(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置に関し、ＮＯｘ触媒の劣化の程度をＮＯｘ触媒の排気浄化性能と一義的に対応する数値によって客観的に評価できるようにする。【解決手段】ＮＯｘ触媒を排気ガスの流れ方向に複数の部分に分割し、部分毎に触媒温度を推定する。複数の部分のそれぞれについて、触媒の劣化状態を示す劣化指数を当該部分の温度履歴に基づいて計算し、さらに、ＮＯｘ触媒全体としての排気浄化性能に対する各部分の寄与度に応じて各部分の劣化指数を補正する。寄与度は、ガスの流れ方向の上流側部分の寄与度が下流側部分の寄与度よりも大きくなるな設定とする。そして、補正された各部分の劣化指数からＮＯｘ触媒全体としての劣化指数を計算する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒を排気ガスの流れ方向に複数のセルに分割し、セル毎に触媒温度を推定する温度推定手段と、
前記複数のセルのそれぞれについて触媒の劣化状態を示す劣化指数を当該セルの温度履歴に基づいて計算するセル劣化指数計算手段と、
ＮＯｘ触媒全体としての排気浄化性能に対する各セルの寄与度に応じて各セルの劣化指数を補正する寄与度対応補正手段と、
補正された各セルの劣化指数からＮＯｘ触媒全体としての劣化指数を計算する全体劣化指数計算手段とを備え、
前記寄与度対応補正手段は排気ガスの流れ方向の上流側セルの寄与度を下流側セルの寄与度よりも大きく設定して各セルの劣化指数を補正していることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記複数のセルのそれぞれについて硫黄による被毒状態を示す被毒指数を当該セルにおける硫黄の収支履歴に基づいて計算する被毒指数計算手段と、
前記複数のセルのそれぞれについて硫黄被毒が排気浄化性能に与える影響度を当該セルの劣化指数に基づいて計算する被毒影響度計算手段と、
被毒指数と被毒影響度とに応じて各セルの劣化指数を補正する被毒対応補正手段とをさらに備え、
前記被毒影響度計算手段は当該セルの劣化指数が大きいほど被毒影響度を小さい値に計算し、
前記全体劣化指数計算手段は前記寄与度対応補正手段及び前記被毒対応補正手段で補正された各セルの劣化指数からＮＯｘ触媒全体としての劣化指数を計算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】
内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒を排気ガスの流れ方向に複数のセルに分割し、前記複数のセルのそれぞれについて硫黄による被毒状態を示す被毒指数を当該セルにおける硫黄の収支履歴に基づいて計算する被毒指数計算手段と、
前記ＮＯｘ触媒内の被毒指数の分布パターンに応じて標的セルを決定し、標的セルの温度を他のセルの温度よりも高く且つ硫黄の脱離温度以上まで上昇させる昇温手段と、
標的セルの温度を上昇させたときの前記ＮＯｘ触媒内の温度分布を推定し、温度分布に基づいて各セルにおける硫黄の収支履歴を更新する履歴更新手段と、
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４】
前記昇温手段は被毒指数が最も高いセルを標的セルに設定することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記昇温手段は被毒指数が所定の許容値を超えているセルの中で排気ガスの流れ方向の最上流のセルを標的セルに設定することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記昇温手段は空燃比をリーンとリッチに交互に振動させる空燃比制御手段を含み、前記空燃比制御手段は標的セルの位置に応じて空燃比の振動周期及び／又は振幅を制御することを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記空燃比制御手段は標的セルが排気ガスの流れ方向の上流に位置するほど空燃比の振動周期を短周期に設定し、下流に位置するほど空燃比の振動周期を長周期に設定す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】
前記昇温手段は排気ガスの温度を周期的に変化させる排気温度制御手段を含み、前記排気温度制御手段は標的セルが排気ガスの流れ方向の上流側の端部或いはその近傍のセルであるときに排気ガスの温度を周期的に変化させることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記排気温度制御手段は点火時期を進角側と遅角側とに交互に変更することで排気ガスの温度を周期的に変化させることを特徴とする請求項８記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特に、リーン燃焼運転を行う内燃機関には、排気ガスに含まれるＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒が備えられている。ＮＯｘ触媒はリーン雰囲気化でＮＯｘを吸収する機能を有しているが、ＮＯｘの吸収状態はＮＯｘ触媒全体で一様ではなく、部分毎に差があることが知られている。そこで、従来、ＮＯｘ触媒を複数のセルに分割し、セル毎に触媒のＮＯｘ吸収状態を判断する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、複数に分割したセル毎にＮＯｘの吸収量を計算し、各セルのＮＯｘ吸収量を合計することでＮＯｘ触媒全体でのＮＯｘ吸収量を算出することが記載されている。特許文献２には、複数に分割したセル毎に触媒温度を測定或いは推定し、そのセル温度に基づいて各セルのＮＯｘ吸着容量を決定することが記載されている。また、特許文献２には、触媒温度はＮＯｘやＳＯｘの脱離と関係することに着目し、少なくとも１つのセルの温度に従って内燃機関の運転モードを決定するようにした技術についても記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１２０２７４号公報
【特許文献２】特表２００３−５０３６２２号公報
【特許文献３】特開２００１−５００８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＮＯｘ触媒は高温雰囲気化に晒されているが、その温度が耐熱温度を上回ってしまうとシンタリングによる劣化が起こってしまう。ＮＯｘ触媒の排気浄化性能は劣化の程度によって変わるため、大気中へのＮＯｘの排出を増大させないためには、現時点におけるＮＯｘ触媒の劣化状態を正確に把握しておくことが重要となる。
【０００５】
ＮＯｘ触媒の劣化状態を評価する方法としては、ＮＯｘ触媒の温度（全体の代表温度）を計測或いは推定し、その温度履歴に基づいて劣化状態を示す劣化指数を計算する方法が知られている。具体的には、触媒温度の耐熱温度を超える分について時間で積分し、その積分値をもって劣化指数とする。これによれば、ＮＯｘ触媒の劣化状態を客観的な数値で評価することが可能となる。
【０００６】
しかしながら、ＮＯｘ触媒内の温度は一様ではないことから、劣化状態もＮＯｘ触媒全体で一様ではなく部分毎に差があると考えられる。また、劣化による排気浄化性能の低下の程度は、ＮＯｘ触媒内のどの部分が劣化したかによって異なってくるとも考えられる。ＮＯｘ触媒内での位置により、排気ガスの浄化に寄与している部分と、排気ガスの浄化への寄与の少ない部分とが存在するからである。
【０００７】
以上のことから、ＮＯｘ触媒全体の温度履歴に基づいて劣化指数を計算する方法では、ＮＯｘ触媒の実際の劣化状態、つまり、排気浄化性能の低下の程度を正確に把握できるとは言い難い。計算で得られた劣化指数と実際のＮＯｘ触媒の排気浄化性能とが必ずしも一義的に対応していないためである。しかし、ＮＯｘ触媒の劣化状態を客観的な数値で示すことは、ＮＯｘ触媒の交換時期の判断等、ＮＯｘ触媒の劣化への対応策を講じる上では有意義である。
【０００８】
そこで、本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、ＮＯｘ触媒の劣化の程度をＮＯｘ触媒の排気浄化性能と一義的に対応する数値によって客観的に評価できるようにすることをその第１の目的とする。
【０００９】
また、ＮＯｘ触媒の排気浄化性能は、触媒そのものの劣化によって低下するだけでなく、硫黄による被毒によっても低下する。硫黄被毒とは、排気ガス中に含まれる硫黄がＮＯｘ触媒内に硫酸塩となって吸蔵された状態であり、硫黄が吸蔵されることでＮＯｘの吸蔵容量が低下してしまう。ただし、触媒そのものの劣化とは異なり、硫黄被毒によって低下した排気浄化性能は被毒回復処理によって回復することができる。被毒回復処理では、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ或いはストイキにしつつ、ＮＯｘ触媒の温度を所定の温度以上まで昇温させて硫黄を脱離させることが行われる。
【００１０】
ところが、硫酸塩は安定性が高いため、一旦脱離した硫黄が下流において再びＮＯｘ触媒に付着してしまうという問題があった。単に硫黄の再付着を防止するだけならば、ＮＯｘ触媒全体を脱離温度以上まで昇温させればよい。しかし、ＮＯｘ触媒を長時間高温状態にすることはＮＯｘ触媒の劣化にもつながってしまう。
【００１１】
そこで、本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、熱によるＮＯｘ触媒の劣化を抑制しつつＮＯｘ触媒の硫黄被毒を確実且つ速やかに回復できるようにすることをその第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、上記の第１の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒を排気ガスの流れ方向に複数のセルに分割し、セル毎に触媒温度を推定する温度推定手段と、
前記複数のセルのそれぞれについて触媒の劣化状態を示す劣化指数を当該セルの温度履歴に基づいて計算するセル劣化指数計算手段と、
ＮＯｘ触媒全体としての排気浄化性能に対する各セルの寄与度に応じて各セルの劣化指数を補正する寄与度対応補正手段と、
補正された各セルの劣化指数からＮＯｘ触媒全体としての劣化指数を計算する全体劣化指数計算手段とを備え、
前記寄与度対応補正手段は排気ガスの流れ方向の上流側セルの寄与度を下流側セルの寄与度よりも大きく設定して各セルの劣化指数を補正していることを特徴としている。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、
前記複数のセルのそれぞれについて硫黄による被毒状態を示す被毒指数を当該セルにおける硫黄の収支履歴に基づいて計算する被毒指数計算手段と、
前記複数のセルのそれぞれについて硫黄被毒が排気浄化性能に与える影響度を当該セルの劣化指数に基づいて計算する被毒影響度計算手段と、
被毒指数と被毒影響度とに応じて各セルの劣化指数を補正する被毒対応補正手段とをさらに備え、
前記被毒影響度計算手段は当該セルの劣化指数が大きいほど被毒影響度を小さい値に計算し、
前記全体劣化指数計算手段は前記寄与度対応補正手段及び前記被毒対応補正手段で補正された各セルの劣化指数からＮＯｘ触媒全体としての劣化指数を計算することを特徴としている。
【００１４】
第３の発明は、上記の第２の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒を排気ガスの流れ方向に複数のセルに分割し、前記複数のセルのそれぞれについて硫黄による被毒状態を示す被毒指数を当該セルにおける硫黄の収支履歴に基づいて計算する被毒指数計算手段と、
前記ＮＯｘ触媒内の被毒指数の分布パターンに応じて標的セルを決定し、標的セルの温度を他のセルの温度よりも高く且つ硫黄の脱離温度以上まで上昇させる昇温手段と、
標的セルの温度を上昇させたときの前記ＮＯｘ触媒内の温度分布を推定し、温度分布に基づいて各セルにおける硫黄の収支履歴を更新する履歴更新手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１５】
第４の発明は、第３の発明において、
前記昇温手段は被毒指数が最も高いセルを標的セルに設定することを特徴としている。
【００１６】
第５の発明は、第３の発明において、
前記昇温手段は被毒指数が所定の許容値を超えているセルの中で排気ガスの流れ方向の最上流のセルを標的セルに設定することを特徴としている。
【００１７】
第６の発明は、第３乃至第５の何れか１つの発明において、
前記昇温手段は空燃比をリーンとリッチに交互に振動させる空燃比制御手段を含み、前記空燃比制御手段は標的セルの位置に応じて空燃比の振動周期及び／又は振幅を制御することを特徴としている。
【００１８】
第７の発明は、第６の発明において、
前記空燃比制御手段は標的セルが排気ガスの流れ方向の上流に位置するほど空燃比の振動周期を短周期に設定し、下流に位置するほど空燃比の振動周期を長周期に設定することを特徴としている。
【００１９】
第８の発明は、第３の発明において、
前記昇温手段は排気ガスの温度を周期的に変化させる排気温度制御手段を含み、前記排気温度制御手段は標的セルが排気ガスの流れ方向の上流側の端部或いはその近傍のセルであるときに排気ガスの温度を周期的に変化させることを特徴としている。
【００２０】
第９の発明は、第８の発明において、
前記排気温度制御手段は点火時期を進角側と遅角側とに交互に変更することで排気ガスの温度を周期的に変化させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの浄化率は、ＮＯｘがＮＯｘ触媒内において排気ガスの流れ方向の上流部に集中して吸蔵されているほど高くなる。これは、ＮＯｘ触媒が酸素吸蔵能力を有していることによる。ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘは、排気ガスの空燃比をリッチにすることで、排気ガス中の還元剤（ＣＯ等）によって還元処理することができる。しかし、排気ガス中の還元剤はＮＯｘ触媒の吸蔵酸素との反応によっても消費されるので、ＮＯｘ触媒の各部分に吸蔵されているＮＯｘはその部分よりも上流側の部分にて吸蔵酸素が消費された後でないと還元が行われない。このため、排気ガスの流れ方向の下流側の部分に吸蔵されたＮＯｘの浄化率は、上流側の部分に吸蔵されたＮＯｘの浄化率に比較して低くなってしまう。これは、ＮＯｘ触媒全体としての排気浄化性能に対する各部分の寄与度という観点では、排気ガスの流れ方向の下流側の部分よりも上流側の部分のほうが寄与度が高いことを意味している。
【００２２】
第１の発明では、ＮＯｘ触媒を排気ガスの流れ方向に複数のセルに分割し、ＮＯｘ触媒全体としての排気浄化性能に対する各セルの寄与度を考慮してセル毎に劣化指数（セル劣化指数）を計算し、その各セルのセル劣化指数からＮＯｘ触媒全体としての劣化指数（全体劣化指数）を計算している。セル劣化指数の計算に各セルの寄与度が考慮されることで、最終的に得られる全体劣化指数はＮＯｘ触媒の排気浄化性能と一義的に対応する数値となる。したがって、第１の発明によれば、ＮＯｘ触媒の劣化の程度を全体劣化指数によって正確に評価することができる。
【００２３】
ＮＯｘ触媒の排気浄化性能は、ＮＯｘ触媒の本来の劣化（熱劣化）だけでなく硫黄による被毒によっても低下する。したがって、ＮＯｘ触媒全体の劣化の程度を評価する場合には、熱劣化による影響だけでなく硫黄被毒による影響も考慮した総合的な評価を行ってもよい。ＮＯｘ触媒を複数のセルに分割したとき、硫黄による被毒状態を示す被毒指数は、硫黄の収支履歴に基づいてセル毎に計算することができる。硫黄被毒による排気浄化性能の低下は、そのセルにおける被毒指数が大きいほど大きくなる。一方、熱劣化が進んでいるセルでは、硫黄被毒が排気浄化性能の低下に与える影響度は小さくなる。
【００２４】
第２の発明によれば、セル劣化指数の計算に各セルの寄与度を考慮するとともに硫黄による被毒状態を示す被毒指数と硫黄被毒が排気浄化性能に与える影響度とに応じてセル劣化指数をさらに補正しているので、硫黄被毒による影響も含めたＮＯｘ触媒全体の劣化の程度を最終的に得られる全体劣化指数によって総合的に評価することができる。
【００２５】
また、第３の発明によれば、標的セル以外のセルを不要に熱することなく、標的セルからは確実に硫黄を脱離させることができる。さらに、標的セルの温度を上昇させたときには、そのときのＮＯｘ触媒内の温度分布から各セルにおける硫黄の収支履歴が更新されるので、それに基づいてＮＯｘ触媒内の被毒指数の分布パターンを更新して次の標的セルを決定することができる。つまり、第３の発明によれば、ＮＯｘ触媒内の被毒状況を常に把握しつつ、被毒状況に応じた最適な被毒回復処理を行うことができる。
【００２６】
第４の発明によれば、被毒指数が最も高いセル、すなわち、硫黄の被毒量が最も多いセルを標的セルに設定することで、ＮＯｘ触媒全体としての硫黄の脱離速度を向上させて短時間で被毒回復処理を完了させることができる。被毒回復処理が短時間で完了すれば触媒の昇温に用いるエネルギを節約できるだけでなく、ＮＯｘ触媒が高温に晒される時間が短くなることでＮＯｘ触媒の熱劣化のおそれも小さくなる。
【００２７】
第５の発明によれば、被毒指数が所定の許容値を超えているセルの中で排気ガスの流れ方向の最上流のセル、つまり、硫黄が溜まっている最前端のセルを標的セルに設定することで、上流部から下流部に向けて硫黄を順に脱離させていくことができる。これによれば、脱離処理後に上流から流れてきた硫黄による再被毒を抑えることができ、効率的且つ効果的な被毒回復処理が可能となる。結果、短時間で被毒回復処理を完了させることができる。
【００２８】
第６の発明によれば、空燃比をリーンとリッチに交互に振動させることでＮＯｘ触媒内に温度分布を生じさせることができる。これは、ＮＯｘ触媒が酸素吸蔵能力を有することによる。空燃比がリーンからリッチに変化したときには、ＮＯｘ触媒内の吸蔵酸素と排気ガス中の還元剤とが反応して発熱する。また、空燃比がリッチからリーンに変化したときには、排気ガス中の酸素がＮＯｘ触媒内に吸蔵される際に発熱反応が起きる。そして、これらの反応が終了した後には、触媒温度よりも低温の排気ガスによる冷却効果が生じる。ＮＯｘ触媒内の各部の温度は、発熱反応による加熱効果と排気ガスによる冷却効果との足し合わせによって決定される。そして、発熱反応が発生し、かつ冷却効果の最も少ないセルが最も高温となる。
【００２９】
さらに、第６の発明によれば、空燃比の振動周期及び／又は振幅を変更することでＮＯｘ触媒内の温度分布を任意に変更することができ、それにより標的セルにおける温度を他のセルよりも高く且つ脱離温度以上に昇温することができる。前述の発熱反応はＮＯｘ触媒の上流端部から下流に向けて起きるが、空燃比の振動周期及び／又は振幅によって発熱反応が起きる領域を変化させることができるからである。
【００３０】
第７の発明によれば、空燃比の振動周期を変更することによって、振幅を変更する場合よりもＮＯｘ触媒内の温度分布をより細かく制御することができる。空燃比の振動周期を短くすれば、前述の発熱反応が起きる領域はＮＯｘ触媒の上流部にとどまり、最高温度となるセルもＮＯｘ触媒の上流側のセルとなる。空燃比の振動周期を長くしていくと、前述の発熱反応が起きる領域はＮＯｘ触媒の下流側へ拡大していき、最高温度となるセルもＮＯｘ触媒の下流側へ移動していく。
【００３１】
第８の発明によれば、標的セルが排気ガスの流れ方向の上流側の端部或いはその近傍のセルであるときに、標的セルの温度を効率的に脱離温度以上まで昇温させることができる。この場合、排気ガスの平均温度は変化させないので、標的セルよりも下流側のセルでの温度上昇は抑えることができる。
【００３２】
第９の発明によれば、点火時期の変更によって排気ガスの温度を明確に周期的に変化させることができる。排気ガスの温度の振幅は点火時期の進角量及び遅角量によって制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
実施の形態１.
本発明の実施の形態１について説明する。
【００３４】
図１は本発明が適用される内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。この図に示すように、内燃機関２には排気通路４が接続されている。排気通路４には排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒６が配置されている。内燃機関２の運転はＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０によって制御されている。ＥＣＵ１０には、ＮＯｘ触媒６の劣化を判定する機能が具備されている。以下、本実施の形態で実行されるＮＯｘ触媒６の劣化判定の方法について説明する。
【００３５】
図２は劣化判定で用いるＮＯｘ触媒６のモデルである。この図に示すように、モデルではＮＯｘ触媒６は排気ガスの流れ方向に複数のセルに分割されている。ここでは、ＮＯｘ触媒６の入口にあたるセルＰ１から出口にあたるセルＰ５までの５つのセルに分割されているものとする。ただし、モデルにおけるＮＯｘ触媒６の分割数には限定はなく、より多くのセルに分割することも勿論可能である。
【００３６】
図２のモデルを用いた劣化判定では、セルＰ１〜Ｐ５のそれぞれについて触媒の劣化状態を示す劣化指数（以下、セル劣化指数）を計算する。セル劣化指数の計算は、次の（１）式に示すように、当該セルの触媒温度の履歴に基づいて行われる。なお、（１）式はセル劣化指数の計算式の一例であり、他の計算式を用いることもできる。例えば、セル温度の耐熱温度を超える分について時間で積分し、その積分値をもってセル劣化指数としてもよい。
セル劣化指数＝Σセル温度×時間  ・・・（１）
【００３７】
各セルＰ１〜Ｐ５の触媒温度の推定には、公知の方法を用いることができる。例えば、ＮＯｘ触媒６に１又は複数の温度センサを取り付け、その測定結果から各セルＰ１〜Ｐ５の触媒温度を推定するという方法を用いることもできる。
【００３８】
セル劣化指数の計算結果の例をいくつか示したものが図３である。図３では、各セルＰ１〜Ｐ５において網掛け部分の面積がそのセルのセル劣化指数を示している。例（Ａ）では、入口のセルＰ１が最もセル劣化指数が高く、出口に近付くにしたがってセル劣化指数は低くなっている。例（Ｂ）では、中央のセルＰ３が最もセル劣化指数が高く、出口に近付くにしたがって、また、入口に近付くにしたがってセル劣化指数は低くなっている。そして、例（Ｃ）では、出口のセルＰ５が最もセル劣化指数が高く、入口に近付くにしたがってセル劣化指数は低くなっている。
【００３９】
図３の三つの例を比較すると、その網掛け部分の総面積は等しくなっている。各セルＰ１〜Ｐ５のセル劣化指数を単純に合計した場合は、その合計値は上記三つの例の間で一致する。したがって、仮に、各セルＰ１〜Ｐ５のセル劣化指数の合計値をＮＯｘ触媒６全体としての劣化指数とするならば、上記三つの例は何れも同程度の劣化状態を示していることになる。
【００４０】
しかしながら、ＮＯｘ触媒６の劣化の程度は、どのセルがどれだけ劣化しているかによって異なってくる。ＮＯｘ触媒６内でのセルの位置により、排気ガスの浄化に寄与しているセルと、排気ガスの浄化への寄与の少ないセルとが存在するからである。各セルＰ１〜Ｐ５に吸蔵されたＮＯｘは、排気ガスの空燃比をリッチにすることで、排気ガス中の還元剤によって還元処理することができる。しかし、排気ガス中の還元剤は各セルＰ１〜Ｐ５の吸蔵酸素との反応によっても消費されるので、各セルＰ１〜Ｐ５に吸蔵されているＮＯｘはそのセルよりも上流側のセルにて吸蔵酸素が消費された後でないと還元が行われない。このため、出口に近いセルに吸蔵されたＮＯｘの浄化率は、入口に近いセルに吸蔵されたＮＯｘの浄化率に比較して低くなってしまう。したがって、ＮＯｘ触媒６全体としての排気浄化性能に対する各セルＰ１〜Ｐ５の寄与度という観点では、出口に近いセルよりも入口に近いセルのほうの寄与度が高い。
【００４１】
そこで、本実施の形態では、次の（２）式に示すように、ＮＯｘ触媒６全体としての排気浄化性能に対する各セルＰ１〜Ｐ５の寄与度を示す係数Ｃ１〜Ｃ５を設定し、この係数Ｃ１〜Ｃ５によって補正した各セルＰ１〜Ｐ５のセル劣化指数からＮＯｘ触媒６全体としての劣化指数（以下、全体劣化指数）を計算することとしている。（２）式では、各セルＰ１〜Ｐ５のセル劣化指数をＸ１〜Ｘ５として表記している。係数Ｃ１〜Ｃ５の各値は、出口に近いセルよりも入口に近いセルのほうの寄与度が高いことから、それらの大小関係がＣ１＞Ｃ２＞Ｃ３＞Ｃ４＞Ｃ５となるように設定されている。
全体劣化指数＝Ｃ１×Ｘ１＋Ｃ２×Ｘ２＋Ｃ３×Ｘ３＋Ｃ４×Ｘ４＋Ｃ５×Ｘ５  ・・・（２）
【００４２】
上記（２）式で算出される全体劣化指数を図３の三つの例について比較すると、例（Ａ）の全体劣化指数が最も大きく計算され、例（Ｃ）の全体劣化指数が最も小さく計算される。つまり、上記（２）式によれば、ＮＯｘ触媒６の劣化の程度は例（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順に高いと判断され、この判断結果は実際の排気浄化性能の計測結果にも一致している。つまり、上記（２）式により全体劣化指数を算出することで、ＮＯｘ触媒６の排気浄化性能と一義的に対応する数値を得ることができ、ＮＯｘ触媒の劣化の程度を数値によって正確に評価することができる。
【００４３】
実施の形態２.
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
【００４４】
本実施の形態は、実施の形態１と同じくＮＯｘ触媒６の劣化判定に特徴がある。ＮＯｘ触媒６の劣化判定には、実施の形態１と同様、図２に示すモデルを使用する。実施の形態１で実行される劣化判定との相違点は、本実施の形態では、ＮＯｘ触媒６の劣化の程度を硫黄被毒による影響も考慮して総合的に判定する点にある。ＮＯｘ触媒６の排気浄化性能は、ＮＯｘ触媒の本来の劣化（熱劣化）だけでなく硫黄による被毒によっても低下するからである。
【００４５】
そこで、本実施の形態では、次の（３）式によって、ＮＯｘ触媒６全体としての全体劣化指数を計算することとしている。（３）式におけるＤ１〜Ｄ５は各セルＰ１〜Ｐ５の硫黄被毒影響係数であり、Ｙ１〜Ｙ５は各セルＰ１〜Ｐ５の硫黄被毒指数である。（３）式では、各セルＰ１〜Ｐ５のセル劣化指数Ｘ１〜Ｘ５を寄与度係数Ｃ１〜Ｃ５で補正し、さらに、硫黄被毒指数Ｙ１〜Ｙ５と硫黄被毒影響係数Ｄ１〜Ｄ５とで補正している。
全体劣化指数＝Ｃ１×Ｘ１×Ｄ１×Ｙ１＋Ｃ２×Ｘ２×Ｄ２×Ｙ２＋Ｃ３×Ｘ３×Ｄ３×Ｙ３＋Ｃ４×Ｘ４×Ｄ４×Ｙ４＋Ｃ５×Ｘ５×Ｄ５×Ｙ５  ・・・（３）
【００４６】
上記（３）式において、硫黄被毒指数Ｙ１〜Ｙ５は各セルＰ１〜Ｐ５の硫黄による被毒状態を示す数値である。硫黄被毒指数の値が大きいセルほど、硫黄被毒による排気浄化性能の低下が大きい。硫黄被毒指数は各セルＰ１〜Ｐ５の硫黄被毒量の推定値から計算する。各セルＰ１〜Ｐ５の硫黄被毒量は、硫黄の収支履歴をセル毎に計算することで推定することができる。硫黄被毒量の推定方法は公知であるので、ここではその説明は省略する。
【００４７】
上記（３）式において、硫黄被毒影響係数Ｄ１〜Ｄ５は各セルＰ１〜Ｐ５の硫黄被毒がその排気浄化性能に与える影響度を示す係数である。硫黄被毒が排気浄化性能に与える影響度は熱劣化の進んでいないセルほど大きく、熱劣化が進んでいるセルでは硫黄被毒の影響は小さい。図４は硫黄被毒影響係数とセル劣化指数との関係を示す図である。セル劣化指数が大きいほど、そのセルの硫黄被毒影響係数は小さい値に設定されるようになっている。
【００４８】
上記（３）式で算出される全体劣化指数によれば、硫黄被毒による影響も含めたＮＯｘ触媒６の全体の劣化の程度を総合的に評価することができる。
【００４９】
実施の形態３.
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
【００５０】
実施の形態２でも述べたように、ＮＯｘ触媒６の排気浄化性能は硫黄による被毒によっても低下する。硫黄被毒とは、排気ガス中に含まれる硫黄がＮＯｘ触媒６内に硫酸塩となって吸蔵された状態を指す。硫黄が吸蔵されることでＮＯｘ触媒６のＮＯｘ吸蔵容量は低下するが、熱劣化とは異なり硫黄被毒によって低下した排気浄化性能は被毒回復処理によって回復することができる。本実施の形態はこの被毒回復処理に特徴がある。以下、本実施の形態で実行されるＮＯｘ触媒６の硫黄被毒回復処理について説明する。
【００５１】
本実施の形態でも図２に示すモデルを使用する。モデルにおける各セルＰ１〜Ｐ５のそれぞれについて硫黄被毒指数を計算する。実施の形態２でも述べたように、硫黄被毒指数は、各セルＰ１〜Ｐ５における硫黄の収支履歴に基づいて計算する。各セルＰ１〜Ｐ５の硫黄被毒指数が計算されたら、その分布パターンから標的セルを決定する。そして、標的セルの温度を他のセルの温度よりも高く且つ硫黄の脱離温度以上まで上昇させるようにする。
【００５２】
本実施の形態にかかる硫黄被毒回復処理では、標的セルを昇温する方法として、図５に示すように排気ガスの空燃比をストイキを中心にしてリーンとリッチに交互に振動させる方法を用いる。ＮＯｘ触６は酸素吸蔵能力を有するため、流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに変化したときには、ＮＯｘ触媒６内の吸蔵酸素と排気ガス中の還元剤とが反応して発熱する。また、空燃比がリッチからリーンに変化したときには、排気ガス中の酸素がＮＯｘ触媒内に吸蔵される際に発熱反応が起きる。そして、これらの反応が終了した後には、触媒温度よりも低温の排気ガスによる冷却効果が生じる。ＮＯｘ触媒６内の各部の温度は、発熱反応による加熱効果と排気ガスによる冷却効果との足し合わせによって決定されるため、ＮＯｘ触媒６内には図６に示すような温度分布が生じる。
【００５３】
ＮＯｘ触媒６内の温度分布は、空燃比の振動周期を変更することで細かく制御することができる。図７にはその例を３つ示している。まず、ある振動周期において例（Ｂ）に示すような温度分布が実現されていたとする。その場合、例（Ａ）に示すように空燃比の振動周期を短くすれば、前述の発熱反応が起きる領域はＮＯｘ触媒６の上流部にとどまり、最高温度となるセルもＮＯｘ触媒６の上流側のセルとなる。逆に、例（Ｃ）に示すように空燃比の振動周期を長くすれば、前述の発熱反応が起きる領域はＮＯｘ触媒の下流側へ拡大し、最高温度となるセルもＮＯｘ触媒６の下流側へ移動する。したがって、標的セルが決まれば、その標的セルの位置に合わせて空燃比の振動周期を制御することで、標的セルにおける温度を他のセルよりも高く且つ脱離温度以上に昇温することができる。
【００５４】
標的セルは被毒回復処理が効率的に行われるように決定する。本実施の形態では、硫黄被毒指数が最も高いセル、すなわち、硫黄の被毒量が最も多いセルを標的セルに設定する。図８では、各セルＰ１〜Ｐ５において網掛け部分の面積がそのセルの硫黄被毒指数を示し、星印が付いたセルが標的セルである。
【００５５】
硫黄は入口に近いセルほど吸蔵されやすい。このため、被毒回復処理の初期では、入口に近いセル（図８ではセルＰ１）の硫黄被毒指数が最も高くなっている。そこで、入口に近いセルを標的セルに設定して空燃比を振動させると、標的セル及びその近傍のセルからの硫黄の脱離が進む。しかし、硫黄のＮＯｘ触媒内での吸蔵形態である硫酸塩は安定性が高いため、一旦脱離した硫黄が下流において再びＮＯｘ触媒に付着し、やがて、中央部のセル（図８ではセルＰ３）の硫黄被毒指数が最も高くなる。そこで、被毒回復処理の中期では、中央部のセルを標的セルに設定して空燃比を振動させる。これにより、中央部のセル及びその近傍のセルからの硫黄の脱離が進み、硫黄被毒指数のピークは出口に近いセル図８ではセルＰ５）に移っていく。被毒回復処理の末期では、出口に近いセルを標的セルに設定して空燃比を振動させる。これにより、ＮＯｘ触媒６内からの硫黄の脱離が完了する。
【００５６】
なお、標的セルの温度を上昇させたときには、そのときのＮＯｘ触媒６内の温度分布から各セルＰ１〜Ｐ５における硫黄の収支履歴が更新される。硫黄の収支履歴の更新に伴って各セルＰ１〜Ｐ５の硫黄被毒指数の値も更新され、ＮＯｘ触媒６内の被毒指数の分布パターンは変化する。被毒指数の分布パターンが変化したら、それに合わせて次の標的セルを決定することで、図８に示すように、標的セルを入口のセルＰ１から出口のセルＰ５へ向けて順々に移動させていくことができる。
【００５７】
本実施の形態にかかる硫黄被毒回復処理によれば、標的セル以外のセルを不要に熱することなく、標的セルからは確実に硫黄を脱離させることができる。さらに、硫黄の被毒量が最も多いセルを標的セルに設定することで、ＮＯｘ触媒６全体としての硫黄の脱離速度を向上させて短時間で被毒回復処理を完了させることができる。被毒回復処理が短時間で完了すれば触媒の昇温に用いるエネルギを節約できるだけでなく、ＮＯｘ触媒６が高温に晒される時間が短くなることでＮＯｘ触媒６の熱劣化のおそれも小さくなるという利点もある。
【００５８】
実施の形態４.
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
【００５９】
本実施の形態は、実施の形態３と同じくＮＯｘ触媒６の硫黄被毒回復処理に特徴がある。実施の形態３で実行される硫黄被毒回復処理との相違点は、標的セルの決定方法にある。実施の形態３では、硫黄被毒指数が最も高いセルを標的セルとしたが、本実施の形態では、硫黄被毒指数が所定の許容値を超えているセルの中で排気ガスの流れ方向の最上流のセルを標的セルとする。
【００６０】
図９には、標的セルの設定の具体例を示している。各セルＰ１〜Ｐ５において網掛け部分の面積がそのセルの硫黄被毒指数を示し、星印が付いたセルが標的セルである。図９に示すように、硫黄が溜まっている最前端のセルを標的セルに設定することで、ＮＯｘ触媒６の上流部から下流部に向けて硫黄を順に脱離させていくことができる。これによれば、脱離処理後、上流から流れてきた硫黄によって再被毒することを抑えることができ、効率的且つ効果的な被毒回復処理が可能となる。結果、短時間で被毒回復処理を完了させることができる。
【００６１】
実施の形態５.
最後に、本発明の実施の形態５について説明する。
【００６２】
本実施の形態にかかるＮＯｘ触媒６の硫黄被毒回復処理は、標的セルが入口のセルＰ１或いはその近傍のセルである場合に有効な処理である。本実施の形態では、標的セルを昇温する方法として、図１０に示すように排気ガスの温度を周期的に変化させる方法を用いる。このような排気温度の周期的な変化は、点火時期を進角側と遅角側とに交互に変更することで実現することができる。排気ガスの温度の振幅は点火時期の進角量及び遅角量によって制御することができる。
【００６３】
排気ガスの温度を周期的に変化させることで、標的セル（入口のセルＰ１或いはその近傍のセル）の温度を効率的に脱離温度以上まで昇温させることができる。また、温度変化を付与することによって、標的セルにおける触媒の反応性を向上させて硫黄の脱離反応を促進させることもできる。この場合、排気ガスの平均温度は変化させないので、標的セルよりも下流側のセルでの温度上昇は抑えられる。
【００６４】
なお、本実施の形態にかかる硫黄被毒回復処理は、実施の形態３或いは４にかかる硫黄被毒回復処理に組み合わせることができる。つまり、標的セルが入口のセルＰ１或いはその近傍のセルである場合に本実施の形態にかかる硫黄被毒回復処理を実施し、標的セルが中央或いは出口側のセルに移ったら、実施の形態３或いは４にかかる硫黄被毒回復処理を実施するということが可能である。
【００６５】
その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば次のように変形して実施してもよい。
【００６６】
硫黄被毒回復処理において空燃比の振動周期を変化させる替わりに、空燃比の振幅を変化させてもよい。空燃比の振幅は燃料噴射量によって変化させることができる。空燃比の振幅を変化させることでも、空燃比の振動周期を変化させる場合と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
また、硫黄被毒回復処理において空燃比や排気温度を変化させる替わりに、排気ガス中に含まれる還元剤の組成を変化させてもよい。内燃機関２が直噴エンジンである場合には、燃料噴射時期によって筒内混合気の成層度を制御することができ、それにより排気ガス中のＣＯ量を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明が適用される内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１でＮＯｘ触媒の劣化判定に用いる触媒モデルを示す図である。
【図３】触媒モデルを用いた劣化判定の判定結果について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２で用いる硫黄被毒影響係数について説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態３にかかるＮＯｘ触媒の昇温方法を説明するための図である。
【図６】空燃比の振動による昇温効果を説明するための図である。
【図７】空燃比の振動周期とＮＯｘ触媒内の温度分布との関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態４にかかる硫黄被毒回復処理を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態５にかかる硫黄被毒回復処理を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態６にかかるＮＯｘ触媒の昇温方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６９】
２  内燃機関
４  排気通路
６  ＮＯｘ触媒
１０  ＥＣＵ
【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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