(57)【要約】【課題】  希薄燃焼内燃機関に関し、吸蔵型ＮＯX触媒の劣化状態を正確に把握することにより、ＮＯXの大気中への放出量の確実な低減と、リーン運転領域の拡大による燃費の向上とを可能とする。【解決手段】  排気通路内を酸化雰囲気とする希薄燃焼が可能な内燃機関において、排気通路に設けられ酸化雰囲気にてＮＯXを吸蔵し還元雰囲気にてＮＯXを放出する吸蔵型ＮＯX触媒６Ａと、吸蔵型ＮＯX触媒６Ａの下流に設けられＮＯX濃度を検出するＮＯXセンサ１０と、吸蔵型ＮＯX触媒６Ａの周囲雰囲気を調整する雰囲気調整手段２３と、雰囲気調整手段２３が吸蔵型ＮＯX触媒６Ａの周囲雰囲気を還元雰囲気としたときにＮＯXセンサ１０の出力値に基づいて吸蔵型ＮＯX触媒６Ａの劣化状態を判定する劣化判定手段２２とをそなえて構成する。【選択図】        図１
2006214444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路内を酸化雰囲気とする希薄燃焼が可能な内燃機関において、
前記排気通路に設けられ酸化雰囲気にてＮＯXを吸蔵し還元雰囲気にてＮＯXを放出する吸蔵型ＮＯX触媒と、
前記吸蔵型ＮＯX触媒の下流に設けられＮＯX濃度を検出するＮＯXセンサと、
前記吸蔵型ＮＯX触媒の周囲雰囲気を調整する雰囲気調整手段と、
前記雰囲気調整手段が前記吸蔵型ＮＯX触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気としたときに前記ＮＯXセンサの出力値に基づいて前記吸蔵型ＮＯXの劣化状態を判定する劣化判定手段と、をそなえた
ことを特徴とする希薄燃焼内燃機関。
【請求項２】
前記劣化判定手段は、前記ＮＯXセンサの出力値から前記吸蔵型ＮＯX触媒に流入するＮＯX濃度を減算して前記吸蔵型ＮＯX触媒の劣化状態を判定する
ことを特徴とする請求項１記載の希薄燃焼内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸蔵型ＮＯX触媒をそなえ希薄燃焼可能な内燃機関に関し、特に、かかる吸蔵型ＮＯX触媒の劣化を検出することができる、希薄燃焼内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、排ガス中の酸素が過剰になる酸素過剰雰囲気でもＮＯXが浄化できるＮＯX触媒が開発されており、希薄燃焼内燃機関においては、このＮＯX触媒を設けることで希薄燃焼時のＮＯXを浄化するようにしている。
このＮＯX触媒としては、ＮＯXを触媒上に吸蔵させることにより排ガス中のＮＯXを浄化する吸蔵型ＮＯX触媒（トラップ型ＮＯX触媒）が開発されている。この吸蔵型ＮＯX触媒は、酸化雰囲気、即ち、酸素濃度過剰雰囲気では、排ガス中のＮＯを酸化させて硝酸塩を生成し、これによりＮＯXを吸蔵する一方、還元雰囲気、即ち、酸素濃度が低下した雰囲気では、ＮＯX触媒に吸蔵した硝酸塩と排ガス中のＣＯとを反応させて炭酸塩を生成し、これによりＮＯXを放出，分解する機能を有する。もちろん、吸蔵型ＮＯX触媒のＮＯX吸蔵量には限度がある。そこで、例えば、適宜の時間間隔でＮＯX触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気としてやることにより、触媒上に吸蔵したＮＯXを放出することができる。これにより、ＮＯX触媒によるＮＯX吸蔵性能を確保して、希薄燃焼運転時において排ガス中のＮＯXを浄化することができるようになるのである。
【０００３】
なお、このように吸蔵したＮＯXを放出して、吸蔵型ＮＯX触媒のＮＯX吸蔵量を再び増加させる操作を「復活」と称する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料や潤滑油内には、イオウ成分（Ｓ成分）が含まれており、このため、排ガス中にもこのようなイオウ成分が含まれている。ＮＯX触媒では、希薄燃焼運転時の酸素濃度過剰雰囲気でＮＯXを吸蔵するとともに、このようなイオウ成分も吸蔵する。つまり、イオウ成分は燃焼し、更にＮＯX触媒上で酸化されてＳＯ3になる。そして、このＳＯ3の一部はＮＯX触媒上でさらにＮＯX用の吸蔵剤と反応して硫酸塩となって、ＮＯX触媒に吸蔵する。
【０００５】
したがって、ＮＯX触媒には、硝酸塩と硫酸塩とが吸蔵されることになるが、硫酸塩は硝酸塩よりも塩としての安定度が高く、酸素濃度が低下した雰囲気とした場合でもその一部しか分解されないため、ＮＯX触媒に残留する硫酸塩の量は時間とともに増加する。これにより、ＮＯX触媒のＮＯX吸蔵能力が時間とともに低下し、ＮＯX触媒としての性能が劣化することになり、これを、Ｓ被毒という。
【０００６】
このように、劣化したＮＯX触媒をそのまま使用し続けると、浄化されない排気中のＮＯXがそのまま大気中に放出されることになる。したがって、Ｓ被毒等によるＮＯX触媒の劣化を判定して、劣化したＮＯX触媒は早期に交換やＳ被毒からの回復（再生）等の処置を施す必要がある。
このため、従来より、希薄燃焼内燃機関においてＮＯX触媒の劣化判定を可能にした技術が開発されており、例えば、特開平７−２０８１５１号公報には、ＮＯX触媒の下流側にＮＯXセンサをそなえ、酸素濃度が低下した雰囲気（還元雰囲気）としてＮＯXを放出した後の希薄燃焼運転時の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触媒の劣化（例えば、Ｓ被毒）を判定する技術が開示されている。
【０００７】
この技術は、ＮＯX触媒の後流のＮＯX濃度はＮＯX触媒が飽和すると上昇し、かつ、その上昇速度はＮＯX触媒のＮＯX吸蔵容量が減少するほど、即ち、ＮＯX触媒の劣化が進むほど大きくなることに着目したものである。
しかしながら、ＮＯXセンサには、個体バラツキや経時変化があるので、検出したＮＯX濃度の値は、単にＮＯX触媒の劣化（Ｓ被毒）のみならず、これらの要因によっても変化する。このような種々の要因により変化するＮＯX濃度値を単純に評価するのでは、正確な劣化判定をすることはできない。
【０００８】
また、ＮＯX触媒を還元雰囲気にした際、吸蔵されていたＮＯXの全てが放出されたとは限らず、少なからずＮＯXが残存していることもある。このような場合、ＮＯX触媒から大気中に放出されるＮＯX濃度は、ＮＯX触媒の劣化が進んだときと同様に短時間で上昇するため、単にＮＯXセンサで検出されるＮＯX濃度の高低差に基づいた判定では、ＮＯX触媒のＮＯX吸蔵容量が飽和しただけの状態を劣化と判定してしまう可能性がある。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、吸蔵型ＮＯX触媒の劣化状態を正確に把握することにより、ＮＯXの大気中への放出量の確実な低減と、リーン運転領域の拡大による燃費の向上とを可能とした、希薄燃焼内燃機関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】
【００１０】
上述の目的を達成するために、請求項１記載の本発明の希薄燃焼内燃機関は、排気通路内を酸化雰囲気とする希薄燃焼が可能な内燃機関において、前記排気通路に設けられ酸化雰囲気にてＮＯxを吸蔵し還元雰囲気にてＮＯxを放出する吸蔵型ＮＯx触媒と、前記吸蔵型ＮＯx触媒の下流に設けられＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサと、前記吸蔵型ＮＯx触媒の周囲雰囲気を調整する雰囲気調整手段と、前記雰囲気調整手段が前記吸蔵型ＮＯx触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気としたときに前記ＮＯxセンサの出力値に基づいて前記吸蔵型ＮＯx触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段と、をそなえたことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２記載の本発明の希薄燃焼内燃機関は、請求項１のものにおいて、前記劣化判定手段は、前記ＮＯxセンサの出力値から前記吸蔵型ＮＯx触媒に流入するＮＯｘ濃度を減算して前記吸蔵型ＮＯx触媒の劣化状態を判定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の希薄燃焼内燃機関によれば、ＮＯXの吸蔵による吸蔵型ＮＯX触媒の単なる飽和を劣化と誤判定することがなく、常に正確な劣化判定が可能になり、ＮＯXの大気中への放出低減とともに、希薄運転領域の拡大による燃費の向上をはかることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
まず、図１〜図４を参照して本発明の第１実施形態の希薄燃焼内燃機関について説明する。
本希薄燃焼内燃機関の構成の概要は、図２に示すように、４サイクルエンジンであって、火花点火式で、且つ、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射型内燃機関（筒内噴射エンジン）として構成される。
【００１４】
燃焼室１には、吸気通路２および排気通路３が連通しうるように接続されており、吸気通路２と燃焼室１とは吸気弁４によって連通制御されるとともに、排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によって連通制御されるようになっている。
また、吸気通路２には、図示しないエアクリーナ及びスロットル弁が設けられており、排気通路３には、排気浄化装置６および図示しないマフラ (消音器）が設けられている。
【００１５】
また、燃焼室１の上部中央には点火プラグ７が設けられ、燃焼室１の上部側縁にはインジェクタ８が設けられている。
このインジェクタ（燃料噴射弁）８は、その開口を燃焼室１に臨ませるように配置されている。
このような構成により、図示しないスロットル弁の開度に応じ吸入された空気は、吸気弁４の開放により燃焼室１内に吸入され、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０からの信号に基づいてインジェクタ８から直接噴射された燃料と混合される。そして、点火プラグ７の適宜のタイミングでの点火により燃焼せしめられて、エンジントルクを発生させたのち、燃焼室１内から排出ガスとして排気通路３へ排出され、排気浄化装置６で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯXの３つの有害成分を浄化されてから、マフラで消音されて大気側へ脱離されるようになっている。
【００１６】
この排気浄化装置６は、吸蔵型ＮＯX触媒（以下、単にＮＯX触媒という）６Ａと三元触媒６Ｂとを組み合わせたものになっている。つまり、空燃比がリーンの場合は、排ガス中にはＣＯ，ＨＣはほとんど含まれない一方でＮＯX濃度は急増するが、このＮＯXを、酸化雰囲気（即ち、酸素過剰雰囲気）で機能するＮＯX触媒６Ａにより吸蔵し、理論空燃比下では三元触媒６Ｂの三元機能により排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯXを浄化するようになっているのである。
【００１７】
ところで、ＮＯX触媒６Ａは、ＮＯXを吸蔵し続けているとやがて飽和状態に達し、吸蔵しきれなくなったＮＯXは大気中に放出されてしまうことになる。そこで、ＮＯX触媒６Ａが飽和状態に達したときは、吸蔵されたＮＯXを一度放出してやる必要があるが、このＮＯXの放出は、ＮＯX触媒６Ａの周囲雰囲気を還元雰囲気（即ち、酸素不足状態）とすることで吸蔵されているＮＯXをＮＯ2として脱離し、さらに、ＨＣ，ＣＯ（還元剤）の供給によりＮＯ2を還元してＮ2として排出することにより行なうようになっている。
【００１８】
ここで、本希薄燃焼内燃機関におけるＮＯX触媒６ＡからのＮＯXの放出について、さらに詳しく説明する。
本希薄燃焼内燃機関のような筒内噴射エンジンでは、燃料噴射の態様として、上述の層状超リーン燃焼によるリーン運転を実現し燃費を向上させるために圧縮行程中で燃料噴射を行なう後期噴射モードと、予混合燃焼によるリーン運転を実現し、緩加速による出力を得るために吸気行程中に燃料噴射を行なう前期噴射モードと、予混合燃焼によるストイキオ運転を実現し、前期噴射モードより出力を向上させるために吸気行程中に燃料噴射を行なうストイキオモードと、予混合燃焼によるリッチ運転を実現し、ストイキオモードより出力を向上させるエンリッチモードとが設けられており、エンジンの運転状態に応じて切り換えられるようになっている。
【００１９】
そして、前述のような各リーン運転のもとでは、ＮＯX触媒６Ａの周囲は酸化雰囲気になっているので、ＮＯX触媒６Ａには希薄燃焼により生じたＮＯXが吸蔵されていくが、こうして吸蔵されたＮＯXは還元雰囲気下で放出，分解されるので、ＮＯX触媒６Ａに吸蔵されたＮＯXを放出するために、排気通路を還元雰囲気にする雰囲気調整手段２３がそなえられている。この雰囲気調整手段２３は、燃料噴射制御を利用して還元雰囲気をつくるようになっている。
【００２０】
つまり、本実施形態にかかる希薄燃焼内燃機関のＥＣＵ２０には、図１の機能ブロック図に示すように、モード選択手段２４と燃料噴射制御手段２５とが設けられている。
モード選択手段２４では、エンジン回転数Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じて上述のような各モードの中から一つを選択するようになっている。
また、燃料噴射制御手段２５には、エンジン出力を得るための通常の燃焼を行なうべく燃料を噴射する通常燃料噴射制御手段２６と、還元雰囲気をつくるための追加燃料噴射制御手段２７とが備えられている。
【００２１】
通常燃料噴射制御手段２６は、モード選択手段２４で設定されたモードに応じた燃料噴射制御マップを選択して、この選択した燃料噴射制御マップを用いて、エンジン回転数Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じて、通常の燃焼を行なうための燃料噴射量及び噴射時期（即ち、燃料噴射終了時期及び燃料噴射開始時期）を設定する。
なお、エンジン回転数Ｎｅにはエンジン回転数センサ１３の検出情報（又は、演算情報）が用いられ、平均有効圧力Ｐｅは、有効圧力演算手段２８の演算情報が用いられる。この有効圧力演算手段２８では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）１４で検出されたアクセル開度θの各情報から平均有効圧力Ｐｅを算出する。
【００２２】
追加燃料噴射制御手段２７は、ＮＯX触媒６Ａの復活及び再生のために行なう燃料噴射を制御するものである。この追加燃料噴射は、排ガス中のＨＣ，ＣＯの確保やエンジンの出力トルクへの影響を考慮して各気筒の膨張行程内（できれば膨張行程でも末期に近いタイミングが好ましい）に追加燃料噴射を行なうようにしている。
ＮＯｘ触媒６Ａの復活とは、ＮＯX触媒６ＡのＮＯX吸蔵性能を確保するための処理であり（この処理を復活制御という）、また、ＮＯX触媒６Ａの再生とは、ＮＯX触媒６Ａに吸蔵されたＳＯXを放出させることで、ＮＯX触媒６ＡがＳＯXを吸蔵したことにより低下（劣化）したＮＯX吸蔵性能を再び向上させるための処理である（この処理を再生制御という）。
【００２３】
したがって、追加燃料噴射制御手段２７の制御により行なわれる追加燃料噴射は、ＮＯX触媒６Ａの復活のための追加燃料噴射（これを、復活用追加燃料噴射という）と、ＮＯX触媒６Ａの再生のための追加燃料噴射（これを、再生用追加燃料噴射という）とがある。詳細は後述するが、復活用追加燃料噴射では、この追加燃料噴射によりＮＯX触媒６Ａの周囲を酸素濃度の低下した状態、即ち、還元雰囲気にしてＮＯX触媒６ＡからのＮＯX放出を促し、再生用追加燃料噴射では、この追加燃料噴射によりＮＯX触媒６Ａの周囲を所定温度以上の高温で且つ酸素濃度の低下した状態、即ち、還元雰囲気にしてＮＯX触媒６ＡからのＳＯX放出を促すようになっている。
【００２４】
なお、ＮＯX触媒６Ａの再生及び復活のために触媒周囲雰囲気を還元雰囲気にする方法としては、追加燃料噴射は用いずに、通常燃料噴射において空燃比をリッチ化するという方法でもよい。
また、ＮＯX触媒６Ａの再生のために触媒周囲雰囲気を所定温度以上の高温とする方法としては、通常燃料噴射において点火時期を遅角する方法でもよい。
【００２５】
雰囲気調整手段２３は、このような追加燃料噴射によりＮＯX触媒６Ａの周囲を還元雰囲気（酸素濃度の低下した状態）とする機能であり、追加燃料噴射制御手段２７と、この追加燃料噴射制御手段２７の制御により図示しないインジェクタドライバを通じて駆動され追加燃料噴射を行なうインジェクタ（燃料噴射弁）８とから構成されている。
ところで、復活用追加燃料噴射は復活制御用判定手段２１の判定に基づいて行なわれ、再生用追加燃料噴射は劣化判定手段としての再生制御用判定手段２２の判定に基づいて行なわれるようになっている。
【００２６】
復活制御用判定手段２１は、復活制御を行なう必要があるか否かを判定すべく、吸気リーンモードや圧縮リーンモード等のリーンモードでの運転が所定時間（例えば、約６０秒）行なわれたか否かを判定するものである。このため、復活制御用判定手段２１には、タイマ１２のカウント値が読み込まれるようになっている。
そして、この復活制御用判定手段２１によって、リーンモードでの運転が所定時間（例えば、約６０秒）行なわれたと判定された場合は、復活制御を行なう必要があると判定し、復活用追加燃料噴射に関する制御信号を追加燃料噴射制御手段２７に出力するようになっている。
【００２７】
再生制御用判定手段（劣化判定手段）２２は、再生制御を行なう必要があるか否かを判定すべく、ＮＯX触媒６Ａの劣化を判定するものである。この劣化判定の詳細は後述するが、この再生制御用判定手段（劣化判定手段）２２によって、ＮＯX触媒が劣化していると判定された場合には、再生制御を行なう必要があるため、再生用追加燃料噴射に関する制御信号を追加燃料噴射制御手段２７に出力するようになっている。
【００２８】
ところで、上述の復活制御を行なうのは、吸気リーンモードや圧縮リーンモード等のリーンモードでの運転が行なわれると、ＮＯX触媒６Ａの近傍は酸素過剰雰囲気となり、ＮＯX吸蔵反応が進むため、これらのリーンモードが所定時間（例えば約６０秒）以上行なわれると、ＮＯX触媒６Ａに多量のＮＯXが吸蔵されて、ＮＯX触媒６ＡによるＮＯX浄化効率が徐々に低下することになるからである。
【００２９】
そこで、復活制御では、復活制御用判定手段２１によりリーンモードが所定時間（例えば約６０秒）以上行なわれたと判定されると、ＮＯX触媒６Ａの近傍が酸素濃度の低下した還元雰囲気となるように追加燃料噴射を行なうが、この追加燃料噴射では、空燃比が理論空燃比よりもやや小さく（例えば約１３）なるように、短時間（例えば約２秒間）だけ燃料噴射を行なうことで、排気通路内を還元雰囲気とする。
【００３０】
また、上述の再生制御を行なうのは、所定時間（例えば、約６０秒）毎にＮＯX触媒６Ａの復活制御を行なったとしても、ＮＯX触媒６Ａの近傍が酸素過剰雰囲気（リーン雰囲気、即ち、酸化雰囲気）となると、ＮＯX触媒６Ａには、例えばＳＯXも徐々に吸蔵していき、ＮＯX触媒６Ａの近傍の酸素濃度が低下して排気空燃比が還元雰囲気になっても、このＳＯXはＮＯX触媒６Ａに吸蔵したままとなってしまうため、ＳＯXの吸蔵分だけＮＯX触媒６ＡによるＮＯXの浄化能力が低下（Ｓ被毒）するなど、復活制御では除去できない劣化要因が生じるからである。
【００３１】
そこで、再生制御では、再生制御用判定手段（劣化判定手段）２２により、ＮＯX触媒６Ａが劣化したと判定されると、ＮＯX触媒６Ａの近傍を酸素濃度が低下した雰囲気（例えば、Ａ／Ｆ＝約１２）とし、かつ、所定温度（例えば、約６００℃）以上となるように、所定時間（例えば、約３分）追加燃料噴射を行なうようにしている。
ところで、劣化判定手段２２では、ＮＯXセンサ１０，ＮＯX触媒温度センサ（高温センサ：ＮＯX触媒の上流もしくは下流に取り付けて排気温を測定しこれをＮＯX触媒温度の代表とする）１１，エンジン回転数センサ１３，有効圧力演算手段２８，ＮＯX吸蔵量推定手段２９からの情報に基づいて、上述のリーン運転を行なっている期間に得られるＮＯX濃度αを評価しながら、ＮＯX触媒６Ａの劣化を判定するようになっている。
【００３２】
図３は、復活用の追加燃料噴射の前後にわたる空燃比、ＮＯX吸蔵総量Ａ(n) 、ＮＯX吸蔵サイト残存率Ｃ(n) 、ＮＯX濃度αの変化の一例を示すものである。なお、Ａ(n) ，Ｃ(n) については後述する。
図３に示すように、復活用の追加燃料噴射が終了すると（時点ｔ0）、劣化判定手段２２では、タイマ１２のカウントを開始して、復活制御の終了（時点ｔ0）から所定時間tt01経過した時点（時点ｔ1）を起点として、ＮＯXセンサ１０から入力されるＮＯX濃度αを所定の周期でサンプリングしていく。そして、サンプリング開始（時点ｔ1）から時間tt12経過した時点（時点ｔ2）でサンプリングを終了し、サンプリングした各ＮＯX濃度の平均値γを算出する。
【００３３】
ただし、サンプリングしたＮＯX濃度は、ＮＯX触媒６Ａの劣化以外の要因でも変化するため、排気ガス中のＮＯX量をより正確に推定するために適宜の補正を施して平均値γを算出する。つまり、ＮＯXセンサ１０は、その個体バラツキにより又は経時変化により検出精度に少なからず誤差が生じており、ＮＯXセンサ１０が検出するＮＯX濃度αにも、その検出誤差分のＮＯX濃度α0を含んでいる。
【００３４】
そこで、この検出誤差分のＮＯX濃度α0をあらかじめ把握して補正する必要があるが、ここでは、例えば、復活処理直後において、モードがストイキオフィードバック運転になっており、かつアイドル等の低負荷低回転運転状態において検出したＮＯX濃度を、検出誤差分のＮＯX濃度（ＮＯXセンサ補正量）α0とし、劣化判定手段２２内の記憶手段に記憶するようになっている。
【００３５】
つまり、低負荷低回転でのストイキオフィードバック運転時においてＮＯX触媒６Ａが完全に機能している場合は、ＮＯX濃度は実質的にゼロとなるので、ＮＯXセンサ１０が正常であれば、ＮＯXセンサ１０が検出するＮＯX濃度もゼロとなるはずである。したがって、このときＮＯXセンサ１０が一定のＮＯX濃度α0を検出していれば、これが検出誤差分のＮＯX濃度、即ち、ＮＯXセンサ補正量α0となるのである。そして、このＮＯXセンサ補正量α0の設定は、設定条件（即ち、復活処理直後，ストイキオフィードバックモード，低負荷低回転状態）が整う度に行なわれ、劣化判定手段２２内の記憶手段における記憶が更新されるようになっている。
【００３６】
こうして、ＮＯXセンサ補正量α0によってＮＯXセンサ１０が検出するＮＯX濃度αを補正することにより、ＮＯXセンサ１０の個体バラツキが補償され、さらに、ＮＯXセンサ補正量α0の設定は設定条件が整う度に行なわれるので、検出したＮＯX濃度αから経時変化の影響も排除されるようになるのである。
このようにして設定されたＮＯXセンサ補正量α0により、サンプリングした各ＮＯX濃度の平均値γを補正する（例えば、減算）することにより、排気ガス中に含まれるＮＯX濃度の平均値γを算出するようになっているのである。
【００３７】
この補正済平均値（以下、単に平均値という）γは、リーン運転時においてＮＯX触媒６Ａの下流で検出されるＮＯX濃度の評価値であり、この平均値γが大きいほど、ＮＯX触媒６Ａで吸蔵されずに下流へ排出されるＮＯX量が多い、即ち、ＮＯX触媒６Ａの劣化が進んでいる可能性が高い。そこで、この平均値（以下、評価値という）γを予め設定された判定基準値γ0と比較して、γ≦γ0ならば劣化していると一応判定することができる。
【００３８】
なお、判定基準値γ0は、有効圧力演算手段２８から入力される有効圧力（負荷情報）Ｐｅと、エンジン回転数センサ１３から入力されるエンジン回転数Ｎｅとで定まるマップに基づいて設定している。また、上述の時間tt01は、ＮＯX触媒６Ａから排出されるＮＯX濃度が劣化前後で十分に差がでる時間に設定する。これは、劣化後でも復活処理直後は排出ＮＯX濃度の差が小さいためである。時間tt12はＮＯX触媒６Ａから排出されるＮＯXの濃度を正確に評価するために十分なサンプリング数を取れる時間とする。
【００３９】
このように、復活制御の終了から所定時間（時間tt01）経過後の所定区間（時間tt12）でのリーン運転中に得られるＮＯX濃度の評価値γを評価することにより、ＮＯX触媒６Ａの劣化の度合いをある程度評価することができる。
しかしながら、復活制御を行なったとしても、ＮＯX触媒６Ａに吸蔵されていたＮＯXの全てが放出されたとは限らず、少なからぬＮＯXが残存している可能性は高い。そして、リーン運転再開時にＮＯX触媒６Ａに相当のＮＯXが残存していた場合、ＮＯX触媒６Ａの下流のＮＯX濃度αは、ＮＯX触媒６Ａの劣化が進んだときと同様に短時間で上昇するため、これをＮＯX触媒６Ａの劣化と誤判定してしまう可能性がある。
【００４０】
そこで、評価値γの評価を行なうとともに、それが真にＮＯX触媒６Ａの劣化に基づくものかどうかも判定する必要がある。この判定は、劣化判定手段２２が、ＮＯX吸蔵量推定手段２９から入力されるＮＯX吸蔵総量Ａ、即ち、ＮＯX触媒６Ａに吸蔵されているＮＯXの総量推定値に基づいて行なうようになっている。
ＮＯX吸蔵量推定手段２９は、ＮＯX触媒６Ａに吸蔵されるＮＯX量（ＮＯX吸蔵量）Ｑと、ＮＯX触媒６Ａから放出されるＮＯX量（ＮＯXパージ量）Ｂとを推定し、推定したＮＯX吸蔵量ＱとＮＯXパージ量Ｂとに基づいてさらにＮＯX吸蔵総量Ａを推定するようになっている。
【００４１】
まず、ＮＯX吸蔵量Ｑは次式により推定するようになっている。
Ｑ＝Ｋ×ｑNOx×ＫSV×ＫCC                      ・・・・・・・（１）
ここで、（１）式中の係数及び量について説明する。
ＫはＮＯX触媒６ＡのＮＯX吸蔵能力を示す係数（ＮＯX吸蔵能力係数）であり、ＮＯX触媒６Ａの飽和状態と関係するものであり、飽和状態に近づくほど、流入したＮＯX量ｑNOxのうち吸蔵されるＮＯX量の割合が少なくなることを示す。そこで、ＮＯX吸蔵能力係数Ｋは、さらに次式で示されるようになっている。
【００４２】
Ｋ＝Ｃ(n) ×Ｃ1                              ・・・・・・・（２）
（２）式において、Ｃ(n)はＮＯX触媒６Ａに吸蔵可能な空き容量率（吸蔵サイト残存率）であり、ＮＯX触媒６Ａの全ＮＯX吸蔵容量に対する空き容量の比率である。この空き容量率Ｃ(n) が小さいほど、ＮＯX触媒６ＡのＮＯX吸蔵能力は飽和状態に近づいていることを示す。この空き容量率Ｃ(n) の詳細については後述する。Ｃ１は空き容量率Ｃ(n)に対する補正係数であり、ＮＯX触媒６Ａの触媒特性によって設定する。なお、（２）式に示すような設定方法の他、空き容量率Ｃ(n) に対するマップよりＮＯX吸蔵能力係数Ｋを設定するようにしてもよい。
【００４３】
また、ｑNOxはＮＯX触媒６Ａへ流入するＮＯX量であり、有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅにより変化する。そこで、有効圧力Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとから流入ＮＯX量ｑNOxを定めるマップを予め作成しておき、有効圧力演算手段２８，エンジン回転数センサ１３からそれぞれ入力される有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅを上述のマップに照らし合わせることにより設定するようになっている。ここでは、一制御周期間にＮＯX触媒６Ａへ流入するＮＯX量に相当するものとする。
【００４４】
ＫSVはＮＯX吸蔵ガス量係数であり、ＮＯX触媒６Ａに全くＮＯXが吸蔵されていない状態において、流入したＮＯX量ｑNOxのうちのＮＯX触媒６Ａへ吸蔵されるＮＯX量の割合に相当し、一度に流入するガス量（ＮＯX量ｑNOx）が多いほど、吸蔵されるＮＯX量の割合が小さくなることを示している。ここでは流入ＮＯX量ｑNOxで定まるマップに基づいて設定している。
【００４５】
ＫCCはＮＯX吸蔵温度係数であり、ＮＯX吸蔵能力の温度の影響に相当し、ＮＯX触媒温度センサ１１で検出されたＮＯX触媒温度θc.c で定まるマップに基づいて設定している。
一方、ＮＯXパージ量Ｂは次式により推定するようになっている。
Ｂ＝ｑCO×ＫC0×ＫTCO×Ｄ                      ・・・・・・・（３）
（３）式中の係数及び量について説明する。
【００４６】
ｑCOはＮＯX触媒６Ａへ流入するＣＯ量である。
ＮＯX触媒６Ａへ吸蔵されたＮＯXは、ＣＯ（還元剤）が供給されると、ＮＯX触媒６Ａから放出される。この放出量は、当然、供給されるＣＯ量に応じて多くなる。
そこで、ＮＯX触媒６Ａへ流入するＣＯ量ｑCOをＮＯXパージ量Ｂを算出する際のパラメータとしている。この流入ＣＯ量ｑCOは、ＮＯX量ｑNOxと同様に有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅにより変化する。そこで、有効圧力Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとから定まるマップに基づいて流入ＣＯ量ｑCOを設定するようになっている。ここでは、流入ＣＯ量ｑCOは、一制御周期間にＮＯX触媒６Ａへ流入するＣＯ量とする。
【００４７】
ＫCOはＮＯX触媒６ＡからＮＯXを放出させる能力を示す係数（ＮＯXパージ能力係数）であるが、ＮＯXパージ能力係数ＫCOはＮＯX触媒６Ａに吸蔵されたＮＯX吸蔵総量Ａに応じて設定するものであり、ここでは、ＮＯX吸蔵総量Ａに対するマップよりＮＯXパージ能力係数ＫCOを設定するようになっている。ただし、ここで用いるＮＯX吸蔵総量Ａは前回制御周期にて算出したＮＯX吸蔵総量Ａである。
【００４８】
ＫTCOはＮＯXパージ温度係数、即ち、ＮＯX触媒６ＡからＮＯXを放出させる能力の温度に対する係数を示している。このＮＯXパージ温度係数ＫTCOをＮＯXパージ量Ｂの算出パラメータとしているのは、ＣＯによるＮＯX放出能力は反応の際の雰囲気温度により変化するからであり、ここでは、ＮＯX触媒温度センサ１１で検出した触媒温度θc.c に対するマップよりＮＯXパージ温度係数ＫTCOを設定するようになっている。
【００４９】
そして、Ｄは変換係数であり、ＮＯX吸蔵量Ｑと合わせるために流入したＣＯ量を放出されたＮＯX量へ変換するためのものである。
こうして、ＮＯX吸蔵量Ｑ及びＮＯXパージ量Ｂが定まると、次式によりＮＯX吸蔵総量Ａを算出するようになっている。ただし、今回（ｎ）の制御周期におけるＮＯX吸蔵総量ＡをＡ(n) とし、前回（ｎ−１）の制御周期におけるＮＯX吸蔵総量ＡをＡ(n-1) とする。
【００５０】
Ａ(n) ＝Ａ(n-1) ＋Ｑ(n) −Ｂ(n)                 ・・・・・・・（４）
（４）式に示すように、制御周期毎にＮＯX吸蔵量Ｑ(n) 及びＮＯXパージ量Ｂ(n) を算出し、前回（ｎ−１）の制御周期におけるＮＯX吸蔵総量Ａ(n-1) に加算又は減算していくことにより、ＮＯX吸蔵総量Ａ(n) を更新していくようになっているのである。
ただし、ＮＯX触媒６Ａは、周囲雰囲気によってＮＯXを吸蔵したり放出したりする特性であるので、常に流入ＮＯX量ｑNOxや流入ＣＯ量ｑCOに応じてＮＯX触媒６Ａ上にＮＯXが吸蔵，放出されるわけではない。このため、ＮＯX触媒６Ａが、リーン運転時においてＮＯXを吸蔵し、リッチ運転及びストイキオ運転時においてＮＯXを放出する触媒特性であるとすると、ＮＯX吸蔵量Ｑ(n) はリーン運転時においてのみ加算され、ＮＯXパージ量Ｂ(n) はリッチ運転及びストイキオ運転時において減算されるようになっている。また、ＮＯX触媒６Ａの特性によっては、ストイキオ運転時にＮＯX吸蔵量Ｑ(n) もしくはそれに所定の係数を掛けたものを加算するようにしてもよい。なお、ＮＯX吸蔵総量Ａ(n) の初期値Ａ(0) は、ＮＯX触媒６Ａが未使用の時点に対応するので０である。
【００５１】
劣化判定手段２２は、ＮＯX吸蔵量推定手段２９から入力されるＮＯX吸蔵総量Ａ(n) に基づいて、ＮＯｘ濃度平均値γに基づき一応判断されるＮＯX触媒６Ａの劣化が、真にＮＯX触媒６Ａの劣化に基づくものかどうか評価するようになっている。
まず、劣化判定手段２２は、制御周期毎に入力されるＮＯX吸蔵総量Ａ(n) に基づきＮＯX触媒６Ａの空き容量率Ｃ(n) を次式により求める。
【００５２】
Ｃ(n) ＝〔Ｑmax−Ａ(n) 〕／Ｑmax            ・・・・・・・（５）
（５）式において、ＱmaxはＮＯX触媒６ＡにおけるＮＯX吸蔵量の飽和値である。このＮＯX吸蔵量の飽和値Ｑmaxは、ＮＯX触媒６Ａの温度により変化するので、ここでは、ＮＯX触媒温度センサ１１で検出した触媒温度θc.c に対するマップより飽和値Ｑmaxを設定するようになっている。
【００５３】
ここで、図３に示すように、ＮＯX触媒６Ａの空き容量率Ｃ(n) が少なくなるにつれ、ＮＯX濃度αも上昇していくが、もしＮＯX触媒６Ａの劣化（ＳＯX等の付着）が無ければ、空き容量率Ｃ(n) の減少率とＮＯX濃度αの上昇率とは常に対応するはずである。しかしながら、実際には、ＮＯX触媒６ＡにはＮＯX以外にもＳＯX等が吸蔵されており、しかも、ＳＯX等はＮＯX放出のための通常の復活処理では放出されず、ＮＯX触媒６Ａに残留する。このため、実際のＮＯX触媒６Ａの空き容量率は、ＳＯX等の吸蔵による劣化度合いに応じて（５）式で算出した空き容量率Ｃ(n) よりも小さくなる。
【００５４】
その結果、ＳＯX等の吸蔵によりＮＯX触媒６Ａの劣化が進むと、空き容量率Ｃ(n) は十分大きいのにもかかわらず、ＮＯX濃度αが高くなるという現象が生じることになる。これは、一定のＮＯX濃度αで比較したとき、空き容量率Ｃ(n) が高いほどＮＯX触媒６Ａの劣化が進んでいることを意味している。
したがって、劣化判定手段２２は、算出した空き容量率Ｃ(n) を所定値Ｃ0と比較し、この所定値Ｃ0以上であれば、真にＮＯX触媒６Ａが劣化していると判定するようになっている。なお、所定値Ｃ0は、ＮＯｘ濃度平均値（評価値）γの判定基準値γ0と対応し、ＮＯX触媒６Ａが劣化しているかを判定する判定値としての空き容量率の値である。所定値Ｃ0は、判定基準値γ0とともに、有効圧力演算手段２８から入力される有効圧力Ｐｅと、エンジン回転数センサ１３から入力されるエンジン回転数Ｎｅとで定まるマップに基づいて設定するようになっている。
【００５５】
このように、劣化判定手段２２は、リーン運転時のＮＯX濃度αとＮＯX触媒６Ａに吸蔵されているＮＯXの総量Ａとを併せて評価することにより、ＮＯX触媒６Ａが劣化しているかどうかを判定するようになっているが、この判定を適正に行なうためには、さらに種々の条件が必要になる。そこで、劣化判定手段２２では、上述のＮＯｘ濃度α及びＮＯX吸蔵総量Ａの評価を含めて、各種条件が成立したときにＮＯX触媒６Ａが劣化していると判定するようになっている。
【００５６】
つまり、劣化判定手段２２では、以下の第１〜第７の条件が全て成立した時、ＮＯX触媒６Ａが劣化していると判定する。
まず、第１条件は、有効圧力演算手段２８から入力される有効圧力Ｐｅと、エンジン回転数センサ１３から入力されるエンジン回転数Ｎｅとが、復活制御時の所定時間tta（前述のサンプリング時間tt12以上）の間、ほぼ一定である（即ち、有効圧力Ｐｅの変動が所定値以内で且つエンジン回転数Ｎｅの変動幅が所定値以内に収まっている）ことである。
【００５７】
前述のように、ＮＯX触媒６Ａから放出されるＮＯXの濃度αを正確に評価するため、ＮＯX濃度αの十分なサンプルをとる必要があるが、ＮＯX濃度αはエンジンの負荷状態や回転数状態により変化するため、ＮＯX濃度αを評価するためには、少なくともサンプリング時間tt12中はエンジンの負荷状態や回転数状態が一定であることが必要となる。本実施形態では、このエンジンの負荷状態として有効圧力Ｐｅを用いており、これらの有効圧力Ｐｅやエンジン回転数Ｎｅがほぼ一定（即ち、各変動幅がそれぞれ所定値以内）であることを前提条件としているのである。
【００５８】
次に、第２条件は、評価値γが判定基準値γ0以上であることである。前述のように、ＮＯｘ触媒６Ａが劣化していれば、流入するＮＯｘを十分に吸蔵することができないため、評価値（リーン運転開始から一定時間経過後のＮＯｘ濃度平均値）γが判定基準値γ0以上に上昇するはずである。このため、評価値γが判定基準値γ0以上であることを劣化条件としているのである。
【００５９】
第３条件は、ＮＯX触媒６Ａの空き容量率Ｃ(n) が所定値Ｃ0以上であることである。前述のように、（５）式で算出される空き容量率Ｃ(n) にはＳＯX等の吸蔵による空き容量の減少分は含まれていないため、一定のＮＯX濃度αで比較したとき、空き容量率Ｃ(n) が高いほどＮＯX触媒６Ａの劣化が進んでいるとみなすことができる。このため、判定基準値γ0に対応して劣化の判定基準となる所定値Ｃ0を設定し、評価値γが判定基準値γ0以上になったときに、空き容量率Ｃ(n) が所定値Ｃ0以上となっていることを条件としたものである。
【００６０】
第４条件は、ＮＯX触媒温度センサ１１で検出される触媒温度θC.CがＮＯX触媒６Ａが有効に機能する所定温度範囲内であることである。ＮＯX触媒６Ａが有効に機能していることを確認するためである。
また、第５条件は、ＮＯX触媒温度センサ１１が正常であることであり、第６条件は、ＮＯXセンサ１０が正常であることである。
【００６１】
そして、第７条件は、上記の第１条件から第６条件までが、所定回数ｎ0以上連続して成立することである。これは、偶然に他の条件が成立した場合の誤判定を防止し、無駄な追加燃料噴射による燃費悪化や出力トルクの変動によるドライバの違和感を防止するためである。
以上の第１条件から第７条件までが全て成立した時、劣化判定手段２２は、ＮＯX触媒６Ａが劣化していると判定するのである。そして、劣化判定手段２２は、ＮＯX触媒６Ａに吸蔵されたＳＯX等を放出し、ＮＯX触媒６ＡのＮＯX吸蔵能力の回復、即ち、ＮＯX触媒６Ａの再生処理をするべく、追加燃料噴射制御手段２７に信号（再生処理用追加燃料噴射信号）を送るようになっている。
【００６２】
本発明の第１実施形態の希薄燃焼内燃機関は、上述のように構成されているので、例えば図４のフローチャートに示すようにしてＮＯX触媒６Ａの劣化判定と劣化時の再生処理が行なわれる。
まず、フラグＦ1が０か否かを判定する（ステップＳ１０）。このフラグＦ1は、劣化判定が開始されたか否かを示すものであり、劣化判定が開始されていない場合は０に設定され、劣化判定が開始されれば１に設定される。初期値は０に設定されており、ステップＳ２０において、ＮＯX触媒６ＡからＮＯXを放出するための追加の燃料噴射、即ち、復活制御が終了したと判定されたとき、フラグＦ1が１に設定され、タイマ１２のカウント値Ｔが０にリセットされ（ステップＳ３０）、ステップＳ４０以降の劣化判定処理が開始される。なお、復活制御は、復活制御用判定手段２１の判定によりリーン運転時間が所定時間（例えば６０秒）に達する毎に所定時間（例えば２秒程度）だけ行なわれる。
【００６３】
劣化判定手段２２では、リーンモードでの運転中にのみＮＯX触媒６Ａの劣化判定処理を行なうので、リーンモード（リーン運転）中か否か判定し（ステップＳ４０）、リーン運転中であれば、復活制御終了時点からのリーンモードによる運転時間をタイマ１２のカウント情報から求め、即ち、制御周期毎にリーン運転時間Ｔに所定の制御周期ｔを加算していき（ステップＳ５０）、リーン運転時間Ｔが所定時間tt01に達したか否かを判定する（ステップＳ６０）。
【００６４】
リーン運転時間Ｔが所定時間tt01に達したら、劣化判定手段２２では、まず、以下の判定を行なう。つまり、有効圧力演算手段２８から入力される有効圧力Ｐｅと、エンジン回転数センサ１３から入力されるエンジン回転数Ｎｅとがほぼ一定であるかどうかを判定し（第１条件、ステップＳ７０）、ＮＯX触媒温度センサ１１で検出される触媒温度θC.CがＮＯX触媒６Ａが有効に機能する所定温度範囲内であるか否かを判定し（第４条件、ステップＳ８０）、また、ＮＯX触媒温度センサ１１が正常であるか否か判定し（第５条件、ステップＳ９０）、さらに、ＮＯXセンサ１０が正常であるか否か判定する（第６条件、ステップＳ１００）。
【００６５】
ステップＳ７０からステップＳ１００までの判定条件が全て成立している場合、劣化判定手段２２では、リーン運転時間が所定時間tt01に達した時点から、ＮＯXセンサ１０から入力されるＮＯX濃度αを所定の周期でサンプリングしていく（ステップＳ１１０）。
そして、サンプリングしたＮＯX濃度αの平均値γを算出するとともに（ステップＳ１２０）、ＮＯX触媒６ＡのＮＯX吸蔵総量Ａに基づき、現時点におけるＮＯX触媒６Ａの空き容量率Ｃ(n) を算出する（ステップＳ１３０）。
【００６６】
なお、ＮＯX濃度αの平均値γを算出する際、予め設定したＮＯXセンサ補正量α0により補正を行ない、ＮＯXセンサ１０の個体バラツキや経時変化の影響を排除する。判定基準値γ0は、有効圧力Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとに対応するように、予め記憶している対応マップに照らし合わせることにより設定する。また、所定値Ｃ0は、有効圧力Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとに対応するように、予め記憶している対応マップに照らし合わせることにより設定する。
【００６７】
そして、リーン運転時間Ｔが所定時間tt01から、さらに所定時間tt12経過したとき（ステップＳ１４０）、所定時間tt12内でサンプリングしたＮＯX濃度αの平均値（評価値）γを判定基準値γ0と比較する（第２条件、ステップＳ１５０）。また、算出した空き容量率Ｃ(n) を所定値Ｃ0と比較する（第３条件、ステップＳ１６０）。
第１〜第６条件の全てが成立した時、条件成立回数ｎに１を加算する（ステップＳ１７０）。そして、劣化判定処理中を示すフラグＦ1を０に設定し（ステップＳ１８０）、条件成立回数ｎが所定回数ｎ0に達したか否かを判定する（第７条件、ステップＳ１９０）。
【００６８】
条件成立回数ｎが所定回数ｎ0に達したとき、即ち、所定回数ｎ0だけ連続して第１〜第７条件が成立したとき、劣化判定手段２２では、ＮＯX触媒６Ａが真に基準値を越えて劣化していると判断し、ＮＯX触媒６Ａに吸蔵されたＳＯX等を放出するための追加燃料噴射、即ち、ＮＯX触媒６Ａの再生処理が必要と判定する（ステップＳ２００）。
この劣化判定手段２２の判定に基づき、追加燃料噴射制御手段２７では、ＮＯX触媒６ＡからＳＯX等を放出させるための追加燃料噴射制御を行い、インジェクタ８より、所定の時間、ＳＯX等放出のための追加燃料噴射が行なわれ、これにより、ＮＯX触媒６Ａが再生される。
【００６９】
ＮＯX触媒６Ａの再生処理が完了した後は条件成立回数ｎを０にリセットし（ステップＳ２１０）、次回のＮＯX触媒６Ａの再生処理にそなえる。なお、ステップＳ１９０において、条件成立回数ｎが所定回数ｎ0に達しなかった場合は、条件成立回数ｎを保持したままステップＳ１０に戻り、次回の復活制御の終了を待って再び判定処理を行なう。
また、判定制御中、リーン運転でなくなると、ステップＳ４０からステップＳ２２０へ進みフラグＦ1を０に切り替えて判定処理を中止し、ステップＳ２３０で条件成立回数ｎを０にリセットする。
【００７０】
また、ステップＳ７０〜Ｓ１００において各条件が成立しなかった場合は、適正な判定が行なえないため、フラグＦ1を０に設定して判定処理を中止し（ステップＳ２４０）、条件成立回数ｎを０にリセットする（ステップＳ２５０）。
同様に、ステップＳ１５０，Ｓ１６０において各条件が成立しなかった場合も、再生処理を行なうほどＮＯX触媒６Ａは劣化していないと判断されるため、フラグＦ1を０に設定して判定処理を中止し（ステップＳ２６０）、条件成立回数ｎを０にリセットする（ステップＳ２７０）。
【００７１】
このように、本希薄燃焼内燃機関によれば、ＮＯXセンサ１０が検出するＮＯX濃度αからＮＯXセンサ１０の個体バラツキや経時変化の影響を排除することができるので、リーン運転時のＮＯX濃度αに基づく正確な劣化判定が可能になるともに、リーン運転時のＮＯX濃度αの高低のみならず、ＮＯX触媒６ＡへのＮＯX吸蔵量ＱやＮＯX触媒６ＡからのＮＯXパージ量Ｂに基づき算出されるＮＯX触媒６Ａ上に吸蔵したＮＯXの総量（ＮＯX吸蔵総量）Ａにも基づいてＮＯX触媒６Ａの劣化状態を判定しているので、単なるＮＯX触媒６Ａの飽和を劣化と誤判定することなく、常に正確な劣化判定が可能になるという利点がある。
【００７２】
これにより、ＮＯXの大気中への放出量を確実に低減することができ、また、誤判定や判定基準の甘さに基づく無駄な追加燃料噴射による燃費の悪化を防止し、リーン運転領域の拡大による燃費の向上をはかることができるという利点がある。
ところで、本発明の希薄燃焼内燃機関は、上述の実施形態に限られず、さらに、以下に説明する第２〜第６実施形態にかかる希薄燃焼内燃機関のように構成することも可能である。なお、以下の各実施形態の構成の説明においては、図１に示す第１実施形態にかかる希薄燃焼内燃機関の追加燃料噴射制御の制御系の要部構成の模式ブロック図を流用する。
【００７３】
まず、本発明の第２実施形態の希薄燃焼内燃機関の構成を説明すると、本希薄燃焼内燃機関は、第１実施形態にかかる希薄燃焼内燃機関とは、ＮＯX触媒６Ａ上に吸蔵したＮＯXの総量（ＮＯX吸蔵総量）Ａを算出するＮＯX吸蔵量推定手段２９の構成に相違がある。
本希薄燃焼内燃機関では、ＮＯX吸蔵総量Ａを以下の一次遅れ（１次フィルタによる近似）式により算出するようになっている。
【００７４】
Ａ(n) ＝ｆ×Ａ(n-1) ＋（１−ｆ）×Ｑmax−Ｂ(n)     ・・・・・（６）
上式において、ｆは０＜ｆ＜１となる係数であり、有効圧力Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとから定まるマップに基づいて設定するようになっている。
本発明の第２実施形態の希薄燃焼内燃機関は、このように構成されているので、第１実施形態のものと同様の利点が得られるとともに、さらに、ＮＯX吸蔵量Ｑを算出する必要がなく制御が簡単になる利点がある。なお、ＮＯX吸蔵総量Ａを算出するには、本実施形態のようにＮＯX吸蔵総量Ａの一次遅れ（１次フィルタ）による近似式からＮＯXパージ量Ｂを減算する方法の他、二次遅れ（２次フィルタ）による近似式を用いるようにしてもよい。
【００７５】
次に、本発明の第３実施形態の希薄燃焼内燃機関の構成を説明すると、本希薄燃焼内燃機関は第１，第２実施形態と異なり、図５に示すように、復活制御用判定手段２１，再生制御用判定手段（劣化判定手段）２２に加え、さらに、ＮＯX触媒６Ａ上に吸蔵されたＮＯXを完全に放出するための完全復活制御用判定手段３０がそなえられている。また、追加燃料噴射制御手段２７，劣化判定手段２２の構成にも相違があり、ＮＯX吸蔵量推定手段２９は設けられていない。
【００７６】
まず、完全復活制御用判定手段３０は、吸気リーンモードや圧縮リーンモード等のリーンモードでの運転における燃料積算値を算出するようになっており、インジェクタ８の駆動時間の積算値から燃料積算値を算出し、モード選択手段２４におけるモードの選択と組合せることにより、リーンモードでの燃料積算値を算出するようになっている。
なお、ここでいう完全復活制御とは、復活制御用判定手段２１の判定に基づく通常の復活制御では、ＮＯX触媒６Ａ上に吸蔵されたＮＯXが完全には放出されずに残留する場合があり、ＮＯX濃度に基づくＮＯX触媒６Ａの劣化判定における誤判定の原因となるので、劣化判定の前においてはＮＯXが完全に放出されるまでＮＯX触媒６Ａの復活制御を行なうものである。
【００７７】
ただし、後述するように完全復活制御では追加燃料噴射時間を延長するので燃費の悪化を伴うため必要最低限の回数にとどめたい。そこで、算出したリーンモードでの燃料積算値が所定値を越えたとき、すなわち、ＮＯX触媒６Ａの劣化がある程度進んだと考えられるときには、完全復活制御を行なう必要があると判定し、完全復活用追加燃料噴射に関する制御信号を追加燃料噴射制御手段２７及び劣化判定手段２２に出力するようになっている。
【００７８】
また、追加燃料噴射制御手段２７は、通常は、復活制御用判定手段２１の判定に基づき、ＮＯX触媒６Ａの近傍を酸素濃度の低下した雰囲気（還元雰囲気）とするため、空燃比が理論空燃比よりもやや小さく（例えば約１３）なるように、短時間（例えば約２秒間）だけ追加の燃料噴射を行なうが、完全復活制御用判定手段３０から制御信号を受けると、劣化判定手段２２が劣化判定を行なう直前の復活制御において、通常の復活制御時よりも追加燃料噴射時間を十分に延長するようになっている。
【００７９】
完全復活制御としてはＮＯX触媒６Ａから吸蔵されたＮＯXが完全に放出されればよいので、通常のリッチ運転が所定時間連続した場合に完全復活完了としてもよい。
一方、劣化判定手段２２は、劣化判定の条件として上記の第３条件の判定を行なわず、代わりに完全復活制御が行なわれたかどうか、即ち、ＮＯX触媒６Ａ上のＮＯXが完全に放出されたかどうかの判定を上記の第１条件の判定に先立って行なうようになっている（即ち、前提条件）。この判定は、完全復活制御用判定手段３０からの制御信号の入力の有無により行なうようになっている。
【００８０】
そして、劣化判定手段２２は、前提条件（第０条件），第１〜第２条件，第４条件〜第７条件の全てが成立したとき、ＮＯX触媒６Ａが劣化していると判定するようになっている。
本発明の第３実施形態の希薄燃焼内燃機関は、上述のように構成されているので、第１，第２実施形態のものと同様の利点が得られるとともに、さらに、ＮＯX触媒６Ａの劣化判定を行なう前には、完全復活制御用判定手段３０の判定に基づく完全復活制御により、ＮＯX触媒６Ａに吸蔵されたＮＯXは完全に放出されるようになっているので、リーンモードでの運転時に検出されるＮＯX濃度のみに基づいてＮＯX触媒６Ａの劣化判定をすることが可能になるという利点がある。
【００８１】
次に、本発明の第４実施形態の希薄燃焼内燃機関の構成を説明すると、本希薄燃焼内燃機関は第１〜第３実施形態とは、ＮＯX触媒６Ａの劣化判定を行なう劣化判定手段２２の構成に相違がある。
つまり、本希薄燃焼内燃機関の劣化判定手段２２では、判定基準値γ0を予め有効  圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅに対応したマップに記憶しておくのではなく、所定走行距離以下の段階（ＮＯX触媒６ＡにＳＯX等が吸蔵されていない状態）においてＮＯX濃度の評価値γを算出し、算出した評価値γに所定の劣化係数ｂ（ｂ＞１）を掛けたものを、その時の有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅとともに、別に設けた記憶手段に判定基準値γ0として記憶する。
【００８２】
そして、上述の第２条件の成否判定の際には、入力される有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅに対応した判定基準値γ0を記憶手段からよみ出し、評価値γと比較するようになっている。
本発明の第４実施形態の希薄燃焼内燃機関は、上述のように各エンジン個別に判定基準値γ0を設定するよう構成されているので、第１〜第３実施形態のものと同様の利点のほか、各々のエンジン本体やＮＯX触媒の個体ばらつきに左右されずにＮＯX触媒６Ａの劣化判定を行ないうる利点が得られる。また、判定基準値γ0の設定のためのマップを予め作成しておく必要がない利点や、有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅに応じて変化する実際のＮＯX濃度の評価値γに基づいて判定基準値γ0を設定するので、より正確にＮＯX触媒６Ａの劣化判定を行ないうる利点が得られる。
【００８３】
次に、本発明の第５実施形態の希薄燃焼内燃機関の構成を説明すると、本希薄燃焼内燃機関は上述の第１〜第４実施形態とは、ＮＯX触媒６Ａの劣化判定を行なう劣化判定手段２２の構成に相違があり、本希薄燃焼内燃機関では、劣化判定の条件として、以下の第８条件と第９条件とが付加されるようになっている。
まず、第８条件は、上述の第１〜第７条件（第３実施形態においては、第０〜第２，第４〜第７条件）に対してＡＮＤ条件となっており、前回のＮＯX触媒６Ａの再生処理以降のリーンモード時の燃料積算値が所定値Ｘ以上であることが条件である。ただし、この所定値Ｘは、ＮＯX触媒のばらつき下限品に対し使用が想定される最もイオウ分が多い燃料を使用した場合に、ＮＯX触媒が劣化したと判定された時点でのリーンモードにおける燃料積算値である。
【００８４】
次に、第９条件は、上述の第１条件〜第８条件（第３実施形態においては、第０〜第２，第４〜第８条件）に対してＯＲ条件となっており、前回のＮＯX触媒６Ａの再生処理から、リーンモードで運転したときの燃料積算値が所定値Ｙ（Ｙ≧Ｘ）以上になったときには、上述の第１条件〜第８条件の成立とは無関係にＮＯX触媒６Ａが劣化したと判定してＮＯX触媒６Ａの再生処理を行なうようになっている。ただし、この所定値Ｙは、ＮＯX触媒のばらつき上限品に対し使用が想定される最もイオウ分が少ない燃料を使用した場合に、ＮＯX触媒が劣化したと判定された時点でのリーンモードでの燃料積算値である。
【００８５】
燃料積算値はインジェクタ８の駆動時間の積算値から算出することができ、ＥＣＵ２０によるモードの判定と組合せることにより、リーンモードでの燃料積算値を算出するようになっている。なお、ＮＯX触媒６Ａの再生処理を行なった際には燃料積算値はリセットし、また、エンジン停止時にはバッテリにより燃料積算値のバックアップを行なうようになっている。
【００８６】
本発明の第５実施形態の希薄燃焼内燃機関は、上述のように構成されているので、第１〜第４実施形態のものと同様の利点が得られる上、第８条件の付加により、例えば、ＮＯXセンサ１０やＮＯX触媒温度センサ１１に異常が発生し、まだ実際にはＮＯX触媒６Ａが劣化していないのに第１条件〜第７条件（第３実施形態においては、第０〜第２，第４〜第７条件）が成立してしまった場合における誤判定を防止することができ、ＮＯX触媒６Ａの劣化判定のさらなる精度向上が期待できる。
【００８７】
また、第９条件の付加により、例えば、ＮＯXセンサ１０やＮＯX触媒温度センサ１１に異常が発生して第１条件〜第８条件（第３実施形態においては、第０〜第２，第４〜第８条件）の全てが成立することがないような場合でも、リーンモードで運転したときの燃料積算値が所定値Ｙを越えたときには第１条件〜第８条件の成立とは無関係にＮＯX触媒６Ａの再生処理が強制的に行なわれるので、ＮＯX触媒６Ａの再生処理が行なわれず大気中にＮＯXを放出してしまうような事態を防止することができるという利点がある。
【００８８】
さらに、所定値Ｙを上述のように設定することで、まだ、実際にはＮＯX触媒６Ａが劣化していないにもかかわらず劣化判定してしまう不具合を回避することができる。
なお、ＮＯX触媒の中には酸化雰囲気だけでなく、ストイキオ雰囲気近傍でも幾分ＮＯXを吸蔵するものがあるため、上述の燃料積算値は、リーンモードで運転したときの燃料積算値のみならず、ストイキオモードで運転したときの燃料積算値も加えたものにしてもよく、その際、ストイキオモードで運転したときの燃料積算値には所定の係数ａ（０＜ａ＜１）を掛けるようにしてもよい。これにより、ＮＯX触媒６Ａの劣化の度合いをより正確に判定することができるようになる。また、燃料積算値の代わりに各モードでの走行距離に基づきＮＯX触媒６Ａの劣化の度合いを判定するようにしてもよい。
【００８９】
次に、本発明の第６実施形態の希薄燃焼内燃機関の構成を説明すると、本希薄燃焼内燃機関は上述の第１〜第５実施形態とは、劣化判定手段２２の構成に更なる相違があり、上述のように復活制御終了後のリーン運転時におけるＮＯX濃度に基づき劣化判定を行なうとともに、復活制御時におけるＮＯX濃度にも基づいて劣化判定を行なうようになっている。
【００９０】
つまり、本実施形態の劣化判定手段２２では、図６に示すように、復活用の追加燃料噴射の開始信号が入力されると（時点ｔ3）、タイマ１２のカウントを開始して、この時点ｔ3から所定時間tt34経過した時点（時点ｔ4）を起点として、ＮＯXセンサ１０から入力されるＮＯX濃度αを所定の周期でサンプリングしていく。そして、サンプリング開始（時点ｔ4）から時間tt45経過した時点（時点ｔ5）でサンプリングを終了し、サンプリングした各ＮＯX濃度の平均値βを算出する。
【００９１】
ただし、ＮＯXセンサ１０が検出するＮＯX濃度αは、ＮＯX触媒６Ａから放出されるＮＯX濃度とともに、復活制御中にエンジン本体から排出されるＮＯX濃度α0′をも含んでいるので、後者のＮＯX濃度α0′をあらかじめ計測しておき、サンプリングした各ＮＯX濃度の平均から減算することにより、ＮＯX触媒６Ａから放出されるＮＯXのみの濃度の平均値βを算出するようになっているのである。
【００９２】
この平均値βは、復活制御時においてＮＯX触媒６Ａから放出されるＮＯX濃度の評価値であり、この平均値βが小さいほど、ＮＯX触媒６Ａに多くのＳＯX量が吸蔵されていると推定される。つまり、Ｓ被毒時には、ＳＯX吸蔵分だけＮＯX触媒６ＡのＮＯX吸蔵量が減り、しかも、復活制御時には、通常、ＮＯXは放出されるが、ＳＯXは放出されない。したがって、ＮＯｘ触媒６ＡがＳ被毒により劣化していれば、復活制御時にＮＯｘを十分に放出しなくなり、平均値βが低下するはずである。
【００９３】
そこで、この平均値（以下、評価値という）βを予め設定された判定基準値β0と比較して、β≦β0ならば劣化していると判定することができるため、評価値βが判定基準値β0以下であることを劣化条件とする。
なお、上述の時間tt34は、ＮＯX濃度αが定常状態になるまでの時間であり、時間tt45はＮＯX触媒６Ａから放出されるＮＯXの濃度を正確に評価するために十分なサンプリング数を取れる時間とする。また、判定基準値β0は、劣化判定手段２２に予め記憶されている。
【００９４】
そして、劣化判定手段２２は、復活制御時にも、評価値（復活制御時のＮＯｘ濃度平均値）βが判定基準値β0以下に低下しているか否かに基づいてＮＯX触媒６Ａの劣化判定を行なうようになっている。なお、この復活制御時の劣化判定も、復活制御終了後の劣化判定と同様に、第１条件（Ｐｅ，Ｎｅ一定），第４条件（ＮＯX触媒温度正常），第５条件（高温センサ１１正常），第６条件（ＮＯXセンサ１０正常）の各条件が加えられており、β≦β0及び第１，４，５，６条件が成立したら、復活制御時情報に基づいてＮＯｘ触媒６Ａが劣化しているものとする。
【００９５】
本実施形態では、このような復活制御時情報により劣化判定された上で、なお且つ（ＡＮＤ条件）、復活制御終了後の情報により劣化判定（第１〜第６条件が全て成立）されたら、劣化判定としてカウントし、このカウント値（条件成立回数）ｎが所定回数ｎ0に達したら、劣化判定手段２２は、ＮＯX触媒６Ａが劣化していると判定するのである。そして、劣化判定手段２２は、ＮＯX触媒６Ａに吸蔵されたＳＯX等を放出し、ＮＯX触媒６ＡのＮＯX吸蔵能力の回復、即ち、ＮＯX触媒６Ａの再生処理をするべく、追加燃料噴射制御手段２７に信号（再生処理用追加燃料噴射信号）を送るようになっている。
【００９６】
本発明の第６実施形態にかかる希薄燃焼内燃機関は、上述のように構成されているので、劣化判定を、復活制御時のＮＯX濃度情報と復活制御終了後のＮＯX濃度情報とに基づいて行なう。
これにより、本実施形態の希薄燃焼内燃機関によれば、第１〜第５実施形態のものと同様の利点が得られるとともに、さらに、ＮＯX触媒６Ａの劣化状態を、復活制御時におけるＮＯX濃度の高低差に基づいても判定しており、この復活制御時のＮＯX濃度の高低差は、リーン運転時におけるＮＯX濃度の高低差に比べて差が大きいので、リーン運転時のＮＯX濃度に基づく劣化判定と併せて判断することにより、ＮＯX触媒６Ａの劣化状態をさらに正確に把握することができるという利点がある。
【００９７】
なお、第６実施形態では、復活制御時の劣化判定成立と復活制御後の劣化判定成立とが共に成立した場合に、条件成立回数ｎをカウントするので、所定回数ｎ0は第１〜第５実施形態の場合よりも少なくすることも考えられる。また、判定値β0やγ0の設定によっては、復活制御時の劣化判定成立と復活制御後の劣化判定成立とをＯＲ条件としてもよい。この場合の所定回数ｎ0の値は、第６実施形態の場合とは異なる設定（例えば第６実施形態の場合よりも大きく設定する）が考えられる。
【００９８】
なお、本発明の希薄燃焼内燃機関は、上述の各実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能であり、例えば、上述の各実施形態では、ＮＯXセンサ１０により排ガス中のＮＯX濃度を検出し、検出したＮＯX濃度に基づきＮＯX触媒６Ａの劣化判定を行なっているが、触媒によっては還元雰囲気でＮＯX触媒から放出されたＮＯXの一部が触媒上での反応によりＮＨ3となる場合がある。このＮＨ3は元来ＮＯX触媒に吸蔵されていたＮＯXが変化したものであるので、ＮＨ3濃度も検出して劣化判定に利用することもできる。
【００９９】
その場合、ＮＯXセンサがＮＯX濃度に加えＮＨ3濃度も検出するものである場合は、両者の合計として出力されるＮＯXセンサ出力値をもとに劣化判定を行なうようにしてもよい。逆に、ＮＯXセンサがＮＯX濃度のみを検出するものである場合は、新たにＮＨ3センサを設けて排ガス中のＮＨ3濃度を検出し、ＮＯXセンサ出力値とＮＨ3センサ出力値との双方により劣化判定を行なうようにしてもよい。また、ＮＨ3センサのみによりＮＯX触媒６Ａの劣化判定を行なうようにしてもよい。
【０１００】
また、上述の各実施形態では、希薄燃焼内燃機関のひとつである筒内噴射エンジンの場合について説明してきたが、本発明の希薄燃焼内燃機関はこの筒内噴射エンジンに限られるものではなく、希薄燃焼可能な内燃機関であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の第１実施形態の希薄燃焼内燃機関の追加燃料噴射制御の制御系の要部構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態の希薄燃焼内燃機関の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態の希薄燃焼内燃機関のＮＯX触媒の再生処理の開始判定にかかるＮＯX濃度の検出タイミングを説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態の希薄燃焼内燃機関のＮＯX触媒の再生処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３実施形態の希薄燃焼内燃機関の追加燃料噴射制御の制御系の要部構成を模式的に示すブロック図である。
【図６】本発明の第６実施形態の希薄燃焼内燃機関のＮＯX触媒の再生処理の開始判定にかかるＮＯX濃度の検出タイミングを説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０２】
３  排気通路
６  排気浄化装置
６Ａ  ＮＯX触媒（吸蔵型ＮＯX触媒）
６Ｂ  三元触媒
８  インジェクション（燃料噴射弁）
１０  ＮＯXセンサ
２０  ＥＣＵ
２１  復活制御用判定手段
２２  再生制御用判定手段（劣化判定手段）
２３  雰囲気調整手段
２５  燃料噴射制御手段
２７  追加燃料噴射制御手段
２９  ＮＯX吸蔵量推定手段（ＮＯX吸蔵量推定手段）
【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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