(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ、同排気系内を流れる排気中の還元成分濃度が低いときにＮＯｘを吸収し、前記排気中の還元成分濃度が高くなると吸収したＮＯｘを放出及び還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒下流における排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ検出手段と、
前記検出されるＮＯｘ濃度に基づいて前記ＮＯｘ触媒の劣化判定を行う劣化判定手段と、
前記ＮＯｘ触媒に流入する排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段が前記還元剤の供給を行う期間及び前記還元剤の供給を行わない期間を決定する供給期間決定手段と、
還元剤の供給が実施されない状態が第１所定期間より長く持続した場合であって、前記還元剤の供給が行われない期間から前記還元剤の供給が行われる期間に移行した後、第２所定期間は、前記劣化判定の実行を禁止する判定禁止手段と、
を有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】
前記供給期間決定手段は、当該内燃機関の運転状態および前記ＮＯｘ触媒の活性状態のうち少なくとも一方に基づいて、前記還元剤供給手段が前記還元剤の供給を行う期間及び前記還元剤の供給を行わない期間を決定する
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記還元剤供給手段が還元剤を供給するタイミングを、前記検出されるＮＯｘ濃度に基づいて決定する還元剤供給時期決定手段を有して、且つ、
前記劣化判定手段は、前記還元剤供給時期決定手段により決定されるタイミングの時間間隔に基づいて前記ＮＯｘ触媒の劣化判定を行う
ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記劣化判定手段は、前記還元剤の供給後に検出される前記ＮＯｘ濃度の変化に基づいて、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定を行う
ことを特徴とする請求項１〜３のうち何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段と、前記推定されるＮＯｘの吸蔵量に基づいて、前記劣化判定の禁止される第２所定期間を決定する禁止期間決定手段とを有することを特徴とする請求項１〜４のうち何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
内燃機関の排気系に設けられ、同排気系内を流れる排気中の還元成分濃度が低いときにＮＯｘを吸収し、前記排気中の還元成分濃度が高くなると吸収したＮＯｘを放出及び還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒に流入する排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒下流における排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ検出手段と、
前記検出されるＮＯｘ濃度に基づいて、前記還元剤供給手段による還元剤の供給動作を制御する第１の制御手段と、
前記還元剤供給手段が前記還元剤の供給を行う期間及び前記還元剤の供給を行わない期間を決定する供給期間決定手段と、
前記還元剤の供給が行われない期間から前記還元剤の供給が行われる期間に移行した後、所定の期間は、前記第１の制御手段による制御を禁止し、且つ前記還元剤供給手段に予め設定された条件に従って前記還元剤を供給させる制御を行う第２の制御手段と
を有する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記第２の制御手段による制御の実行は、前記検出されるＮＯｘ濃度が所定値を下回ったときには解除される
ことを特徴とする請求項６記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段と、
前記第２の制御手段による制御が行われる前記所定の期間を、前記推定されるＮＯｘの吸蔵量に基づいて決定する期間決定手段と
を有する
ことを特徴とする請求項６又は７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】
本発明は、希薄燃焼可能な内燃機関の排気系内であって、同排気系内に設けられたＮＯｘ触媒上流に還元剤を供給し、排気中の有害成分の浄化を促す内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンや希薄燃焼を行うガソリンエンジンでは、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼に供して機関運転を行う運転領域が、全運転領域の大部分を占める。この種のエンジン（内燃機関）では一般に、リーン雰囲気で窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収することのできるＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ触媒）がその排気系に備えられる。
【０００３】
ＮＯｘ触媒は排気中の酸素濃度が高い状態ではＮＯｘを吸収し、排気中の酸素濃度が低い状態ではＮＯｘを放出する特性を有する。ちなみに排気中に放出されたＮＯｘは、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、それら還元成分と速やかに反応して窒素（Ｎ２）に還元される。また、ＮＯｘ触媒が保持（吸蔵）できるＮＯｘの量には限界量（飽和量）が存在し、当該触媒がある程度の量を上回るＮＯｘを吸蔵している場合には、排気中の酸素濃度が高い状態にあってもそれ以上ＮＯｘを吸収しなくなる。
【０００４】
そこで、このようなＮＯｘ触媒を排気系に備えた内燃機関では、当該ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達する前に、排気系内に還元剤を供給する等して排気中の還元成分濃度を高め且つ酸素濃度を低下させる制御（以下、還元剤供給制御という）を実行することで、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出および還元浄化するとともに、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力を回復させるといった制御を所定のインターバルで繰り返すのが一般的である。
【０００５】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄成分が含まれているのが通常であり、排気中にはＮＯｘの他、このような燃料中の硫黄成分を起源とする硫黄酸化物（ＳＯｘ）も存在する。排気中に存在するＳＯｘは、ＮＯｘに比べてより高い効率でＮＯｘ触媒に吸収され、しかも、同触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出するために十分な条件下（排気中の酸素濃度が所定値を下回る条件下）にあっても当該触媒から容易には放出されない。このため、機関運転の継続に伴い、排気中のＳＯｘが徐々にＮＯｘ触媒に堆積していくといった所謂ＳＯｘ被毒が生じることとなる。
【０００６】
また、長期に亘る使用や、所定温度を超える高温条件下での使用により、ＮＯｘ触媒が熱劣化することもある。
【０００７】
また同じく、長期に亘る使用や、特定の運転条件下での使用により、排気中の炭化水素（ＨＣ）がＮＯｘ触媒の表面に堆積し、ＨＣの被膜が形成されることもある。
【０００８】
これらＳＯｘ被毒、熱劣化、及びＨＣ被膜等といったＮＯｘ触媒の劣化現象は、いずれもＮＯｘ触媒によるＮＯｘの吸蔵量の限界値や、ＮＯｘの吸収効率を減少させ、結果としてＮＯｘの浄化効率を低下させることとなる。このような劣化現象が発生した場合には、その発生を正確且つ速やかに認識し、適宜の処置を講ずることが好ましい。
【０００９】
例えば、特開２０００−１０４５３６号公報に記載された排気浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられたＮＯｘ触媒の下流にＮＯｘセンサを配設し、ＮＯｘ触媒下流における排気中のＮＯｘ濃度を観測する。ＮＯｘ触媒が吸蔵しているＮＯｘの量が飽和量に近づくほど、当該触媒によるＮＯｘの吸収効率は低下し、同触媒を素通りするＮＯｘ量が増大する。そこで、観測されるＮＯｘ濃度が徐々に上昇して所定の上限値（以下、設定上限値という）を上回ると、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの量が飽和量に達したものと判断し、還元剤供給制御を実行して同触媒に吸蔵されているＮＯｘの放出及び還元浄化を行うといったことを周期的に繰り返す。さらに同公報記載の装置は、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出及び還元浄化を実行した後、観測されるＮＯｘ濃度が、設定上限値を再度上回るまでに要する時間（インターバル）を毎回計測する。そして、このインターバルが所定時間を下回った場合には、ＮＯｘ触媒が劣化し、その浄化効率が低下しているものと判断し、適宜の処置を講ずるようにしている。このように、還元剤供給制御の実行後に観測されるＮＯｘ濃度の推移態様に基づき、ＮＯｘ触媒の劣化の有無や程度を判断する一連の処理手順を、以下、ＮＯｘ触媒の劣化判定という。
【００１０】
このように、排気中のＮＯｘ濃度の推移を経時的に観測することのできる機器（例えばＮＯｘセンサ）を採用してＮＯｘ触媒下流における排気中のＮＯｘ濃度を把握し、このＮＯｘ濃度に基づいてＮＯｘ触媒に流入する排気中の還元成分を調整する制御（フィードバック制御）を行いつつ、当該制御によってフィードバックされるＮＯｘ濃度の変化を監視すれば、当該ＮＯｘ触媒について、劣化の有無や程度を正確に認識することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＮＯｘ触媒が排気中のＮＯｘに対し還元浄化機能を十分発揮するためには、触媒として活性化された状態にあることが必要条件となる。例えば、ＮＯｘ触媒は、当該触媒の温度（或いは当該触媒の晒されている雰囲気の温度）が所定範囲（以下、触媒活性領域）にあることではじめて活性化された状態となる。このため、ＮＯｘ触媒を採用する内燃機関の排気浄化装置では、当該触媒の温度が触媒活性領域から外れている場合には、還元剤供給制御を行わないのが通常である。
【００１２】
還元剤供給制御が行われない状態が持続すると、ＮＯｘ触媒内にＮＯｘが吸収され続け、多量のＮＯｘが当該触媒内に吸蔵されることになる。このため、ＮＯｘ触媒の温度が触媒活性領域内に移行した直後に還元剤供給制御が実行された場合、還元剤供給制御が所定のインターバルで行われているとき（当該触媒の温度が安定して触媒活性領域内にあるとき）に比して過剰なＮＯｘが当該触媒から放出されるようになる。このように過剰なＮＯｘが放出されると、当該触媒に浄化（還元）されず下流に流出するＮＯｘの量が一時的に増量することとなる他、その後に当該触媒下流で観測されるＮＯｘ濃度の推移態様も、還元剤供給制御が通常の条件で行われているときに観測される態様とは異なるものとなる。こうした条件下で上記ＮＯｘ触媒の劣化判定が行われると、誤った判断がなされてしまう懸念があった。
【００１３】
また、上記公報記載の装置のように、ＮＯｘ触媒下流における排気中のＮＯｘ濃度を把握し、このＮＯｘ濃度に基づいてＮＯｘ触媒に流入する排気中の還元成分を調整する制御（フィードバック制御）にとって、当該制御が十分な精度を確保するためには、ＮＯｘ触媒下流において観測されるＮＯｘ濃度が当該触媒への還元剤の供給量を正確に反映していることが前提となる。ところが、上述したようにＮＯｘ触媒供給制御が行われない状態が持続すると、還元剤供給制御の実行後に前記ＮＯｘ触媒下流に流出するＮＯｘ濃度の推移態様が、当該還元剤供給制御が通常の条件で行われている場合と比べて大きく異なるものになってしまうため、当該フィードバック制御によって高い触媒効率（浄化効率）を保持することは困難になる。
【００１４】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、内燃機関の排気系に設けられたＮＯｘ触媒について、当該触媒の劣化の有無や程度を正確に把握することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【００１５】
また、その目的とするところは、内燃機関の排気系に設けられたＮＯｘ触媒について、その触媒効率の最適化を常時安定して図ることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、同排気系内を流れる排気中の還元成分濃度が低いときにＮＯｘを吸収し、前記排気中の還元成分濃度が高くなると吸収したＮＯｘを放出及び還元するＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒下流における排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ検出手段と、前記検出されるＮＯｘ濃度に基づいて前記ＮＯｘ触媒の劣化判定を行う劣化判定手段と、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記還元剤供給手段が前記還元剤の供給を行う期間及び前記還元剤の供給を行わない期間を決定する供給期間決定手段と、還元剤の供給が実施されない状態が第１所定期間より長く持続した場合であって、前記還元剤の供給が行われない期間から前記還元剤の供給が行われる期間に移行した後、第２所定期間は、前記劣化判定の実行を禁止する判定禁止手段と、を有することを要旨とする。
【００１７】
ここで、前記還元剤の供給は、断続的且つ周期的に行うのが好ましい。
【００１８】
前記還元剤の供給が行われない状態が持続することにより、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘ量が増大し、前記還元剤の供給が行われている期間中、当該還元剤の供給が行われることによって放出され且つ還元・浄化されるＮＯｘ量を、上回るようになる。このような条件下で前記還元剤の供給が行われると、前記ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘの一部が還元・浄化されずに当該ＮＯｘ触媒の下流に流出し、前記検出されるＮＯｘ濃度に影響を及ぼす。
【００１９】
同構成によれば、還元剤の供給が実施されない状態が第１所定期間より長く持続した場合であって、前記還元剤の供給が行われない期間から前記還元剤の供給が行われる期間に移行した後、第２所定期間は、前記劣化判定の実行を禁止することにより、上記のように前記ＮＯｘ触媒の下流に流出する過剰なＮＯｘが当該ＮＯｘ触媒の劣化判定に関し誤判定を生じさせる懸念を解消することができるようになる。よって、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定にかかる精度や信頼性の向上が図られるようになる。
【００２０】
また、前記供給期間決定手段は、当該内燃機関の運転状態および前記ＮＯｘ触媒の活性状態のうち少なくとも一方に基づいて、前記還元剤供給手段が前記還元剤の供給を行う期間及び前記還元剤の供給を行わない期間を決定するのがよい。
【００２１】
「排気系内を流れる排気中の還元成分濃度が低いときにＮＯｘを吸収し、所定の活性条件が成立しており且つ前記排気中の還元成分濃度が高くなると吸収したＮＯｘを放出及び還元する」といった前記ＮＯｘ触媒の作用について、その吸収能力や放出および還元能力は、概ね当該ＮＯｘ触媒の活性状態によって決定づけられる。また、前記ＮＯｘ触媒の活性状態は、例えば当該ＮＯｘ触媒自身の温度、或いは当該ＮＯｘ触媒の晒される雰囲気の温度のような温度条件をはじめ、これら温度条件を含めた当該内燃機関の各種運転状態と高い相関性を有する。
【００２２】
同構成によれば、前記ＮＯｘ触媒の作用と直接的、或いは間接的に有意な関係を有するパラメータである「当該内燃機関の運転状態および前記ＮＯｘ触媒の活性状態のうち少なくとも一方」に基づいて、「前記還元剤供給手段が前記還元剤の供給を行う期間および前記還元剤の供給を行わない期間」を決定することとなる。このため、前記還元剤の供給と、当該還元剤の供給によって変化するＮＯｘ濃度との対応関係について、高い再現性を得ることができる。よって、前記検出されるＮＯｘ濃度に基づいて行われる前記ＮＯｘ触媒の劣化判定について、その精度や信頼性が一層向上するようになる。
【００２３】
また、前記還元剤供給手段が還元剤を供給するタイミングを、前記検出されるＮＯｘ濃度に基づいて決定する還元剤供給時期決定手段を有して、且つ、前記劣化判定手段は、前記還元剤供給時期決定手段により決定されるタイミングの時間間隔に基づいて前記ＮＯｘ触媒の劣化判定を行うのがよい。
【００２４】
ここで、前記劣化判定手段は、前記還元剤供給時期決定手段により決定されるタイミングの時間間隔が所定時間を上回った場合に、前記ＮＯｘ触媒が劣化している旨の判定を行うのが好ましい。
【００２５】
また、前記劣化判定手段は、前記還元剤の供給後に検出される前記ＮＯｘ濃度の変化に基づいて、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定を行うのがよい。
【００２６】
ここで、前記劣化判定手段は、前記還元剤の供給後に検出される前記ＮＯｘ濃度の最小値に基づいて、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定を行うのが好ましい。
【００２７】
本来、前記検出されるＮＯｘ濃度は、前記還元剤の供給後、上昇して比較的小さな極大値を示した後、下降して極小値に達し、さらにその後、徐々に再上昇するといった推移態様を示すこととなる。そして、還元剤の供給時におけるＮＯｘ濃度や還元剤供給量が同等であれば、極小値、極大値、或いは推移の傾斜等に関する再現性は高い。ところが、前記ＮＯｘ触媒の劣化が進行し、当該ＮＯｘ触媒にとってＮＯｘの吸蔵能力や還元・浄化能力が低下すると、前記還元剤の供給後に観測されるＮＯｘ濃度は、本来の推移態様とは異なった推移態様を示すようになる。例えば、当該ＮＯｘ触媒の劣化が進行するほど、前記極小値や極大値に相当するＮＯｘ濃度は高くなり、当該極大値から極小値に至るまでにみられる推移速度は遅くなる。その一方、前記検出されるＮＯｘ濃度が当該極小値を示した後、再上昇する際の推移速度は速くなり、前記還元剤の今回の供給タイミングから次回の供給タイミングに至る時間は短くなるといった傾向を示す。
【００２８】
すなわち、上記各構成によれば、「前記還元剤の供給後に検出される前記ＮＯｘ濃度の変化（推移態様）」や「前記還元剤供給時期決定手段により決定されるタイミングの時間間隔」のように、前記ＮＯｘ触媒の劣化の有無や劣化の程度を正確に反映するパラメータを基準としてＮＯｘ触媒の劣化判定を行うこととなる。よって、当該劣化判定に十分な精度や信頼性が確保されるようになる。
【００２９】
また、前記検出されるＮＯｘ濃度が所定値を下回ったときには、前記劣化判定の禁止を解除することとしてもよい。
【００３０】
また、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段と、前記推定されるＮＯｘの吸蔵量に基づいて、前記劣化判定の禁止される第２所定期間を決定する禁止期間決定手段とを有することとしてもよい。
【００３１】
上述した通り、前記還元剤の供給が行われない状態が持続した後、前記還元剤の供給が行われると、前記ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘの一部が還元・浄化されずに当該ＮＯｘ触媒の下流に流出し、前記検出されるＮＯｘ濃度に影響を及ぼす。この影響が続く期間は、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの量に関係する。同構成によれば、前記還元剤の供給が行われない状態が持続した結果、発生し得る誤判定の懸念が解消されるために必要十分な期間、前記劣化判定が禁止されることとなる。すなわち、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定の機会を不要に損なうことなく、しかも十分に信頼性の高い劣化判定を行うことができるようになる。
【００３２】
第２の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、同排気系内を流れる排気中の還元成分濃度が低いときにＮＯｘを吸収し、前記排気中の還元成分濃度が高くなると吸収したＮＯｘを放出及び還元するＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記ＮＯｘ触媒下流における排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ検出手段と、前記検出されるＮＯｘ濃度に基づいて、前記還元剤供給手段による還元剤の供給動作を制御する第１の制御手段と、前記還元剤供給手段が前記還元剤の供給を行う期間及び前記還元剤の供給を行わない期間を決定する供給期間決定手段と、前記還元剤の供給が行われない期間から前記還元剤の供給が行われる期間に移行した後、所定の期間は、前記第１の制御手段による制御を禁止し、且つ前記還元剤供給手段に予め設定された条件に従って前記還元剤を供給させる制御を行う第２の制御手段とを有することを要旨とする。
【００３３】
前記還元剤の供給が行われない状態が持続することにより、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘ量が増大すると、当該還元剤の供給が行われたときに放出されるＮＯｘ量（放出率）が、還元・浄化されるＮＯｘ量（還元・浄化率）を、上回るようになる。このような条件下で前記還元剤の供給が行われると、前記ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘの一部が還元・浄化されずに当該ＮＯｘ触媒の下流に流出し、前記検出されるＮＯｘ濃度に影響を及ぼす。
【００３４】
同構成によれば、前記ＮＯｘ触媒に対し、前記還元剤の供給が所定量ずつ周期的に行われることで当該ＮＯｘ触媒内のＮＯｘ吸蔵量が所定範囲内にある場合には、当該ＮＯｘ吸蔵量を正確に反映するパラメータとして前記検出されるＮＯｘ濃度を採用し、これを前記還元剤の供給態様（例えば供給タイミングや供給量）にフィードバック（フィードバック制御）することとなる。一方、前記還元剤の供給が行われることで、前記ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘの一部が還元・浄化されずに当該ＮＯｘ触媒の下流に流出し、前記検出されるＮＯｘ濃度に影響を及ぼすような場合には、予め設定された条件に従い所定量の還元剤が所定タイミングで前記ＮＯｘ触媒に供給されるようになる。
【００３５】
すなわち、前記還元剤の供給が行われない状態が持続することにより、前記ＮＯｘ触媒内のＮＯｘ吸蔵量が変動する場合であれ、当該ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの浄化機能を常時安定して確保することができるようになる。
【００３６】
また、前記第２の制御手段による制御の実行は、前記検出されるＮＯｘ濃度が所定値を下回ったときには解除されるのがよい。
【００３７】
なお、前記第２の制御手段による制御の実行が解除されると、「前記第１の制御手段による制御の禁止し、且つ、前記還元剤供給手段に予め設定された条件に従って前記還元剤を供給させる制御」は行われなくなる。すると、「前記ＮＯｘ検出手段によって検出されるＮＯｘ濃度に基づいて、前記還元剤供給手段による還元剤の供給動作を制御する」といった前記第１の制御手段による制御の実行が復帰する。
【００３８】
前記ＮＯｘ触媒に還元剤の供給が行われたときに放出されるＮＯｘ量（放出率）が、還元・浄化されるＮＯｘ量（還元・浄化率）を上回る現象は、前記還元剤の供給が行われたときに観測されるＮＯｘ濃度の低下量と有意に相関する。同構成によれば、前記還元剤の供給が行われたときに観測されるＮＯｘ濃度の最小値が所定値を下回ったときに、前記第２の制御手段による制御の実行が解除されることとなる。従って、前記フィードバック制御の制御性が阻害される懸念がなくなるまでに必要十分な期間のみ、当該フィードバック制御が禁止されることとなる。すなわち、当該ＮＯｘ触媒の状態（ＮＯｘ吸蔵量）に応じた適正な制御を正確に選択して行うことができるようになる。
【００３９】
また、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段と、前記第２の制御手段による制御が行われる前記所定の期間を、前記推定されるＮＯｘの吸蔵量に基づいて決定する期間決定手段とを有することとしてもよい。
【００４０】
前記ＮＯｘ触媒への前記還元剤の供給により、前記ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘの一部が還元・浄化されずに当該ＮＯｘ触媒の下流に流出し、前記検出されるＮＯｘ濃度に影響を及ぼす影響が続く期間が、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの量に関係することは上述した通りである。
【００４１】
従って、同構成によっても、前記フィードバック制御の制御性が阻害される懸念なくなるまでに必要十分な期間のみ、当該フィードバック制御が禁止されることとなる。すなわち、当該ＮＯｘ触媒の状態（ＮＯｘ吸蔵量）に応じた適正な制御を正確に選択して行うことができるようになる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を、ディーゼルエンジンシステムに適用した第１の実施の形態について説明する。
【００４３】
図１において、内燃機関（以下、エンジンという）１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気系３０及び排気系４０等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンシステムである。
【００４４】
先ず、燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、コモンレール１２、燃料噴射弁１３、遮断弁１４、調量弁１６、燃料添加ノズル１７、機関燃料通路Ｐ１及び添加燃料通路Ｐ２等を備えて構成される。
【００４５】
サプライポンプ１１は、燃料タンク（図示略）から汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｐ１を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２は、サプライポンプ１１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燃料噴射弁１３に分配する。燃料噴射弁１３は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室２０内に燃料を噴射供給する。
【００４６】
他方、サプライポンプ１１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Ｐ２を介して燃料添加ノズル１７に供給する。添加燃料通路Ｐ２には、サプライポンプ１１から燃料添加ノズル１７に向かって遮断弁１４及び調量弁１６が順次配設されている。遮断弁１４は、緊急時において添加燃料通路Ｐ２を遮断し、燃料供給を停止する。調量弁１６は、燃料添加ノズル１７に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。燃料添加ノズル１７は所定圧以上の燃圧（例えば０．２ＭＰａ）が付与されると開弁し、排気系４０内に燃料を噴射供給する機械式の開閉弁である。すなわち調量弁１６により燃料添加ノズル１７上流の燃圧が制御されることにより、所望の燃料が適宜のタイミングで燃料添加ノズル１７より噴射供給（添加）される。
【００４７】
吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を形成する。一方、排気系４０は、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成する。
【００４８】
また、このエンジン１には、周知の過給機（ターボチャージャ）５０が設けられている。ターボチャージャ５０は、シャフト５１を介して連結された２つのタービンホイール５２，５３を備える。一方のタービンホイール（吸気側タービンホイール）５２は、吸気系３０内の吸気に晒され、他方のタービンホイール（排気側タービンホイール）５３は排気系４０内の排気に晒される。このような構成を有するターボチャージャ５０は、排気側タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用して吸気側タービンホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといったいわゆる過給を行う。
【００４９】
吸気系３０において、ターボチャージャ５０に設けられたインタークーラ３１は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ３１よりもさらに下流に設けられたスロットル弁３２は、その開度を無段階に調節することができる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、同吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有する。
【００５０】
また、エンジン１には、燃焼室２０の上流（吸気系３０）及び下流（排気系４０）をバイパスする排気還流通路（ＥＧＲ通路）６０が形成されている。このＥＧＲ通路６０は、排気の一部を適宜吸気系３０に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路６０には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲ弁６１と、ＥＧＲ通路６０を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ６２が設けられている。
【００５１】
また、排気系４０において、同排気系４０及びＥＧＲ通路６０の連絡部位の下流には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に触媒という）４１を収容した触媒ケーシング４２が設けられている。触媒ケーシング４２に収容された触媒４１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）、或いはイットリウム（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ることによって構成される。
【００５２】
この触媒４１は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸収し、排気中の酸素濃度が低く且つ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されＮ2となる。ちなみにＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されＨ2ＯやＣＯ2となる。すなわち、触媒ケーシング４２（触媒４１）に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整すれば、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができることになる。
【００５３】
また、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、当該部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００５４】
すなわち、レール圧センサ７０は、コモンレール１２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。燃圧センサ７１は、添加燃料通路Ｐ２内を流通する燃料のうち、調量弁１６へ導入される燃料の圧力（燃圧）Ｐgに応じた検出信号を出力する。エアフロメータ７２は、吸気系３０内のスロットル弁３２下流において吸入空気の流量（吸気量）Ｇａに応じた検出信号を出力する。空燃比（Ａ／Ｆ）センサ７３は、排気系４０の触媒ケーシング４２下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ７４は、同じく排気系４０の触媒ケーシング４２下流において排気の温度（排気温度）Ｔｅｘに応じた検出信号を出力する。ＮＯｘセンサ７５は、同じく排気系４０の触媒ケーシング４２下流において排気中のＮＯｘ濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。
【００５５】
また、アクセル開度センサ７６はエンジン１のアクセルペダル（図示略）に取り付けられ、同ペダルへの踏み込み量Ａｃｃに応じた検出信号を出力する。クランク角センサ７７は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。これら各センサ７０〜７７は、電子制御装置（ＥＣＵ）８０と電気的に接続されている。
【００５６】
ＥＣＵ８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）８１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３及びバックアップＲＡＭ８４、タイマーカウンタ８５等を備え、これら各部８１〜８５と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路８６と、外部出力回路８７とが双方向性バス８８により接続されて構成される論理演算回路を備える。
【００５７】
このように構成されたＥＣＵ８０は、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいてエンジン１の燃料噴射等についての基本制御を行う他、還元剤（還元剤として機能する燃料）添加にかかる添加タイミングや供給量の決定等に関する還元剤（燃料）添加制御、触媒４１に堆積するＳＯｘを適宜取り除くＳＯｘ被毒回復制御、触媒４１の劣化の有無や程度を判定する劣化判定等、エンジン１の運転状態に関する各種制御の実施を司る。
【００５８】
ここで、燃料噴射弁１３を通じて各気筒に燃料を供給する他、燃料添加ノズル１７を通じて排気系４０に燃料を添加する機能を備えた燃料供給系１０、排気系４０に備えられた触媒４１、およびこれら燃料供給系１０や触媒４１の機能を制御するＥＣＵ８０等は、併せて本実施の形態にかかるエンジン１の排気浄化装置を構成する。上記燃料添加制御、ＳＯｘ被毒回復制御、或いは劣化判定等は、当該それら制御に関する指令信号を出力するＥＣＵ８０を含め、この排気浄化装置を構成する各種部材が作動することによってなされる。
【００５９】
次に、本実施の形態にかかる燃料添加制御の基本原理や制御手順等について詳述する。
【００６０】
一般に、ディーゼルエンジンでは、燃焼室内で燃焼に供される燃料及び空気の混合気の酸素濃度が、ほとんどの運転領域で高濃度状態にある。
【００６１】
燃焼に供される混合気の酸素濃度は、燃焼に供された酸素を差し引いてそのまま排気中の酸素濃度に反映されるのが通常であり、混合気中の酸素濃度（空燃比）が高ければ、排気中の酸素濃度（空燃比）も基本的には同様に高くなる。一方、上述したように、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は排気中の酸素濃度が高ければＮＯｘを吸収し、低ければＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する特性を有するため、排気中の酸素が高濃度状態にある限りＮＯｘを吸収することとなる。ただし、当該触媒のＮＯｘ吸収量に限界量が存在し、同触媒が限界量のＮＯｘを吸収した状態では、排気中のＮＯｘが同触媒に吸収されず触媒ケーシングを素通りすることとなる。
【００６２】
そこで、エンジン１のように燃料添加ノズル１７を備えた内燃機関では、適宜の時期に燃料添加ノズル１７を通じ排気系４０の触媒４１上流に燃料を添加することで、一時的に排気中の酸素濃度を低減し、且つ還元成分量（ＨＣ等）を増大させる。すると触媒４１は、これまでに吸収したＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出し、自身のＮＯｘ吸収能力を回復（再生）するようになる。放出されたＮＯ2やＮＯが、ＨＣやＣＯと反応して速やかにＮ２に還元されることは上述した通りである。
【００６３】
このとき、自身の吸収したＮＯｘを、上記態様で放出し、さらに還元浄化する触媒４１にとって、触媒ケーシング４２内に流入する排気中の還元成分量（燃料の濃度）と、酸素濃度（空燃比）とにより還元浄化の効率が決定づけられることとなる。
【００６４】
エンジン１のＥＣＵ８０は、ＮＯｘセンサ７５の出力信号に基づいて触媒４１下流における排気中のＮＯｘ濃度を連続的に観測する。触媒４１によるＮＯｘの吸収能力（吸収効率）は、当該触媒４１に吸蔵されているＮＯｘ量が大きくなるほど、言い換えれば、触媒４１に吸蔵されているＮＯｘ量が当該触媒４１の吸蔵し得るＮＯｘの最大量（飽和量）に近づくほど低くなる。すなわち、触媒４１内におけるＮＯｘの吸蔵量が増大すれば、当該触媒４１を素通りして下流に放出されるＮＯｘ濃度も上昇するようになる。こうした両者の推移態様には、十分な相関性があるため、ＮＯｘ濃度の推移態様に基づいて触媒４１内におけるＮＯｘの吸蔵量を把握することができる。
【００６５】
そこで、ＥＣＵ８０は、触媒４１下流におけるＮＯｘ濃度が所定値を上回ったところで、触媒４１内のＮＯｘ吸蔵量が所定量を上回ったものと判断して、排気系４０の触媒４１上流に所定量の燃料を添加することにより、触媒ケーシング４２内に流入する排気中の還元成分量を一時的に増量し、空燃比を低下させる。以下、排気系４０の触媒４１上流に燃料を添加することを、単に燃料添加という。
【００６６】
図２は、燃料添加を周期的に実施した場合に、触媒４１下流において観測される排気中のＮＯｘ濃度の推移を示すタイムチャートである。なお、同図中、時間軸上に示される時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４は、燃料添加が実施されるタイミングに相当する。
【００６７】
同図２に示すように、燃料添加は、触媒４１下流において観測される排気中のＮＯｘ濃度が上昇する過程で基準値Ｃstdを上回ったときに実施される。燃料添加が実施されると、触媒４１下流において観測される排気中のＮＯｘ濃度（以下、単にＮＯｘ濃度という）が一時的に増大して比較的小さな極大値に達し、その後、急速に降下して極小値に達する。そしてその後、ＮＯｘ濃度が徐々に上昇して再び基準値Ｃstdに達すると、次回の燃料添加が実施されることになる。
【００６８】
このとき、例えば、ある時刻に燃料添加の実施が開始されてから次回の燃料添加の実施が開始されるまでに観測されるＮＯｘ濃度の推移態様は、経過時間（例えば、時刻ｔ１及びｔ２間の期間；以下、燃料添加インターバルという）Ｐ、ＮＯｘ濃度の極大値Ｃmaxや極小値Ｃmin、或いはＮＯｘ濃度の変化率も含めて高い再現性を示す。
【００６９】
ここで、先の従来技術においても説明したように、排気中に存在するＳＯｘは、ＮＯｘの場合と同様のメカニズムに基づき、しかも、ＮＯｘに比べてより高い効率で触媒４１に吸収される特性を有する。また、一旦触媒に吸収されたＳＯｘは、同触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出するために十分な条件、すなわち排気中の酸素濃度が所定値を下回る条件下にあっても、同触媒から容易には放出されない。このため、機関運転の継続に伴い触媒４１には、排気中のＳＯｘが徐々に触媒４１に堆積していく所謂ＳＯｘ被毒が生じることとなる。また、長期に亘る使用や、所定温度を超える高温条件下での使用により、触媒４１が熱劣化することもある。ＮＯｘ触媒の熱劣化は、当該触媒を構成する貴金属（例えばＰｔ）の凝集現象（シンタリング）によって生じることが知られている。また同じく、長期に亘る使用や、特定の運転条件下での使用により、排気中の炭化水素（ＨＣ）が触媒４１の表面に堆積し、ＨＣの被膜が形成されることもある。
【００７０】
これらＳＯｘ被毒、熱劣化、及びＨＣ被膜等といった触媒４１の劣化現象は、いずれも触媒４１によるＮＯｘの吸蔵量の限界値や、ＮＯｘの吸収効率を減少させ、結果としてＮＯｘの浄化効率を低下させることとなる。このような劣化現象が発生した場合には、周期的な燃料添加の実施に伴って観測されるＮＯｘ濃度の推移態様が、触媒４１が正常に機能している場合と比べ異なるものになる。具体的には、触媒４１の劣化が進行してその浄化機能が低下すれば、ＮＯｘ濃度の極大値Ｃmaxや極小値Ｃminは高くなり、添加インターバルＰは短くなる傾向がある。また、ＮＯｘ濃度の示す変化率については、同じく触媒４１の劣化が進行してその浄化機能が低下するにつれ、極大値Ｃmaxから極小値Ｃminに推移する際にみられる変化率は小さくなり（緩慢になり）、極小値Ｃminから基準値Ｃstdに推移する際にみられる変化率は大きくなる（急勾配となる）傾向がある。
【００７１】
本実施の形態にかかるエンジン１のＥＣＵ８０は、基本的には燃料添加の実施毎に極小値Ｃminを把握し、当該極小値Ｃminが所定値（以下、設定上限値）Ｈ１を上回った場合には、触媒４１が劣化し、十分な浄化機能を発揮していない旨の判定を行う。
【００７２】
ところで、燃料添加は、触媒４１が十分活性化された状態にある時期を選定して実施される。例えばＥＣＵ８０は、触媒４１の温度の代表値として排気温度Ｔexを常時把握し、この排気温度Ｔexが所定範囲内にある状態を触媒４１が十分活性化されている状態として認識する。
【００７３】
図３には、排気温度Ｔexと、触媒４１の活性度との関係を示す。同図に示すように、触媒４１の触媒活性度は、排気温度（触媒温度の代表値）Ｔexが特定温度Ｔex2である場合に最大となり、排気温度Ｔexが当該温度Ｔex2より低温になるにつれ、また高温になるにつれ減少する傾向にある。本実施の形態では、排気温度Ｔexが、所定の排気温度Ｔex1（ただし、Ｔex1＜Ｔex2）を下限、所定の排気温度Ｔex3（ただし、Ｔex2＜Ｔex3）を上限とする温度範囲（以下、触媒活性化領域という）にあれば、触媒４１が十分に活性化されているとみなす。すなわち、ＥＣＵ８０は、排気温度Ｔexが触媒活性化領域にあるときには燃料添加の実施を許可し、排気温度Ｔexが触媒活性化領域外にあるときには燃料添加の実施を禁止する。
【００７４】
一方、排気温度Ｔexが触媒活性化領域内になくとも（図３中の斜線部に相当する）、触媒４１はある程度の活性度を有しており、燃料添加を実施しない状態が持続すれば、触媒ケーシング４２に流入する排気中のＮＯｘが多量に吸蔵されることとなる。そして、このように燃料添加を実施しない状態が持続し、触媒４１が十分活性化された状態になったところで直ちに燃料添加が再開されると、当該触媒４１によって還元・浄化できる限界量を上回る量のＮＯｘが、急速に放出されることとなる。
【００７５】
例えば、図４は、異なる条件下において触媒４１内に吸蔵されているＮＯｘの吸蔵量を例示するグラフである。図中において、ＮＯｘ吸蔵量（以下、標準吸蔵量という）Ｒaは、排気温度Ｔexが触媒活性化領域内にあり、燃料添加が周期的に繰り返されている場合であって、燃料添加が実施される直前のＮＯｘ吸蔵量に相当する。また、ＮＯｘ吸蔵量（以下、添加再開前の吸蔵量という）Ｒbは、燃料添加が実施されない状態が所定期間持続した後、燃料添加が再開される直前のＮＯｘ吸蔵量に相当する。また、ＮＯｘ吸蔵量Ｒ100は、排気温度Ｔexが触媒活性化領域内にある場合に触媒４１が吸蔵し得る最大のＮＯｘ吸蔵量（以下、限界量という）に相当する。なお、標準吸蔵量Ｒaは、燃料添加の実施タイミングを決定するために設定されるＮＯｘ濃度の基準値Ｃstd（図２参照）に対応する数値である。
【００７６】
同図４に示すように、各条件下における標準吸蔵量Ｒa及び限界量Ｒ100は、「Ｒa＜Ｒ100」なる関係にある。燃料添加が周期的に実施されている場合、燃料（還元剤）の添加前に限界量Ｒ100のＮＯｘを触媒４１に吸蔵させることはなく、限界量Ｒ100よりも少量（Ｒa）のＮＯｘが触媒４１に吸蔵された時点で燃料が添加されるようＮＯｘ濃度の基準値Ｃstdは設定される。触媒４１内のＮＯｘ吸蔵量が限界量Ｒ100に達した状態で僅かな期間でも当該触媒４１内への排気流入が継続すれば、相当量のＮＯｘが当該触媒４１下流に流出してしまうことになる。また、温度条件等の微妙な変化や触媒４１自体の経年変化に起因して限界量Ｒ100が変動する懸念もある。すなわち、エンジン１のＥＣＵ４０は、燃料添加の周期的な実施に際し、触媒４１内に実際に吸蔵させるＮＯｘ量（標準吸蔵量）Ｒaと、限界量Ｒ100との間に予め十分な幅を設定しておき、触媒４１に流入する全てのＮＯｘを確実に当該触媒４１に吸蔵させる制御構造を適用する。
【００７７】
一方、添加再開前の吸蔵量Ｒbは、燃料添加が実施されない状態が持続した期間、その期間中におけるエンジン１の運転状態、或いは触媒４１の晒される温度条件等によって変動するものの、同図４に示すように、限界量Ｒ100を上限として標準吸蔵量Ｒaを上回る場合も多い。先ず、添加再開前の吸蔵量Ｒbが標準吸蔵量Ｒａと異なっている場合に触媒１４への燃料添加が行われると、燃料添加が周期的に実施されている場合と比べて、触媒４１から放出されるＮＯｘ量が異なるようになり、触媒４１下流で観測されるＮＯｘ濃度の推移態様も異なるものとなる。とくに、添加再開前の吸蔵量Ｒbが標準吸蔵量Ｒａを上回っている場合、ＮＯｘ濃度の推移態様について、ＮＯｘ濃度の極大値Ｃmaxや極小値Ｃminは高くなり、添加インターバルＰが短くなる傾向、言い換えれば、触媒４１の劣化が進行してその浄化機能が低下する場合と類似した傾向がみられるようになる。触媒４１に所定量を上回るＮＯｘが吸蔵されている状態で燃料添加を実施すると、当該触媒４１によって還元・浄化できる量を上回る過剰量のＮＯｘが当該触媒４１から放出されるようになるからである。
【００７８】
例えば、図５は、燃料添加を行った場合に触媒４１下流において観測されるＮＯｘ濃度の推移態様を示すタイムチャートである。ここで、推移態様αは、正常な（劣化していない）状態にあり、且つ、標準吸蔵量ＲａのＮＯｘが吸蔵されている触媒に対し燃料が添加された場合にみられる推移態様に相当する。また、推移態様βは、ＳＯｘ被毒等による劣化が進行している状態にあり、且つ、標準吸蔵量Ｒａ（図４参照）のＮＯｘが吸蔵されている触媒に対し燃料が添加された場合にみられる推移態様に相当する。また、推移態様γは、正常な（劣化していない）状態にあり、且つ、標準吸蔵量Ｒａをやや上回る程度のＮＯｘが吸蔵されている触媒に対し燃料が添加された場合にみられる推移態様に相当する。また、推移態様δは、正常な（劣化していない）状態にあり、且つ、推移態様γの場合よりさらに多量のＮＯｘが吸蔵されている触媒に対し燃料が添加された場合にみられる推移態様に相当する。なお、同図５の時間軸上、時刻ｔ10は、燃料添加の実施時刻を示す。また、推移態様αは、先の図２において示した推移態様の一部と同等である。
【００７９】
同図５に示すように、推移態様α及びβを比較して明らかなように、触媒４１に劣化が生じると、ＮＯｘ濃度の極大値Ｃmaxや極小値Ｃmin（図２を併せ参照）は高くなり、添加インターバルＰが短くなる。その一方、推移態様γや推移態様δが示すように、燃料添加時における触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が増加した場合にも、ＮＯｘ濃度の極大値Ｃmaxや極小値Ｃminは高くなり、添加インターバルＰが短くなる。すなわち、推移態様βと、推移態様γ又はδとの判別を行うことは難しく、触媒４１の劣化の有無や程度について、誤判定がなされる懸念が生じる。とくに、推移態様δが示すように、触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が所定量を上回ると、燃料添加の実施によって到達する極小値Ｃminが基準値Ｃstdを上回ってしまうこともある。このような場合に、ＮＯｘ濃度が設定上限値を上回ったところで燃料添加を実施するといった本来のフィードバック制御を継続すると、触媒４１に対して過剰な燃料添加が行われることとなるため、ＨＣ排出量の増大による排気特性の悪化を招くことにもなる。
【００８０】
そこで、本実施の形態にかかるエンジン１のＥＣＵ８０は、燃料添加が実施されない状態が持続すると所定期間は、触媒４１についての劣化判定を禁止するといった制御を行う。また、触媒４１下流において観測されるＮＯｘ濃度が基準値Ｃstdを上回ると燃料添加を実施するといった制御構造を通常の燃料添加では適用するとともに、燃料添加が実施されない状態が持続した後の所定期間は、予め設定されたタイミングで燃料添加を実施するといった制御構造に切り換える処理を行う。
【００８１】
以下、本実施の形態にかかるエンジン１のＥＣＵ８０が実施する「燃料添加制御」に関し、その具体的な処理手順についてフローチャートを参照して説明する。
【００８２】
図６には、排気系４０へ燃料添加を行うにあたり、その添加量や添加時期を制御するために実施される「燃料添加制御ルーチン」の処理内容を示す。このルーチン処理は、ＥＣＵ８０を通じてエンジン１の始動と同時にその実行が開始され、所定時間毎に繰り返される。
【００８３】
処理がこのルーチンに移行すると、ＥＣＵ８０はステップＳ１０１において、燃料添加に関して現在までに行われた処理の履歴を把握する。
【００８４】
本ルーチンに従って行う燃料添加の実施態様は、（１）ＮＯｘセンサ７５の出力信号に基づいて把握されるＮＯｘ濃度が上昇過程において基準値Ｃstdを上回る毎に燃料添加を繰り返す実施態様（フィードバック制御による実施態様）と、（２）制御マップ上に予め設定された添加インターバルＰ毎に燃料添加を繰り返す実施態様（制御マップによる実施態様）と、（３）燃料添加を実施しない（禁止する）態様とに分別される。
【００８５】
同ステップＳ１０１においては、先ず、燃料添加に関する上記３通りの実施態様（１）〜（３）のうち、何れの態様が前回のルーチン処理で適用されていたかを把握する。また、前回のルーチン処理で、（３）燃料添加を実施しない態様が適用されていた場合には、当該（３）の態様が持続した期間を把握する。
【００８６】
さらに、同ステップＳ１０１においてＥＣＵ８０は、燃料添加の実施にかかる調量弁１６の制御等にとって必要な運転状態を把握する。例えばＥＣＵ８０は、クランク角センサ７７の出力信号に基づいてエンジン１の機関回転数Ｎｅを、またＮＯｘセンサ７５の出力信号に基づいて排気中のＮＯｘ濃度を各々演算する。また、アクセルの踏み込み量Ａｃｃ、排気温度Ｔｅｘ等を把握する。
【００８７】
ステップＳ１０２においては、エンジン１の運転状態に関し、燃料添加の実施に不可欠な条件（必要条件）が成立しているか否かを判断する。例えば以下の条件（Ａ１）及び（Ａ２）が何れも成立していることが、燃料添加を実施するための必要条件となる。
【００８８】
（Ａ１）排気温度Ｔｅｘが所定温度（例えば２５０℃）を上回っていること。これは、触媒４１が十分活性化された状態になる条件に相当する。
【００８９】
（Ａ２）機関回転数Ｎｅ及びアクセルの踏み込み量Ａｃｃの関係等からエンジン１の運転状態が燃料添加に適していると判断されること。
【００９０】
上記条件（Ａ１）及び（Ａ２）が何れも成立していれば、ＥＣＵ８０はその処理をステップＳ１０３に移行し、上記条件（Ａ１）及び（Ａ２）のうち何れか一方でも成立していなければ、本ルーチンを一旦抜ける。
【００９１】
ステップＳ１０３においては、フィードバック制御の実施条件が成立しているか否かを判断する。この判断は、先のステップＳ１０１で把握した燃料添加の実施に関する履歴を基になされる。すなわち、燃料添加が実施されない状態（（３）の態様）の持続期間が所定期間以下である場合、若しくは、フィードバック制御による実施態様（（１）の態様）が継続している場合には、フィードバック制御の実施条件が成立していると判断して、処理をステップＳ２０１に移行する。一方、燃料添加が実施されない状態（（３）の態様）が所定期間より長く持続している場合、若しくは制御マップによる実施態様（（２）の実施態様）が継続している場合には、フィードバック制御の実施条件が成立していないと判断して、処理をステップＳ３０１に移行する。
【００９２】
ステップＳ２０１〜Ｓ２０５で行う一連の処理は、上記フィードバック制御による実施態様（（１）の実施態様）に関する。
【００９３】
先ず、ステップＳ２０１においては、現時点が、燃料添加を実施すべきタイミングに相当するか否かを判断する。
【００９４】
具体的には、ＮＯｘセンサ７５の出力信号に基づいて把握される排気中のＮＯｘ濃度が、上昇過程にあり且つ予め設定される基準値Ｃstd（図２参照）を上回っていれば、現時点が、燃料添加を実施すべきタイミングであると判断する。ＥＣＵ８０は、上記判断が肯定であればその処理をステップＳ２０２に移行し、上記判断が否定であれば、本ルーチンを一旦抜ける。
【００９５】
ステップＳ２０２においては、調量弁１６を開弁量を調整することにより、燃料添加ノズル１７を通じて燃料添加を実施する。
【００９６】
ここで、燃料添加ノズル１７を通じて噴射される添加燃料量（総量）Ｑは、基本的には調量弁１６の開弁時間Ｔ（ミリ秒；ｍｓ）、および同弁１６の開弁中燃料通路Ｐ２を通じて燃料添加ノズルに付与される燃圧Ｐgの関数として、次式（ｉ）によって決定づけられる。
【００９７】
Ｑ＝ｆ（Ｔ，Ｐg）  …（ｉ）
すなわち、ＥＣＵ８０は、上記決定した添加燃料量Ｑの燃料が排気系に噴射供給されるように、添加燃料通路Ｐ２内を流通する燃料のうち調量弁１６へ導入される現在の燃圧Ｐgに基づいて開弁時間Ｔを演算する。そして同じく上記決定された添加パターンに従って燃料が噴射されるよう、所定のタイミングで、継続的、或いは断続的に調量弁１６を通電制御することで、総計時間（開弁時間）Ｔに亘って同弁１６を開弁させる。
【００９８】
続くステップＳ２０３においては、触媒４１について劣化判定を行うための条件が成立しているか否かを判断する。劣化判定は、例えば以下の条件（Ｂ１）及び（Ｂ２）が何れも成立したときに行う。
【００９９】
（Ｂ１）ステップＳ２０２での処理が前回行われた後、ステップＳ１０２又はＳ１０３において否定の判断がなされることなく、ステップＳ２０２での処理が今回行われたこと、言い換えれば、制御マップによる実施態様（（２）の実施態様）や、燃料添加が実施されない状態（（３）の態様）に移行することなく、フィードバック制御による実施態様（（１）の実施態様）に従った燃料添加の実施が、今回の実施を含め２回以上連続して行われたこと。
【０１００】
（Ｂ２）前回の燃料添加の実施から今回の燃料添加の実施までの期間（添加インターバルＰ；図２参照）中、機関回転数Ｎｅやアクセルの踏み込み量Ａｃｃ等に代表されるエンジン１の運転状態の変動幅が所定値を下回っていたこと、言い換えれば、エンジン１の運転状態が安定していたこと（準定常状態にあったこと）。
【０１０１】
ＥＣＵ８０は、上記条件（Ｂ１）及び（Ｂ２）が何れも成立しているときには、触媒４１について劣化判定を実施すべきと判断してその処理をステップＳ２０４に移行する。一方、上記条件（Ｂ１）及び（Ｂ２）が何れか１つでも成立していなければ、本ルーチンを一旦抜ける。
【０１０２】
ステップＳ２０４においては、劣化判定の実施に先立ち、前回の燃料添加の実施後、触媒４１下流で観測されたＮＯｘ濃度の極小値Ｃminを把握する。
【０１０３】
ステップＳ２０５においては、触媒４１について劣化発生の有無を判定する。具体的には、上記ステップＳ２０４で把握した燃料添加の実施後にみられるＮＯｘ濃度の極小値Ｃminが設定上限値Ｈ１を上回っている場合、触媒４１が劣化し、その機能が低下している旨の判定を行う。同ステップＳ２０５での処理を経た後、ＥＣＵ８０はその後の処理を一旦終了する。
【０１０４】
一方、先のステップＳ１０３で否定の判断がなされた後、ステップＳ３０１及びＳ３０２で行う一連の処理は、上記制御マップによる実施態様（（２）の実施態様）に関する。
【０１０５】
先ず、ステップＳ３０１においては、現時点が、燃料添加を実施すべきタイミングに相当するか否かを判断する。ＥＣＵ８０は、燃料が添加されない状態が所定期間を上回って持続した後、初めて同ステップ３０１にその処理を移行した場合、制御マップ（図示略）を参照し、燃料が添加されない状態が持続した期間や、その期間中に観測されたエンジン１の運転状態（例えば、排気温度Ｔex、エンジン回転数Ｎｅ、機関燃焼に供される燃料の供給量等）の履歴等に基づいて、添加インターバルＰを求める。また、初回の燃料添加の実施タイミングは、燃料が添加されない状態が所定期間を上回って持続した後、初めて同ステップ３０１にその処理を移行した時点とすればよい。同ステップＳ３０１における判断が肯定である場合、ＥＣＵ８０はその処理をステップＳ３０２移行する。一方、同ステップＳ３０１における判断が否定である場合、ＥＣＵ８０は本ルーチンを一旦抜ける。
【０１０６】
ステップＳ３０２においては、先述したステップＳ２０２での処理と同様に調量弁１６の開弁制御を通じて燃料添加を実施する。
【０１０７】
さらに、続くステップＳ３０３では、上記ステップＳ３０２における燃料添加の実施後に観測されるＮＯｘ濃度の極小値Ｃmin（図２を参照）を把握する。ここで、当該ＮＯｘ濃度の極小値Ｃminが所定値を上回っている場合、ＥＣＵ８０は、触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が、燃料添加を周期的に実施している際のレベルまで低下（回復）していないと判断する。すなわち、制御マップによる実施態様（（２）の実施態様）を継続して適用すべき旨を記憶しておき、ステップＳ１０３において、次回も否定の判断を行うことにする（フィードバック制御による実施態様は適用しない）。一方、当該ＮＯｘ濃度の極小値Ｃminが所定値以下である場合、ＥＣＵ８０は、触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が、燃料添加を周期的に実施している際のレベルまで低下（回復）したと判断する。すなわち、制御マップによる実施態様（（２）の実施態様）の適用を一旦終了すべき旨を記憶しておき、ステップＳ１０３において、次回には肯定の判断を行うことにする（フィードバック制御による実施態様を適用する）。
【０１０８】
上記ステップＳ３０３を経た後、ＥＣＵ８０はその後の処理を一旦終了する。
【０１０９】
上記処理手順に基づき、本実施の形態にかかるエンジン１の排気浄化装置は、触媒４１に吸収されたＮＯｘの還元浄化を継続的に行いつつ、同触媒４１のＮＯｘ吸収能力の再生と、同触媒４１の劣化判定とを併せ行う。
【０１１０】
以上の態様で、触媒４１を介して排気中のＮＯｘを還元・浄化するとともに、当該触媒４１の劣化判定を適宜のタイミングで併せ行うエンジン１の排気浄化装置によれば、燃料が添加されない状態が持続した後、所定の期間は、触媒４１について劣化判定を実行しない（劣化判定の実行を禁止する）。従って、触媒４１の下流に流出する過剰なＮＯｘが誤判定を引き起こす懸念は好適に解消される。
【０１１１】
また、触媒４１内のＮＯｘ吸蔵量に応じ、制御マップに基づく燃料添加の実施（周期的な実施）と、フィードバック制御による燃料添加の実施（周期的な実施）とを適宜選択すること、すなわち、触媒４１の状態に応じた適正な燃料添加の実施態様を選択することにより、触媒４１の還元・浄化にかかる性能が常時最適化されるようになる。
【０１１２】
なお、上記「燃料添加制御ルーチン」においては、燃料添加の実施後、触媒４１下流で観測されるＮＯｘ濃度の極小値Ｃminが設定上限値Ｈ１を上回った場合、当該触媒４１に劣化が発生していると判断することにした（ステップＳ２０５）。これに対し、例えば燃料添加の実施後、触媒４１下流で観測されるＮＯｘ濃度の極大値Ｃmaxが所定値を上回った場合、当該触媒４１に劣化が発生していると判断することとしてもよい。また、前回の燃料添加の実施から今回の燃料添加の実施までの期間、すなわち添加インターバルＰが所定時間を下回った場合、当該触媒４１に劣化が発生していると判断することとしてもよい。要は、触媒４１が劣化することで、燃料添加の実施後に触媒４１下流で観測されるＮＯｘ濃度の変化態様が異なるものとなることを識別できれば、他の如何なる基準を採用しても、本実施の形態と同等若しくはこれに準ずる効果を奏することはできる。
【０１１３】
また、上記「燃料添加制御ルーチン」においては、燃料添加の実施に関し制御マップによる実施態様の適用を開始した後、燃料の添加後に観測されるＮＯｘ濃度の極小値Ｃminが所定値以下となるようになれば、その時点で当該制御マップによる実施態様の適用を一旦終了すること（フィードバック制御による実施態様を復帰させること）とした。ところで、制御マップによる実施態様を適用して燃料添加を周期的に実施すると、燃料の添加後に推移するＮＯｘ濃度の極大値Ｃmax及び極小値Ｃminは、燃料添加の実施回数を重ねる毎に、徐々に低下する。そこで、制御マップによる実施態様の適用後、極大値Ｃmax、極小値Ｃmin、或いは両者Ｃmax，Ｃminの平均値が所定値を下回るようになれば、その時点で当該制御マップによる実施態様の適用を一旦終了すること（フィードバック制御による実施態様を復帰させること）としても、本実施の形態と同等若しくはこれに準ずる効果を奏することはできる。
【０１１４】
また、制御マップによる実施態様の適用を開始する時点における触媒４１のＮＯｘ吸蔵量に基づき、当該制御マップによる実施態様の適用を継続する期間を設定することとしてもよい。この場合、制御マップによる実施態様の適用を開始する時点における触媒４１のＮＯｘ吸蔵量ｑｎstkは、例えば触媒４１に流入する排気（入りガス）中のＮＯｘ量（流量）ｑｎinと、触媒４１から流出する排気（出ガス）中のＮＯｘ量（流量）ｑｎoutとの差に基づく関数として算出することとすることができる（次式（ii）参照）。
【０１１５】
ｑｎstk＝ｆ（ｑｎin−ｑｎout）…（ii）
ここで、触媒４１に流入する排気（入りガス）中のＮＯｘ量（流量）ｑｎinは、燃料添加が実施されない期間中に把握されるエンジン回転数Ｎｅやエンジン１の機関燃焼に供される燃料消費量等に基づき制御マップ（図示略）を参照して算出すればよい。また、触媒４１から流出する排気（出ガス）中のＮＯｘ量（流量）ｑｎoutは、同じく燃料添加が実施されない期間中に把握されるＮＯｘセンサ７５の出力信号に基づいて算出すればよい。
【０１１６】
また、燃料添加の実施態様を、制御マップによる実施態様からフィードバック制御による実施態様に切り換えるタイミング（切り換えタイミング）を決定づける基準としては、各種基準を採用し得ることは上述した通りであるが、これら基準の全て、或いはその中から複数の基準を採用してもよい。この場合、例えば、採用された各基準に基づく複数の切り換えタイミングを想定し、そのうち最も早いタイミング、或いは最も遅いタイミング等を実際に採用して、制御マップによる実施態様からフィードバック制御による実施態様に切り換える制御を行えばよい。
（第２の実施の形態）
次に、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を、ディーゼルエンジンシステムに適用した第２の実施の形態について、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【０１１７】
なお、当該第２の実施の形態にあって、適用対象とするエンジンシステムの構成、ＥＣＵ及びその周辺の電気的構成（図１）は先の第１の実施の形態と同一である。このため、同一の機能および構造を有する部材やハードウエア構成等については同一の符号を用い、ここでの重複する説明は割愛することとする。
【０１１８】
先の第１の実施の形態において説明した「燃料添加制御ルーチン」では、フィードバック制御による燃料添加の実施を繰り返し行う場合にみられる添加インターバルＰの長さ等に基づいて、触媒４１の劣化の有無について判定を行うこととした。
【０１１９】
ところで、先の従来技術においても説明したように、排気中に存在するＳＯｘは、ＮＯｘの場合と同様のメカニズムに基づき、しかも、ＮＯｘに比べてより高い効率で触媒４１に吸収される特性を有する。また、一旦触媒に吸収されたＳＯｘは、同触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出するために十分な条件、すなわち排気中の酸素濃度が所定値を下回る条件下にあっても、同触媒から容易には放出されない。このため、機関運転の継続に伴い触媒４１には、排気中のＳＯｘが徐々に触媒４１に堆積していく所謂ＳＯｘ被毒が生じることとなる。すなわち、触媒４１におけるＳＯｘの堆積量（吸蔵量）が増加することにより、同触媒４１が吸収できるＮＯｘの限界量が減少し、ＮＯｘの浄化率が低下する。すなわち、触媒４１の劣化が生じる。
【０１２０】
当該第２の実施の形態にかかるエンジン１のＥＣＵ８０は、第１の実施の形態にかかる「燃料添加制御ルーチン」の同等のルーチンに従う燃料添加制御を行う。その一方、当該ルーチンにおいて、触媒４１に劣化が生じＮＯｘの浄化機能が低下している旨の判定がなされた場合、触媒４１にＳＯｘが堆積している（ＳＯｘ被毒が生じている）ものと推定して、当該ＳＯｘを触媒４１から除去する処理（ＳＯｘ被毒回復処理）を行う。さらに、触媒４１の劣化状態が、ＳＯｘ被毒が進行すること、或いはＨＣ被毒や熱劣化等、他の劣化現象が発生することより、回復不能な状態（以下、完全劣化という）にまで及んでいないかどうかを、ＳＯｘ被毒回復処理の終了後の触媒４１の状態に基づいて判定する。
【０１２１】
以下、上記ＳＯｘ被毒回復処理と、触媒４１の完全劣化についての判定とに関し、本実施の形態にかかるエンジン１のＥＣＵ８０が行う具体的な処理手順について、フローチャートを参照して説明する。
【０１２２】
図７には、触媒４１に堆積したＳＯｘを適宜放出させるために実施される「ＳＯｘ被毒回復制御ルーチン」の処理内容を示す。
【０１２３】
「燃料添加制御ルーチン」のステップＳ２０５（図６参照）において、触媒４１に劣化が生じＮＯｘの浄化機能が低下している旨の判定がなされると、ＥＣＵ８０は、同ルーチンでの処理を一旦終了した後、その処理を速やかに「ＳＯｘ被毒回復制御ルーチン」に移行する。なお、この「ＳＯｘ被毒回復制御ルーチン」は「燃料添加制御ルーチン」と択一的に実施される制御ルーチンであり、一方のルーチン処理が実施されている場合、他方のルーチン処理は実施されない。
【０１２４】
処理がこのルーチンに移行すると、ＥＣＵ８０は先ずステップ４０１において、ＳＯｘ被毒回復処理を実施するにあたって必要な運転状態を把握する。例えばＥＣＵ８０は、クランク角センサ７７の出力信号に基づいてエンジン１の機関回転数Ｎｅを、またＮＯｘセンサ７５の出力信号に基づいて排気中のＮＯｘ濃度を各々演算する。また、アクセルの踏み込み量Ａｃｃ、排気温度Ｔex等を把握する。
【０１２５】
続くステップＳ４０２においては、エンジン１の運転状態に関し、ＳＯｘ被毒回復処理の実施に不可欠な条件（必要条件）が成立しているか否かを判断する。例えば以下の条件（Ｃ１）及び（Ｃ２）が何れも成立していることが、燃料添加を実施するための必要条件となる。
【０１２６】
（Ｃ１）排気温度Ｔｅｘが所定温度（例えば３００℃）を上回っていること。これは、触媒４１が十分活性化され、且つ高温となり、ＳＯｘが放出されやすい状態となる条件に相当する。なお、この条件を満たすべく、同触媒４１或いは排気系４０の触媒４１上流にはヒータ等（図示略）を設け、このようなヒータ等を作動させること、或いはエンジン１に低温燃焼（ＥＧＲ率を高める等して排気中の未燃成分を増加させること）を行わせること等して、積極的に触媒４１を昇温させるのが好ましい。
【０１２７】
（Ｃ２）機関回転数Ｎｅ及びアクセルの踏み込み量Ａｃｃの関係等からエンジン１の運転状態がＳＯｘ被毒回復処理に適していると判断されること。この条件には、燃料添加の実施に際して適用される実施条件（「燃料添加制御ルーチン」のステップＳ１０２において適用される条件（Ａ２））に比し、機関負荷がより低い状態（より軽負荷の運転領域）が設定される。
【０１２８】
上記条件（Ｃ１）及び（Ｃ２）が何れも成立していれば、ＥＣＵ８０はその処理をステップＳ４０３に移行し、上記条件（Ｃ１）及び（Ｃ２）のうち何れか一方でも成立していなければ、本ルーチンを一旦抜ける。
【０１２９】
ステップＳ４０３においてＥＣＵ８０は、ＳＯｘ被毒回復処理を実施する。
【０１３０】
ＳＯｘ被毒回復処理は、通常の燃料添加と同じく、調量弁１６の開弁量を調整することにより燃料添加ノズル１７を通じて当該触媒４１に燃料を添加供給する処理である。ただし、触媒４１の晒される温度条件に関し、通常の燃料添加に際して採用される温度条件よりも高温の条件（本実施の形態では、３００℃を上回る温度条件）下で、しかも、通常の燃料添加と比べると、比較的長時間に亘り、言い換えると比較的多量の燃料（還元剤）を触媒４１に供給する。
【０１３１】
続くステップＳ４０４においては、触媒４１の完全劣化について判定を実施する。触媒４１の完全劣化についての判定は、以下の手順１〜４に従って行う。
【０１３２】
［手順１］
前回のＳＯｘ被毒回復処理の完了時から今回のＳＯｘ被毒回復処理の完了時までに、触媒４１に流入した総ＳＯｘ量Ｓinを、次式（iii）に従って算出する。
【０１３３】
Ｓin＝Ｑtotal×Ｓconc×ａ  …（iii）
ただし、
Ｑtotal：前回のＳＯｘ被毒回復処理の完了時から今回のＳＯｘ被毒回復処理の完了時までに、エンジン１の消費した燃料量（触媒４１を通過した排気の起源となった全燃料量に相当する；以下、全燃料消費量という）
Ｓconc ：エンジン１の燃料中に含まれる硫黄（Ｓ）成分の含有率（例えば、０．１〜０．５重量％）
ａ     ：係数（例えば吸気量Ｇａや排気温度Ｔexに基づいて決定する）
［手順２］
今回のＳＯｘ被毒回復処理により触媒４１から放出されたＳＯｘ量（以下、ＳＯｘ放出量という）Ｓrelを算出する。ＳＯｘ放出量Ｓrelは、ＳＯｘ被毒回復処理の実施期間（燃料添加の継続時間）に略比例することが確認されている。従って、ＳＯｘ放出量は、今回のＳＯｘ被毒回復処理の実施期間に基づき、制御マップ（図示略）を参照して算出する。
【０１３４】
［手順３］
次式（iv）に従い、今回実施したＳＯｘ被毒回復処理の完了時において、今だ触媒４１に蓄積されているＳＯｘ量（以下、ＳＯｘ蓄積量という）Ｓstkを算出する。
【０１３５】
Ｓstk＝Ｓin−Ｓrel＋Ｓstk(old)  …（iv）
ただし、
Ｓstk(old)：前回実施したＳＯｘ被毒回復処理の完了時におけるＳＯｘ蓄積量
［手順４］
ＳＯｘ蓄積量Ｓstkが所定量を上回っているか否かを判断する。当該判断が肯定であることは、ＳＯｘ被毒回復処理を行ったにも関わらず、相当量のＳＯｘが触媒４１に蓄積されている状態が続いていることを意味し、この場合、ＥＣＵ８０は、「触媒４１に完全劣化が生じている」旨の判定を行う。一方、上記判断が否定であることは、ＳＯｘ被毒回復処理を行ったことにより、触媒４１がＳＯｘ被毒から十分に回復したことを意味し、この場合、ＥＣＵ８０は、「触媒４１に完全劣化は生じていない（触媒４１は再生可能な状態である）」旨の判定を行う。
【０１３６】
ステップＳ４０４を経た後、ＥＣＵ８０は、その後の処理を一旦終了する。ちなみに、ステップＳ４０４において、「触媒４１に完全劣化が生じている」旨の判定を行った場合、ＥＣＵ８０は、例えば警告灯（図示略）の点灯や、警告音の発生等を通じ、運転者に対して触媒４１の交換等、適宜の処置を促す。
【０１３７】
上記処理手順に基づき、本実施の形態にかかるエンジン１の排気浄化装置は、第１の実施の形態と同様の燃料添加制御を実行する他、適宜のタイミングでＳＯｘ被毒回復処理と、触媒４１の完全劣化についての判定とを併せ行う。そして、こうした一連の制御を通じ、エンジン１の排気中に含まれるＮＯｘの還元・浄化と、触媒４１の劣化発生の有無の認識、劣化した触媒４１の機能回復措置、機能回復が困難な完全劣化の発生の検知とを、併せて行う。
【０１３８】
以上の態様で、触媒４１を介して排気中のＮＯｘを還元・浄化するとともに、当該触媒４１の劣化判定を適宜のタイミングで併せ行うエンジン１の排気浄化装置によれば、先の第１の実施の形態による効果に加え、触媒４１に回復不能な劣化（完全劣化）が生じた場合、これを正確に検知（判定）することで、適切な措置を講じることができるようになる。
【０１３９】
さらに、上記第１の実施の形態と同様、燃料が添加されない状態が持続した後、所定の期間は、このような完全劣化の判定を禁止する（判定を行わない）制御構造を適用することで、触媒４１の下流に流出する過剰なＮＯｘが当該触媒４１の完全劣化についての誤判定を引き起こす懸念は好適に解消される。
【０１４０】
すなわち、触媒４１の劣化状態に関し、回復可能な劣化と、回復不可能な劣化とを正確に判別して検知することができるようになる。言い換えれば、劣化の有無のみならず、劣化の程度に応じて、精度及び信頼性の高い判定を行うことができるようになる。
【０１４１】
なお、上記「ＳＯｘ被毒回復制御ルーチン」のステップＳ４０４において行うこととした判定の手順に替え、以下の手順に従い触媒４１の完全劣化について判定を行ってもよい。すなわち、ＳＯｘ被毒回復処理の実施後、通常の燃料添加を実施し、その後に観測されるＮＯｘ濃度の極大値Ｃmax、極小値Ｃmin、或いは添加インターバルＰ等の変化態様を把握する。そして、「燃料添加制御ルーチン」のステップＳ２０５と同様の原理に従い、極大値Ｃmax又は極小値Ｃminが所定値を上回っている場合、若しくは、添加インターバルＰが所定時間を下回っている場合には、触媒４１が完全劣化している旨の判定を行う。このような手順に従い触媒４１の完全劣化についての判定を行っても、上記第２の実施の形態に準ずる効果を得ることはできる。
【０１４２】
また、上記第２の実施の形態では、ＳＯｘ被毒回復制御の実施にあたり積極的に触媒４１を昇温させることとした。これに対し、触媒４１の床温が上昇するタイミングを選択してＳＯｘ被毒回復制御、すなわち排気空燃比の低下を促す制御を実施することとしてもよい。
【０１４３】
また、上記各実施の形態では、燃料添加、或いはＳＯｘ被毒回復処理の実施にあたり、燃料添加ノズル１７の通じて排気系４０に燃料（還元剤）を供給し、排気空燃比を低下（リッチ化）させることとした。このような構成に替え、燃料噴射弁１３を通じて行う各気筒（燃焼室２０）への燃料供給の態様として、ある気筒が排気行程にあるときに燃料を供給することで排気空燃比を低下させてもよい。またこのように、各気筒が排気行程にあるときに燃料噴射弁１３を通じた燃料供給（いわゆるポスト噴射）を実施することで、排気温度を上昇させて触媒４１の昇温を図ることとしてもよい。
【０１４４】
また、上記各実施の形態では、ＥＣＵ８０が燃料添加の実施に先立って把握するエンジン１の運転状態を代表する一パラメータとして、排気系４０の触媒ケーシング４２下流に設けられた排気温センサ７４の検出信号に基づいて把握される排気温度Ｔｅｘを適用することとした。これに対し、排気温センサを排気系４０内の触媒ケーシング４２上流や、各気筒の排気ポート内に設け、これらセンサの検出信号に基づいて把握される排気系４０内の温度を適用してもよい。また、エンジン回転数Ｎｅやアクセルの踏み込み量等、エンジン１の運転状態を代表する他のパラメータを用いて、排気系４０内の温度（排気ポート内、触媒ケーシング４２上流若しくは下流の温度）を推定（演算）し、その推定温度を上記排気温度Ｔｅｘに替えて適用することとしてもよい。
【０１４５】
また、上記各実施の形態においては、還元剤としてディーゼルエンジンの燃料（軽油）を適用することとした。この他、ガス中の還元成分としてＮＯｘを還元する機能を有するものであれば、他の還元剤、例えばガソリン、灯油等を用いても構わない。
【０１４６】
また、上記各実施の形態においては、燃料タンクからコモンレール１２へ燃料を供給するサプライポンプ１１を用いて、サプライポンプ１１の汲み上げた燃料の一部を排気系４０内に添加供給する装置構成を適用することとした。しかし、こうした装置構成に限らず、例えば添加燃料を燃料タンク、或いは他の燃料（還元剤）供給源から供給する独立した供給系を備える装置構成を適用してもよい。
【０１４７】
また、上記各実施の形態においては、燃料の排気系への添加にあたり、添加燃料通路Ｐ２を介して供給される燃料の圧力を調量弁１６によって制御し、その圧力制御によって燃料添加ノズル１７の開閉弁動作を制御する構成を適用している。これに対し、例えば燃料噴射弁１３のように、ＥＣＵ８０による通電を通じて直接開閉弁動作を制御される電磁弁等を燃料添加を行う噴射弁として適用してもよい。
【０１４８】
また、上記各実施の形態においては、本発明の排気浄化装置を内燃機関としての直列４気筒のディーゼルエンジン１に適用することとしたが、希薄燃焼を行うガソリンエンジンにも好適に本発明を適用することができる。また、直列４気筒の内燃機関に限らず、搭載気筒数の異なる内燃機関にも本発明を適用することはできる。
【０１４９】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明によれば、還元剤の供給が実施されない状態が第１所定期間より長く持続した場合であって、還元剤の供給が行われない期間から前記還元剤の供給が行われる期間に移行した後、第２所定期間は、前記劣化判定の実行を禁止することにより、前記ＮＯｘ触媒の下流に流出する過剰なＮＯｘが当該ＮＯｘ触媒の劣化判定に関し誤判定を生じさせる懸念を解消することができるようになる。よって、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定にかかる精度や信頼性の向上が図られるようになる。
【０１５０】
また、前記還元剤の供給と、当該還元剤の供給によって変化するＮＯｘ濃度との対応関係について、高い再現性を得ることができるようになり、前記検出されるＮＯｘ濃度に基づいて行われる前記ＮＯｘ触媒の劣化判定について、その精度や信頼性が一層向上するようになる。
【０１５１】
また、ＮＯｘ触媒の劣化の有無や劣化の程度を正確に反映するパラメータを基準としてＮＯｘ触媒の劣化判定が行われ、当該劣化判定に十分な精度や信頼性が確保されるようになる。
【０１５２】
また、前記ＮＯｘ触媒の劣化判定の機会を不要に損なうことなく、しかも十分に信頼性の高い劣化判定を行うことができるようになる。
【０１５３】
第２の発明によれば、前記ＮＯｘ触媒に対し、前記還元剤の供給が所定量ずつ周期的に行われることで当該ＮＯｘ触媒内のＮＯｘ吸蔵量が所定範囲内にある場合には、当該ＮＯｘ吸蔵量を正確に反映するパラメータとして前記検出されるＮＯｘ濃度を採用し、これを前記還元剤の供給態様（例えば供給タイミングや供給量）にフィードバック（フィードバック制御）することとなる。一方、前記還元剤の供給が行われることで、前記ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘの一部が還元・浄化されずに当該ＮＯｘ触媒の下流に流出し、前記検出されるＮＯｘ濃度に影響を及ぼすような場合には、予め設定された条件に従い所定量の還元剤が所定タイミングで前記ＮＯｘ触媒に供給されるようになる。
【０１５４】
すなわち、前記還元剤の供給が行われない状態が持続することにより、前記ＮＯｘ触媒内のＮＯｘ吸蔵量が変動する場合であれ、当該ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの浄化機能を常時安定して確保することができるようになる。
【０１５５】
また、前記フィードバック制御の制御性が阻害される懸念がなくなるまでに必要十分な期間のみ、当該フィードバック制御が禁止されることとなり、当該ＮＯｘ触媒の状態（ＮＯｘ吸蔵量）に応じた適正な制御を正確に選択して行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図。
【図２】燃料添加制御の実施に際し、触媒下流で観測されるＮＯｘ濃度の推移を示すタイムチャート。
【図３】排気温度Ｔexと触媒の活性度との関係を示すグラフ。
【図４】異なる条件下において触媒内に吸蔵されているＮＯｘの吸蔵量を例示するグラフ。
【図５】ＮＯｘ吸蔵量の異なる触媒について、燃料添加の実施後、触媒下流で観測されるＮＯｘ濃度の推移を示すタイムチャート。
【図６】同実施の形態にかかる燃料添加制御手順を示すフローチャート。
【図７】同実施の形態にかかるＳＯｘ被毒回復制御手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
１０  燃料供給系
１１  サプライポンプ
１２  コモンレール
１３  燃料噴射弁
１４  遮断弁
１６  調量弁
１７  燃料添加ノズル
２０  燃焼室
３０  吸気系
３１  インタークーラ
３２  スロットル弁
４０  排気系
４１  吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
４２  触媒ケーシング
５０  ターボチャージャ
５１  シャフト
５２  排気側タービンホイール
５３  吸気側タービンホイール
６０  ＥＧＲ通路
６１  ＥＧＲ弁
６２  ＥＧＲクーラ
７０  レール圧センサ
７１  燃圧センサ
７２  エアフロメータ
７３  空燃比（Ａ／Ｆ）センサ
７４  排気温センサ
７５  ＮＯｘセンサ
７６  アクセル開度センサ
７７  クランク角センサ
８０  電子制御装置（ＥＣＵ）
８１  中央処理装置（ＣＰＵ）
８２  読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
８６  外部入力回路
８７  外部出力回路
８８  双方向性バス
Ｐ１  機関燃料通路
Ｐ２  添加燃料通路
【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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