JP4378819B2 - 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、自動車等に搭載されるエンジンの排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排気通路に設けられたＮＯｘ吸収材の劣化を判定するために、このＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量を検出することが行われている。このＮＯｘの吸収量は、ＮＯｘ吸収材から放出されたＮＯｘが還元されるのに応じて変化する排気ガス中の酸素濃度を調べることによって知ることができる。しかし、上記ＮＯｘ吸収材が設けられた排気ガス浄化触媒には、酸素も吸蔵されるため、単に上記酸素濃度の変化を検出しただけでは、この酸素濃度の変化が上記ＮＯｘの放出に伴うものか、吸蔵された酸素の放出によるものかを区別することができず、上記ＮＯｘの吸収量を正確に検出することができない。
【０００３】
そこで、例えば特開平８−２６０９４９号公報に示されるように、排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸収するとともに酸素を貯蔵し、排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯｘ及び貯蔵した酸素を放出するＮＯｘ吸収材を排気通路内に配設し、ＮＯｘ吸収材下流の排気通路内に空燃比に応じた出力信号を発生する空燃比センサを配設し、さらにＮＯｘ吸収材に吸収されているＮＯｘ量が略０であるとみなされるとき、具体的には短時間だけ空燃比をリーンとしたときに、空燃比をリーンからリッチに切り換える空燃比切換手段と、ＮＯｘ吸収材に流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切り換えた後の空燃比の出力信号に基づいてＮＯｘ吸収材に貯蔵されている酸素量を検出する貯蔵酸素量検出手段を具備したＮＯｘ吸収材の劣化検出装置において、空燃比切換手段により長い時間に亘り空燃比をリーンとした後、ＮＯｘ吸収材に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切り換えられた後の空燃比センサの出力信号に基づいてＮＯｘ吸収材に貯蔵されている酸素量とＮＯｘ吸収材に吸収されているＮＯｘ量との和を検出し、この値から上記貯蔵酸素量を減算することにより、ＮＯｘ吸収材に吸収されているＮＯｘ吸収量を算出することが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示されたＮＯｘ吸収材の劣化検出装置では、ＮＯｘ吸収材が飽和量の酸素を貯蔵するのに要する時間が短く、この間にＮＯｘ吸収材にはＮＯｘがほとんど吸収されないと考えて、短時間だけ空燃比をリーンとした後にリッチに切り換えたときの排気ガスの空燃比変化に応じて検出された値を貯蔵酸素量とみなし、この値と、上記酸素量及びＮＯｘ量の和とに基づいて上記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量を算出するように構成されている。しかし、上記時間が短い場合においても、上記ＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量は０ではなく、このＮＯｘ吸収材から放出されたＮＯｘが還元されることによって酸素が発生するため、上記貯蔵酸素量の検出誤差が生じることに起因して上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定の精度が低下することが避けられないという問題がある。
【０００５】
また、所定量のＮＯｘ吸収材と酸素吸収材とが排気通路に配設されたエンジンの排気浄化装置にあっては、酸素吸収材の機能が劣化すると、上記公報に開示されるようなＮＯｘ吸収量の算出が正確に行われなくなるという問題もある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、所定量のＮＯｘ吸収材と多量の酸素吸収材とが排気通路に配設されている場合においても、上記ＮＯｘ吸収材の劣化を精度良く判定することができるエンジンの排気浄化装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、排気通路に配置されて酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収するとともに、この吸収されたＮＯｘを酸素濃度の低下に応じて放出するＮＯｘ吸収材と、排気通路に配置されて酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気で酸素を吸収するとともに、この吸収された酸素を酸素濃度の低下に応じて放出する酸素吸収材と、排気通路内の酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段と、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の下流側に配設された酸素濃度検出手段と、上記酸素濃度制御手段による酸素濃度の制御が行われることにより、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、予め設定された第１基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量を検出するとともに、上記酸素濃度が、第１基準時間よりも長い時間に設定された第２基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量を検出する吸収量検出手段と、上記第１基準時間中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第１推定値及び第２基準時間中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第２推定値を、エンジンの運転状態に応じて求めるＮＯｘ量推定手段と、上記吸収量検出手段により検出されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量及び第２吸収量と上記ＮＯｘ量推定手段により求められたＮＯｘ量の第１推定値及び第２推定値とに基づいてＮＯｘ吸収材の劣化判定を行う劣化判定手段とを備えたものである。
【０００８】
上記構成によれば、吸収量検出手段により検出されたＮＯｘ吸収材及び酸素吸のＮＯｘ及び酸素の第１，第２吸収量と、ＮＯｘ量推定手段により求められたＮＯｘ吸収量の第１，第２推定値とに基づいて上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定が行われることにより、上記第１基準時間内にＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量を加味した上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定が適正に行われることになる。また、例えばＮＯｘ吸収材の上流側に三元触媒が配設されている場合に、酸素吸蔵材から排出された酸素と、排気ガス中の未燃焼燃料とを反応させることにより、低温状態の三元触媒を効果的に活性化できるようにするため、この三元触媒に多量の酸素吸収材を配設した最近の排気ガス浄化装置では、上記酸素吸収材を飽和状態とするために設定された上記貯蔵酸素量の算出基準時間をそれ程短くすることができないことに起因して、上記算出基準時間内に一定量のＮＯｘが上記ＮＯｘ吸収材に吸収されることにより、上記貯蔵酸素量の正確な検出が不可能となり、上記ＮＯｘ吸収材に劣化が生じているにも拘わらず、劣化していないと誤判定され易いという問題があるが、この問題も上記構成を採用することにより解消されることになる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載のエンジンの排気浄化装置において、上記劣化判定手段は、吸収量検出手段により検出されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量と第１吸収量との偏差と、ＮＯｘ量推定手段により求められたＮＯｘ量の第２推定値と第１推定値との偏差とに基づいてＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うように構成されたものである。
【００１０】
上記構成によれば、吸収量検出手段により検出された上記ＮＯｘ及び酸素の第２吸収量と第１吸収量との偏差と、上記ＮＯｘ量推定手段により求められたＮＯｘ量の第２推定値と第１推定値との偏差との比率等に基づき、上記ＮＯｘ吸収材に適正量のＮＯｘが吸収されているか否かの劣化判定が、上記劣化判定手段において適正に実行されることになる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、上記請求項１または２記載のエンジンの排気浄化装置において、上記ＮＯｘ量推定手段は、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいてＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量の第１推定値及び第２推定値を求めるように構成されたものである。
【００１２】
上記構成によれば、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとして設定されたマップ等に基づき、エンジンの運転状態に対応した上記ＮＯｘ量の第１推定値及び第２推定値が適正かつ迅速に求められることになる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、排気通路に配置されて酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収するとともに、この吸収されたＮＯｘを酸素濃度の低下に応じて放出するＮＯｘ吸収材と、排気通路に配置されて酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気で酸素を吸収するとともに、この吸収された酸素を酸素濃度の低下に応じて放出する酸素吸収材と、排気ガス中の酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段と、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の下流側に配設された酸素濃度検出手段と、上記酸素濃度制御手段による酸素濃度の制御が行われることにより、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、予め設定された第１基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量を検出するとともに、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、上記第１基準時間よりも長い時間に設定された第２基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量を検出する吸収量検出手段と、この吸収量検出手段によって検出された第１吸収量及び第２吸収量の検出値に基づいて上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定を行う第１劣化判定手段と、上記酸素吸収材の劣化判定を行う第２劣化判定手段とを備え、この第２劣化判定手段により酸素吸収材が劣化していると判定された場合には、上記第１劣化判定手段によるＮＯｘ吸収材の劣化判定を抑制するように構成したものである。
【００１４】
上記構成によれば、酸素吸収材が劣化しているか否かが上記第２劣化判定手段において判定され、酸素吸収材が劣化していないことが確認された場合には、上記吸収量検出手段により検出されたＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量に基づいてＮＯｘ吸収材が劣化しているか否かが第１劣化判定手段において適正に判定される。一方、上記第２劣化判定手段において酸素吸収材が劣化していることが確認された場合には、上記第１劣化判定手段によるＮＯｘ吸収材の劣化判定が抑制されることにより、酸素吸収材の劣化に起因した第１劣化判定手段の誤判定が防止されるため、この第１劣化判定手段によりＮＯｘ吸収材の劣化を判定する際の精度が向上することになる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４の何れかに記載のエンジンの排気浄化装置において、上記吸収量検出手段は、酸素濃度制御手段によってＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を高濃度状態から低濃度状態に移行させる制御が実行された時点から、酸素濃度検出手段によって検出された酸素濃度が低濃度状態に移行するまでの期間に基づいてＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量を検出するように構成されたものである。
【００１６】
上記構成によれば、酸素濃度制御手段によってＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を高濃度状態から低濃度状態に移行させる制御が実行された時点から、酸素濃度検出手段によって検出された酸素濃度が低濃度状態に移行するまでの期間が長い場合には、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１，第２吸収量が大きな値として検出され、逆に上記期間が短い場合には、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１，第２吸収量が小さな値として検出されることになる。
【００１７】
請求項６に係る発明は、上記請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置において、上記酸素濃度制御手段は、燃焼室内における空燃比を制御することにより、排気通路内の酸素濃度を制御するように構成されたものである。
【００１８】
上記構成によれば、酸素濃度制御手段により燃焼室内における空燃比が制御されることにより、排気通路に導出される排気ガスの酸素濃度を、第１基準時間に亘り高濃度状態とした後に低濃度状態に移行させる制御が実行されるとともに、第２基準時間に亘り高濃度状態とした後に低濃度状態に移行させる制御が実行されて上記吸収量検出手段によるＮＯｘ及び酸素の第１，第２吸収量の検出等が行われることになる。
【００１９】
請求項７に係る発明は、上記請求項１〜６のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置において、ＮＯｘ吸収材の上流側に酸素吸収材を配設したものである。
【００２０】
上記構成によれば、多量の酸素吸収材を使用することで、低温時における排気ガスの浄化性能を向上できるとともに、排気通路内が酸素過剰状態から酸素濃度が低下した状態に移行すると、酸素吸収材から放出された酸素が下流側のＮＯｘ吸収材に設置部に供給され、このＮＯｘ吸収材から放出されるＮＯｘが還元されることによって生成される酸素と、上記酸素吸収材から放出される酸素等との両方が上記酸素濃度検出手段の検出値に影響を与えるため、上記のように上記第１基準時間内にＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量を加味した上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うことによる効果が顕著に得られることになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るエンジンの排気浄化装置の実施形態を示している。このエンジンの制御装置は、自動車に搭載される筒内噴射型のガソリンエンジンのエンジン本体１に接続された吸気通路２および排気通路３と、上記エンジン本体１の燃焼室の頂部に設けられた点火プラグ４と、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５とを有している。
【００２２】
上記吸気通路２には、サージタンク６が設けられるとともに、その上流側にスロットル弁７が設けられている。このスロットル弁７は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）８から出力される制御信号に応じて作動する電気的なアクチュエータによって駆動されることにより、燃焼室内に導入される吸気量を調節するように構成されている。上記サージタンク６の下流側には、スワール生成用の吸気シャッター弁１０が設けられるとともに、吸気ポートを開閉する吸気弁（図示せず）が設けられている。
【００２３】
また、上記排気通路３には、排気ポートを開閉する排気弁（図示せず）が配設されるとともに、排気通路３の途中には、排気ポートから導出された排気ガス中の酸素濃度を検出するλＯ2センサ等からなる第１酸素濃度検出手段１１と、排気ガスが理論空燃比の近傍にある状態で、ＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣを浄化する三元触媒１２と、酸素過剰雰囲気でもＮＯｘを浄化するリーンＮＯｘ触媒１３と、このリーンＮＯｘ触媒１３から導出された排気ガスの空燃比を検出するリニアＯ2センサ等からなる第２酸素濃度検出手段１４とが、上流側から順に配設されている。
【００２４】
上記三元触媒１２は、燃焼室内における混合気の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転時、つまり排気ガス中の酸素濃度が高濃度状態（略０．５％以上）となる酸素過剰雰囲気で、酸素を吸収するとともに、排気ガス中の酸素濃度が低濃度状態（略０．５％未満）となる酸素不足雰囲気で、酸素を放出するセリア（ＣｅＯ2）からなる酸素吸収材を有し、排気ガス中に含有されたＨＣ及びＣＯの酸化とＮＯｘの還元とを同時に行うことにより、これらをそれぞれ浄化するように構成されている。
【００２５】
また、上記リーンＮＯｘ触媒１３は、排気ガス中の酸素濃度が高濃度状態（略４％以上）となる酸素過剰雰囲気で、ＮＯｘを吸収するとともに、排気ガス中の酸素濃度が低濃度状態（略０．５〜１％以下）となる酸素不足雰囲気で、ＮＯｘを放出するアルカリ金属（特にＫ）、アルカリ土類（特にＢａ）または希土類等からなるＮＯｘ吸収材を有し、上記酸素過剰雰囲気でこのＮＯｘ吸収材にＮＯｘを吸収させるとともに、上記酸素不足雰囲気となるのに応じて上記ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させ、ＮＯｘ吸収材の周辺に存在させた貴金属等からなる触媒金属の作用により上記ＮＯｘを還元して排気ガスを浄化するように構成されている。
【００２６】
なお、上記リーンＮＯｘ触媒１３にも、セリア（ＣｅＯ2）からなる酸素吸収材を担持させた構造としてもよい。このように構成した場合には、排気ガス中における酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気で上記酸素吸収材に吸収された酸素を、酸素濃度の低下に応じて放出させ、この酸素と排気ガス中のＣＯ等とを反応させることにより、上記リーンＮＯｘ触媒１３を加熱して適正温度に維持することが可能となる。
【００２７】
上記エンジンには、吸気通路２内を通過する吸気量を検出するエアフローセンサ１５、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ１６、アクセル開度センサ１７およびエンジン水温センサ１８等の各種センサ類が装備され、これらの検出信号がエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）８に入力されるようになっている。
【００２８】
このエンジンコントロールユニット８には、エンジンの運転状態を判別する運転状態判別手段１９と、燃料の噴射量および噴射時期を制御する燃料噴射制御手段２０と、燃焼室内における空燃比を制御することにより排気通路３内の酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段２１と、上記第２酸素濃度検出手段１４の検出信号に応じて上記リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材にそれぞれ吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量を検出する吸収量検出手段２２と、上記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の推定値を求めるＮＯｘ量推定手段２３と、上記ＮＯｘ吸収材の劣化を判定する劣化判定手段２４とが設けられている。
【００２９】
上記運転状態判別手段１９は、クランク角センサ１６により検出されたエンジン回転数の検出値と、アクセル開度センサ１７により検出されたエンジン負荷の検出値等に基づき、エンジンが高負荷高低回転の均一燃焼領域にあるか、低負荷低回転の成層燃焼領域にあるか等を判別し、この判別データを上記燃料噴射制御手段２０等に出力するように構成されている。
【００３０】
上記燃料噴射制御手段２０は、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１７によって検出されたアクセル開度と、上記クランク角センサ１６によって検出されたエンジン回転数とに基づき、予め設定されたマップからエンジンの目標トルクを読み出すとともに、この目標トルクと、上記エアフローセンサ７によって検出された実吸気量とに基づき、予め設定されたマップから目標燃料噴射量を読み出し、この目標燃料噴射量に対応した制御信号を上記燃料噴射弁５に出力するように構成されている。
【００３１】
また、上記燃料噴射制御手段２０は、運転状態判別手段１９により判別されたエンジンの運転状態に応じて燃料の噴射時期を制御するように構成されている。例えば、エンジンが温間状態で、高負荷高回転の均一燃焼領域にある場合には、上記燃料噴射制御手段２０により吸気行程で燃料を噴射して均一燃焼を行わせる制御を実行し、低負荷低回転の成層燃焼領域にある場合には、上記燃料噴射制御手段２０により圧縮行程の後期に燃料を噴射して成層燃焼を行わせる制御を実行するように構成されている。
【００３２】
上記酸素濃度制御手段２１は、エンジンの運転状態に応じた制御信号を上記スロットル弁７のアクチュエータ９に出力することにより、成層燃焼領域では気筒内の空燃比を理論空燃比よりも大幅にリーン状態とし、均一燃焼領域では上記成層燃焼領域と比べて気筒内の空燃比がリッチ状態となるように吸気量を制御するように構成されている。
【００３３】
また、上記酸素濃度制御手段２１は、エンジンの定常運転時に、上記劣化判定手段２４によるＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うため、燃料噴射量を制御することにより、下記のように排気ガス中の酸素濃度を制御するように構成されている。すなわち、図２（ａ）に示すように、上記劣化判定制御の開始時点Ｏで一旦混合気をリッチ状態に設定した後、一定時間（２〜５秒程度）が経過した時点Ｔ１で、混合気をリーン状態に設定して上記三元触媒１２及びリーンＮＯｘ触媒１３の上流側における酸素濃度を高濃度状態とし、この状態が１０〜２０秒程度に設定された第１基準時間ｔ１に亘り継続された時点Ｔ２で、一旦混合気をリッチ状態に設定して上記酸素濃度を低濃度状態に移行させる。
【００３４】
そして、上記時点Ｔ２から一定時間（２〜５秒程度）が経過した時点Ｔ３で、混合気をリーン状態に設定して排気ガスの酸素濃度を高濃度状態とし、この状態が１５０秒程度に設定された第２基準時間ｔ２に亘り継続された時点Ｔ４において、混合気をリッチ状態に設定して排気ガスの酸素濃度を低濃度状態に移行させた後、一定時間（２〜５秒程度）が経過した時点Ｔ５で、上記劣化判定制御を終了して通常の制御状態に復帰させるように構成されている。
【００３５】
なお、上記酸素濃度制御手段２１は、ＮＯｘ吸収材の劣化判定時に、上記第１基準時間ｔ１における燃料噴射量を、第２基準時間ｔ２よりも少なくするように制御して、第１基準時間ｔ１におけるリーン度合いを、第２基準時間ｔ２よりも顕著に設定するように構成されている。
【００３６】
上記吸収量検出手段２２は、酸素濃度制御手段２１によってＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を高濃度状態から低濃度状態に移行させる制御が終了した時点Ｔ２，Ｔ４から、図２（ｂ）に示すように、第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度が所定の低濃度状態に移行するまでの期間ＴＡｏ，ＴＢｏに基づき、上記リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量を検出するように構成されている。
【００３７】
すなわち、上記酸素濃度制御手段２１によって酸素濃度を第１，第２基準時間ｔ１，ｔ２に亘り酸素濃度を高濃度状態とする制御が終了した時点Ｔ２，Ｔ４で、上記酸素濃度を低濃度状態に移行させる制御を実行した場合には、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素が放出されることにより、上記第２酸素濃度検出手段１４の検出値が直ぐには低濃度状態に移行するなく、所定の期間ＴＡｏ，ＴＢｏが経過した時点で、上記検出値が一定値Ｏ２ｏ以下の低濃度状態に移行する。
【００３８】
そして、上記時点Ｔ２，Ｔ４から、第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度が低濃度状態に移行するまでの期間ＴＡｏ，ＴＢｏは、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ量及び酸素量に応じて変化するため、上記リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量を、上記期間ＴＡｏ，ＴＢｏに対応した値として上記吸収量検出手段２２により検出することができる。
【００３９】
また、エンジンの運転状態に応じて排気通路３に排出されるＮＯｘ量が変化し、これに応じて上記リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材に吸収されるＮＯｘ量も変化するため、上記ＮＯｘ吸収量推定手段２３は、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとして設定されたマップからエンジンの運転状態に対応したＮＯｘ量を読み出すことにより、上記第１基準時間ｔ１中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第１推定値及び第２基準時間ｔ２中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第２推定値を算出するように構成されている。
【００４０】
上記劣化判定手段２４は、吸収量検出手段２２により検出されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量と第１吸収量との偏差を求めるとともに、ＮＯｘ量推定手段２３により求められたＮＯｘ量の第２推定値と第１推定値との偏差を求め、上記両偏差の比率が正常範囲内にあるか否かを判別することにより、ＮＯｘ吸収材の劣化を判定し、ＮＯｘ吸収材が劣化している判定された場合には、排気浄化装置に異常が発生したことを表示させる制御信号を表示部２５に出力するように構成されている。
【００４１】
上記エンジンの排気浄化装置において実行される空燃比制御を、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。上記制御動作がスタートすると、まず各センサによって検出されたデータを入力した後（ステップＳ１）、エンジンの運転状態に対応した燃料の基本噴射量Ｑｂ及び基本噴射時期θｂをマップから読み出して設定するとともに（ステップＳ２）、エンジンの運転領域がリーン領域にあるか否かを判定する（ステップＳ３）。
【００４２】
上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されてエンジンの運転領域がリーン領域にあることが確認された場合には、上記劣化判定手段２４によるＮＯｘ吸収材の劣化判定条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ４）。すなわち、エンジンが温間運転状態にあるとともに、定常運転状態が所定時間に亘って継続され、かつ上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定が未だ行われていない状態にあることを確認することにより、上記劣化判定条件が成立したか否かを判定する。
【００４３】
上記ステップＳ４でＹＥＳと判定された場合には、劣化判定用タイマーによって計時される劣化判定時刻Ｔのカウント値を１だけインクリメントした後（ステップＳ５）、上記劣化判定時刻Ｔが図２に示すリッチ期間にあるか否か、つまり上記時点Ｏ〜Ｔ１の間、時点Ｔ２〜Ｔ３の間、または時点Ｔ４〜Ｔ５の間の何れかにあるか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００４４】
上記ステップＳ６でＹＥＳと判定されて上記劣化判定時刻Ｔがリッチ期間にあることが確認された場合には、空気過剰率λを１以下とする値Ｑｂｒ１に、上記燃料の基本噴射量Ｑｂを設定するとともに（ステップＳ７）、点火プラグ４の回りがリッチ状態となり過ぎるのを防止するために、吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射するように、燃料の基本噴射時期θｂを設定する（ステップＳ８）。そして、燃料噴射タイミングとなったか否かを判定し（ステップＳ９）、ＹＥＳと判定された時点で燃料の噴射制御を実行することにより（ステップＳ１０）、上記劣化判定時の酸素濃度制御を実行する。
【００４５】
一方、上記ステップＳ６でＮＯと判定されて上記劣化判定時刻Ｔが、図２に示すリーン期間（時点Ｔ１〜Ｔ２の間または時点Ｔ３〜Ｔ４の間）にあることが確認された場合には、空気過剰率λを１よりも大きくする値Ｑｂｌに、上記燃料の基本噴射量Ｑｂを設定した後（ステップＳ１１）、上記ステップＳ９に移行することにより、上記劣化判定時の酸素濃度制御を実行する。なお、上記劣化判定時刻Ｔが第１基準時間ｔ１に相当する期間（時点Ｔ１〜Ｔ２の間）内にある場合には、第２基準時間ｔ２に相当する期間（時点Ｔ３〜Ｔ４の間）にある場合に比べて空燃比のリーン度合いが大きくなるように上記基本噴射量Ｑｂｌを設定する。
【００４６】
また、上記ステップＳ３でＮＯと判定されてエンジン運転領域がリーン領域にないことが確認された場合、または上記ステップＳ４でＮＯと判定されてＮＯｘ吸収材の劣化判定条件が成立していないことが確認された場合には、上記劣化判定用タイマーをリセットして劣化判定時刻Ｔのカウント値を０に設定した後（ステップＳ１２）、上記ステップＳ９に移行する。
【００４７】
次に、上記エンジンの排気浄化装置において実行されるＮＯｘ吸収材の劣化判定制御を、図４及び図５に示すフローチャートに基づいて説明する。上記制御動作がスタートすると、まず各センサによって検出されたデータを入力した後（ステップＳ２１）、上記劣化判定用タイマーによって計時された劣化判定時刻Ｔのカウント値が上記劣化判定の実行時点Ｏから判定制御の終了時点Ｔ５の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２２）。
【００４８】
上記ステップＳ２２でＹＥＳと判定された場合には、上記劣化判定時刻Ｔが第１基準時間ｔ１に相当する期間（Ｔ１〜Ｔ２）内にあるか否かを判定し（ステップＳ２３）、ＹＥＳと判定された場合には、上記ＮＯｘ量推定手段２３において、第１基準時間ｔ１中にＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量の第１推定値ＮＯｘ１を、エンジンの運転状態に基づき、図外のマップから読み出して入力する（ステップＳ２４）。
【００４９】
上記ステップＳ２３でＮＯと判定されて上記劣化判定時刻Ｔが第１基準時間ｔ１に相当する期間（Ｔ１〜Ｔ２）内にないことが確認された場合には、上記劣化判定時刻Ｔが第１基準時間ｔ１の経過後におけるリッチ期間（Ｔ２〜Ｔ３）内にあるか否かを判定し（ステップＳ２５）、ＹＥＳと判定された場合には、上記第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度Ｏ２ｘが一定値Ｏ２ｏ以下の低濃度状態となったか否かを判定する（ステップＳ２６）。
【００５０】
上記ステップＳ２６でＹＥＳと判定された場合には、上記吸収量検出手段２２において、上記第１基準時間ｔ１の経過時点Ｔ２から、現在の劣化判定時刻Ｔまでの期間（Ｔ−Ｔ２）を、上記第１基準時間ｔ１中にリーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量ＴＡｏに対応した値として設定する等により、この第１吸収量ＴＡｏを検出する（ステップＳ２７）。
【００５１】
次に、上記劣化判定時刻Ｔが第２基準時間ｔ２に相当する期間（Ｔ３〜Ｔ４）内にあるか否かを判定し（ステップＳ２８）、ＹＥＳと判定された場合には、上記ＮＯｘ量推定手段２３において、第２基準時間ｔ２中にＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量の第２推定値ＮＯｘ２を、エンジンの運転状態に基づき、図外のマップから読み出して入力する（ステップＳ２９）。
【００５２】
また、上記劣化判定時刻Ｔが第１基準時間ｔ２の経過後におけるリッチ期間（Ｔ４〜Ｔ５）内にあるか否かを判定し（ステップＳ３０）、ＹＥＳと判定された場合には、上記第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度Ｏ２ｘが一定値Ｏ２ｏ以下の低濃度状態となったか否かを判定する（ステップＳ３１）。
【００５３】
上記ステップＳ３１でＹＥＳと判定された場合には、上記吸収量検出手段２２において、上記第２基準時間ｔ２の経過時点Ｔ４から、現在の劣化判定時刻Ｔまでの期間（Ｔ−Ｔ４）を、上記第２基準時間ｔ２中にリーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量ＴＢｏに対応した値として設定する等により、この第２吸収量ＴＢｏを検出する（ステップＳ３２）。
【００５４】
次いで、上記ステップＳ２９で求めたＮＯｘ量の第２推定値ＮＯｘ２から、上記ステップＳ２４で求めたＮＯｘ量の第１推定値ＮＯｘ１を減算することにより、上記第２推定値ＮＯｘ２と第１推定値ＮＯｘ１との偏差ΔＮＯｘを算出するとともに（ステップＳ３３）、上記ステップＳ３２で求めた第２吸収量ＴＢｏと、上記ステップＳ２７で求めた第１吸収量ＴＡｏとの偏差ΔＴｏを算出する（ステップＳ３４）。
【００５５】
そして、上記両偏差の比率ΔＴｏ／ΔＮＯｘが、予め設定された所定の基準値Ｄよりも小さいか否かを判定することにより（ステップＳ３５）、上記ＮＯｘ吸収材に劣化が生じたか否かを判定し、ＹＥＳと判定された場合にはＮＯｘ吸収材に劣化が生じたと判定して排気浄化装置に異常が発生したことを表示させる制御信号を表示部２５に出力する（ステップＳ３６）。一方、上記ステップＳ３５でＮＯと判定されてＮＯｘ吸収材に劣化が生じていないことが確認された場合には、上記劣化判定の制御動作を終了する。
【００５６】
すなわち、上記リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材に吸収される酸素は、比較的短時間で飽和状態となるため、上記第１基準時間ｔ１及び第２基準時間ｔ２中に、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材にそれぞれ飽和量の酸素がそれぞれ吸収されていると考えられる。したがって、上記ステップＳ３２で求めたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量ＴＡｏから、上記ステップＳ２７で求めたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量ＴＢｏを減算することにより、第２基準時間ｔ２中に上記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量と、第２基準時間ｔ１中に上記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量との偏差ΔＴｏを求めることができる。
【００５７】
そして、上記ステップＳ２９で求めたＮＯｘ量の第２推定値ＮＯｘ２から、上記ステップＳ２４で求めたＮＯｘ量の第１推定値ＮＯｘ１を減算することにより求めた上記偏差ΔＮＯｘは、第２基準時間ｔ２中に上記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量と、第２基準時間ｔ１中に上記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量との偏差の推定値を示すものであるため、上記ＮＯｘ量推定手段２３の推定結果が正しく、かつ上記ＮＯｘ吸収材に定格量のＮＯｘが吸収されていると仮定した場合には、上記両偏差の比率ΔＴｏ／ΔＮＯｘは略一定値になると考えられる。
【００５８】
これに反して上記両偏差の比率ΔＴｏ／ΔＮＯｘが、所定の基準値Ｄよりも小さいことが確認された場合には、上記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量が定格値よりもかなり少ない状態であるため、ＮＯｘ吸収材に劣化が生じたと判定されることになる。
【００５９】
上記のように酸素濃度制御手段２１による排気ガス中における酸素濃度を制御してＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を、予め設定された第１基準時間ｔ１に亘って高濃度とした状態から低濃度状態に移行させた時点で、上記第２酸素濃度検出手段１４の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量ＴＡｏを検出するとともに、上記酸素濃度を、第１基準時間ｔ１よりも長い時間に設定された第２基準時間ｔ２に亘って高濃度とした状態から低濃度状態に移行させた時点で、上記第２酸素濃度検出手段１４の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量ＴＢｏを検出し、かつ上記第１基準時間ｔ１中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第１推定値ＮＯｘ１及び第２基準時間ｔ２中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第２推定値ＮＯｘ２を、エンジンの運転状態に応じて求め、これらのＮＯｘ及び酸素の第１吸収量ＴＡｏ及び第２吸収量ＴＢｏと、ＮＯｘ量の第１推定値ＮＯｘ１及び第２推定値ＮＯｘ２とに基づいてＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うように構成したため、上記第１基準時間ｔ１内にＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量を加味した上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うことができる。
【００６０】
したがって、所定量のＮＯｘ吸収材と多量の酸素吸収材とが排気通路３に配設されている場合においても、上記第１基準時間ｔ１内にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の影響を受けて上記ＮＯｘ吸収材に劣化が生じているにも拘わらず、正常であると誤判定されるという事態が発生するのを防止することができ、上記第２酸素濃度検出手段１４の検出信号及び上記ＮＯｘ量推定手段２３の推定値に基づいてＮＯｘ吸収材の劣化を精度良く判定することができる。
【００６１】
特に、上記実施形態では、吸収量検出手段２２により検出されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量ＴＢｏと第１吸収量ＴＡｏとの偏差ΔＴｏと、上記ＮＯｘ量推定手段２３により求められたＮＯｘ量の第２推定値ＮＯｘ２と第１推定値ＮＯｘ１との偏差ΔＮＯｘとに基づき、上記劣化判定手段２４においてＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うように構成したため、上記両偏差の比ΔＴｏ／ΔＮＯｘを、所定の基準値Ｄと比較することにより、上記ＮＯｘ吸収材に適正量のＮＯｘが吸収されているか否かの劣化判定を適正かつ容易に行うことができる。
【００６２】
なお、上記両偏差の比ΔＴｏ／ΔＮＯｘを、所定の基準値Ｄと比較することにより、上記ＮＯｘ吸収材に適正量のＮＯｘが吸収されているか否かの劣化判定を行うように構成された上記実施形態に代え、上記両偏差の差を求めてこの差を所定の基準値と比較する等により、上記劣化判定を行うように構成してもよい。この場合、上記第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度が低濃度状態に移行するまでの期間ＴＡｏ，ＴＢｏを、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量に換算して、その偏差を求めた上で上記劣化判定を行う必要がある。
【００６３】
また、上記実施形態では、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づき、ＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量の第１推定値ＮＯｘ１及び第２推定値ＮＯｘ２をＮＯｘ量推定手段２３において求めるように構成したため、エンジンの運転状態に応じて排気ガス中のＮＯｘ量が変化した場合に、この変化を加味して上記ＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量の第１，第２推定値ＮＯｘ１，ＮＯｘ２を適正かつ迅速に求めることができるという利点がある。
【００６４】
なお、上記エンジン回転数及びエンジン負荷に代えて、あるいはこれらの値と、エンジンの冷却水温度及び排気還流手段によって吸気系に還流される排気ガス量等に基づき、上記ＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量の第１，第２推定値ＮＯｘ１，ＮＯｘ２を、上記ＮＯｘ量推定手段２３において求めるように構成してもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、酸素濃度制御手段２１によってＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を高濃度状態から低濃度状態に移行させる制御を実行した時点Ｔ２，Ｔ４から、第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度が低濃度状態に移行するまでの期間ＴＡｏ，ＴＢｏに基づいてＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量を、上記吸収量検出手段２２において検出するように構成したため、上記第１，第２基準期間ｔ１，ｔ２中にＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量を適正かつ容易に検出することができる。
【００６６】
すなわち、上記リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量が多い場合には、上記第１，第２基準期間ｔ１，ｔ２の経過後に放出される酸素量及びＮＯｘ量も多く、この放出された酸素と、上記ＮＯｘが還元されることにより生成された酸素との影響により、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を高濃度状態から低濃度状態に移行させる制御を実行した時点Ｔ２，Ｔ４から、第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度が低濃度状態に移行するまで上記期間ＴＡｏ，ＴＢｏが長くなる傾向があるため、この期間ＴＡｏ，ＴＢｏに基づいて上記ＮＯｘ及び酸素の第１，第２吸収量を適正かつ容易に求めることができる。
【００６７】
なお、上記実施形態に代え、酸素濃度制御手段２１によってＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を高濃度状態から低濃度状態に移行させる制御を実行した時点Ｔ２，Ｔ４で、上記第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度の検出値の大きさ等に応じ、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１，第２吸収量を検出するように構成してもよい。
【００６８】
また、上記実施形態に示すように、酸素濃度制御手段２１により燃焼室内における空燃比を制御することにより、排気通路３に導出される排気ガスの酸素濃度を、第１基準時間ｔ１に亘り高濃度状態とした後に低濃度状態に移行させる制御を実行するとともに、第２基準時間ｔ２に亘り高濃度状態とした後に低濃度状態に移行させるように構成した場合には、上記酸素濃度の制御を適正かつ迅速に実行して上記吸収量検出手段２２によるＮＯｘ及び酸素の吸収量を精度良く検出することができるという利点がある。
【００６９】
上記実施形態に示すように、リーンＮＯｘ触媒１３に設けられたＮＯｘ吸収材の上流側に、酸素吸収材を有する三元触媒１２を配設した場合には、排気通路３内が酸素過剰状態（リーン状態）から酸素不足状態（リッチ状態）に移行させる制御の実行時に、上流側に位置する三元触媒１２の酸素吸収材から放出された酸素と、下流側に位置するリーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材から放出された酸素と、このＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘが還元されることによって生成される酸素とが、上記第２酸素濃度検出手段１４の検出値にそれぞれ影響を与えるため、この第２酸素濃度検出手段１４の検出値に基づいて上記ＮＯｘ吸収材の劣化検出を正確に行うことは困難である。
【００７０】
すなわち、酸素濃度が高い酸素過剰状態（リーン状態）から酸素濃度が低下した状態（リッチ状態）に移行させる制御の実行時に、リーンＮＯｘ触媒１３及び三元触媒１２の上流側に配設された上記第１酸素濃度検出手段１１の検出値αと、リーンＮＯｘ触媒１３及び三元触媒１２の下流側に配設された上記第２酸素濃度検出手段１４の検出値γと、リーンＮＯｘ触媒１３と三元触媒１２との間に配設された第３酸素濃度検出手段の検出値βとを比較すると、図６に示すようなデータが得られる。
【００７１】
上記データから、両触媒１２，１３の間に配設された上記第３酸素濃度検出手段によって検出された酸素濃度β１，β２は、第１酸素濃度検出手段１１によって検出された酸素濃度αに対し、三元触媒１２の酸素吸収材から放出された酸素量分だけずれるが、上記リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材から放出されたＮＯｘ及び酸素の影響を受けることがないので、酸素過剰状態を３０秒に設定した場合における検出値β１と、酸素過剰状態を１８０秒に設定した場合における検出値β２との間に、大差がないことが分かる。
【００７２】
これに対して上記第２酸素濃度検出手段１４は、リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材から放出されたＮＯｘが還元されることによって生成される酸素の影響を受けるため、酸素過剰状態を３０秒に設定した場合における検出値γ１と、酸素過剰状態を１８０秒に設定した場合における検出値γ２との間には、顕著な差があり、上記ＮＯｘの影響を無視できないことが分かる。このため、上記のように第１基準時間ｔ１内にＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量を加味した上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うように構成することにより、上記ＮＯｘ吸収材の劣化を上記第２酸素濃度検出手段１４の検出値に基づいて適正に判定できるように構成することが、特に望ましい。
【００７３】
また、上記実施形態では、ＮＯｘ吸収材の劣化判定時に、酸素濃度制御手段２１により、上記第１基準時間ｔ１における燃料噴射量を、第２基準時間ｔ２よりも少なくするように制御して、第１基準時間ｔ１におけるリーン度合いを、第２基準時間ｔ２よりも顕著に設定するように構成したため、上記両基準時間ｔ１，ｔ２における単位時間当たりのＮＯｘの還元量を一定値とし、上記ＮＯｘ量推定手段２３によるＮＯｘ量の推定を適正に実行することができる。
【００７４】
すなわち、上記第１基準時間ｔ１よりも長い第２基準時間ｔ２における燃料噴射量を、第１基準時間ｔ１よりも少なくするように制御を実行することにより、この第２基準時間ｔ２中に排気ガス温度が低下することに起因して三元触媒１２及びリーンＮＯｘ触媒１３の活性が低下するのを防止することができる。したがって、上記劣化判定制御の実行時に、ＮＯｘが還元されることにより発生する単位時間当たりの酸素量を一定値に維持することにより、上記ＮＯｘ量推定手段２３によるＮＯｘ量の推定を適正に実行できるという利点がある。
【００７５】
なお、上記実施形態では、劣化判定手段２４によりＮＯｘ吸収材の劣化のみを判定するように構成した例について説明したが、図７に示すように、吸収量検出手段２２によって検出された上記第１吸収量及び第２吸収量の検出値に基づいてリーンＮＯｘ触媒１３に設けられたＮＯｘ吸収材の劣化判定を行う第１劣化判定手段２４と、上記三元触媒１２に設けられた酸素吸収材の劣化判定を行う第２劣化判定手段２６とを設けた構造としてもよい。
【００７６】
上記第２劣化判定手段２６は、例えば上記第１，第３酸素濃度検出手段の検出値に基づいて、２分程度に設定された所定時間に亘り、燃焼室内の混合気を略理論空燃比に収束させるべく、λ＝１を挟んでリッチ、リーンに反転させるフィードバック制御を実行し、あるいは上記第１，第３酸素濃度検出手段の検出値を用いずに、燃焼室内の混合気を、λ＝１を挟んで一定の周期でリッチ、リーンに反転させ、この間における上記三元触媒１２及びリーンＮＯｘ触媒１３の上流側に配設された第１酸素濃度検出手段１１の検出信号と、三元触媒１２とリーンＮＯｘ触媒１３との間に配設されたλＯ2センサ等からなる第３酸素濃度検出手段２７の検出信号と比較することにより、上記酸素吸収材が劣化しているか否かを判定するように構成されている。
【００７７】
すなわち、上記第２劣化判定手段２６は、所定時間内における第１酸素濃度検出手段１１の検出値の反転回数（リーン状態からリッチ状態への移行回数）と、上記所定時間における第３酸素濃度検出手段２７の検出値の反転回数とを比較し、酸素吸収材が正常であれば、第３酸素濃度検出手段２７の判定回数が第１酸素能動検出手段１１の反転回数よりも充分少なくなるはずであるため、この第３酸素濃度検出手段２７の検出値の反転回数と上記第１酸素濃度検出手段１１の検出値の反転回数との比率が設定値よりも大きいことが確認された場合に、上記酸素吸収材が劣化したと判定するように構成されている。
【００７８】
そして、上記第２劣化判定手段２６において酸素吸収材が劣化している判定された場合には、上記第１劣化判定手段２４によるＮＯｘ吸収材の劣化判定を禁止し、あるいは劣化判定制御用の基準値を変更する等の制御を実行することにより、上記酸素吸収材の劣化に応じてＮＯｘ吸収材に供給されるＨＣやＣＯの量が増加するとともに、これらが還元剤となってＮＯｘ吸収材から放出されるＮＯｘ量の放出速度が増大することに起因した誤判定を防止し、上記第１劣化判定手段２４によるＮＯｘ吸収材の劣化を精度よく判定することができる。
【００７９】
なお、これらの実施形態では、燃料噴射量を調節することにより酸素濃度を制御するようにしているが、膨張行程で燃料の後噴射を行うように構成されたものにおいて、後噴射量や時期を調節し、あるいは排気通路３にエアを供給する二次エア供給手段を備えたものにおいて、二次エアの供給量を調節する等により、上記酸素濃度を制御するようにしてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、所定量のＮＯｘ吸収材と多量の酸素吸収材とが排気通路に配設されたエンジンの排気浄化装置において、上記ＮＯｘ吸収材の劣化を精度良く判定できるという利点がある。
【００８１】
すなわち、請求項１に係る発明では、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、予め設定された第１基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量を検出するとともに、上記酸素濃度が、第１基準時間よりも長い時間に設定された第２基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量を検出する吸収量検出手段と、上記第１基準時間中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第１推定値及び第２基準時間中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第２推定値を、エンジンの運転状態に応じて求めるＮＯｘ量推定手段と、上記吸収量検出手段により検出されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量及び第２吸収量とＮＯｘ量推定手段により求められたＮＯｘ量の第１推定値及び第２推定値とに基づいてＮＯｘ吸収材の劣化判定を行う劣化判定手段とを設けたため、上記第１基準時間内にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の影響を受けて上記ＮＯｘ吸収材に劣化が生じているにも拘わらず、正常であると誤判定されるという事態が発生することがなく、上記酸素濃度検出手段の検出信号及び上記ＮＯｘ量推定手段の推定値に基づいてＮＯｘ吸収材の劣化を精度良く判定することができる。
【００８２】
また、請求項４に係る発明では、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、予め設定された第１基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量を検出するとともに、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、上記第１基準時間よりも長い時間に設定された第２基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量を検出する吸収量検出手段と、この吸収量検出手段によって検出された第１吸収量及び第２吸収量の検出値に基づいて上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定を行う第１劣化判定手段と、上記酸素吸収材の劣化判定を行う第２劣化判定手段とを備え、この第２劣化判定手段により上記酸素吸収材が劣化していると判定された場合には、上記第１劣化判定手段によるＮＯｘ吸収材の劣化判定を抑制するように構成したため、上記酸素吸収材が劣化することにより、ＮＯｘ吸収材に供給されるＨＣやＣＯの量が増加してＮＯｘ吸収材から放出されるＮＯｘ量の放出速度が増大することに起因した誤判定を防止し、上記第１劣化判定手段によるＮＯｘ吸収材の劣化を精度よく判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジンの排気浄化装置の実施形態を示す説明図である。
【図２】劣化判定制御時の空燃比及び酸素濃度検出値の変化状態を示すタイムチャートである。
【図３】空燃比の制御動作を示すフローチャートである。
【図４】劣化判定の制御動作の前半部を示すフローチャートである。
【図５】劣化判定の制御動作の後半部を示すフローチャートである。
【図６】酸素濃度検出値の変化状態を示すタイムチャートである。
【図７】排気浄化装置の別の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
３ 排気通路
１２ 酸素吸収材を有する三元触媒
１３ ＮＯｘ吸収材を有するリーンＮＯｘ触媒
１４ 酸素濃度検出手段
２１ 酸素濃度制御手段
２２ 吸収量検出手段
２３ ＮＯｘ量推定手段手段
２４ 第１劣化検出手段
２５ 第２劣化検出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載されるエンジンの排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排気通路に設けられたＮＯｘ吸収材の劣化を判定するために、このＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量を検出することが行われている。このＮＯｘの吸収量は、ＮＯｘ吸収材から放出されたＮＯｘが還元されるのに応じて変化する排気ガス中の酸素濃度を調べることによって知ることができる。しかし、上記ＮＯｘ吸収材が設けられた排気ガス浄化触媒には、酸素も吸蔵されるため、単に上記酸素濃度の変化を検出しただけでは、この酸素濃度の変化が上記ＮＯｘの放出に伴うものか、吸蔵された酸素の放出によるものかを区別することができず、上記ＮＯｘの吸収量を正確に検出することができない。
【０００３】
そこで、例えば特開平８−２６０９４９号公報に示されるように、排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸収するとともに酸素を貯蔵し、排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯｘ及び貯蔵した酸素を放出するＮＯｘ吸収材を排気通路内に配設し、ＮＯｘ吸収材下流の排気通路内に空燃比に応じた出力信号を発生する空燃比センサを配設し、さらにＮＯｘ吸収材に吸収されているＮＯｘ量が略０であるとみなされるとき、具体的には短時間だけ空燃比をリーンとしたときに、空燃比をリーンからリッチに切り換える空燃比切換手段と、ＮＯｘ吸収材に流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切り換えた後の空燃比の出力信号に基づいてＮＯｘ吸収材に貯蔵されている酸素量を検出する貯蔵酸素量検出手段を具備したＮＯｘ吸収材の劣化検出装置において、空燃比切換手段により長い時間に亘り空燃比をリーンとした後、ＮＯｘ吸収材に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切り換えられた後の空燃比センサの出力信号に基づいてＮＯｘ吸収材に貯蔵されている酸素量とＮＯｘ吸収材に吸収されているＮＯｘ量との和を検出し、この値から上記貯蔵酸素量を減算することにより、ＮＯｘ吸収材に吸収されているＮＯｘ吸収量を算出することが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示されたＮＯｘ吸収材の劣化検出装置では、ＮＯｘ吸収材が飽和量の酸素を貯蔵するのに要する時間が短く、この間にＮＯｘ吸収材にはＮＯｘがほとんど吸収されないと考えて、短時間だけ空燃比をリーンとした後にリッチに切り換えたときの排気ガスの空燃比変化に応じて検出された値を貯蔵酸素量とみなし、この値と、上記酸素量及びＮＯｘ量の和とに基づいて上記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量を算出するように構成されている。しかし、上記時間が短い場合においても、上記ＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量は０ではなく、このＮＯｘ吸収材から放出されたＮＯｘが還元されることによって酸素が発生するため、上記貯蔵酸素量の検出誤差が生じることに起因して上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定の精度が低下することが避けられないという問題がある。
【０００５】
また、所定量のＮＯｘ吸収材と酸素吸収材とが排気通路に配設されたエンジンの排気浄化装置にあっては、酸素吸収材の機能が劣化すると、上記公報に開示されるようなＮＯｘ吸収量の算出が正確に行われなくなるという問題もある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、所定量のＮＯｘ吸収材と多量の酸素吸収材とが排気通路に配設されている場合においても、上記ＮＯｘ吸収材の劣化を精度良く判定することができるエンジンの排気浄化装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、排気通路に配置されて酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収するとともに、この吸収されたＮＯｘを酸素濃度の低下に応じて放出するＮＯｘ吸収材と、排気通路に配置されて酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気で酸素を吸収するとともに、この吸収された酸素を酸素濃度の低下に応じて放出する酸素吸収材と、排気通路内の酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段と、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の下流側に配設された酸素濃度検出手段と、上記酸素濃度制御手段による酸素濃度の制御が行われることにより、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、予め設定された第１基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量を検出するとともに、上記酸素濃度が、第１基準時間よりも長い時間に設定された第２基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量を検出する吸収量検出手段と、上記第１基準時間中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第１推定値及び第２基準時間中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第２推定値を、エンジンの運転状態に応じて求めるＮＯｘ量推定手段と、上記吸収量検出手段により検出されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量及び第２吸収量と上記ＮＯｘ量推定手段により求められたＮＯｘ量の第１推定値及び第２推定値とに基づいてＮＯｘ吸収材の劣化判定を行う劣化判定手段とを備えたものである。
【０００８】
上記構成によれば、吸収量検出手段により検出されたＮＯｘ吸収材及び酸素吸のＮＯｘ及び酸素の第１，第２吸収量と、ＮＯｘ量推定手段により求められたＮＯｘ吸収量の第１，第２推定値とに基づいて上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定が行われることにより、上記第１基準時間内にＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量を加味した上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定が適正に行われることになる。また、例えばＮＯｘ吸収材の上流側に三元触媒が配設されている場合に、酸素吸蔵材から排出された酸素と、排気ガス中の未燃焼燃料とを反応させることにより、低温状態の三元触媒を効果的に活性化できるようにするため、この三元触媒に多量の酸素吸収材を配設した最近の排気ガス浄化装置では、上記酸素吸収材を飽和状態とするために設定された上記貯蔵酸素量の算出基準時間をそれ程短くすることができないことに起因して、上記算出基準時間内に一定量のＮＯｘが上記ＮＯｘ吸収材に吸収されることにより、上記貯蔵酸素量の正確な検出が不可能となり、上記ＮＯｘ吸収材に劣化が生じているにも拘わらず、劣化していないと誤判定され易いという問題があるが、この問題も上記構成を採用することにより解消されることになる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載のエンジンの排気浄化装置において、上記劣化判定手段は、吸収量検出手段により検出されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量と第１吸収量との偏差と、ＮＯｘ量推定手段により求められたＮＯｘ量の第２推定値と第１推定値との偏差とに基づいてＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うように構成されたものである。
【００１０】
上記構成によれば、吸収量検出手段により検出された上記ＮＯｘ及び酸素の第２吸収量と第１吸収量との偏差と、上記ＮＯｘ量推定手段により求められたＮＯｘ量の第２推定値と第１推定値との偏差との比率等に基づき、上記ＮＯｘ吸収材に適正量のＮＯｘが吸収されているか否かの劣化判定が、上記劣化判定手段において適正に実行されることになる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、上記請求項１または２記載のエンジンの排気浄化装置において、上記ＮＯｘ量推定手段は、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいてＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量の第１推定値及び第２推定値を求めるように構成されたものである。
【００１２】
上記構成によれば、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとして設定されたマップ等に基づき、エンジンの運転状態に対応した上記ＮＯｘ量の第１推定値及び第２推定値が適正かつ迅速に求められることになる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、排気通路に配置されて酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収するとともに、この吸収されたＮＯｘを酸素濃度の低下に応じて放出するＮＯｘ吸収材と、排気通路に配置されて酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気で酸素を吸収するとともに、この吸収された酸素を酸素濃度の低下に応じて放出する酸素吸収材と、排気ガス中の酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段と、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の下流側に配設された酸素濃度検出手段と、上記酸素濃度制御手段による酸素濃度の制御が行われることにより、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、予め設定された第１基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量を検出するとともに、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、上記第１基準時間よりも長い時間に設定された第２基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量を検出する吸収量検出手段と、この吸収量検出手段によって検出された第１吸収量及び第２吸収量の検出値に基づいて上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定を行う第１劣化判定手段と、上記酸素吸収材の劣化判定を行う第２劣化判定手段とを備え、この第２劣化判定手段により酸素吸収材が劣化していると判定された場合には、上記第１劣化判定手段によるＮＯｘ吸収材の劣化判定を抑制するように構成したものである。
【００１４】
上記構成によれば、酸素吸収材が劣化しているか否かが上記第２劣化判定手段において判定され、酸素吸収材が劣化していないことが確認された場合には、上記吸収量検出手段により検出されたＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量に基づいてＮＯｘ吸収材が劣化しているか否かが第１劣化判定手段において適正に判定される。一方、上記第２劣化判定手段において酸素吸収材が劣化していることが確認された場合には、上記第１劣化判定手段によるＮＯｘ吸収材の劣化判定が抑制されることにより、酸素吸収材の劣化に起因した第１劣化判定手段の誤判定が防止されるため、この第１劣化判定手段によりＮＯｘ吸収材の劣化を判定する際の精度が向上することになる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４の何れかに記載のエンジンの排気浄化装置において、上記吸収量検出手段は、酸素濃度制御手段によってＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を高濃度状態から低濃度状態に移行させる制御が実行された時点から、酸素濃度検出手段によって検出された酸素濃度が低濃度状態に移行するまでの期間に基づいてＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量を検出するように構成されたものである。
【００１６】
上記構成によれば、酸素濃度制御手段によってＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を高濃度状態から低濃度状態に移行させる制御が実行された時点から、酸素濃度検出手段によって検出された酸素濃度が低濃度状態に移行するまでの期間が長い場合には、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１，第２吸収量が大きな値として検出され、逆に上記期間が短い場合には、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１，第２吸収量が小さな値として検出されることになる。
【００１７】
請求項６に係る発明は、上記請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置において、上記酸素濃度制御手段は、燃焼室内における空燃比を制御することにより、排気通路内の酸素濃度を制御するように構成されたものである。
【００１８】
上記構成によれば、酸素濃度制御手段により燃焼室内における空燃比が制御されることにより、排気通路に導出される排気ガスの酸素濃度を、第１基準時間に亘り高濃度状態とした後に低濃度状態に移行させる制御が実行されるとともに、第２基準時間に亘り高濃度状態とした後に低濃度状態に移行させる制御が実行されて上記吸収量検出手段によるＮＯｘ及び酸素の第１，第２吸収量の検出等が行われることになる。
【００１９】
請求項７に係る発明は、上記請求項１〜６のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置において、ＮＯｘ吸収材の上流側に酸素吸収材を配設したものである。
【００２０】
上記構成によれば、多量の酸素吸収材を使用することで、低温時における排気ガスの浄化性能を向上できるとともに、排気通路内が酸素過剰状態から酸素濃度が低下した状態に移行すると、酸素吸収材から放出された酸素が下流側のＮＯｘ吸収材に設置部に供給され、このＮＯｘ吸収材から放出されるＮＯｘが還元されることによって生成される酸素と、上記酸素吸収材から放出される酸素等との両方が上記酸素濃度検出手段の検出値に影響を与えるため、上記のように上記第１基準時間内にＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量を加味した上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うことによる効果が顕著に得られることになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るエンジンの排気浄化装置の実施形態を示している。このエンジンの制御装置は、自動車に搭載される筒内噴射型のガソリンエンジンのエンジン本体１に接続された吸気通路２および排気通路３と、上記エンジン本体１の燃焼室の頂部に設けられた点火プラグ４と、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５とを有している。
【００２２】
上記吸気通路２には、サージタンク６が設けられるとともに、その上流側にスロットル弁７が設けられている。このスロットル弁７は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）８から出力される制御信号に応じて作動する電気的なアクチュエータによって駆動されることにより、燃焼室内に導入される吸気量を調節するように構成されている。上記サージタンク６の下流側には、スワール生成用の吸気シャッター弁１０が設けられるとともに、吸気ポートを開閉する吸気弁（図示せず）が設けられている。
【００２３】
また、上記排気通路３には、排気ポートを開閉する排気弁（図示せず）が配設されるとともに、排気通路３の途中には、排気ポートから導出された排気ガス中の酸素濃度を検出するλＯ2センサ等からなる第１酸素濃度検出手段１１と、排気ガスが理論空燃比の近傍にある状態で、ＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣを浄化する三元触媒１２と、酸素過剰雰囲気でもＮＯｘを浄化するリーンＮＯｘ触媒１３と、このリーンＮＯｘ触媒１３から導出された排気ガスの空燃比を検出するリニアＯ2センサ等からなる第２酸素濃度検出手段１４とが、上流側から順に配設されている。
【００２４】
上記三元触媒１２は、燃焼室内における混合気の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転時、つまり排気ガス中の酸素濃度が高濃度状態（略０．５％以上）となる酸素過剰雰囲気で、酸素を吸収するとともに、排気ガス中の酸素濃度が低濃度状態（略０．５％未満）となる酸素不足雰囲気で、酸素を放出するセリア（ＣｅＯ2）からなる酸素吸収材を有し、排気ガス中に含有されたＨＣ及びＣＯの酸化とＮＯｘの還元とを同時に行うことにより、これらをそれぞれ浄化するように構成されている。
【００２５】
また、上記リーンＮＯｘ触媒１３は、排気ガス中の酸素濃度が高濃度状態（略４％以上）となる酸素過剰雰囲気で、ＮＯｘを吸収するとともに、排気ガス中の酸素濃度が低濃度状態（略０．５〜１％以下）となる酸素不足雰囲気で、ＮＯｘを放出するアルカリ金属（特にＫ）、アルカリ土類（特にＢａ）または希土類等からなるＮＯｘ吸収材を有し、上記酸素過剰雰囲気でこのＮＯｘ吸収材にＮＯｘを吸収させるとともに、上記酸素不足雰囲気となるのに応じて上記ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させ、ＮＯｘ吸収材の周辺に存在させた貴金属等からなる触媒金属の作用により上記ＮＯｘを還元して排気ガスを浄化するように構成されている。
【００２６】
なお、上記リーンＮＯｘ触媒１３にも、セリア（ＣｅＯ2）からなる酸素吸収材を担持させた構造としてもよい。このように構成した場合には、排気ガス中における酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気で上記酸素吸収材に吸収された酸素を、酸素濃度の低下に応じて放出させ、この酸素と排気ガス中のＣＯ等とを反応させることにより、上記リーンＮＯｘ触媒１３を加熱して適正温度に維持することが可能となる。
【００２７】
上記エンジンには、吸気通路２内を通過する吸気量を検出するエアフローセンサ１５、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ１６、アクセル開度センサ１７およびエンジン水温センサ１８等の各種センサ類が装備され、これらの検出信号がエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）８に入力されるようになっている。
【００２８】
このエンジンコントロールユニット８には、エンジンの運転状態を判別する運転状態判別手段１９と、燃料の噴射量および噴射時期を制御する燃料噴射制御手段２０と、燃焼室内における空燃比を制御することにより排気通路３内の酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段２１と、上記第２酸素濃度検出手段１４の検出信号に応じて上記リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材にそれぞれ吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量を検出する吸収量検出手段２２と、上記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の推定値を求めるＮＯｘ量推定手段２３と、上記ＮＯｘ吸収材の劣化を判定する劣化判定手段２４とが設けられている。
【００２９】
上記運転状態判別手段１９は、クランク角センサ１６により検出されたエンジン回転数の検出値と、アクセル開度センサ１７により検出されたエンジン負荷の検出値等に基づき、エンジンが高負荷高低回転の均一燃焼領域にあるか、低負荷低回転の成層燃焼領域にあるか等を判別し、この判別データを上記燃料噴射制御手段２０等に出力するように構成されている。
【００３０】
上記燃料噴射制御手段２０は、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１７によって検出されたアクセル開度と、上記クランク角センサ１６によって検出されたエンジン回転数とに基づき、予め設定されたマップからエンジンの目標トルクを読み出すとともに、この目標トルクと、上記エアフローセンサ７によって検出された実吸気量とに基づき、予め設定されたマップから目標燃料噴射量を読み出し、この目標燃料噴射量に対応した制御信号を上記燃料噴射弁５に出力するように構成されている。
【００３１】
また、上記燃料噴射制御手段２０は、運転状態判別手段１９により判別されたエンジンの運転状態に応じて燃料の噴射時期を制御するように構成されている。例えば、エンジンが温間状態で、高負荷高回転の均一燃焼領域にある場合には、上記燃料噴射制御手段２０により吸気行程で燃料を噴射して均一燃焼を行わせる制御を実行し、低負荷低回転の成層燃焼領域にある場合には、上記燃料噴射制御手段２０により圧縮行程の後期に燃料を噴射して成層燃焼を行わせる制御を実行するように構成されている。
【００３２】
上記酸素濃度制御手段２１は、エンジンの運転状態に応じた制御信号を上記スロットル弁７のアクチュエータ９に出力することにより、成層燃焼領域では気筒内の空燃比を理論空燃比よりも大幅にリーン状態とし、均一燃焼領域では上記成層燃焼領域と比べて気筒内の空燃比がリッチ状態となるように吸気量を制御するように構成されている。
【００３３】
また、上記酸素濃度制御手段２１は、エンジンの定常運転時に、上記劣化判定手段２４によるＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うため、燃料噴射量を制御することにより、下記のように排気ガス中の酸素濃度を制御するように構成されている。すなわち、図２（ａ）に示すように、上記劣化判定制御の開始時点Ｏで一旦混合気をリッチ状態に設定した後、一定時間（２〜５秒程度）が経過した時点Ｔ１で、混合気をリーン状態に設定して上記三元触媒１２及びリーンＮＯｘ触媒１３の上流側における酸素濃度を高濃度状態とし、この状態が１０〜２０秒程度に設定された第１基準時間ｔ１に亘り継続された時点Ｔ２で、一旦混合気をリッチ状態に設定して上記酸素濃度を低濃度状態に移行させる。
【００３４】
そして、上記時点Ｔ２から一定時間（２〜５秒程度）が経過した時点Ｔ３で、混合気をリーン状態に設定して排気ガスの酸素濃度を高濃度状態とし、この状態が１５０秒程度に設定された第２基準時間ｔ２に亘り継続された時点Ｔ４において、混合気をリッチ状態に設定して排気ガスの酸素濃度を低濃度状態に移行させた後、一定時間（２〜５秒程度）が経過した時点Ｔ５で、上記劣化判定制御を終了して通常の制御状態に復帰させるように構成されている。
【００３５】
なお、上記酸素濃度制御手段２１は、ＮＯｘ吸収材の劣化判定時に、上記第１基準時間ｔ１における燃料噴射量を、第２基準時間ｔ２よりも少なくするように制御して、第１基準時間ｔ１におけるリーン度合いを、第２基準時間ｔ２よりも顕著に設定するように構成されている。
【００３６】
上記吸収量検出手段２２は、酸素濃度制御手段２１によってＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を高濃度状態から低濃度状態に移行させる制御が終了した時点Ｔ２，Ｔ４から、図２（ｂ）に示すように、第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度が所定の低濃度状態に移行するまでの期間ＴＡｏ，ＴＢｏに基づき、上記リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量を検出するように構成されている。
【００３７】
すなわち、上記酸素濃度制御手段２１によって酸素濃度を第１，第２基準時間ｔ１，ｔ２に亘り酸素濃度を高濃度状態とする制御が終了した時点Ｔ２，Ｔ４で、上記酸素濃度を低濃度状態に移行させる制御を実行した場合には、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素が放出されることにより、上記第２酸素濃度検出手段１４の検出値が直ぐには低濃度状態に移行するなく、所定の期間ＴＡｏ，ＴＢｏが経過した時点で、上記検出値が一定値Ｏ２ｏ以下の低濃度状態に移行する。
【００３８】
そして、上記時点Ｔ２，Ｔ４から、第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度が低濃度状態に移行するまでの期間ＴＡｏ，ＴＢｏは、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ量及び酸素量に応じて変化するため、上記リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量を、上記期間ＴＡｏ，ＴＢｏに対応した値として上記吸収量検出手段２２により検出することができる。
【００３９】
また、エンジンの運転状態に応じて排気通路３に排出されるＮＯｘ量が変化し、これに応じて上記リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材に吸収されるＮＯｘ量も変化するため、上記ＮＯｘ吸収量推定手段２３は、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとして設定されたマップからエンジンの運転状態に対応したＮＯｘ量を読み出すことにより、上記第１基準時間ｔ１中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第１推定値及び第２基準時間ｔ２中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第２推定値を算出するように構成されている。
【００４０】
上記劣化判定手段２４は、吸収量検出手段２２により検出されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量と第１吸収量との偏差を求めるとともに、ＮＯｘ量推定手段２３により求められたＮＯｘ量の第２推定値と第１推定値との偏差を求め、上記両偏差の比率が正常範囲内にあるか否かを判別することにより、ＮＯｘ吸収材の劣化を判定し、ＮＯｘ吸収材が劣化している判定された場合には、排気浄化装置に異常が発生したことを表示させる制御信号を表示部２５に出力するように構成されている。
【００４１】
上記エンジンの排気浄化装置において実行される空燃比制御を、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。上記制御動作がスタートすると、まず各センサによって検出されたデータを入力した後（ステップＳ１）、エンジンの運転状態に対応した燃料の基本噴射量Ｑｂ及び基本噴射時期θｂをマップから読み出して設定するとともに（ステップＳ２）、エンジンの運転領域がリーン領域にあるか否かを判定する（ステップＳ３）。
【００４２】
上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されてエンジンの運転領域がリーン領域にあることが確認された場合には、上記劣化判定手段２４によるＮＯｘ吸収材の劣化判定条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ４）。すなわち、エンジンが温間運転状態にあるとともに、定常運転状態が所定時間に亘って継続され、かつ上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定が未だ行われていない状態にあることを確認することにより、上記劣化判定条件が成立したか否かを判定する。
【００４３】
上記ステップＳ４でＹＥＳと判定された場合には、劣化判定用タイマーによって計時される劣化判定時刻Ｔのカウント値を１だけインクリメントした後（ステップＳ５）、上記劣化判定時刻Ｔが図２に示すリッチ期間にあるか否か、つまり上記時点Ｏ〜Ｔ１の間、時点Ｔ２〜Ｔ３の間、または時点Ｔ４〜Ｔ５の間の何れかにあるか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００４４】
上記ステップＳ６でＹＥＳと判定されて上記劣化判定時刻Ｔがリッチ期間にあることが確認された場合には、空気過剰率λを１以下とする値Ｑｂｒ１に、上記燃料の基本噴射量Ｑｂを設定するとともに（ステップＳ７）、点火プラグ４の回りがリッチ状態となり過ぎるのを防止するために、吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射するように、燃料の基本噴射時期θｂを設定する（ステップＳ８）。そして、燃料噴射タイミングとなったか否かを判定し（ステップＳ９）、ＹＥＳと判定された時点で燃料の噴射制御を実行することにより（ステップＳ１０）、上記劣化判定時の酸素濃度制御を実行する。
【００４５】
一方、上記ステップＳ６でＮＯと判定されて上記劣化判定時刻Ｔが、図２に示すリーン期間（時点Ｔ１〜Ｔ２の間または時点Ｔ３〜Ｔ４の間）にあることが確認された場合には、空気過剰率λを１よりも大きくする値Ｑｂｌに、上記燃料の基本噴射量Ｑｂを設定した後（ステップＳ１１）、上記ステップＳ９に移行することにより、上記劣化判定時の酸素濃度制御を実行する。なお、上記劣化判定時刻Ｔが第１基準時間ｔ１に相当する期間（時点Ｔ１〜Ｔ２の間）内にある場合には、第２基準時間ｔ２に相当する期間（時点Ｔ３〜Ｔ４の間）にある場合に比べて空燃比のリーン度合いが大きくなるように上記基本噴射量Ｑｂｌを設定する。
【００４６】
また、上記ステップＳ３でＮＯと判定されてエンジン運転領域がリーン領域にないことが確認された場合、または上記ステップＳ４でＮＯと判定されてＮＯｘ吸収材の劣化判定条件が成立していないことが確認された場合には、上記劣化判定用タイマーをリセットして劣化判定時刻Ｔのカウント値を０に設定した後（ステップＳ１２）、上記ステップＳ９に移行する。
【００４７】
次に、上記エンジンの排気浄化装置において実行されるＮＯｘ吸収材の劣化判定制御を、図４及び図５に示すフローチャートに基づいて説明する。上記制御動作がスタートすると、まず各センサによって検出されたデータを入力した後（ステップＳ２１）、上記劣化判定用タイマーによって計時された劣化判定時刻Ｔのカウント値が上記劣化判定の実行時点Ｏから判定制御の終了時点Ｔ５の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２２）。
【００４８】
上記ステップＳ２２でＹＥＳと判定された場合には、上記劣化判定時刻Ｔが第１基準時間ｔ１に相当する期間（Ｔ１〜Ｔ２）内にあるか否かを判定し（ステップＳ２３）、ＹＥＳと判定された場合には、上記ＮＯｘ量推定手段２３において、第１基準時間ｔ１中にＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量の第１推定値ＮＯｘ１を、エンジンの運転状態に基づき、図外のマップから読み出して入力する（ステップＳ２４）。
【００４９】
上記ステップＳ２３でＮＯと判定されて上記劣化判定時刻Ｔが第１基準時間ｔ１に相当する期間（Ｔ１〜Ｔ２）内にないことが確認された場合には、上記劣化判定時刻Ｔが第１基準時間ｔ１の経過後におけるリッチ期間（Ｔ２〜Ｔ３）内にあるか否かを判定し（ステップＳ２５）、ＹＥＳと判定された場合には、上記第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度Ｏ２ｘが一定値Ｏ２ｏ以下の低濃度状態となったか否かを判定する（ステップＳ２６）。
【００５０】
上記ステップＳ２６でＹＥＳと判定された場合には、上記吸収量検出手段２２において、上記第１基準時間ｔ１の経過時点Ｔ２から、現在の劣化判定時刻Ｔまでの期間（Ｔ−Ｔ２）を、上記第１基準時間ｔ１中にリーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量ＴＡｏに対応した値として設定する等により、この第１吸収量ＴＡｏを検出する（ステップＳ２７）。
【００５１】
次に、上記劣化判定時刻Ｔが第２基準時間ｔ２に相当する期間（Ｔ３〜Ｔ４）内にあるか否かを判定し（ステップＳ２８）、ＹＥＳと判定された場合には、上記ＮＯｘ量推定手段２３において、第２基準時間ｔ２中にＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量の第２推定値ＮＯｘ２を、エンジンの運転状態に基づき、図外のマップから読み出して入力する（ステップＳ２９）。
【００５２】
また、上記劣化判定時刻Ｔが第１基準時間ｔ２の経過後におけるリッチ期間（Ｔ４〜Ｔ５）内にあるか否かを判定し（ステップＳ３０）、ＹＥＳと判定された場合には、上記第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度Ｏ２ｘが一定値Ｏ２ｏ以下の低濃度状態となったか否かを判定する（ステップＳ３１）。
【００５３】
上記ステップＳ３１でＹＥＳと判定された場合には、上記吸収量検出手段２２において、上記第２基準時間ｔ２の経過時点Ｔ４から、現在の劣化判定時刻Ｔまでの期間（Ｔ−Ｔ４）を、上記第２基準時間ｔ２中にリーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量ＴＢｏに対応した値として設定する等により、この第２吸収量ＴＢｏを検出する（ステップＳ３２）。
【００５４】
次いで、上記ステップＳ２９で求めたＮＯｘ量の第２推定値ＮＯｘ２から、上記ステップＳ２４で求めたＮＯｘ量の第１推定値ＮＯｘ１を減算することにより、上記第２推定値ＮＯｘ２と第１推定値ＮＯｘ１との偏差ΔＮＯｘを算出するとともに（ステップＳ３３）、上記ステップＳ３２で求めた第２吸収量ＴＢｏと、上記ステップＳ２７で求めた第１吸収量ＴＡｏとの偏差ΔＴｏを算出する（ステップＳ３４）。
【００５５】
そして、上記両偏差の比率ΔＴｏ／ΔＮＯｘが、予め設定された所定の基準値Ｄよりも小さいか否かを判定することにより（ステップＳ３５）、上記ＮＯｘ吸収材に劣化が生じたか否かを判定し、ＹＥＳと判定された場合にはＮＯｘ吸収材に劣化が生じたと判定して排気浄化装置に異常が発生したことを表示させる制御信号を表示部２５に出力する（ステップＳ３６）。一方、上記ステップＳ３５でＮＯと判定されてＮＯｘ吸収材に劣化が生じていないことが確認された場合には、上記劣化判定の制御動作を終了する。
【００５６】
すなわち、上記リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材に吸収される酸素は、比較的短時間で飽和状態となるため、上記第１基準時間ｔ１及び第２基準時間ｔ２中に、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材にそれぞれ飽和量の酸素がそれぞれ吸収されていると考えられる。したがって、上記ステップＳ３２で求めたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量ＴＡｏから、上記ステップＳ２７で求めたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量ＴＢｏを減算することにより、第２基準時間ｔ２中に上記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量と、第２基準時間ｔ１中に上記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量との偏差ΔＴｏを求めることができる。
【００５７】
そして、上記ステップＳ２９で求めたＮＯｘ量の第２推定値ＮＯｘ２から、上記ステップＳ２４で求めたＮＯｘ量の第１推定値ＮＯｘ１を減算することにより求めた上記偏差ΔＮＯｘは、第２基準時間ｔ２中に上記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量と、第２基準時間ｔ１中に上記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量との偏差の推定値を示すものであるため、上記ＮＯｘ量推定手段２３の推定結果が正しく、かつ上記ＮＯｘ吸収材に定格量のＮＯｘが吸収されていると仮定した場合には、上記両偏差の比率ΔＴｏ／ΔＮＯｘは略一定値になると考えられる。
【００５８】
これに反して上記両偏差の比率ΔＴｏ／ΔＮＯｘが、所定の基準値Ｄよりも小さいことが確認された場合には、上記ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量が定格値よりもかなり少ない状態であるため、ＮＯｘ吸収材に劣化が生じたと判定されることになる。
【００５９】
上記のように酸素濃度制御手段２１による排気ガス中における酸素濃度を制御してＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を、予め設定された第１基準時間ｔ１に亘って高濃度とした状態から低濃度状態に移行させた時点で、上記第２酸素濃度検出手段１４の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量ＴＡｏを検出するとともに、上記酸素濃度を、第１基準時間ｔ１よりも長い時間に設定された第２基準時間ｔ２に亘って高濃度とした状態から低濃度状態に移行させた時点で、上記第２酸素濃度検出手段１４の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量ＴＢｏを検出し、かつ上記第１基準時間ｔ１中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第１推定値ＮＯｘ１及び第２基準時間ｔ２中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第２推定値ＮＯｘ２を、エンジンの運転状態に応じて求め、これらのＮＯｘ及び酸素の第１吸収量ＴＡｏ及び第２吸収量ＴＢｏと、ＮＯｘ量の第１推定値ＮＯｘ１及び第２推定値ＮＯｘ２とに基づいてＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うように構成したため、上記第１基準時間ｔ１内にＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量を加味した上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うことができる。
【００６０】
したがって、所定量のＮＯｘ吸収材と多量の酸素吸収材とが排気通路３に配設されている場合においても、上記第１基準時間ｔ１内にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の影響を受けて上記ＮＯｘ吸収材に劣化が生じているにも拘わらず、正常であると誤判定されるという事態が発生するのを防止することができ、上記第２酸素濃度検出手段１４の検出信号及び上記ＮＯｘ量推定手段２３の推定値に基づいてＮＯｘ吸収材の劣化を精度良く判定することができる。
【００６１】
特に、上記実施形態では、吸収量検出手段２２により検出されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量ＴＢｏと第１吸収量ＴＡｏとの偏差ΔＴｏと、上記ＮＯｘ量推定手段２３により求められたＮＯｘ量の第２推定値ＮＯｘ２と第１推定値ＮＯｘ１との偏差ΔＮＯｘとに基づき、上記劣化判定手段２４においてＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うように構成したため、上記両偏差の比ΔＴｏ／ΔＮＯｘを、所定の基準値Ｄと比較することにより、上記ＮＯｘ吸収材に適正量のＮＯｘが吸収されているか否かの劣化判定を適正かつ容易に行うことができる。
【００６２】
なお、上記両偏差の比ΔＴｏ／ΔＮＯｘを、所定の基準値Ｄと比較することにより、上記ＮＯｘ吸収材に適正量のＮＯｘが吸収されているか否かの劣化判定を行うように構成された上記実施形態に代え、上記両偏差の差を求めてこの差を所定の基準値と比較する等により、上記劣化判定を行うように構成してもよい。この場合、上記第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度が低濃度状態に移行するまでの期間ＴＡｏ，ＴＢｏを、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量に換算して、その偏差を求めた上で上記劣化判定を行う必要がある。
【００６３】
また、上記実施形態では、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づき、ＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量の第１推定値ＮＯｘ１及び第２推定値ＮＯｘ２をＮＯｘ量推定手段２３において求めるように構成したため、エンジンの運転状態に応じて排気ガス中のＮＯｘ量が変化した場合に、この変化を加味して上記ＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量の第１，第２推定値ＮＯｘ１，ＮＯｘ２を適正かつ迅速に求めることができるという利点がある。
【００６４】
なお、上記エンジン回転数及びエンジン負荷に代えて、あるいはこれらの値と、エンジンの冷却水温度及び排気還流手段によって吸気系に還流される排気ガス量等に基づき、上記ＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量の第１，第２推定値ＮＯｘ１，ＮＯｘ２を、上記ＮＯｘ量推定手段２３において求めるように構成してもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、酸素濃度制御手段２１によってＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を高濃度状態から低濃度状態に移行させる制御を実行した時点Ｔ２，Ｔ４から、第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度が低濃度状態に移行するまでの期間ＴＡｏ，ＴＢｏに基づいてＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量を、上記吸収量検出手段２２において検出するように構成したため、上記第１，第２基準期間ｔ１，ｔ２中にＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量を適正かつ容易に検出することができる。
【００６６】
すなわち、上記リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び三元触媒１２の酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量が多い場合には、上記第１，第２基準期間ｔ１，ｔ２の経過後に放出される酸素量及びＮＯｘ量も多く、この放出された酸素と、上記ＮＯｘが還元されることにより生成された酸素との影響により、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を高濃度状態から低濃度状態に移行させる制御を実行した時点Ｔ２，Ｔ４から、第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度が低濃度状態に移行するまで上記期間ＴＡｏ，ＴＢｏが長くなる傾向があるため、この期間ＴＡｏ，ＴＢｏに基づいて上記ＮＯｘ及び酸素の第１，第２吸収量を適正かつ容易に求めることができる。
【００６７】
なお、上記実施形態に代え、酸素濃度制御手段２１によってＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を高濃度状態から低濃度状態に移行させる制御を実行した時点Ｔ２，Ｔ４で、上記第２酸素濃度検出手段１４によって検出された酸素濃度の検出値の大きさ等に応じ、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１，第２吸収量を検出するように構成してもよい。
【００６８】
また、上記実施形態に示すように、酸素濃度制御手段２１により燃焼室内における空燃比を制御することにより、排気通路３に導出される排気ガスの酸素濃度を、第１基準時間ｔ１に亘り高濃度状態とした後に低濃度状態に移行させる制御を実行するとともに、第２基準時間ｔ２に亘り高濃度状態とした後に低濃度状態に移行させるように構成した場合には、上記酸素濃度の制御を適正かつ迅速に実行して上記吸収量検出手段２２によるＮＯｘ及び酸素の吸収量を精度良く検出することができるという利点がある。
【００６９】
上記実施形態に示すように、リーンＮＯｘ触媒１３に設けられたＮＯｘ吸収材の上流側に、酸素吸収材を有する三元触媒１２を配設した場合には、排気通路３内が酸素過剰状態（リーン状態）から酸素不足状態（リッチ状態）に移行させる制御の実行時に、上流側に位置する三元触媒１２の酸素吸収材から放出された酸素と、下流側に位置するリーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材から放出された酸素と、このＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘが還元されることによって生成される酸素とが、上記第２酸素濃度検出手段１４の検出値にそれぞれ影響を与えるため、この第２酸素濃度検出手段１４の検出値に基づいて上記ＮＯｘ吸収材の劣化検出を正確に行うことは困難である。
【００７０】
すなわち、酸素濃度が高い酸素過剰状態（リーン状態）から酸素濃度が低下した状態（リッチ状態）に移行させる制御の実行時に、リーンＮＯｘ触媒１３及び三元触媒１２の上流側に配設された上記第１酸素濃度検出手段１１の検出値αと、リーンＮＯｘ触媒１３及び三元触媒１２の下流側に配設された上記第２酸素濃度検出手段１４の検出値γと、リーンＮＯｘ触媒１３と三元触媒１２との間に配設された第３酸素濃度検出手段の検出値βとを比較すると、図６に示すようなデータが得られる。
【００７１】
上記データから、両触媒１２，１３の間に配設された上記第３酸素濃度検出手段によって検出された酸素濃度β１，β２は、第１酸素濃度検出手段１１によって検出された酸素濃度αに対し、三元触媒１２の酸素吸収材から放出された酸素量分だけずれるが、上記リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材から放出されたＮＯｘ及び酸素の影響を受けることがないので、酸素過剰状態を３０秒に設定した場合における検出値β１と、酸素過剰状態を１８０秒に設定した場合における検出値β２との間に、大差がないことが分かる。
【００７２】
これに対して上記第２酸素濃度検出手段１４は、リーンＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸収材から放出されたＮＯｘが還元されることによって生成される酸素の影響を受けるため、酸素過剰状態を３０秒に設定した場合における検出値γ１と、酸素過剰状態を１８０秒に設定した場合における検出値γ２との間には、顕著な差があり、上記ＮＯｘの影響を無視できないことが分かる。このため、上記のように第１基準時間ｔ１内にＮＯｘ吸収材に吸収されるＮＯｘ量を加味した上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うように構成することにより、上記ＮＯｘ吸収材の劣化を上記第２酸素濃度検出手段１４の検出値に基づいて適正に判定できるように構成することが、特に望ましい。
【００７３】
また、上記実施形態では、ＮＯｘ吸収材の劣化判定時に、酸素濃度制御手段２１により、上記第１基準時間ｔ１における燃料噴射量を、第２基準時間ｔ２よりも少なくするように制御して、第１基準時間ｔ１におけるリーン度合いを、第２基準時間ｔ２よりも顕著に設定するように構成したため、上記両基準時間ｔ１，ｔ２における単位時間当たりのＮＯｘの還元量を一定値とし、上記ＮＯｘ量推定手段２３によるＮＯｘ量の推定を適正に実行することができる。
【００７４】
すなわち、上記第１基準時間ｔ１よりも長い第２基準時間ｔ２における燃料噴射量を、第１基準時間ｔ１よりも少なくするように制御を実行することにより、この第２基準時間ｔ２中に排気ガス温度が低下することに起因して三元触媒１２及びリーンＮＯｘ触媒１３の活性が低下するのを防止することができる。したがって、上記劣化判定制御の実行時に、ＮＯｘが還元されることにより発生する単位時間当たりの酸素量を一定値に維持することにより、上記ＮＯｘ量推定手段２３によるＮＯｘ量の推定を適正に実行できるという利点がある。
【００７５】
なお、上記実施形態では、劣化判定手段２４によりＮＯｘ吸収材の劣化のみを判定するように構成した例について説明したが、図７に示すように、吸収量検出手段２２によって検出された上記第１吸収量及び第２吸収量の検出値に基づいてリーンＮＯｘ触媒１３に設けられたＮＯｘ吸収材の劣化判定を行う第１劣化判定手段２４と、上記三元触媒１２に設けられた酸素吸収材の劣化判定を行う第２劣化判定手段２６とを設けた構造としてもよい。
【００７６】
上記第２劣化判定手段２６は、例えば上記第１，第３酸素濃度検出手段の検出値に基づいて、２分程度に設定された所定時間に亘り、燃焼室内の混合気を略理論空燃比に収束させるべく、λ＝１を挟んでリッチ、リーンに反転させるフィードバック制御を実行し、あるいは上記第１，第３酸素濃度検出手段の検出値を用いずに、燃焼室内の混合気を、λ＝１を挟んで一定の周期でリッチ、リーンに反転させ、この間における上記三元触媒１２及びリーンＮＯｘ触媒１３の上流側に配設された第１酸素濃度検出手段１１の検出信号と、三元触媒１２とリーンＮＯｘ触媒１３との間に配設されたλＯ2センサ等からなる第３酸素濃度検出手段２７の検出信号と比較することにより、上記酸素吸収材が劣化しているか否かを判定するように構成されている。
【００７７】
すなわち、上記第２劣化判定手段２６は、所定時間内における第１酸素濃度検出手段１１の検出値の反転回数（リーン状態からリッチ状態への移行回数）と、上記所定時間における第３酸素濃度検出手段２７の検出値の反転回数とを比較し、酸素吸収材が正常であれば、第３酸素濃度検出手段２７の判定回数が第１酸素能動検出手段１１の反転回数よりも充分少なくなるはずであるため、この第３酸素濃度検出手段２７の検出値の反転回数と上記第１酸素濃度検出手段１１の検出値の反転回数との比率が設定値よりも大きいことが確認された場合に、上記酸素吸収材が劣化したと判定するように構成されている。
【００７８】
そして、上記第２劣化判定手段２６において酸素吸収材が劣化している判定された場合には、上記第１劣化判定手段２４によるＮＯｘ吸収材の劣化判定を禁止し、あるいは劣化判定制御用の基準値を変更する等の制御を実行することにより、上記酸素吸収材の劣化に応じてＮＯｘ吸収材に供給されるＨＣやＣＯの量が増加するとともに、これらが還元剤となってＮＯｘ吸収材から放出されるＮＯｘ量の放出速度が増大することに起因した誤判定を防止し、上記第１劣化判定手段２４によるＮＯｘ吸収材の劣化を精度よく判定することができる。
【００７９】
なお、これらの実施形態では、燃料噴射量を調節することにより酸素濃度を制御するようにしているが、膨張行程で燃料の後噴射を行うように構成されたものにおいて、後噴射量や時期を調節し、あるいは排気通路３にエアを供給する二次エア供給手段を備えたものにおいて、二次エアの供給量を調節する等により、上記酸素濃度を制御するようにしてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、所定量のＮＯｘ吸収材と多量の酸素吸収材とが排気通路に配設されたエンジンの排気浄化装置において、上記ＮＯｘ吸収材の劣化を精度良く判定できるという利点がある。
【００８１】
すなわち、請求項１に係る発明では、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、予め設定された第１基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量を検出するとともに、上記酸素濃度が、第１基準時間よりも長い時間に設定された第２基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量を検出する吸収量検出手段と、上記第１基準時間中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第１推定値及び第２基準時間中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第２推定値を、エンジンの運転状態に応じて求めるＮＯｘ量推定手段と、上記吸収量検出手段により検出されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量及び第２吸収量とＮＯｘ量推定手段により求められたＮＯｘ量の第１推定値及び第２推定値とに基づいてＮＯｘ吸収材の劣化判定を行う劣化判定手段とを設けたため、上記第１基準時間内にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の影響を受けて上記ＮＯｘ吸収材に劣化が生じているにも拘わらず、正常であると誤判定されるという事態が発生することがなく、上記酸素濃度検出手段の検出信号及び上記ＮＯｘ量推定手段の推定値に基づいてＮＯｘ吸収材の劣化を精度良く判定することができる。
【００８２】
また、請求項４に係る発明では、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、予め設定された第１基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量を検出するとともに、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、上記第１基準時間よりも長い時間に設定された第２基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量を検出する吸収量検出手段と、この吸収量検出手段によって検出された第１吸収量及び第２吸収量の検出値に基づいて上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定を行う第１劣化判定手段と、上記酸素吸収材の劣化判定を行う第２劣化判定手段とを備え、この第２劣化判定手段により上記酸素吸収材が劣化していると判定された場合には、上記第１劣化判定手段によるＮＯｘ吸収材の劣化判定を抑制するように構成したため、上記酸素吸収材が劣化することにより、ＮＯｘ吸収材に供給されるＨＣやＣＯの量が増加してＮＯｘ吸収材から放出されるＮＯｘ量の放出速度が増大することに起因した誤判定を防止し、上記第１劣化判定手段によるＮＯｘ吸収材の劣化を精度よく判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジンの排気浄化装置の実施形態を示す説明図である。
【図２】劣化判定制御時の空燃比及び酸素濃度検出値の変化状態を示すタイムチャートである。
【図３】空燃比の制御動作を示すフローチャートである。
【図４】劣化判定の制御動作の前半部を示すフローチャートである。
【図５】劣化判定の制御動作の後半部を示すフローチャートである。
【図６】酸素濃度検出値の変化状態を示すタイムチャートである。
【図７】排気浄化装置の別の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
３ 排気通路
１２ 酸素吸収材を有する三元触媒
１３ ＮＯｘ吸収材を有するリーンＮＯｘ触媒
１４ 酸素濃度検出手段
２１ 酸素濃度制御手段
２２ 吸収量検出手段
２３ ＮＯｘ量推定手段手段
２４ 第１劣化検出手段
２５ 第２劣化検出手段
Claims (7)
- 排気通路に配置されて酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収するとともに、この吸収されたＮＯｘを酸素濃度の低下に応じて放出するＮＯｘ吸収材と、排気通路に配置されて酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気で酸素を吸収するとともに、この吸収された酸素を酸素濃度の低下に応じて放出する酸素吸収材と、排気通路内の酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段と、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の下流側に配設された酸素濃度検出手段と、上記酸素濃度制御手段による酸素濃度の制御が行われることにより、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、予め設定された第１基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量を検出するとともに、上記酸素濃度が、第１基準時間よりも長い時間に設定された第２基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量を検出する吸収量検出手段と、上記第１基準時間中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第１推定値及び第２基準時間中にＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第２推定値を、エンジンの運転状態に応じて求めるＮＯｘ量推定手段と、上記吸収量検出手段により検出されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量及び第２吸収量と上記ＮＯｘ量推定手段により求められたＮＯｘ量の第１推定値及び第２推定値とに基づいてＮＯｘ吸収材の劣化判定を行う劣化判定手段とを備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
- 上記劣化判定手段は、吸収量検出手段により検出されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量と第１吸収量との偏差と、ＮＯｘ量推定手段により求められたＮＯｘ量の第２推定値とＮＯｘの第１推定値との偏差とに基づいてＮＯｘ吸収材の劣化判定を行うように構成されたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
- 上記ＮＯｘ量推定手段は、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいてＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘ量の第１推定値及び第２推定値を求めるように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの排気浄化装置。
- 排気通路に配置されて酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収するとともに、この吸収されたＮＯｘを酸素濃度の低下に応じて放出するＮＯｘ吸収材と、排気通路に配置されて酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気で酸素を吸収するとともに、この吸収された酸素を酸素濃度の低下に応じて放出する酸素吸収材と、排気ガス中の酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段と、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の下流側に配設された酸素濃度検出手段と、上記酸素濃度制御手段による酸素濃度の制御が行われることにより、ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、予め設定された第１基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第１吸収量を検出するとともに、上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度が、上記第１基準時間よりも長い時間に設定された第２基準時間に亘って高濃度となった状態から低濃度状態に移行した時点で、上記酸素濃度検出手段の検出信号に応じて上記ＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の第２吸収量を検出する吸収量検出手段と、この吸収量検出手段によって検出された第１吸収量及び第２吸収量の検出値に基づいて上記ＮＯｘ吸収材の劣化判定を行う第１劣化判定手段と、上記酸素吸収材の劣化判定を行う第２劣化判定手段とを備え、この第２劣化判定手段により酸素吸収材が劣化していると判定された場合には、上記第１劣化判定手段によるＮＯｘ吸収材の劣化判定を抑制するように構成したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
- 上記吸収量検出手段は、酸素濃度制御手段によってＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材の上流側における酸素濃度を高濃度状態から低濃度状態に移行させる制御が実行された時点から、酸素濃度検出手段によって検出された酸素濃度が低濃度状態に移行するまでの期間に基づいてＮＯｘ吸収材及び酸素吸収材に吸収されたＮＯｘ及び酸素の吸収量を検出するように構成されたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のエンジンの排気浄化装置。
- 上記酸素濃度制御手段は、燃焼室内における空燃比を制御することにより、排気通路内の酸素濃度を制御するように構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
- ＮＯｘ吸収材の上流側に酸素吸収材を配設したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
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