(57)【要約】【課題】エンジンの排気通路にＮＯｘ吸蔵触媒を設けた排気浄化装置において、触媒劣化時及び触媒未劣化時における燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量の最適化を図る。【解決手段】現在のＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形の所定の時間範囲の面積Ｓｘを算出し、その算出した面積Ｓｘと、予め設定された未劣化時の空燃比波形の前記時間範囲の面積（基準面積Ｓｏ）との面積差ΔＳを求め、この面積差ΔＳに基づいてＮＯｘ吸蔵触媒の触媒劣化を判定する。そして、そのＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形に基づく判定結果が触媒劣化であるときには、触媒劣化時に適したＮＯｘ還元添加量・添加インターバルを設定し、ＮＯｘ吸蔵触媒が未劣化状態であるときには、ＮＯｘ還元添加量を触媒劣化時に対して小さく設定し、ＮＯｘ還元添加インターバルを触媒劣化時に対して長く設定することで、触媒未劣化時における燃費悪化・ＨＣ増加を回避する。【選択図】図３
2008232058.tif 000002
【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たＮＯｘ吸蔵触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の上流側の排気通路にＮＯｘ還元剤を添加するとともに、そのＮＯｘ還元剤の添加量・添加インターバルを設定するＮＯｘ還元処理手段と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも下流側の排気の空燃比を検出する空燃比センサと、前記空燃比センサの出力波形に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備え、
前記ＮＯｘ還元処理手段は、前記劣化判定手段による判定結果が触媒劣化であるときには、触媒劣化時に適したＮＯｘ還元添加量・添加インターバルを設定し、前記劣化判定手段による判定結果が触媒未劣化であるときには、ＮＯｘ還元添加量を前記触媒劣化時よりも小さく設定し、ＮＯｘ還元添加インターバルを前記触媒劣化時よりも長く設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記劣化判定手段は、前記空燃比センサの出力波形の所定の時間範囲の面積を算出し、その算出した面積と、予め設定された未劣化時の空燃比波形の前記時間範囲の面積との面積差を求め、この面積差に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵触媒の触媒劣化を判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の上流側の排気通路にＮＯｘ還元剤を添加するとともに、そのＮＯｘ還元剤の添加量・添加インターバルを設定するＮＯｘ還元処理手段と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の触媒熱履歴に基づいて当該ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備え、
前記ＮＯｘ還元処理手段は、前記劣化判定手段による判定結果が触媒劣化であるときには、触媒劣化時に適したＮＯｘ還元添加量・添加インターバルを設定し、前記劣化判定手段による判定結果が触媒未劣化であるときには、ＮＯｘ還元添加量を前記触媒劣化時よりも小さく設定し、ＮＯｘ還元添加インターバルを前記触媒劣化時よりも長く設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記劣化判定手段は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の触媒床温を推定し、その推定した触媒床温の積算値が所定値よりも大きいときに触媒劣化であると判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（以下、エンジンともいう）の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジン等のように希薄燃焼を行うエンジンでは、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼させる運転領域が全運転領域の大部分を占めている。このため、この種のエンジンの排気通路に、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を吸蔵（吸収）するためのＮＯｘ吸蔵触媒を配置して排気ガスを浄化するようにしている。ＮＯｘ吸蔵触媒としては、例えばＮＳＲ（ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒や、ＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）触媒などが用いられている。
【０００３】
ＮＯｘ吸蔵触媒は、排気空燃比（Ａ／Ｆ）がリーンである場合つまり周囲の雰囲気が高酸素濃度状態である場合には排気中のＮＯｘを吸蔵する。一方、排気空燃比がリッチ側になった場合、詳しくは、周囲の雰囲気が低酸素濃度状態となり、かつ、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などの未燃燃料成分を含む状態になった場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒は吸蔵しているＮＯｘを放出及び還元する。具体的には、酸素濃度の低下によってＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘが排気に含まれる未燃燃料成分との反応によって還元浄化される。
【０００４】
このようなＮＯｘ吸蔵触媒において、熱負荷・硫黄被毒（Ｓ被毒）によって触媒が劣化し、ＮＯｘ吸蔵量が飽和状態に達した場合には、ＮＯｘを還元させてＮＯｘ吸蔵触媒を回復させる必要がある。ＮＯｘを還元させる方法としては、ＮＯｘ吸蔵触媒の上流側の排気通路にＮＯｘ還元剤（軽油等の燃料）を所定のＮＯｘ還元添加量・添加インターバルで間欠的に添加することにより、触媒コンバータ内の酸素濃度を低下させ、余剰な炭化水素や一酸化炭素などを還元剤としてＮＯｘの還元を促進させる処理（ＮＯｘ還元処理）が行われている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】特開２００６−２５８０４７号公報
【特許文献２】特開２００５−１０５８７１号公報
【特許文献３】特開２００６−１３８２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、現状のＮＯｘ還元処理において、ＮＯｘ還元添加量・添加インターバルは触媒劣化時についてのみ適合されている。このため、ＮＯｘ吸蔵触媒が未劣化状態で、ＮＯｘ還元性能が高い状態であるのにも関わらず、触媒劣化時と同等の条件でＮＯｘ還元処理が実施されてしまうので、触媒未劣化時の燃費悪化・ＨＣ増加が懸念される。
【０００６】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、排気通路にＮＯｘ吸蔵触媒が設けられ、そのＮＯｘ吸蔵触媒の上流側の排気通路にＮＯｘ還元剤を添加する内燃機関の排気浄化装置において、触媒劣化時及び触媒未劣化時における燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量の最適化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明（第１の発明）は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の上流側の排気通路にＮＯｘ還元剤を添加するとともに、そのＮＯｘ還元剤の添加量・添加インターバルを設定するＮＯｘ還元処理手段と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも下流側の排気の空燃比を検出する空燃比センサとを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とする。このような排気浄化装置において、前記空燃比センサの出力波形に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を判定する劣化判定手段を設け、その劣化判定手段による判定結果が触媒劣化であるときには、触媒劣化時に適したＮＯｘ還元添加量・添加インターバルを設定し、前記劣化判定手段による判定結果が触媒未劣化であるときには、ＮＯｘ還元添加量を前記触媒劣化時よりも小さく設定し、ＮＯｘ還元添加インターバルを前記触媒劣化時よりも長く設定することを特徴としている。
【０００８】
この発明の具体的な構成として、前記空燃比センサの出力波形（現在のＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形）の所定の時間範囲の面積を算出し、その算出した面積と、予め設定された未劣化時の空燃比波形の前記時間範囲の面積（基準面積）との面積差を求め、この面積差に基づいてＮＯｘ吸蔵触媒の触媒劣化を判定するという構成を挙げることができる。より具体的には、現在のＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形の所定時間範囲（例えば、Ａ／Ｆ波形がリーン→リッチに変化する領域を含む時間範囲）の面積と、触媒新品時に採取した基準面積との面積差が所定の判定値よりも大きいときに触媒劣化と判定するという構成を挙げることができる。
【０００９】
この発明によれば、空燃比センサの出力波形（ＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形）に基づいてＮＯｘ吸蔵触媒が触媒劣化または触媒未劣化のいずれの状態であるのかを判定し、ＮＯｘ吸蔵触媒が劣化状態であるときには、その触媒劣化に適したＮＯｘ還元添加量・添加インターバルで添加剤を添加するので、触媒劣化時における燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量を最適化することができる。また、ＮＯｘ吸蔵触媒が未劣化状態であるときには、ＮＯｘ還元添加量を触媒劣化時に対して小さく設定し、ＮＯｘ還元添加インターバルを触媒劣化時に対して長く設定するので、触媒未劣化時における燃費悪化・ＨＣ増加を回避することができる。これによって、ＮＯｘ吸蔵触媒の未劣化時における燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量の最適化も実現可能になる。
【００１０】
また、本発明（第２の発明）は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の上流側の排気通路にＮＯｘ還元剤を添加するとともに、そのＮＯｘ還元剤の添加量・添加インターバルを設定するＮＯｘ還元処理手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とする。このような排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の触媒熱履歴に基づいて当該ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を判定する劣化判定手段を設け、その劣化判定手段による判定結果が触媒劣化であるときには、触媒劣化時に適したＮＯｘ還元添加量・添加インターバルを設定し、前記劣化判定手段による判定結果が触媒未劣化であるときには、ＮＯｘ還元添加量を前記触媒劣化時よりも小さく設定し、ＮＯｘ還元添加インターバルを前記触媒劣化時よりも長く設定することを特徴としている。
【００１１】
この発明の具体的な構成として、ＮＯｘ吸蔵触媒の触媒床温を推定し、その推定した触媒床温の積算値が所定値よりも大きいときに触媒劣化であると判定するという構成を挙げることができる。なお、触媒床温の積算値とは、例えば、触媒床温に、その温度が持続した時間を乗じたものを積算した値である。
【００１２】
この発明によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒の触媒熱履歴（具体的には、ＮＯｘ吸蔵触媒の触媒床温の積算値）に基づいて、ＮＯｘ吸蔵触媒が触媒劣化または触媒未劣化のいずれの状態であるのかを判定し、ＮＯｘ吸蔵触媒が劣化状態であるときには、その触媒劣化に適したＮＯｘ還元添加量・添加インターバルで添加剤を添加するので、触媒劣化時における燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量を最適化することができる。また、ＮＯｘ吸蔵触媒が未劣化状態であるときには、ＮＯｘ還元添加量を触媒劣化時に対して小さく設定し、ＮＯｘ還元添加インターバルを触媒劣化時に対して長く設定するので、触媒未劣化時における燃費悪化・ＨＣ増加を回避することができる。これによって、ＮＯｘ吸蔵触媒の未劣化時における燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量の最適化も実現可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
−エンジン−
本発明を適用するディーゼルエンジンの概略構成を図１を参照して説明する。
【００１５】
この例のディーゼルエンジン１（以下、「エンジン１」という）は、例えばコモンレール式筒内直噴４気筒エンジンであって、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、及び、排気系７などを主要部として構成されている。
【００１６】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２５、燃圧制御弁２６、燃料調量弁２７、機関燃料通路２８、及び、添加燃料通路２９などを備えている。
【００１７】
サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２８を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は所定電圧が印加されたときに開弁して、燃焼室３内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。
【００１８】
また、サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２９を介して燃料添加弁２５に供給する。燃料添加弁２５は、所定電圧が印加されたときに開弁して、排気系７の排気ポート７１から排気マニホールド７２（後述するＤＰＮＲ触媒４１の上流側の排気管７３）に燃料を添加する電磁駆動式の開閉弁である。遮断弁２４は、緊急時に添加燃料通路２９を遮断して燃料供給を停止する。
【００１９】
吸気系６は、シリンダヘッドに形成された吸気ポートに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ３２、スロットルバルブ６２、吸気温センサ３３、及び、吸気圧センサ３４が配設されている。
【００２０】
排気系７は、シリンダヘッドに形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には触媒装置４が配設されている。
【００２１】
触媒装置４はＤＰＮＲ触媒４１を備えている。ＤＰＮＲ触媒４１は、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯｘは還元浄化される。
【００２２】
以上の触媒装置４、燃料添加弁２５、添加燃料通路２９、及び、燃料添加弁２５の開閉制御などを実行するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１００等によって排気浄化装置が構成されている。
【００２３】
エンジン１には、ターボチャージャ（過給機）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２及びコンプレッサインペラ５３を備えている。コンプレッサインペラ５３は吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３内部に臨んで配置されている。このようなターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ５３を回転させることにより吸入空気を過給する。この例のターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構５４が設けられており、この可変ノズルベーン機構５４の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
【００２４】
吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１の下流側にスロットルバルブ６２が設けられている。スロットルバルブ６２は、その開度を無段階に調整することが可能な電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。
【００２５】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続するＥＧＲ通路（排気還流通路）８が設けられている。ＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、ＥＧＲ通路８には、ＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられており、ＥＧＲバルブ８１の開度を調整することにより、排気系７から吸気系６に導入されるＥＧＲ量（排気還流量）を調整することができる。
【００２６】
−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００２７】
例えば、エアフローメータ３２は、吸気系６のスロットルバルブ６２の上流側に配置され、吸入空気量に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ３３は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ３４は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。
【００２８】
Ａ／Ｆセンサ３５は、排気系７の触媒装置４の下流側の排気管７４に配置され、排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）に応じた検出信号を出力する。排気温センサ３６は、排気系７の触媒装置４の下流側の排気管７４に配置され、排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ３７はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。
【００２９】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。
【００３０】
ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００３１】
以上のＲＯＭ１０２、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５及び出力インターフェース１０６と接続されている。
【００３２】
入力インターフェース１０５には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ３１、エアフローメータ３２、吸気温センサ３３、吸気圧センサ３４、Ａ／Ｆセンサ３５、排気温センサ３６、レール圧センサ３７、アクセルペダルへの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ３８、及び、エンジン１の出力軸であるクランクシャフトの回転数（エンジン回転数）を検出するクランクポジションセンサ３９などが接続されている。一方、出力インターフェース１０６には、インジェクタ２３、遮断弁２４、燃料添加弁２５、可変ノズルベーン機構５４、スロットルバルブ６２、及び、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。
【００３３】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、燃料噴射量制御等を含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は下記のＮＯｘ還元制御を実行する。
【００３４】
−ＮＯｘ還元制御−
まず、ディーゼルエンジンにおいては、大部分の運転領域で排気の空燃比はリーン空燃比となっているため、通常の運転状態では、ＤＰＮＲ触媒４１の周囲雰囲気は高酸素濃度状態となっている。このため、排気ガス中のＮＯｘは、ＤＰＮＲ触媒４１のＮＯｘに吸蔵されるが、熱負荷・硫黄被毒（Ｓ被毒）によって触媒が劣化し、ＮＯｘ還元性能が低下した場合には、ＮＯｘを還元させてＮＯｘ吸蔵触媒を回復させる必要がある。そこで、この例では、燃料添加弁２５の開閉制御によって、ＤＰＮＲ触媒４１の上流側の排気通路（排気管７３）に燃料を所定のＮＯｘ還元添加量・添加インターバル（図８参照）で間欠的に添加することにより、排気の空燃比を制御してＤＰＮＲ触媒４１の周囲雰囲気を高温化や還元雰囲気にすることで、ＤＰＮＲ触媒４１に吸蔵されたＮＯｘを、Ｎ2、ＣＯ2及びＨ2Ｏに還元して放出する。
【００３５】
ところで、このようなＮＯｘ還元処理に際し、従来制御では、上述したように、ＮＯｘ還元添加量・添加インターバルがＤＰＮＲ触媒４１の触媒劣化時についてのみ適合されている。このため、触媒未劣化時にも触媒劣化時と同等の条件でＮＯｘ還元処理が実施されてしまい、触媒未劣化時の燃費悪化・ＨＣ増加が懸念される。
【００３６】
これを解消するため、この例では、触媒未劣化時のＮＯｘ還元添加量を触媒劣化時よりも小さく設定し、ＮＯｘ還元添加インターバルを触媒劣化時よりも長く設定することで、触媒未劣化時の燃費悪化・ＨＣ増加を回避して、触媒未劣化時の燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量の最適化を実現する点に特徴がある。
【００３７】
そして、この例では、ＤＰＮＲ触媒４１の触媒劣化を判定する指標として、「ＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形」と「触媒熱劣化履歴」の各指標を用いている。その各指標による触媒劣化判定を適用したＮＯｘ還元制御の例を以下に説明する。
【００３８】
−ＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形判定によるＮＯｘ還元制御−
まず、この例のＮＯｘ還元制御に用いる触媒未劣化時のＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形の基準面積Ｓｏについて説明する。
【００３９】
ＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形（Ａ／Ｆセンサ３５の出力波形）は、例えば、図４に示すように、燃料を間欠的に添加する燃料添加に同期してリーンとリッチとを繰り返す波形であり、この例では、まず、ＤＰＮＲ触媒４１が新品であるときのＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形Ｗｏを予め採取しておく。次に、採取したＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形Ｗｏについて、図４に示すように、リーンからリッチ側に変化を開始する点ｔ１から一定時間後の点ｔ２までの判定時間範囲と判定閾値（Ａ／Ｆ波形のリーンレベル）とによって囲われる領域の面積を算出し、その算出した面積を触媒未劣化時のＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形の基準面積ＳｏとしてＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶している。なお、判定時間範囲を規定するｔ２は、例えば、ＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形Ｗｏがリッチになっている時間の中央値（もしくはリッチ側のピーク位置）とする。
【００４０】
また、この例では、触媒劣化時において燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量が最適となるように適合された触媒劣化時ＮＯｘ還元添加量・添加インターバルと、触媒未劣化時において燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量が最適となるように適合された触媒未劣化時ＮＯｘ還元添加量・添加インターバルとをＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶している。ただし、触媒未劣化時はＮＯｘ還元性能が高い点を考慮して、触媒未劣化時ＮＯｘ還元添加量を触媒劣化時よりも少なくし、また、触媒未劣化時のＮＯｘ還元添加インターバルについても触媒劣化時よりも長くしている。
【００４１】
次に、ＮＯｘ還元制御について図３のフローチャートを参照して説明する。図３の制御ルーチンはＥＣＵ１００において所定時間毎に繰り返して実行される。
【００４２】
ステップＳＴ１１では、現在のＡ／Ｆセンサ３５の出力波形つまりＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形Ｗｘの判定時間範囲の面積Ｓｘを求める。具体的には、図５に示すように、ＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形Ｗｘがリーン側からリッチ側に変化を開始する点ｔ１から一定時間後の点ｔ２までの判定時間範囲と判定閾値（Ａ／Ｆ波形のリーンレベル）とによって囲われる領域の面積Ｓｘを算出し、その算出した面積Ｓｘと、上記した基準面積Ｓｏと面積差ΔＳを算出する。なお、ＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形Ｗｘに対して設定する判定時間範囲ｔ１〜ｔ２及び判定閾値は、図４において基準面積Ｓｏを求めたときの判定時間範囲ｔ１〜ｔ２及び判定閾値と同じとする。
【００４３】
ステップＳＴ１２では、ステップＳＴ１１で求めた面積差ΔＳが所定の判定値αを超えているか否かを判定し、その判定結果に基づいてＤＰＮＲ触媒４１の触媒劣化または触媒未劣化を判定する。このステップＳＴ１２での判定処理について以下に説明する。
【００４４】
まず、ＤＰＮＲ触媒４１の触媒劣化が進行してＮＯｘ還元性能が低下すると、図６に示すように、現在のＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形Ｗｘは、新品時のＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形Ｗｏに対してリッチ側にずれる。このようなリッチ側へのずれが生じると、現在のＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形Ｗｘの判定時間範囲ｔ１〜ｔ２の面積Ｓｘ（図５参照）が新品時の基準面積Ｓｏ（図４参照）よりも大きくなる。しかも、ＤＰＮＲ触媒４１の劣化度合が大きくなればなるほど、現在のＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形Ｗｘの面積Ｓｘと基準面積Ｓｏとの面積差ΔＳは大きくなる。
【００４５】
このような点に着目し、この例では、ＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形の面積差ΔＳを指標としてＤＰＮＲ触媒４１の触媒劣化または触媒未劣化を判定する。具体的には、ＤＰＮＲ触媒４１の劣化度合とＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形の面積差ΔＳとの関係を予め実験・計算等によって採取しておき、その結果に基づいて触媒劣化を判定する判定値α（面積差ΔＳに対する判定値）を経験的に求め、その判定値αよりも面積差ΔＳが大きい場合（ΔＳ＞α）、ＤＰＮＲ触媒４１が触媒劣化と判定する。一方、面積差ΔＳが判定値α以下である場合（ΔＳ≦α）、ＤＰＮＲ触媒４１が触媒未劣化であると判定する。
【００４６】
そして、ステップＳＴ１２の判定結果が肯定判定である場合つまりＤＰＮＲ触媒４１が触媒劣化時である場合は、ステップＳＴ１３において、上記した触媒劣化時ＮＯｘ還元添加量・添加インターバルを選択して、ＤＰＮＲ触媒４１の上流側の排気通路（排気管７３）に燃料添加弁２５から燃料を間欠的に添加する。
【００４７】
一方、ステップＳＴ１２の判定結果が否定判定である場合つまりＤＰＮＲ触媒４１が触媒未劣化時である場合は、ステップＳＴ１４において、上記した触媒未劣化時ＮＯｘ還元添加量・添加インターバルを選択して、ＤＰＮＲ触媒４１の上流側の排気通路に燃料添加弁２５から燃料を間欠的に添加する。
【００４８】
この例のＮＯｘ還元制御によれば、ＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形に基づいてＤＰＮＲ触媒４１が触媒劣化または触媒未劣化のいずれの状態であるのかを判定し、ＮＯｘ吸蔵触媒４１が劣化状態であるときには、その触媒劣化に適したＮＯｘ還元添加量・添加インターバルで添加剤を添加するので、触媒劣化時における燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量を最適化することができる。また、ＮＯｘ吸蔵触媒４１が未劣化状態であるときには、ＮＯｘ還元添加量を触媒劣化時に対して小さく設定し、ＮＯｘ還元添加インターバルを触媒劣化時に対して長く設定しているので、触媒未劣化時における燃費悪化・ＨＣ増加を回避することができる。これによって、ＮＯｘ吸蔵触媒の未劣化時における燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量の最適化も実現可能になる。
【００４９】
−触媒熱劣化判定によるＮＯｘ還元制御−
まず、ＤＰＮＲ触媒４１のＮＯｘ還元能力に対して影響を与える熱劣化は、ＤＰＮＲ触媒４１が受熱した温度履歴、換言すればＤＰＮＲ触媒４１の温度である触媒床温の積算値と相関関係にあり、この触媒床温の積算値が大きくなればなるほど、ＤＰＮＲ触媒４１の熱劣化は進行していると判断することができる。このような点に着目し、この例では、触媒床温の積算値を指標としてＤＰＮＲ触媒４１の触媒劣化または触媒未劣化を判定し、ＮＯｘ還元制御を実行する。
【００５０】
その具体的な制御ルーチンを図７に示す。この図７の制御ルーチンはＥＣＵ１００において所定時間毎に繰り返して実行される。
【００５１】
なお、この例においても、上記したＮＯｘ還元制御の例と同様に、触媒劣化時において燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量が最適となるように適合された触媒劣化時ＮＯｘ還元添加量・添加インターバルと、触媒未劣化時において燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量が最適となるように適合された触媒未劣化時ＮＯｘ還元添加量・添加インターバルとをＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶している。また、触媒未劣化時ＮＯｘ還元添加量・添加インターバルについても、同様に、ＮＯｘ還元性能が高い点を考慮して、ＮＯｘ還元添加量を触媒劣化時よりも小さくし、ＮＯｘ還元添加インターバルを触媒劣化時よりも長くしている。
【００５２】
まず、ステップＳＴ２１において、排気温センサ３６の出力信号から読み込んだ排気温に基づいてＤＰＮＲ触媒４１の触媒床温を推定する。
【００５３】
ステップＳＴ２２では、ステップＳＴ２１で推定したＤＰＮＲ触媒４１の触媒床温の積算値を算出する。ここで、ＤＰＮＲ触媒４１の触媒床温の積算値とは、例えば、触媒床温に、その温度が持続した時間を乗じたものを積算した値である。なお、触媒床温の積算値の算出は、排気温データを採取する毎に順次繰り返して行う。
【００５４】
ステップＳＴ２３では、ステップＳＴ２２で算出したＤＰＮＲ触媒４１の触媒床温の積算値が所定の判定値βを超えているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合（触媒床温の積算値＞β）、ＤＰＮＲ触媒４１が触媒劣化時であると判定し、ステップＳＴ２４において、上記した触媒劣化時ＮＯｘ還元添加量・添加インターバルを選択して、ＤＰＮＲ触媒４１の上流側の排気通路（排気管７３）に燃料添加弁２５から燃料を間欠的に添加する。
【００５５】
一方、ステップＳＴ２３の判定結果が否定判定である場合（触媒床温の積算値≦β）、ＤＰＮＲ触媒４１が触媒未劣化時であると判定し、ステップＳＴ２５において、上記した触媒未劣化時ＮＯｘ還元添加量・添加インターバルを選択して、ＤＰＮＲ触媒４１の上流側の排気通路に燃料添加弁２５から燃料を間欠的に添加する。
【００５６】
なお、ステップＳＴ２３の判定処理に用いる判定値βは、ＤＰＮＲ触媒４１の劣化度合と触媒床温の積算値との関係を予め実験・計算等により求めておき、その結果を基に経験的に求めた値を設定すればよい。
【００５７】
この例のＮＯｘ還元制御によれば、ＤＰＮＲ触媒４１の触媒床温の積算値に基づいてＤＰＮＲ触媒４１の触媒劣化状態または触媒未劣化状態のいずれであるかを判定し、ＮＯｘ吸蔵触媒が劣化状態であるときには、その触媒劣化に適したＮＯｘ還元添加量・添加インターバルで添加剤を添加するので、触媒劣化時における燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量を最適化することができる。また、ＮＯｘ吸蔵触媒が未劣化状態であるときには、ＮＯｘ還元添加量を触媒劣化時に対して小さく設定し、ＮＯｘ還元添加インターバルを触媒劣化時に対して長く設定しているので、触媒未劣化時における燃費悪化・ＨＣ増加を回避することができる。これによってＮＯｘ吸蔵触媒の未劣化時における燃費・ＨＣ排出量・ＮＯｘ排出量の最適化も実現可能になる。
【００５８】
−他の実施形態−
以上の例において、触媒未劣化時のＮＯｘ還元添加量及び添加インターバルの双方を触媒劣化時に対して変更するという設定を行うことが好ましいが、触媒未劣化時のＮＯｘ還元添加量を触媒劣化時よりも小さくする設定、または、触媒未劣化時のＮＯｘ還元添加インターバルを触媒劣化時よりも長くする設定のいずれか一方の設定を行うようにしてもよい。
【００５９】
以上の例において、触媒劣化時ＮＯｘ還元添加量・添加インターバル、及び、触媒未劣化時ＮＯｘ還元添加量・添加インターバルについては、それぞれ、エンジン運転状態（例えばエンジン回転数など）をパラメータとしてマップ化しておき、エンジン運転状態に応じて各マップを参照して設定するようにしてもよい。
【００６０】
また、触媒未劣化時ＮＯｘ還元添加量・添加インターバルについては、上記した図３のステップＳＴ１２の判定結果、または、図７のステップＳＴ２３の判定結果が否定判定である場合に、現在のＤＰＮＲ触媒４１の触媒劣化度合に応じて、その触媒劣化度合が小さいほど、ＮＯｘ還元添加量を小さくし、ＮＯｘ還元添加インターバルを長くするようにしてもよい。なお、ＮＯｘ還元添加剤としては、燃料（軽油）に限られることなく、ＮＯｘ吸蔵触媒を還元することが可能な他の添加剤をＮＯｘ吸蔵触媒の上流側の排気通路に添加してもよい。
【００６１】
以上の例では、本発明の排気浄化装置を筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒内直噴６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用できる。また、筒内直噴ディーゼルエンジンに限られることなく、他のタイプのディーゼルエンジンにも本発明を適用することは可能である。また、車両用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。
【００６２】
以上の例では、ＤＰＮＲ触媒を備えた触媒装置を排気通路に設けているが、ＮＳＲ触媒とＤＰＮＲ触媒とを備えた触媒装置を排気通路に設けてもよい。また、ＤＰＮＲ触媒やＮＳＲ触媒以外の他のＮＯｘ吸蔵触媒を備えた触媒装置を排気通路に設けてもよい。
【００６３】
なお、ＮＳＲ触媒としては、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）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）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成のものを挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明を適用するディーゼルエンジンの一例を示す概略構成図である。
【図２】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】ＥＣＵが実行するＮＯｘ還元制御の一例を示すフローチャートである。
【図４】触媒新品時のＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形を示す波形図である。
【図５】触媒劣化時のＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形を示す波形図である。
【図６】触媒新品時のＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形と触媒劣化時のＮＯｘ還元添加Ａ／Ｆ波形とを重ね合わせて示す波形図である。
【図７】ＥＣＵが実行するＮＯｘ還元制御の他の例を示すフローチャートである。
【図８】燃料のＮＯｘ還元添加量・添加インターバルを示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  エンジン（内燃機関）
２  燃料供給系
２１  サプライポンプ
２３  インジェクタ
２４  遮断弁
２５  燃料添加弁
２９  添加燃料通路
４  触媒装置
４１  ＤＰＮＲ触媒
７  排気系
７１  排気ポート
７２排気マニホールド
７３，７４  排気管
３５  Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）
１００  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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