JP4522925B2 - ＮＯｘ浄化装置の状態判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路を流れる排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置の状態を判定するＮＯｘ浄化装置の状態判定装置に関する。

従来、ＮＯｘ浄化装置の状態判定装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この状態判定装置は、ＮＯｘ浄化装置としての、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ浄化触媒の劣化を判定するものであり、ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた上流側酸素濃度センサと、ＮＯｘ浄化触媒の下流側に設けられた下流側酸素濃度センサとを備えている。

この状態判定装置では、リッチスパイク制御の実行中、特許文献１の図２に示すように、上流側酸素濃度センサの出力ＶＯ２＿Ｆおよび下流側酸素濃度センサの出力ＶＯ２＿Ｒに基づいて、ＮＯｘ浄化触媒の劣化が判定される。具体的には、リッチ雰囲気の排ガスがＮＯｘ浄化触媒に供給されており、かつＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガスの酸素濃度が理論空燃比付近に相当する値を示している間、２つの酸素濃度センサの出力の偏差ＶＯ２＿Ｆ−ＶＯ２＿Ｒの積分値ＫＯＢＤＯ２を算出する。そして、下流側酸素濃度センサの出力ＶＯ２＿Ｒが所定値ＶＯ２＿ＳＲ＃２よりも小さくなった時点、すなわちＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガスがリッチ雰囲気に変化した時点で、２つの酸素濃度センサの出力偏差の絶対値を所定値と比較することにより、２つの酸素濃度センサの故障判定を実行し、２つの酸素濃度センサが正常であると判定された場合には、積算値ＫＯＢＤＯ２と等しい値ＫＯＢＤＦ１を所定のしきい値ＫＯＢＤＦＳＬ＃と比較する。そして、値ＫＯＢＤＦ１が所定のしきい値ＫＯＢＤＦＳＬ＃以下のときには、ＮＯｘ浄化触媒が劣化していると判定され、それ以外のときには、正常であると判定される。

特開２００４−２５７３２４号公報

一般に、酸素濃度センサでは、同じ仕様のものであっても、製造誤差などに起因して、個体間での出力特性のばらつきがある程度大きくなることは避けられない。そのため、上記従来の状態判定装置のように、２つの酸素濃度センサの出力偏差の積分値ＫＯＢＤＯ２に基づいてＮＯｘ浄化触媒の劣化を判定する手法では、センサ個体間での出力特性のばらつきに起因して、２つの酸素濃度センサの出力偏差ＶＯ２＿Ｆ−ＶＯ２＿Ｒがばらつくことにより、その積分値ＫＯＢＤＯ２がばらついてしまう。これに加えて、上記従来の状態判定装置では、リッチスパイク制御の開始から、下流側酸素濃度センサの出力ＶＯ２＿Ｒが所定値ＶＯ２＿ＳＲ＃２よりも小さくなるまで、積分値ＫＯＢＤＯ２の算出が継続されるので、上述したセンサ個体間での出力特性のばらつきに起因して、ＶＯ２＿Ｒ＜ＶＯ２＿ＳＲ＃２が成立するまでの時間もばらつくことで、積分値ＫＯＢＤＯ２の算出時間がばらついてしまい、その結果、積分値ＫＯＢＤＯ２もばらついてしまう。以上のように、出力偏差ＶＯ２＿Ｆ−ＶＯ２＿Ｒのばらつきと、積分値ＫＯＢＤＯ２の算出時間のばらつきとが相乗的に作用することにより、劣化判定に用いる積分値ＫＯＢＤＯ２のばらつきが過大になり、その結果、ＮＯｘ浄化触媒の劣化判定の精度が低下してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ＮＯｘ浄化装置の状態を判定する場合において、その判定精度を向上させることができるＮＯｘ浄化装置の状態判定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関３の排気通路７を流れる排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置（ＮＯｘ浄化触媒８）の状態を判定するＮＯｘ浄化装置の状態判定装置１であって、ＮＯｘ浄化装置の上流側の排ガス中の酸素濃度に応じた検出信号を出力し、出力ＦＶＯ２は、その絶対値が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度を境として急変するとともに、排ガス中の酸素濃度が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度よりも低い領域では高い領域よりも絶対値が大きくなる特性を示す第１酸素濃度検出手段（上流側酸素濃度センサ２１）と、ＮＯｘ浄化装置の下流側の排ガス中の酸素濃度に応じた検出信号を出力し、出力ＲＶＯ２は、その絶対値が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度を境として急変するとともに、排ガス中の酸素濃度が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度よりも低い領域では高い領域よりも絶対値が大きくなる特性を示す第２酸素濃度検出手段（下流側酸素濃度センサ２２）と、内燃機関がリッチ運転されているか否かを判定するリッチ運転判定手段（ＥＣＵ２）と、排ガス中の酸素濃度が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度よりも低い領域において、第２酸素濃度検出手段の出力の絶対値が第１酸素濃度検出手段の出力の絶対値よりも大きくなるようにするために、第２酸素濃度検出手段の温度を、第１酸素濃度検出手段の温度よりも高くなるように制御する温度制御手段（ＥＣＵ２）と、リッチ運転判定手段により内燃機関がリッチ運転されていると判定された時点から、第２酸素濃度検出手段の出力の絶対値が第１酸素濃度検出手段の出力の絶対値以上になるまでの経過時間を計時する経過時間計時手段（ＥＣＵ２）と、計時された経過時間が所定値よりも小さいときに、ＮＯｘ浄化装置が劣化していると判定する劣化判定手段（ＥＣＵ２、ステップ２９，３２）と、を備えることを特徴とする。

このＮＯｘ浄化装置の状態判定装置によれば、ＮＯｘ浄化装置に流入する排ガス中の酸素濃度が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度よりも低い状態において、すなわち内燃機関がリッチ運転されている場合において、それが判定された時点から、第２酸素濃度検出手段の出力の絶対値が第１酸素濃度検出手段の出力の絶対値以上になるまでの経過時間に応じて、ＮＯｘ浄化装置の状態が判定される。これらの第１および第２酸素濃度検出手段は、ＮＯｘ浄化装置の上流側および下流側の排ガス中の酸素濃度に応じた検出信号を出力し、それぞれの出力は、その絶対値が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度を境として急変するとともに、排ガス中の酸素濃度が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度よりも低い領域では高い領域よりも絶対値が大きくなる特性を有している。これに加えて、温度制御手段により第１酸素濃度検出手段よりも温度が高くなるように制御された第２酸素濃度検出手段の出力は、その絶対値が、排ガス中の酸素濃度が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度よりも低い領域では第１酸素濃度検出手段の出力の絶対値よりも大きくなる特性を示すようになっているので、第２酸素濃度検出手段の出力の絶対値が第１酸素濃度検出手段の出力の絶対値以上になった場合、ＮＯｘ浄化装置の下流側の排ガスの酸素濃度が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度よりも低い状態になったと的確に判定できる。したがって、２つの酸素濃度検出手段の出力を比較しながら、リッチ運転判定手段により内燃機関がリッチ運転されていると判定された時点から、第２酸素濃度検出手段の出力の絶対値が第１酸素濃度検出手段の出力の絶対値以上になるまでの経過時間を計時し、その計時した経過時間を所定値と比較することにより、ＮＯｘ浄化装置の劣化を判定することができる。それにより、２つの酸素濃度センサの出力偏差のばらつきと、出力偏差の積分値の算出時間のばらつきとが相乗的に作用することにより、劣化判定に用いる積分値のばらつきが過大になってしまう従来の場合と比べて、ＮＯｘ浄化装置の劣化判定の精度を向上させることができる。
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のＮＯｘ浄化装置の状態判定装置において、内燃機関がリッチ運転されている場合に、第２酸素濃度検出手段の出力の絶対値が第１酸素濃度検出手段の出力の絶対値以上になったときに、リッチ運転を終了するよう、内燃機関を制御するリッチ運転終了制御手段（ＥＣＵ２）を、さらに備えることを特徴とする。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るＮＯｘ浄化装置の状態判定装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の状態判定装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の燃料噴射などを制御するとともに、ＮＯｘ浄化触媒８の劣化＆被毒判定処理を行う。

エンジン３は、図示しない車両に搭載されたディーゼルエンジンタイプのものであり、複数組（１組のみ図示）の気筒３ａおよびピストン３ｂを備えている。エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、燃料噴射弁４が気筒３ａ毎に燃焼室に臨むように取り付けられている。

この燃料噴射弁４は、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク（いずれも図示せず）に接続されている。高圧ポンプによって昇圧された燃料は、コモンレールを介して燃料噴射弁４に供給され、燃料噴射弁４から気筒３ａ内に噴射される。燃料噴射弁４の開弁時間および開弁タイミングは、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、燃料噴射制御が実行される。

エンジン３には、クランク角センサ２０が設けられている。このクランク角センサ２０は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１０゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。

エンジン３の吸気通路５には、スロットル弁機構６が設けられている。このスロットル弁機構６は、スロットル弁６ａおよびこれを開閉駆動するアクチュエータ６ｂなどを備えている。スロットル弁６ａは、吸気通路５の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化によりスロットル弁６ａを通過する空気の流量を変化させる。アクチュエータ６ｂは、ＥＣＵ２に電気的に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力によって制御されることにより、スロットル弁６ａの開度を変化させる。

また、スロットル弁６ａには、これを開弁方向および閉弁方向にそれぞれ付勢する２つのばね（いずれも図示せず）が取り付けられており、これら２つのばねの付勢力により、スロットル弁６ａは、ＥＣＵ２から制御入力がアクチュエータ６ｂに入力されていないときには、全開状態すなわち最大開度に保持される。

一方、エンジン３の排気通路７には、ＮＯｘ浄化装置としてのＮＯｘ浄化触媒８が設けられている。このＮＯｘ浄化触媒８は、リーン雰囲気の排ガスすなわち酸素濃度が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度よりも高い排ガスが流入したときには、排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、後述するリッチスパイク制御などにより、リッチ雰囲気の排ガスが流入したときには、捕捉したＮＯｘを還元する。

このＮＯｘ浄化触媒８の上流側および下流側にはそれぞれ、上流側酸素濃度センサ２１および下流側酸素濃度センサ２２が設けられている。この上流側酸素濃度センサ２１は、ジルコニアおよび白金電極などで構成され、ＮＯｘ浄化触媒８の上流側の排ガス中の酸素濃度に応じた検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、下流側酸素濃度センサ２２は、上流側酸素濃度センサ２１と同様に、ジルコニアおよび白金電極などで構成されており、ＮＯｘ浄化触媒８の下流側の排ガス中の酸素濃度に応じた検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、上流側酸素濃度センサ２１が第１酸素濃度検出手段に相当し、下流側酸素濃度センサ２２が第２酸素濃度検出手段に相当する。

図２は、上流側酸素濃度センサ２１の出力ＦＶＯ２および下流側酸素濃度センサ２２の出力ＲＶＯ２の特性曲線をそれぞれ示しており、同図のλは空気過剰率を表している。同図に示すように、２つの酸素濃度センサ２１，２２は、それぞれの出力ＦＶＯ２，ＲＶＯ２が、空気過剰率λ＝１のときすなわち排ガス中の酸素濃度が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度のときを境として急変するとともに、排ガス中の酸素濃度が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度よりも低い領域（すなわちリッチ雰囲気の領域）では、高い領域（すなわちリーン雰囲気の領域）よりも大きな値を示す特性を備えている。

また、ＥＣＵ２の制御により、下流側酸素濃度センサ２２の温度は、所定値（例えば２００℃）分、上流側酸素濃度センサ２１よりも高い値に保持され、それにより、図２に示すように、リッチ雰囲気の領域では、下流側酸素濃度センサ２２の出力ＲＶＯ２が、上流側酸素濃度センサ２１の出力ＦＶＯ２よりも高い値を示すように構成されている。これにより、２つの酸素濃度センサ２１，２２の出力ＦＶＯ２，ＲＶＯ２は、後述するリッチスパイク制御が実行された際、図３，４に示す動作例のように変化する。この図３に示す曲線は、ＮＯｘ浄化触媒８が劣化していないときのものであり、図４に示す曲線は、ＮＯｘ浄化触媒８が劣化したときのものである。

まず、リッチスパイク制御の開始（時刻ｔ１，ｔ１１）により、還元剤としての未燃燃料がＮＯｘ浄化触媒８に供給されると、ＮＯｘ浄化触媒８に捕捉されているＮＯｘおよび酸素がそれぞれ、還元作用および酸化作用により消費される。そして、時間の経過に伴い、ＮＯｘ浄化触媒８内のＮＯｘおよび酸素が消費され、ほとんどなくなってしまうと、ＮＯｘ浄化触媒８の下流側の排ガスがリッチ雰囲気に変化することで、下流側酸素濃度センサ２２の出力ＲＶＯ２が急激に立ち上がり、上流側酸素濃度センサ２１の出力ＦＶＯ２と交差する（時刻ｔ２，ｔ１２）。この場合、リッチスパイク制御の開始から２つの出力ＲＶＯ２，ＦＶＯ２が互いに交差するまでの時間は、ＮＯｘ浄化触媒８が劣化しているときの方（ｔ１１〜ｔ１２）が、劣化していないとき（ｔ１〜ｔ２）よりも短くなる。これは、ＮＯｘ浄化触媒８が劣化すると、劣化していないときと比べて、ＮＯｘ浄化触媒８内に捕捉されるＮＯｘ量および酸素量がいずれも低下することに起因するものである。以上の原理に基づき、後述するＮＯｘ浄化触媒８の劣化＆被毒判定処理では、ＮＯｘ浄化触媒８の劣化が判定される。

一方、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２３が電気的に接続されている。このアクセル開度センサ２３は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２３の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、各種の制御処理などを実行する。具体的には、燃料噴射制御およびスロットル弁開度制御などを実行するとともに、ＮＯｘ浄化触媒８の劣化＆被毒判定処理を行う。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２がリッチ運転判定手段、温度制御手段、経過時間計時手段、劣化判定手段およびリッチ運転終了制御手段に相当する。

以下、図５を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される燃料噴射制御処理およびスロットル弁開度制御処理について説明する。この処理は、燃料噴射量、燃料噴射タイミングおよびスロットル弁開度の目標値ＴＨＣＭＤを算出するものであり、ＴＤＣ信号の発生に同期する制御周期で実行される。

この処理では、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、被毒回復制御フラグＦ＿ＳＵＬＦが「１」であるか否かを判別する。この被毒回復制御フラグＦ＿ＳＵＬＦは、後述するように、サルファ被毒回復制御処理の実行条件が成立しているときには「１」に、不成立であるときには「０」にそれぞれ設定される。

ステップ１の判別結果がＮＯのときには、ステップ２に進み、リッチスパイク制御フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。このリッチスパイク制御フラグＦ＿ＲＩＣＨは、後述するように、リッチスパイク制御処理の実行条件が成立しているときには「１」に、不成立であるときには「０」にそれぞれ設定される。

ステップ２の判別結果がＮＯのときには、ステップ３に進み、通常燃料噴射制御処理を実行する。この通常燃料噴射制御処理では、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより要求トルクＰＭＣＭＤを算出し、次いで、これとエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより燃料噴射量を算出するとともに、この燃料噴射量に基づいて、燃料噴射タイミングが決定される。それにより、これらの燃料噴射量および燃料噴射タイミングに応じて、燃料が燃料噴射弁４を介して気筒３ａ内に噴射される。

次いで、ステップ４で、スロットル弁開度ＴＨの目標値ＴＨＣＭＤを、全開値ＴＨＷＯＴに設定した後、本処理を終了する。これにより、スロットル弁６ａが全開状態に制御される。

一方、ステップ２の判別結果がＹＥＳで、リッチスパイク制御処理の実行条件が成立しているときには、ステップ５で、リッチスパイク制御処理を実行する。このリッチスパイク制御処理では、前述したステップ３の通常燃料噴射制御処理と同様の手法により、燃料噴射量および燃料噴射タイミングが決定される。すなわち、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより要求トルクＰＭＣＭＤを算出し、これとエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより燃料噴射量を算出し、この燃料噴射量に基づいて、燃料噴射タイミングが決定される。それにより、これらの燃料噴射量および燃料噴射タイミングに応じて、燃料が燃料噴射弁４を介して気筒３ａ内に噴射される。

次いで、ステップ６で、スロットル弁開度ＴＨを所定のリッチスパイク用値ＴＨＲＩＣＨに設定した後、本処理を終了する。これにより、スロットル弁６ａが、リッチスパイク用値ＴＨＲＩＣＨに相当する、全開状態よりも小さい開度に制御され、それにより、排ガスがリッチ雰囲気になるように、混合気の空燃比が制御される。その結果、リッチ雰囲気の排ガスがＮＯｘ浄化触媒８に供給されることにより、ＮＯｘ浄化触媒８に吸着されたＮＯｘが還元される。

一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳで、サルファ被毒回復制御処理の実行条件が成立しているときには、ステップ７で、サルファ被毒回復制御処理を実行する。このサルファ被毒回復制御処理では、その初期には、ＮＯｘ浄化触媒８を所定の高温状態まで昇温させるために、燃料を膨張行程でも噴射し、次いで、所定時間が経過するまで、リッチ雰囲気の排ガスをＮＯｘ浄化触媒８に供給するように、燃料噴射を実行する。そして、所定時間が経過した時点で、サルファ被毒回復制御処理を終了する。その際、サルファ被毒回復制御処理を実行済みであることを表すために、被毒回復実行済みフラグＦ＿ＳＵＬＦＤＯＮＥが「１」に設定されるとともに、サルファ被毒回復制御処理を終了したことを表すために、前述した被毒回復制御フラグＦ＿ＳＵＬＦが「０」に設定される。

次いで、ステップ８で、スロットル弁開度ＴＨを所定の被毒回復用値ＴＨＳＵＬＦに設定した後、本処理を終了する。これにより、スロットル弁６ａが、被毒回復用値ＴＨＳＵＬＦに相当する、全開状態よりも小さい開度に制御される。以上のステップ７，８により、ＮＯｘ浄化触媒８は、所定の高温状態まで昇温された後、リッチ雰囲気の排ガスが所定時間、供給される。その結果、硫黄酸化物（ＳＯｘ）がＮＯｘ浄化触媒８に捕捉されている場合には、それが還元される。

以下、図６および図７を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される、ＮＯｘ浄化触媒８の劣化＆被毒判定処理について説明する。この処理はタイマ設定により所定周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。

この処理では、まず、ステップ２０で、前述した被毒回復制御フラグＦ＿ＳＵＬＦが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、ステップ２１に進み、前述したリッチスパイク制御フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。

この判別結果がＮＯのときには、ステップ２２で、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘを算出する。このＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘは、ＮＯｘ浄化触媒８により捕捉されているＮＯｘ量の推定値に相当するものであり、具体的には、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。

次いで、ステップ２３に進み、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが所定値ＳＲＥＦより大きいか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、この判別結果がＹＥＳのときには、ステップ２４に進み、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰがリッチスパイク制御処理を実行可能な領域にあるか否かを判別する。

この判別結果がＹＥＳのときには、リッチスパイク制御処理の実行条件が成立しているとして、ステップ２５に進み、それを表すためにリッチスパイク制御フラグＦ＿ＲＩＣＨを「１」に設定するとともに、リッチスパイク制御タイマの計時値ＴＭ＿ＲＩＣＨを値０に設定する。このリッチスパイク制御タイマは、リッチスパイク制御処理の実行時間を計時するものである。

このステップ２５で、リッチスパイク制御フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」に設定されると、次回以降の処理において、ステップ２１の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、ステップ２６に進み、リッチスパイク制御タイマの計時値ＴＭ＿ＲＩＣＨをインクリメントする。

以上のステップ２５または２６に続くステップ２７では、下流側酸素濃度センサ２２の出力ＲＶＯ２が上流側酸素濃度センサの出力ＦＶＯ２以上になったか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＲＶＯ２＜ＦＶＯ２であるときには、そのまま本処理を終了する。一方、この判別結果がＹＥＳで、ＮＯｘ浄化触媒８の下流側の排ガスがリッチ雰囲気になったときには、リッチスパイク制御を中止すべきであるとして、ステップ２８に進み、それを表すためにリッチスパイク制御フラグＦ＿ＲＩＣＨを「０」に設定する。

次いで、図７のステップ２９に進み、リッチスパイク制御タイマの計時値ＴＭ＿ＲＩＣＨが所定値ＴＭＲＥＦより小さいか否かを判別する。この所定値ＴＭＲＥＦは、ＮＯｘ浄化触媒８の劣化を適切に判定できるような値に設定されている。

この判別結果がＹＥＳのときには、ステップ３０に進み、前述した被毒回復実行済みフラグＦ＿ＳＵＬＦＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのとき、すなわち今回実行したリッチスパイク制御がサルファ被毒回復制御の実行後の第１回目のものでないときには、サルファ被毒回復制御の実行条件が成立しているとして、ステップ３１に進み、それを表すために被毒回復制御フラグＦ＿ＳＵＬＦを「１」に設定するとともに、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘを値０にリセットした後、本処理を終了する。これにより、前述したように、サルファ被毒回復制御処理が実行される。

一方、ステップ３０の判別結果がＹＥＳのとき、すなわちＴＭ＿ＲＩＣＨ＜ＴＭＲＥＦが成立した場合において、今回実行したリッチスパイク制御がサルファ被毒回復制御の実行後の第１回目のものであるときには、サルファ被毒回復制御を実行したにもかかわらず、リッチスパイク制御の開始時点から、ＮＯｘ浄化触媒８の下流側の排ガスがリッチ雰囲気になるまでの時間が短いことで、ＮＯｘ浄化触媒８が劣化しているとして、ステップ３２に進み、それを表すために触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「１」に設定する。これに加えて、ＮＯｘ浄化触媒８がサルファ被毒状態でなかったことを表すために触媒被毒フラグＦ＿ＣＡＴＳＵＬを「０」に設定し、被毒回復実行済みフラグＦ＿ＳＵＬＦＤＯＮＥを「０」に設定するとともに、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘを値０にリセットする。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ２９の判別結果がＮＯで、ＴＭ＿ＲＩＣＨ≧ＴＭＲＥＦであるときには、ステップ３３に進み、被毒回復実行済みフラグＦ＿ＳＵＬＦＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別する。

この判別結果がＹＥＳのとき、すなわちＴＭ＿ＲＩＣＨ≧ＴＭＲＥＦが成立した場合において、今回実行したリッチスパイク制御がサルファ被毒回復制御の実行後の第１回目のものであるときには、ＮＯｘ浄化触媒８は劣化しておらず、サルファ被毒状態にあったとして、ステップ３４に進み、それを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「０」に、触媒被毒フラグＦ＿ＣＡＴＳＵＬを「１」にそれぞれ設定する。これに加えて、被毒回復実行済みフラグＦ＿ＳＵＬＦＤＯＮＥを「０」に設定し、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘを値０にリセットする。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ３３の判別結果がＮＯのとき、すなわちＴＭ＿ＲＩＣＨ≧ＴＭＲＥＦが成立した場合において、今回実行したリッチスパイク制御がサルファ被毒回復制御の実行後の第１回目のものでないときには、ＮＯｘ浄化触媒８が劣化していないとして、ステップ３５に進み、それを表すために触媒劣化フラグＦ＿ＣＡＴＮＧを「０」に設定する。これに加えて、ＮＯｘ浄化触媒８がサルファ被毒状態になかったことを表すために触媒被毒フラグＦ＿ＣＡＴＳＵＬを「０」に設定するとともに、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘを値０にリセットする。その後、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態の状態判定装置１によれば、リッチスパイク制御の実行条件が成立しているときに、リッチスパイク制御が実行され、その実行中、ＲＶＯ２≧ＦＶＯ２が成立すると、リッチスパイク制御が終了される。そして、リッチスパイク制御の開始からＲＶＯ２≧ＦＶＯ２が成立するまでの時間を計時するリッチスパイク制御タイマの計時値ＴＭ＿ＲＩＣＨ＜ＴＭＲＥＦが成立した場合において、被毒回復実行済みフラグＦ＿ＳＵＬＦＤＯＮＥが「０」であるときには、サルファ被毒回復制御が実行される。一方、ＴＭ＿ＲＩＣＨ＜ＴＭＲＥＦが成立した場合において、Ｆ＿ＳＵＬＦＤＯＮＥ＝１のとき、すなわち今回実行したリッチスパイク制御がサルファ被毒回復制御の実行後の第１回目のものであるときには、サルファ被毒回復制御を実行したにもかかわらず、ＲＶＯ２≧ＦＶＯ２が成立するまでの時間が短いことで、ＮＯｘ浄化触媒８が劣化していると判定される。

また、ＴＭ＿ＲＩＣＨ≧ＴＭＲＥＦが成立した場合において、Ｆ＿ＳＵＬＦＤＯＮＥ＝１のとき、すなわち今回実行したリッチスパイク制御がサルファ被毒回復制御の実行後の第１回目のものであるときには、ＮＯｘ浄化触媒８が劣化しておらず、サルファ被毒状態にあったと判定される。一方、ＴＭ＿ＲＩＣＨ≧ＴＭＲＥＦが成立した場合において、Ｆ＿ＳＵＬＦＤＯＮＥ＝０のとき、すなわち今回実行したリッチスパイク制御がサルファ被毒回復制御の実行後の第１回目のものでないときには、ＮＯｘ浄化触媒８が劣化していないと判定される。

この下流側酸素濃度センサ２２の出力ＲＶＯ２は、排ガスがリッチ雰囲気であるときには、上流側酸素濃度センサ２１の出力ＦＶＯ２よりも高い値を示すので、ＲＶＯ２≧ＦＶＯ２が成立した時点で、ＮＯｘ浄化触媒８の下流側の排ガスがリッチ雰囲気になったと的確に判定することができる。そのため、リッチスパイク制御の開始からＲＶＯ２≧ＦＶＯ２が成立するまでの経過時間が短い場合には、ＮＯｘ浄化触媒８が劣化しているか、または、ＮＯｘ浄化触媒８がサルファ被毒状態にあると推定できる。したがって、リッチスパイク制御後、サルファ被毒回復制御を実行した場合において、その開始からＲＶＯ２≧ＦＶＯ２が成立するまでの経過時間が短いときには、ＮＯｘ浄化触媒８が劣化していると判定できる。一方、経過時間が長いときには、ＮＯｘ浄化触媒８が劣化しておらず、サルファ被毒状態にあったと判定することができる。

このように、２つの酸素濃度センサ２１，２２を用い、それらの出力においてＲＶＯ２≧ＦＶＯ２が成立するまでの経過時間を観測することにより、ＮＯｘ浄化触媒８の劣化を的確に判定することができるので、２つの酸素濃度センサの出力偏差のばらつきと、出力偏差の積分値の算出時間のばらつきとが相乗的に作用することにより、劣化判定に用いる積分値のばらつきが過大になってしまう従来の場合と比べて、ＮＯｘ浄化触媒８の劣化判定の精度を確実に向上させることができる。

これに加えて、リッチスパイク制御後、サルファ被毒回復制御を実行することにより、ＮＯｘ浄化触媒８の劣化と、ＮＯｘ浄化触媒８のサルファ被毒状態とを区別して判定することができるので、その分、ＮＯｘ浄化触媒８の劣化判定の精度をさらに向上させることができる。

なお、実施形態は、下流側酸素濃度センサ２２の温度を上流側酸素濃度センサ２１よりも高い状態に制御することにより、排ガスがリッチ雰囲気である場合、下流側酸素濃度センサ２２の出力ＲＶＯ２が上流側酸素濃度センサ２１の出力ＦＶＯ２よりも大きくなるように構成した例であるが、本発明の上流側酸素濃度検出手段および下流側酸素濃度検出手段の構成はこれに限らず、排ガスがリッチ雰囲気である場合、下流側酸素濃度検出手段の出力の絶対値が上流側酸素濃度検出手段の出力の絶対値よりも大きくなる構成であればよい。

例えば、下流側酸素濃度センサ２２として、触媒（例えば白金）がセンサ素子に担持されたものを用い、上流側酸素濃度センサ２１として、触媒がセンサ素子に担持されていないものを用いてもよい。このようにすれば、排ガス中の酸素濃度を検出する際、下流側酸素濃度センサ２２のセンサ素子表面において排ガス中の酸素が消費されることにより、排ガスがリッチ雰囲気である場合、下流側酸素濃度センサ２２の出力ＲＶＯ２は、上流側酸素濃度センサ２１の出力ＦＶＯ２よりも大きい値を示すことになるので、そのような２つの酸素濃度センサ２１，２２を用いながら、実施形態の状態判定装置１と同様の作用効果を得ることができる。

また、上流側および下流側酸素濃度センサ２１，２２として、排ガスがリッチ雰囲気である場合、２つの酸素濃度センサ２１，２２の出力ＦＶＯ２，ＲＶＯ２がいずれも負値を示すとともに、下流側酸素濃度センサ２２の出力ＲＶＯ２の絶対値が上流側酸素濃度センサ２１の出力ＦＶＯ２の絶対値よりも大きい値を示すようなものを用いてもよい。

本発明の一実施形態に係る状態判定装置およびこれを適用したＮＯｘ浄化触媒を備えた内燃機関の概略構成を示す模式図である。 上流側酸素濃度センサの出力特性および下流側酸素濃度センサの出力特性をそれぞれ示す図である。 ＮＯｘ浄化触媒が劣化していない場合においてリッチスパイク制御を実行したときの上流側酸素濃度センサの出力および下流側酸素濃度センサの出力の動作例を示すタイミングチャートである。 ＮＯｘ浄化触媒が劣化した場合においてリッチスパイク制御を実行したときの上流側酸素濃度センサの出力および下流側酸素濃度センサの出力の動作例を示すタイミングチャートである。 燃料噴射制御処理およびスロットル弁開度制御処理を示すフローチャートである。 ＮＯｘ浄化触媒の劣化＆被毒判定処理を示すフローチャートである。 図６の続きを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 状態判定装置
２ ＥＣＵ（リッチ運転判定手段、温度制御手段、経過時間計時手段、
劣化判定手段およびリッチ運転終了制御手段）
３ 内燃機関
７ 排気通路
８ ＮＯｘ浄化触媒（ＮＯｘ浄化装置）
２１ 上流側酸素濃度センサ（第１酸素濃度検出手段）
２２ 下流側酸素濃度センサ（第２酸素濃度検出手段）
ＦＶＯ２ 上流側酸素濃度センサの出力（第１酸素濃度検出手段の出力）
ＲＶＯ２ 下流側酸素濃度センサの出力（第２酸素濃度検出手段の出力）

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路を流れる排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置の状態を判定するＮＯｘ浄化装置の状態判定装置であって、
   前記ＮＯｘ浄化装置の上流側の排ガス中の酸素濃度に応じた検出信号を出力し、当該出力は、その絶対値が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度を境として急変するとともに、排ガス中の酸素濃度が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度よりも低い領域では高い領域よりも前記絶対値が大きくなる特性を示す第１酸素濃度検出手段と、
   前記ＮＯｘ浄化装置の下流側の排ガス中の酸素濃度に応じた検出信号を出力し、当該出力は、その絶対値が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度を境として急変するとともに、排ガス中の酸素濃度が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度よりも低い領域では高い領域よりも前記絶対値が大きくなる特性を示す第２酸素濃度検出手段と、
   前記内燃機関がリッチ運転されているか否かを判定するリッチ運転判定手段と、
   排ガス中の酸素濃度が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度よりも低い領域において、前記第２酸素濃度検出手段の出力の絶対値が前記第１酸素濃度検出手段の出力の絶対値よりも大きくなるようにするために、前記第２酸素濃度検出手段の温度を、前記第１酸素濃度検出手段の温度よりも高くなるように制御する温度制御手段と、
   前記リッチ運転判定手段により前記内燃機関がリッチ運転されていると判定された時点から、前記第２酸素濃度検出手段の出力の絶対値が前記第１酸素濃度検出手段の出力の絶対値以上になるまでの経過時間を計時する経過時間計時手段と、
   前記計時された経過時間が所定値よりも小さいときに、前記ＮＯｘ浄化装置が劣化していると判定する劣化判定手段と、
   を備えることを特徴とするＮＯｘ浄化装置の状態判定装置。
2. 前記内燃機関がリッチ運転されている場合に、前記第２酸素濃度検出手段の出力の絶対値が前記第１酸素濃度検出手段の出力の絶対値以上になったときに、前記リッチ運転を終了するよう、前記内燃機関を制御するリッチ運転終了制御手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＮＯｘ浄化装置の状態判定装置。

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