(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された内燃機関の排気通路内に設けられ流入する排出ガスが酸素過剰状態であるときにＮＯxを吸収し、酸素濃度を低下させるとＮＯxを排出すると共に還元浄化されるＮＯx吸収剤と、
車両の運転状態に応じて酸素過剰空燃比運転、理論空燃比運転、燃料過剰空燃比運転を切替えて内燃機関の運転制御を行う通常運転制御手段と、
上記ＮＯx吸収剤にＮＯxを吸収させた後これを放出させ、放出時のＮＯx吸収剤の下流側での空燃比の変化の遅れ時間からＮＯx吸収剤の劣化判定を行うＮＯx吸収剤劣化判定手段と、
このＮＯx吸収剤劣化判定手段において、ＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を通常運転時の酸素過剰空燃比運転より増加させるＮＯx排出量増加手段と、
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】
上記内燃機関がＥＧＲ機構を設け、上記ＮＯx排出量増加手段がＥＧＲ量を減らしてＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を増加させ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】
上記ＮＯx排出量増加手段が、点火時期を進角させてＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を増加させ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４】
上記ＮＯx排出量増加手段が、空燃比を変更してＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を増加させ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５】
上記ＮＯx排出量増加手段が、筒内噴射形内燃機関における通常運転時の酸素過剰空燃比より理論空燃比側の空燃比で希薄燃焼を行わせることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記ＮＯx排出量増加手段が、ＥＧＲ量を減らすこと、点火時期を進角させること、空然比を変更すること、を併用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。
【請求項７】
上記ＮＯx排出量増加手段が、上記ＥＧＲ量を減らすこと、点火時期を進角させること、空然比を変更すること、およびこれらの併用を車両の運転状態によって切り替え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８】
上記ＮＯx排出量増加手段が、排出ＮＯx量を増加させるときにＮＯx吸収剤へのＮＯx流入量がＮＯx吸収剤の吸収速度を超えない範囲とすることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
上記ＮＯx吸収剤の劣化の推定を行う劣化推定手段を設け、上記劣化判定手段が、上記劣化の推定量に応じてＮＯx吸収剤に流入する排出ガスの空燃比が酸素過剰空燃比である時間を短縮することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
上記ＮＯx吸収剤の劣化の推定を行う劣化推定手段を設け、
上記ＮＯx排出量増加手段が、上記劣化の推定量に応じてＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を増加させることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
上記ＮＯx排出量増加手段が、ＮＯx量を増加させるときにＮＯx吸収剤へのＮＯx流入量を、劣化したＮＯx吸収剤と劣化していないＮＯx吸収剤の吸収速度の間の範囲に設定することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
上記劣化判定を、上記ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下する運転状態で実施することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
車両に搭載された内燃機関の排気通路内に設けられ流入する排出ガスが酸素過剰状態であるときにＮＯxを吸収し、酸素濃度を低下させるとＮＯxを排出すると共に還元浄化されるＮＯx吸収剤と、
車両の運転状態に応じて酸素過剰空燃比運転、理論空燃比運転、燃料過剰空燃比運転を切替えて内燃機関の運転制御を行う通常運転制御手段と、
上記ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下する運転状態で、上記ＮＯx吸収剤にＮＯxを吸収させた後これを放出させ、排出時のＮＯx吸収剤の下流側での空燃比の変化の遅れ時間からＮＯx吸収剤の劣化判定を実施するＮＯx吸収剤劣化判定手段と、
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１４】
上記ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下する排気ガス量が多い領域で劣化判定を実施することを特徴とする請求項１２または１３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１５】
上記ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下するＮＯx吸収剤温度域で劣化判定を実施することを特徴とする請求項１２または１３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化装置として、内燃機関の機関排気通路内に配置されたＮＯx吸収剤がある。このＮＯx吸収剤は、流入する排気ガスの空然比が酸素過剰状態(リーン)の時にＮＯxを吸収し、燃料過剰状態(リッチ)になると吸収したＮＯxを放出する。通常の車両の運転制御時においては、機関の運転状態からＮＯx吸収剤に吸収されるＮＯx量を推定し、ＮＯx吸収剤に吸収されていると推定される推定ＮＯx吸収量が予め定められた設定値を越えたときにＮＯx吸収剤に流入する排気ガスの空然比を酸素過剰状態から燃料過剰状態に切替えてＮＯx吸収剤からＮＯxを放出させると同時に還元浄化させる。
【０００３】
例えば特開平８−２６０９４８号公報に従来のこの種の内燃機関の排気浄化装置が開示されている。図１６には従来の内燃機関の空然比制御のタイムチャート図を示し、(ａ)はＮＯx吸収剤のＮＯx吸収量、(ｂ)は排気ガスの空然比状態を示す。上述のように通常の車両運転制御下では、酸素過剰状態でＮＯxがＮＯx吸収剤に吸収され、推定ＮＯx吸収量ΣＮＯＸが予め定められた設定値ＭＡＸを越えるとＮＯx吸収剤に流入する排気ガスの空然比を酸素過剰状態から燃料過剰状態に切替えて、ＮＯx吸収剤からＮＯxを放出させると同時に還元浄化させる。
【０００４】
またこのＮＯx吸収剤はＮＯx吸収能力が徐々に劣化するために、その劣化の度合いを常に把握しておくために劣化判定を平行して行う必要がある。ＮＯx吸収剤の劣化判定を行う時には、図１６に破線で示されたＮＯx吸収剤の吸収しうる現在の最大ＮＯx吸収量ＶＮＯxよりも若干大きな判定レベルＳＡＴまでＮＯx吸収剤にＮＯxを供給した後、排気ガスの空然比を酸素過剰状態から燃料過剰状態に切替えてＮＯx吸収剤からＮＯxを放出させ、放出させた時のＮＯx吸収剤の下流側での空燃比の変化の遅れから実際にＮＯx吸収剤に吸収されたＮＯx量を求めて、ＮＯx吸収剤の劣化判定を行っていた。
【０００５】
図１７にはＮＯx吸収剤の下流側に設けられたＯ2センサの出力を示す。(ａ)は排気ガスの空然比状態、(ｂ)はＯ2センサの出力を示す。空然比を酸素過剰状態から燃料過剰状態に切替えた時点からＯ2センサの出力が所定値Ｉs以下になった時までの時間、すなわちＮＯx吸収剤の下流側での空燃比の変化の遅れ時間から実際にＮＯx吸収剤に吸収されたＮＯx量を求めて、劣化の度合いを判断していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように構成された従来の装置においては、ＮＯx吸収剤はＮＯx量の多い領域でも希薄燃焼を長時間継続出来るように非常に容量の大きなものが装着されているのが一般的であり、通常の運転領域であれば数十から数百秒相当のＮＯxが吸収できる容量である。そのため、劣化判定に必要な大量のＮＯxを吸収しようとすると、通常運転のままでは非常に時間がかかることになる。
【０００７】
上述のように劣化判定はＮＯx吸収剤に供給したＮＯx量に対して実際にＮＯx吸収剤に吸収されたＮＯx量を間接的に計測することで劣化の程度を判定している。そのためＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を正確に推定することが劣化判定制御の前提となる。よって劣化判定を精度よく行うためには、燃料過剰領域や理論空燃比などへの変化はもちろん、酸素過剰領域すなわち希薄燃焼状態であってもエンジン回転数や負荷の変動などが殆どなく、できるだけ安定した希薄燃焼状態が続くことが好ましい。むろん、それらの変動要素によるＮＯx流入量の変化を正確に補正すればよいが非常に難しく、どうしても誤差の要因となりうる。
【０００８】
また、判定を行うＮＯx吸収量に到達するまでに加速等で燃料過剰領域になるなどでＮＯxが放出されてしまい、判定を最初からやり直ししなければならない場合も考えられる。特に大量のＮＯxを吸収した状態で劣化判定制御が解除された場合、それまでの吸収過程において、吸収能力の低下によってＮＯx吸収剤で吸収しきれなかったＮＯxが無駄に大気中に漏れてしまうことになってしまう。これらのリスクは長時間制御を継続するほど可能性は高くなる。
【０００９】
この発明は上記問題を解消するためになされたもので、劣化判定にかかる時間を短縮し、より正確で無駄のない劣化判定を行う内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、車両に搭載された内燃機関の排気通路内に設けられ流入する排出ガスが酸素過剰状態であるときにＮＯxを吸収し、酸素濃度を低下させるとＮＯxを排出すると共に還元浄化されるＮＯx吸収剤と、車両の運転状態に応じて酸素過剰空燃比運転、理論空燃比運転、燃料過剰空燃比運転を切替えて内燃機関の運転制御を行う通常運転制御手段と、上記ＮＯx吸収剤にＮＯxを吸収させた後これを放出させ、放出時のＮＯx吸収剤の下流側での空燃比の変化の遅れ時間からＮＯx吸収剤の劣化判定を行うＮＯx吸収剤劣化判定手段と、このＮＯx吸収剤劣化判定手段において、ＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を通常運転時の酸素過剰空燃比運転より増加させるＮＯx排出量増加手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置にある。
【００１１】
また、上記内燃機関がＥＧＲ機構を設け、上記ＮＯx排出量増加手段がＥＧＲ量を減らしてＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を増加させ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にある。
【００１２】
また、上記ＮＯx排出量増加手段が、点火時期を進角させてＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を増加させ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にある。
【００１３】
また、上記ＮＯx排出量増加手段が、空燃比を変更してＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を増加させ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にある。
【００１４】
また、上記ＮＯx排出量増加手段が、筒内噴射形内燃機関における通常運転時の酸素過剰空燃比より理論空燃比側の空燃比で希薄燃焼を行わせることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置にある。
【００１５】
また、上記ＮＯx排出量増加手段が、ＥＧＲ量を減らすこと、点火時期を進角させること、空然比を変更すること、を併用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にある。
【００１６】
また、上記ＮＯx排出量増加手段が、上記ＥＧＲ量を減らすこと、点火時期を進角させること、空然比を変更すること、およびこれらの併用を車両の運転状態によって切り替え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にある。
【００１７】
また、上記ＮＯx排出量増加手段が、排出ＮＯx量を増加させるときにＮＯx吸収剤へのＮＯx流入量がＮＯx吸収剤の吸収速度を超えない範囲とすることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置にある。
【００１８】
また、上記ＮＯx吸収剤の劣化の推定を行う劣化推定手段を設け、上記劣化判定手段が、上記劣化の推定量に応じてＮＯx吸収剤に流入する排出ガスの空燃比が酸素過剰空燃比である時間を短縮することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置にある。
【００１９】
また、上記ＮＯx吸収剤の劣化の推定を行う劣化推定手段を設け、上記ＮＯx排出量増加手段が、上記劣化の推定量に応じてＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を増加させることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置にある。
【００２０】
また、上記ＮＯx排出量増加手段が、ＮＯx量を増加させるときにＮＯx吸収剤へのＮＯx流入量を、劣化したＮＯx吸収剤と劣化していないＮＯx吸収剤の吸収速度の間の範囲に設定することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置にある。
【００２１】
また、上記劣化判定を、上記ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下する運転状態で実施することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置にある。
【００２２】
また、車両に搭載された内燃機関の排気通路内に設けられ流入する排出ガスが酸素過剰状態であるときにＮＯxを吸収し、酸素濃度を低下させるとＮＯxを排出すると共に還元浄化されるＮＯx吸収剤と、車両の運転状態に応じて酸素過剰空燃比運転、理論空燃比運転、燃料過剰空燃比運転を切替えて内燃機関の運転制御を行う通常運転制御手段と、上記ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下する運転状態で、上記ＮＯx吸収剤にＮＯxを吸収させた後これを放出させ、排出時のＮＯx吸収剤の下流側での空燃比の変化の遅れ時間からＮＯx吸収剤の劣化判定を実施するＮＯx吸収剤劣化判定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置にある。
【００２３】
また、上記ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下する排気ガス量が多い領域で劣化判定を実施することを特徴とする請求項１２または１３に記載の内燃機関の排気浄化装置にある。
【００２４】
また、上記ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下するＮＯx吸収剤温度域で劣化判定を実施することを特徴とする請求項１２または１３に記載の内燃機関の排気浄化装置にある。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下この発明を各実施の形態に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明による内燃機関の排気浄化装置を含むシステムの構成を示す図である。図１において、１は空気取り入れ口側に設けられたエアクリーナ、３は空気量センサ、５はスロットル駆動モータ、７はスロットル開度センサ、９はエンジン、１３はインジェクタ、１５は点火プラグ、１７はエキゾースト・ガス・リサイクル(ＥＧＲ)機構に設けられたＥＧＲ駆動装置、１９はＮＯx吸収剤２１の上流側に設けられた空然比センサ、２１はＮＯx吸収剤、２３、２５はＮＯx吸収剤２１の排出側すなわち下流側の排気温センサと空然比センサである。
【００２６】
２７は内燃機関の運転制御を総合的に行う電子制御装置であり、２７ａはＣＰＵ、２７ｂは制御のためのプログラム等を格納したＲＯＭ、２７ｃは制御に必要なデータ等を格納するＲＡＭ、２７ｄはバックアップＲＡＭ、２７ｅは入力ポート、２７ｆは出力ポートである。そしてこの電機制御装置２７には上記各センサ、駆動装置の他にも、変速機２９、クランク角センサ３１、速度センサ３３および走行距離計３５等が接続されている。
【００２７】
また図２にはこの発明による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明するためのフローチャート、図３には図１の内燃機関の排気浄化装置の機能ブロック図を示す。以下、図２に沿って動作を説明する。電子制御装置２７は通常は従来と同様に車両の運転状態に応じて酸素過剰空燃比運転、理論空燃比運転、燃料過剰空燃比運転を切替えて内燃機関の運転制御を行っている(図３の通常運転制御手段１００)。
【００２８】
そしてこれと平行してＮＯx吸収剤２１の劣化判定を行う(図３の劣化判定手段１０２)。劣化判定を行うためにステップＳ１でクランク角センサ３１、スロットル開度センサ７などより取得したエンジン回転数やスロットル開度などの車両情報より劣化判定が可能な運転状態であり、それが所定時間継続されていてＮＯx吸収剤２１すなわち触媒の状態が安定しているか否かを判定する。次にステップＳ２で触媒の劣化判定が必要か否かを、例えば走行距離などに基づいて判断を行う。走行距離計３５より取得した現在の走行距離Ｓ(ｎ)と、バックアップＲＡＭ２７ｄに保存されている前回劣化判定を行った時点の走行距離Ｓ(ｎ−１)(例えば２７０参照)を比較し、所定以上の距離Sdiffを走行したことを確認する(図３の劣化判定可否検出手段１０４)。
【００２９】
所定以上の距離Sdiffを走行していた場合は、ステップＳ３でバックアップＲＡＭ２７ｄ中の劣化判定許可フラグをセットするとともに、制御に使用する劣化判定関連ＲＡＭ領域を初期化する(例えば２７０参照)。劣化判定制御は、まずステップＳ４でＮＯx吸収剤２１に吸収されているＮＯxを完全に取り除くために燃料過剰領域(Rich)または理論空燃比で運転を行い、ステップＳ５で例えば空然比センサ２５の出力を監視して吸収剤中のＮＯx量が零となった後、酸素過剰空然比運転すなわち希薄燃焼運転(Lean)に戻される(図３の劣化判定初期化手段１０６)。
【００３０】
本発明ではここでの希薄燃焼運転方法に特徴を持っている(図３のＮＯx蓄積手段１０８)。通常の運転時には希薄燃焼運転ではＮＯx量を低減するためにＥＧＲ駆動装置１７の開度を大きくし大量の排気ガスを吸気側に還流するが、ここではＮＯx吸収剤２１に短時間で多量のＮＯxを吸収させるために、ＥＧＲ駆動装置１７の開度を小さくしＥＧＲ率を低減、またはステップＳ６のように零とした酸素過剰運転に変更する。図４にＥＧＲ開度とＮＯx濃度の特性を示す。ＥＧＲ開度を小さくするに従ってＮＯx濃度が高くなることが分かる(図３のＮＯx排出量増加手段１１０)。
【００３１】
ここではＮＯx排出量増加手段としてＥＧＲを変更したが、筒内噴射による圧縮行程噴射希薄燃焼から吸気行程噴射希薄燃焼への燃焼方法の変更や、空然比Ａ／Ｆ、点火時期の変更等であってもかまわず、またこれらの増加手段の併用や、運転状態によって増加手段を切り替えてもよい。
【００３２】
次にステップＳ７へ進むが、酸素過剰運転下においては、例えば図５に示すＥＧＲカット時の圧縮行程噴射モードにおける車速Ｖsと吸収剤に流入するＮＯx量の特性を図６を示すようにデータマップとしてＲＯＭ２７ｂに格納しておく(例えば２７１参照)。そしてこのデータマップに従って車速センサ３３やクランク角センサ３１から求まる車速に対する単位時間当たりのＮＯx吸収剤２１への流入ＮＯx量ＮＯxIを推定し、下記の(１)式のように積算することで、時間とともに増加していくＮＯx吸収剤２１中のＮＯx量ＳＮＯxを算出する。
【００３３】
【数１】
0003788719.tif 000002
【００３４】
ここではＮＯx吸収剤２１への流入ＮＯx量を運転状態より推定で算出したが、ＮＯxセンサ３７等で直接計測した値を用いてもよい(図３の流入ＮＯx量算出手段１１２)。
【００３５】
またこれと同時にステップＳ８で図７のように運転状態によって決まる劣化判定しきい値ＳＮＯxsatを設定する。ここでは車速Ｖsと劣化判定しきい値ＳＮＯxsatとの関係を考慮している(図３の劣化判定しきい値設定手段１１４)。この車速Ｖsと劣化判定しきい値ＳＮＯxsatとの関係も、例えば図６に示した車速Ｖsと流入ＮＯx量のデータマップとの関係と同様に、データマップとしてＲＯＭ２７ｂに格納しておく(例えば２７１参照)
【００３６】
次のステップＳ９でＮＯx吸収量ＳＮＯxと劣化判定しきい値ＳＮＯxsatの比較を行い、ＮＯx吸収量ＳＮＯxが劣化判定しきい値ＳＮＯxsat以上となった場合は希薄燃焼運転を中止する(図３の排出終了手段１１６)。
【００３７】
そしてステップＳ１０で、酸素過剰領域(Lean)の運転から燃料過剰領域(Rich)または理論空燃比の運転に切替えてＮＯx吸収剤に吸収されているＮＯxの放出を行う(図３のＮＯx放出手段１１８)。
【００３８】
またこれと同時にステップＳ１１で、ＮＯx吸収剤２１の下流側の空燃比センサ２５の応答遅れタイマをスタートさせる。タイマは例えばプログラムでも容易に構成可能である。また劣化判定しきい値ＳＮＯxsatで決まる基準応答遅れ時間Ｔd0をセットする。この劣化判定しきい値ＳＮＯxsatと基準応答遅れ時間Ｔd0との関係も、データマップとしてＲＯＭ２７ｂに格納しておく(例えば２７１参照)。
【００３９】
ステップＳ１２、Ｓ１２ａではタイマ計測しながらＮＯx吸収剤２１の下流側の空燃比センサ２５の出力を監視し、排ガス中の酸素濃度が酸素過剰状態から燃料過剰状態へと移行したことを示すセンサの出力レベル(図１７のＩs参照)を横切る瞬間をチェックし、ステップＳ１３で応答遅れタイマの値を応答遅れ時間Ｔdにセットする(図３の下流側応答遅れ検出手段１２０)。
【００４０】
ステップＳ１４では劣化判定値Ｔdiffを設定し、ステップＳ１５では基準応答遅れ時間Ｔd0と実測した応答遅れ時間Ｔdを比較しその差分または比率が所定の劣化判定値Ｔdiff以上であった場合、ＮＯx吸収剤２１の吸収能力が低下、つまり劣化していると決定し、ステップＳ１６でバックアップＲＡＭ２７ｄ中の劣化フラグをセットする。またステップＳ１５で所定の劣化判定値未満であれば、ステップＳ１７でＮＯx吸収剤２１の吸収能力が正常と決定し、劣化フラグをクリアする。そしてステップＳ１８で劣化判定許可フラグをクリアする(図３の劣化決定手段１２２)。
【００４１】
また、劣化判定許可フラグセット中はステップＳ１９で運転状態を常時監視し、ステップＳ２０で車速、エンジン回転数、負荷、スロットル開度等の運転状態の変更によってＮＯx量が大きく変動し、劣化判定の継続が不可能と判断された場合は、ステップＳ２１で劣化判定を中止し、ステップＳ１８で劣化判定許可フラグをクリアして通常運転の制御へと戻る(図３の劣化判定中止手段１２４)。
【００４２】
また、図８は希薄燃焼時のＮＯx排出特性を示し、空然比の変化に対する排出されるＮＯxの濃度の変化が示されている。劣化判定時にＮＯx排出量を増加する手段として、ＥＧＲ量を減らすこと、点火時期を変更、具体的には進角させること、空然比を変更することを挙げたが、いずれの場合にも、空然比の変化によりＮＯx排出量が変化する。
【００４３】
しかし空然比Ａ／Ｆを変更する領域によってＮＯxへの影響は大きく異なる。筒内噴射形の内燃機関の場合、通常運転時の酸素過剰空燃比運転での空然比は３０程度である。そこで図８からも分かるように、ＮＯx排出量を増加させるには筒内噴射形の内燃機関の通常運転時の酸素過剰空燃比より理論空燃比側の空燃比Ａ／Ｆで酸素過剰空燃比運転すなわち希薄燃焼を行わせることが望ましい。
【００４４】
また、図９に示すように空然比Ａ／Ｆと運転状態である車速Ｖsのそれぞれの変化に対するＮＯx吸収剤への流入ＮＯx量ＮＯxIの変化のデータマップをＲＯＭ２７ｂに２７１で示すように格納しておき、流入ＮＯx量算出時に用いることで、ＮＯx排出量のずれが防止でき、正確にＮＯx吸収剤に吸収されるＮＯx量を算出することができる。なおこの場合、空然比Ａ／Ｆは空然比センサ１９の出力から、車速Ｖsは車速センサ３３から得られる(図３の空然比変動補正手段１２６)。
【００４５】
実施の形態２．
また、劣化判定制御を行う際、所要時間を短縮するためにＮＯx排出量を増加しているが、ＮＯx吸収剤２１は単位時間あたりに流入するＮＯx量があまりにも多いと吸収速度が間に合わず、大量のＮＯxがそのまま吸収剤を追加して大気中へ排出されてしまう。吸収剤の特性としてＮＯxを大量に吸収し吸収剤中に吸収可能な領域が少なくなってくると、図１０の(ａ)のＡに示すように吸収速度が徐々に低下してくる。ＮＯxの流入量を増加した場合は短時間で大量のＮＯxを吸収することになるため、図１０の(ａ)のＢに示すように吸収速度は短時間で低下することとなる。
【００４６】
従って、ＮＯx流入量を増加させるときには、増加させたＮＯx流入量がＮＯx吸収剤２１の吸収速度を超えない図１０の(ｂ)のハッチングの範囲ＣでＮＯx流入量の制御を行う。このようなＮＯx吸収剤の吸収速度の変化を示す情報はデータマップにされ、例えばＲＯＭ２７ｂ内に２７１で示すように保存される(図３の増加量調整手段１２８)。
【００４７】
実施の形態３．
また、本発明では劣化判定時間の短縮のためにＮＯx排出量を増加させているが、ＮＯx吸収剤２１のＮＯx吸収能力が著しく低下している場合は、吸収能力に対して著しく大量のＮＯxを流入させると、無用に大気中にＮＯxを放出してしまうことになる。そこで、図２のステップＳ８で使用する劣化判定しきい値ＳＮＯxsatを以下の劣化推定手段によって新たに設定を行う。
【００４８】
図１１は走行距離に対するＮＯx吸収能力の変化を逐次プロットしたＮＯx吸収剤劣化判定履歴であり、黒丸がＮＯx吸収剤２１の劣化判定履歴を示す。これらの情報より現在のＮＯx吸収剤２１の吸収能力を推定し、新品の吸収能力との比率を推定劣化度αとする。推定劣化度αを補正項として、新たな劣化判定しきい値を下記の(２)式により算出する。
【００４９】
【数２】
0003788719.tif 000003
【００５０】
この劣化推定手段(図３の１３０)を用いることで、予め推定される劣化度に応じて、劣化判定が最低限可能な短い時間で劣化判定が可能でなおかつ劣化判定時に大気中に放出されるＮＯxを最小限に抑えることができる。
【００５１】
また、実施の形態２で説明した増加量調整手段(図３の１２８)においても、単位時間あたりにＮＯx吸収剤２１に流入させるＮＯx量について、必要に応じて補正を行う。このようなＮＯx吸収剤劣化判定履歴についても、例えばバックアップＲＡＭ２７ｄ内に２７０で示すようにデータマップとして保存できる(図３の劣化推定手段１３０)。
【００５２】
実施の形態４．
また、劣化判定制御を行う際、所要時間を短縮するためにＮＯx排出量を増加しているが、ＮＯx吸収剤２１は単位時間あたりに吸収できるＮＯx量(ＮＯx吸収速度)は劣化の程度によって異なる。そのため単位時間あたりにＮＯx吸収剤２１に流入するＮＯx量を非常に多くしてやると、ＮＯx吸収量２１が飽和するまでＮＯxを吸収させることなく新品と劣化品で吸収されているＮＯx量に差を作ることができる。
【００５３】
図１２は、ＮＯx吸収剤２１に新品のＮＯx吸収速度に近いＮＯx流入量Ａが流入したときの新品と劣化品のＮＯx吸収速度を示したものである。このときＮＯx吸収剤２１のＮＯx吸収量変化を図１３に示す。このようにＮＯx吸収開始直後より新品は必ず劣化品より高い吸収量を示すので、新品と劣化品の吸収量に最初から差ができるため、非常に短時間で劣化判定が可能な吸収量の差を作ることができる。制御手順としては実施の形態１と同じであるが、図２のステップＳ６のＮＯx排出量増加の際の増加量調整時の排出量(ＮＯx排出量増加手段１１０の増加量調整手段１２８)、およびステップＳ８で劣化判定しきい値ＳＮＯxsatを設定することにより決まる希薄燃焼運転時間(劣化判定しきい値設定手段１１４)を図１２のハッチング領域内となるように設定することが必要である。
【００５４】
すなわちＮＯx排出量増加の際の増加量調整時の排出量は、劣化したＮＯx吸収剤と劣化ていないＮＯx吸収剤の吸収速度の間の範囲、劣化判定しきい値ＳＮＯxsatを設定することにより決まる希薄燃焼運転時間は劣化していないＮＯx吸収剤の吸収速度が劣化したＮＯx吸収剤の劣化速度にまで低下するまでの時間の範囲内にそれぞれ設定すればよい。
【００５５】
実施の形態５．
劣化判定制御を行う運転状態としてＮＯx吸収剤２１の吸収能力が低い領域を使用することで、劣化判定の時間を短くすることが可能である。図１４はＮＯx吸収剤の温度Ｔcatおよび空間速度ＳＶに対する吸収剤の吸収能力特性を示したものである。なお、空間速度ＳＶとは、単位時間当たりに吸収剤を通る排気ガス流量を意味する。
【００５６】
図１４からわかるようにＮＯx吸収剤２１は所定の温度領域では高い吸蔵能力を示すが、その領域から外れると吸収能力は著しく低下する。また空間速度ＳＶの増加に対してもＮＯx吸収能力が低下する特性が見られる。通常、ＮＯx吸収剤２１を車両に装着する際は、通常使用する運転領域で十分な能力を発揮するように、吸収能力や装着場所が決定されるが、特殊な条件下では長時間ＮＯx吸収剤２１の能力が低下する運転領域になる場合が存在する。例えば高速道路の長い上り坂などを希薄燃焼のトルク限界付近で走行すれば高温，高ＳＶとなる。なおＮＯx吸収剤２１の温度および空間速度ＳＶは排気温センサ２３、スロットル開度センサ７等によりそれぞれ確認できる。
【００５７】
実際の制御手順は以下のようになる。実施の形態１の制御手順である図２との相違点はステップＳ１とステップＳ８およびステップＳ１４の部分であり、図１５の(ａ)、(ｂ)、(ｃ)にそれぞれ示す。
【００５８】
ステップＳ１に相当する手順では図１５の(ａ)に示すように、ステップＳ１Ｂでは吸収能力が低下する高温，高ＳＶ領域であるかの判定を行い、ステップＳ１Ｃでは吸収能力が低下する低温，高ＳＶ領域であるかの判定を行う。これらの条件が成立していればステップＳ１Ｄ、Ｓ１Ｅで各運転領域であることを示すフラグをそれぞれセットする。
【００５９】
ステップＳ８に相当する手順では図１５の(ｂ)に示すように、運転領域別に用意された劣化判定しきい値を設定し、ステップＳ１４に相当する手順では図１５の(ｃ)に示すように、運転領域別に用意された、空燃比センサ遅れ時間に関する劣化判定値Ｔdiffの設定を行う。
【００６０】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、車両に搭載された内燃機関の排気通路内に設けられ流入する排出ガスが酸素過剰状態であるときにＮＯxを吸収し、酸素濃度を低下させるとＮＯxを排出すると共に還元浄化されるＮＯx吸収剤と、車両の運転状態に応じて酸素過剰空燃比運転、理論空燃比運転、燃料過剰空燃比運転を切替えて内燃機関の運転制御を行う通常運転制御手段と、上記ＮＯx吸収剤にＮＯxを吸収させた後これを放出させ、放出時のＮＯx吸収剤の下流側での空燃比の変化の遅れ時間からＮＯx吸収剤の劣化判定を行うＮＯx吸収剤劣化判定手段と、このＮＯx吸収剤劣化判定手段において、ＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を通常運転時の酸素過剰空燃比運転より増加させるＮＯx排出量増加手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置としたので、劣化判定に必要なＮＯx量を短時間でＮＯx吸収剤に供給することができるため、ＮＯx吸収剤に流入するＮＯxが安定した運転状態となっている間に劣化判定が完了するために高い精度で劣化判定が可能である。また、短時間で制御が完了するので劣化判定中に急加減速などの劣化判定不可能な運転状態になるリスクが低減でき確実に劣化判定ができる。それに加え劣化判定が可能な運転状態が増加するため劣化判定を行う機会も増加する。
【００６１】
また、上記内燃機関がＥＧＲ機構を設け、上記ＮＯx排出量増加手段がＥＧＲ量を減らしてＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を増加させるようにしたので、ＥＧＲ量を変化させることでＮＯx量を増加させるようにしたので、短時間で劣化判定が行える。
【００６２】
また、上記ＮＯx排出量増加手段が、点火時期を進角させてＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を増加させるようにしたので、点火時期を変化させることでＮＯx量を増加させるようにしたので、短時間で劣化判定が行える。
【００６３】
また、上記ＮＯx排出量増加手段が、空燃比を変更してＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を増加させるようにしたので、空燃比を変化させることでＮＯx量を増加させるようにしたので、短時間で劣化判定が行える。
【００６４】
また、上記ＮＯx排出量増加手段が、筒内噴射形内燃機関における通常運転時の酸素過剰空燃比より理論空燃比側の空燃比で希薄燃焼を行わせるようにしたので、より効率よくＮＯx量を増加させるようにしたので、短時間で劣化判定が行える。
【００６５】
また、上記ＮＯx排出量増加手段が、ＥＧＲ量を減らすこと、点火時期を進角させること、空然比を変更すること、を併用するようにしたので、より適切に、効率よくＮＯx量を増加させるようにしたので、短時間で劣化判定が行える。
【００６６】
また、上記ＮＯx排出量増加手段が、上記ＥＧＲ量を減らすこと、点火時期を進角させること、空然比を変更すること、およびこれらの併用を車両の運転状態によって切り替えるようにしたので、運転状態に合わせてより適切に、効率よくＮＯx量を増加させるようにしたので、短時間で劣化判定が行える。
【００６７】
また、上記ＮＯx排出量増加手段が、排出ＮＯx量を増加させるときにＮＯx吸収剤へのＮＯx流入量がＮＯx吸収剤の吸収速度を超えないように制御するようにしたので、無駄にＮＯxを大気中に排出することなく劣化判定が行える。
【００６８】
また、上記ＮＯx吸収剤の劣化の推定を行う劣化推定手段を設け、上記劣化判定手段が、上記劣化の推定量に応じてＮＯx吸収剤に流入する排出ガスの空燃比が酸素過剰空燃比である時間を短縮するようにしたので、ＮＯx吸収剤の劣化の度合いを考慮して、無駄にＮＯxを大気中に排出することなく劣化判定が行える。
【００６９】
また、上記ＮＯx吸収剤の劣化の推定を行う劣化推定手段を設け、上記ＮＯx排出量増加手段が、上記劣化の推定量に応じてＮＯx吸収剤に流入するＮＯx量を増加させるようにしたので、ＮＯx吸収剤の劣化の度合いを考慮して、無駄にＮＯxを大気中に排出することなく劣化判定が行える。
【００７０】
また、上記ＮＯx排出量増加手段が、ＮＯx量を増加させるときにＮＯx吸収剤へのＮＯx流入量を、劣化したＮＯx吸収剤と劣化していないＮＯx吸収剤の吸収速度の間の範囲に設定するようにしたので、劣化したＮＯx吸収剤と劣化ていないＮＯx吸収剤で最初から吸収量に差がつくために短時間で劣化判定が行える。
【００７１】
また、上記劣化判定を、上記ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下する運転状態で実施するようにしたので、ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下しているため、吸収量が少なく、短時間で劣化判定が行える。
【００７２】
また、車両に搭載された内燃機関の排気通路内に設けられ流入する排出ガスが酸素過剰状態であるときにＮＯxを吸収し、酸素濃度を低下させるとＮＯxを排出すると共に還元浄化されるＮＯx吸収剤と、車両の運転状態に応じて酸素過剰空燃比運転、理論空燃比運転、燃料過剰空燃比運転を切替えて内燃機関の運転制御を行う通常運転制御手段と、上記ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下する運転状態で、上記ＮＯx吸収剤にＮＯxを吸収させた後これを放出させ、排出時のＮＯx吸収剤の下流側での空燃比の変化の遅れ時間からＮＯx吸収剤の劣化判定を実施するＮＯx吸収剤劣化判定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置としたので、上記ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下する運転状態で劣化判定を実施するようにしたので、ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下しているため、吸収量が少なく、短時間で劣化判定が行える。
【００７３】
また、上記ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下する排気ガス量が多い領域で劣化判定を実施するようにしたので、ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下しているため、吸収量が少なく、短時間で劣化判定が行える。
【００７４】
また、上記ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下するＮＯx吸収剤温度域で劣化判定を実施するようにしたので、ＮＯx吸収剤の吸収能力が低下しているため、吸収量が少なく、短時間で劣化判定が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による内燃機関の排気浄化装置を含むシステムの構成を示す図である。
【図２】  この発明による内燃機関の排気浄化装置の特に劣化判定制御の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】  図１の内燃機関の排気浄化装置の機能ブロック図を示す。
【図４】  ＥＧＲ開度とＮＯx濃度の特性を示す図である。
【図５】  ＥＧＲカット時の圧縮行程噴射希薄燃焼における車速とＮＯx吸収剤流入ＮＯx量の関係を示す図である。
【図６】  ＥＧＲカット時の圧縮行程噴射希薄燃焼における車速とＮＯx吸収剤流入ＮＯx量のデータマップを示す図である。
【図７】  劣化判定しきい値の特性を示す図である。
【図８】  希薄燃焼時の空然比に対するＮＯx濃度の特性を示す図である。
【図９】  空然比の影響を含めた車速とＮＯx吸収剤流入ＮＯx量のデータマップを示す図である。
【図１０】  ＮＯx流入量がＮＯx吸収速度に与える影響および劣化検出に適してＮＯx流入量の範囲を示す図である。
【図１１】  劣化判定履歴より現在の劣化度を推定する方法を説明するための図である。
【図１２】  新品と劣化品のＮＯx吸収速度の違いを示す図である。
【図１３】  ＮＯx流入量が非常に大きい場合の新品と劣化品のＮＯx吸収量の違いを示す図である。
【図１４】  空間速度および吸収剤温度に対する吸収能力の特性を示す図である。
【図１５】  この発明の実施の形態５に係わるフローチャートである。
【図１６】  従来のこの種の内燃機関の動作を説明するための図である。
【図１７】  従来のこの種の内燃機関の排気浄化装置の劣化検出の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１  エアクリーナ、３  空気量センサ、５  スロットル駆動モータ、７  スロットル開度センサ、９  エンジン、１３  インジェクタ、１５  点火プラグ、１７  ＥＧＲ駆動装置、１９  空然比センサ、２１  ＮＯx吸収剤、２３  排気温センサ、２５  空然比センサ、２７  電子制御装置、２７ａ  ＣＰＵ、２７ｂ  ＲＯＭ、２７ｃ  ＲＡＭ、２７ｄ  バックアップＲＡＭ、２７ｅ  入力ポート、２７ｆ  出力ポート、２９  変速機、３１  クランク角センサ、３３  速度センサ３５  走行距離計、１００  通常運転制御手段、１０２  劣化判定手段、１０４  劣化判定可否検出手段、１０６  劣化判定初期化手段、１０８  ＮＯx蓄積手段、１１０  ＮＯx排出量増加手段、１１２  流入ＮＯx量算手段、１１４  劣化判定しきい値設定手段、１１６  排出終了手段、１１８  ＮＯx放出手段、１２０  下流側応答遅れ検出手段、１２２  劣化決定手段、１２４  劣化判定手段、１２６  空然比変動補正手段、１２８  増加量調整手段、１３０  劣化推定手段。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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