(57)【要約】【課題】ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を正確に判定することが可能な内燃機関の排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化触媒の劣化検出方法を提供する。【解決手段】排気ガス中の酸素濃度を低下させるとＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側における排気ガス温度が一旦低下し、暫くは低下した状態でほぼ一定の温度を維持しその後に上昇に転じる。劣化したＮＯｘ吸蔵触媒１４の場合、酸素濃度が低下した時点Ｐ０から排ガス温度が上昇に転じた時点Ｐ１までの所要時間ΔＴが新品のＮＯｘ吸蔵触媒１４より短くなる現象が観察される。この現象を利用してＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側に設けられた排気温センサ１６により酸素濃度を低下させてからの排気ガス温度を所定時間毎に計測し、排ガス温度が上昇に転じるまでの所要時間ΔＴを計測することにより、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の劣化状態を把握し、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の劣化判定を正確に行うことができる。【選択図】        図３
2005009438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒と、前記排気通路内において前記ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に設置され排気ガス温度を計測する排気温センサと、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を判定する制御手段とを備え、第１の運転状態において前記排気ガス中の酸素濃度を高くして排気ガスに含まれるＮＯｘを前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵させ、また第２の運転状態において酸素濃度を低下させ前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出と還元とを行なわせる内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記制御手段が、前記第２の運転状態において前記排気温センサにより計測された排気ガス温度の挙動に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を判定することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記制御手段は、前記第１の運転状態から前記第２の運転状態に切り換えて酸素濃度が低下した時点Ｐ０から、前記排気温センサにより計測された排気ガス温度が上昇に転じた時点Ｐ１までの所要時間ΔＴが基準時間より小さい時、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が劣化したと判定することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記制御手段は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の上流に設置された空燃比センサの出力がリッチとなった時点を、前記時点Ｐ０として検出することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項２記載の内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記制御手段は、排気ガス温度が低下し始めた時点を、前記時点Ｐ０として検出することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項２記載の内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記制御手段は、前記第１の運転状態から前記第２の運転状態に切り換えた時点を、前記時点Ｐ０として検出することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
請求項２記載の内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記制御手段は、計測された排気ガス温度Ｔ（ｎ）が、前回計測の排気ガス温度Ｔ（ｎ−１）より高くなった時点を、前記時点Ｐ１として検出することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
請求項２記載の内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記制御手段は、計測された排気ガス温度Ｔ（ｎ）が、前回計測の排気ガス温度Ｔ（ｎ−１）より第１の閾値以上高くなった時点を、前記時点Ｐ１として検出することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項８】
請求項２記載の内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記制御手段は、計測された排気ガス温度Ｔ（ｎ）が、前記第２の運転状態における排気ガス温度の最低値より第２の閾値以上高くなった時点を、前記Ｐ１として検出することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８記載の内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記第１の閾値または前記第２の閾値は、前記第１の運転状態から前記第２の運転状態に切り換えた直後の排気ガス温度と前記第２の運転状態における排気ガス温度の最低値との差に基づいて決定されることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項１０】
請求項７または請求項８記載の内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記第１の閾値または前記第２の閾値は、前記内燃機関の回転速度、負荷、吸入空気量及び排気ガス温度のうち少なくとも一つに基づいて決定されることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項１１】
請求項２記載の内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記所定の基準時間は、前記内燃機関の回転速度、負荷、吸入空気量及び排気ガス温度のうち少なくとも一つに基づいて決定されることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項１２】
内燃機関の排気通路に設けられ排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒と、前記排気通路内において前記ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に設置され排気ガス温度を計測する排気温センサとを備えた内燃機関において、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を判定する触媒劣化検出方法であって、
内燃機関の運転状態を、排気ガス中の酸素濃度を高くして排気ガスに含まれるＮＯｘを前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵させる第１の運転状態から、酸素濃度を低下させ前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出と還元とを行わせる第２の運転状態に切り換える第１のステップ、
酸素濃度が低下した時点Ｐ０を検出した後、前記第２の運転状態において、前記排気温センサにより前記ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側の排気ガス温度を所定時間毎に計測し、排気ガス温度が上昇に転じた時点Ｐ１を検出する第２のステップ、および
前記時点Ｐ０から前記時点Ｐ１までの所要時間ΔＴを求め、この所要時間ΔＴを基準時間と比較し、前記所要時間ΔＴが前記基準時間より小さい時、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が劣化したと判定する第３のステップを含むことを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＯｘ吸蔵触媒を備えた内燃機関において、ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化をより正確に判定することが可能な排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化触媒の劣化検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
理論空燃比より希薄な混合気を燃焼させるリーンバーンの内燃機関においては、排出される窒素酸化物（以下ＮＯｘと称す）を浄化するために、ＮＯｘ吸蔵触媒を用いた排気ガス浄化装置が使用されている。この排気ガス浄化装置は内燃機関のリーンバーン運転時に排出されるＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒に吸着させ、しかるべきタイミングで予め定められた所定の時間、空燃比をリッチに切り換えて排気ガス中の酸素濃度を低下させることにより、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出させると同時に還元処理を行い、排気ガスを浄化するものである。
【０００３】
しかし、触媒を長期間使用していると、排ガス浄化性能は徐々に衰える（これを触媒劣化と称する）。触媒劣化の主な原因は高温による熱劣化と触媒内部に吸着した硫黄などによる被毒である。劣化した触媒を使用し続けると、浄化しきれない有害物質を含む排気ガスを大気中に排出してしまうことになる。近年、自動車排ガス規制が極めて厳しくなっており、触媒の劣化状態を正確に検出することは非常に重要である。
【０００４】
このような触媒劣化を判定する従来技術として、例えば特許文献１では、ＮＯｘ吸蔵触媒の前後に温度センサを設け、これらの温度センサの出力差を算出し、その温度差を運転状態に応じて設定した閾値と比較することによって触媒の劣化判定を行う技術が提示されている。また、特許文献２では、通常時の供給量よりも大量の還元剤をＮＯｘ吸蔵触媒に供給し、この時に温度検出手段により検出した温度と基準温度とを比較して検出した温度が基準温度よりも小さい場合、ＮＯｘ吸蔵触媒が劣化したと判定する技術が提示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２７１６３９号公報
【特許文献２】
特開２００１−５９４１３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１で提示された技術では、触媒の劣化度合いが進むことにより触媒前後の温度差が小さくなるという現象を利用し、計測された温度差が予め設定した閾値より小さくなったときに触媒劣化と判定するが、触媒が正常状態の場合にも触媒前後の温度差が小さいことがあるため、誤判定する可能性があり判定精度が低かった。また、特許文献２では、劣化検出時において通常のリッチ運転時よりも大量の還元剤を供給することにより、通常の制御時より明確な結果を得ることができるが、リッチ運転時に大量の還元剤を供給するため燃費が悪くなるという問題があった。また触媒が劣化した場合、過剰な還元剤が十分反応できず、未燃ＨＣ、ＣＯを大量に大気中に放出させるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、ＮＯｘ吸蔵触媒を備えた内燃機関において、ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化をより正確に判定することが可能な排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化触媒の劣化検出方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる内燃機関の排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒と、排気通路内においてＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に設置され排気ガス温度を計測する排気温センサと、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を判定する制御手段とを備え、第１の運転状態において排気ガス中の酸素濃度を高くして排気ガスに含まれるＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵させ、第２の運転状態において酸素濃度を低下させＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出と還元とを行なわせる内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記制御手段が、前記第２の運転状態において排気温センサにより計測された排気ガス温度の挙動に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を判定するものである。
【０００９】
本発明による排気ガス浄化装置では、第１の運転状態から第２の運転状態に切り換え、排気ガス中の酸素濃度が低下し始めると、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側における排気ガス温度が排気ガス中の酸素濃度の低下と共に一旦低下し、暫くは低下した状態でほぼ一定の温度を維持し、その後に上昇に転じるような排気ガス温度の挙動が示される。本発明の排気ガス浄化装置は、劣化したＮＯｘ吸蔵触媒の場合、酸素濃度を低下させてから排気ガス温度が上昇に転じるまでの所要時間が新品のＮＯｘ吸蔵触媒より短くなる現象を利用したものであり、この発明の排気ガス浄化装置により、ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化をより正確に判定することが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係わる内燃機関の排気ガス浄化触媒の劣化検出方法は、内燃機関の排気通路に設けられ排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒と、排気通路内においてＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に設置され排気ガス温度を計測する排気温センサとを備えた内燃機関において、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を判定する触媒劣化検出方法であって、内燃機関の運転状態を、排気ガス中の酸素濃度を高くして排気ガスに含まれるＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵させる第１の運転状態から、酸素濃度を低下させＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出と還元とを行わせる第２の運転状態に切り換える第１のステップと、酸素濃度が低下した時点Ｐ０を検出した後、第２の運転状態において排気温センサによりＮＯｘ吸蔵触媒の下流側の排気ガス温度を所定時間毎に計測し、排気ガス温度が上昇に転じた時点Ｐ１を検出する第２のステップと、前記時点Ｐ０から前記時点Ｐ１までの所要時間ΔＴを求め、この所要時間ΔＴを基準時間と比較し、所要時間ΔＴが基準時間より小さい時、ＮＯｘ吸蔵触媒が劣化したと判定する第３のステップを含んで触媒の劣化を検出するものである。
【００１１】
本発明による排気ガス浄化触媒の劣化検出方法では、第１の運転状態から第２の運転状態に切り換え、排気ガス中の酸素濃度が低下し始めると、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側における排気ガス温度が排気ガス中の酸素濃度の低下と共に一旦低下し、暫くは低下した状態でほぼ一定の温度を維持し、その後に上昇に転じるような排気ガス温度の挙動が示される。本発明の排気ガス浄化触媒の検出方法は、内燃機関の運転状態を、排気ガス中の酸素濃度を高くして排気ガスに含まれるＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵させる第１の運転状態から、酸素濃度を低下させＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出と還元とを行わせる第２の運転状態に切り換える第１のステップと、酸素濃度が低下した時点Ｐ０を検出した後、第２の運転状態において排気温センサによりＮＯｘ吸蔵触媒の下流側の排気ガス温度を所定時間毎に計測し、排気ガス温度が上昇に転じた時点Ｐ１を検出する第２のステップと、前記時点Ｐ０から前記時点Ｐ１までの所要時間ΔＴを求め、この所要時間ΔＴを基準時間と比較し、所要時間ΔＴが基準時間より小さい時、ＮＯｘ吸蔵触媒が劣化したと判定する第３のステップを含んだものであり、この方法によりＮＯｘ吸蔵触媒の劣化をより正確に判定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１による内燃機関の排気ガス浄化装置を示すシステム構成図、図２は、内燃機関の運転状態（空燃比）とＮＯｘ吸蔵触媒（新品及び劣化品）の下流側における排気ガス温度の挙動を示す特性図、図３は、本実施の形態１による排気ガス浄化装置の制御手段において実行される排気ガス浄化触媒の劣化検出方法を説明するフローチャートである。
【００１３】
本実施の形態１による排気ガス浄化装置のシステム構成について図１を用いて説明する。内燃機関１は、多気筒内燃機関の一気筒分を抜き出して示したものであり、内燃機関１の吸気管２には吸入空気量を計測するエアフローセンサ３と吸入空気量を制御するスロットルバルブ４とが設けられている。吸入空気は内燃機関１の燃焼室５に導入され、燃料噴射弁６から噴射される燃料と混合されて混合気を形成し、点火プラグ７により点火されて燃焼する。
【００１４】
内燃機関１のピストン８はコネクティングロッド９によりクランク軸１０を回転駆動し、クランク軸１０の近傍に設けられたクランク角センサ１１はクランク軸１０の回転速度と回転角とを検出する。燃焼室５にて燃焼した排気ガスは排気行程において排気通路である排気管１２に排出され、排気管１２には排気ガスを浄化するための三元触媒１３とＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒１４とが設けられている。ＮＯｘ吸蔵触媒１４は三元触媒１３の下流側に配置されている。排気管１２の三元触媒１３の上流側には空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する空燃比センサ１５が設けられ、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側には排気ガス温度を検出する排気温センサ１６が設けられている。内燃機関１の制御を行う制御手段１７は、エアフローセンサ３、クランク角センサ１１、空燃比センサ１５及び排気温センサ１６からそれぞれ信号を入力し、燃料噴射弁６および点火装置等を制御するもので、例えば、マイクロコンピュータを含む制御回路またはアナログ回路から構成されている。この制御手段１７は、燃料噴射弁６による燃料噴射量を制御することにより、内燃機関の運転状態を、第１の運転状態と、第２の運転状態との間で切り換える。第１の運転状態は吸入空気量に対する燃料噴射量が小さなリーン運転であり、排気ガス中の酸素濃度は過剰状態となり、また第２の運転状態は吸入空気量に対する燃料噴射量が大きなリッチ運転であり、排気ガス中の酸素濃度は第１の運転状態に比べて低下し、不足状態となる。
【００１５】
また、ＮＯｘ吸蔵触媒１４は、例えばアルミナを担体とし、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や、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）、イットリウム（Ｙ）のような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金（Ｐｔ）のような貴金属とを担持したものである。内燃機関１の運転時、排気ガス中の炭化水素や一酸化炭素（ＣＯ）を低減するために空燃比をリーンにするが（リーン運転：第１の運転状態）、このために排気ガスが酸素濃度過剰になると共に、燃焼によるＮＯｘが発生する。
【００１６】
ＮＯｘ吸蔵触媒１４は、流入する排気ガスが酸素濃度過剰のときにはＮＯｘを吸蔵し、酸素濃度を一時的に低下させることにより、このＮＯｘを放出すると共に還元し、排気ガス中のＮＯｘを浄化するものである（以下、このようなＮＯｘの放出と還元との処理をＮＯｘパージと称す）。ＮＯｘパージを実施する際には、制御手段１７により、燃料噴射弁６による燃料噴射量を制御し、内燃機関１の空燃比をリッチな状態（リッチ運転：第２の運転状態）にすることにより排気ガス中の酸素濃度を低下させ、ＮＯｘを還元すると同時に未燃焼ＨＣおよびＣＯを酸化させるものであるが、このとき、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側における排気ガス温度には、ある所定の挙動が観察される。
【００１７】
図２（ａ）は、内燃機関の運転状態（空燃比）の切り換え状態を示し、（ｂ）はＮＯｘ吸蔵触媒１４が新品の場合における、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側の排気ガス温度挙動を示し、（ｃ）はＮＯｘ吸蔵触媒１４が劣化品の場合における、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側の排気ガス温度挙動を示している。図２（ａ）（ｂ）（ｃ）の横軸はいずれも経過時間を示し、ａ点において、空燃比をリーンとするリーン運転（第１の運転状態）から、空燃比をリッチとするリッチ運転（第２の運転状態）に切り換えるものとする。
【００１８】
リッチ運転への切換に伴い、排気ガス中の酸素濃度が低下し始め、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側における排気ガス温度が排気ガス中の酸素濃度の低下と共に一旦低下し、暫くは低下した状態でほぼ一定の温度を維持し、その後に上昇に転じる排気ガス温度の挙動が図２（ｂ）（ｃ）に示されている。図２（ｃ）に示す劣化したＮＯｘ吸蔵触媒１４についても、図２（ｂ）に示す新品触媒と同じ傾向の排ガス温度の挙動が示されるが、リッチ運転への切換時点ａとほぼ同じ時点Ｐ０で酸素濃度が低下してから、再び排気ガス温度が上昇に転じた時点Ｐ１までの所要時間ΔＴが新品のＮＯｘ吸蔵触媒１４より短くなる現象が観察される。従って、このような現象を利用してＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側に設けられた排気温センサ１６により排気ガス温度の変化を計測し、酸素濃度を低下させてから排ガス温度が上昇に転じるまでの所要時間ΔＴを計測することにより、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の劣化状態を把握し、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の劣化判定を正確に行うことができる。
【００１９】
以下に、本実施の形態による排気ガス浄化装置の制御手段１７において実行される触媒劣化検出方法を図３のフローチャートを用いて説明する。図３のフローチャートは、内燃機関１のリーン運転中にＮＯｘ吸蔵触媒１４に吸蔵されたＮＯｘを放出して浄化するために、空燃比を強制的にリッチに切り換え、排気ガス中の酸素濃度を低下させると共にＮＯｘ吸蔵触媒１４の劣化判定を行い、その後、空燃比を元のリーンな状態に戻す処理を示しているが、この図３の処理ルーチンは、所定の時間（例えば１０ｍｓ）毎、または、所定のクランク角（例えば１８０度）毎に繰り返し実行されるものである。
まずステップＳ１０１において、制御手段１７が各種センサからの信号を読み込み、ステップＳ１０２ではＮＯｘパージの実施タイミングを判定する。この判定は、例えばリーン運転（第１の運転状態）の時間が所定時間以上になったか否かにより判定するものである。ＮＯｘパージの実施タイミングでない（所定時間が経過していない）と判定されるとステップＳ１０３に進み、リーン運転を継続し、ステップＳ１０４にてリーン運転時間タイマによる計測を継続しながら再度スタートに戻る。
【００２０】
ステップＳ１０２において所定時間が経過しておりＮＯｘパージの実施タイミングであると判定された場合、ステップＳ１０５に進み、ＮＯｘパージを実施する。すなわち、このステップＳ１０５では、内燃機関１の空燃比を予め定められたリッチの空燃比に切り換え（リッチ運転：第２の運転状態）、ＮＯｘ吸蔵触媒１４に吸蔵されたＮＯｘの放出及び還元を行う（第１のステップ）。なお、ＮＯｘパージを実施する時、空燃比をリッチにすると説明したが、ＮＯｘの放出が可能な空燃比であればよく、必ずしも理論空燃比よりリッチである必要はない。
【００２１】
ＮＯｘパージを実施後、ステップＳ１０６に進み、空燃比センサ１５から酸素濃度の信号を読み込み、酸素濃度が低下したかどうかを判定する。酸素濃度の低下が確認された場合、その時点を酸素濃度が低下した時点Ｐ０とし、そこから排気温センサ１６によりＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側の排気ガス温度を所定時間毎に計測し、排気ガス温度が上昇に転じた時点Ｐ１を検出する。まず、ステップＳ１０７にて酸素濃度が低下した時点Ｐ０から排気ガス温度が上昇するまでの所要時間ΔＴに時間所定値ｔｓｔ（例：ルーチンの所定時間）を加え、ΔＴを更新してから、ステップＳ１０８に進む。なお、ステップＳ１０６にて酸素濃度低下という条件が不成立の場合にはそのままリターンしてスタートに戻る。
【００２２】
次に、ステップＳ１０８にて排気温センサ１６からの温度信号を読み込み、続くステップＳ１０９にて今回計測された温度信号Ｔ（ｎ）と、記憶されていた前回計測の温度信号Ｔ（ｎ−１）とを比較し、Ｔ（ｎ）＞Ｔ（ｎ−１）が成立すれば、排気ガス温度が前回より上昇したと判断して、今回読み込んだ温度信号Ｔ（ｎ）を排気ガス温度が上昇に転じた時点Ｐ１として検出する。ステップＳ１０９にてＴ（ｎ）＞Ｔ（ｎ−１）が不成立の場合には、そのままリターンしてスタートに戻る（第２のステップ）。なお、ステップＳ１０９の判定において、温度の小変動による誤動作を避けるため、判定条件をＴ（ｎ）＞Ｔ（ｎ−１）＋Ｔ１（Ｔ１：第１の閾値）として温度変化量に所定の閾値を持たせてもよい。この第１の閾値Ｔ１は、第１の運転状態から第２の運転状態に切り換えた直後の排気ガス温度と、第２の運転状態における排気ガス温度の最低値との差に対応して決定される。さらに、第１の閾値Ｔ１は、内燃機関１の回転速度や負荷の量、吸入空気量や排気ガスの温度等、内燃機関１の運転状態に対応して決定される。
【００２３】
続いてステップＳ１１０に進み、酸素濃度が低下した時点Ｐ０から排気ガス温度が上昇に転じた時点Ｐ１までの所要時間ΔＴを求め、この所要時間ΔＴを所定の基準時間と比較し、ΔＴが所定の基準時間より小さい時、ＮＯｘ吸蔵触媒１４が劣化したと判定する（第３のステップ）。ＮＯｘ吸蔵触媒１４の浄化能力が低下したと判定した場合、ステップＳ１１２に進み、ステップＳ１１２にて劣化フラッグをセットする。続くステップＳ１１３にて、ΔＴをクリア（零値を与える）し、ステップＳ１１４に進みＮＯｘパージを終了する。
【００２４】
このステップＳ１１４では、リッチ運転（第２の運転状態）からリーン運転（第１の運転状態）に切り換え、さらにステップＳ１１５にて第１の運転状態のタイマをリセットする。ステップＳ１１０にてΔＴが所定の基準時間より大きい場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒１４は正常な浄化能力を有すると判定し、ステップＳ１１１にて正常フラッグをセットし、続いてステップＳ１１３からＳ１１５に進み、ＮＯｘパージの終了処理を行なう。なお、ステップＳ１１０において、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の劣化を判定するための基準時間は、内燃機関１の回転速度や負荷の量、吸入空気量や排気ガスの温度等、内燃機関１の運転状態に応じて決定される。
【００２５】
以上のように、実施の形態１では、内燃機関１の排気通路に設けられ排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒１４と、排気通路内においてＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側に設置され排気ガス温度を計測する排気温センサ１６と、内燃機関１の吸入空気の量と燃料噴射量とを制御し排気ガスの酸素濃度を変化させる制御手段１７を備えた内燃機関１の排気ガス浄化装置において、制御手段１７が排気温センサ１６により計測された排気ガス温度の挙動に基づいてＮＯｘ吸蔵触媒１４の劣化を判定するものである。
【００２６】
またこの実施の形態１における排気ガス浄化触媒の劣化検出方法は、内燃機関１の運転状態を、排気ガス中の酸素濃度を高くしてＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒１４に吸蔵させるリーン運転（第１の運転状態）から、酸素濃度を低下させＮＯｘ吸蔵触媒１４に吸蔵されたＮＯｘの放出と還元とを行うリッチ運転（第２の運転状態）に切り換える第１のステップと、酸素濃度が低下した時点Ｐ０を検出後、第２の運転状態において排気温センサ１６によりＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流側の排気ガス温度を所定時間毎に計測し、排気ガス温度が上昇に転じた時点Ｐ１を検出する第２のステップと、酸素濃度を低下させた時点Ｐ０から排気ガス温度が上昇に転じる時点Ｐ１までの所要時間ΔＴを求め、この所要時間ΔＴを所定の基準時間と比較し、ΔＴが所定の基準時間より小さい時、ＮＯｘ吸蔵触媒１４が劣化したと判定する第３のステップを含んで触媒の劣化を検出するものである。
【００２７】
この実施の形態１による排気ガス浄化装置および排気ガス浄化触媒の劣化検出方法によれば、従来方法に比べ判定精度が高く、また燃費を悪化させることなく、正確にＮＯｘ触媒の劣化を判定することができる。
【００２８】
また、本実施の形態１では、ステップＳ１０６の判定において、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の上流に設置された空燃比センサ１５の出力がリッチとなった時点を、酸素濃度が低下した時点Ｐ０として検出したが、時点Ｐ０として、排気ガス温度が低下し始めた時点を検出してもよい。
【００２９】
また、第１の運転状態から第２の運転状態に切り換えた時点、すなわち空燃比をリッチに切り換えた時点を、時点Ｐ０として検出してもよい。このような制御をすることにより、酸素濃度の低下するタイミングをより正確に判定することができる。また、第２のステップＳ１０９において、今回計測された排気ガス温度Ｔ（ｎ）が、前回計測の排気ガス温度Ｔ（ｎ−１）より高くなった時点を、排気ガス温度が上昇した時点Ｐ１として検出するようにしたので、排気ガス温度が上昇するタイミングを正確に判定することができる。さらに、今回計測された排気ガス温度Ｔ（ｎ）が、前回計測の排気ガス温度Ｔ（ｎ−１）より第１の閾値Ｔ１以上高くなった時点を、時点Ｐ１として判定することにより、排気ガス温度の小変動があっても誤動作することなく、排気ガス温度が上昇するタイミングを正確に判定することができる。
【００３０】
この第１の閾値Ｔ１を、第１の運転状態から第２の運転状態に切り換えた直後の排気ガス温度と、第２の運転状態における排気ガス温度の最低値との差に応じて決定することにより、排気ガスの温度変化量に対応して閾値の設定ができ、排気ガス温度が上昇するタイミングを的確に判定することができる。さらに、第１の閾値Ｔ１を、内燃機関１の回転速度、負荷、吸入空気量及び排気ガス温度等の運転状態に応じて決定することにより、排気ガス温度が上昇するタイミングを広い範囲の運転領域において適切に判定することができる。また、第３のステップＳ１１０において、所定の基準時間を、内燃機関１の回転速度、負荷、吸入空気量及び排気ガス温度等の運転状態に応じて決定することにより、ＮＯｘ吸蔵触媒１４の劣化判定を広い範囲の運転領域において適切に行うことができる。
【００３１】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２による排気ガス浄化装置の制御手段において実行される触媒劣化検出方法を説明するフローチャートである。本実施の形態は、上記実施の形態１に対して制御内容に変更を加えたものであり、図４において、実施の形態１にて説明した図３のフローチャートと同一処理のステップには同一のステップ番号が付与されている。実施の形態１（図３）におけるステップＳ１０９の温度判定、すなわち、下流側排気ガス温度が上昇に転じた時点Ｐ１を判定するステップが、本実施の形態２（図４）ではステップＳ２０１からステップＳ２０３に変更されている。ここではこの変更された部分について説明する。
【００３２】
まず、ステップＳ１０８にて排気温センサ１６からの温度信号を読み込んだ後、ステップＳ２０１にて今回読み込んだ温度信号Ｔ（ｎ）が、第２の運転状態の期間中における排気ガス温度の最低値Ｔｍｉｎより大きいかどうかを判定する。ここでＴ（ｎ−１）がＴｍｉｎより大きいと判定された場合、ステップＳ２０２に進み、今回読み込んだ温度信号Ｔ（ｎ）が上記の最低値Ｔｍｉｎより第２の閾値Ｔｈｙｓ以上大きいかどうかを判定する。
【００３３】
ここで、Ｔ（ｎ）＞Ｔｍｉｎ＋Ｔｈｙｓが成立すると判定された場合には、ステップＳ１１０に進み、上記実施の形態１と同様にＮＯｘ吸蔵触媒１４の劣化判定を行う。ステップＳ２０２にて、Ｔ（ｎ）＞Ｔｍｉｎ＋Ｔｈｙｓが成立しないと判定された場合には、そのまま今回のルーチンを終了し、また、ステップＳ２０１においてＴ（ｎ）＞Ｔｍｉｎが成立しなかった場合にはステップＳ２０３に進み、排気ガス温度の最低値Ｔｍｉｎの値を今回のＴ（ｎ）の値に置き換えて今回のルーチンを終了する。
【００３４】
なお、ステップＳ２０２にて用いた第２の閾値Ｔｈｙｓの設定において、空燃比を第２の運転状態に切り換えた直後の排気ガス温度Ｔｓｔを記憶しておき、第２の閾値Ｔｈｙｓを、
Ｔｈｙｓ＝（Ｔｓｔ−Ｔｍｉｎ）×α    （α：任意の係数）
として求めることにより、Ｔｈｙｓの値を排気ガス温度の変化量に応じて決定することができる。このような求め方は、上記実施形態１で説明したステップＳ１０９にて用いた第１の閾値Ｔ１を設定する際にも適用できる。また、実施の形態１にて説明した第１の閾値Ｔ１と同様に、第２の閾値Ｔｈｙｓについても、内燃機関１の回転速度や負荷の量、吸入空気量や排気ガスの温度等、内燃機関１の運転状態に応じて決定される。
【００３５】
以上のように、実施の形態２では、第２のステップにおいて、今回計測された排気ガス温度Ｔ（ｎ）が、第２の運転状態における排気ガス温度の最低値Ｔｍｉｎより第２の閾値Ｔｈｙｓ以上高くなった時点を、排気ガス温度が上昇した時点Ｐ０と判定することにより、排気ガス温度の小変動があっても誤動作することなく、排気ガス温度が上昇するタイミングを正確に判定することができる。また、第２の閾値Ｔｈｙｓを、第１の運転状態から第２の運転状態に切り換えた直後の排気ガス温度Ｔｓｔと、第２の運転状態における排気ガス温度の最低値Ｔｍｉｎとの差に応じて決定することにより、排気ガスの温度変化量に対応した閾値の設定ができ、排気ガス温度が上昇するタイミングを的確に判定することができる。さらに、第２の閾値Ｔｈｙｓを、内燃機関１の回転速度、負荷、吸入空気量及び排気ガス温度等の運転状態に応じて決定することにより、排気ガス温度が上昇するタイミングを広い範囲の運転領域において適切に判定することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、第２の運転状態において排気温センサにより計測されたＮＯｘ吸蔵触媒下流側の排気ガス温度の挙動に基づいてＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を判定する制御手段を備えることにより、ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を正確に判定することが可能な排気ガス浄化装置が得られる。
【００３７】
また、酸素濃度が低下した時点Ｐ０から排気ガス温度が上昇に転じた時点Ｐ１までの所要時間ΔＴを所定の基準時間と比較し、所要時間ΔＴが所定の基準時間より小さい時、ＮＯｘ吸蔵触媒が劣化したと判定する触媒劣化検出方法により、ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を正確に判定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１である内燃機関の排気ガス浄化装置を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１である内燃機関の運転状態（空燃比）とＮＯｘ吸蔵触媒（新品及び劣化品）の下流側における排気ガス温度の挙動を示す特性図である。
【図３】本発明の実施の形態１である内燃機関の制御手段において実行される触媒劣化検出方法を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２である内燃機関の制御手段において実行される触媒劣化検出方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１  内燃機関、２  吸気管、３  エアフローセンサ、４  スロットルバルブ、５  燃焼室、６  燃料噴射弁、７  点火プラグ、８  ピストン、
９  コネクティングロッド、１０  クランク軸、１１  クランク角センサ、
１２  排気管、１３  三元触媒、１４  ＮＯｘ吸蔵触媒、
１５  空燃比センサ、１６  排気温センサ、１７  制御手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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