JP2004116332A

JP2004116332A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2004116332A
Application number: JP2002278359A
Authority: JP
Inventors: Toru Nishizawa; 西澤　透; Yasuhisa Kitahara; 北原　靖久
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-04-15
Also published as: DE60301656T2; US20040055280A1; EP1403479A1; US7024850B2; EP1403479B1; DE60301656D1

Abstract

【課題】排気浄化触媒の劣化を判定する。
【解決手段】Ｓ１０１では、ＮＯｘセンサ（濃度検出手段）により、ＮＯｘトラップ触媒（排気浄化触媒）よりも下流側の排気通路のＮＯｘ（排気成分）の濃度を検出する（濃度検出手段）。Ｓ１０２では、このＮＯｘセンサで検出されるＮＯｘ濃度に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒が不活性状態から活性状態へ移行する活性移行時期を検出する。Ｓ１０３では、活性移行時期におけるＮＯｘトラップ触媒の温度Ｔ１に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒が劣化しているかを判定する。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒を備えた排気浄化装置に関し、特に、排気浄化触媒の劣化を判定・診断する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒としての吸着型のＮＯｘトラップ触媒の劣化を判定する技術が、例えば、特開平０７−２０８１５１号公報（以下、特許文献１と記す）及び特開平１１−２２９８４９号公報（以下、特許文献２と記す）に開示されている。
【０００３】
特許文献１では、酸化雰囲気にてＮＯｘを吸着し、還元雰囲気にてＮＯｘを放出する吸着型のＮＯｘトラップ触媒の劣化を把握するために、ＮＯｘトラップ触媒の下流側の排気通路に、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを配置し、還元雰囲気にてＮＯｘを放出した後の酸化雰囲気でのＮＯｘ濃度を検出し、検出したＮＯｘ濃度の時間的変化に基づいてＮＯｘトラップ触媒の劣化を判定している。
【０００４】
特許文献２では、酸化雰囲気にてＮＯｘを吸着し、還元雰囲気にてＮＯｘを放出するＮＯｘトラップ触媒の劣化を把握するために、ＮＯｘトラップ触媒の下流側の排気通路にＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設け、雰囲気調整手段により周囲雰囲気を還元雰囲気に調整したときのＮＯｘセンサの出力に基づきＮＯｘトラップ触媒の劣化を判断している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、ＮＯｘトラップ触媒下流にＮＯｘセンサを備え、還元雰囲気にてＮＯｘを放出した後、酸化雰囲気におけるＮＯｘ濃度を検出し、検出したＮＯｘ濃度の時間的変化に基づいてＮＯｘトラップ触媒の劣化を判断しており、ＮＯｘトラップ触媒が飽和するとＮＯｘ濃度が上昇し、かつ、その上昇速度は、ＮＯｘトラップ触媒の劣化が進行するほど大きくなることに着目している。しかしながら、暖気後の状態でＮＯｘトラップ触媒から大気中へ放出されるＮＯｘ濃度、すなわちＮＯｘトラップ触媒の下流側のＮＯｘ濃度は、ＮＯｘトラップ触媒が飽和状態近くになるまで例えば１０ｐｐｍ以下程度の低濃度で推移している。従って、ＮＯｘ濃度の変化により劣化を判断しようとすると、１０ｐｐｍ程度の低い濃度をも正確に検出する必要があり、内燃機関用として好適に用いられるような、検出下限値が例えば５０ｐｐｍ程度の一般的なＮＯｘセンサでは劣化を診断することができない。このような一般的なＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて劣化を判定しようとすると、例えばＮＯｘトラップ触媒が飽和状態近くになるまでＮＯｘ濃度を増加させる必要があり、その間に多量のＮＯｘが大気に放出されてしまうという問題がある。
【０００６】
特許文献２では、還元雰囲気でのＮＯｘ放出時における一時的なＮＯｘのＮＯｘトラップ触媒下流への流出に着目している。ＮＯｘの一時的なＮＯｘトラップ触媒下流への流出量はＮＯｘトラップ触媒の吸着容量に比例して大きくなるため、劣化が進行して吸着容量が減少すると流出量は減少する。流出量は酸化雰囲気におけるＮＯｘトラップ触媒下流のＮＯｘ量に比べて大きいため、ＮＯｘセンサの出力より劣化を判断できるとしている。しかしながら、この一時的なＮＯｘの流出は、時間的に非常に短時間であるため、やはり上記の一般的なＮＯｘセンサでは劣化を正確に診断することができない。
【０００７】
すなわち、上記の特許文献１，２のように、浄化すべき排気成分としてのＮＯｘの濃度に基づいて劣化を診断する手法では、濃度検出手段としてのＮＯｘセンサの検出精度が厳しく要求され、劣化の判定が困難となったり、あるいは劣化判定に伴い多量のＮＯｘが排出される等の問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気浄化装置は、車両用の内燃機関、特に、ディーゼルエンジンに好適に適用される。そして本発明は、排気通路に配置され、排気中の所定の排気成分を浄化する排気浄化触媒と、この排気浄化触媒の下流側の排気通路に配置され、上記排気成分の濃度を検出する濃度検出手段と、この濃度検出手段により検出される濃度に基づいて、上記排気浄化触媒が不活性状態から活性状態へ移行する活性移行時期を検出する時期検出手段と、上記活性移行時期に、上記排気浄化触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、を有している。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、濃度検出手段の検出精度が過度に厳しく要求されることがなく、排気浄化触媒の劣化を容易に判定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図１及び図４は、本発明の第１実施例にのみ対応しており、図２及び図５は、本発明の第２実施例にのみ対応しており、その他の図３及び図６〜１７は、第１実施例及び第２実施例の双方に対応している。
【００１１】
図１及び図２は、この発明に係る排気浄化装置を備えたディーゼルエンジン全体の構成を示している。このディーゼルエンジン１は、いわゆるコモンレール式燃料噴射装置を備えているものであって、高圧燃料ポンプ２によって所定圧力に加圧された燃料は、コモンレール３に導入され、このコモンレール３を介して、各気筒の燃料噴射ノズル４に供給されている。上記燃料噴射ノズル４は、コントロールユニット１０からの制御信号によって開閉制御されるものであり、燃料噴射量ならびに噴射時期を各気筒毎に独立して制御することが可能である。コントロールユニット１０は、周知のように、ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＣＰＵ及び入出力インターフェースを備えたデジタルコンピュータであって、後述するような制御処理を記憶及び実行する機能を有している。
【００１２】
また、このディーゼルエンジン１は、可変ノズル型のターボ過給機６を備えており、排気通路７にタービンが、吸気通路８にコンプレッサが、それぞれ配置されているとともに、上記吸気通路８のコンプレッサ下流に、インタークーラ９が設けられている。上記ターボ過給機６の可変ノズルのノズル開度は、コントロールユニット１０によって制御されるものであり、その実際の開度が図示せぬセンサによって検出され、ノズル開度信号としてコントロールユニット１０に入力されている。
【００１３】
さらに、このディーゼルエンジン１は、排気還流装置を備えている。すなわち、排気通路７と吸気通路８との間にＥＧＲ通路１１が設けられ、ここにＥＧＲバルブ１２が介装されており、かつ、新気導入量を可変制御する吸気絞り弁２０が吸気通路８に設けられている。ＥＧＲバルブ１２の開度は、コントロールユニット１０が出力するＥＧＲバルブ制御信号によって制御され、同様に吸気絞り弁２０の開度もコントロールユニット１０が出力する吸気絞り弁制御信号によって制御される。
【００１４】
排気通路７のタービン下流側には、本発明に係る排気浄化触媒としての貴金属を担持した酸化触媒２１及び吸着型のＮＯｘトラップ触媒１３と、排気微粒子を捕捉（トラップ）する微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ：ディーゼルパティキュレートフィルタ）１４と、が介装されている。これらの触媒及びフィルタは、個々に独立したケーシングを有し、上流側より酸化触媒２１，ＮＯｘトラップ触媒１３，及び微粒子捕捉フィルタ１４の順に直列に配置されている。
【００１５】
ＮＯｘトラップ触媒１３及び微粒子捕捉フィルタ１４の下流側には、排気中のＮＯｘの濃度を検出する濃度検出手段としてのＮＯｘセンサ１５と、排気空燃比つまり排気の空気過剰率を測定する空燃比センサ１６と、が設けられている。
【００１６】
図１に示す第１実施例では、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度を直接的に検出する温度センサが設けられている。なお、ＮＯｘトラップ触媒１３の下流側にＮＯｘトラップ触媒用温度センサ２２を配置して、ＮＯｘトラップ触媒１３を通過した排気ガス温度から触媒温度を推定するようにしてもよい。あるいは、ＮＯｘトラップ触媒１３の上流側に温度センサを配置して、ＮＯｘトラップ触媒１３に流入する排気ガス温度からＮＯｘトラップ触媒１３（及び微粒子捕捉フィルタ１４）の温度を推定するようにしてもよい。一方、図２に示す第２実施例では、このようなＮＯｘトラップ触媒用温度センサ２２を省略することができる。
【００１７】
微粒子捕捉フィルタ１４には、この微粒子捕捉フィルタ１４のベッド温度を直接的に検出するＤＰＦ用温度センサ２３が設けられている。また、上記ディーゼルエンジン１は、機関回転数の基礎となるクランク角を検出するクランク角センサ１７と、運転者により操作されるアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１８と、を備えている。上述した各種センサの検出信号は、コントロールユニット１０へ入力されている。
【００１８】
上記のＮＯｘトラップ触媒１３は、排気空燃比がリーンであるとき、つまり排気の空気過剰率が大きい酸化雰囲気下のときに、流入する排気中の浄化すべき排気成分であるＮＯｘをトラップ（吸着）し、また、排気空燃比がリッチつまり排気の空気過剰率が小さい還元雰囲気下のときに、トラップしたＮＯｘを放出する特性を有し、かつ、この放出されたＮＯｘを、同時にＮＯ２として浄化することができる。上記の排気空燃比の一時的なリッチ化を強制的に行うことをリッチスパイクと呼び、このリッチスパイクによるＮＯｘトラップ触媒１３からのＮＯｘの放出処理を、以下、ＮＯｘ再生と呼ぶ。また、このＮＯｘトラップ触媒１３の性能は、燃料中の硫黄成分が堆積することによって徐々に低下することが知られており、適宜な時期に強制的な硫黄成分の除去が必要である。この処理を、以下、硫黄被毒解除もしくはＳＯｘ再生と呼ぶ。
【００１９】
一方、ディーゼルエンジン１から排出された排気微粒子は、基本的に、微粒子捕捉フィルタ１４によってトラップされ、外部への排出が防止される。そして、この微粒子捕捉フィルタ１４に堆積した排気微粒子は、運転条件の変化の中で一部は自然に燃焼除去されるが、排気微粒子が所定レベルまで堆積してきたときには、排温を上昇させることで強制的な燃焼除去を行う。これを、以下、ＤＰＦ再生と呼ぶ。
【００２０】
図３〜１２は、ＮＯｘトラップ触媒１３の劣化の判定・診断処理を含む排気浄化装置の制御の流れを示すフローチャートである。このフローチャートは、例えばコントロールユニット１０により所定期間毎（例えば１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。
【００２１】
図３は、この制御の全体的な流れを示すメインフローチャートである。Ｓ（ステップ）１では、エンジン１の始動開始要求に相当するスタート信号を受信したかを判定する。例えばイグニッションキーの操作に対応するエンジンの初回始動時のスタート信号のみを受信するようにしても良く、あるいはエンジンの自動停止・自動再始動を行うアイドルストップ車両の場合には、エンジン自動再始動時のスタート信号をも受信するようにしても良い。スタート信号を受信した場合、Ｓ１ａへ進み、スタート信号を受信したとき、つまりエンジン始動時からの経過時間ｔ１の計測を開始する。具体的には、経過時間ｔ１を計測（カウント）するタイマをリセットする。
【００２２】
Ｓ２ではクランク角センサ１７及びアクセル開度センサ１８等の検出信号に基づいて、エンジンの運転状態を読み込む。
【００２３】
Ｓ３では、上記の経過時間ｔ１が、予め設定される所定の暖気移行期間Δｔ０の範囲内であるかを判断する。この暖気移行期間Δｔ０は、エンジン始動直後であって、かつ、エンジンが冷間状態から暖機後の状態へ移行するのに必要な期間に相当し、言い換えると、ＮＯｘトラップ触媒１３が不活性状態から活性状態へ移行するのに要する期間に相当し、例えばエンジンスタート信号の受信時期から３〜６０秒（３秒以上で、かつ、６０秒以下）程度のごく短い期間に設定される。
【００２４】
このＳ３で経過時間ｔ１が暖気移行期間Δｔ０の範囲内であると判定されれば、図４又は図５に示すＮＯｘトラップ触媒１３の劣化の判定・診断処理を行う。言い換えると、暖気移行期間ｔ１でのみ劣化診断を行うようにしており、劣化診断を短時間で効率良く行うことができるので、劣化診断に伴う排気の悪化が最小限に抑制されるとともに、コントロールユニット１０による演算負荷が軽減される。
【００２５】
Ｓ３で経過時間ｔ１が暖気移行期間Δｔ０の範囲内にはないと判定されれば、図４や図５に示すような劣化診断処理は行われず、図３のＳ４以降の処理が実行される。Ｓ４では、ＮＯｘトラップ触媒１３に堆積されたＮＯｘの量を測定する。例えば、特許第２６００４９２号公報に記載されているＮＯｘ吸着量の計算のように、エンジン回転数の積算値から推測することとしても良いし、所定の距離や時間を走行する毎に、ＮＯｘ吸着量を加算していく方法でも良い。
【００２６】
Ｓ５では、ＮＯｘトラップ触媒１３に堆積された硫黄成分の量を計算する。硫黄堆積量の計算方法は発明の主要なところではないので簡単に説明すると、例えば上記の特許第２６００４９２号公報に記載されているＮＯｘ吸収量の計算方法と同じように、エンジン回転数の積算値から推測することができる。なお、本実施例ではＮＯｘトラップ触媒１３が微粒子捕捉フィルタ１４の上流に配置されているが、この逆であっても問題はない。また、微粒子捕捉フィルタ１４にＮＯｘトラップ触媒を担時するのも一つの方法である。
【００２７】
Ｓ６では、微粒子捕捉フィルタ１４への排気微粒子（ＰＭと適宜に略記する）の堆積量を検知する。微粒子捕捉フィルタ１４における排気微粒子堆積量を直接検知することは困難であるので、微粒子捕捉フィルタ１４上流の排圧をモニタすることで、排気微粒子の堆積量を予測する。排気微粒子の堆積量が増えれば、当然排圧は上昇する。また、前回の再生からの走行距離やエンジン回転数の積算値と排圧とを組み合せて排気微粒子堆積量を検知するようにしてもよい。
【００２８】
Ｓ７では、微粒子捕捉フィルタ１４のＤＰＦ再生を行っているモードつまりＤＰＦ再生モード中であるかを判定する。後述するようにＤＰＦ再生を行っているＤＰＦ再生モードである場合は、ｒｅｇ１フラグがたっているので（ｒｅｇ１フラグ＝１）、図６に示すＳ２０１以降の処理へ進む。
【００２９】
Ｓ８では、ＮＯｘトラップ触媒１３の硫黄被毒解除モード中であるかを判定する。硫黄被毒解除モードである場合には、後述するように、ｄｅｓｕｌフラグがたっているので、図７に示すＳ３０１以降の処理へ進む。
【００３０】
Ｓ９では、ＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘ再生のためのリッチスパイクモード中であるかを判定する。リッチスパイクモードである場合には、後述するようにｓｐフラグがたっているので、図８に示すＳ４０１以降の処理へ進む。
【００３１】
Ｓ１０では、ＤＰＦ再生及び硫黄被毒解除時の溶損防止モード中であるかを判定する。溶損防止モードである場合には、後述するようにｒｅｃフラグがたっているので、図９に示すＳ５０１以降の処理へ進む。
【００３２】
Ｓ１１では、微粒子捕捉フィルタ１４に堆積した排気微粒子の量が所定量ＰＭ１に達して再生時期となったかを判定する。所定量ＰＭ１に達したか否かは、所定の運転条件での微粒子捕捉フィルタ１４の排圧から判定する。すなわち、図１３に示す特性に沿って排圧の閾値が運転条件に対応して読み出され、排圧がこの閾値を超えた場合に再生時期と判定する。なお、図１３の横軸のＮｅは機関回転数、縦軸のＱは、燃料の基本（Ｍａｉｎ）噴射量つまり負荷である。あるいは、前回の再生からの走行距離が所定の距離を超えていて、かつ排圧が閾値を超えている場合に再生時期と判定する方法でもよい。ここで再生時期と判定された場合は、図１０のＳ６０１でＤＰＦ再生フラグｒｅｇ１を１とし、図６に示すＤＰＦ再生処理を直ちに実行する。具体的には、本フローチャートの次回（例えば１０ｍｓ後）の実行時にＳ７の判定が否定されて図６に示すＤＰＦ再生処理が行われる。
【００３３】
Ｓ１２では、ＮＯｘトラップ触媒１３に堆積した硫黄の量が所定量Ｓ１に達して再生時期になったかを判定する。具体的には、エンジン負荷（又は燃料噴射量）とエンジン回転数とに基づいて、予め設定・記憶されているマップから所定時間当たりの硫黄堆積量を当該所定時間毎に求め、この求めた値を積算することにより硫黄堆積量を求めることができる。所定量Ｓ１の硫黄が堆積して、硫黄被毒解除が必要と判定された場合、図１１のＳ７０１で硫黄被毒解除要求フラグｄｅｓｕｌを１として、図７に示す硫黄被毒解除処理を直ちに実行する。
【００３４】
Ｓ１３では、ＮＯｘトラップ触媒１３に吸着したＮＯｘの量が所定量ＮＯｘ１に達して再生時期になったかを判定する。所定量ＮＯｘ１以上にＮＯｘが吸着されていて、ＮＯｘ再生が必要と判定された場合には、図１２のＳ８０１でＮＯｘ再生要求フラグｓｐを１として、図８のＮＯｘ再生処理を直ちに実行する。
【００３５】
図４及び図５は、それぞれＮＯｘトラップ触媒１３の劣化判定処理の流れを示しており、図４は、ＮＯｘトラップ触媒１３の触媒温度に基づいて劣化を判定する第１実施例に対応しており、図５は、エンジン始動からＮＯｘトラップ触媒１３が活性化するまでの経過時間に基づいて劣化を判定する第２実施例に対応している。
【００３６】
先ず、図４を参照して、劣化の判定を触媒温度に基づいて行う第１実施例について説明する。Ｓ１０１ではＮＯｘセンサ１５の出力、すなわちＮＯｘトラップ触媒１３よりも下流側の排気通路７中のＮＯｘの濃度を読込む。
【００３７】
Ｓ１０２では、ＮＯｘセンサ１５から出力される触媒下流側のＮＯｘ濃度に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒１３が不活性状態から活性状態へ移行する活性移行時期を検出する（時期検出手段）。例えば、ＮＯｘセンサ１５の検出濃度が、所定の判定濃度Ｋ１よりも高い状態から判定濃度Ｋ１よりも低くなる時期を、上記の活性移行時期として容易に検出することができる。エンジン始動直後のように、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が低く、このＮＯｘトラップ触媒１３が不活性状態である場合、ＮＯｘトラップ触媒１３よりも下流側の排気通路中のＮＯｘ濃度は、例えば６０ｐｐｍ以上と大きな値である。一方、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が上昇し、このＮＯｘトラップ触媒１３が活性状態となれば、触媒下流のＮＯｘ濃度は、不活性状態のときの濃度に比して大きく低下し、例えば１０ｐｐｍ以下の低濃度で推移するようになる。現在、内燃機関用として用いられる一般的なＮＯｘセンサの検出下限値は５０ｐｐｍ程度であるため、上記の判定濃度Ｋ１を例えば５０ｐｐｍ程度に設定することにより、このような一般的なＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒１３が不活性状態から活性状態へ移行する活性移行時期を容易かつ正確に検出することができる。
【００３８】
Ｓ１０２で活性移行時期であると判定されると、Ｓ１０３へ進み、ＮＯｘトラップ触媒用温度センサ２２により検出されるＮＯｘトラップ触媒１３の温度Ｔ１に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒１３が劣化しているか否かを判定する。具体的には、この触媒温度Ｔ１を、予め設定される劣化判定温度Ｔ２、すなわち活性移行時期のＮＯｘトラップ触媒１３の触媒温度の上限値Ｔ２と比較する。活性移行時期のＮＯｘトラップ触媒１３の温度は、劣化の進行により徐々に上昇する性質があることから、触媒温度Ｔ１が劣化判定温度Ｔ２以下であれば、ＮＯｘトラップ触媒１３が劣化していないと判定してＳ１０４へ進み、ＮＯｘトラップ触媒１３の劣化状態に対応するフラグＣａｕ＿ＮＯｘを０とし、触媒温度Ｔ１が劣化判定温度Ｔ２を超えていれば、ＮＯｘトラップ触媒１３が劣化していると判定してＳ１０５以降の処理へ進む。
【００３９】
Ｓ１０５〜Ｓ１０９の処理は、ＮＯｘトラップ触媒１３の劣化が硫黄被毒によるものか、あるいは熱劣化等の異常による機能不全状態なのかを判断し、熱劣化等の異常に起因する場合には警告を行うためのものある。
【００４０】
Ｓ１０５では上記の劣化フラグＣａｕ＿ＮＯｘが１であるかを確認する。Ｓ１０３において初めてＮＯｘトラップ触媒１３が劣化していると判定された場合、すなわち、初回の劣化判定時には、劣化フラグＣａｕ＿ＮＯｘは未だ０のままであるため、先ずＳ１０５からＳ１０６，Ｓ１０７へ進み、硫黄被毒解除要求フラグｄｅｓｕｌを１として硫黄被毒の解除要求を出すとともに、劣化フラグＣａｕ＿ＮＯｘを１に設定する。従って、初回の劣化判定後に、暖気移行期間Δｔ０を過ぎると、図３のＳ３が否定、Ｓ８が否定されて、図７の硫黄被毒処理が速やかに行われる。すなわち、初回の劣化判定後には、硫黄被毒の堆積量にかかわらず、硫黄被毒処理が強制的に行われる（硫黄被毒解除手段）。次回のエンジン始動時に、再びＳ１０３でＮＯｘトラップ触媒１３が劣化していると判定された場合、つまり２回目の劣化判定時には、上述した初回の劣化判定後のＳ１０７で劣化フラグＣａｕ＿ＮＯｘが１に設定されているため、Ｓ１０５からＳ１０８へ進み、硫黄被毒解除要求フラグｄｅｓｕｌが１であるか否かが判定される。つまり、ＮＯｘトラップ触媒１３が硫黄被毒しているか否かが判定される（硫黄被毒判定手段）。この硫黄被毒解除要求フラグｄｅｓｕｌは、後述するように図７の硫黄被毒処理が完了すると０に設定され（Ｓ３０６参照）、かつ、硫黄堆積量が所定値Ｓ１を超えると１に設定される（Ｓ１２，Ｓ７０１参照）。従って、硫黄被毒解除要求フラグｄｅｓｕｌが０であれば、ＮＯｘトラップ触媒１３の劣化が硫黄被毒以外の要因、例えば熱劣化のような異常に起因する機能不全状態であるものと判断して、Ｓ１０９へ進み、ＮＯｘトラップ触媒１３の劣化を表す警告灯を点灯・表示する（警告手段）。
【００４１】
次に、図５を参照して、ＮＯｘトラップ触媒１３の劣化の判定を、経過時間ｔ１に基づいて行う第２実施例について説明する。なお、この第２実施例ではＳ１０１ａとＳ１０３ａの処理内容のみが第１実施例と異なっている。
【００４２】
Ｓ１０１では、ＮＯｘセンサ１５の出力、すなわちＮＯｘトラップ触媒１３よりも下流側の排気通路７中のＮＯｘ濃度を読込む。Ｓ１０１ａでは、エンジン始動開始に対応するスタート信号の受信時点からの経過時間ｔ１、すなわちＳ１ａによりリセットされたタイマの値を読込む。
【００４３】
Ｓ１０２では、ＮＯｘセンサ１５から出力される触媒下流側のＮＯｘ濃度に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒１３が不活性状態から活性状態へ移行する活性移行時期を検出する（時期検出手段）。例えば、ＮＯｘセンサ１５により検出されるＮＯｘ濃度が、所定の判定濃度Ｋ１よりも高い状態から判定濃度Ｋ１より低くなる時期を、上記の活性移行時期として検出する。
【００４４】
Ｓ１０２で活性移行時期であると判定されると、Ｓ１０３ａへ進み、エンジン始動開始から活性移行時期までの経過時間ｔ１を、予め設定される所定の劣化判定時間ｔ２と比較する。劣化が進行するほど、活性移行時期までの経過時間ｔ１が長くなる性質があることから、その経過時間ｔ１が劣化判定時間ｔ２より長くなれば、劣化と判断できる。なお、劣化判定時間ｔ２は、エンジン始動後の触媒昇温制御等により変化するが、それは、各制御おいて劣化判定時間ｔ２を設定・調整することにより吸収・相殺することができる。
【００４５】
以降のＳ１０４〜Ｓ１０９の処理は第１実施例と同様であり、重複する説明を省略する。
【００４６】
図６を参照して、昇温後のＤＰＦ再生（溶損防止）処理について説明する。Ｓ２０１へ処理が進行した段階では、ＤＰＦ１４はＰＭの燃焼が可能な温度になっているので、このＳ２０１では、堆積していると考えられるＰＭ堆積量に応じて排気の空気過剰率の目標値λを設定し、空燃比センサ１６の検出信号に基づいて目標値λへ向けたフィードバック制御を行う。ＤＰＦ再生中の目標空気過剰率λは、例えば図１６に示すようなマップを参照して、ＰＭ堆積量に応じて設定される。同図に示すように、ＰＭ堆積量が少ないほど目標値λが大きくなるように設定される。また、図１５に示すようなマップを参照して、エンジン回転数及び基本噴射量に基づいて目標吸入空気量を設定し、吸気絞り弁２０やＥＧＲバルブ１２の開度を調整する。目標吸入空気量に応じて排気空気過剰率が目標値λから乖離しても、上記のフィードバック制御により吸気絞り等が調整されて速やかに目標値λへ近づけられる。
【００４７】
次に、ＤＰＦ用温度センサ２３により検出されるＤＰＦ１４の温度を所定範囲（Ｔ４〜Ｔ３）に維持するように、ポスト噴射量を調整する。具体的には、ＤＰＦ温度が再生中の目標上限値Ｔ３以上である場合、Ｓ２０２からＳ２０９へ進み、ポスト噴射量を所定量減量する。ＤＰＦ温度が再生中の目標下限値Ｔ４以下である場合、Ｓ２０３からＳ２０８へ進み、ポスト噴射量を所定量増量する。単位ポスト噴射量は、例えば図１７に示すようなマップを参照して、エンジン回転数と基本噴射量とに基づいて設定される。ポスト噴射量に応じて排気空気過剰率が目標値λから乖離しても、上記のフィードバック制御により吸気絞り等が調整されて速やかに目標値λへ近づけられるため、ＤＰＦのベッド温度の変化も抑制される。
【００４８】
Ｓ２０４では、ＤＰＦ１４の温度が所定範囲（Ｔ３〜Ｔ４）に維持された状態でのＤＰＦ再生処理時間ｔ３が、予め設定した所定時間ｔ　ｄｐｆｒｅｇだけ経過したかを判定する。再生処理時間ｔ３が所定時間ｔ　ｄｐｆｒｅｇ経過すれば、ＤＰＦに堆積したＰＭが確実に燃焼除去され、ＤＰＦ再生処理が完了したものとして、Ｓ２０５〜Ｓ２０７の処理を行う。Ｓ２０５では、ポスト噴射を止めて、ＤＰＦの加熱を停止する。Ｓ２０６では、ｒｅｇフラグを０にする。Ｓ２０７では、再生処理は完了したものの、仮に排気の空気過剰率を急に大きくすると、ＰＭの燃え残りがＤＰＦにあった場合にＤＰＦでＰＭが一気に燃えてしまい、溶損する恐れがあることから、溶損防止モードに入るためにｒｅｃフラグを立てる。
【００４９】
図７を参照して、硫黄被毒解除モードの処理内容について説明する。Ｓ３０１では、ＮＯｘトラップ触媒１３中の硫黄成分を低減するように、排気空気過剰率の目標値λをストイキ（ほぼ１）に設定し、かつ、この目標値λへ向けたフィードバック制御を行う。例えば、吸気絞り弁２０やＥＧＲバルブ１２の開度を調整して吸入空気量を調整することにより、排気の空気過剰率を制御する。このときの目標吸入空気量は、例えば図１４に示すようなマップを参照して、エンジン回転数と基本噴射量とに基づいて設定される。
【００５０】
次いで、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度を所定値Ｔ５以上に維持するように、燃料噴射量を制御する。具体的には、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が所定値Ｔ５より低い場合、Ｓ３０２からＳ３０９へ進み、所定量のポスト噴射を行う。ポスト噴射によって排気空気過剰率が目標値λから乖離しても、上記のフィードバック制御により速やかに吸入空気量が調整されるため、排気空気過剰率λ及びベッド温度を目標値に良好に維持することができる。例えばＢａ系のＮＯｘトラップ触媒１３を使った場合、リッチ〜ストイキ雰囲気で６００℃以上にする必要があることから、上記の所定値Ｔ５は６００℃以上に設定される。
【００５１】
Ｓ３０３では、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が所定値Ｔ５以上である（Ｓ３０２が肯定される）硫黄被毒解除処理の経過時間ｔ４が、所定時間ｔ　ｄｅｓｕｌ経過したかを判定する。経過時間ｔ４が所定時間ｔ　ｄｅｓｕｌ経過すると、硫黄被毒解除処理が完了したものと判断して、Ｓ３０４〜Ｓ３０８の処理を実行する。
【００５２】
Ｓ３０４では、ストイキ運転を解除する。Ｓ３０５では、硫黄被毒解除運転は終了したものの、このような高温の条件下でＰＭがＤＰＦに堆積している場合に排気の空気過剰率を急に大きくするとＤＰＦでＰＭが一気に燃えてしまい溶損する恐れがあることから、溶損防止モードに入るためにｒｅｃフラグを立てる。Ｓ３０６では、ｄｅｓｕｌフラグを０にする。Ｓ３０７では、ＲＡＭ等に記憶されているＮＯｘトラップ触媒１３への硫黄堆積量をリセットして０に戻す。このような硫黄被毒解除処理を行うことで、ＮＯｘトラップ触媒１３が長時間ストイキ条件下にさらされることとなり、実質的にＮＯｘ再生が同時に行われることとなる。従って、Ｓ３０８では、ｓｐフラグを０とし、ＮＯｘ再生の要求をキャンセルする。
【００５３】
図８を参照して、リッチスパイクの処理について説明する。まずＳ４０１で、リッチスパイクを行うための排気空気過剰率の目標値（リッチ側の値）に制御する。具体的には、目標値λに応じた目標吸入空気量となるように、吸気絞り弁や、過給機６、ＥＧＲを制御する。このようなリッチ条件が所定の時間ｔ　ｓｐｉｋｅだけ継続すると、Ｓ４０２からＳ４０３へ進み、リッチ運転を解除するとともに、フラグｓｐを０にしてリッチスパイクモードを終了する。
【００５４】
図９を参照して、溶損防止モードの処理内容について説明する。Ｓ５０１ではＤＰＦ１４の温度を検知する。この溶損防止モードでは、再生直後もしくは高負荷運転直後であり、ＤＰＦ温度が非常に高い状態にあるため、Ｓ５０２では燃え残りもしくは堆積したＰＭが一気に燃えて溶損しないように、排気の空気過剰率を所定の目標値λ、例えば１．４以下に制御する。具体的には、シリンダ内に流入する空気量を、図１５に示すような特性の目標吸入空気量に制御し、かつ、空燃比センサ１６の出力に基づいてフィードバック制御を行う。
【００５５】
Ｓ５０３では、ＤＰＦ温度が、ＰＭの急激な酸化が開始する恐れのない温度Ｔ６より低いかを判定する。Ｔ６より低ければ、酸素濃度が大気並になってもＤＰＦの溶損は回避可能であり、溶損防止処理が完了したと判定する。従って、Ｓ５０４へ進み、λ制御を終了し、かつ、Ｓ５０５でｒｅｃフラグを０にする。
【００５６】
以上のような実施の形態では、排気浄化触媒としてのＮＯｘトラップ触媒１３よりも下流側の排気通路７に、浄化すべき排気成分としてのＮＯｘの濃度を検出する濃度検出手段としてのＮＯｘセンサ１５を配置し、このＮＯｘセンサ１５により検出されるＮＯｘの濃度に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒１３が不活性状態から活性状態へ移行する活性移行時期を検出している。ＮＯｘセンサ１５により検出されるＮＯｘ濃度は、ＮＯｘトラップ触媒１３が不活性状態のときと活性状態のときとで大きく異なるため、例えば検出下限値が５０ｐｐｍ程度の比較的検出精度が低く安価で一般的なＮＯｘセンサを用いた場合でも、上記の活性移行時期を精度良く検出することができる。
【００５７】
この活性移行時期に、ＮＯｘトラップ触媒１３の劣化を容易かつ正確に判定することができる。例えば上記第１実施例では、活性移行時期におけるＮＯｘトラップ触媒１３の温度Ｔ１を所定の劣化判定温度Ｔ２と比較することにより、ＮＯｘトラップ触媒１３の劣化を判定している。第２実施例では、エンジン始動から活性移行時期までの経過時間ｔ１と所定の劣化判定時間ｔ２とを比較することにより、ＮＯｘトラップ触媒１３の劣化を判定している。
【００５８】
ＮＯｘトラップ触媒１３が最初に劣化と判定された初回の劣化判定後には、強制的に硫黄被毒解除処理を行い、その後、再びＮＯｘトラップ触媒１３が劣化と判定された２回目の劣化判定後には、ＮＯｘトラップ触媒１３が硫黄被毒しているかを判定し、硫黄被毒していない場合に、警告を表示している。従って、ＮＯｘトラップ触媒１３の劣化の原因が硫黄被毒による場合には、速やかに硫黄被毒を解除することができ、かつ、劣化の原因が硫黄被毒以外の熱劣化等による場合には、その旨を警告することができる。
【００５９】
活性移行時期は、多くの場合、エンジン始動直後の所定期間、より具体的にはエンジンが冷間状態から暖気後の状態へ移行するごく短い期間に含まれる。従って、このようなエンジン始動直後であって、かつ、エンジンが冷間状態から暖気後の状態へ移行する暖気移行期間にのみ、上述したようなＮＯｘトラップ触媒１３の劣化の判定を行い、逆に言えば、この暖気移行期間以外では、劣化判定を行わないことにより、劣化の判定を行う期間が短縮され、コントロールユニット１０の演算負荷も軽減される。
【００６０】
以上のように本発明を具体的な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、希薄燃焼の可能な筒内直接噴射式のガソリンエンジンに本発明を適用することもできる。
【００６１】
以下、上記の実施形態より把握し得る本発明の排気浄化装置の特徴的な要件について列記する。
【００６２】
（１）内燃機関の排気通路に配置され、排気中の所定の排気成分を浄化する排気浄化触媒と、この排気浄化触媒の下流側の排気通路に配置され、排気中の排気成分の濃度を検出する濃度検出手段と、この濃度検出手段により検出される濃度に基づいて、上記排気浄化触媒が不活性状態から活性状態へ移行する活性移行時期を検出する時期検出手段と、上記活性移行時期に、上記排気浄化触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、を有する。
【００６３】
（２）内燃機関の始動直後であって、かつ、内燃機関が冷間状態から暖気後の状態へ移行する所定の暖気移行期間にのみ、上記劣化判定手段による劣化の判定を行う。
【００６４】
（３）上記時期検出手段は、上記排気成分の濃度が、所定の判定濃度よりも高い状態から判定濃度よりも低くなるときに、上記活性移行時期であると判定する。
【００６５】
（４）上記劣化判定手段は、上記活性移行時期での排気浄化触媒の温度が所定の判定温度よりも高い場合に、上記排気浄化触媒が劣化していると判定する。
【００６６】
（５）上記劣化判定手段は、内燃機関の始動開始から上記活性移行時期までの経過時間が所定の判定時間よりも長い場合に、上記排気浄化触媒が劣化していると判定する。
【００６７】
（６）上記排気浄化触媒が、酸化雰囲気にてＮＯｘを吸着するとともに、還元雰囲気にてＮＯｘを放出する吸着型のＮＯｘトラップ触媒であり、上記濃度検出手段が、上記ＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサである。
【００６８】
（７）上記劣化判定手段による初回の劣化判定後に、上記ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒の解除処理を強制的に行う硫黄被毒解除手段と、この硫黄被毒の解除処理後の、上記劣化判定手段による２度目の劣化判定後に、ＮＯｘトラップ触媒が硫黄被毒しているかを判定する硫黄被毒判定手段と、ＮＯｘトラップ触媒が硫黄被毒していないと判定された場合に、警告を発生する警告手段と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例に係る排気浄化装置を備えたディーゼルエンジン全体の構成説明図。
【図２】この発明の第２実施例に係る排気浄化装置を備えたディーゼルエンジン全体の構成説明図。
【図３】上記第１，第２実施例の制御の流れを示すメインフローチャート。
【図４】第１実施例に係るＮＯｘトラップ触媒の劣化判定ルーチンを示すフローチャート。
【図５】第２実施例に係るＮＯｘトラップ触媒の劣化判定ルーチンを示すフローチャート。
【図６】ＤＰＦ再生のルーチンを示すフローチャート。
【図７】硫黄被毒解除のルーチンを示すフローチャート。
【図８】リッチスパイク運転のルーチンを示すフローチャート。
【図９】溶損防止のルーチンを示すフローチャート。
【図１０】ＤＰＦ再生フラグの処理ルーチンを示すフローチャート。
【図１１】硫黄被毒解除要求フラグの処理ルーチンを示すフローチャート。
【図１２】ＮＯｘ再生フラグの処理ルーチンを示すフローチャート。
【図１３】ＤＰＦ再生の排圧閾値の特性を示す特性図。
【図１４】λ＝１の運転に必要な目標吸入空気量の特性図。
【図１５】溶損防止モードにおける目標吸入空気量の特性図。
【図１６】再生中の排気の空気過剰率の要求値の特性を示す特性図。
【図１７】昇温のための単位ポスト噴射量の特性を示す特性図。
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン
７…排気通路
１３…ＮＯｘトラップ触媒（排気浄化触媒）
１５…ＮＯｘセンサ（濃度検出手段）
２２…ＮＯｘ触媒用温度センサ

Claims

内燃機関の排気通路に配置され、排気中の所定の排気成分を浄化する排気浄化触媒と、
この排気浄化触媒の下流側の排気通路に配置され、上記排気成分の濃度を検出する濃度検出手段と、
この濃度検出手段により検出される濃度に基づいて、上記排気浄化触媒が不活性状態から活性状態へ移行する活性移行時期を検出する時期検出手段と、
上記活性移行時期に、上記排気浄化触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、を有する内燃機関の排気浄化装置。
内燃機関の始動直後であって、かつ、内燃機関が冷間状態から暖気後の状態へ移行する所定の暖気移行期間にのみ、上記劣化判定手段による劣化の判定を行う請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記時期検出手段は、上記排気成分の濃度が、所定の判定濃度よりも高い状態から判定濃度よりも低くなるときに、上記活性移行時期であると判定する請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記劣化判定手段は、上記活性移行時期での排気浄化触媒の温度が所定の判定温度よりも高い場合に、上記排気浄化触媒が劣化していると判定する請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記劣化判定手段は、内燃機関の始動開始から上記活性移行時期までの経過時間が所定の判定時間よりも長い場合に、上記排気浄化触媒が劣化していると判定する請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記排気浄化触媒が、酸化雰囲気にてＮＯｘを吸着するとともに、還元雰囲気にてＮＯｘを放出する吸着型のＮＯｘトラップ触媒であり、
上記濃度検出手段が、上記ＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサである請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記劣化判定手段による初回の劣化判定後に、上記ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒の解除処理を強制的に行う硫黄被毒解除手段と、
この硫黄被毒の解除処理後の、上記劣化判定手段による２度目の劣化判定後に、ＮＯｘトラップ触媒が硫黄被毒しているかを判定する硫黄被毒判定手段と、
ＮＯｘトラップ触媒が硫黄被毒していないと判定された場合に、警告を発生する警告手段と、
を有する内燃機関の排気浄化装置。