(57)【要約】【課題】排ガス特性を悪化させることなく、ＮＯｘセンサの応答性の劣化を精度良く判定できるＮＯｘセンサの劣化判定装置を提供する。【解決手段】本発明のＮＯｘセンサの劣化判定装置は、ＮＯｘ吸蔵還元型のＮＯｘ触媒９の下流側に設けられ、ＮＯｘ及びアンモニアに反応するＮＯｘセンサ２３の応答性の劣化を判定する。この劣化判定装置では、ＮＯｘ触媒９に吸蔵されたＮＯｘを放出・還元するために、ＮＯｘ触媒９に還元剤を供給するリッチスパイクの終了以後において、ＮＯｘセンサ２３の検出値ＮＯｘ＿ＳＧの減少速度を表す減少速度パラメータとして、応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳを算出し（ステップ６０）、応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳを基準時間ＴＭ＿ＲＥＦと比較することによって、ＮＯｘセンサ２３の応答性の劣化を判定する（図６のステップ６１〜６３）。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ吸蔵還元型のＮＯｘ触媒の下流側に設けられ、ＮＯｘ及びアンモニアに反応するＮＯｘセンサの劣化を判定するＮＯｘセンサの劣化判定装置であって、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出・還元するために、当該ＮＯｘ触媒に還元剤を供給するリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段と、
当該リッチスパイクの終了以後における前記ＮＯｘセンサの検出値の減少速度を表す減少速度パラメータを算出する減少速度パラメータ算出手段と、
当該算出された減少速度パラメータに基づき、前記ＮＯｘセンサの応答性の劣化を判定する劣化判定手段と、
を備えることを特徴とするＮＯｘセンサの劣化判定装置。
【請求項２】
前記リッチスパイクの終了直前に検出された前記ＮＯｘセンサの検出値を応答前基準値として取得する応答前基準値取得手段と、
当該取得された応答前基準値に基づき、当該応答前基準値と値０の間に基準区間を設定する基準区間設定手段と、を備え、
前記減少速度パラメータ算出手段は、前記リッチスパイクの終了後に前記ＮＯｘセンサの検出値が前記基準区間を通過するのに要した応答時間を、前記減少速度パラメータとして算出し、
前記劣化判定手段は、前記算出された応答時間が所定の基準時間よりも大きいときに、前記ＮＯｘセンサの応答性の劣化が発生していると判定することを特徴とする、請求項１に記載のＮＯｘセンサの劣化判定装置。
【請求項３】
前記基準区間設定手段は、前記基準区間を前記応答前基準値の付近及び値０の付近を除く所定の区間に設定することを特徴とする、請求項２に記載のＮＯｘセンサの劣化判定装置。
【請求項４】
前記ＮＯｘセンサに流入する排ガスの流速を表す排ガス流速パラメータを取得する流速パラメータ取得手段と、
当該取得された排ガス流速パラメータに応じて前記基準時間を設定する基準時間設定手段と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項２又は３に記載のＮＯｘセンサの劣化判定装置。
【請求項５】
前記劣化判定手段は、
前記リッチスパイクが実行されるごとに前記ＮＯｘセンサの応答性の劣化の判定を繰り返し実行し、
前記応答時間が前記基準時間よりも大きいときに、前記ＮＯｘセンサの応答性の劣化が発生していると仮判定するとともに、当該仮判定が所定回数、連続したときに、前記ＮＯｘセンサの応答性の劣化が発生していると確定することを特徴とする、請求項２ないし４のいずれかに記載のＮＯｘセンサの劣化判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサの劣化を判定するＮＯｘセンサの劣化判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の劣化判定装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この従来の装置では、ＮＯｘ触媒として、ＮＯｘ吸蔵還元型のものが用いられ、ＮＯｘセンサとして、ＮＯｘ及びアンモニア（ＮＨ３）に反応するタイプのものが用いられている。この装置では、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼させるリーンバーン運転中に、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ量を算出するとともに、算出されたＮＯｘ量が所定量に達したときに、ＮＯｘ触媒の吸蔵能力を回復させるために、ＮＯｘ触媒に還元剤を供給するリッチスパイクが実行される。
【０００３】
また、ＮＯｘセンサの異常を判定する場合には、リッチスパイクは、２段階のダブルリッチスパイクとして複数回、実行され、各ダブルリッチスパイクでは、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出・還元に必要な量よりも過剰な量の還元剤が、ＮＯｘ触媒に供給される。そして、そのような過剰の還元剤がＮＯｘ触媒に供給されたときに、アンモニアが生成され、ＮＯｘセンサで検出されるという特性に基づき、還元剤の供給後の所定期間におけるＮＯｘセンサの検出値の積算値が所定の上限値よりも大きいときに、ＮＯｘセンサに出力増大異常が発生していると判定し、所定の下限値よりも小さいときに、ＮＯｘセンサに出力減少異常が発生していると判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４８５５５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の装置では、ＮＯｘセンサの異常を判定するために、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出・還元するのに必要な量を上回る過剰な還元剤が、ダブルリッチスパイクによってＮＯｘ触媒に供給される。その結果、ＮＯｘ触媒に酸素が存在しない状態で、過剰分の還元剤がＮＯｘ触媒に供給されることで、還元剤中のＣＯやＨＣがＮＯｘ触媒から排出されるため、排ガス特性が悪化してしまう。しかも、そのようなダブルリッチスパイクが複数回、実行されるため、排ガス特性のさらなる悪化を招く。また、ＮＯｘセンサの検出値の積算値に基づいて異常判定が行われるため、ＮＯｘセンサの応答性の劣化を良好に判定することができない。
【０００６】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、排ガス特性を悪化させることなく、ＮＯｘセンサの応答性の劣化を精度良く判定することができるＮＯｘセンサの劣化判定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関３から排出された排ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ吸蔵還元型のＮＯｘ触媒９の下流側に設けられ、ＮＯｘ及びアンモニアに反応するＮＯｘセンサ２３の劣化を判定するＮＯｘセンサの劣化判定装置であって、ＮＯｘ触媒９に吸蔵されたＮＯｘを放出・還元するために、ＮＯｘ触媒９に還元剤を供給するリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段（実施形態における（以下、本項において同じ）燃料噴射弁６、ＥＣＵ２、図２のステップ９）と、リッチスパイクの終了以後におけるＮＯｘセンサ２３の検出値ＮＯｘ＿ＳＧの減少速度を表す減少速度パラメータ（応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳ）を算出する減少速度パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、図６のステップ６０）と、算出された減少速度パラメータに基づき、ＮＯｘセンサ２３の応答性の劣化を判定する劣化判定手段（ＥＣＵ２、図６のステップ６１〜６３、図７）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本願発明は、ＮＯｘ触媒に還元剤を供給するリッチスパイクの実行・停止に伴う以下のようなＮＯｘ触媒及びＮＯｘセンサの動作特性に着目したものである。例えば、リーンバーン運転中にＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出・還元するためにリッチスパイクを実行する場合を想定する。この場合、ＮＯｘ触媒では、リッチスパイクによって供給された還元剤中の還元成分とＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＮＯｘが反応することで、ＮＯｘが還元される。同時に、還元雰囲気中では、還元剤中の還元成分と排ガス中の窒素（Ｎ２）が反応することによって、アンモニア（ＮＨ３）が生成される。
【０００９】
このため、図８（ｄ）に示すように、リッチスパイク中、ＮＯｘ触媒から流出する排ガスのＮＯｘ濃度（破線）は、一旦増加した後に値０まで減少するのに対し、アンモニアは、継続的に生成されるため、ＮＯｘ触媒から流出し続ける。また、ＮＯｘ触媒の下流側に配置されたＮＯｘセンサは、ＮＯｘだけでなくアンモニアにも反応する特性を有するため、図８（ｄ）に実線で示すように、リッチスパイク中、ＮＯｘセンサの検出値（ＮＯｘ＿ＳＧ）は、アンモニア濃度に応じた値に維持される。この状態から、リッチスパイクが終了し、リーンバーン運転が再開されると（図８の時点ｔ３）、排ガス中のＮＯｘは、ＮＯｘ触媒に吸蔵され、ＮＯｘ触媒から流出しないため、ＮＯｘセンサの検出値には影響を及ぼさない一方、ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの生成が停止されるため、ＮＯｘセンサに流入する排ガスのアンモニア濃度は、リッチスパイクの終了時の値から値０まで急速に減少する。
【００１０】
本願発明は、特に上記の事象に着目したものであり、リッチスパイクの終了以後に急速に減少するアンモニア濃度に対し、それに応じてＮＯｘセンサの検出値が急速に減少すれば、ＮＯｘセンサの応答性が良好であると判定し、そうでなければ、ＮＯｘセンサの応答劣化が発生していると判定するものである。このような観点に基づき、本願発明によれば、リッチスパイクの終了以後におけるＮＯｘセンサの検出値の減少速度を表す減少速度パラメータを算出するとともに、算出された減少速度パラメータに基づき、ＮＯｘセンサの応答性の劣化を判定するので、その判定を精度良く行うことができる。また、従来の装置と異なり、ＮＯｘ触媒の吸蔵能力を回復させるために実行されるリッチスパイクを利用するだけでよく、判定のための内燃機関の特別な運転モードは不要であり、また、過剰な還元剤を供給する必要がないので、排ガス特性を悪化させることもない。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のＮＯｘセンサの劣化判定装置において、リッチスパイクの終了直前に検出されたＮＯｘセンサ２３の検出値ＮＯｘ＿ＳＧを応答前基準値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿Ｂとして取得する応答前基準値取得手段（ＥＣＵ２、図４のステップ３６）と、取得された応答前基準値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿Ｂに基づき、応答前基準値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿Ｂと値０の間に基準区間（１０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿１０、９０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿９０）を設定する基準区間設定手段（ＥＣＵ２、図４のステップ３７、３８）と、を備え、減少速度パラメータ算出手段は、リッチスパイクの終了後にＮＯｘセンサ２３の検出値ＮＯｘ＿ＳＧが基準区間を通過するのに要した応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳを、減少速度パラメータとして算出し（図６のステップ６０）、劣化判定手段は、算出された応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳが所定の基準時間ＴＭ＿ＲＥＦよりも大きいときに、ＮＯｘセンサ２３の応答性の劣化が発生していると判定すること（図６のステップ６１、６３）を特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、リッチスパイクの終了直前に検出されたＮＯｘセンサの検出値を応答前基準値として取得するとともに、取得された応答前基準値に基づき、応答前基準値と値０の間に基準区間を設定する。応答前基準値は、リッチスパイクの終了後にＮＯｘセンサの検出値が減少し始める際の初期値に相当し、値０は減少する検出値の最終値に相当する。したがって、応答前基準値に基づき、応答前基準値と値０の間に基準区間を適切に設定することができる。
【００１３】
また、この構成によれば、リッチスパイクの終了後にＮＯｘセンサの検出値が基準区間を通過するのに要した応答時間を、減少速度パラメータとして算出するとともに、算出された応答時間が所定の基準時間よりも大きいときに、ＮＯｘセンサの応答性の劣化が発生していると判定する。上記のように算出される応答時間は、リッチスパイクの終了以後におけるＮＯｘセンサの検出値の減少速度を表し、応答時間が長いほど、ＮＯｘセンサの応答性が低いことを表す。したがって、応答時間が基準時間よりも大きいときに、ＮＯｘセンサの応答性の劣化が発生していると、的確に判定することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載のＮＯｘセンサの劣化判定装置において、基準区間設定手段は、基準区間を応答前基準値の付近及び値０の付近を除く所定の区間（１０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿１０、９０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿９０）に設定すること（図４のステップ３７、３８）を特徴とする。
【００１５】
ＮＯｘセンサの検出値は、応答前基準値の付近では、リッチスパイクの終了直後であることで不安定になりやすく、また値０の付近では、収束に近づくことで変化量が小さくなるため、応答性を良好に表さない。この構成によれば、基準区間を応答前基準値の付近及び値０の付近を除く所定の区間に設定することで、応答前基準値の付近及び値０の付近を基準区間から除外するので、検出値の応答性を良好に反映した応答時間を適切に算出でき、それにより、応答劣化の判定精度を向上させることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項２又は３に記載のＮＯｘセンサの劣化判定装置において、ＮＯｘセンサ２３に流入する排ガスの流速を表す排ガス流速パラメータ（吸入空気量ＧＡＩＲ）を取得する流速パラメータ取得手段（エアフローセンサ２１）と、取得された排ガス流速パラメータに応じて基準時間ＴＭ＿ＲＥＦを設定する基準時間設定手段（ＥＣＵ２、図４のステップ４２、図５）と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
ＮＯｘセンサに流入する排ガスの流速が大きいほど、算出される応答時間がより短くなり、ＮＯｘセンサの見かけの応答性が高くなってしまう。このような観点から、請求項４の構成では、ＮＯｘセンサに流入する排ガスの流速を表す排ガス流速パラメータを取得し、取得された排ガス流速パラメータに応じて基準時間を設定する。これにより、基準時間を排ガスの流速に応じて適切に設定でき、それにより、応答劣化の判定精度をさらに向上させることができる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載のＮＯｘセンサの劣化判定装置において、劣化判定手段は、リッチスパイクが実行されるごとにＮＯｘセンサ２３の応答性の劣化の判定を繰り返し実行し、応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳが基準時間ＴＭ＿ＲＥＦよりも大きいときに、ＮＯｘセンサ２３の応答性の劣化が発生していると仮判定する（図６のステップ６１、６３）とともに、仮判定が所定回数Ｎ＿ＲＥＦ、連続したときに、ＮＯｘセンサ２３の応答性の劣化が発生していると確定すること（図７のステップ７６、７７）を特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、応答時間が基準時間よりも大きいときに、ＮＯｘセンサの応答性の劣化が発生していると一旦、仮判定し、そのような劣化発生の仮判定が所定回数、連続することを条件として、仮判定を確定する。これにより、ＮＯｘセンサの検出値の一時的な変動などによる誤判定を回避し、判定精度を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態によるＮＯｘセンサの劣化判定装置を、これを適用した内燃機関とともに概略的に示す図である。
【図２】エンジン制御処理を示すフローチャートである。
【図３】ＮＯｘセンサの劣化判定処理を示すメインフローである。
【図４】図３の劣化判定処理のうちの基準パラメータ算出処理を示すフローチャートである。
【図５】図４の処理で用いられる、基準時間を設定するためのテーブルである。
【図６】図３の劣化判定処理のうちの応答時間算出処理を示すフローチャートである。
【図７】図３の劣化判定処理のうちの判定確定処理を示すフローチャートである。
【図８】図３の劣化判定処理によって得られる動作例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３は、例えば４つの気筒（図示せず）を有するガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に動力源として搭載されている。
【００２２】
エンジン３の吸気通路４には、上流側から順に、エアフローセンサ２１、スロットル弁５及び燃料噴射弁６が設けられている。スロットル弁５の開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨは、ＥＣＵ（電子制御ユニット）２によりＴＨアクチュエータ５ａを介して制御され、それにより、吸気通路４を介して気筒に吸入される吸入空気量ＧＡＩＲが制御される。エアフローセンサ２１は、この吸入空気量ＧＡＩＲを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２３】
燃料噴射弁６は、吸気ポート（図示せず）に臨むように気筒ごとに設けられている（１つのみ図示）。燃料噴射弁６の開弁時間は、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、燃料噴射量が制御される。エンジン３にはさらに、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ（図示せず）が、気筒ごとに設けられている。この点火プラグの動作もまた、ＥＣＵ２によって制御される。
【００２４】
また、エンジン３の排気通路７には、上流側から順に、三元触媒８、ＬＡＦセンサ２２、ＮＯｘ触媒９及びＮＯｘセンサ２３が設けられている。三元触媒８は、排ガスがストイキ雰囲気下にあるときに、排ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化するとともにＮＯｘを還元することによって、排ガスを高い浄化率で浄化する。
【００２５】
ＮＯｘ触媒９は、いわゆるＮＯｘ吸蔵還元型のものであり、排ガス中の酸素濃度が高い酸化雰囲気下では、排ガス中のＮＯｘを吸蔵（吸着・保持）する一方、排ガス中の還元剤の濃度が高い還元雰囲気下では、吸蔵したＮＯｘを放出するとともに、還元剤で還元することによって、排ガスを浄化する。
【００２６】
ＬＡＦセンサ２２は、三元触媒８からＮＯｘ触媒９に流入する排ガスの酸素濃度を、理論空燃比に対するリッチ側からリーン側までの広範囲な空燃比の領域においてリニアに検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、ＬＡＦセンサ２２の検出値Ｏ２＿ＳＧに基づいて、混合気の空燃比（以下「実空燃比」という）ＫＡＣＴを算出する。この実空燃比ＫＡＣＴ及び後述する目標空燃比ＫＣＭＤは、当量比で表される。
【００２７】
ＮＯｘセンサ２３は、ＮＯｘ触媒９から流入する排ガスのＮＯｘ濃度を検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、ＮＯｘセンサ２３は、例えば、いわゆる限界電流式のものであり、排ガス中のＮＯｘだけでなくアンモニア（ＮＨ３）にも反応する特性を有する。このため、ＮＯｘセンサ２３の検出値ＮＯｘ＿ＳＧは、ＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度の双方を反映し、両者の和を表す。
【００２８】
また、エンジン３のクランクシャフト（図示せず）には、クランク角センサ２４が設けられている。クランク角センサ２４は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角度（例えば３０°）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒においてピストンが吸気行程開始時の上死点（ＴＤＣ）付近にあることを表す信号であり、本実施形態のようにエンジン３が４気筒の場合には、クランク角度１８０°ごとに出力される。
【００２９】
ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ２５から、車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量であるアクセル開度ＡＰを表す検出信号が、車速センサ２６から車両の速度（車速）ＶＰを表す検出信号が、それぞれ入力される。
【００３０】
ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜２６の検出信号に基づき、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、エンジン３の制御処理及びＮＯｘセンサ２３の劣化判定処理などを実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２によって、本発明のリッチスパイク手段、減少速度パラメータ算出手段、劣化判定手段、応答前基準値取得手段、基準区間設定手段、及び基準時間設定手段が構成されている。
【００３１】
図２は、ＥＣＵ２で実行されるエンジン制御処理を示す。この制御処理は、エンジン３の運転モードを、（１）混合気を理論空燃比に制御し、燃焼させるストイキ運転、（２）混合気を理論空燃比よりもリーン側に制御し、燃焼させるリーンバーン運転、又は（３）ＮＯｘ触媒９に吸蔵されたＮＯｘを放出・還元するために、混合気を理論空燃比よりもリッチ側に制御するリッチスパイク運転のいずれかに決定し、実行するものである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して気筒ごとに実行される。
【００３２】
本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＳが「１」であるか否かを判別する。このリッチスパイクフラグＦ＿ＲＳは、リッチスパイク運転の実行中に「１」にセットされる（図８（ａ）（ｂ）参照）。このステップ１の答えがＮＯで、リッチスパイク運転の実行中でないときには、リーンバーン運転の実行条件が成立しているか否かを判定する（ステップ２）。
【００３３】
この実行条件は、例えば（ａ）エンジン回転数ＮＥが所定範囲内にあること、（ｂ）車速ＶＰが所定範囲内にあること、及び（ｃ）要求トルクＴＲＥＱが所定値以下で低負荷領域にあることで構成され、これらの条件（ａ）〜（ｃ）がすべて満たされているときに、リーンバーン運転の実行条件が成立していると判定される。なお、上記の要求トルクＴＲＥＱは、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。
【００３４】
このステップ２の答えがＮＯで、リーンバーン運転の実行条件が成立していないときには、ステップ３に進み、ストイキ運転を実行し、本処理を終了する。このストイキ運転では、混合気の目標空燃比ＫＣＭＤは、理論空燃比に相当する値１．０に設定される。また、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＥＱに応じて、スロットル弁開度ＴＨが制御されるとともに、検出された実空燃比ＫＡＣＴが目標空燃比ＫＣＭＤになるように、燃料噴射量が制御される。
【００３５】
一方、前記ステップ２の答えがＹＥＳで、リーンバーン運転の実行条件が成立しているときには、リーンバーンフラグＦ＿ＬＥＡＮが「１」であるか否かを判別する（ステップ４）。この答えがＮＯで、今回の処理サイクルがリーンバーン運転の実行条件が成立した直後に相当するときには、ステップ５においてリーンバーンフラグＦ＿ＬＥＡＮを「１」にセットした後、リーンバーン運転を実行し（ステップ６）、本処理を終了する。
【００３６】
このリーンバーン運転では、目標空燃比ＫＣＭＤは、理論空燃比よりもリーンな空燃比に相当する、値１．０よりも小さな値に設定される（図８（ａ））。また、スロットル弁５がほぼ全開状態に制御されるとともに、実空燃比ＫＡＣＴが目標空燃比ＫＣＭＤになるように、燃料噴射量が制御される。以上の制御により、リーンバーン運転中には、理論空燃比よりもリーンな混合気が燃焼し、排ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒９に吸蔵される。
【００３７】
このようにリーンバーン運転が開始された後には、前記ステップ４の答えがＹＥＳになり、その場合には、ステップ７に進み、ＮＯｘセンサ２３の検出値ＮＯｘ＿ＳＧが所定のしきい値ＮＯｘ＿ＲＥＦ以上であるか否かを判別する。この答えがＮＯのときには、ＮＯｘ触媒９に吸蔵されたＮＯｘ量がまだ少ないとして、前記ステップ６に進み、リーンバーン運転を継続する。
【００３８】
一方、上記ステップ７の答えがＹＥＳで、ＮＯｘ＿ＳＧ≧ＮＯｘ＿ＲＥＦが成立したときには（図８（ｄ）、時点ｔ１）、ＮＯｘ触媒９に吸蔵されたＮＯｘが飽和状態に近づき、ＮＯｘ触媒９から流出し始めたとして、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＳを「１」にセットする（ステップ８）とともに、ＮＯｘ触媒９の吸蔵能力を回復させるためにリッチスパイク運転を実行し（ステップ９）、本処理を終了する。
【００３９】
このようにリッチスパイク運転が開始された後には、前記ステップ１の答えがＹＥＳになり、その場合には、ステップ１０に進み、ＬＡＦセンサ２２の検出値Ｏ２＿ＳＧが所定のしきい値Ｏ２＿ＲＥＦ以上であるか否かを判別する。この答えがＮＯのときには、前記ステップ９に進み、リッチスパイク運転を継続する。
【００４０】
一方、上記ステップ１０の答えがＹＥＳで、Ｏ２＿ＳＧ≧Ｏ２＿ＲＥＦが成立したときには（図８（ｃ）、時点ｔ３）、ＮＯｘ触媒９に流入する排ガスの空燃比が十分にリッチになり、ＮＯｘ触媒９からのＮＯｘの放出が十分に行われたとして、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＳを「０」にリセットする（ステップ１１）とともに、リッチスパイク運転を停止し（ステップ１２）、本処理を終了する。その後、エンジン３はリーンバーン運転に復帰する。
【００４１】
次に、図３〜図８を参照しながら、ＥＣＵ２で実行されるＮＯｘセンサ２３の劣化判定処理について説明する。この劣化判定処理は、上述したように実行されるリッチスパイク運転の機会を利用し、リッチスパイク運転の終了以後におけるＮＯｘセンサ２３の検出値ＮＯｘ＿ＳＧの減少速度に基づいて、ＮＯｘセンサ２３の応答性の劣化（以下、適宜「応答劣化」という）を判定するものであり、所定の周期ΔＴ（例えば１０ｍｓ）で実行される。
【００４２】
図３は、劣化判定処理のメインフローを示す。本処理では、まずステップ２１において、基準パラメータ算出処理を実行する。この処理は、リッチスパイク運転中に得られた検出値ＮＯｘ＿ＳＧに基づき、検出値ＮＯｘ＿ＳＧの応答時間の算出や応答劣化の判定の基準となる各種の基準パラメータを算出するものであり、後述する図４のサブルーチンによって実行される。
【００４３】
次に、ステップ２２において、応答時間算出処理を実行する。この処理は、リッチスパイク運転の終了直後にＮＯｘセンサ２３の検出値ＮＯｘ＿ＳＧの応答時間を算出するとともに、算出した応答時間に基づいて、ＮＯｘセンサ２３の応答劣化の仮判定を行うものであり、後述する図６のサブルーチンによって実行される。
【００４４】
次に、ステップ２３において、判定確定処理を実行し、図３の処理を終了する。この処理は、ステップ２２での仮判定の結果に基づき、ＮＯｘセンサ２３の応答劣化の有無を確定する処理であり、後述する図７のサブルーチンによって実行される。
【００４５】
次に、図４を参照しながら、図３のステップ２１で実行される基準パラメータ算出処理について説明する。本処理では、まずステップ３１において、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＳが「１」であるか否かを判別する。このステップ３１の答えがＹＥＳで、リッチスパイク運転中のときには、今回得られたＮＯｘセンサ２３の検出値ＮＯｘ＿ＳＧを、複数のレジスタ（図示せず）のうちのレジスタ番号ｉ＝０であるレジスタに、レジスタ値ＮＯｘ＿ＲＧ（０）として記憶する（ステップ３２）。なお、複数のレジスタは、レジスタ番号ｉが０〜所定値ＮＲＥＳ（例えば１０）である（ＮＲＥＳ＋１）個のレジスタで構成されている。
【００４６】
次に、レジスタ番号ｉのレジスタ値ＮＯｘ＿ＲＧ（ｉ）を、レジスタ番号（ｉ＋１）のレジスタ値ＮＯｘ＿ＲＧ（ｉ＋１）にそれぞれシフトする（ステップ３３）。次に、応答判定の許可を指示する応答判定許可フラグＦ＿ＮＯｘＲＥＳを「０」にセットし（ステップ３４）、本処理を終了する。したがって、上記のステップ３２及び３３の動作がＮＲＥＳ回以上、繰り返されることによって、リッチスパイク運転中に検出された最新のＮＲＥＳ個の検出値ＮＯｘ＿ＳＧが、それぞれレジスタ値ＮＯｘ＿ＲＧ（１）〜ＮＯｘ＿ＲＧ（ＮＲＥＳ）として記憶される。
【００４７】
前記ステップ３１の答えがＮＯで、リッチスパイク運転中でないときには、リッチスパイクフラグの前回値Ｆ＿ＲＳ＿ＬＡＳＴが「１」であるか否かを判別する（ステップ３５）。この答えがＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。
【００４８】
一方、ステップ３５の答えがＹＥＳで、今回の処理サイクルがリッチスパイク運転の終了直後に相当するときには（図８の時点ｔ３）、前記ステップ３３で記憶されたレジスタ値ＮＯｘ＿ＲＧ（１）〜ＮＯｘ＿ＲＧ（ＮＲＥＳ）の和（ΣＮＯｘ＿ＲＧ）を所定値ＮＲＥＳで除した値（平均値）を、応答前基準値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿Ｂとして算出する（ステップ３６）。
【００４９】
次に、算出した応答前基準値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿Ｂに例えば０．９を所定の係数として乗じることにより、検出値ＮＯｘ＿ＳＧが応答前基準値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿Ｂから１０％減少した値に相当する１０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿１０（図８（ｄ）参照）を算出する（ステップ３７）。同様に、応答前基準値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿Ｂに例えば０．１を所定の係数として乗じることにより、検出値ＮＯｘ＿ＳＧが応答前基準値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿Ｂから９０％減少した値に相当する９０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿９０（図８（ｄ）参照）を算出する（ステップ３８）。これらの１０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿１０と９０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿９０によって、基準区間が規定される。
【００５０】
次いで、上述した基準パラメータの算出の完了に伴い、応答判定の許可を指示するために応答判定許可フラグＦ＿ＮＯｘＲＥＳを「１」にセットする（ステップ３９）とともに、後述する１０％応答値通過フラグＦ＿ＲＥＳ１０及び９０％応答値通過フラグＦ＿ＲＥＳ９０を、それぞれ「０」にリセットする（ステップ４０、４１）。
【００５１】
次に、エアフローセンサ２１で検出された吸入空気量ＧＡＩＲに応じ、図５に示すテーブルを検索することによって、応答時間の基準となる基準時間ＴＭ＿ＲＥＦを算出し（ステップ４２）、本処理を終了する。この吸入空気量ＧＡＩＲは、ＮＯｘセンサ２３に流入する排ガスの流速を表す排ガス流速パラメータとして用いられている。このテーブルでは、基準時間ＴＭ＿ＲＥＦは、吸入空気量ＧＡＩＲが大きいほど、すなわち排ガスの流速が大きいほど、より小さな値に設定されている。
【００５２】
次に、図６を参照しながら、図３のステップ２２で実行される応答時間算出処理について説明する。本処理では、まずステップ５１において、応答判定許可フラグＦ＿ＮＯｘＲＥＳが「１」であるか否かを判別する。この答えがＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。
【００５３】
一方、ステップ５１の答えがＹＥＳで、応答判定が許可されているときには、次のステップ５２以降において、応答時間の算出とその結果に基づく応答仮判定を行う。まず、ステップ５２では、ＮＯｘセンサ２３の検出値ＮＯｘ＿ＳＧがステップ３７で算出した１０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿１０以下であるか否かを判別する。この答えがＮＯのときには、後述するステップ５４に進む。一方、ステップ５２の答えがＹＥＳで、検出値ＮＯｘ＿ＳＧが１０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿１０に達したか又はこれを通過したときには、１０％応答値通過フラグＦ＿ＲＥＳ１０を「１」にセットし（ステップ５３）、ステップ５４に進む。
【００５４】
このステップ５４では、検出値ＮＯｘ＿ＳＧがステップ３８で算出した９０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿９０以下であるか否かを判別する。この答えがＮＯのときには、後述するステップ５６に進む。一方、ステップ５４の答えがＹＥＳで、検出値ＮＯｘ＿ＳＧが９０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿９０に達したか又はこれを通過したときには、９０％応答値通過フラグＦ＿ＲＥＳ９０を「１」にセットし（ステップ５５）、ステップ５６に進む。
【００５５】
このステップ５６では、１０％応答値通過フラグＦ＿ＲＥＳ１０＝１で、かつ９０％応答値通過フラグＦ＿ＲＥＳ９０＝０であるか否かを判別する。この答えがＮＯのときには、後述するステップ５８に進む。一方、ステップ５６の答えがＹＥＳのとき、すなわち検出値ＮＯｘ＿ＳＧが１０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿１０と９０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿９０の間にあるときには、応答カウンタ値Ｃ＿ＲＥＳをインクリメントし（ステップ５７）、ステップ５８に進む。
【００５６】
このステップ５８では、１０％応答値通過フラグＦ＿ＲＥＳ１０＝１で、かつ９０％応答値通過フラグＦ＿ＲＥＳ９０＝１であるか否かを判別する。この答えがＮＯのときには、後述する仮判定実行フラグＦ＿ＮＯｘＲＥＳ＿ＪＵＤを「０」にセットし（ステップ５９）、本処理を終了する。
【００５７】
一方、ステップ５８の答えがＹＥＳで、検出値ＮＯｘ＿ＳＧが９０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿９０に達したときには、応答カウンタ値Ｃ＿ＲＥＳに本処理の実行周期ΔＴを乗算することによって、応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳを算出する（ステップ６０）。以上の算出方法から明らかなように、応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳは、検出値ＮＯｘ＿ＳＧが、１０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿１０を通過してから９０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿９０を通過するまでの時間、すなわち基準区間を通過するのに要した時間に相当する（図８のｔ４〜ｔ５間）。
【００５８】
次に、算出した応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳが、図４のステップ４２で算出された基準時間ＴＭ＿ＲＥＦよりも大きいか否かを判別する（ステップ６１）。この答えがＮＯのときには、応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳが短いため、ＮＯｘセンサ２３の応答劣化が発生していないと仮判定し、劣化仮判定フラグＦ＿ＮＯｘＲＥＳ＿Ｆを「０」にセットする（ステップ６２）。一方、ステップ６１の答えがＹＥＳのときには、応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳが長いため、ＮＯｘセンサ２３の応答劣化が発生していると仮判定し、劣化仮判定フラグＦ＿ＮＯｘＲＥＳ＿Ｆを「１」にセットする（ステップ６３）。
【００５９】
上記のステップ６２又は６３の後には、応答劣化の仮判定が実行されたことを示すために、仮判定実行フラグＦ＿ＮＯｘＲＥＳ＿ＪＵＤを「１」にセットする（ステップ６４）。また、応答判定許可フラグＦ＿ＮＯｘＲＥＳを「０」にリセットし（ステップ６５）、本処理を終了する。
【００６０】
次に、図７を参照しながら、図３のステップ２３で実行される判定確定処理について説明する。本処理では、まずステップ７１において、仮判定実行フラグＦ＿ＮＯｘＲＥＳ＿ＪＵＤが「１」であるか否かを判別する。この答えがＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。
【００６１】
一方、ステップ７１の答えがＹＥＳで、ＮＯｘセンサ２３の応答劣化の仮判定が実行されているときには、その結果を表す劣化仮判定フラグＦ＿ＮＯｘＲＥＳ＿Ｆが「１」であるか否かを判別する（ステップ７２）。この答えがＮＯで、応答劣化が発生していないと仮判定されたときには、劣化確定カウンタ値Ｃ＿ＲＥＳＪＵＤを０にリセットする（ステップ７３）とともに、劣化確定フラグＦ＿ＮＯｘＲＥＳ＿ＮＧを「０」にセットし（ステップ７４）、本処理を終了する。
【００６２】
一方、上記ステップ７２の答えがＹＥＳで、応答劣化が発生していると仮判定されたときには、劣化確定カウンタ値Ｃ＿ＲＥＳＪＵＤをインクリメントする（ステップ７５）。次いで、この劣化確定カウンタ値Ｃ＿ＲＥＳＪＵＤが所定回数Ｎ＿ＲＥＦに達したか否かを判別する（ステップ７６）。この答えがＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。
【００６３】
一方、ステップ７６の答えがＹＥＳのとき、すなわちＮＯｘセンサ２３の応答劣化が発生しているという仮判定結果が、所定回数Ｎ＿ＲＥＦ、連続して得られたときには、ＮＯｘセンサ２３の応答劣化が発生していると確定し、劣化確定フラグＦ＿ＮＯｘＲＥＳ＿ＮＧを「１」にセットした（ステップ７７）後、本処理を終了する。
【００６４】
以上のように、本実施形態によれば、リッチスパイク運転の終了以後において、ＮＯｘセンサ２３の検出値ＮＯｘ＿ＳＧが基準区間を通過するのに要した時間である応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳを、検出値ＮＯｘ＿ＳＧの減少速度パラメータとして算出する。そして、この応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳを基準時間ＴＭ＿ＲＥＦと比較することによって、ＮＯｘセンサ２３の応答劣化を判定するので、その判定を精度良く行うことができる。また、従来の装置と異なり、ＮＯｘ触媒の吸蔵能力を回復させるために実行されるリッチスパイクを利用するだけでよく、判定のためのエンジン３の特別な運転モードは不要であり、また、過剰な還元剤を供給する必要がないので、排ガス特性を悪化させることもない。
【００６５】
また、リッチスパイク運転の終了直前に検出された複数の検出値ＮＯｘ＿ＳＧの平均値を、応答前基準値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿Ｂとして算出し、この応答前基準値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿Ｂに所定の係数（＝０．９及び０．１）を乗じて算出された１０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿１０及び９０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿９０によって、応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳを算出する際の基準となる基準区間を規定する。これにより、応答前基準値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿Ｂの付近及び値０の付近が基準区間から除外されることで、検出値ＮＯｘ＿ＳＧの応答性を良好に反映した応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳを適切に算出でき、それにより、応答劣化の判定精度を向上させることができる。
【００６６】
さらに、応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳと比較される基準時間ＴＭ＿ＲＥＦを吸入空気量ＧＡＩＲに応じて設定する。これにより、ＮＯｘセンサ２３に流入する排ガスの流速を反映させながら、基準時間ＴＭ＿ＲＥＦを適切に設定でき、したがって、応答劣化の判定精度をさらに向上させることができる。
【００６７】
また、応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳが基準時間ＴＭ＿ＲＥＦよりも大きいときに、ＮＯｘセンサ２３の応答劣化が発生していると仮判定し、そのような仮判定が所定回数、連続することを条件として、仮判定を確定する。これにより、ＮＯｘセンサ２３の検出値ＮＯｘ＿ＳＧの一時的な変動などによる誤判定を回避し、判定精度を良好に維持することができる。
【００６８】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、ＮＯｘセンサ２３の検出値ＮＯｘ＿ＳＧの減少速度を表す減少速度パラメータとして、検出値ＮＯｘ＿ＳＧが所定の基準区間を通過するのに要した応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳを用いているが、これに限らず、例えば、リッチスパイク運転の終了後の所定時間内における検出値ＮＯｘ＿ＳＧの減少量を用いてもよい。あるいは、リッチスパイク運転の終了以後に検出値ＮＯｘ＿ＳＧの減少量を算出し、この減少量をその間の時間で除することによって、減少速度を求めてもよい。
【００６９】
また、基準区間の始期及び終期として、応答前基準値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿Ｂに所定の係数（＝０．９、０．１）を乗じた１０％、９０％応答値ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿１０、９０を用いているが、所定の係数を変更することによって、基準区間を適宜、変更してもよいことはもちろんである。
【００７０】
また、実施形態では、基準時間ＴＭ＿ＲＥＦを設定するための排ガス流速パラメータとして、吸入空気量ＧＡＩＲを用いているが、これに限らず、ＮＯｘセンサ２３に流入する排ガスの流速を良好に表す他の適当なパラメータ、例えば排気通路７に設けた流量センサで検出された排ガス流量を用いてもよく、あるいはエンジン回転数ＮＥや吸気圧などに基づいて算出された吸入空気量などを用いてもよい。さらに、排ガス流速パラメータを用いて、基準時間ＴＭ＿ＲＥＦを設定するのに代えて、応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳを補正するようにしてもよい。
【００７１】
さらに、実施形態では、応答時間ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳが基準時間ＴＭ＿ＲＥＦよりも大きいときに、ＮＯｘセンサ２３の応答劣化が発生していると一旦、仮判定し、その後、所定の条件のもとで仮判定を確定しているが、仮判定を省略してもよい。
【００７２】
また、実施形態では、リッチスパイク運転を、気筒内で燃焼する混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御することによって行っているが、これに限らず、例えば、排気通路に燃料添加弁を設け、ＮＯｘ触媒の上流側に燃料を還元剤として供給することによって行ってもよい。
【００７３】
さらに、実施形態は、車両用のガソリンエンジンであるエンジン３に本発明を適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ガソリン以外の燃料を用いる各種のエンジン、例えばディーゼルエンジンなどにも適用可能であり、また、車両用以外の各種のエンジン、例えば、クランクシャフトが鉛直方向に配置された船外機などの船舶推進機用のエンジンや、他の産業用のエンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
２  ＥＣＵ（リッチスパイク手段、減少速度パラメータ算出手段、劣化判定手段、直        前検出値取得手段、基準区間設定手段、基準時間設定手段）
３  エンジン
６  燃料噴射弁（リッチスパイク手段）
９  ＮＯｘ触媒
２１  エアフローセンサ（排ガス流速パラメータ取得手段）
２３  ＮＯｘセンサ
ＮＯｘ＿ＳＧ  ＮＯｘセンサの検出値
ＴＭ＿ＮＯｘＲＥＳ  応答時間（減少速度パラメータ）
ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿Ｂ  応答前基準値
ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿１０  １０％応答値（基準区間）
ＮＯｘ＿ＲＥＳ＿９０  ９０％応答値（基準区間）
ＴＭ＿ＲＥＦ  基準時間
ＧＡＩＲ  吸入空気量（排ガス流速パラメータ）
【図１】
2017193976.tif 000003
【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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