な上限温度Ｔｃ0とを比較し、Ｔｃ<Ｔｃ0でない場合はステップＳ３３に進み、Ｔｃ<Ｔｃ0である場合はステップＳ６０に進む。
【００６５】
ステップＳ６０では、劣化判定実行フラグＦ３がセットされる。そして、Ｔ3が０に、Ｔ4が０にリセットされ（ステップＳ６５）、その後、現状の運転状況が低回転低負荷であるか（ステップＳ６６）、アクセル開度変化が小さい等の定常運転か（ステップＳ６７）、水温が高いか（ステップＳ６８）、空燃比がリッチ制御からリーン制御に移行したか（ステップＳ６９）等を順次判定し、各々がそうでない場合はステップＳ３３に進む。一方、そうである場合は、リーン制御に移行して安定状況が保持される時間計測用のタイマーＴ５がインクリメントされる（ステップＳ７０）。つまり、ステップＳ６６〜７０は、低回転低負荷、定常運転、水温等の条件が成立すると、リーン移行時点から所定時間だけ待機する。リーン運転中に、正常であればこの所定時間中でＮＯｘが吸収される筈であるからである。
【００６６】
そして、Ｔ５≧Ｔ50で有るか否かを判定し（ステップＳ７１）、そうでない場合はステップＳ３３に進み、そうである場合は図１１に示す所定期間Ｇ内に、ＮＯｘ吸収材より下流側のＮＯｘ量を検出する（ステップＳ７２）。この下流側のＮＯｘ量は、ＮＯｘ吸収材３６が正常であれば、リーン運転中にＮＯｘ吸収材３６によりＮＯｘが吸収されて小さな値になる。その検出値ＮＯｘ量と実験等により劣化と判定される基準値ＮＯｘＡとを比較し（ステップＳ７３）、検出ＮＯｘ量≧ＮＯｘＡである場合には、ＮＯｘ吸収材自身が劣化していると判定し、運転者に警報（ワーニング）を発する（ステップＳ７４）。一方、検出ＮＯｘ量≧ＮＯｘＡでない場合にはステップＳ３３に進む。
【００６７】
この装置によれば、ＥＧＲ制御手段４８、分割噴射制御手段４９および点火リタード制御手段５０から構成される温度上昇制御手段によりＮＯｘ吸収材３６が昇温されてＮＯｘ吸収材３６から硫黄が放出された、つまり硫黄被毒によるＮＯｘ吸収材の劣化がリフレッシュされた後に、ＮＯｘ吸収材３６の温度が低減された状態で劣化判定が行われるため、硫黄被毒によるＮＯｘ吸収材の劣化以外の熱劣化等によるＮＯｘ吸収材の劣化を判定できる。
【００６８】
上述した実施形態では、ＮＯｘ吸収材よりも下流側のＮＯｘ量に基づいてＮＯｘ吸収材の劣化を判定する場合であるが、本発明はこれに限らない。例えば、触媒にセリア等でＯ2ストレージ機能を持たせている場合、図１中に破線で示すようにＮＯｘ吸収材３６の上流側及び下流側にＯ2センサ６１，６２を配設し、これらのＯ2センサ６１，６２による検出結果を利用してＮＯｘ吸収材の劣化を判定することも可能である。なお、Ｏ2センサ６１，６２は、λ＝１を基準にそれよりリッチからリーンへ、またはその逆に変化した場合に所定の信号を出力するものを使用している。
【００６９】
以下に、その場合の実施形態（劣化判定ルーチン）を図１２、図１３に基づいて説明する。
【００７０】
ステップＳ５０〜ステップＳ６５までは、上述した実施形態と同様である。それ以降について、ここで述べる。
【００７１】
ステップＳ６５においてＴ3が０に、Ｔ4が０にセットされた後、前同様に現状の運転状況が低回転低負荷であるか（ステップＳ８０）、アクセル開度変化が小さい等の定常運転か（ステップＳ８１）、水温が高いか（ステップＳ８２）等を順次判定し、各々がそうでない場合は図５に示す▲５▼、つまりステップＳ３３に進む。一方、そうである場合は、前期燃料噴射量Ｔｌが前期燃料噴射量基本値Ｔｌ1に、前期燃料噴射時期Ｉｌが前期燃料噴射時期基本値Ｉｌ1に、後期燃料噴射量Ｔｔが後期燃料噴射量基本値Ｔｔ1に、後期燃料噴射時期Ｉｔが後期燃料噴射時期基本値Ｉｔ1に設定される（ステップＳ８３）。そして、Ｏ2センサ６１からの検出酸素量Ｏｘと基準酸素量Ｏｘ0とを比較し、検出酸素量Ｏｘの方が少ないリーンの場合は、Ｏ2フィードバック補正量ＴｃｌをＴｃｌ'（前回量）＋ａ、Ｏ2フィードバック補正量ＴｃｔをＴｃｔ'（前回量）＋ｂに設定し（ステップＳ８５）、ＴｌをＴｌ1＋Ｔｃｌに、ＴｔをＴｔ1＋Ｔｃｔに設定する（ステップＳ８６）。一方、検出酸素量Ｏｘの方が多いリッチの場合は、Ｏ2フィードバック補正量ＴｃｌをＴｃｌ'−ａ、Ｏ2フィードバック補正量ＴｃｔをＴｃｔ'−ｂに設定し（ステップＳ８７）。そして、前期燃料噴射量ＴｌをＴｌ1＋Ｔｃｌに、後期燃料噴射量ＴｔをＴｔ1＋Ｔｃｔに設定する（ステップＳ８６）。これらステップＳ８５〜８７によるフィードバック制御にて、ＮＯｘ吸収材３６中に含まれる、酸素ストレージ能を有するセリアが、リーンのときにＯ2を吸収し、リッチのときにエンジンから排出されるＣＯとその吸収したＯ2とが反応し、ＮＯｘ吸収材中の酸素濃度が変化する。
【００７２】
そして、上流側のＯ2センサ６１についての検出電位と基準電位とを比較して、リーン（Ｌ）からリッチ（Ｒ）、またはリッチからリーンに変化したか否かを判定し（ステップＳ８８）、変化があった場合はその変化の回数ＣUを計数する（ステップＳ８９）。また、下流側のＯ2センサ３８についての検出電位と基準電位とを比較して、リーンからリッチ、またはリッチからリーンに変化したか否かを判定し（ステップＳ９０）、変化があった場合はその変化の回数ＣDを計数する（ステップＳ９１）。上記上流側のＯ2センサ６１は、Ｏ2フィードバック制御にダイレクトに反応した結果を検出し、一方の下流側のＯ2センサ６２はＮＯｘ吸収材３６を経た後の酸素を検出対象としているため、ＮＯｘ吸収材３６の劣化状況に応じた検出を行う。つまり、ＮＯｘ吸収材が正常にＯ2ストレージ能を発揮していると下流側の酸素濃度変化が少なくなるが、劣化していると、ＮＯｘ吸収材の酸素吸収性が悪化して、下流側のＯ2センサ６２によるリッチ⇔リーンの変化の回数は上流側のＯ2センサ６１が検出する変化回数に近いものになる。
【００７３】
そして、ステップＳ９２で上記回数ＣUが所定値ＣU0以上ではないことを判定したときは、▲５▼に進む。一方、ステップＳ９２で上記回数ＣUが所定値ＣU0以上となったことを判定したときは、ＣU／ＣDと基準値ＣＡとを比較する（ステップＳ９３）。つまり、ＮＯｘ吸収材３６の劣化状況に応じて変動値が大きくなるようにＣUをＣDで除算した値を求め、その値と基準値ＣＡとを比較している。換言すると、ＮＯｘ吸収材の下流側の酸素濃度値に基づいて劣化判定が行われる。
【００７４】
そして、ＣU／ＣDが基準値ＣＡ以上でない場合にはＮＯｘ吸収材自身が劣化していると判定して警報を発し（ステップＳ９４）、その後ＣUおよびＣDを共に０に設定し（ステップＳ９５）、▲５▼に進む。一方、ＣU／ＣDがＣＡ以上である場合には、ＮＯｘ吸収材が正常であり、ステップＳ９５に進んでＣUおよびＣDが共に０に設定され、▲５▼に進む。
【００７５】
この実施形態による場合、セリア等の酸素ストレージ能を有する触媒材料を含むＮＯｘ吸収材を使用するときには、前同様に硫黄被毒によるＮＯｘ吸収材の劣化以外の熱劣化等によるＮＯｘ吸収材の劣化を判定できる。
【００７６】
なお、本発明は、かかる実施形態に限られるものではなく、次のような実施形態をとることも可能である。
【００７７】
前記実施形態では、ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘを低減して後にＮＯｘ吸収材の温度を上昇させる制御中に含む構成としているが、本発明はこれには限らない。要は、ＮＯｘ吸収材を昇温して硫黄放出が十分になされた状態にできれば、そのＮＯｘ吸収材の昇温理由に関わらず劣化判定を行うようにしても構わない。
【００７８】
前記実施形態では、分割噴射として吸気行程に２回燃料噴射を行うものを示したが、３回以上に分けて噴射してもよいし、吸気行程と圧縮行程とに分けて燃料を噴射するようにしてもよい。
【００７９】
前記実施形態では、筒内噴射式エンジンに適用したものを示したが、本発明はこれに限らず、吸気ポートにインジェクタを備えたエンジン等にも広く適用が可能なものである。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、リフレッシュ可能な硫黄の被毒以外についてのＮＯｘ吸収材の劣化を判定できる。よって、ＳＯｘ被毒についてはリフレッシュを行う一方、それ以外のリフレッシュ不能な劣化については警報等により交換、修理等をうながす等、適切な対処が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるエンジンの全体構成図である。
【図２】前記エンジンにおいて設定された各運転領域を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態にかかるエンジンの制御内容を示すタイムチャートである。
【図４】前記エンジンにおいて実行される還元材濃度制御の内容を示すフローチャートである。
【図５】前記エンジンにおいて実行される還元材濃度制御の内容を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態にかかるエンジンの制御を行う時の時間を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかるエンジンの制御の一部を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかるエンジンの制御の一部である点火リタード制御を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態にかかるエンジンの制御の一部であるＥＧＲ制御を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態にかかる劣化判定制御を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態にかかる劣化判定制御を示すタイムチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態にかかる他の劣化判定制御を示すフローチャートである。
【図１３】図１２の続きであり、本発明の実施の形態にかかる他の劣化判定制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ エンジン本体
１６ 燃焼室
２２ インジェクタ
２４ 吸気通路
３２ ＥＧＲ通路
３３ ＥＧＲ弁
３４ 排気通路
３５ 三元触媒
３６ リーンＮＯｘ触媒
３７、６１、６２ Ｏ2センサ
３８ ＮＯｘセンサ
４１ ＥＣＵ
４２ 運転状態判定手段
４６ Ｓ脱離制御手段
４８ ＥＧＲ制御手段
４９ 分割噴射制御手段
５０ 点火リタード制御手段
５１ 劣化判定手段
５２ 温度低減手段
Claims (5)
- 排気通路に配置され、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収し、酸素濃度低下によりＮＯｘを放出すると共に、硫黄を吸収するＮＯｘ吸収材と、
ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させる温度上昇手段と、
温度上昇手段を介してＮＯｘ吸収材の温度上昇を実行し、ＮＯｘ吸収材から硫黄を脱離させる処理を行う硫黄脱離制御手段と、
ＮＯｘ吸収材の劣化を判定する劣化判定手段と、
硫黄脱離処理を実行した後に、ＮＯｘ吸収材の温度を低減させる温度低減手段とを具備し、
上記温度低減手段がＮＯｘ吸収材の温度を低減させ、劣化判定手段は上記ＮＯｘ吸収材の温度が予め定められた劣化判定可能な上限温度未満になったと判断した場合に劣化判定を実行することを特徴とする排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置。 - 請求項１に記載の排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置において、前記温度低減手段は、排ガスをエンジンの吸気系に環流させるＥＧＲ量を増大させること、点火時期を早くする点火リタード抑制を行うこと、空燃比をリーンにすること、燃料を増量させること、および吸入空気量を低減することの少なくとも一つを実行することを特徴とする排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置。
- 請求項１または２に記載の排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置において、ＮＯｘ吸収材からの硫黄脱離処理の後、エンジンの負荷が所定値以下の状態が所定期間経過した後に劣化判定を実行することを特徴とする排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置。
- 請求項１乃至３のいずれかに記載の排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置において、劣化判定は酸素過剰雰囲気でのＮＯｘ吸収材の下流におけるＮＯｘ量に基づいて行うことを特徴とする排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置。
- 請求項１乃至４のいずれかに記載の排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置において、ＮＯｘ吸収材は酸素ストレージ能を有する触媒材料を含んだものであり、劣化判定は硫黄脱離処理を実行した後、ＮＯｘ吸収材の酸素濃度を増減させると共に、その時のＮＯｘ吸収材の下流における酸素量に基づいて行うことを特徴とする排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置。
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