JP4506279B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒とする。）を内燃機関の排気通路に配置し、酸化雰囲気のときに排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を該ＮＯx触媒に吸蔵し、還元雰囲気となったときは該ＮＯx触媒に吸蔵されていたＮＯxを還元して排気中のＮＯxを浄化する技術が知られている。

このＮＯx触媒は、熱劣化や経年変化による劣化とともにＮＯxの吸蔵能力が低下することが知られており、この劣化の検出を該ＮＯx触媒上流及び下流に取り付けた酸素センサの出力に基づいて行うことができる。このようなＮＯx触媒の劣化判定方法として、例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量が最大となっていると推定された後に行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平８−２３２６４４号公報 特許第２５８６７３９号公報

ところで、ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量を推定するときに、この推定量と実際のＮＯx吸蔵量とに差が生じることがある。この差が大きい場合に前記推定量に基づいてＮＯx触媒の劣化判定を行うと、ＮＯx触媒の劣化判定において誤判定がなされるおそれがある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定をより正確に行うことができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中へ還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流の排気通路を流通する排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記還元剤添加手段により還元剤が添加されるときに前記空燃比検出手段により検出される空燃比の変化から前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されていたＮＯx量を算出する実ＮＯx吸蔵量算出手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されていると推定されるＮＯx量を設定する還元用ＮＯx量設定手段と、
前記還元用ＮＯx量設定手段により設定されるＮＯx量が所定量以上となったときに前記還元剤添加手段により還元剤を添加して該吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を回復させるＮＯx吸蔵能力回復手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されていると推定されるＮＯx量を前記還元用ＮＯx量設定手段により設定されるＮＯx量よりも少ない量として設定する劣化判定用ＮＯx量設定手段と、
前記劣化判定用ＮＯx量設定手段により設定されたＮＯx量と前記実ＮＯx吸蔵量算出手
段により算出されたＮＯx量との差に基づいて前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力の劣化を判定する劣化判定手段と、
を具備することを特徴とする。

本発明の最大の特徴は、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定を行うときに、該吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxの量を少なめに設定することにより、触媒劣化判定における誤判定を抑制することにある。

ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量に基づいて該吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定を行うことができる。この劣化判定においては、劣化が生じていないと仮定した場合の吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量の推定値（以下、推定ＮＯx吸蔵量ともいう。）と、実際に吸蔵されていたＮＯx量と、を比較して行われる。

しかし、劣化が生じていないと仮定した場合の吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxの推定量と、劣化が生じていないと仮定した場合の吸蔵還元型ＮＯx触媒に実際に吸蔵されているＮＯx量と、の間には差があることがある。これは、内燃機関の運転状態や吸蔵還元型ＮＯx触媒の状態によっては該吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されるＮＯx量を推定することが困難な場合があることに起因する。このような差がある場合において、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量の推定量を用いて該吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定を行うことにより誤判定がなされるおそれがある。

また、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を維持するためには、該吸蔵還元型ＮＯx触媒が最大限吸蔵可能な量のＮＯxが吸蔵される前に該吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を添加することにより、吸蔵されているＮＯxを還元させる必要がある。そして、前述したように実際のＮＯx吸蔵量と推定ＮＯx吸蔵量とには差があることがあるため、推定ＮＯx吸蔵量は該推定ＮＯx吸蔵量がばらつく範囲内で多めに設定される。これにより、ＮＯxの還元が早めに行われＮＯxの流出が抑制される。しかし、このように設定された推定ＮＯx吸蔵量に基づいて吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定を行うと、実際に使用された還元剤の量は、多めに設定されたＮＯx吸蔵量に対して必要となる還元剤量よりも少なくなり、吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していないにも関わらず劣化していると判定されるおそれがある。

その点、本発明においては、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxを還元するときと、該吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定を行うときと、で該吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量の推定値を異なる値に設定する。そして、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定を行う際には、ＮＯx還元時よりも該吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量を少ない値に設定する。これにより実際に使用された還元剤の量が、多めに設定されたＮＯx吸蔵量に対して必要となる還元剤量よりも少なくなることを抑制でき、これにより劣化判定における誤判定を抑制することが可能となる。

一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの還元を行う際には、該吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量を劣化判定時よりも多い値に設定する。これにより、該吸蔵還元型ＮＯx触媒が吸蔵可能な量のＮＯxを吸蔵する前にＮＯxの還元が行われ、より確実にＮＯxの浄化を行うことが可能となる。

なお、ＮＯx吸蔵能力回復手段により吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が回復されるが、これには、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを還元させることを含んでいる。

本発明においては、前記劣化判定用ＮＯx量設定手段は、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸
蔵されていると推定されるＮＯx量を該吸蔵還元型ＮＯx触媒に実際に吸蔵されているＮＯx量よりも少ない量に設定することができる。

実際に吸蔵されているＮＯx量よりも少ない量とすることにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定における誤判定をより確実に抑制することができる。

本発明においては、前記劣化判定用ＮＯx量設定手段は、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量を推定し、この推定されるＮＯx量のばらつきの範囲内で最下限値となるように前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されていると推定されるＮＯx量を設定することができる。

ここで、推定されるＮＯx吸蔵量は前述したようにある範囲内でばらつきを生じる。このばらつきを例えば実験的に求め、ＮＯx吸蔵量の設定値をこのばらつきの最下限値に変更すれば、実際には吸蔵還元型ＮＯx触媒が劣化していないにも関わらず劣化しているとされる誤判定を抑制することが可能となる。

本発明においては、前記劣化判定用ＮＯx量設定手段により設定される量のＮＯxを還元するために必要となる還元剤量を算出する必要還元剤量算出手段をさらに備え、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定を行うための還元剤を前記還元剤添加手段により添加して前記空燃比検出手段により検出される排気の空燃比がストイキよりもリッチ空燃比となった場合であって、排気の空燃比の変化率が所定値以下となる前に前記還元剤添加手段により添加された還元剤量が前記必要還元剤量算出手段により算出された還元剤量に達した場合には、前記劣化判定手段は前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に劣化は生じていないと判定することができる。

ここで、ＮＯx吸蔵量を少なめに設定すると、還元剤を添加しての触媒劣化判定時に、劣化判定用ＮＯx量設定手段により設定されたＮＯx量を還元するために必要となる還元剤量がＮＯxの還元時に実際に使用されるＮＯx量よりも少なくなることがある。そして、還元剤の添加途中で、劣化判定用ＮＯx量設定手段により設定されたＮＯx量を還元するために必要となる還元剤量が添加された場合には、ＮＯx触媒が劣化していないと判定することが可能となる。そのため、劣化判定のみを目的としている場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている残りのＮＯxをその後に還元する必要はない。したがって、還元剤添加手段により添加された還元剤量が、ＮＯx触媒が劣化していないと判定可能な還元剤量に至った後は還元剤の添加を停止すれば、その後の還元剤の消費をなくし、さらに排気の空燃比のリッチ化による未燃燃料成分がＮＯx触媒下流へ流出する量を減少させることができる。換言すると、設定されたＮＯx吸蔵量の還元に必要となる還元剤添加時に空燃比検出手段により検出される排気の空燃比の変化がほとんどなくなった場合、すなわち吸蔵されていたＮＯxの還元が完了した場合には、実際に吸蔵されていたＮＯxの量が設定値よりも少なく、吸蔵還元型ＮＯx触媒に劣化が生じていると判定することができる。なお、前記所定値は、ＮＯx触媒に吸蔵されていたＮＯxの放出が完了したとすることができる排気の空燃比の変化率としてもよい。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量を触媒劣化判定時にはＮＯx還元時よりも少ない値に設定することにより、該吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定をより正確に行うことができる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

また、内燃機関１には、燃焼室へ通じる排気通路２が接続されている。この排気通路２は、下流にて大気へと通じている。

前記排気通路２の途中には、内燃機関１側から順に上流側触媒３及び吸蔵還元型ＮＯx触媒４が備えられている。

上流側触媒３は、酸化能力を有する触媒であればよく、例えば酸化触媒、三元触媒、ＮＯx触媒等を用いることができる。吸蔵還元型ＮＯx触媒４（以下、ＮＯx触媒４という。）は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有する。

また、上流側触媒３よりも下流で且つＮＯx触媒４よりも上流の排気通路２には、該排気通路２を流通する排気の空燃比を検出する第１空燃比センサ５および該排気通路２を流通する排気の温度を検出する排気温度センサ６が取り付けられている。また、ＮＯx触媒４よりも下流の排気通路２には、該排気通路２を流通する排気の空燃比を検出する第２空燃比センサ７（空燃比検出手段）が取り付けられている。

ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒４に吸蔵されたＮＯxが飽和する前に該ＮＯx触媒４に吸蔵されたＮＯxを還元させる必要がある。

そこで、本実施例では、上流側触媒３より上流の排気通路２を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤添加弁９（還元剤添加手段）を備えている。ここで、還元剤添加弁９は、後述するＥＣＵ１０からの信号により開弁して還元剤を噴射する。還元剤添加弁９から排気通路２内へ噴射された還元剤は、排気通路２の上流から流れてきた排気の空燃比をリッチにすると共に、ＮＯx触媒４に吸蔵されていたＮＯxを還元する。ＮＯx還元時には、ＮＯx触媒４に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチとする、所謂リッチスパイク制御を実行する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ１０には、前記したセンサ等が電気配線を介して接続され、該センサ等の出力信号が入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ１０には、還元剤添加弁９が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ１０により制御される。

ところで、ＮＯx触媒４は、経年変化や熱により劣化し、ＮＯxおよび酸素の吸蔵能力が低下することがある。そして、ＮＯxの吸蔵能力が低下すると、排気中のＮＯxの一部がＮＯx触媒４の下流へ流出する虞がある。これに対し、例えばＮＯx触媒４の劣化を、ＮＯx触媒４上流および下流の空燃比センサ５、７を用いて判定することができる。

ここで、ＮＯx触媒４にＮＯxが吸蔵されている場合に、還元剤添加弁９から還元剤を添加してＮＯxの還元を行うと、ＮＯxの還元が行われている間は、ＮＯx触媒４よりも下流の排気の空燃比がほぼストイキで一定となる。

図２は、リッチスパイク時に第１空燃比センサ５および第２空燃比センサ７により検出される排気の空燃比の時間推移を示したタイムチャート図である。実線が第１空燃比センサ５により得られる空燃比、一点鎖線が第２空燃比センサ７により得られる空燃比、破線が目標空燃比を夫々示している。

このように、リッチスパイクによりリッチ空燃比の排気がＮＯx触媒４に流入し、該ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯxが還元されている間は、ＮＯx触媒４の下流の空燃比すなわち第２空燃比センサ７により検出される空燃比は第１空燃比センサ５により検出される空燃比よりもリーンな空燃比となり、ストイキ近傍でほぼ一定になることが知られている。そして、ＮＯx触媒４に吸蔵されていたＮＯxの還元が完了した後に、第２空燃比センサ７により検出される空燃比がリッチ空燃比に移行する。このように第２空燃比センサ７によりストイキ近傍の空燃比が検出され、リッチ空燃比に移行するまでの時間は、ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯxの量が多いほど長くなる。

そして、前記したようにＮＯx触媒４の劣化の度合いが大きくなるほど、該ＮＯx触媒４が吸蔵できるＮＯx量が減少する。従って、ＮＯx触媒４の劣化の度合いが大きくなるほど、ＮＯx触媒４に吸蔵されていたＮＯxを還元するために必要となる還元剤量が減少する。また、リッチスパイク時に第２空燃比センサ７によりストイキが検出された後リッチ空燃比に移行するまでの時間、すなわちストイキの継続時間が短くなる。

これらから、ＮＯx触媒４に吸蔵されていたＮＯxを還元させるために要した還元剤量（以下、測定使用還元剤量という。）、若しくはＮＯx触媒４に実際に吸蔵されていたＮＯx量（以下、実ＮＯx吸蔵量という。）に基づいて、ＮＯx触媒４の劣化の度合いを判定することが可能となる。なお、測定使用還元剤量および実ＮＯx吸蔵量は、図２のハッチングで示した部分の面積と相関がある。すなわち、この面積と予め設定された劣化の基準となる面積とを比較することによりＮＯx触媒４の劣化判定を行うことができる。なお、本発明における実ＮＯx吸蔵量算出手段は、本実施例においては実ＮＯx吸蔵量を算出するＥＣＵ１０により構成される。

そして、ＮＯx触媒４の劣化判定を行う際には、例えば内燃機関の運転状態等から推定したＮＯx触媒４のＮＯx吸蔵量と、前述した実ＮＯx吸蔵量と、の差を求め、この差が予め設定された値よりも大きくなった場合にＮＯx触媒４が劣化していると判定される。

ここで、図３は、ＮＯx触媒４に劣化が生じていないときの該ＮＯx触媒４に実際に吸蔵されているＮＯx量と推定されるＮＯx吸蔵量との関係を示した図である。横軸はＮＯx触媒４の実ＮＯx吸蔵量、縦軸は内燃機関の運転状態等から推定されるＮＯx吸蔵量（以下、推定ＮＯx吸蔵量という。）を夫々示している。本来ならば実ＮＯx吸蔵量と推定ＮＯx吸蔵量とは同じ値になるはずであるが、ハッチングで示した範囲で推定ＮＯx吸蔵量の値にばらつきを生じる。なお、本実施例においては、推定ＮＯx吸蔵量は、吸入空気量とＮＯx触媒４の温度に関係するＮＯx触媒４のＮＯx吸蔵速度および放出速度とから得ることができる。また、内燃機関１から排出されるＮＯx量を該内燃機関１の運転状態を変数とするマップとして予め設定しておく。

このように、推定ＮＯx吸蔵量にはある程度のばらつきがあり、実ＮＯx吸蔵量と推定ＮＯx吸蔵量とに差がある場合がある。そして、例えば推定ＮＯx吸蔵量が実ＮＯx吸蔵量よ
りも大きい場合には、ＮＯx触媒４に劣化が生じていないにも関わらず、推定ＮＯx吸蔵量に比べて実ＮＯx吸蔵量が小さいためＮＯx触媒に劣化が発生していると判定されるおそれがある。

一方、ＮＯx触媒４のＮＯx吸蔵能力を回復させるために該ＮＯx触媒４に還元剤が添加されるが、この還元剤の添加を開始する時期を決定するために、該ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯx量を推定することがある。このときに推定される値は、ばらつきの範囲内で大きめな値に設定される。このようにすることにより、例え推定ＮＯx吸蔵量にばらつきがあったとしても、ＮＯx触媒４に吸蔵されたＮＯxが飽和する前に吸蔵されているＮＯxの還元を行うことが可能となり、該ＮＯx触媒４よりも下流へのＮＯxの流出を抑制することができる。なお、本発明における還元用ＮＯx量設定手段は、本実施例においては、ＮＯx触媒４のＮＯx吸蔵能力を回復させるために該ＮＯx触媒４に還元剤を添加する際に推定ＮＯx吸蔵量を推定値のばらつきの範囲内で大きめな値に設定するＥＣＵ１０により構成される。

しかし、ばらつきの範囲内で大きめな値に設定されたＮＯx量を推定ＮＯx吸蔵量として設定し、この値に基づいてＮＯx触媒４の劣化判定を行うと、推定ＮＯx吸蔵量と実ＮＯx吸蔵量との差が大きくなりしかも実ＮＯx吸蔵量が小さくなることにより、ＮＯx触媒４に劣化が生じていないにも関わらず劣化が生じていると判定されるおそれがある。

その点、本実施例では、ＮＯx触媒４の劣化判定を行う場合においては推定ＮＯx吸蔵量を推定値のばらつきの範囲内で可及的に小さい値に設定する。このようにして設定した推定ＮＯx吸蔵量を以下、「劣化判定用推定ＮＯx吸蔵量」という。なお、推定ＮＯx吸蔵量のばらつきの範囲は実験等により得ることができる。また、推定ＮＯx吸蔵量が例えば５から１０パーセントばらつくとしてこの範囲内で最小値となるように劣化判定用推定ＮＯx吸蔵量を設定するようにしてもよい。

すなわち、本発明における劣化判定用ＮＯx量設定手段は、本実施例においては、ＮＯx触媒４の劣化判定を行う場合において推定ＮＯx吸蔵量を推定値のばらつきの範囲内で可及的に小さい値に設定するＥＣＵ１０により構成される。

このようにして設定された劣化判定用推定ＮＯx吸蔵量に基づいて劣化判定を行うと、該劣化判定用推定ＮＯx吸蔵量のＮＯxを還元するために必要となる還元剤量は、ばらつきの範囲内で可及的に小さい値となる。ここで、推定ＮＯx吸蔵量よりも実際に使用された還元剤量が所定値以上少ない場合にＮＯx触媒４が劣化していると判定されるが、本実施例によれば、劣化判定用推定ＮＯx吸蔵量に基づいて劣化判定が行われるので推定ＮＯx吸蔵量のばらつきの影響で誤判定がなされることを抑制できる。なお、本発明における劣化判定手段は、本実施例においては、劣化判定用推定ＮＯx吸蔵量に基づいてＮＯx触媒４の劣化判定を行うＥＣＵ１０により構成される。

なお、推定ＮＯx吸蔵量をばらつきの範囲内で可及的に小さい値に設定することに代えて、ＮＯx触媒４の劣化の基準となる値を変更してもよい。すなわち、推定ＮＯx吸蔵量と実ＮＯx吸蔵量との差が所定値以上となった場合にＮＯx触媒４が劣化していると判定されるが、この所定値を大きくするように変更をしても良い。

さらに、推定ＮＯx吸蔵量をばらつきの範囲内で可及的に小さい値に設定することに代えて、前記推定ＮＯx吸蔵量のばらつきを考慮して実ＮＯx吸蔵量を変更するようにしても良い。

以上説明したように本実施例によれば、推定ＮＯx吸蔵量をばらつきの範囲内で可及的
に小さい値に設定することにより、ＮＯx触媒４が劣化していないにも関わらず劣化していると判定されることを抑制できる。

本実施例では、前記劣化判定用推定ＮＯx吸蔵量に基づいてＮＯx触媒４の劣化判定をするための還元剤添加の最中に、還元剤添加弁９から添加された還元剤量が該劣化判定用推定ＮＯx吸蔵量のＮＯxを還元するために必要となる還元剤量に到達した場合には、その時点でＮＯx触媒４に劣化は生じていないとして還元剤添加を終了させる。その他の構成については実施例１と共通なので説明を省略する。なお、本実施例においては第１空燃比センサ５の検出値を用いずにＮＯx触媒４の劣化判定を行う。

図４は、本実施例による還元剤添加時の空燃比の推移を示した図であり、特に、還元剤添加によりＮＯx触媒４よりも下流の排気の空燃比がストイキ以下となる部分を示した図である。

ここで、実施例１で説明したＮＯx触媒４の劣化判定では、第２空燃比センサ７の出力信号がストイキよりもリッチ空燃比で安定するまで還元剤添加弁９からの還元剤添加を行っている。これを図４にあてはめると、ハッチングで示した面積（１）および面積（２）の合計に基づいてＮＯx触媒４の劣化判定が行われる。

しかし、劣化判定用推定ＮＯx吸蔵量はばらつきの範囲内で可及的に小さい値に設定されているため、この劣化判定用推定ＮＯx吸蔵量のＮＯxの還元に必要となる還元剤量は、実ＮＯx吸蔵量のＮＯxの還元に必要となる還元剤量よりも少ない場合が多い。そして、実ＮＯx吸蔵量のＮＯxの還元に必要となる還元剤量が添加される前に劣化判定用推定ＮＯx吸蔵量のＮＯxの還元に必要となる還元剤量が添加された場合には、その時点でＥＣＵ１０はＮＯx触媒４に劣化は生じていないと判定することができる。そして、ＮＯx触媒４の劣化判定のみを目的として還元剤の添加が行われている場合には、これ以降還元剤を添加する必要がない。そして、還元剤添加を途中で終了させることにより、燃費の向上や還元剤がＮＯx触媒４から流出することを抑制することが可能となる。

ここで、図４において、時間がｔ０のときには、最終的にストイキからどれだけリッチ空燃比となるか、すなわち到達空燃比が明らかでないため、還元剤の添加量を算出することができず還元されたＮＯx量を算出することもできない。次に、時間がｔ１のとき、すなわち排気の空燃比が中間到達空燃比のときには、添加された還元剤量および還元されたＮＯx量は面積（１）から得ることができる。このようにして得られたＮＯx量が劣化判定用推定ＮＯx吸蔵量に達した場合にはＮＯx触媒４に劣化が生じていないと判定することができる。さらに、時間がｔ２のとき、すなわち排気の空燃比が到達空燃比に達したときには、添加された還元剤量および還元されたＮＯx量は面積（１）および（２）の合計から得ることができ、このときに還元されたＮＯx量は実ＮＯx吸蔵量に相当する。

次に、本実施例による触媒劣化判定のフローについて説明する。

図５は、本実施例による触媒劣化判定のフローを示したフローチャート図である。

なお、本フローにおいては、ＥＣＵ１０の負荷を軽減するために、および内燃機関１の吸入空気量の変動による誤差を抑制するために排気の空燃比がストイキ近傍となっているときに仮の還元剤量を計算しておき、排気の空燃比がストイキよりもリッチとなった後には、計算された仮の還元剤量を補正する処理を行うようにしている。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０は触媒リッチ制御が開始されたか否か判定する。こ
の触媒リッチ制御では、還元剤添加弁９からの還元剤添加によるリッチスパイク制御が実施される。

ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１３へ進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１０は、供給燃料量Ｇｆａｌｌを算出する。この供給燃料量Ｇｆａｌｌは、ＥＣＵ１０が気筒内へ供給させようとする燃料噴射量（以下、指示燃料噴射量という。）にＥＣＵ１０が還元剤添加弁９から噴射させようとする燃料量（以下、指示燃料添加量という。）を加えて得られる。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１０は、ＮＯx触媒４に流入する排気の空燃比をストイキとするために必要となる燃料量Ｇｆｓｔを算出する。この燃料量Ｇｆｓｔは、吸入空気量をストイキ空燃比で除して得られる。ここで、吸入空気量はエアフローメータ（図示省略）により得ることができる。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１０は、ＮＯx触媒４に供給されている排気の空燃比（以下、供給空燃比という。）を算出する。この供給空燃比は前記吸入空気量を前記供給燃料量Ｇｆａｌｌで除して得られる。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１０は、ＮＯx触媒４よりも下流の空燃比がストイキよりも小さいか否か判定する。ＮＯx触媒４よりも下流の空燃比は第２空燃比センサ７により検出される。

ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１１へ進む。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１０は、補正係数Ｋを算出する。この補正係数Ｋは、次式により算出する。

補正係数Ｋ＝（ストイキ空燃比−触媒下流の空燃比）／（ストイキ空燃比−供給空燃比）
ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１０は、補正還元剤量Ｇｒｄ’を算出する。補正還元剤量Ｇｒｄ’は後述する還元剤量Ｇｒｄに補正係数Ｋを乗じて得られる。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ１０は、補正還元剤量Ｇｒｄ’がＮＯx触媒４の劣化判定の基準となる値（触媒劣化判定値）よりも大きいか否か判定する。この触媒劣化判定値は、ＮＯx触媒４が劣化しているとされる範囲内で該ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯxを還元するために必要とされる還元剤量の上限値であり、予め実験等により求めたマップより算出することができる。なお、本発明における必要還元剤量算出手段は、本実施例においては、触媒劣化判定値を算出するＥＣＵ１０により構成される。

ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０９では、ＥＣＵ１０は、ＮＯx触媒４は劣化しておらず正常であるとする。

ステップＳ１１０では、ＥＣＵ１０は、触媒リッチ制御を終了させる。

ステップＳ１１１では、ＥＣＵ１０は、瞬時還元剤量Ｇｒｄｄを算出する。この瞬時還元剤量Ｇｒｄｄは、供給燃料量Ｇｆａｌｌからストイキとするために必要となる燃料量Ｇｆｓｔを減じた値が０よりも大きければこの値を、０以下であれば０が代入される。

ステップＳ１１２では、ＥＣＵ１０は、還元剤量Ｇｒｄを算出する。還元剤量Ｇｒｄは、前回算出された還元剤量Ｇｒｄに瞬時還元剤量Ｇｒｄｄを加えて得られる。この還元剤量Ｇｒｄは、前記仮の還元剤量となる。

ステップＳ１１３では、ＥＣＵ１０は、還元剤量Ｇｒｄに０を代入する。

このようにして、ＮＯx触媒４の劣化判定を行うことが可能となる。

以上説明したように、本実施例によれば、劣化判定用推定ＮＯx吸蔵量のＮＯxを還元するために必要となる量の還元剤を添加するだけでＮＯx触媒４の劣化を判定することができるので、燃費の悪化を抑制することができる。また、還元剤が多く添加されることによる排気性能の悪化を抑制することができる。

実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。 リッチスパイク時に第１空燃比センサおよび第２空燃比センサにより検出される排気の空燃比の時間推移を示したタイムチャート図である。 実際にＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯx量と推定されるＮＯx吸蔵量との関係を示した図である。 実施例２による還元剤添加時の空燃比の推移を示した図である。 実施例２による触媒劣化判定のフローを示したフローチャート図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 上流側触媒
４ 吸蔵還元型ＮＯx触媒
５ 第１空燃比センサ
６ 排気温度センサ
７ 第２空燃比センサ
９ 還元剤添加弁
１０ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気中へ還元剤を添加する還元剤添加手段と、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも下流の排気通路を流通する排気の空燃比を検出する空
   燃比検出手段と、
   前記還元剤添加手段により還元剤が添加されるときに前記空燃比検出手段により検出される空燃比の変化から前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されていたＮＯx量を算出する実ＮＯx吸蔵量算出手段と、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されていると推定されるＮＯx量を設定する還元用ＮＯx量設定手段と、
   前記還元用ＮＯx量設定手段により設定されるＮＯx量が所定量以上となったときに前記還元剤添加手段により還元剤を添加して該吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を回復させるＮＯx吸蔵能力回復手段と、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されていると推定されるＮＯx量を前記還元用ＮＯx量
   設定手段により設定されるＮＯx量よりも少ない量として設定する劣化判定用ＮＯx量設定手段と、
   前記劣化判定用ＮＯx量設定手段により設定されたＮＯx量と前記実ＮＯx吸蔵量算出手
   段により算出されたＮＯx量との差に基づいて前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力
   の劣化を判定する劣化判定手段と、
   前記劣化判定用ＮＯx量設定手段により設定される量のＮＯxを還元するために必要となる還元剤量を算出する必要還元剤量算出手段と、
   を備え、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化判定を行うための還元剤を前記還元剤添加手段により
   添加して前記空燃比検出手段により検出される排気の空燃比がストイキよりもリッチ空燃比となった場合であって、排気の空燃比の変化率が所定値以下となる前に前記還元剤添加手段により添加された還元剤量が前記必要還元剤量算出手段により算出された還元剤量に達した場合には、前記劣化判定手段は前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に劣化は生じていないと
   判定し且つ前記還元剤添加手段による還元剤の添加を停止させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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