JP2008128196A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＮＯｘ浄化触媒の上流に設置された排気浄化触媒の劣化度合いの誤判定に起因する有害排出ガス成分の増大等を抑制した内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 エンジン回転速度ＮｅとエンジントルクＴｒｑとに基づきエンジン１の現在の運転領域を判定する一方で、ＴＷＣ１３の温度ＴｔｗｃとＴＷＣ１３の空間速度ＳＶとに基づき得られた現在のＴＷＣ１３の転化率からＨ_２やＣＨ_４の生成量を判定し、少なくとも一方でＨ_２やＣＨ_４が大量に発生する状況にある場合には、排気ガス中のＨ_２やＣＨ_４が補正禁止判定量を超えるとし、リッチスパイク終了判定用の還元中止閾値の補正を禁止する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、排気系に排気浄化触媒とＮＯｘ浄化触媒とが設けられた内燃機関の排気浄化装置に係り、排気浄化触媒の劣化度合いの誤判定に起因する有害排出ガス成分の増大等を抑制する技術に関する。

リーン空燃比で燃料を燃焼させるディーゼルエンジン等には、リーン運転時に排気ガス中のＮＯｘを捕捉し、リッチ運転または理論空燃比運転（以下、ストイキ運転と記す）時に捕捉したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ浄化触媒（リーンＮＯｘ触媒（Lean NOx Catalyst）：以下、ＬＮＣと記す）が付設されることが多い。しかしながら、ＬＮＣが捕捉できるＮＯｘ量には限界があるため、リーン運転のみを長時間継続することはできない。そこで、ＬＮＣに捕捉されたＮＯｘを放出させるために空燃比（Ａ／Ｆ）を一時的にリッチ化し、ＬＮＣから放出されたＮＯｘを還元剤（ＨＣ、ＣＯ）によって還元してＮ_２として排出させている（特許文献１参照）。以下、これを還元リッチ制御という。

このような還元リッチ制御は、リーン運転中にＬＮＣに捕捉されたＮＯｘ量（以下、捕捉ＮＯｘ量と記す）の推定に基づきリーン運転時に間欠的に行われる他に、リーン運転からストイキ運転への移行時等にも行われている。還元リッチ制御は、ＬＮＣの上流に設置したＬＡＦ（Linear Air Fuel Ratio）センサの検出値とＬＮＣの空間速度とから供給還元剤量を推定し、その推定結果が捕捉ＮＯｘ量に対応する必要還元剤量を超えた時点で終了する技術が公知となっている（特許文献２参照）。
特許２８４５１０３号公報 特開２００６−２０７４８７号公報

近年のディーゼルエンジン用排気浄化装置では、有害排気ガス成分の更なる浄化を図るべく、ＬＮＣの上流に三元触媒（Three Way Catalyst：以下、ＴＷＣと記す）を設置することが試みられている。この種の排気浄化装置では、還元リッチ制御時に供給された還元剤の一部がＴＷＣによって消費（酸化）されるため、その消費分を考慮して供給還元剤量（リッチ運転継続時間）を設定する必要がある。そして、ＴＷＣによる還元剤の消費量はＴＷＣの劣化に連れて変化するため、還元リッチ制御を高精度に行うためには、ＴＷＣの劣化度合いを判定する必要がある。

ＴＷＣの劣化は、ＴＷＣの上流側にＬＡＦセンサ（以下、Ｆ＿ＬＡＦセンサと記す）を設置し、その検出値とＴＷＣの下流側に設置したＬＡＦセンサ（ＬＮＣの上流側に設置した前述のＬＡＦセンサ：以下、Ｍ＿ＬＡＦセンサと記す）の検出値とを比較することで判定できるが、この際に以下に述べる問題が生じていた。ディーゼルエンジンでは、所定の運転領域（例えば、低負荷低温燃焼領域等）で排気ガス中のＨ_２やＣＨ_４の濃度が高くなるが、これらＨ_２やＣＨ_４の量が過大になった場合にＬＡＦセンサの検出精度が低下してしまうのである。

これは、Ｈ_２やＣＨ_４は、ともに分子が小さいためにＬＡＦセンサを構成する拡散律速層に拡散しやすく、Ｈ_２やＣＨ_４が排気ガス中に大量に存在した場合には、排気ガスの実空燃比よりリッチ寄り（例えば、０．５程度）の検出値がＬＡＦセンサから出力されることによる。そして、Ｆ＿ＬＡＦセンサからリッチ寄りの検出値が出力された場合には、ＴＷＣが実際よりフレッシュであると判定され、ＬＮＣに供給される還元剤が過多となってＨＣやＣＯの排出量増大や燃費の悪化がもたらされる。逆に、Ｍ＿ＬＡＦセンサからリッチ寄りの検出値が出力された場合には、ＴＷＣが実際より劣化していると判定され、ＮＯｘスリップ現象が生じてＮＯｘの排出量増大がもたらされる。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、ＮＯｘ浄化触媒の上流に設置された排気浄化触媒の劣化度合いの誤判定に起因する有害排出ガス成分の増大等を抑制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。

請求項１の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの浄化に供される排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の下流に設けられ、排気ガス中のＮＯｘを酸化雰囲気の下で捕捉し、捕捉したＮＯｘを還元雰囲気の下で還元／浄化するＮＯｘ浄化触媒と、前記排気浄化触媒の上流側に設置され、当該排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、前記排気浄化触媒と前記ＮＯｘ浄化触媒との間に設置され、当該排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、前記ＮＯｘの還元制御を行う際に、前記ＮＯｘ浄化触媒内を還元雰囲気とすべく、当該ＮＯｘ浄化触媒側に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記還元制御時において、前記ＮＯｘ浄化触媒内での還元ＮＯｘ量を算出する還元ＮＯｘ量算出手段と、前記還元ＮＯｘ量が所定の還元中止閾値を超えた場合、前記還元制御を中止させる還元制御中止手段と、前記上流側空燃比検出手段の検出結果と前記下流側空燃比検出手段の検出結果とに基づき、前記排気浄化触媒の劣化度合を検出する劣化度合検出手段と、前記劣化度合検出手段の検出結果に基づき、前記還元中止閾値を補正する閾値補正手段と、前記上流側空燃比検出手段および／または前記下流側空燃比検出手段が検出対象とする排気ガス中のＨ_２および／またはＣＨ_４の量が所定の補正禁止判定量を超える場合、前記閾値補正手段による還元中止閾値の補正を禁止する補正禁止手段とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載された内燃機関の排気浄化装置において、前記補正禁止手段は、前記内燃機関の運転状態に基づき、前記排気ガス中のＨ_２および／またはＣＨ_４の量が補正禁止判定量を超えるか否かを判定することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２に記載された内燃機関の排気浄化装置において、前記補正禁止手段は、前記内燃機関が前記排気浄化触媒によって生成されるＨ_２および／またはＣＨ_４の量が所定値を超える運転状態にある場合、前記排気ガス中のＨ_２および／またはＣＨ_４の量が補正禁止判定量を超えると判定することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項２または請求項３に記載された内燃機関の排気浄化装置において前記補正禁止手段は、前記内燃機関が低温燃焼状態にある場合、前記排気ガス中のＨ_２および／またはＣＨ_４の量が補正禁止判定量を超えると判定することを特徴とする。

本発明によれば、排気ガス中のＨ_２やＣＨ_４の量が過大となる状況では、判定補正禁止手段による還元中止閾値の補正の補正が行われないため、排気浄化触媒の劣化度合いの誤判定に起因する有害排出ガス成分の増大等が抑制される、

以下、図面を参照して、本発明を適用した自動車用エンジンの排気浄化装置の２つの実施形態を詳細に説明する。

≪第１実施形態≫
まず、本発明が適用されるエンジンの構造を説明すると、図１に示すようにエンジン１は、吸気管２、燃料噴射装置６、センサ１１および排気系を備えている．吸気管２には吸気管内圧（ＰＢ）を検出する吸気圧センサ７が設けられており、この吸気圧センサ７により検出された吸気管圧力信号はＥＣＵ（電子制御ユニット）２０に供給される。また、図１中のセンサ１１はエンジン回転速度Ｎｅを検出するＮｅセンサを含んでおり、このＮｅセンサからエンジン回転速度Ｎｅに応じた電気信号がＥＣＵ２０に供給される。なお、センサ１１は、エンジン水温センサ等、他の複数のセンサを総合的に示している。

排気系にはＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化するＴＷＣ（三元触媒：排気浄化触媒）１３が装着されており、更にその下流にＮＯｘを捕捉するＬＮＣ（リーンＮＯｘ触媒）１５がＴＷＣ１３と直列に装着されている。ＬＮＣ１５はリーン運転時に排気ガス中のＮＯｘを捕捉し、捕捉されたＮＯｘは、リッチ運転時に排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯにより還元され、Ｎ_２として大気中に放出される。

ＴＷＣ１３の上流（すなわち、エンジン１とＴＷＣ１３との間）には、エンジン１とＴＷＣ１３との間の排気ガス中の空燃比を測定するＦ＿ＬＡＦセンサ（上流側空燃比検出手段）１４が設けられ、ＴＷＣ１３とＬＮＣ１５との間には、ＴＷＣ１３とＬＮＣ１５との間の排気ガス中の空燃比を測定するＭ＿ＬＡＦセンサ（下流側空燃比検出手段）１６が設けられている。ＴＷＣ１３には酸素ストレージ機能があるため、Ｆ＿ＬＡＦセンサ１４の出力に対し、Ｍ＿ＬＡＦセンサ１６の出力には遅れが生じる。この遅れ分は、ＴＷＣ１３の劣化状態によって変化する。Ｆ＿ＬＡＦセンサ１４の出力信号は、後述する燃料のフィードバック制御におけるフィードバック入力として用いられており、Ｍ＿ＬＡＦセンサ１６の出力信号は後述するリッチスパイク終了判定に用いられている。

Ｆ＿ＬＡＦセンサ１４、Ｍ＿ＬＡＦセンサ１６は排気ガスの空燃比に比例した信号を出力し、これらのセンサからの出力信号がＥＣＵ２０に送られる。また、ＴＷＣ１３には、その温度Ｔｔｗｃを検出する触媒温度センサ１７が付設されており、この触媒温度センサ１７からの出力信号もＥＣＵ２０に送られる。

ＥＣＵ２０は、コンピュータで構成され、コンピュータで実行するプログラムおよびデータを格納するＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）、実行時に必要なプログラムおよびデータを取り出して記憶し、演算の作業領域を提供するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）、プログラムを実行するＣＰＵ（プロセッサ）、各種のセンサからの入力信号を処理する回路およびエンジン各部に制御信号を送る駆動回路等を備えている。図１ではこのようなハードウェア構成を踏まえ、ＥＣＵ２０を機能ブロックで示してある。

＜ＥＣＵの全体的機能＞
捕捉ＮＯｘ推定部２３は、エンジントルクＴｒｑと、センサ１１からのエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、リーン運転中におけるＬＮＣ１５の捕捉ＮＯｘ量を推定する。

リーン運転中においては、加算部２５が、捕捉ＮＯｘ推定部２３で推定された捕捉ＮＯｘ量に還元リッチ制御中に捕捉されるはずのＮＯｘ分を加算する。こうして得られた加算値と所定の飽和判定値とは判定部２６で比較され、捕捉ＮＯｘ量が飽和判定値を超えたと判定されると、判定部２６がその判定信号を目標空燃比設定部２１に出力する。すると、これに応答して、目標空燃比設定部２１は、空燃比を還元リッチ制御時目標空燃比（ＫＢＳＲＳＰ）、例えば１３．０に設定する。加算部２５において、還元リッチ制御中に捕捉されるはずのＮＯｘ量を加算する理由は、還元リッチ制御実施中にも若干のＮＯｘがＬＮＣ１５に捕捉されるためであり、その分を捕捉ＮＯｘ推定量に上積みして還元リッチ制御への移行を判定することにより、還元リッチ制御中に発生したＮＯｘがＬＮＣ１５に捕捉されずに大気に放出されることが防止できる。

運転状態判定部２４は、エンジン回転速度Ｎｅ、吸気管圧力ＰＢ、アクセルペダル踏込量等、種々の運転パラメータに基づいて自動車の運転状態を判定し、リーン運転モードとストイキ運転モードとの間の切り換えを決定し、運転モード切換信号を目標空燃比設定部２１に出力する。

目標空燃比設定部２１は、運転状態に応じた目標空燃比を設定する機能を有している。例えば、運転状態判定部２４からリーン運転からストイキ運転への移行（以下リーン→ストイキ移行という）を指示されたときには、空燃比を理論空燃比よりリッチな値に一時的に設定することで、リーン運転中にＬＮＣ１５に捕捉されたＮＯｘを還元してＬＮＣ１５の機能を回復させる処理を行う。これをストイキ移行時のリッチ化と呼ぶ。また、目標空燃比設定部２１は、リーン→ストイキ移行時リッチ化の目標空燃比としてたとえば１３．０を設定する。この場合、加算部２５は、捕捉ＮＯｘ推定部２３で推定された捕捉ＮＯｘ量にストイキ移行時リッチ化中に捕捉されるはずのＮＯｘ分を加算する。この値は、次に説明するように、リッチ化の終了時点を判定するための還元中止閾値として閾値設定部２９で使用される。

還元剤量積算部２７は、リッチ運転（リッチスパイク制御）中に燃料増量の開始が判断されると、還元剤量の積算処理を開始する。還元終了判定部３１は、還元剤量積算部２７で積算された還元剤量の積算値が閾値設定部２９で設定された還元中止閾値に達したとき、還元が終了（リッチスパイク制御が終了）したと判定し、還元終了信号を目標空燃比設定部２１に送る。

閾値設定部２９は、リーン運転時の還元リッチ制御中においては固定された値を還元中止閾値として設定し、リーン→ストイキ移行時のリッチ化中においては、捕捉ＮＯｘ推定部２３により推定された捕捉ＮＯｘ推定値に前述のストイキ移行時リッチ化中に捕捉されるはずのＮＯｘ分を加算した値に基づき、図示しないテーブルを検索して対応する還元中止閾値を求める。

燃料噴射制御部２２は、目標空燃比設定部２１で設定された目標空燃比を使用し、次の式にしたがって燃料噴射パルス幅Ｔｏｕｔを演算し、燃料噴射装置６を駆動する。
Ｔｏｕｔ＝ＴＩＭ×Ｋｃｙｌ＋ＴｉＶｂ

ここで、ＴＩＭは基本燃料噴射パルス幅、Ｋｃｙｌは噴射補正項、ＴｉＶｂは無効時間である。ＴＩＭおよびＴｉＶｂには適切な値が予め与えられており、噴射補正項Ｋｃｙｌは次の式で算出される。
Ｋｃｙｌ＝ＫＣＭＤ×ＫＡＦ

ここでＫＣＭＤは空燃比フィードフォワード補正項であり、運転条件に応じた基本目標空燃比ＫＢＳおよび還元リッチ制御目標空燃比ＫＢＳＲＳＰに基づいて決定される。また、ＫＡＦは空燃比フィードバック補正項であり、ＥＣＵ２０は、ＫＣＭＤを目標値として空燃比フィードバック制御を実行する。

燃料噴射制御部２２は、算出された燃料噴射パルス幅Ｔｏｕｔに基づいて、燃料噴射回数、燃料噴射タイミング、燃料噴射量等の噴射制御パラメータを決定し、これら噴射制御パラメータに基づいて目標の空燃比となるように燃料噴射制御を行う。燃料噴射制御部２２は、このリッチスパイク制御時の燃料噴射制御の際には、Ｆ＿ＬＡＦセンサ１４の出力をフィードバック入力として用いて燃料噴射制御を実行する。

ここで、ＴＤＣごとに実行される燃料噴射制御のフィードバック処理を図２に基づいて説明する。図２において、まず、例えば、所定のフラグ等を参照することによりリッチスパイク制御が実行中であるか否かが判断される（ステップＳ１）。このフラグとしては、リーン→ストイキ移行時にリッチ化するときに１になるフラグ、およびリーン運転中にＬＮＣ１５に捕捉されたＮＯｘの推定量と還元リッチ制御中に捕捉されるはずのＮＯｘ分の合計値が所定の飽和判定値を超えたときに１になるフラグ（判定部２６での比較において飽和判定値を越えた際に１になるフラグ）等を用いるようにすればよい。リッチスパイク制御中は、目標空燃比設定部２１にはリッチ化時の目標空燃比（例えば１３．０）が設定されている。

リッチスパイク制御が実行中であるときは、吸気圧センサ７の出力に基づいて、吸気量が予め設定したリッチスパイク制御時の所定の吸気量に収束したか否かが判定される（ステップＳ２）。なお、吸気量の収束の有無は、運転状態判定部２４により判定される。

吸気量が収束した場合は、エンジン運転状態に応じたリッチスパイク時噴射制御パラメータを決定する（ステップＳ３）。噴射制御パラメータとしては、噴射回数、噴射タイミング、噴射量等が挙げられる。これらの噴射制御パラメータの決定に際しては、目標トルク−Ｎｅ（エンジン回転速度）のマップを用いることができる。リッチスパイク制御時のエンジン運転状態に応じた目標Ａ／Ｆから算出された燃料噴射パルス幅Ｔｏｕｔに基づいてこれらの噴射制御パラメータを決定する。

噴射制御パラメータが決定されると、燃料噴射制御部２２は、Ｆ＿ＬＡＦセンサ１４の出力をフィードバック入力として用いて、目標の空燃比となるようにフィードバック制御を行う（ステップＳ４）。

なお、リッチスパイク制御が実行中でないときや、吸気量が収束しないときには、リッチスパイク制御時でないエンジン運転状態に応じた噴射制御パラメータを決定する（ステップＳ５）。

上記のフィードバック制御では、Ｆ＿ＬＡＦセンサ１４の出力を用いて空燃比（Ａ／Ｆ）制御を行っているが、これは、ＴＷＣ１３が有する酸素ストレージ機能（ＯＳＣ）のためにＴＷＣ下流の空燃比（Ａ／Ｆ）が遅れて変化するため、Ｍ＿ＬＡＦセンサ１６の出力がＡ／Ｆフィードバック制御に適さないためである。

このように、ＴＷＣ１３の上流側に設けたＦ＿ＬＡＦセンサ１４の出力をフィードバック入力として用いてリッチ化に伴うフィードバック制御を行うことにより、燃焼Ａ／Ｆを応答性よく所定のリッチＡ／Ｆに保てるため、安定した還元剤の供給ができ、燃焼変動も抑制することができる。

次に、一定の周期ごとに実行されるリッチスパイク終了判定の処理について説明する。図３は一定の周期、例えばＴＤＣごとに実行されるリッチスパイク終了判定の処理を示すフローチャートである。図３において、まず、例えば前述のフラグ等を参照することによってリッチスパイク制御が実行中であるか否かが判断され（ステップＳ１１）、リッチ運転中である場合は、燃料増量が開始されたかを判定する（ステップＳ１２）。燃料増量が開始されたか否かは、例えば、図２のステップＳ２での吸気量収束の判断等が利用される。燃料増量が開始されると、図１の還元剤量積算部２７がＴＷＣ１３に供給された還元剤量の積算を開始する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３の還元剤量の積算処理は、一定の周期、例えば１００ミリ秒ごとに実行される。還元剤量の積算は、次式（１）によって求められた排気系積算値に対応する還元剤量を図４に示すテーブルから検索することによって求められる。

式（１）中、ＳＶはＴＷＣ１３における排気ガスの空間速度を示し、ストイキ近傍Ａ／Ｆはストイキ近傍のＡ／Ｆ（例えば、１４．５）を示し、Ｍ＿ＬＡＦ出力はＭ＿ＬＡＦセンサ１６の出力を示す。このストイキＡ／Ｆ一実Ａ／Ｆは、リッチ度合いを示している。

空間速度ＳＶとしては、吸入空気量の相関値を用いることができる。吸入空気量の相関値は、基本燃料噴射時間ＴＩＭの１／１６とエンジン回転速度Ｎｅとを乗じてＮｅＴＩを求め、このＮｅＴＩに大気圧センサで検出される大気圧に基づいて決定される大気圧補正項ＫＰＡを乗じた値ＮＴＩ（＝ＮｅＴＩ×ＫＰＡ）として算出される。なお吸入空気量の算出は、上述の方法によらないで、実測値を使用してもよい。

次いで、ステップＳ１３で求めた還元剤量の積算値が還元中止閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ１４）。このときに用いる還元中止閾値は、図１の閾値設定部２９で設定された値を用いる。すなわち、閾値設定部２９は、リーン運転時の還元リッチ制御中は固定の必要還元剤量を還元中止閾値として設定し、リーン→ストイキ移行時のリッチ化中は、捕捉ＮＯｘ推定部２３により推定された捕捉ＮＯｘ推定値に、前述のストイキ移行時リッチ化中にＬＮＣ１５に捕捉されるはずのＮＯｘ分を加算した値に基づき、テーブルを検索して求めた必要還元剤量を還元中止閾値として設定する。なお、リーン運転時の還元リッチ制御中およびリーン→ストイキ移行時のリッチ化中の双方とも、捕捉ＮＯｘ量と必要還元剤量（還元中止閾値）との関係を示すマップを用いて、捕捉ＮＯｘ推定部２３で推測した捕捉ＮＯｘ推定値に応じた必要還元剤量を求め、この必要還元剤量をリッチ運転終了判定のための還元中止閾値として用いるようにしてもよい。

還元終了判定部３１は、積算された還元剤量が還元中止閾値を超えた場合、リッチスパイク制御が終了したと判定する（ステップＳ１５）。この終了判定信号は目標空燃比設定部２１に入力され、これにより目標空燃比が理論空燃比あるいはリーン運転時の空燃比にセットされ、リッチスパイク制御が終了する。

このように、上記のリッチスパイク終了判定では、還元剤量を積算するためにＭ＿ＬＡＦセンサ１６の出力を用いている。これは、Ｆ＿ＬＡＦセンサ１４の出力を用いてしまうと、上流に置かれているＴＷＣ１３の劣化度合いによって実際にＬＮＣ１５に供給される還元剤量が変化（ＴＷＣ１３がフレッシュな場合は還元剤量が不足し、ＴＷＣ１３が劣化した場合には過剰となる。）し、排気浄化能力（ＥＭ）が悪化する虞があるからである。

このように、Ｍ＿ＬＡＦセンサ１６の出力を用いてリッチスパイク終了判定を行うことにより、ＴＷＣ１３の下流のＡ／Ｆに応じた所定の供給還元剤量制御が可能であり、ＴＷＣ１３の劣化状態に関わらず適正な量の還元剤がＬＮＣ１５に供給できるため、安定したＥＭ性能を得ることができる。

≪第２実施形態≫
第２実施形態においては、ＴＷＣ１３の劣化度合いを判定し、この判定結果に応じて先の図３のステップＳ１４で用いたリッチスパイク終了判定のための還元中止閾値を変更するようにしている。

Ｍ＿ＬＡＦセンサ１６は、Ｆ＿ＬＡＦセンサ１４の出力に対してＯＳＣ（酸素ストレー
ジ機能）分の遅れが生じる。そして、この遅れ分は、ＴＷＣ１３が劣化するに連れて短くなってゆく。ＴＷＣ１３の劣化により生じる、Ｆ＿ＬＡＦセンサ１４の出力に対するＭ＿ＬＡＦセンサ１６の出力の遅れ分は、前回にリッチスパイク制御を行ったときから今回のリッチスパイク制御を行うまでの間、すなわち直前のリーン運転中のＴＷＣ１３中のＯＳＣへの酸素吸着量によって異なる。このため、上記のようにして積算した還元剤量の推定値が実際の還元剤量とずれてしまう場合があり、還元剤の供給量が不安定となって、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等のＥＭ（排気性能）が悪化してしまうことがある。そこで、第２実施形態では以下のように劣化補正を行っている。

図５は、第２実施形態にかかるエンジン、排気ガス浄化装置および電子制御装置の構成を示す図である。図５に示す構成は、図１の構成に還元剤量積算部２７から閾値設定部２９に出力する構成を追加したものである。図５において、特に説明がない限り図１と同一符号は同一構成を示す。

第２実施形態では、更に、Ｆ＿ＬＡＦセンサ１４及びＭ＿ＬＡＦセンサ１６の両方を、ＴＷＣ１３の劣化状態を検出するために用いている。具体的には、Ｆ＿ＬＡＦセンサ１４をＴＷＣ１３に供給された還元剤量を算出するためのセンサとして用い、Ｍ＿ＬＡＦセンサ１６をＴＷＣ１３から排出された還元剤量を算出するためのセンサとして用いている。

還元剤量積算部２７は、第１実施形態の動作に加えて、リッチ運転（リッチスパイク制御）中に燃料増量の開始が判断されると、Ｆ＿ＬＡＦセンサ１４及びＭ＿ＬＡＦセンサ１６のそれぞれの出力に基づいた還元剤量の積算処理を開始する。それぞれの出力に基づいて積算した還元剤量は、閾値設定部２９に出力する。

また、閾値設定部２９は、第１実施形態の動作に加えて、リッチ運転（リッチスパイク制御）中に燃料増量の開始が判断され、そのリッチ運転状態が安定し、Ｍ＿ＬＡＦセンサ１６の出力が所定の出力に達したと判断されると、ＴＷＣ１３の劣化状態の検出を開始して、この検出した劣化状態に応じて最初に設定された還元中止閾値を補正する。ＴＷＣ１３の劣化状態の検出は、還元剤量積算部２７で算出されるＦ＿ＬＡＦセンサ及びＭ＿ＬＡＦセンサ１６の出力に基づく還元剤量の積算値を用いて検出する。

図６は、リッチスパイク終了判定のために用いる還元中止閾値をＴＷＣ１３の劣化に応じて補正する処理を示すフローチャートである。図６において、まず、例えば前述のフラグ等を参照することによりリッチスパイク制御が実行中であるか否かが判断され（ステップＳ２１）、この判断がＮｏであれば還元中止閾値の補正は行わない。

リッチスパイク制御中であり、ステップＳ２１の判断がＹｅｓとなった場合には、例えば、リッチスパイク制御中にシフトチェンジをしていないことや、エンジン回転速度Ｎｅが安定していることを条件として、そのリッチスパイク制御が安定に実行されているか否かが判断され（ステップＳ２２）、この判断がＮｏであれば還元中止閾値の補正は行わない。

リッチスパイク制御が安定に実行されており、ステップＳ２２の判断がＹｅｓとなった場合には、排気ガス中にＨ_２やＣＨ_４が大量に発生する領域でないか否かが判断され（ステップＳ２３）、この判断がＮｏであれば還元中止閾値の補正は行わない。

本実施形態の場合、ステップＳ２３の判断は、具体的には図７の制御ブロック図に示すように行われる。すなわち、エンジン回転速度ＮｅとエンジントルクＴｒｑとに基づきエンジン１の現在の運転領域を判定する一方で、ＴＷＣ１３の温度ＴｔｗｃとＴＷＣ１３の空間速度ＳＶとに基づき得られた現在のＴＷＣ１３の転化率からＨ_２やＣＨ_４の生成量を判定し、少なくとも一方でＨ_２やＣＨ_４が大量に発生する状況にある場合には、Ｈ_２やＣＨ_４が補正禁止判定量を超えるとする。

ここで、Ｈ_２やＣＨ_４が大量に発生する運転領域は、図８に示すように、主に低負荷運転領域（すなわち、低温燃焼領域）である。この運転領域では、大量のＥＧＲや噴射時期の進角を行うことにより、低温燃焼を行って反応しきれなかったＨＣがＰＭに変化することが抑制されるが、この際、反応が穏やかであるためにＨＣの変化がＨ_２やＣＨ_４に留まってしまうのである。

また、ＴＷＣ１３の転化率によっては、図９に示すように、温度Ｔｔｗｃが比較的低く（例えば、３００℃以下）、空間速度ＳＶが中程度の領域でＨ_２やＣＨ_４の発生量が比較的多くなる。これは、この領域ではＴＷＣ１３の活性が低いことから、ＨＣの反応がＨ_２やＣＨ_４に留まることによる。同図から判るように、ＴＷＣ１３の活性が低い領域においても、空間速度ＳＶが高い場合にはＨＣの反応がＨ_２やＣＨ_４に至らず、空間速度ＳＶが低い場合にはＨ_２やＣＨ_４から更に反応が進むため、Ｈ_２やＣＨ_４の発生量はどちらも比較的少なくなる。

本実施形態の場合、転化率に基づく判定にあたっては、図１０に示すように、ＴＷＣ１３の転化率を判定した後、これに還元剤の供給量を乗じてＨ_２やＣＨ_４の発生濃度を算出し、これが所定の判定値を超えたことをもってＨ_２やＣＨ_４の大量発生が起こるとする。なお、還元剤の供給量は、ストイキ近傍のＡ／ＦからＦ＿ＬＡＦセンサの出力値を減じ、その値に吸入空気量を乗じることによって得られる。

Ｈ_２やＣＨ_４が大量発生せず、ステップＳ２３の判断がＹｅｓとなった場合、Ｍ＿ＬＡＦセンサ１６の出力が所定の値に達したか否かが判断され（ステップＳ２４）、この判断がＮｏであれば還元中止閾値の補正は行わない。

Ｍ＿ＬＡＦセンサ１６の出力が所定の値に達し、ステップＳ２４の判断がＹｅｓとなった場合には、リーンＮＯｘ触媒に供給される還元剤量の積算値ＭＣＯをＴＷＣ１３への還元剤量の積算値ＦＣＯで除算した値ＭＣＯ／ＦＣＯを複数個数求めて、これら複数のＭＣＯ／ＦＣＯからＭＣＯ／ＦＣＯの平均値を得る（ステップＳ２５）。ＭＣＯ／ＦＣＯの平均値は、複数時点で推定したＭＣＯを対応する時点のＦＣＯで除算することで複数の除算値（比）ＭＣＯ／ＦＣＯをサンプル値として求め、これら複数のサンプル値ＭＣＯ／ＦＣＯを例えば最小二乗法により平均化して得られる。このＭＣＯとしては、前述のステップＳ１３において求められる還元剤量の積算値を用いることができる。またＦＣＯは、ＭＣＯと同時に還元剤量の積算処理を実行して得られる。ＦＣＯは、Ｆ＿ＬＡＦセンサ１４の出力に基づいて次式（２）により求められた排気系積算値に対応する還元剤量を図４に示すテーブルから検索することによって求められる。

式（２）中、ＳＶはＴＷＣ１３における排気ガスの空間速度を示し、ストイキ近傍Ａ／Ｆはストイキ近傍のＡ／Ｆ（例えば、１４．５）を示し、Ｆ＿ＬＡＦ出力はＦ＿ＬＡＦセンサ１４の出力を示す。

次いで、ＭＣＯ／ＦＣＯのサンプル数が所定数を超えたか否かが判断され（ステップＳ２６）、所定数を超えていない場合は還元中止閾値の補正はしない。すなわち、サンプル数が少ないときは、劣化補正を有効にせず、リッチスパイク終了判定で用いられる還元中止閾値は閾値設定部２９で設定された初期値を使用する。このようにして１回のサンプル値だけでなく、複数回のサンプル値の平均、すなわち、統計的処理をしたものを用いてＴＷＣ１３の劣化状況を判定する。

所定数のサンプリングを行った場合は、ステップＳ２５で算出したＭＣＯ／ＦＣＯの平均値にもとづいて劣化度合いを判定し、その判定結果に応じて、リッチスパイク制御の終了判定を行う際に用いる還元中止閾値を補正する（ステップＳ２７）。還元中止閾値の補正は、ＭＣＯ／ＦＣＯの平均値を劣化度合いとして、この劣化度合いに対応する還元中止閾値を、例えば図１１に示すようなテーブルから検索して、図３のリッチスパイク終了判定のステップＳ１４で用いる還元中止閾値を検索した還元中止閾値に置き換えることによって実行する。

図１１に示すテーブルでは、所定の範囲内において、前記劣化度合いが大きくなるのに応じて前記還元中止閾値を減少させるように、劣化度合いと還元中止閾値とが関係付けられている。

このようなテーブルを用いて劣化度合いに応じた還元中止閾値を求めて、図３のリッチスパイク終了判定のステップＳ１４で用いる還元中止閾値を補正することにより、ＬＮＣ１５に適切な量の還元剤を供給することができる。すなわち、ＴＷＣ１３の劣化度合いが大きくなると共にＴＷＣ１３にて消費される還元剤量が減少するため、リッチ時間の短縮が可能になる。

このように、Ｆ＿ＬＡＦセンサ１４に対するＭ＿ＬＡＦセンサ１６の応答遅れを平均化して算出することにより、リッチスパイク制御毎の酸素吸着量の変化に影響されることなく、ＴＷＣ１３の劣化状況が把握できる。その結果、還元剤の安定的な供給が実現でき、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の排気量の低減が可能となる。

以上にこの発明の実施形態を説明したが、この発明はこのような実施形態に限られるものではない。また、還元剤を供給する手段としては、以上に説明した手法以外にも、膨張行程又は排気行程時に燃料を噴射する手法や排気系に還元剤を供給する手段もある。

本発明の第１実施形態にかかる排気ガス浄化装置の概略構成図である。 燃料噴射制御フィードバック処理の手順を示すフローチャートである。 リッチスパイク制御の終了判断処理の手順を示すフローチャートである。 供給した還元剤量の積算値を推定するためのテーブルを示す図である。 本発明の第２実施形態にかかる排気ガス浄化装置の概略構成図である。 還元中止閾値の補正処理の手順を示すフローチャートである。 Ｈ_２，ＣＨ_４大量発生状態の判断処理を示す制御ブロック図である。 Ｈ_２やＣＨ_４が大量発生するエンジン運転領域を示すグラフである。 ＴＷＣの転化率を示すグラフである。 ＴＷＣの転化率に応じたＨ_２やＣＨ_４の発生量判定処理を示す制御ブロック図である。 三元触媒の劣化度合いに対応する還元中止閾値を求めるためのテーブルである。

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気管
６ 燃料噴射装置（還元剤供給手段）
７ 吸気管内圧カセンサ
１１ センサ（エンジン回転速度検出）
１３ ＴＷＣ（三元触媒：排気浄化触媒）
１４ Ｆ＿ＬＡＦセンサ（上流側空燃比検出手段）
１５ ＬＮＣ（リーンＮＯｘ触媒：ＮＯｘ浄化触媒）
１６ Ｍ＿ＬＡＦセンサ（下流側空燃比検出手段）
１７ 触媒温度センサ
２０ ＥＣＵ
２１ 目標空燃比設定部
２３ 捕捉ＮＯｘ推定部
２４ 運転状態判定部
２７ 還元剤量積算部（還元ＮＯｘ量算出手段）
２９ 閾値設定部
３１ 還元終了判定部

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの浄化に供される排気浄化触媒と、
   前記排気浄化触媒の下流に設けられ、排気ガス中のＮＯｘを酸化雰囲気の下で捕捉し、捕捉したＮＯｘを還元雰囲気の下で還元／浄化するＮＯｘ浄化触媒と、
   前記排気浄化触媒の上流側に設置され、当該排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
   前記排気浄化触媒と前記ＮＯｘ浄化触媒との間に設置され、当該排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、
   前記ＮＯｘの還元制御を行う際に、前記ＮＯｘ浄化触媒内を還元雰囲気とすべく、当該ＮＯｘ浄化触媒側に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記還元制御時において、前記ＮＯｘ浄化触媒内での還元ＮＯｘ量を算出する還元ＮＯｘ量算出手段と、
   前記還元ＮＯｘ量が所定の還元中止閾値を超えた場合、前記還元制御を中止させる還元制御中止手段と、
   前記上流側空燃比検出手段の検出結果と前記下流側空燃比検出手段の検出結果とに基づき、前記排気浄化触媒の劣化度合を検出する劣化度合検出手段と、
   前記劣化度合検出手段の検出結果に基づき、前記還元中止閾値を補正する閾値補正手段と、
   前記上流側空燃比検出手段および／または前記下流側空燃比検出手段が検出対象とする排気ガス中のＨ_２および／またはＣＨ_４の量が所定の補正禁止判定量を超える場合、前記閾値補正手段による還元中止閾値の補正を禁止する補正禁止手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記補正禁止手段は、前記内燃機関の運転状態に基づき、前記排気ガス中のＨ_２および／またはＣＨ_４の量が補正禁止判定量を超えるか否かを判定することを特徴とする、請求項１に記載された内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記補正禁止手段は、前記内燃機関が前記排気浄化触媒によって生成されるＨ_２および／またはＣＨ_４の量が所定値を超える運転状態にある場合、前記排気ガス中のＨ_２および／またはＣＨ_４の量が補正禁止判定量を超えると判定することを特徴とする、請求項２に記載された内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記補正禁止手段は、前記内燃機関が低温燃焼状態にある場合、前記排気ガス中のＨ_２および／またはＣＨ_４の量が補正禁止判定量を超えると判定することを特徴とする、請求項２または請求項３に記載された内燃機関の排気浄化装置。

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