(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内における空燃比がリーンとなるようにした内燃機関の排気通路内に、流入排気の空燃比がリーンのときに流入排気中のＮＯX を蓄え、流入排気中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯX を放出して還元するＮＯX 吸蔵還元触媒を配置し、ＮＯX 吸蔵還元触媒からＮＯX を放出すべきときにはＮＯX 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリッチとなるように還元剤供給装置からＮＯX 吸蔵還元触媒に還元剤を供給し、還元剤供給装置による還元剤供給作用を開始した後ＮＯX 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリーンでなくなってから、ＮＯX 吸蔵還元触媒からの流出排気の空燃比がリッチになるまでの経過時間を検出し、該経過時間と予め定められた基準値とを比較することによりＮＯX 吸蔵還元触媒の劣化度合いを判断するようにした内燃機関の触媒劣化判断装置において、還元剤供給装置による還元剤供給作用時にＮＯX 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比が予め定められた設定空燃比となるように還元剤供給量が制御されており、該設定空燃比に基づいて経過時間又は基準値を補正し、補正後の経過時間と基準値とを比較することによりＮＯX 吸蔵還元触媒の劣化度合いを判断するようにした内燃機関の触媒劣化判断装置。
【請求項２】
燃焼室内における空燃比がリーンとなるようにした内燃機関の排気通路内に、流入排気の空燃比がリーンのときに流入排気中のＮＯX を蓄え、流入排気中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯX を放出して還元するＮＯX 吸蔵還元触媒を配置し、ＮＯX 吸蔵還元触媒からＮＯX を放出すべきときにはＮＯX 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリッチとなるように還元剤供給装置からＮＯX 吸蔵還元触媒に還元剤を供給し、還元剤供給装置による還元剤供給作用を開始した後ＮＯX 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリーンでなくなってから、ＮＯX 吸蔵還元触媒からの流出排気の空燃比がリッチになるまでの経過時間を検出し、該経過時間と予め定められた基準値とを比較することによりＮＯX 吸蔵還元触媒の劣化度合いを判断するようにした内燃機関の触媒劣化判断装置において、還元剤供給装置による還元剤供給作用時にＮＯX 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比が予め定められた設定空燃比となるように還元剤供給量が制御されており、還元剤供給装置による還元剤供給作用時に該設定空燃比または吸入空気量が設定範囲内にあるか否かを判断し、該設定空燃比または該吸入空気量が該設定範囲内にあると判断されたときにこのときの経過時間と基準値とを比較することによりＮＯX 吸蔵還元触媒の劣化度合いを判断するようにした内燃機関の触媒劣化判断装置。
【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触媒劣化判断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された燃料量及び還元剤量に対する、その位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気量の比をその位置における排気の空燃比と称すると、従来より、燃焼室内における空燃比がリーンとなるようにした内燃機関の排気通路内に、流入排気の空燃比がリーンのときに流入排気中のＮＯＸ  を蓄え、流入排気中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯＸ  を放出して還元するＮＯＸ  吸蔵還元触媒を配置し、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒からＮＯＸ  を放出すべきときにはＮＯＸ  吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリッチとなるように還元剤供給装置からＮＯＸ  吸蔵還元触媒に還元剤を供給するようにした内燃機関が公知である。
【０００３】
ＮＯＸ  吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリッチにされたとしても、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒のＮＯＸ  放出・還元作用が行われている間はＮＯＸ  吸蔵還元触媒からの流出排気の空燃比はほぼ理論空燃比に維持され、次いでＮＯＸ  吸蔵還元触媒のＮＯＸ  放出・還元作用が完了すると流出排気の空燃比がリッチに切り替わることが確認されている。従って、還元剤供給装置による還元剤供給作用を開始した後ＮＯＸ  吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリーンでなくなってから、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒からの流出排気の空燃比がリッチになるまでの経過時間はＮＯＸ  吸蔵還元触媒のＮＯＸ  貯蔵能力を表しており、逆に言うとＮＯＸ  吸蔵還元触媒の劣化度合いを表していることになる。
【０００４】
そこで、この経過時間を検出し、経過時間と予め定められた基準値とを比較することによりＮＯＸ  吸蔵還元触媒の劣化度合いを判断するようにした内燃機関の触媒劣化判断装置が公知である（特開平１０−２９９４６９号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、経過時間は還元剤供給装置による還元剤供給作用時又は還元剤供給作用開始時における機関運転状態又はＮＯＸ  吸蔵還元触媒の状態に応じて変動しうる。即ち、例えば還元剤供給装置による還元剤供給作用開始時におけるＮＯＸ  吸蔵還元触媒のＮＯＸ  貯蔵量が少ないときには多いときに比べて経過時間は短くなる。ところが、単に経過時間が短いということでＮＯＸ  吸蔵還元触媒の劣化度合いが大きくなったと判断すると誤判断することになる。
【０００６】
従って、本発明の目的はＮＯＸ  吸蔵還元触媒の劣化度合いを正確に判断することができる内燃機関の触媒劣化判断装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、燃焼室内における空燃比がリーンとなるようにした内燃機関の排気通路内に、流入排気の空燃比がリーンのときに流入排気中のＮＯX を蓄え、流入排気中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯX を放出して還元するＮＯX 吸蔵還元触媒を配置し、ＮＯX 吸蔵還元触媒からＮＯX を放出すべきときにはＮＯX 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリッチとなるように還元剤供給装置からＮＯX 吸蔵還元触媒に還元剤を供給し、還元剤供給装置による還元剤供給作用を開始した後ＮＯX 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリーンでなくなってから、ＮＯX 吸蔵還元触媒からの流出排気の空燃比がリッチになるまでの経過時間を検出し、該経過時間と予め定められた基準値とを比較することによりＮＯX 吸蔵還元触媒の劣化度合いを判断するようにした内燃機関の触媒劣化判断装置において、還元剤供給装置による還元剤供給作用時にＮＯX 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比が予め定められた設定空燃比となるように還元剤供給量が制御されており、該設定空燃比に基づいて経過時間又は基準値を補正し、補正後の経過時間と基準値とを比較することによりＮＯX 吸蔵還元触媒の劣化度合いを判断するようにしている。
【００１０】
即ち１番目の発明では、還元剤供給作用時におけるＮＯX 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比に関わらず、ＮＯX 吸蔵還元触媒の劣化度合いが正確に判断される。
【００１１】
また、上記課題を解決するために２番目の発明によれば、燃焼室内における空燃比がリーンとなるようにした内燃機関の排気通路内に、流入排気の空燃比がリーンのときに流入排気中のＮＯX を蓄え、流入排気中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯX を放出して還元するＮＯX 吸蔵還元触媒を配置し、ＮＯX 吸蔵還元触媒からＮＯX を放出すべきときにはＮＯX 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリッチとなるように還元剤供給装置からＮＯX 吸蔵還元触媒に還元剤を供給し、還元剤供給装置による還元剤供給作用を開始した後ＮＯX 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比がリーンでなくなってから、ＮＯX 吸蔵還元触媒からの流出排気の空燃比がリッチになるまでの経過時間を検出し、該経過時間と予め定められた基準値とを比較することによりＮＯX 吸蔵還元触媒の劣化度合いを判断するようにした内燃機関の触媒劣化判断装置において、還元剤供給装置による還元剤供給作用時にＮＯX 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比が予め定められた設定空燃比となるように還元剤供給量が制御されており、還元剤供給装置による還元剤供給作用時に該設定空燃比または吸入空気量が設定範囲内にあるか否かを判断し、該設定空燃比または該吸入空気量が該設定範囲内にあると判断されたときにこのときの経過時間と基準値とを比較することによりＮＯX 吸蔵還元触媒の劣化度合いを判断するようにしている。即ち２番目の発明では、ＮＯX 吸蔵還元触媒への流入排気の空燃比または吸入空気量が設定範囲内になければＮＯX 吸蔵還元触媒の劣化度合いの判断が禁止されるので、ＮＯX 吸蔵還元触媒の劣化度合いが正確に判断される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、１は機関本体、２はピストン、３は燃焼室、４は吸気ポート、５は吸気弁、６は排気ポート、７は排気弁、８は点火栓を夫々示す。吸気ポート４は対応する吸気枝管９を介してサージタンク１０に接続され、サージタンク１０は吸気ダクト１１を介してエアクリーナ１２に接続される。吸気枝管９内には燃料噴射弁１３が配置され、吸気ダクト１１内にはスロットル弁１４が配置される。一方、排気ポート６は排気マニホルド１５を介して始動時用触媒１６を収容したケーシング１７に接続され、ケーシング１７は排気管１８を介してＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９を収容したケーシング２０に接続される。さらに、ケーシング２０には排気管２１が接続される。
【００１３】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、及び出力ポート３７を具備する。吸気ダクト１１内には吸入空気の質量流量を検出するための吸入空気量センサ３８が配置される。排気管１８にはＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９への流入排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ３９が取り付けられる。この排気温度はＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の温度を表しており、以下、触媒温度ＴＣと称する。また、排気管１８にはＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比ＡＦＩを表す出力電圧を発生する空燃比センサ４０が取り付けられ、排気管２１にはＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９からの流出排気の空燃比ＡＦＯを表す出力電圧を発生する空燃比センサ４１が取り付けられる。これらセンサ３８，３９，４０，４１の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４２を介して入力ポート３６に入力される。さらに、入力ポート３６には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ４３が接続される。一方、出力ポート３７はそれぞれ対応する駆動回路４４を介して各点火栓８、各燃料噴射弁１３、及び表示装置４５にそれぞれ接続される。
【００１４】
表示装置４５はＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の劣化度合いが予め定められた設定度合いよりも大きくなったことを表示するためのものであり、例えばランプからなる。
図２は気筒から排出される排気中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。図２からわかるように、気筒から排出される排気中の未燃ＨＣ，ＣＯの量は燃焼室３内で燃料せしめられる混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、気筒から排出される排気中の酸素Ｏ２  の量は燃焼室３内で燃料せしめられる混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。なお、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９上流の排気通路内に還元剤又は空気が２次的に供給されない場合には、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比は燃焼室３内で燃焼せしめられる混合気の空燃比に一致する。
【００１５】
始動時触媒１７はＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９が活性化していない機関始動時に排気を浄化するためのものであり、例えばアルミナ担体上に白金Ｐｔのような貴金属が担持された三元触媒から形成される。
ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ，セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ，カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ，イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。このＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９は流入排気の空燃比がリーンのときにはＮＯＸ  を蓄え、流入排気中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯＸ  を放出して還元するＮＯＸ  吸放出・還元作用を行う。ここで、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９は吸収によりＮＯＸ  を蓄えると考えられている。
【００１６】
上述のＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９を機関排気通路内に配置すればこのＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９は実際にＮＯＸ  吸放出・還元作用を行うがこのＮＯＸ  吸放出・還元作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこのＮＯＸ  吸放出・還元作用は図３（Ａ），３（Ｂ）に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００１７】
即ち、流入排気がかなりリーンになると流入排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図３（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ２  がＯ２  −  又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２  −  又はＯ２−と反応し、ＮＯ２  となる（２ＮＯ＋Ｏ２  →２ＮＯ２  ）。次いで生成されたＮＯ２  の一部は白金Ｐｔ上でさらにに酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図３（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３  −  の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯＸ  がＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９内に吸収される。
【００１８】
流入する排気中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２  が生成され、吸収剤のＮＯＸ  吸収能力が飽和しない限りＮＯ２  が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３  −  が生成される。これに対して流入する排気中の酸素濃度が低下してＮＯ２  の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ３  −  →ＮＯ２  ）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ３  −  がＮＯ２  の形で吸収剤から放出される。即ち、流入排気中の酸素濃度が低下するとＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９からＮＯＸ  が放出されることになる。流入排気のリーンの度合が低くなれば流入排気中の酸素濃度が低下し、従って流入排気のリーンの度合を低くすればＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９からＮＯＸ  が放出されることになる。
【００１９】
一方、このときＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比をリッチ又は理論空燃比にすると、この排気中には図２からわかるように多量のＨＣ，ＣＯが含まれ、この多量のＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２  −  又はＯ２−と反応して酸化せしめられる。また、流入排気の空燃比をリッチ又は理論空燃比にすると流入排気中の酸素濃度が低下するために吸収剤からＮＯ２  が放出され、このＮＯ２  は図３（Ｂ）に示されるようにＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２  が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ２  が放出され、還元される。
【００２０】
図１の内燃機関では次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
ＴＡＵ＝ＴＢ・ＫＫ・（ＡＦＳ／ＡＦＴ）
ここでＴＢは基本燃料噴射時間、ＫＫは補正係数、ＡＦＳは理論空燃比（＝１４．６）、ＡＦＴは目標空燃比をそれぞれ表している。
基本燃料噴射時間ＴＢは燃焼室３内で燃焼せしめられる混合気の空燃比を理論空燃比にするのに必要な燃料噴射時間であって予め実験により求められている。この基本燃料噴射時間ＴＢは機関運転状態例えば機関負荷を表す吸入空気量Ｇａ及び機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２１】
補正係数ＫＫは暖機運転時増量補正係数、加速時増量補正係数、学習補正係数などを一まとめにして表したものであり、補正する必要がないときには１．０に維持される。
目標空燃比ＡＦＴは燃焼室３内で燃焼せしめられる混合気の空燃比の目標値であり、従ってＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比の目標値を表している。ＡＦＴ＞ＡＦＳのときにはＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比がリーンになり、ＡＦＴ＜ＡＦＳのときにはＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比がリッチになる。
【００２２】
図１の内燃機関では通常運転時、目標空燃比ＡＦＴが例えば機関運転状態に応じて定められるリーン空燃比ＡＦＬ（＞ＡＦＳ）に維持される。従って、機関１から排出されるＮＯＸ  がＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９内に蓄えられることになる。
ところが、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９のＮＯＸ  貯蔵能力には限界があるのでＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９のＮＯＸ  貯蔵能力が飽和する前にＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９からＮＯＸ  を放出させる必要がある。そこで本実施態様では、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９に貯蔵されているＮＯＸ  量を求め、このＮＯＸ  貯蔵量が予め定められた設定値よりも多くなったときにＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比を一時的にリッチに切り換え、それによりＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９内に蓄えられているＮＯＸ  放出して還元するようにしている。即ち、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９内のＮＯＸ  を放出、還元すべきときには目標空燃比ＡＦＴが一時的にリーン空燃比ＡＦＬからリッチ空燃比ＡＦＲに切り換えられる。
【００２３】
図４は目標空燃比ＡＦＴをリッチに切り換えたときのＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比ＡＦＩ及び流出排気の空燃比ＡＦＯの変化を概略的に示す実験結果である。図４の時間ａにおいてＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９のＮＯＸ  放出、還元作用を開始すべきであると判断されると、目標空燃比ＡＦＴがリッチ空燃比ＡＦＲに向けて徐々に低下せしめられ、その結果流入排気空燃比ＡＦＩ及び流出排気空燃比ＡＦＯが低下する。
【００２４】
次いで、時間ｂとなると流入排気空燃比ＡＦＩが理論空燃比になり、次いでリッチになる。即ち、リーンでなくなる。一方、このとき流出排気空燃比ＡＦＯはほぼ理論空燃比ＡＦＴに維持される。これは流入排気空燃比ＡＦＩがリーンでなくなるとＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９のＮＯＸ  放出、還元作用が実質的に始まり、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９内においてＨＣ，ＣＯとＮＯＸ  ，Ｏ２  とがほぼバランスするためであると考えられている。なお、このとき流出排気空燃比ＡＦＯがわずかばかりリッチに維持されることもある。
【００２５】
次いで、時間ｃとなると流出排気空燃比ＡＦＯがリッチになり、次いでリッチ空燃比ＡＦＲに一致するまで低下する。これはＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９内にＮＯＸ  ，Ｏ２  がほとんどなくなったためにＨＣ，ＣＯが過剰となるからであると考えられている。従って、時間ｃはＮＯＸ  放出、還元作用が完了した時間と見ることができる。
【００２６】
そこで、流出排気空燃比ＡＦＯがリッチになったときには目標空燃比ＡＦＴを直ちにリーン空燃比ＡＦＬに戻すようにしている。なお、図４は流出排気空燃比ＡＦＯがリッチになった後にも目標空燃比ＡＦＴをリッチ空燃比ＡＦＲに維持した場合を示しており、本実施態様の空燃比制御とは異なっている。
従って、流入排気空燃比ＡＦＩがリーンでなくなってから流出排気空燃比がリッチになるまでの経過時間ＥＴにおいて、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９のＮＯＸ  放出、還元作用が実質的に行われていると考えることができる。
【００２７】
一方、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９のＮＯＸ  貯蔵量を直接求めることはできない。しかしながら、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９に流入するＮＯＸ  量の積算値はＮＯＸ  貯蔵量を表している。そこで本実施態様では、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９に単位時間当たり流入するＮＯＸ  量ＱＮを求め、このＮＯＸ  量ＱＮの積算値ＳＱＮが予め定められた設定値よりも大きくなったときにＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９のＮＯＸ  放出、還元作用を開始するようにしている。
【００２８】
ところで、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９を使用するにつれてＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９が劣化し、その結果ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９のＮＯＸ  貯蔵作用が低下する。一方、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９内のＮＯＸ  貯蔵量が少なくなるにつれてＮＯＸ  放出、還元作用に必要な時間が短くなる。従って、上述の経過時間ＥＴが予め定められた基準値ＲＥＦよりも短くなったときにはＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の劣化度合いが予め定められた設定度合いよりも大きくなったと判断することができる。
【００２９】
ところが、冒頭で述べたように経過時間ＥＴはＮＯX 吸蔵還元触媒１９のＮＯX 放出、還元作用時又はＮＯX 放出、還元作用開始時における機関運転状態又はＮＯX 吸蔵還元触媒１９の状態に応じて変動しうる。このことについて図５及び図６を参照して詳細に説明する。
ＮＯX 吸蔵還元触媒１９のＮＯX 放出、還元作用を行うべく目標空燃比ＡＦＴのリッチ空燃比ＡＦＲへの変更作用が開始されたときのＮＯX 吸蔵還元触媒１９のＮＯX 貯蔵量、並びに三元触媒１６及びＮＯX 吸蔵還元触媒１９の酸素貯蔵量をそれぞれＳＱＮＲ，ＳＱＯＸＲとし、ＮＯX 吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比ＡＦＩがリーンの状態からリーンでない状態に切り替わったときの触媒温度及び吸入空気量をそれぞれＴＣＲ，ＧａＲとし、ＮＯX 放出、還元作用時におけるリッチ空燃比をＡＦＲＲとすると、図５（Ａ）はＴＣＲと経過時間ＥＴとの関係を、図５（Ｂ）はＳＱＮＲと経過時間ＥＴとの関係を、図５（Ｃ）はＡＦＲＲと経過時間ＥＴとの関係を、図６（Ａ）はＧａＲと経過時間ＥＴとの関係を、図６（Ｂ）はＳＱＯＸＲと経過時間ＥＴとの関係をそれぞれ示している。
【００３０】
図５（Ａ）からわかるように、経過時間ＥＴは触媒温度ＴＣＲが低いときにはＴＣＲが低くなるつれて短くなり、触媒温度ＴＣＲが高いときにはＴＣＲが高くなるつれて短くなる。これはＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９のＮＯＸ  吸蔵能力が触媒温度に依存しており、ＮＯＸ  吸蔵能力が低くなると放出、還元すべきＮＯＸ  量が少なくなるために経過時間ＥＴが短くなるためであると考えられている。
【００３１】
また、図５（Ｂ）からわかるように、経過時間ＥＴはＮＯＸ  貯蔵量ＳＱＮＲが大きくなるにつれて長くなる。これはＮＯＸ  吸蔵量が多くなると放出、還元すべきＮＯＸ  量が多くなるために経過時間ＥＴが長くなるためであると考えられている。
さらに、図５（Ｃ）からわかるように、経過時間ＥＴはリッチ空燃比ＡＦＲＲが小さくなるにつれて短くなる。これはリッチ空燃比が小さくなるにつれてＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９に単位時間当たりに供給される還元剤即ちＨＣ，ＣＯの量が多くなるからであると考えられている。
【００３２】
さらに、図６（Ａ）からわかるように、経過時間ＥＴは吸入空気量ＧａＲが多くなるにつれて短くなる。これは吸入空気量が多くなるにつれてＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９に単位時間当たりに供給されるＨＣ，ＣＯの量が多くなるからであると考えられている。
さらに、図６（Ｂ）からわかるように、経過時間ＥＴは酸素貯蔵量ＳＱＯＸＲが多くなるにつれて長くなる。これは酸素貯蔵量が多くなるにつれて、ＮＯＸ  放出、還元作用に使用されることなく消費されるＨＣ，ＣＯ量が増大するためであると考えられている。
【００３３】
このように経過時間は変動しうる。従って、ＮＯＸ  流入量積算値ＳＱＮが設定値よりも大きくなったということでＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９のＮＯＸ  放出、還元作用を開始し、このとき経過時間ＥＴが基準値ＲＥＦよりも短くなったということでＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の劣化度合いが設定度合いよりも大きくなったと判断すると、誤判断することになる。
【００３４】
そこで、上述のＴＣＲ，ＳＱＮＲ，ＡＦＲＲ，ＧａＲ，ＳＱＯＸＲに基づき経過時間ＥＴを補正し、補正後の経過時間ＣＥＴが基準値ＲＥＦよりも短くなったときにＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の劣化度合いが設定度合いよりも大きくなったと判断するようにしている。
具体的には、補正後の経過時間ＣＥＴは次式により算出される。
【００３５】
ＣＥＴ＝ＥＴ・ＫＴ・ＫＮ・ＫＲ・ＫＧ・ＫＯＸ
ここでＫＴは触媒温度補正係数、ＫＮはＮＯＸ  吸蔵量補正係数、ＫＲはリッチ空燃比補正係数、ＫＧは吸入空気量補正係数、ＫＯＸは酸素貯蔵量補正係数をそれぞれ表している。
触媒温度補正係数ＫＴは図７（Ａ）に示されるように、触媒温度ＴＣＲが低いときにはＴＣＲが低くなるつれて大きくなり、触媒温度ＴＣＲが高いときにはＴＣＲが高くなるつれて大きくなる。この補正係数ＫＴは図７（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３６】
ＮＯＸ  吸蔵量補正係数ＫＮは図７（Ｂ）に示されるように、ＮＯＸ  貯蔵量ＳＱＮＲが大きくなるにつれて小さくなる。この補正係数ＫＮは図７（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
リッチ空燃比補正係数ＫＲは図７（Ｃ）に示されるように、リッチ空燃比ＡＦＲＲが小さくなるにつれて大きくなる。この補正係数ＫＲは図７（Ｃ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３７】
吸入空気量補正係数ＫＧは図８（Ａ）に示されるように、吸入空気量ＧａＲが多くなるにつれて大きくなる。この補正係数ＫＧは図８（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
酸素貯蔵量補正係数ＫＯＸは図８（Ｂ）に示されるように、酸素貯蔵量ＳＱＯＸＲが多くなるにつれて小さくなる。この補正係数ＫＧは図８（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３８】
このように補正後の経過時間ＣＥＴを用いることによりＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の劣化度合いを正確に判断することができる。
図９及び図１０は目標空燃比ＡＦＴの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
図９及び図１０を参照すると、まずステップ５０ではフラグがセットされているか否かが判別される。このフラグはＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９のＮＯＸ  放出、還元作用を行うべきときにセットされ、それ以外はリセットされるものである。フラグがリセットされているときには次いでステップ５１に進み、リーン空燃比ＡＦＬが算出される。リーン空燃比ＡＦＬは例えば機関負荷を表す吸入空気量Ｇａ、機関回転数Ｎ、目標空燃比ＡＦＴがリーン空燃比ＡＦＬに切り換えられてからの時間の関数として予め定められている。続くステップ５２ではこのＡＦＬが目標空燃比ＡＦＴとされる。
【００３９】
続くステップ５３では単位時間当たりにＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９に流入するＮＯＸ  量ＱＮが算出される。単位時間当たりの流入ＮＯＸ  量ＱＮは吸入空気量Ｇａが多くなるにつれて多くなり、機関回転数Ｎが高くなるにつれて多くなるので、例えば吸入空気量Ｇａ及び機関回転数Ｎに基づいて単位時間当たりの流入ＮＯＸ  量ＱＮを求めることができる。続くステップ５４では流入ＮＯＸ  量積算値ＳＱＮが算出される（ＳＱＮ＝ＳＱＮ＋ＱＮ）。続くステップ５５では単位時間当たりに機関１から排出される酸素量ＱＯＸが算出される。単位時間当たりの排出酸素量ＱＯＸは吸入空気量Ｇａが多くなるにつれて多くなり、リーン空燃比ＡＦＬが大きくなるにつれて多くなるので、例えば吸入空気量Ｇａ及びリーン空燃比ＡＦＬに基づいて単位時間当たりの排出酸素量ＱＯＸを求めることができる。続くステップ５６では排出酸素量積算値ＳＱＯＸが算出される（ＳＱＯＸ＝ＳＱＯＸ＋ＱＯＸ）。この排出酸素量積算値ＳＱＯＸは三元触媒１７及びＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９内に貯蔵されている酸素量を表している。
【００４０】
続くステップ５７では流入ＮＯＸ  量積算値ＳＱＮが予め定められた設定値Ｓ１よりも大きいか否かが判別される。ＳＱＮ≦Ｓ１のときには処理サイクルを終了する。これに対しＳＱＮ＞Ｓ１のときには次いでステップ５８に進み、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９のＮＯＸ  放出、還元作用を行うための条件が成立しているか否かが判別される。例えば、機関始動時、アイドリング運転時、加速運転時には条件不成立とされ、それ以外は条件成立とされる。条件不成立のときには処理サイクルを終了する。条件成立のときには次いでステップ５９に進み、フラグがセットされる。続くステップ６０ではリッチ空燃比ＡＦＲが算出される。リッチ空燃比ＡＦＲは例えば吸入空気量Ｇａ、機関回転数Ｎ、補正後の経過時間ＣＥＴの関数として予め定められている。続くステップ６１ではこのときの流入ＮＯＸ  量積算値ＳＱＮがＮＯＸ  貯蔵量ＳＱＮＲとして記憶され、排出酸素量積算値ＳＱＯＸが酸素貯蔵量ＳＱＯＸＲとして記憶される。続くステップ６２ではＳＱＮ及びＳＱＯＸがクリアされる。次いで処理サイクルを終了する。
【００４１】
フラグがセットされたときにはステップ５０からステップ６３に進み、目標空燃比ＡＦＴが一定値ａだけ減少される（ＡＦＴ＝ＡＦＴ−ａ）。続くステップ６４では目標空燃比ＡＦＴがリッチ空燃比ＡＦＲよりも小さいか否かが判別される。ＡＦＴ≧ＡＦＲのときには処理サイクルを終了する。ＡＦＴ＜ＡＦＲのときには次いでステップ６５に進み、ＡＦＴがＡＦＲに一致せしめられる。従って、フラグがセットされると目標空燃比ＡＦＴがＡＦＬから徐々に減少せしめられ、次いでＡＦＲに維持される。フラグがリセットされると目標空燃比ＡＦＴがＡＦＬに戻される。
【００４２】
なお、本実施態様では、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９のＮＯＸ  還元、放出作用を行うためにＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９に還元剤を供給しているという見方もできる。この場合、目標空燃比ＡＦＴがリーン空燃比ＡＦＬから減少され始めてから、再びリーン空燃比ＡＦＬに戻されるまでが還元剤供給作用時ということになる。
図１１は経過時間ＥＴの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００４３】
図１１を参照すると、まずステップ７０では上述のフラグがセットされているか否かが判別される。フラグがリセットされているときには処理サイクルを終了する。フラグがセットされているときには次いでステップ７１に進み、流入排気空燃比ＡＦＩがリーンであるか否かが判別される。例えば、ＡＦＩ＞１４．８のときにリーンと判断され、ＡＦＩ≦１４．８のときにリーンでないと判断される。ＡＦＩがリーンのときには処理サイクルを終了する。ＡＦＩがリーンでないときには次いでステップ７２に進み、前回の処理サイクルにおいて流入排気空燃比ＡＦＩがリーンであるか否かが判別される。前回の処理サイクルにおいてＡＦＩがリーンのとき、即ちＡＦＩがリーンの状態からからリーンでない状態に切り替わったときには次いでステップ７３に進み、このときの触媒温度ＴＣがＴＣＲとして、吸入空気量ＧａがＧａＲとして記憶される。次いでステップ７４に進む。これに対し、前回の処理サイクルにおいてＡＦＩがリーンでないときにはステップ７４にジャンプする。
【００４４】
ステップ７４では経過時間ＥＴが１だけインクリメントされる。続くステップ７５では流出排気空燃比ＡＦＯがリッチであるか否かが判別される。例えば、ＡＦＯ＜１４．４のときにリッチと判断され、ＡＦＯ≧１４．４のときにリッチでないと判断される。ＡＦＯがリッチでないときには次いで処理サイクルを終了する。これに対し、ＡＦＯがリッチのときには次いでステップ７６に進み、このときのリッチ空燃比ＡＦＲがＡＦＲＲとして記憶される。続くステップ７７ではフラグがリセットされ、続くステップ７８では劣化判断ルーチンが実行される。この劣化判断ルーチンは図１２に示されている。
【００４５】
図１２を参照すると、まずステップ８０では図７（Ａ）のマップから触媒温度補正係数ＫＴが算出される。続くステップ８１では図７（Ｂ）のマップからＮＯＸ  貯蔵量補正係数ＫＮが算出され、続くステップ８２では図８（Ｂ）のマップから酸素貯蔵量補正係数ＫＯＸが算出される。続くステップ８３では図７（Ｃ）のマップからリッチ空燃比補正係数ＫＲが算出され、続くステップ８４では図８（Ａ）のマップから吸入空気量補正係数ＫＧが算出される。続くステップ８５では補正された経過時間ＣＥＴが算出される（ＣＥＴ＝ＥＴ・ＫＴ・ＫＮ・ＫＯＸ・ＫＲ・ＫＧ）。続くステップ８６では補正された経過時間ＣＥＴが基準値ＲＥＦよりも小さいか否かが判別される。ＣＥＴ＜ＲＥＦのときには次いでステップ８７に進み、表示装置４５が作動せしめられる。これに対しＣＥＴ≧ＲＥＦのときには次いでステップ８８に進み、表示装置４５が停止せしめられる。
【００４６】
再び図１１を参照すると、続くステップ７９では経過時間ＥＴがクリアされる。
図１３は燃料噴射時間ＴＡＵの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
図１３を参照すると、まずステップ９０では基本燃料噴射時間ＴＢが算出される。続くステップ９１では補正係数ＫＫが算出される。続くステップ９２では燃料噴射時間ＴＡＵが算出される（ＴＡＵ＝ＴＢ・ＫＫ・ＡＦＳ／ＡＦＴ）。
上述の実施態様では、ＴＣＲ，ＳＱＮＲ，ＡＦＲＲ，ＧａＲ，ＳＱＯＸＲに基づき経過時間ＥＴを補正している。しかしながら、ＴＣＲ，ＳＱＮＲ，ＡＦＲＲ，ＧａＲ，ＳＱＯＸＲに基づき基準値ＲＥＦを補正し、経過時間ＥＴが補正後の基準値よりも短くなったときにＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の劣化度合いが設定度合いよりも大きくなったと判断することもできる。当然、両方を補正してもよい。
【００４７】
図１４に別の実施態様を示す。図１４の内燃機関はＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９上流の排気管１８に空燃比センサ４０が取り付けられていない点で図１の内燃機関と構成を異にしている。
流入排気空燃比ＡＦＩがリーンの状態からリーンでない状態に切り替わったときには、流出排気空燃比ＡＦＯもリーンの状態からリーンでない状態に切り替わる。即ち、流入排気空燃比ＡＦＩの変化は流出排気空燃比ＡＦＯを検出することにより知ることができる。そこで本実施態様ではＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９上流の空燃比センサを省略し、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９下流の空燃比センサ４１により流入排気空燃比ＡＦＩがリーンの状態からリーンでない状態に切り替ったか否かを判断するようにしている。
【００４８】
一方、上述したように、機関運転状態又はＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の状態に応じて経過時間ＥＴは変動しうるので、異なる状態における経過時間ＥＴを比較することは無意味ということになる。従って、同じ状態における経過時間ＥＴを比較すればＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の劣化度合いを正確に判断できることになる。そこで本実施態様では、機関運転状態又はＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の状態が予め定められた設定状態であるときの経過時間ＥＴに基づいてＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の劣化度合いを判断するようにしている。言い換えると、機関運転状態又はＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の状態が設定状態でないときにはＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の劣化度合いの判断を禁止しているということになる。
【００４９】
具体的には、触媒温度ＴＣＲが予め定められた設定範囲内にあり、かつＮＯＸ  貯蔵量ＳＱＮＲが予め定められた設定範囲内にあり、かつリッチ空燃比ＡＦＲＲが予め定められた設定範囲内にあり、かつ吸入空気量ＧａＲが予め定められた設定範囲内にあり、かつ酸素貯蔵量ＳＱＯＸＲが予め定められた設定範囲内にあるときには、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の劣化度合いが判断される。いずれか一つが設定範囲外のときにはＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９の劣化度合いの判断は行われない。
【００５０】
図１５は本実施態様における経過時間ＥＴの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。なお、本実施態様においても図９及び図１０に示される目標空燃比ＡＦＴの算出ルーチンと、図１３に示される燃料噴射時間ＴＡＵの算出ルーチンとが実行される。
図１５を参照すると、まずステップ１７０では上述のフラグがセットされているか否かが判別される。フラグがリセットされているときには処理サイクルを終了する。フラグがセットされているときには次いでステップ１７１に進み、流入排気空燃比ＡＦＩがリーンであるか否かが判別される。例えば、流出排気空燃比ＡＦＯ＞１４．８のときにリーンと判断され、ＡＦＯ≦１４．８のときにリーンでないと判断される。ＡＦＩがリーンのときには処理サイクルを終了する。ＡＦＩがリーンでないときには次いでステップ１７２に進み、前回の処理サイクルにおいて流入排気空燃比ＡＦＩがリーンであるか否かが判別される。前回の処理サイクルにおいてＡＦＩがリーンのときには次いでステップ１７３に進み、このときの触媒温度ＴＣがＴＣＲとして、吸入空気量ＧａがＧａＲとして記憶される。次いでステップ１７４に進む。前回の処理サイクルにおいてＡＦＩがリーンでないときにはステップ１７４にジャンプする。
【００５１】
ステップ１７４では経過時間ＥＴが１だけインクリメントされ、続くステップ１７５では流出排気空燃比ＡＦＯがリッチであるか否かが判別される。例えば、ＡＦＯ＜１４．４のときにリッチと判断され、ＡＦＯ≧１４．４のときにリッチでないと判断される。ＡＦＯがリッチでないときには次いで処理サイクルを終了する。これに対し、ＡＦＯがリッチのときには次いでステップ１７６に進み、このときのリッチ空燃比ＡＦＲがＡＦＲＲとして記憶される。続くステップ１７７ではフラグがリセットされ、続くステップ１７８では図１６に示される劣化判断ルーチンが実行される。
【００５２】
図１６を参照すると、まずステップ１８０では触媒温度ＴＣＲが設定範囲内にあるか否かが判別される。ＴＣＲが設定範囲内にあるときには次いでステップ１８１に進み、ＮＯＸ  貯蔵量ＳＱＮＲが設定範囲内にあるか否かが判別される。ＳＱＮＲが設定範囲内にあるときには次いでステップ１８２に進み、酸素貯蔵量ＳＱＯＸＲが設定範囲内にあるか否かが判別される。ＳＱＯＸＲが設定範囲内にあるときには次いでステップ１８３に進み、リッチ空燃比ＡＦＲＲが設定範囲内にあるか否かが判別される。ＡＦＲＲが設定範囲内にあるときには次いでステップ１８４に進み、吸入空気量ＧａＲが設定範囲内にあるか否かが判別される。ＧａＲが設定範囲内にあるときには次いでステップ１８５に進み、経過時間ＥＴが基準値ＲＥＦよりも小さいか否かが判別される。ＥＴ＜ＲＥＦのときには次いでステップ１８６に進み、表示装置４５が作動せしめられる。これに対しＥＴ≧ＲＥＦのときには次いでステップ１８７に進み、表示装置４５が停止せしめられる。一方、ＴＣＲ，ＳＱＮＲ，ＳＱＯＸＲ，ＡＦＲＲ，ＧａＲのうちいずれか一つが設定範囲外にあるときにもステップ１８７に進む。
【００５３】
再び図１５を参照すると、続くステップ１７９では経過時間ＥＴがクリアされる。
これまで述べてきた実施態様では、燃焼室３内で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチにすることにより、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比がリッチになるようにしている。しかしながら、機関膨張行程又は排気行程に２回目の燃料噴射を行うことにより流入排気空燃比がリッチになるようにすることもできる。或いは、排気管１８に還元剤供給装置を設け、この還元剤供給装置から還元剤を供給することにより流入排気空燃比がリッチになるようにしてもよい。この場合、還元剤として例えばガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油、ブタン、プロパンのような炭化水素、水素、アンモニア、尿素などを用いることができる。
【００５４】
また、これまで述べてきた実施態様では、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒１９への流入排気の空燃比ＡＦＩがリーンの状態からリーンでない状態に切り替わったときを経過時間ＥＴの開始時間としている。しかしながら、流入排気空燃比ＡＦＩがリッチでない状態からリッチの状態に切り替わったときを経過時間ＥＴの開始時間とすることもできる。この場合、例えば、ＡＦＩ＜１４．４のときにリッチと判断され、ＡＦＩ≧１４．４のときにリッチでないと判断される。
【００５５】
【発明の効果】
ＮＯＸ  吸蔵還元触媒の劣化度合いを正確に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】燃焼室から排出される排気中の代表的な成分の濃度を概略的に示す図である。
【図３】ＮＯＸ  吸蔵還元触媒のＮＯＸ  吸放出・還元作用を説明する図である。
【図４】流入排気空燃比ＡＦＩ及び流出排気空燃比ＡＦＯを示す線図である。
【図５】経過時間ＥＴの変化を示す線図である。
【図６】経過時間ＥＴの変化を示す線図である。
【図７】補正係数を示す線図である。
【図８】補正係数を示す線図である。
【図９】目標空燃比ＡＦＴの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】目標空燃比ＡＦＴの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】経過時間ＥＴの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】劣化判断ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】燃料噴射時間ＴＡＵの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】別の実施態様における内燃機関の全体図である。
【図１５】別の実施態様における経過時間ＥＴの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】別の実施態様における劣化判断ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
３…燃焼室
１５…排気マニホルド
１９…ＮＯＸ  吸蔵還元触媒
４０，４１…空燃比センサ
【図１】
0003573030.tif 000002
【図２】
0003573030.tif 000003
【図３】
0003573030.tif 000004
【図４】
0003573030.tif 000005
【図５】
0003573030.tif 000006
【図６】
0003573030.tif 000007
【図７】
0003573030.tif 000008
【図８】
0003573030.tif 000009
【図９】
0003573030.tif 000010
【図１０】
0003573030.tif 000011
【図１１】
0003573030.tif 000012
【図１２】
0003573030.tif 000013
【図１３】
0003573030.tif 000014
【図１４】
0003573030.tif 000015
【図１５】
0003573030.tif 000016
【図１６】
0003573030.tif 000017