JPH10299460A - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気ガス浄化装置

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JPH10299460A
JPH10299460A JP9121571A JP12157197A JPH10299460A JP H10299460 A JPH10299460 A JP H10299460A JP 9121571 A JP9121571 A JP 9121571A JP 12157197 A JP12157197 A JP 12157197A JP H10299460 A JPH10299460 A JP H10299460A
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年克 鷹嘴
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    • F02D41/1456Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen

Abstract

(57)【要約】 【課題】 NOx吸収剤の劣化を精度よく判定すること
ができる排気ガス浄化装置を提供する。 【解決手段】 排気ガス浄化手段16のNOx吸収剤か
らNOxを放出させて還元するための空燃比リッチ化開
始後(S53)、LAFセンサ14が出力値がリッチ空
燃比を示す値に変化した時点(S56)から、酸素濃度
センサ15の出力値がリッチ空燃比を示す値となる時点
(S60)までの時間TMONが、タイマtmMONに
より計測される。タイマtmMONの値(=TMON)
が所定判定時間TNOXREFより小さいとき、排気ガ
ス浄化手段16の窒素酸化物吸収剤が劣化していると判
定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
ス浄化装置に関し、特に排気系に窒素酸化物の吸収剤を
内蔵する排気ガス浄化手段を備えた内燃機関の排気ガス
浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関に供給する混合気の空燃比を理
論空燃比よりリーン側に設定する(いわゆるリーンバー
ン制御を実行する)と、窒素酸化物(以下「NOx」と
いう)の排出量が増加する傾向があるため、機関の排気
系にNOxを吸収するNOx吸収剤を内蔵する排気ガス
浄化手段を設け、排気ガスの浄化を行う技術が従来より
知られている。このNOx吸収剤は、空燃比が理論空燃
比よりリーン側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比
較的高い(NOxが多い)状態(以下「排気ガスリーン
状態」という)においては、NOxを吸収する一方、逆
に空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気ガ
ス中の酸素濃度が低く、HC、CO成分が多い状態(以
下「排気ガスリッチ状態」という)においては、吸収し
たNOxを放出する特性を有する。このNOx吸収剤を
内蔵する排気ガス浄化手段は、排気ガスリッチ状態にお
いては、NOx吸収剤から放出されるNOxはHC、C
Oにより還元されて、窒素ガスとして排出され、またH
C、COは酸化されて水蒸気及び二酸化炭素として排出
されるように構成されている。
【0003】上記NOx吸収剤が、吸収できるNOx量
には当然限界があり、この限界値は、NOx吸収剤が劣
化すると小さくなる傾向を示す。そのため、排気ガス浄
化手段の下流側に空燃比センサを配置し、NOx吸収剤
に吸収されたNOxを放出させるための空燃比リッチ化
を実行し、該空燃比リッチ化開始時点から、前記空燃比
センサの出力がリッチ空燃比を示す値に変化する時点ま
での時間により、NOx吸収剤の劣化度合を判定する手
法が、従来より知られている(特開平8−232644
号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の手法では、機関に供給する混合気の空燃比をリッチ
化した時点を基準として排気ガス浄化手段の下流側空燃
比センサの出力が変化するまでの時間を計測するため、
リッチ化された混合気が燃焼して排気系に排出されるま
での遅れ時間によって計測時間が変動し、劣化判定を精
度よく行うことができないという問題があった。
【0005】本発明はこの点に着目してなされたもので
あり、NOx吸収剤の劣化を精度よく判定することがで
きる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項1に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けら
れ、排気ガスリーン状態において排気ガス中の窒素酸化
物を吸収する窒素酸化物吸収剤を内蔵する排気ガス浄化
手段と、該排気ガス浄化装置の上流側及び下流側に設け
られ、排気ガス中の酸素濃度を検出する第1及び第2の
酸素濃度センサと、前記機関に供給する混合気の空燃比
をリッチ化することにより前記窒素酸化物吸収剤に吸収
された窒素酸化物を還元する還元手段とを備えた排気ガ
ス浄化装置において、前記還元手段によるリッチ化開始
後、前記第1の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比
を示す値に変化した時点から、前記第2の酸素濃度セン
サの出力値がリッチ空燃比を示す値となる時点までの時
間が、所定判定時間より短いとき、前記排気ガス浄化装
置の窒素酸化物吸収剤が劣化していると判定する劣化判
定手段を備えることを特徴とする。
【0007】この構成によれば、還元手段によるリッチ
化開始後、第1の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃
比を示す値に変化した時点から、第2の酸素濃度センサ
の出力値がリッチ空燃比を示す値となる時点までの時間
が、所定判定時間より短いとき、排気ガス浄化装置の窒
素酸化物吸収剤が劣化していると判定される。
【0008】ここで、「所定判定時間」は、還元手段に
よるリッチ化の度合に応じて、例えば新品のNOx吸収
剤の吸収能力の50%程度に対応する値に設定される。
【0009】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記還元手段
は、前記混合気を理論空燃比よりリーン化するリーン空
燃比制御が所定リーン制御時間継続したとき作動する。
【0010】この構成によれば、機関に供給する混合気
を理論空燃比よりリーン化するリーン空燃比制御が所定
リーン制御時間継続したときに、還元手段による空燃比
のリッチ化が行われる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。
【0012】図1は、本発明の実施の一形態に係る内燃
機関(以下「エンジン」という)及びその空燃比制御装
置の全体構成図であり、例えば4気筒のエンジン1の吸
気管2の途中にはスロットル弁3が配されている。スロ
ットル弁3にはスロットル弁開度(θTH)センサ4が
連結されており、当該スロットル弁3の開度に応じた電
気信号を出力してエンジン制御用電子コントロールユニ
ット(以下「ECU」という)5に供給する。
【0013】燃料噴射弁6はエンジン1とスロットル弁
3との間かつ吸気管2の図示しない吸気弁の少し上流側
に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃
料ポンプに接続されていると共にECU5に電気的に接
続されて当該ECU5からの信号により燃料噴射弁6の
開弁時間が制御される。
【0014】一方、スロットル弁3の直ぐ下流には吸気
管内絶対圧(PBA)センサ7が設けられており、この
絶対圧センサ7により電気信号に変換された絶対圧信号
は前記ECU5に供給される。また、その下流には吸気
温(TA)センサ8が取付けられており、吸気温TAを
検出して対応する電気信号を出力してECU5に供給す
る。
【0015】エンジン1の本体に装着されたエンジン水
温(TW)センサ9はサーミスタ等から成り、エンジン
水温(冷却水温)TWを検出して対応する温度信号を出
力してECU5に供給する。
【0016】エンジン1の図示しないカム軸周囲又はク
ランク軸周囲には、エンジン回転数(NE)センサ10
及び気筒判別(CYL)センサ11が取り付けられてい
る。エンジン回転数センサ10は、エンジン1の各気筒
の吸入行程開始時の上死点(TDC)に関し所定クラン
ク角度前のクランク角度位置で(4気筒エンジンではク
ランク角180゜毎に)TDC信号パルスを出力し、気
筒判別センサ11は、特定の気筒の所定クランク角度位
置で気筒判別信号パルスを出力するものであり、これら
の各信号パルスはECU5に供給される。
【0017】排気管12には排気ガスを浄化する排気ガ
ス浄化手段16が設けられ、排気ガス浄化手段16は、
NOxを吸収するNOx吸収剤及び酸化、還元作用を有
する触媒を内蔵する。NOx吸収剤は、エンジン1に供
給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設
定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い(NOxが
多い)状態(排気ガスリーン状態)においては、NOx
を吸収する一方、逆にエンジン1に供給される空燃比が
理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気ガス中の酸素
濃度が低く、HC、CO成分が多い状態(排気ガスリッ
チ状態)においては、吸収したNOxを放出する特性を
有する。排気ガス浄化手段16は、排気ガスリーン状態
においては、NOx吸収剤にNOxを吸収させる一方、
排気ガスリッチ状態においては、NOx吸収剤から放出
されるNOxがHC、COにより還元されて、窒素ガス
として排出され、またHC、COは酸化されて水蒸気及
び二酸化炭素として排出されるように構成されている。
NOx吸収剤としては、例えば酸化バリウム(Ba0)
が使用され、触媒としては例えば白金(Pt)が使用さ
れる。このNOx吸収剤は、一般にその温度が高くなる
ほど、吸収したNOxを放出しやすくなる特性を有す
る。なお、NOx吸収剤は、排気ガスリーン状態におい
ても、酸素濃度が低下し、NOxの生成量が減少する
と、NOxの放出を行う。
【0018】従来技術のところで説明したように、NO
x吸収剤のNOx吸収能力の限界、すなわち最大NOx
吸収量まで、NOxを吸収すると、それ以上NOxを吸
収できなくなるので、NOxを放出させて還元するため
に空燃比の還元リッチ化を実行する。この還元リッチ化
は、リッチ化の度合が小さすぎると、放出されたNOx
の還元が不十分となる一方、リッチ化の度合が大きすぎ
ると、HC、COの排出量が増大するので、還元リッチ
化のリッチ化の度合を適切に制御することにより、良好
な排気ガス特性を維持することが可能となる。
【0019】排気ガス浄化手段16の上流位置には、第
1の酸素濃度センサとしての比例型空燃比センサ14
(以下「LAFセンサ14」という)が装着されてお
り、このLAFセンサ14は排気ガス中の酸素濃度(空
燃比)にほぼ比例した電気信号を出力し、ECU5に供
給する。なお、本実施形態では、空燃比がリッチ化する
とLAFセンサ14の出力VLAFが増加する設定とし
ている。また、排気ガス浄化手段16の下流位置には、
酸素濃度センサ(第2の酸素濃度センサ)15(以下
「O2センサ15」という)が装着されており、その検
出信号はECU5に供給される。このO2センサ15
は、その出力VO2が理論空燃比の前後において急激に
変化する特性を有し、その出力VO2は理論空燃比より
リッチ側で高レベルとなり、リーン側で低レベルとな
る。
【0020】エンジン1は、吸気弁及び排気弁のバルブ
タイミングを、エンジンの高速回転領域に適した高速バ
ルブタイミングと、低速回転領域に適した低速バルブタ
イミングとの2段階に切換可能なバルブタイミング切換
機構30を有する。このバルブタイミングの切換は、弁
リフト量の切換も含み、さらに低速バルブタイミング選
択時は2つに吸気弁のうちの一方を休止させて、空燃比
を理論空燃比よりリーン化する場合においても安定した
燃焼を確保するようにしている。
【0021】バルブタイミング切換機構30は、バルブ
タイミングの切換を油圧を介して行うものであり、この
油圧切換を行う電磁弁及び油圧センサがECU5接続さ
れている。油圧センサの検出信号はECU5に供給さ
れ、ECU5は電磁弁を制御してエンジン1の運転状態
に応じたバルブタイミングの切換制御を行う。
【0022】ECU5は、各種センサからの入力信号波
形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナロ
グ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する
入力回路5a、中央演算処理回路(以下「CPU」とい
う)5b、CPU5bで実行される各種演算プログラム
及び演算結果等を記憶する記憶手段5c、前記燃料噴射
弁6に駆動信号を供給する出力回路5d等から構成され
る。
【0023】CPU5bは、上述の各種エンジンパラメ
ータ信号に基づいて、後述するように、空燃比フィード
バック制御領域や空燃比フィードバック制御を行わない
複数の特定運転領域の種々のエンジン運転状態を判別す
るとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、
次式(1)に基づき、前記TDC信号パルスに同期する
燃料噴射弁6の燃料噴射時間TOUTを演算する。
【0024】 TOUT=TI×KCMDM×KLAF×K1+K2…(1) ここに、TIは燃料噴射弁5の基本燃料噴射時間であ
り、エンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応
じて決定される。
【0025】KCMDMは最終目標空燃比係数であり、
後述するようにエンジン回転数NE、吸気管内絶対圧P
BA、エンジン水温TW等のエンジン運転パラメータに
応じて設定される目標空燃比係数KCMDに対して燃料
冷却補正を行って算出される。目標空燃比係数KCMD
は、空燃比A/Fの逆数、すなわち燃空比F/Aに比例
し、理論空燃比のとき値1.0をとるので、目標当量比
ともいう。
【0026】KLAFは、LAFセンサ14の検出値か
ら算出される検出当量比KACTが目標当量比KCMD
に一致するようにPID制御により算出される空燃比補
正係数である。
【0027】K1及びK2は夫々各種エンジンパラメー
タ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数
であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン
加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決
定される。
【0028】CPU5bは上述のようにして求めた燃料
噴射時間TOUTに基づいて燃料噴射弁6を開弁させる
駆動信号を出力回路5dを介して燃料噴射弁6に供給す
る。
【0029】本実施形態では、ECU5及び燃料噴射弁
6により還元手段が構成され、さらにECU5により、
劣化判定手段が構成される。
【0030】図2は、目標当量比KCMDを算出し、検
出当量比KACTが目標当量比KCMDに一致するよう
にPID制御により空燃比補正係数KLAFを算出する
処理のフローチャートである。この処理は、例えばTD
C信号パルスの発生に同期して実行される。
【0031】先ずステップS1では、目標当量比KCM
Dを算出する。目標当量比KCMDは、基本的には、エ
ンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて算
出し、エンジン水温TWの低温状態や所定の高負荷運転
状態では、それらの運転状態に応じた値に変更される。
【0032】ステップS2では、下記式により目標当量
比KCMDの燃料冷却補正を行い、最終目標空燃比係数
KCMDMを算出する。
【0033】KCMDM=KCMD×KETC KETCは、燃料冷却補正係数であり、KCMD値が増
加するほど増加するように設定される。燃料冷却補正
は、KCMD値が増加し、燃料噴射量が増加するほど噴
射による燃料冷却効果が大きくなることを考慮して行う
ものである。
【0034】ステップS3では、後述する図3及び4の
還元リッチ化制御処理を実行し、ステップS4では、L
AFセンサ14の検出値を当量比に換算して、検出当量
比KACTを算出する。続くステップS5では、検出当
量比KACTと目標当量比KCMDの偏差に基づくPI
D制御により、検出当量比KACTが目標当量比KCM
Dに一致するように空燃比補正係数KLAFを算出す
る。
【0035】図3及び4は、図2のステップS3で実行
される還元リッチ化制御処理のフローチャートである。
【0036】図3のステップS11では、エンジン1が
LAFセンサ14の検出値に応じたフィードバック制御
を実行する運転状態にあることを「1」で示すフィード
バック制御フラグFLAFFBが「1」か否かを判別
し、FLAFFB=1であってフィードバック制御を実
行する運転状態にあるときは、空燃比を理論空燃比より
リーン側に設定するリーンバーン制御を実行する運転状
態であることを「0」で示すリーンバーン制御フラグF
KBSMJGが「0」か否かを判別し(ステップS1
2)、FKBSMJG=0であってリーンバーン制御を
実行する運転状態であるときは、目標当量比KCMD
が、理論空燃比より若干リーン側の値に設定される所定
当量比KCMDLB(例えば、0.98)以下か否かを
判別する(ステップS13)。
【0037】そして、ステップS11〜S13のいずれ
かの答が否定(NO)であるときは、還元リッチ化の実
行中であることを「1」で示す還元リッチ化フラグFR
ROKを「0」に設定するとともに、カウンタCTRR
に第1の所定値CTRRINT1(図6(c)参照)を
設定して(ステップS14)、還元リッチ化を実行する
ことなく本処理を終了する。
【0038】ステップS11〜S13の答が全て肯定
(YES)である状態、すなわちリーンバーン制御の実
行条件が成立しているときは、ステップS15に進み、
図5(a)に示すCTSVマップの検索を行い、カウン
タCTRRの増分値CTSVを算出する。CTSVマッ
プは、エンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに
応じて増分値CTSVが設定されたマップであり、エン
ジン回転数NEが増加するほど、また吸気管内絶対圧P
BAが増加するほど、CTSV値が増加するように設定
されている。続くステップS16では、カウンタCTR
Rの値を増分値CTSVだけインクリメントし、次いで
カウンタCTRRの値が前記第1の所定値CTRRIN
T1より小さい所定閾値CTRRACT(図6(c)参
照)以上か否かを判別する(ステップS17)。リーン
バーン制御実行条件が成立した直後は、カウンタCTR
Rは、第1の所定値CTRRINT1に設定されている
(ステップS14)ため、CTRR≧CTRRACTで
あり、ステップS18に進む。
【0039】ステップS18では、還元リッチ化フラグ
FRROKが「1」か否かを判別する。最初は、FRR
OK=0であるので、これを「1」に設定し(ステップ
S19)、ステップS21に進んでエンジン回転数NE
が第1の所定回転数NKCMDRRL(例えば1000
rpm)より高いか否かを判別し、NE>NKCMDR
RLであるときは、エンジン回転数NEが第1の所定回
転数NKCMDRRLより高い第2の所定回転数NKC
MDRRH(例えば、2000rpm)より高いか否か
を判別する(ステップS22)。そして、NE≦NKC
MDRRLであって低回転領域にあるときは、ダウンカ
ウントタイマタイマtmRRを低回転用所定時間TMR
RL(例えば300msec)に設定し(ステップS2
5)、NKCMDRRL<NE≦NKCMDRRHであ
って中回転領域にあるときは、タイマtmRRを、低回
転用所定時間TMRRLより長い中回転用所定時間TM
RRM(例えば500msec)に設定し(ステップS
24)、NE>NKCMDRRHであって高回転領域に
あるときは、タイマtmRRを中回転用所定時間TMR
RMより長い高回転用所定時間TMRRH(例えば80
0msec)に設定して(ステップS23)、ステップ
S26に進む。
【0040】ステップS26では、ステップS23、S
24またはS25で設定したタイマtmRRをスタート
させ(図6(b)、時刻t1参照)、次いで排気ガス浄
化手段16のNOx吸収剤の劣化判定実行中であること
を「1」で示す劣化モニタフラグFNOXMONが
「1」か否かを判別する(ステップS41)。その結
果、FNOXMON=0であって劣化判定を実行してい
ないときは、図5(b)に示すKCMDRRマップを検
索して還元リッチ化目標当量比KCMDRRを算出し
(ステップS28)、最終目標空燃比係数KCMDMを
還元リッチ化目標当量比KCMDRRに設定して(ステ
ップS29)、本処理を終了する。
【0041】KCMDRRマップは、エンジン回転数N
E及び吸気管内絶対圧PBAに応じて還元リッチ化目標
当量比KCMDRRが設定されたマップであり、エンジ
ン回転数NEが増加するほど、また吸気管内絶対圧PB
Aが増加するほど、KCMDRR値が増加するように設
定されている。なお、すべての設定値は1.0より大き
い値である。
【0042】一方ステップS41でFNOXMON=1
であってNOx吸収剤の劣化判定実行中であるときは、
還元リッチ化目標当量比KCMDRRを劣化判定用の固
定値KCMDRRMON(例えばA/F=11相当の
値)に設定して(ステップS42)、前記ステップS2
9に進む。
【0043】還元リッチ化フラグFRROKがステップ
S19で「1」に設定され、還元リッチ化が開始される
と、以後はステップS18の答が肯定(YES)とな
り、ステップS27に進んで、タイマtmRRの値が
「0」か否かを判別する。最初は、tmRR>0である
ので、前記ステップS41に進み、tmRR=0となる
と(図6、時刻t2)、還元リッチ化フラグFRROK
を「0」に設定し(ステップS30)、カウンタCTR
Rを所定閾値CTRRACTより小さい第2の所定値C
TRRINT2(例えば0)に設定して(ステップS3
1)、還元リッチ化を終了する。ステップS30、S3
1を実行する場合は、最終目標空燃比係数KCMDMは
図2のステップS2で算出された値が保持されるので、
リーンバーン制御が開始される。
【0044】以後は、ステップS16及びS17が繰り
返し実行され、すなわちリーンバーン制御が実行され、
カウンタCTRRの値が所定閾値CTRRACTに達す
ると(図6、時刻t3)、ステップS18以下に進んで
還元リッチ化を実行する。
【0045】図6は、図3及び4の処理を説明するため
のタイムチャートであり、図6(a)(b)(c)は、
それぞれ最終目標空燃比係数KCMDM、タイマtmR
Rの値及びカウンタCTRRの値の推移を示し、同図
(a)のKCMDM0は理論空燃比相当の値(1.0)
であり、KCMDMLは、例えばA/F=22相当の値
である。図6は、時刻t1においてリーンバーン制御実
行条件が不成立の状態から成立の状態に移行した場合の
動作例を示している。リーンバーン制御実行条件が成立
すると、先ず還元リッチ化処理が時刻t1からt2まで
実行され、その後リーンバーン制御が開始される。この
とき、カウンタCTRRは、第2の所定値CTRRIN
T2に設定される。ここで、タイマtmRRは、エンジ
ン回転数NEが高いほど長い時間に設定され(ステップ
S21〜S25)、また還元リッチ化目標当量比KCM
DRRは、エンジン回転数NEが高いほど、また吸気管
内絶対圧PBAが高いほど大きな値に設定されるので、
リッチ化の度合は、エンジン回転数NEが高いほど、ま
た吸気管内絶対圧PBAが高いほど大きくなるように制
御される。エンジン回転数NEが高いほど、また吸気管
内絶対圧PBAが高いほど、排気ガス流量(体積/時
間)または排気ガス流速(体積/(時間・断面積))は
増加するので、本実施形態では、排気ガス流量または排
気ガス流速が増加するほど、還元リッチ化の度合が大き
くなるように制御される。
【0046】したがって、理論空燃比または理論空燃比
よりリッチ側の空燃比に制御するエンジン運転状態から
リーンバーン制御を実行するエンジン運転状態に移行し
たときは、先ず還元リッチ化が実行され、その後リーン
バーン制御が実行される。しかも、還元リッチ化の度合
は、エンジン回転数NEが高いほど、また吸気管内絶対
圧PBAが高いほど、大きくなるように制御されるの
で、エンジン運転状態に応じた適切な還元リッチ化を行
うことができ、NOxまたはHC,COの排出量を増加
させることなく、良好な排気ガス特性を維持することが
できる。
【0047】そして、リーンバーン制御の実行中にカウ
ンタCTRRの値が所定閾値CTRRACTに達すると
(図6、t3)、そのときのエンジン回転数NEに応じ
てタイマtmRRに所定時間TMRRL,TMRRM,
またはTMRRHが設定されるとともに、そのときのエ
ンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて還
元リッチ化目標当量比KCMDRRが設定され、還元リ
ッチ化が開始される。その後、タイマtmRRの値が
「0」になると(図6、t4)、還元リッチ化を終了
し、カウンタCTRRの値が第2の所定値CTRRIN
T2の戻される。以後、リーンバーン制御実行条件が成
立していれば、時刻t4以後も時刻t2からt4までと
同様の動作が繰り返される。
【0048】このようにリーンバーン制御がカウンタC
TRRの値と所定閾値CTRRACTで決まる所定リー
ン制御時間(TL1、TL2、TL3、…)継続したと
きは、還元リッチ化が実行され、しかも還元リッチ化の
度合は、エンジン回転数NEが高いほど、また吸気管内
絶対圧PBAが高いほど、大きくなるように制御される
ので、エンジン運転状態に応じた適切な還元リッチ化を
行うことができ、NOxまたはHC,COの排出量を増
加させることなく、良好な排気ガス特性を維持すること
ができる。
【0049】ここで、リーン空燃比制御が所定リーン制
御時間継続したことをカウンタCTRRが所定閾値CT
RRACTに達したことにより判定し、該カウンタCT
RRの増分値CTSVは、エンジン回転数NEが高いほ
ど、また吸気管内絶対圧PBAが高いほど、大きな値に
設定され、この増分値CTSVの値が大きくなるほどリ
ーンバーン制御の継続される前記所定リーン制御時間
(TL1、TL2、TL3、…)が短くなる。したがっ
て、排気ガス流量の増加に対応して還元リッチ化の時間
的割合も増加し、エンジン運転状態に応じた適切な還元
リッチ化を行うことができる。
【0050】なお、図6は、図3及び4の処理を説明す
るために示すものであり、わかりやすくするために、リ
ーンバーン制御の時間的割合(=TL/(TR+T
L))が実際より小さく、換言すれば還元リッチ化を実
行する時間的割合(=TR/(TR+TL))が実際よ
り大きく示されている。また、カウンタCTRRの増分
値CTSVは、エンジン運転状態に応じて変化するの
で、カウンタCTRRの値は、必ずしも図6に示すよう
に直線的に増加するとは限らない。
【0051】図7は、排気ガス浄化手段16のNOx吸
収剤の劣化判定を行う処理のフローチャートである。本
処理は、所定時間(例えば80msec)毎に実行され
る。
【0052】ステップS51では、この劣化判定が終了
したことを「1」で示す終了フラグFNOXMENDが
「1」か否かを判別し、FNOXMEND=1であって
既に劣化判定が終了しているときは、ステップS54に
進む。またFNOXMEND=0であって劣化判定が終
了していないときは、リーンバーン制御の実行条件成立
後、所定時間TLBCNTが経過したか否かを判別し
(ステップS52)、経過していないときはステップS
54に進み、経過しているときは還元リッチ化フラグF
RROKが「1」か否かを判別する(ステップS5
3)。FRROK=0であって還元リッチ化が実行され
ないときは、ステップS54に進み、劣化モニタフラグ
FNOXMONを「0」に設定し、次いで劣化判定用ア
ップカウントタイマtmMONを「0」に設定するとと
もに該タイマtmMONの作動中であることを「1」で
示すタイマ作動フラグFTMRを「0」に設定して(ス
テップS57)、本処理を終了する。本実施形態では、
リーンバーン制御実行条件成立直後(図6、時刻t2ま
で)は、リッチ化制御が実行されるので、その期間中で
は劣化判定を実行しないようにするためにステップS5
2が設けられている。
【0053】ステップS53でFRROK=1であって
還元リッチ化が実行されているときは、劣化モニタフラ
グFNOXMONを「1」に設定し(ステップS5
5)、LAFセンサ14の出力VLAFが所定出力値V
LAFREF(例えば理論空燃比相当の値)より高い
(空燃比リッチを示す)か否かを判別する(ステップS
56)。VLAF≦VLAFREFである間は前記ステ
ップS57に進み、VLAF>VLAFREFとなると
ステップS58に進んで、タイマ作動フラグFTMRが
「1」か否かを判別する。最初はFTMR=0であるの
で、タイマtmMONをスタートさせるとともに、タイ
マ作動フラグFTMRを「1」に設定して(ステップS
59)、ステップS60に進む。その後は、FTMR=
1となるのでステップS58から直ちにステップS60
に進む。
【0054】ステップS60では、O2センサ15の出
力VO2が理論空燃比相当の値より若干高い所定出力値
VO2REFより高いか否かを判別する。最初は、空燃
比リッチ化の影響が排気ガス浄化手段16の下流側には
表れないのでVO2≦VO2REFであり、直ちにステ
ップS62に進み、タイマ作動フラグFTMRが「0」
か否かを判別する。VO2≦VO2REFである間は、
タイマ作動フラグFTMR=1であり、ステップS60
の答は否定(NO)となるので、直ちに本処理を終了す
る。ステップS60で、VO2>VO2REFとなる
と、タイマtmMONを停止させ、タイマ作動フラグF
TMRを「0」に設定して(ステップS61)、ステッ
プS62に進む。このときは、ステップS62の答は肯
定(YES)となるので、ステップS63に進んで、タ
イマtmMONの値が所定判定時間TNOXREFより
小さいか否かを判別する。そして、tmMON>TNO
XREFであるときは、NOx吸収剤は正常と判定し
(ステップS65)、tmMON≦TOXREFである
ときは、NOx吸収剤が劣化していると判定し(ステッ
プS64)、終了フラグFNOXMENDを「1」に設
定して(ステップS66)、本処理を終了する。所定判
定時間TNOXREFは、例えばNOx吸収剤のNOx
吸収能力が新品の50%程度となったときの遅れ時間に
対応するように実験により決定される。
【0055】図7の処理によれば、リーンバーン制御が
所定リーン制御時間TL(例えばTL1)継続し、NO
x吸収剤にほぼその吸収能力の限界までNOxを吸収さ
せた後において還元リッチ化が実行されるときに、図8
に示すように、排気ガス浄化手段16の上流側に設けら
れたLAFセンサ14の出力LAFが所定出力値VLA
FREFを越えた時点t11から、下流側に設けられた
O2センサ15の出力VO2が所定出力値VO2REF
を越える時点t12までの遅れ時間TMONがタイマt
mMONにより計測される。この遅れ時間TMONは、
NOx吸収剤にほぼその吸収能力の限界まで吸収された
NOxが全て放出されるの要する時間に対応しており、
NOx吸収剤のNOx吸収能力を示している。すなわ
ち、この時間TMONが短いほど、NOx吸収能力が低
下していることを示すので、TMON値が所定判定時間
TNOXREFより低下したとき、NOx吸収剤の劣化
と判定するようにしている。
【0056】このように本実施形態では、排気ガス浄化
手段16の上流側に設けたLAFセンサ14の検出値が
リッチ空燃比を示す値に変化した時点から、下流側に設
けたO2センサ15の検出値がリッチ空燃比を示す値に
変化した時点までの時間により、NOx吸収剤の劣化を
判定するようにしたので、リッチ化された混合気が燃焼
して排気系に排出されるまでの遅れ時間の影響を受ける
ことがなく、劣化判定の精度を向上させることができ
る。
【0057】なお、本発明は上述した実施形態に限るも
のではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述し
た実施形態では、劣化判定実行時は、還元リッチ化目標
当量比KCMDRRを固定値KCMDRRMONに設定
するようにしたが(図4、ステップS41、S42)、
劣化判定実行時もKCMDRRマップから検索した還元
リッチ化目標当量比KCMDRRを使用するようにして
もよい。ただし、その場合には、遅れ時間TMONは、
KCMDRR値の影響を受けるので、劣化判定に使用す
る所定判定時間TMONREFをKCMDRR値が増加
するほど、小さな値に設定することが望ましい。
【0058】また上述した実施形態では、排気ガス浄化
手段16の上流側に比例型空燃比センサを設け、下流側
に理論空燃比の前後で出力が急変する二値型の酸素濃度
センサを設けるようにしたが、逆に上流側に二値型の酸
素濃度センサを設け、下流側に比例型空燃比センサを設
けてもよく、あるいは両方とも比例型空燃比センサと
し、若しくは両方とも二値型酸素濃度センサとしてもよ
い。
【0059】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、還
元手段によるリッチ化開始後、第1の酸素濃度センサの
出力値がリッチ空燃比を示す値に変化した時点から、第
2の酸素濃度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値と
なる時点までの時間が、所定判定時間より短いとき、排
気ガス浄化装置の窒素酸化物吸収剤が劣化していると判
定されるので、リッチ化された混合気が燃焼して排気系
に排出されるまでの遅れ時間の影響を受けることがな
く、劣化判定の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態にかかる内燃エンジン及
びその空燃比制御装置の構成を示す図である。
【図2】空燃比センサの出力に応じた空燃比フィードバ
ック制御を実行する処理のフローチャートである。
【図3】還元リッチ化を実行する処理のフローチャート
である。
【図4】還元リッチ化を実行する処理のフローチャート
である。
【図5】図3及び4の処理で使用するマップを示す図で
ある。
【図6】図3及び4の処理で使用されるパラメータ値の
推移を示すタイムチャートである。
【図7】NOx吸収剤の劣化判定を行う処理のフローチ
ャートである。
【図8】図7に処理による劣化判定手法説明するための
タイムチャートである。
【符号の説明】
1 内燃エンジン 5 電子コントロールユニット(還元手段、劣化判定手
段) 6 燃料噴射弁(還元手段) 12 排気管 14 空燃比センサ(第1の酸素濃度センサ) 15 酸素濃度センサ(第2の酸素濃度センサ) 16 排気ガス浄化手段
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02D 41/04 305 F02D 41/04 305Z 45/00 368 45/00 368F

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス
    リーン状態において排気ガス中の窒素酸化物を吸収する
    窒素酸化物吸収剤を内蔵する排気ガス浄化手段と、該排
    気ガス浄化装置の上流側及び下流側に設けられ、排気ガ
    ス中の酸素濃度を検出する第1及び第2の酸素濃度セン
    サと、前記機関に供給する混合気の空燃比をリッチ化す
    ることにより前記窒素酸化物吸収剤に吸収された窒素酸
    化物を還元する還元手段とを備えた排気ガス浄化装置に
    おいて、 前記還元手段によるリッチ化開始後、前記第1の酸素濃
    度センサの出力値がリッチ空燃比を示す値に変化した時
    点から、前記第2の酸素濃度センサの出力値がリッチ空
    燃比を示す値となる時点までの時間が、所定判定時間よ
    り短いとき、前記排気ガス浄化装置の窒素酸化物吸収剤
    が劣化していると判定する劣化判定手段を備えることを
    特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
  2. 【請求項2】 前記還元手段は、前記混合気を理論空燃
    比よりリーン化するリーン空燃比制御が所定リーン制御
    時間継続したとき作動することを特徴とする請求項1に
    記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
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