JPH11101154A

JPH11101154A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JPH11101154A
Application number: JP9262314A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Okada; 公二郎岡田; Takashi Dougahara; 隆堂ヶ原; Kazuhide Togai; 一英栂井
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】ＮＯｘセンサの個体差や経時変化によるＮＯ
ｘ濃度検出誤差を補償し、ＮＯｘセンサ出力に基づくＮ
Ｏｘ触媒の飽和判定や劣化判定を適正に行う。【解決手段】電子制御ユニット（２３）は、ＮＯｘセ
ンサ（２６）の出力が整定する特定運転状態でエンジン
（１）が運転されているときにセンサ出力平均値を求め
ると共に、正常なセンサ出力を表す基準センサ出力値を
電子制御ユニットの記憶装置からエンジン運転状態に応
じて読み出し、センサ出力平均値と基準センサ出力値と
から求めたセンサ校正量を用いてＮＯｘセンサ出力を補
正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＯｘ触媒とその
下流に配されたＮＯｘセンサとを有した内燃機関の排気
浄化装置に関し、特に、機関運転中に求めたセンサ校正
量を用いてＮＯｘセンサ出力を補正して排気浄化を適正
に行う排気浄化装置に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】酸化雰囲気において排ガス中のＮ
Ｏｘをその酸化生成物の形で吸着させるＮＯｘ吸蔵剤を
有し、これに吸着したＮＯｘ酸化生成物を還元雰囲気中
で還元させてＮＯｘ吸蔵剤を再生しつつＮＯｘを無害な
窒素ガスに分解するＮＯｘ吸蔵還元触媒を有する排気浄
化装置が備えられた希薄燃焼機関が知られている。

【０００３】しかしながら、このようなＮＯｘ触媒は、
経時変化による劣化以外に、燃料中に含まれる硫黄分の
酸化生成物などの付着により触媒へのＮＯｘの付着が阻
害されて、触媒のＮＯｘ浄化能力が低減されることがあ
る。特開平６−８８５１８号公報等に示されるように、
ＮＯｘ触媒を高温下においた状態で内燃機関をリッチ空
燃比域で運転することにより硫黄の酸化生成物を還元除
去し、ＮＯｘ触媒の浄化能力を再生させる方法が存在す
るが、触媒に付着した硫黄の酸化生成物を完全に還元除
去することは困難である。

【０００４】そこで、特開平７−２０８１５１号公報の
排気浄化装置では、劣化したＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ触
媒）を早期に交換したり被毒回復等の処置を適宜にとる
ために、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを
ＮＯｘ吸収剤の下流に配置し、ＮＯｘ吸収剤が吸収した
ＮＯｘの放出を終了してＮＯX 吸収を再開した後の、Ｎ
Ｏｘ吸収剤下流側でのＮＯｘ濃度の時間的変化に基づい
て、ＮＯｘ吸収剤の劣化の有無を判定するようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、センサ
製造上のばらつき等に起因してＮＯｘセンサには個体差
があり、また、長期間にわたり使用する間にＮＯｘセン
サに経時変化が生じる。この場合、ＮＯｘセンサにより
検出されるＮＯｘ濃度は不正確なものになり、ＮＯｘ濃
度に基づく飽和判定や劣化判定に誤りを生じるおそれが
ある。

【０００６】そこで、本発明は、ＮＯｘセンサの個体差
や経時変化に起因するＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度検
出誤差を適正に補償するようにした内燃機関の排気浄化
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】請求項１に記載の本発明
による排気浄化装置によれば、センサ校正実行条件を満
たす特定運転状態で内燃機関が運転されているか否かが
校正条件判定手段により判定される。一般に、内燃機関
の運転状態は種々に変化し、これに伴って排気中のＮＯ
ｘ濃度ひいてはＮＯｘセンサ出力が変化する。本発明で
は、ＮＯｘセンサ出力と排気中のＮＯｘ濃度とを正確に
対応づけることを企図してセンサ出力を校正する。セン
サ出力の校正は、センサ出力およびＮＯｘ濃度が整定し
た状態で行うことが望ましい。この様な観点から、本発
明では、センサ出力およびＮＯｘ濃度が整定するような
機関運転状態（特定運転状態）を予め定めておき、内燃
機関が特定運転状態にあるときにセンサ校正実行条件の
成立を判定する。

【０００８】そして、機関運転中にセンサ校正実行条件
が成立したとき、ＮＯｘセンサ出力に基づいて校正量設
定手段によりセンサ校正量が設定される。センサ出力に
基づくセンサ校正量の設定は種々の態様で行える。例え
ば、請求項２に記載の排気浄化装置では、内燃機関の運
転状態毎の基準センサ出力値を基準出力記憶手段に予め
記憶させておき、内燃機関が特定運転状態にある間にＮ
Ｏｘセンサ出力を複数回にわたって検出する。更に、こ
れらのセンサ出力の平均値を平均センサ出力算出手段に
より求める一方、特定運転状態での機関運転中に検出さ
れた内燃機関の運転状態に応じた基準センサ出力値を、
基準出力記憶手段から読み出す。そして、この基準セン
サ出力値と上記のセンサ出力の平均値とに基づいてセン
サ校正量が求められる。

【０００９】上記の基準センサ出力値は、好ましくは、
内燃機関へのＮＯｘセンサの装着前に台上試験を行うこ
とにより機関運転状態毎に求められる。換言すれば、機
関運転状態（排気中ＮＯｘ濃度）と正常なＮＯｘセンサ
の出力との対応関係が予め求められる。この様にして求
められた基準センサ出力値は記憶手段に記憶される。そ
して、特定運転状態での機関運転中、このときの機関運
転状態に応じた基準センサ出力値が記憶手段から読み出
される。その一方で、センサ出力の平均値が求められ、
これによりノイズ除去などが図られて、適正な実際セン
サ出力が求められる。更に、センサ出力平均値と基準セ
ンサ出力値とに基づいてセンサ校正量が求められる。例
えば、センサ出力値と基準センサ出力値との差をセンサ
校正量として求める。

【００１０】センサ校正量の設定にあたり、請求項３に
記載の排気浄化装置では、特定運転状態での機関運転が
なされ、しかも、排気ガス中のＮＯｘ濃度が実質的にゼ
ロ近辺の値となるような低負荷運転状態で内燃機関が運
転されているという低負荷要件が満たされている間に検
出されたＮＯｘセンサ出力の平均値が求められ、この平
均値に基づいてセンサ校正量が設定される。ＮＯｘ濃度
がゼロであるときの正常なＮＯｘセンサの出力値は既知
であるので、センサ出力の平均値に基づいてセンサ校正
量を設定できる。例えば、ＮＯｘ濃度がゼロであるとき
の正常センサ出力値がゼロであれば、センサ出力の平均
値それ自体をセンサ校正量として設定する。この場合、
センサ校正量の設定が簡易になる。

【００１１】機関運転中に、ＮＯｘセンサ出力に基づい
て、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着量が飽和量に達したか否か
を判定したり、硫黄の酸化生成物によりＮＯｘ触媒の劣
化が生じたか否かを判定する場合、本発明では、以上の
ようにして設定されたセンサ校正量を用いて、ＮＯｘセ
ンサ出力が補正される。このセンサ校正によって個々の
ＮＯｘセンサの個体差が補償される。また、校正条件が
成立する度にセンサ校正が行われるので、ＮＯｘセンサ
の経時変化も補償される。

【００１２】この結果、機関運転状態ひいては排気中の
ＮＯｘ濃度とＮＯｘセンサ出力とが適正に対応づけら
れ、補正済みＮＯｘセンサ出力は排気中ＮＯｘ濃度を的
確に表す。従って、補正済みＮＯｘセンサ出力に基づく
飽和判定や劣化判定が正確に行えるようになる。この様
に、判定精度が向上すると、内燃機関のリーン空燃比運
転時間を長くすることができ、また、内燃機関のリーン
空燃比運転領域を実質的に広げることができ、結果とし
て、更なる燃費向上を図れる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
一実施形態による排気浄化装置を装備した筒内噴射式内
燃機関を説明する。図１において、参照符号１は、火花
点火式筒内噴射型直列４気筒４サイクルガソリンエンジ
ンを示す。エンジン１のシリンダヘッドには、各気筒毎
に、点火プラグ３５と電磁式の燃料噴射弁８が取り付け
られ、燃料噴射弁８から燃焼室１ａ内に燃料を直接に噴
射するようになっている。シリンダ内に配されたピスト
ン１ｂの頂面には半球状のキャビティ１ｃが形成され、
ピストン１ｂが上死点（ＴＤＣ）近傍にあるとき、燃料
噴射弁８からの燃料噴霧がキャビティ１ｃ内に到達する
ようになっている。シリンダヘッドには、吸排気弁４，
５をそれぞれ駆動する吸気側および排気側カムシャフト
が回転自在に保持され、また、吸気ポート２ａが略直立
に形成されている。

【００１４】サージタンク２ｂを有する吸気マニホール
ド２を介して吸気ポート２ａに接続された吸気管６は、
エアクリーナ６ａと、スロットルボディ６ｂと、アイド
ル調整弁１６とを備えている。また、スロットルボディ
６ｂを迂回して吸気マニホールド２に吸入空気を導入す
る大径のエアバイパスパイプ５０ａが吸気管６に併設さ
れている。エアバイパスパイプ５０ａに設けたエアバイ
パスバルブ（ＡＢＶ）が全開した状態では、低中速域で
の要求吸入空気量をエアバイパスパイプ５０ａを介して
供給可能である。

【００１５】スロットルボディ６ｂには、スロットル弁
７と、スロットル開度を検出するスロットルセンサ１４
と、スロットル弁全閉状態を検出するアイドルスイッチ
１５とが設けられている。また、エアクリーナ６ａ内に
は、吸気温センサ１２と大気圧センサ１３とが設けら
れ、吸気管６の入口近傍にはカルマン渦式のエアフロー
センサ１１が設けられている。

【００１６】排気ポート３ａから分岐した大径のＥＧＲ
ポート（図示せず）は、ＥＧＲ弁１０ａを有する大径の
ＥＧＲパイプ１０ｂを介して、サージタンク２ｂに接続
されている。図１中、符号１９は冷却水温を検出する水
温センサ、２１は、各気筒の所定のクランク位置（例え
ば５°BTDCおよび７５°BTDC）でクランク角信号を出力
するクランク角センサ、３４は、点火プラグ３５に高電
圧を出力する点火コイルをそれぞれ示す。カムシャフト
には気筒判別センサ（図示せず）が配設され、このセン
サからの気筒判別信号によって、クランク角信号に対応
する気筒が判別される。

【００１７】参照符号１７は、排気マニホールド３に取
り付けられ排ガス中の酸素濃度を検出するＯ2センサを
示し、符号９ａおよび９ｂは、排気パイプ３ｂに設けた
排気浄化用の三元触媒とその下流に配されＮＯｘ吸蔵還
元触媒からなるリーンＮＯｘ触媒とをそれぞれ示す。燃
焼室１ａから排気パイプ３ｂへ排出される排ガス中のＣ
Ｏ，ＨＣ，ＮＯｘ成分は、理論空燃比近傍領域でのエン
ジン運転中、三元触媒９ａにより充分に浄化される。三
元触媒９ａは、排気パイプ３ｂ内の上流側に配され早期
に活性化可能であり、エンジン１の始動時の排気浄化能
力に富む。ＮＯｘ触媒９ｂは、例えば、アルミナなどか
らなる担持層と、これに坦持された種々の触媒種（白
金、ロジウム、バリウム、カリウム、ランタン、セリウ
ム等）とから構成され、エンジン１のリーン燃焼運転
中、三元触媒９ａによっては充分に浄化できない排ガス
中のＮＯｘを浄化する機能を有する。ＮＯｘ触媒９ｂの
下流には、排ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセン
サ２６が配されている。ＮＯｘセンサ２６は、例えば、
酸化チタンを主成分とする半導体セラミックスからなる
検出素子を含み、ＮＯｘ濃度に応じた電気信号を出力す
るようになっている。

【００１８】図示を省略するが、燃料タンク内の燃料
は、電動式の低圧燃料ポンプで吸い上げられ、低圧フィ
ードパイプを介してエンジン１側に送給され、更に、シ
リンダヘッドに取付けた高圧燃料ポンプにより、高圧フ
ィードパイプとデリバリパイプとを介して各燃料噴射弁
８に送給される。エンジン１の総合的な制御を行うため
の電子制御ユニット（ＥＣＵ）２３は、図示しない入出
力装置、制御プログラムや制御マップ等を記憶した記憶
装置、中央処理装置、タイマカウンタ等を備えている。

【００１９】ＥＣＵ２３は、上記の各種センサ類ならび
にエアコン装置などの補機類の作動状況を検出するスイ
ッチ類からの入力信号に基づき、燃料噴射モード、燃料
噴射量、燃料噴射終了時期、点火時期、ＥＧＲガス導入
量などを決定し、燃料噴射弁８、点火コイル３４、ＥＧ
Ｒ弁１０ａ等を駆動制御する。基本的には、ＥＣＵ２３
により以下のエンジン運転制御が行われる。

【００２０】冷機状態でのエンジン始動時および暖機中
は、吸気行程噴射モードが選択され、比較的リッチな空
燃比となるように燃料噴射が行われる。また、アイドル
回転数制御のため、補機類によるエンジン負荷の増減に
応じてアイドル調整弁１６が調整され、弁１６が配され
たバイパス通路を介して所要量の吸入空気が供給され
る。ＡＢＶ５０は閉じられる。そして、Ｏ2センサ１７
が活性温度に達すると、Ｏ2センサ１７の出力電圧に基
づく空燃比フィードバック制御が開始される。

【００２１】エンジン１の暖機が終了すると、スロット
ル開度θth等から得た目標平均有効圧とエンジン回転速
度とに基づいて現在のエンジン運転域が判別され、運転
域に適合する燃料噴射モードが決定される。詳しくは、
アイドル運転域を含む低負荷・低回転運転域では、圧縮
行程噴射モードが選択されると共にＡＢＶ５０及びＥＧ
Ｒ弁１０ａの開度がエンジン運転状態に応じて制御さ
れ、リーン空燃比（２０〜４０程度）となるように燃料
噴射が制御される。この場合、吸気ポート２ａから流入
した吸気流によって燃焼室１ａ内に形成されるタンブル
流により、燃料噴射弁８から圧縮行程で噴射された燃料
噴霧がピストン１ｂのキャビティ１ｃ内に保存され、点
火時点において点火プラグ３５の周囲には理論空燃比近
傍の混合気が形成される。この結果、全体として極めて
リーンな空燃比でも着火が可能となり、ＣＯ及びＨＣ排
出が抑制されると共に燃費が向上する。また、排ガスの
還流によってＮＯｘ排出量も抑えられる。

【００２２】エンジン中負荷域（吸気行程リーン域およ
び理論空燃比フィードバック域）では吸気行程噴射モー
ドが選択される。吸気行程リーン域では、比較的リーン
な空燃比（例えば、２０〜２３程度）となるようにＡＢ
Ｖ５０の開弁量と燃料噴射量とが制御される。理論空燃
比フィードバック域では、ＡＢＶ５０およびＥＧＲ弁１
０ａの開度を制御しつつ、Ｏ2センサ１７の出力に応じ
て空燃比フィードバック制御が行われる。

【００２３】急加速運転域や高速運転域では、吸気行程
噴射モードが選択されると共にＡＢＶ５０が閉鎖され、
比較的リッチな空燃比となるように燃料噴射が制御され
る。燃料カット域では燃料噴射は停止される。以下、図
２および図３を参照して、ＥＣＵ２３により実行される
ＮＯｘセンサ出力校正ルーチンを説明する。

【００２４】図２のステップＳ１０では、センサ校正実
行条件が成立しているか否かが判別される。詳しくは、
図３のセンサ校正条件判定ルーチンにおいて、以下に述
べる５つの要件が満たされているか否かが、校正条件判
定手段としてのＥＣＵ２３によって順次判定され、これ
により、エンジン１が、センサ校正実行条件を満たす特
定運転状態で運転されているか否かが判定される。

【００２５】先ず、図３のステップＳ１１０では、前回
センサ校正処理完了後での車両走行距離が所定距離Ｌに
達したという第１要件が成立しているか否かが判別され
る。この判別には、図示しない走行距離算出ルーチンに
おいて算出され、ＥＣＵ２３の記憶装置の不揮発メモリ
に記憶された車両走行距離データが用いられる。なお、
エンジン停止時点での走行距離データは不揮発メモリ内
に保持される。走行距離算出ルーチンでは、例えばクラ
ンク角センサ２１からのクランク角信号の発生間隔に基
づいてエンジン回転数が算出され、このエンジン回転数
や図示しないギヤ位置センサにより検出される変速段位
置などに応じて車輪速が時々刻々算出され、車輪速を積
分することにより走行距離が算出される。

【００２６】ステップＳ１１２では、水温センサ１９に
より検出したエンジン冷却水温が所定温度に達したか否
かが判別され、エンジン１の暖機運転が完了したという
第２要件が成立しているか否かが判別される。次に、例
えば、暖機完了時点からの経過時間が所定時間を上回っ
たか否かが判別され、ＮＯｘセンサ２６の活性化が完了
したという第３要件が成立しているか否かが判別される
（ステップＳ１１４）。更に、エンジン１が一定時間連
続して定常状態で運転されるという第４要件が成立して
いるかが判別される（ステップＳ１１６）。この判別の
ため、図示しないエンジン運転状態判定ルーチンが実行
される。このルーチンでは、スロットルセンサ１４から
のスロットル開度（より一般的にはエンジン負荷）デー
タが周期的に読み込まれると共に、クランク角センサ２
１からのクランク角信号に基づいてエンジン回転数が周
期的に算出される。そして、スロットル開度およびエン
ジン回転数のそれぞれの今回値と前回値とを比較するこ
とにより、エンジン負荷およびエンジン回転数がほぼ一
定であるような定常状態でエンジン１が運転されている
か否かが判別される。そして、ＥＣＵ２３のタイマカウ
ンタを用いて、定常エンジン運転状態の継続時間が計測
される。ステップＳ１１６では、タイマカウンタによる
計測時間を参照して、第４要件の成立・不成立が判別さ
れる。

【００２７】最後に、ステップＳ１１８では、燃料噴射
モードが理論空燃比フィードバック（Ｓ−Ｆ／Ｂ）モー
ドであるという第５要件が成立しているか否かが判別さ
れる。そして、上記の５つの要件の全てが成立している
場合、センサ校正実行条件を満たす特定運転状態でエン
ジン１が運転されていると判断して、校正条件成立を判
定する（ステップＳ１２０）。一方、上記の５つの要件
のいずれか一つが成立しない場合、校正条件不成立を判
定する（ステップＳ１２２）。

【００２８】ステップＳ１２２で校正条件不成立が判定
されると、図２のＮＯｘセンサ出力校正ルーチンはセン
サ校正量の算出を行うことなしに直ちに終了する。図３
のステップＳ１２０で校正条件成立が判定されて図２の
ステップＳ１０での判別結果が肯定になると、校正量設
定手段（平均センサ出力算出手段）としてのＥＣＵ２３
によって、ＮＯｘセンサ２６の出力Ａが読み込まれ（ス
テップＳ１２）、センサ出力読込み回数ＮＡ（初期値は
０）に値１が加算されて読込み回数が更新され（ステッ
プＳ１４）、次に、更新後のセンサ出力読込み回数ＮＡ
が所定回数ＮＡrefに達したか否かが判別される（ステ
ップＳ１６）。

【００２９】読込み回数ＮＡが所定回数ＮＡrefに達し
てＮＯｘセンサ出力Ａ1〜ＡNAが複数回にわたって読み
込まれると、ＮＯｘセンサ出力Ａ1〜ＡNAの平均値Ｂが
算出される（ステップＳ１８）。これにより、ＮＯｘセ
ンサ２６に外乱ノイズなどが作用した場合にもその影響
が軽減され、ＮＯｘセンサ出力が適正に求まる。ステッ
プＳ２０では、スロットルセンサ１４により検出された
スロットル開度（エンジン負荷）とクランク角センサ２
１からのクランク角信号に基づいて算出されたエンジン
回転数とに応じて（より一般的にはエンジン運転状態に
応じて）、基準センサ出力値Ｃが、ＥＣＵ２３の記憶装
置（基準出力記憶手段）内に格納されている図示しない
エンジン運転状態・基準センサ出力マップから読み出さ
れる。このマップには、例えば、ＮＯｘセンサ２６をエ
ンジン１に装着する前の台上試験により求めたエンジン
運転状態毎（スロットル開度とエンジン回転数との組合
せ毎）の正常なＮＯｘセンサ出力値が記憶されている。

【００３０】ステップＳ２２では、ステップＳ１８で求
めたＮＯｘセンサ出力平均値Ｂから基準センサ出力値Ｃ
を減じることによりセンサ校正量Ｄ（＝Ｂ−Ｃ）を求め
る。そして、走行距離リセット指令を送出し（ステップ
Ｓ２４）、ＮＯｘセンサ校正終了情報をＥＣＵ２３の記
憶装置に記憶して（ステップＳ２６）、ＮＯｘセンサ出
力校正ルーチンを終了する。この様にして、校正条件が
成立する度にセンサ校正量Ｄが求められる。

【００３１】リーン空燃比でのエンジン運転中、排気パ
イプ３ｂ内には酸化雰囲気が形成されて排ガス中のＮＯ
ｘはＮＯｘ触媒９ｂに吸着され、従って、ＮＯｘ触媒９
ｂの下流に配されたＮＯｘセンサ２６により検出される
排ガス中のＮＯｘ濃度は、図４に二点鎖線で示すＮＯｘ
触媒９ｂの上流側での排ガス中のＮＯｘ濃度よりも低く
なる。しかしながら、リーン空燃比運転が継続するとＮ
Ｏｘ触媒９ｂのＮＯｘ吸収能力が徐々に低下し、これに
伴って、ＮＯｘ触媒９ｂの下流側での排ガス中ＮＯｘ濃
度が漸増する。

【００３２】そして、下流側でのＮＯｘ濃度が上流側で
のそれに近づいた場合、すなわち、ＮＯｘ触媒９ｂが飽
和した場合、リッチ空燃比でのエンジン運転によりＮＯ
ｘ触媒９ｂまわりに還元雰囲気を形成し、ＮＯｘ触媒９
ｂに吸着したＮＯｘを触媒から放出し還元除去する。こ
の様にリーン運転からリッチ運転へ切り替わると、ＮＯ
ｘ触媒９ｂのＮＯｘ吸収能力が回復してＮＯｘ触媒下流
側でのＮＯｘ濃度が急減し、リッチ運転終了時点近くで
は（図４に例示した時間Ｔ１が経過する前に）、触媒下
流側でのＮＯｘ濃度は最小レベルに達する。硫黄被毒に
よるＮＯｘ触媒９ｂの劣化が生じていない場合、この様
な低ＮＯｘ濃度状態は、リッチ運転終了時点から図４に
例示した時間Ｔ２にわたって継続する。一方、ＮＯｘ触
媒９ｂに劣化が生じると、図４に破線で示すように触媒
下流側でのＮＯｘ濃度の増大開始時期が早まる。

【００３３】本実施形態による排気浄化装置では、図２
のＮＯｘセンサ出力校正ルーチンで求めたセンサ校正量
Ｄを用いてＮＯｘセンサ出力（触媒下流側でのＮＯｘ濃
度計測値）を補正して、触媒下流側でのＮＯｘ濃度を正
確に求め、この正確な判定情報に基づいてＮＯｘ触媒９
ｂの飽和判定および劣化判定を正確に行うようにしてい
る。そして、ＮＯｘ触媒が飽和したことを判定したとき
にエンジン１をリッチ運転して触媒のＮＯｘ吸着能力を
回復させ、また、ＮＯｘ触媒が劣化したことを判定した
ときにはエンジン１の１サイクル中に２度の燃料噴射を
行う所謂エンジン１の２段燃焼運転を行って排気温度を
高めると共に排気空燃比を飽和判定時のものよりも更に
リッチ化し、これにより、ＮＯｘ触媒９ｂの劣化要因と
なっている硫黄酸化生成物をＮＯｘ触媒から還元除去す
るようにしている。

【００３４】詳しくは、図５に示す飽和判定ルーチンで
は、先ず、ＥＣＵ２３の記憶装置にＮＯｘセンサ校正終
了情報が記憶されているか否かを確認し、これによりＮ
Ｏｘセンサの校正が完了しているか否かを判定する（ス
テップＳ３０）。この判別結果が肯定ならば、エンジン
１がリーン運転されているか否かを判定し（ステップＳ
３２）、リーン運転状態にあればフラグＦ１がリーン運
転を表す値「１」にセットされているか否かを更に判別
する（ステップＳ３４）。

【００３５】リーン運転状態にあるにもかかわらずフラ
グＦ１の値が「１」でなければ、リーン運転再開時点か
らの経過時間Ｔ１を計測するタイマをリスタートさせ
（ステップＳ３６）、フラグＦ１を値「１」にセットす
る（ステップＳ３８）。そして、Ｔ１タイマによる計測
結果を参照して、リーン運転再開時点から所定時間Ｔ１
が経過したか否かが判別される（ステップＳ４０）。所
定時間Ｔ１は、ＮＯｘ触媒９ｂの下流側でのＮＯｘ濃度
が最小レベルに達するに足りるような値に設定されてい
る（図４参照）。

【００３６】ステップＳ３０でセンサ校正未了と判別さ
れ、或いはステップＳ３２でリーン運転状態にないとの
判別が行われ、或いは、ステップＳ４０でリーン運転再
開時点から所定時間Ｔ１が経過していないとの判別が行
われた場合、飽和判定処理を行うことが不適切であると
判断して、飽和判定ルーチンを一旦終了する。センサ校
正の完了後においてリーン運転が所定時間Ｔ１にわたっ
て連続して行われてステップＳ４０での判別結果が肯定
になると、ＮＯｘ触媒９ｂの上流側でのＮＯｘ濃度が求
められる（ステップＳ４２）。上流側ＮＯｘ濃度の決定
には、例えばエンジン運転状態・ＮＯｘ濃度マップが用
いられる。このマップは、例えば、エンジン運転状態毎
（スロットル開度とエンジン回転数との組合せ毎）の上
流側ＮＯｘ濃度を測定するエンジン台上試験での測定デ
ータに基づいて作成され、ＥＣＵ２３の記憶装置内に記
憶されている。そこで、ステップＳ４２では、現在のス
ロットル開度およびエンジン回転数をスロットルセンサ
出力およびクランク角センサ出力に基づいて算出し、上
述のエンジン運転状態・ＮＯｘ濃度マップ（図示略）か
ら算出スロットル開度および算出エンジン回転数に応じ
て上流側ＮＯｘ濃度を求める。

【００３７】ステップＳ４４では、ＮＯｘセンサ２６の
出力Ａが読み込まれ、次に、図２のステップＳ２２で求
めたセンサ校正量Ｄを用いて、センサ出力補正手段とし
てのＥＣＵ２３によって、ＮＯｘセンサ出力値Ａが補正
される。例えば、センサ出力値Ａから校正量Ｄを減じて
補正済みセンサ出力値Ｅを得る。更に、適宜の変換係数
を補正済みＮＯｘセンサ出力値Ｅに乗じてＮＯｘ触媒下
流側でのＮＯｘ濃度を算出する（ステップＳ４６）。

【００３８】ステップＳ４８では、上流側ＮＯｘ濃度か
ら下流側ＮＯｘ濃度を減じてＮＯｘ濃度差を求め、この
ＮＯｘ濃度差を上流側ＮＯｘ濃度で除してＮＯｘ浄化効
率Ｆを算出する。図４から明らかなように、ＮＯｘ触媒
９ｂが飽和していなければＮＯｘ濃度差は相当に大き
い。即ち、ＮＯｘ浄化効率Ｆが大となる。そこで、ステ
ップＳ４８で算出したＮＯｘ浄化効率Ｆが飽和判定値Ｆ
refよりも大きいか否かを判別し（ステップＳ５０）、
ＮＯｘ浄化効率Ｆが判定値Ｆrefよりも大きければＮＯ
ｘ触媒９ｂが飽和していないと判断してステップＳ５２
で非飽和判定する。一方、ＮＯｘ浄化効率Ｆが判定値Ｆ
refよりも大きくなければ、ＮＯｘ触媒９ｂが飽和して
いると判断してステップＳ５４で飽和判定がなされ、Ｅ
ＣＵ２３の記憶装置に飽和判定情報が書き込まれ、図５
の飽和判定ルーチンを終了する。ステップＳ５２で一旦
非飽和判定された場合は、リーン運転状態が続く限り、
図５の飽和判定ルーチンが繰り返し実行される。

【００３９】上記の飽和判定と同様の判定原理に基づく
劣化判定が図６の劣化判定ルーチンにおいて実行され
る。飽和判定ルーチンでは、リーン運転再開時点から所
定時間Ｔ１が経過した後でのＮＯｘ浄化効率Ｆが飽和判
定値Ｆrefを上回ったときに飽和判定するようにした
が、劣化判定ルーチンでは、リーン運転再開時点から所
定時間Ｔ１が経過してから所定時間Ｔ２が経過するまで
の間でのＮＯｘ浄化効率Ｆが劣化判定値Ｇrefを下回っ
た場合に劣化判定する一方、上記期間内に判定値Ｇref
を下回るＮＯｘ浄化効率Ｆが検出されなければ非劣化判
定するようにしている。ここで、劣化判定値Ｇrefは、
飽和判定値Ｆrefよりも相当に大きい値に設定されてい
る。

【００４０】簡略に説明すると、劣化判定ルーチンで
は、センサ校正完了後のリーン運転時において、リーン
運転再開時にフラグＦ１を値「１」にセットすると共に
Ｔ１タイマおよびＴ２タイマをリスタートさせる（ステ
ップＳ６４及びＳ６６）。次回以降の劣化判定ルーチン
では、リーン運転が継続していれば、制御フローはステ
ップＳ６４からステップＳ７０に進んでＴ１タイマによ
る計時時間が所定時間Ｔ１を上回ると共にＴ２タイマに
よる計時時間が所定時間Ｔ２に達していない間、図５の
飽和判定ルーチンの場合と同様に、触媒上流側でのＮＯ
ｘ濃度を運転状態・ＮＯｘ濃度マップから求め（ステッ
プＳ７４）、ＮＯｘセンサ出力を補正し（ステップＳ７
６）、補正済みＮＯｘセンサ出力に基づいて触媒下流側
でのＮＯｘ濃度を求める（ステップＳ８０）。更に、触
媒上流側および触媒下流側でのＮＯｘ濃度に基づいてＮ
Ｏｘ浄化効率Ｆを算出し（ステップＳ８２）、この算出
ＮＯｘ浄化効率Ｆが劣化判定値Ｇrefを下回れば劣化判
定してＥＣＵ２３の記憶装置に劣化判定情報を記憶する
（ステップＳ８４）。一方、算出浄化効率Ｆが判定値Ｇ
refを下回ることなく所定時間Ｔ２が経過した場合には
非劣化判定する（ステップＳ８６）。

【００４１】図２のＮＯｘセンサ出力校正ルーチン、図
５の飽和判定ルーチンおよび図６の劣化判定ルーチンと
平行して、図７のＮＯｘ触媒再生ルーチンがＥＣＵ２３
により実行される。触媒再生ルーチンのステップＳ９０
では、ＥＣＵ２３の記憶装置に劣化判定情報が記憶され
ているか否かを判定することにより、劣化判定ルーチン
において劣化判定がなされたか否かが判定される。この
判定結果が否定であれば、ＥＣＵ２３の記憶装置に飽和
判定情報が記憶されているか否かを判定することによ
り、飽和判定ルーチンにおいて飽和判定がなされたか否
かが判定される（ステップＳ９２）。この判定結果が否
定であれば、特別のエンジン運転制御を行うことなしに
触媒再生ルーチンを終了する。この場合、そのときのエ
ンジン運転状態に適合するエンジン運転制御、すなわち
上述の基本的なエンジン制御が実施される。

【００４２】飽和判定ルーチンにおいて飽和判定がなさ
れ、従って、触媒再生ルーチンのステップＳ９２で飽和
判定ありとの判別がなされると、ステップ９４でエンジ
ン１が所定時間Ｔ３（図４）にわたってリッチ燃焼運転
される。詳しくは、ＮＯｘ脱離に適した空燃比（例え
ば、理論空燃比近傍のリッチ空燃比である値１４の空燃
比）を達成するための燃料噴射時間が図示しないマップ
を参照して決定される。次に、この燃料噴射時間にわた
る燃料噴射を行うための燃料噴射開始時期および終了時
期が決定され、更に、点火時期が図示しないマップに基
づいて決定される。そして、ＮＯｘ脱離に要するエンジ
ン運転時間Ｔ３が記憶装置から読み出される。エンジン
１は、ＮＯｘ脱離に適した理論空燃比近傍のリッチ空燃
比で運転され、ＮＯｘ触媒９ｂの回りに還元雰囲気が形
成され、ＮＯｘ触媒９ｂに付着したＮＯｘ酸化生成物が
還元除去される。すなわち、ＮＯｘの脱離が進行する。
ＮＯｘ脱離のためのリッチ燃焼運転が所定時間Ｔ３にわ
たって実施されると、ＮＯｘの脱離が充分に進行したと
判断して、リッチ燃焼運転を終了する。リッチ燃焼運転
終了後、エンジン運転域に応じた燃料噴射制御が再開さ
れる。

【００４３】劣化判定ルーチンにおいて劣化判定がなさ
れ、従って、触媒再生ルーチンのステップＳ９０で劣化
判定ありとの判別がなされると、ステップ９６でエンジ
ン１が２段燃焼運転される。この２段燃焼運転では、通
常の１回目の燃料噴射及び点火による主燃焼の膨張行程
初期から中期において２回目の追加燃料噴射が行なわれ
る。詳しくは、硫黄酸化生成物の還元除去（脱離）に適
したリッチ空燃比（例えば１１）が達成されるように、
主燃焼および追加燃料噴射のそれぞれについての燃料噴
射時間が図示しないマップを参照して決定される。次
に、それぞれの燃料噴射時間にわたって燃料噴射を行う
ための燃料噴射開始時期および燃料噴射終了時期が決定
され、また、点火時期が図示しないマップから決定され
る。次に、２段燃焼運転時間データが読み出され、２段
燃焼運転が開始される。２回目の追加燃料噴射による燃
料は主燃焼の火炎伝幡により着火される。２段燃焼運転
時、エンジン１は、硫黄酸化生成物の脱離に適したリッ
チ空燃比で運転され、また、排気ガス温度が上昇する。
この結果、ＮＯｘ触媒９ｂに付着した硫黄酸化生成物の
還元除去が進行する。２段燃焼運転が所定時間にわたっ
て実施されると、ＮＯｘ触媒９ｂの再生が充分になされ
たと判断して、２段燃焼運転を終了する。２段燃焼運転
の終了後、エンジン運転域に応じた燃料噴射制御が再開
される。

【００４４】本発明は上記の実施形態に限定されず、種
々に変形可能である。例えば、上記実施形態では、本発
明を筒内噴射式４気筒エンジンに適用した場合について
説明したが、４気筒以外のエンジンや筒内噴射式エンジ
ン以外のたとえばリーンバーンエンジンにも適用可能で
ある。また、上記の実施形態では、ＮＯｘ触媒の劣化を
判定したときに２段燃焼運転を行うことにより空燃比を
リッチ化すると共に排気温度ひいてはＮＯｘ触媒温度を
上昇させるようにしたが、点火時期のリタード、ヒータ
による触媒加熱、排気パイプ内への二次空気供給などの
その他の手段を用いて、ＮＯｘ触媒を直接に或いは間接
的に昇温するようにしても良い。

【００４５】上記実施形態では、前回センサ校正処理完
了後の車両走行距離が一定値以上、暖機完了、ＮＯｘセ
ンサの活性化完了、定常エンジン運転状態が一定時間連
続、および理論空燃比フィードバックモードでのエンジ
ン運転中という５つの要件からなるセンサ校正実行条件
を設定したが、これに限定されるものではない。例え
ば、エンジン電気系への電力供給を行うバッテリが交換
されることがある。バッテリバックアップ式の不揮発メ
モリに車両走行距離を記憶させる装置構成の場合、バッ
テリ交換に伴い車両走行距離データが失われる。そこ
で、バッテリ交換もしくはバッテリ再接続の有無を判別
し、バッテリの交換時もしくは再接続時には、車両走行
距離に係る要件をセンサ構成実行条件から除去するよう
にする。この場合、バッテリ交換時などには、車両走行
距離要件以外の４つの要件が満たされると、ＮＯｘセン
サの校正が実施されるようになる。

【００４６】また、リーンバーンエンジンや筒内噴射式
エンジンは、定常エンジン運転状態時には、理論空燃比
フィードバックモードでは運転されずに、リーン空燃比
モードで運転されることが多い。従って、この種のエン
ジンでは、センサ校正実行条件が成立しにくく、センサ
校正の機会が少なくなる。そこで、理論空燃比フィード
バックモードでの運転中という第５要件をセンサ校正実
行条件から除き、その他の４つの要件が満たされたとき
にセンサ校正実行条件の成立を判別すると共に、この条
件の成立時にエンジン制御モードを理論空燃比フィード
バックモードへ強制的に切り換えるようにしても良い。

【００４７】上記実施形態では、ＮＯｘセンサ出力平均
値とエンジン運転状態・基準センサ出力マップから読み
出した基準センサ出力値とからセンサ校正量を求めるよ
うにしたが、センサ校正量の決定にあたって上記のマッ
プを用いることは必須ではない。例えば、排気ガス中の
ＮＯｘ濃度が実質的にゼロになるような低負荷エンジン
運転状態時の正常なＮＯｘセンサ出力値は既知であり、
しかも、低負荷状態たとえばアイドリング状態は車両用
エンジンの運転中に比較的頻繁に現れ比較的長時間にわ
たって継続するので、低負荷時の実際センサ出力値と既
知の正常出力値とに基づいて、マップを使用せずに、セ
ンサ校正量を決定できる。また、低負荷時の正常出力値
が０になるようにＮＯｘセンサ出力レベルを設定すれ
ば、実際センサ出力値のみに基づいてセンサ校正量を求
めることができる。この場合、センサ校正量の設定がと
くに簡易になる。

【００４８】更に、センサ校正量の決定にあたり、実際
センサ出力の平均値を用いることは必須ではない。例え
ば、センサ出力平均値に代えて、下式に従って算出され
る一次フィルタ処理済みのセンサ出力値を用いても良
い。下式中の記号Ｋは重み付け係数を表し、ＡＮはセン
サ出力値を表し、Ａはセンサ出力値をフィルタ処理して
得た値を表す。

【００４９】Ａ(n)＝Ｋ×ＡＮ(n)＋（１−Ｋ）×Ａ(n-1) 更に、上記実施形態ではＮＯｘ触媒の下流側に設けられ
たＮＯｘセンサを有した排気浄化装置に本発明を適用し
た場合について説明したが、本発明は、触媒の上流側お
よび下流側にそれぞれ設けられた２つのＮＯｘセンサを
具備した排気浄化装置にも適用可能である。この場合、
各センサの校正は上記実施形態の場合と同様に行える。

【００５０】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明の排気浄化装置
によれば、センサ校正により個々のＮＯｘセンサの個体
差を適正に補償できる。また、校正条件が成立する度に
センサ校正を行うので、ＮＯｘセンサの経時変化も補償
できる。特に、ＮＯｘセンサ出力に基づいて、ＮＯｘ触
媒のＮＯｘ吸着量が飽和量に達したか否かを判定した
り、硫黄の酸化生成物によりＮＯｘ触媒の劣化が生じた
か否かを判定する場合、本発明によれば、判定精度が向
上するので、内燃機関のリーン空燃比運転時間を長くす
ることができ、内燃機関のリーン空燃比運転領域を実質
的に広げることができる。結果として、更なる燃費向上
を図れる。

【００５１】請求項２に記載の排気浄化装置では、ＮＯ
ｘセンサ出力の平均値と機関運転状態に応じた基準セン
サ出力値とに基づいてセンサ校正量が求められる。基準
センサ出力値は台上試験などにより予め適正に設定で
き、また、ＮＯｘセンサ出力の平均値を算出することに
よりＮＯｘセンサ出力への外乱ノイズなどの影響を除去
できる。従って、センサ出力平均値と基準センサ出力値
とから適正なセンサ校正量が求まるので、センサ校正を
適正に行える。

【００５２】請求項３に記載の排気浄化装置では、セン
サ校正量の設定を、センサ出力平均値と低負荷運転時に
おけるＮＯｘ濃度がゼロ近辺の値になる既知の値とに基
づいて簡易に行える。特に、排気中ＮＯｘ濃度がゼロ近
辺の値のときの出力レベルがゼロになるようにＮＯｘセ
ンサを構成すれば、センサ出力平均値のみに基づいてセ
ンサ校正量を設定でき、センサ校正量の設定をより簡易
化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による排気浄化装置を備え
た希薄燃焼内燃機関の概略構成図である。

【図２】図１の電子制御ユニットが実行するＮＯｘセン
サ出力校正ルーチンのフローチャートである。

【図３】図２のセンサ出力校正ルーチンで実行される校
正条件判定ルーチンのフローチャートである。

【図４】リッチ空燃比モードとリーン空燃比モードとの
間で制御モードを切換えつつエンジンを運転する場合に
おけるＮＯｘ触媒の上流側および下流側でのＮＯｘ濃度
の変化を例示する図である。

【図５】電子制御ユニットが実行する飽和判定ルーチン
のフローチャートである。

【図６】電子制御ユニットが実行する劣化判定ルーチン
のフローチャートである。

【図７】電子制御ユニットが実行するＮＯｘ触媒再生ル
ーチンのフローチャートである。

【符号の説明】

１エンジン３ｂ排気パイプ８燃料噴射弁９ｂＮＯｘ触媒２３電子制御ユニット２６ＮＯｘセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられ酸素濃度
過剰雰囲気中で排気中のＮＯｘを吸着すると共に吸着し
たＮＯｘを酸素濃度低下雰囲気中で放出するＮＯｘ触媒
と、前記ＮＯｘ触媒の下流の前記排気通路に設けられ排
気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサとを有する内
燃機関の排気浄化装置において、センサ校正実行条件を満たす特定運転状態で前記内燃機
関が運転されているか否かを判定する校正条件判定手段
と、前記特定運転状態で前記内燃機関が運転されていること
が前記校正条件判定手段により判定されたとき、前記Ｎ
Ｏｘセンサの出力に基づいてセンサ校正量を設定する校
正量設定手段と、前記校正量設定手段により設定されたセンサ校正量を用
いて前記ＮＯｘセンサの出力を補正するセンサ出力補正
手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項２】前記校正量設定手段は、前記内燃機関の
運転状態毎の基準センサ出力値を予め記憶した基準出力
記憶手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状
態検出手段と、前記特定運転状態で前記内燃機関が運転
されている間に複数回にわたって検出した前記ＮＯｘセ
ンサの出力の平均値を求める平均センサ出力算出手段と
を含み、前記校正量設定手段は、前記内燃機関が前記特定運転状
態にあるときに前記運転状態検出手段により検出された
前記内燃機関の運転状態に応じて前記基準出力記憶手段
から読み出した基準センサ出力値と前記平均センサ出力
算出手段により求められた前記ＮＯｘセンサの出力の平
均値とに基づいて、前記センサ校正量を求めることを特
徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】前記校正条件判定手段は、排気中のＮＯ
ｘ濃度が実質的にゼロ近辺の値になる低負荷運転状態で
前記内燃機関が運転されているという低負荷要件が満た
されているか否かを判定し、前記校正量設定手段は、前記低負荷要件が満たされてい
る間に複数回にわたって検出された前記ＮＯｘセンサの
出力の平均値を求める平均センサ出力算出手段を含み、
前記ＮＯｘセンサの出力の平均値に基づいて前記センサ
校正量を設定することを特徴とする請求項１に記載の内
燃機関の排気浄化装置。