(57)【要約】【課題】  吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化度合いを検出する。【解決手段】 希薄燃焼可能な内燃機関の排気管１６に吸蔵還元型ＮＯx触媒１７を備えた内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒１７の上流に入ガスＳＯxセンサ２３を設け、下流に出ガスＳＯxセンサ２４および空燃比センサ２７を設ける。ＮＯx触媒１７に対してＳＯx被毒回復処理を実行し、ほぼ完全に被毒回復を行った直後に、ＮＯx触媒１７に対して飽和ＮＯx放出処理を実行し、リッチ切り替わり時間を測定し、これと新品時のＮＯx触媒１７のリッチ切り替わり時間と比較して、その比較値に基づいて熱劣化度合いを判定する。またはＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を測定して熱劣化度合いを判定する。熱劣化度合いが所定レベルを越えたときには、熱劣化抑制手段を作動し、これ以後の熱劣化を抑制する。【選択図】  図１
2005042734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出しＮ2に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxを放出させるＳＯx被毒回復処理を実行する時期か否かを判定する被毒回復実行時期判定手段と、（ハ）前記被毒回復実行時期判定手段により実行時期であると判定されたときに、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に堆積しているＳＯxのほぼ全量を放出せしめて該吸蔵還元型ＮＯx触媒をＳＯx 被毒から回復させる被毒回復手段と、（ニ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を検出する吸蔵能力検出手段と、（ホ）前記被毒回復手段によりＳＯx被毒回復処理を実行した後に前記吸蔵能力検出手段によって検出された前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力と基準となるＮＯx吸蔵能力とを比較し、その比較値に基づいて該吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化度合いを判定する熱劣化判定手段と、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスのＳＯx濃度を検出する入ガスＳＯx濃度検出手段と、を備え、前記入ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度と前記内燃機関の吸入空気量とに基づいて、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入するＳＯx量を算出し、この吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入するＳＯx量が所定量を超えたときに、前記被毒回復実行時期判定手段が、ＳＯx被毒回復処理の実行時期であると判定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】
（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出しＮ2に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxを放出させるＳＯx被毒回復処理を実行する時期か否かを判定する被毒回復実行時期判定手段と、（ハ）前記被毒回復実行時期判定手段により実行時期であると判定されたときに、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に堆積しているＳＯxのほぼ全量を放出せしめて該吸蔵還元型ＮＯx触媒をＳＯx 被毒から回復させる被毒回復手段と、（ニ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を検出する吸蔵能力検出手段と、（ホ）前記被毒回復手段によりＳＯx被毒回復処理を実行した後に前記吸蔵能力検出手段によって検出された前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力と基準となるＮＯx吸蔵能力とを比較し、その比較値に基づいて該吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化度合いを判定する熱劣化判定手段と、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスのＳＯx濃度を検出する入ガスＳＯx濃度検出手段と、を備え、前記入ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度から推定した前記内燃機関の燃料の硫黄濃度と、燃料消費量または走行距離と、に基づいて、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入するＳＯx量を算出し、この吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入するＳＯx量が所定量を越えたときに、前記被毒回復実行時期判定手段が、ＳＯx被毒回復処理の実行時期であると判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出しＮ2に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxを放出させるＳＯx被毒回復処理を実行する時期か否かを判定する被毒回復実行時期判定手段と、（ハ）前記被毒回復実行時期判定手段により実行時期であると判定されたときに、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に堆積しているＳＯxのほぼ全量を放出せしめて該吸蔵還元型ＮＯx触媒をＳＯx 被毒から回復させる被毒回復手段と、（ニ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を検出する吸蔵能力検出手段と、（ホ）前記被毒回復手段によりＳＯx被毒回復処理を実行した後に前記吸蔵能力検出手段によって検出された前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力と基準となるＮＯx吸蔵能力とを比較し、その比較値に基づいて該吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化度合いを判定する熱劣化判定手段と、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスのＳＯx濃度を検出する入ガスＳＯx濃度検出手段と、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する排気ガスのＳＯx濃度を検出する出ガスＳＯx濃度検出手段と、を備え、前記入ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度と前記出ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度との濃度差と、前記内燃機関の吸
入空気量あるいは排気ガス量と、に基づいてＳＯx吸蔵量を推定し、このＳＯx吸蔵量が所定量を越えたときに、前記被毒回復実行時期判定手段が、ＳＯx被毒回復処理の実行時期であると判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出しＮ2に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxを放出させるＳＯx被毒回復処理を実行する時期か否かを判定する被毒回復実行時期判定手段と、（ハ）前記被毒回復実行時期判定手段により実行時期であると判定されたときに、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に堆積しているＳＯxのほぼ全量を放出せしめて該吸蔵還元型ＮＯx触媒をＳＯx 被毒から回復させる被毒回復手段と、（ニ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を検出する吸蔵能力検出手段と、（ホ）前記被毒回復手段によりＳＯx被毒回復処理を実行した後に前記吸蔵能力検出手段によって検出された前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力と基準となるＮＯx吸蔵能力とを比較し、その比較値に基づいて該吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化度合いを判定する熱劣化判定手段と、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスのＳＯx濃度を検出する入ガスＳＯx濃度検出手段と、該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する排気ガスのＳＯx濃度を検出する出ガスＳＯx濃度検出手段と、を備え、前記被毒回復実行時期判定手段は、前記出ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度が前記入ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度に対して所定レベルまで接近したときに、ＳＯx被毒回復処理の実行時期であると判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記被毒回復手段によりＳＯx 被毒回復処理を実行しているときにおける、前記出ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度と前記入ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度との濃度差と、前記内燃機関の吸入空気量あるいは排気ガス量と、に基づいて、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出される放出ＳＯx量を推定し、この放出ＳＯｘ量を、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されたと推定されるＳＯx吸蔵量から減算することで、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に残存するＳＯx残存量を推定し、このＳＯx残存量が所定量まで減少したときに、前記被毒回復手段によるＳＯx 被毒回復処理を終了することを特徴とする請求項３に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、希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスから窒素酸化物（ＮＯx）を浄化することができる排気浄化装置に係り、特にＮＯx触媒の熱劣化を検出することができるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスからＮＯxを浄化する排気浄化装置として、吸蔵還元型ＮＯx触媒がある。吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単に触媒あるいはＮＯx触媒ということもある）は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯxを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯxを放出しＮ2に還元する触媒である。
【０００３】
ＮＯx触媒の構造、およびＮＯx浄化のメカニズムについて簡単に説明すると、ＮＯx触媒は、アルミナなどの担体上に、白金（Ｐｔ）などの触媒物質とバリウム（Ｂａ）などのＮＯx吸蔵剤を坦持してなり（以下の説明では、ＰｔとＢａが坦持されてなるＮＯx触媒の例で説明する）、ＮＯx触媒にリーン空燃比の排気ガスが流入すると、排気ガス中のＮＯxはＰｔの表面で酸化されてＮＯ2になり、このＮＯ2がＢａ内に吸収されてＢａＯと結合し、硝酸イオンＮＯ3ーの形で吸収される。このＮＯxの吸収はＢａとＰｔとの界面において行われる。一方、ＮＯx触媒にストイキ（理論空燃比）またはリッチ空燃比の排気ガスが流入して酸素濃度が低下すると、ＮＯx触媒に吸収されていたＮＯ3ーがＮＯ2あるいはＮＯの形で放出され、さらに排気ガス中のＨＣやＣＯと反応してＮ2に還元せしめられる。
【０００４】
したがって、このＮＯx触媒を希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置し、リーン空燃比の排気ガスと、ストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスを交互に流すと、排気ガス中のＮＯxを浄化することができる。
【０００５】
このＮＯx触媒を排気ガス浄化に長期に使用していると、このＮＯx触媒は経時劣化し、図５に示すようにＮＯx浄化能力が低下していくことが知られている。この劣化は（ａ）燃料中の硫黄と（ｂ）熱に原因があると考えられており、燃料中の硫黄に起因する劣化を硫黄被毒劣化といい、熱に起因する劣化を熱劣化といって区別することもある。なお、硫黄被毒劣化はＳ被毒劣化あるいはＳＯx被毒劣化と表現することもあるが、以下の説明ではＳＯx被毒劣化という表現で統一する。
【０００６】
ＳＯx被毒劣化について説明すると、一般に、内燃機関の燃料には硫黄分が含まれており、内燃機関で燃料を燃焼すると、燃料中の硫黄分が燃焼してＳＯ2やＳＯ3などの硫黄酸化物（ＳＯx）が発生する。前記吸蔵還元型ＮＯx触媒は、ＮＯxの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中のＳＯxの吸収を行うので、内燃機関の排気通路にＮＯx触媒を配置すると、このＮＯx触媒にはＮＯxのみならずＳＯxも吸収される。
【０００７】
ところが、前記ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、分解、放出されにくく触媒内に蓄積され易い傾向がある。ＮＯx触媒に硫酸塩が蓄積されることをＳＯx被毒といい、ＳＯx被毒が進行してＮＯx触媒内のＳＯx蓄積量が増大すると、触媒のＮＯx吸収容量が減少するためＮＯx浄化率が低下する。これがＳＯx被毒劣化である。
【０００８】
熱劣化について説明すると、前述したように、ＮＯx触媒におけるＮＯxの吸収はＰｔ（触媒物質）とＢａ（ＮＯx吸収剤）との界面において行われるが、Ｐｔは熱によってシン
タリングを起こし、成長して粒径が大きくなることが知られている。車両用内燃機関から排出される排気ガスの浄化においては、ＮＯx触媒に加わる熱負荷が大きく、Ｐｔのシンタリングを避けることはできない。このようにＰｔがシンタリングを起こすと、ＰｔとＢａの接触面積が少なくなり、即ち、ＰｔとＢａの界面が少なくなる。その結果、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が低下し、ＮＯx浄化能力が低下する。これが熱劣化である。
【０００９】
図１２は、触媒物質のシンタリング（触媒物質の粒径成長）がＮＯx浄化性能に与える影響を示しており、触媒物質のシンタリングが進んでいないとき（即ち、粒径が小さいとき）にはＮＯx浄化性能が高く、シンタリングが進むにしたがって（即ち、粒径が大きくなるにしたがって）ＮＯx浄化性能が低下する。
【特許文献１】特許２７４５９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、前記ＳＯx被毒劣化については、特許番号第２７４５９８５号の特許公報等に開示されているように、所定の回復処理を施すことによって、ＮＯx触媒に吸収されているＳＯxを放出させＳＯ2に還元することができるので、ＮＯx触媒をＳＯx被毒から回復させることが可能である。
【００１１】
これに対して、一度シンタリングを起こしたＰｔをシンタリングする前の状態に戻すことは不可能であり、したがって、ＮＯx触媒を熱劣化から回復させることは不可能である。そのため、ＮＯx触媒を管理する上で、ＮＯx触媒の熱劣化の度合い（熱劣化レベル）を検出することは重要な意味がある。
【００１２】
しかしながら、現在のところ熱劣化度合いを検出する技術は確立されておらず、熱劣化の度合いを検出する技術の開発が切望されている。本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化度合いの検出技術を確立することにより、内燃機関の排気浄化技術の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。第１の発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出しＮ2に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxを放出させるＳＯx被毒回復処理を実行する時期か否かを判定する被毒回復実行時期判定手段と、（ハ）前記被毒回復実行時期判定手段により実行時期であると判定されたときに、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に堆積しているＳＯxのほぼ全量を放出せしめて該吸蔵還元型ＮＯx触媒をＳＯx 被毒から回復させる被毒回復手段と、（ニ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を検出する吸蔵能力検出手段と、（ホ）前記被毒回復手段によりＳＯx被毒回復処理を実行した後に前記吸蔵能力検出手段によって検出された前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力と基準となるＮＯx吸蔵能力とを比較し、その比較値に基づいて該吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化度合いを判定する熱劣化判定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
この内燃機関の排気浄化装置では、被毒回復実行時期判定手段が、吸蔵還元型ＮＯx触媒に対してＳＯx被毒回復処理を実行すべき時期であると判定すると、被毒回復手段が、吸蔵還元型ＮＯx触媒に対するＳＯx被毒回復処理を実行し、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＳＯxをほぼ完全に放出する。そして、ＳＯx被毒回復処理の完了直後に、吸蔵能力検出手段は吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を検出する。この後、熱劣化判定手
段が、吸蔵能力検出手段によって検出されたＮＯx吸蔵能力と基準となるＮＯx吸蔵能力とを比較し、その比較値に基づいて吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化度合いを判定する。
【００１５】
熱劣化度合いの判定原理は次の通りである。吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化には、燃料中の硫黄に起因するＳＯx被毒劣化と、熱に起因する熱劣化があるが、ＳＯx被毒劣化は所定の被毒回復処理を実行すれば回復することができるのに対して、熱劣化は一旦生じてしまうと回復することができない。したがって、ＳＯx被毒回復処理を実行してもなお性能回復不能な部分は熱劣化によるものとみなすことができる。これが本発明における熱劣化度合い判定の原理である。
【００１６】
第１の発明にかかる内燃機関の排気浄化装置において、前記熱劣化判定手段が基準とするＮＯx吸蔵能力は、ＳＯx被毒劣化および熱劣化のいずれも受けていない新品の吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力とすることができる。
【００１７】
前記熱劣化判定手段が、前記吸蔵能力検出手段によって検出された前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力と基準となるＮＯx吸蔵能力とを比較して求める比較値は、両者の差としてもよいし、一方を他方で除した商としてもよい。
【００１８】
また第２の発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯxを放出しＮ2に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、（ロ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxを放出させるＳＯx被毒回復処理を実行する時期か否かを判定する被毒回復実行時期判定手段と、（ハ）前記被毒回復実行時期判定手段により実行時期であると判定されたときに、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に堆積しているＳＯxのほぼ全量を放出せしめて該吸蔵還元型ＮＯx触媒をＳＯx 被毒から回復させる被毒回復手段と、（ニ）前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化率を測定する浄化率測定手段と、（ホ）前記被毒回復手段によりＳＯx被毒回復処理を実行した後に前記浄化率測定によって測定された前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化率基準となるＮＯx浄化率を比較し、その比較値に基づいて該吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化度合いを判定する熱劣化判定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
第２の発明では、前記ＮＯx浄化率測定手段は、ＮＯx触媒に流入する排気ガス中のＮＯx量と、ＮＯx触媒の下流に設置したＮＯx検出手段による排気ガス中のＮＯx量に基づいてＮＯx浄化率を測定することができる。第２の発明の内燃機関の排気浄化装置では、被毒回復実行時期判定手段が、吸蔵還元型ＮＯx触媒に対してＳＯx被毒回復処理を実行すべき時期であると判定すると、被毒回復手段が、吸蔵還元型ＮＯx触媒に対するＳＯx被毒回復処理を実行し、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＳＯxをほぼ完全に放出する。そして、ＳＯx被毒回復処理の完了直後に、浄化率測定手段は吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化率を測定する。この後、熱劣化判定手段が、浄化率測定手段によって測定されたＮＯx浄化率と基準となるＮＯx浄化率とを比較し、その比較値に基づいて吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化度合いを判定する。
【００２０】
熱劣化度合いの判定原理は次の通りである。吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化には、燃料中の硫黄に起因するＳＯx被毒劣化と、熱に起因する熱劣化があるが、ＳＯx被毒劣化は所定の被毒回復処理を実行すれば回復することができるのに対して、熱劣化は一旦生じてしまうと回復することができない。したがって、ＳＯx被毒回復処理を実行してもなお性能回復不能な部分は熱劣化によるものとみなすことができる。これが本発明における熱劣化度合い判定の原理である。
【００２１】
第２の発明にかかる内燃機関の排気浄化装置において、前記熱劣化判定手段が基準とす
るＮＯx浄化率は、ＳＯx被毒劣化および熱劣化のいずれも受けていない新品の吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化率とすることができる。
【００２２】
前記熱劣化判定手段が、前記浄化率測定手段によって測定された前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化率と基準となるＮＯx浄化率とを比較して求める比較値は、両者の差としてもよいし、一方を他方で除した商としてもよい。
【００２３】
第１及び第２の発明（以下、本発明）における希薄燃焼可能な内燃機関としては、筒内直接噴射式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。排気ガスの空燃比とは、機関吸気通路及び吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比をいう。
【００２４】
内燃機関がリーンバーンガソリンエンジンの場合には、排気空燃比制御手段は、燃焼室に供給される混合気の空燃比を制御することにより排気ガスの空燃比を制御することができる。また、内燃機関がディーゼルエンジンの場合には、吸気行程または膨張行程または排気行程で燃料を噴射する所謂副噴射により、あるいは、吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気通路内に還元剤を供給することにより排気ガスの空燃比を制御することができる。
【００２５】
吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出し、Ｎ2に還元する触媒である。この吸蔵還元型ＮＯx触媒は、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、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のような貴金属とが担持されてなる。
【００２６】
また前記吸蔵能力検出手段は、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵状態を飽和状態にした後、該吸蔵還元型ＮＯx触媒へ流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切り替えてリッチに維持し、この空燃比の切り替えから該吸蔵還元型ＮＯx触媒の出口の排気ガスの空燃比がリッチになるまでの所要時間をＮＯx吸蔵能力のバロメータとして検出することができる。
【００２７】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置において、前記被毒回復実行時期判定手段は、前記吸蔵能力検出手段によって検出された吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が所定の下限値を下回ったときにＳＯx被毒回復処理の実行時期であると判定することができる。この場合には、例えば、一定の燃料消費量毎あるいは一定の走行距離毎に吸蔵能力検出手段によって吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を検出するのが好ましい。
【００２８】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置において、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスのＳＯx濃度を検出する入ガスＳＯx濃度検出手段を備えた場合、前記入ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度と前記内燃機関の吸入空気量とに基づいて、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入するＳＯx量を算出し、この吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入するＳＯx量が所定量を超えたときに、前記被毒回復実行時期判定手段は、ＳＯx被毒回復処理の実行時期であると判定することができる。
【００２９】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置において、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスのＳＯx濃度を検出する入ガスＳＯx濃度検出手段をさらに備えた場合、前記入ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度から推定した前記内燃機関の燃料の硫黄濃度と、燃料消費量または走行距離と、に基づいて、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入するＳＯx量を算出し、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入するＳＯx量が所定量を越えたと
きに、前記被毒回復実行時期判定手段は、ＳＯx被毒回復処理の実行時期であると判定することができる。
【００３０】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置において、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスのＳＯx濃度を検出する入ガスＳＯx濃度検出手段と、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する排気ガスのＳＯx濃度を検出する出ガスＳＯx濃度検出手段と、をさらに備えた場合、前記入ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度と前記出ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度との濃度差と、前記内燃機関の吸入空気量あるいは排気ガス量と、に基づいてＳＯx吸蔵量を推定し、このＳＯx吸蔵量が所定量を越えたときに、前記被毒回復実行時期判定手段が、ＳＯx被毒回復処理の実行時期であると判定することができる。吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流のＳＯx濃度が吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流のＳＯx濃度よりも大きい場合、その濃度差分が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されると考えることができるからである。
【００３１】
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスのＳＯx濃度を検出する入ガスＳＯx濃度検出手段と、該吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する排気ガスのＳＯx濃度を検出する出ガスＳＯx濃度検出手段とを備え、前記被毒回復実行時期判定手段は、前記出ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度が前記入ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度に対して所定レベルまで接近したときに、ＳＯx被毒回復処理の実行時期であると判定することができる。吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx蓄積量が飽和状態に近付くにしたがって、吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流のＳＯx濃度が吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流のＳＯx濃度に近付いていくからである。
【００３２】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置において、前記入ガスＳＯx濃度検出手段と出ガスＳＯx濃度検出手段とを備えた場合には、前記被毒回復手段によりＳＯx 被毒回復処理を実行しているときにおける、前記出ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度と前記入ガスＳＯx濃度検出手段により検出されたＳＯx濃度との濃度差と、前記内燃機関の吸入空気量あるいは排気ガス量と、に基づいて、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出される放出ＳＯx量を推定し、この放出ＳＯｘ量を、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されたと推定されるＳＯx吸蔵量から減算することで、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に残存するＳＯx残存量を推定し、このＳＯx残存量が所定量まで減少したときに、前記被毒回復手段によるＳＯx 被毒回復処理を終了することができる。吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流のＳＯx濃度が吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流のＳＯx濃度よりも大きい場合、その濃度差分が吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出したＳＯxである考えることができ、これと吸入空気量あるいは排気ガス量とに基づいて放出ＳＯx量を算出推定することができるからである。
【００３３】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化を抑制する熱劣化抑制手段を備え、この熱劣化抑制手段は、前記熱劣化判定手段により判定された熱劣化度合いが所定レベル以下のときには作動されず、前記所定レベルを超えたときに作動されるようにすることができる。これにより、それ以上に熱劣化が進行するのを抑制することができ、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力の低下を抑制することができる。
【００３４】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置において、前記熱劣化抑制手段は、内燃機関の高温運転域でのフューエルカットを禁止するフューエルカット禁止制御とすることができる。高温運転域でフューエルカットを行うと、高温の吸蔵還元型ＮＯx触媒が高温状態にあるときに酸素濃度の高い排気ガスを流すことになり、熱劣化の原因である触媒物質のシンタリングを促進させてしまう。高温運転域でのフューエルカットを禁止すれば、これを防止することができる。
【００３５】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置において、前記熱劣化抑制手段は、内燃機関の高温運転域におけるリーン運転領域を減少するリーン運転領域減少制御とすることができる。高温運転域におけるリーン運転領域を減少させることにより、高温運転域で酸素濃度の高い排気ガスが吸蔵還元型ＮＯx触媒に流れるのを減少させることができ、その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化を抑制することができる。さらに前記熱劣化抑制手段は、熱劣化の度合いに応じてＮＯx触媒に流入するリッチまたはストイキの排気ガス量を増大させ、または／及びリッチまたはストイキの排気ガスをＮＯx触媒に流入させる周期を短くするリッチスパイク制御とすることができる。このようにして熱劣化の程度に応じてＮＯxの放出、還元をさせるための還元剤の量を多くして、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化による作用低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置によれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化度合いを判定する熱劣化判定手段を備えることにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化度合いを判定することができる。したがってＮＯx浄化性能が低下してこれが回復できないものであることを知ることができ、触媒の交換等によって排気ガス中のＮＯxが浄化されなくなる状況を回避できる。
【００３７】
また本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化を抑制する熱劣化抑制手段を備え、この熱劣化抑制手段は、前記熱劣化判定手段により判定された熱劣化度合いが所定レベル以下のときには作動せず、前記所定レベルを超えたときに作動するようにした場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化度合いが前記所定レベルに達した以後の熱劣化の進行を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施例を図１から図１１の図面に基いて説明する。
【実施例１】
【００３９】
図１は本発明を希薄燃焼可能な車両用ガソリンエンジンに適用した場合の概略構成を示す図である。この図において、符号１は機関本体、符号２はピストン、符号３は燃焼室、符号４は点火栓、符号５は吸気弁、符号６は吸気ポート、符号７は排気弁、符号８は排気ポートを夫々示す。
【００４０】
吸気ポート６は対応する枝管９を介してサージタンク１０に連結され、各枝管９には夫々吸気ポート６内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１１が取り付けられている。サージタンク１０は吸気ダクト１２およびエアフロメータ２１を介してエアクリーナ１３に連結され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁１４が配置されている。
【００４１】
一方、排気ポート８は排気マニホルド１５および排気管１６を介して吸蔵還元型ＮＯx触媒１７（以下の説明では、ＮＯx触媒と略す場合もある）を内蔵したケーシング１８に接続され、ケーシング１８は排気管１９を介して図示しないマフラーに接続されている。
【００４２】
エンジンコントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向バス３１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）３４、入力ポート３５、出力ポート３６を具備する。エアフロメータ２１は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧がＡＤ変換器３８を介して入力ポート３５に入力される。
【００４３】
ケーシング１８の上流の排気管１６には、ＮＯx触媒１７に流入する排気ガス（以下、これを入ガスという）のＳＯx濃度に比例した出力電圧を発生する入ガスＳＯxセンサ（入ガスＳＯx濃度検出手段）２３が設けられている。一方、ケーシング１８の下流の排気管１９には、ＮＯx触媒１７から流出する排気ガス（以下、これを出ガスという）のＳＯx濃度に比例した出力電圧を発生する出ガスＳＯxセンサ（出ガスＳＯx濃度検出手段）２４と、出ガスの温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ２５と、出ガスの空燃比を表す出力電圧を発生する空燃比センサ２７とが取り付けられている。これらＳＯxセンサ２３，２４、温度センサ２５、空燃比センサ２７の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３５に入力される。
【００４４】
また、入力ポート３５には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ２６が接続されている。出力ポート３６は対応する駆動回路３９を介して夫々点火栓４および燃料噴射弁１１に接続されている。
【００４５】
このガソリンエンジンでは、例えば次式に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋ
ここで、ＴＰは基本燃料噴射時間を示しており、Ｋは補正係数を示している。基本燃料噴射時間ＴＰは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とするのに必要な燃料噴射時間を示している。この基本燃料噴射時間ＴＰは予め実験により求められ、機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）および機関回転数Ｎの関数として図２に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。補正係数Ｋは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を制御するための係数であって、Ｋ＝１．０であれば機関シリンダ内に供給される混合気は理論空燃比となる。これに対してＫ＜１．０になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よりも大きくなり、即ちリーンとなり、Ｋ＞１．０になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よりも小さくなり、即ちリッチとなる。
【００４６】
そして、この実施例のガソリンエンジンでは、機関低中負荷運転領域では補正係数Ｋの値が１．０よりも小さい値とされてリーン空燃比制御が行われ、機関高負荷運転領域、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、高速の定速運転時では補正係数Ｋの値が１．０とされてストイキ制御が行われ、機関全負荷運転領域では補正係数Ｋの値は１．０よりも大きな値とされてリッチ空燃比制御が行われるように設定してある。
【００４７】
内燃機関では通常、低中負荷運転される頻度が最も高く、したがって運転期間中の大部分において補正係数Ｋの値が１．０よりも小さくされて、リーン混合気が燃焼せしめられることになる。
【００４８】
図３は燃焼室３から排出される排気ガス中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。この図からわかるように、燃焼室３から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯの濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室３から排出される排気ガス中の酸素Ｏ2の濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００４９】
ケーシング１８内に収容されているＮＯx触媒（吸蔵還元型ＮＯx触媒）１７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、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のような貴金属とが担持されてなる。
【００５０】
このＮＯx触媒１７を機関の排気通路に配置すると、ＮＯx触媒１７は、流入する排気ガ
スの空燃比（以下、排気空燃比ということもある）がリーンのときにはＮＯxを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出するＮＯxの吸放出作用を行う。ここで、排気空燃比とは、機関吸気通路およびＮＯx触媒１７より上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比をいう。
【００５１】
なお、ＮＯx触媒１７より上流の排気通路内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比に一致し、したがってこの場合には、ＮＯx触媒１７は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、燃焼室３内に供給される混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出することになる。
【００５２】
ＮＯx触媒１７によるＮＯxの吸放出作用は図４に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。以下、このメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属，アルカリ金属，アルカリ土類，希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００５３】
まず、流入排気ガスがかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図４（Ａ）に示されるように酸素Ｏ2 がＯ2-又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ2-又はＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。
【００５４】
次いで、生成されたＮＯ2の一部は、白金Ｐｔ上で酸化されつつＢａ内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3-の形でＢａ内に拡散する。このようにしてＮＯxがＮＯx触媒１７内に吸収される。
【００５５】
流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2が生成され、ＮＯx触媒１７のＮＯx 吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ2がＮＯx触媒１７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。
【００５６】
これに対して、流入排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ2の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、Ｂａ内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2またはＮＯの形でＢａから放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると、ＮＯx触媒１７からＮＯxが放出されることになる。図３に示されるように、流入排気ガスのリーンの度合いが低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯx触媒１７からＮＯxが放出されることとなる。
【００５７】
一方、このとき、燃焼室３内に供給される混合気がストイキまたはリッチ空燃比になると、図３に示されるように機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2-又はＯ2-と反応して酸化せしめられる。
【００５８】
また、排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯx触媒１７からＮＯ2またはＮＯが放出され、このＮＯ2またはＮＯは、図４（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられてＮ2となる。
【００５９】
即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、まず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2-又はＯ2-とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2-又はＯ2-が消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨＣ，ＣＯによってＮＯx触媒１７から放出されたＮＯxおよび流入排気ガス中のＮＯxがＮ2に還元せしめられる。
【００６０】
このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ2またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯx触媒１７から次から次へとＮＯ2またはＮＯが放出され、さらにＮ2に還元せしめられる。したがって、排気空燃比を理論空燃比またはリッチにすると短時間の内にＮＯx触媒１７からＮＯxが放出されることになる。
【００６１】
このように、排気空燃比がリーンになるとＮＯxがＮＯx触媒１７に吸収され、排気空燃比を理論空燃比あるいはリッチにするとＮＯxがＮＯx触媒１７から短時間のうちに放出され、Ｎ2に還元される。したがって、大気中へのＮＯxの排出を阻止することができる。
【００６２】
ところで、この実施例では前述したように、全負荷運転時には燃焼室３内に供給される混合気がリッチとされ、また高負荷運転時等には混合気が理論空燃比とされ、低中負荷運転時には混合気がリーンとされるので、低中負荷運転時に排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒１７に吸収され、全負荷運転時及び高負荷運転時等にＮＯx触媒１７からＮＯxが放出され還元されることになる。しかしながら、全負荷運転あるいは高負荷運転等の頻度が少なく、低中負荷運転の頻度が多くその運転時間が長ければ、ＮＯxの放出・還元が間に合わなくなり、ＮＯx触媒１７のＮＯxの吸収能力が飽和してＮＯxを吸収できなくなってしまう。
【００６３】
そこで、この実施例では、リーン混合気の燃焼が行われている場合、即ち中低負荷運転を行っているときには、比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にストイキまたはリッチ混合気の燃焼が行われるように混合気の空燃比を制御し、短周期的にＮＯxの放出・還元を行っている。このようにＮＯxの吸放出のために、排気空燃比（この実施例では混合気の空燃比）が比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的な理論空燃比またはリッチ空燃比（リッチスパイク）」を交互に繰り返されるように制御することを、リーン・リッチスパイク制御と称している。尚、この出願においては、リーン・リッチスパイク制御はリーン空燃比制御に含まれるものとする。
【００６４】
一方、燃料には硫黄（Ｓ）が含まれており、燃料中の硫黄が燃焼するとＳＯ2やＳＯ3などの硫黄酸化物（ＳＯx）が発生し、ＮＯx触媒１７は排気ガス中のこれらＳＯxも吸収する。ＮＯx触媒１７のＳＯx吸収メカニズムはＮＯx吸収メカニズムと同じであると考えられる。即ち、ＮＯxの吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを坦持させた場合を例にとって説明すると、前述したように、排気空燃比がリーンのときには、酸素Ｏ2がＯ2-又はＯ2-の形でＮＯx触媒１７の白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気ガス中のＳＯx（例えばＳＯ2）は白金Ｐｔの表面上で酸化されてＳＯ3となる。
【００６５】
その後、生成されたＳＯ3は、白金Ｐｔの表面で更に酸化されながらＢａ内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合し、硫酸イオンＳＯ42-の形でＢａ内に拡散し硫酸塩ＢａＳＯ4を形成する。このＢａＳＯ4は結晶が粗大化し易く、比較的安定し易いため、一旦生成されると分解・放出されにくい。そして、ＮＯx触媒１７中のＢａＳＯ4の生成量が増大するとＮＯx触媒１７の吸収に関与できるＢａＯの量が減少してＮＯxの吸収能力が低下してしまう。これが即ちＳＯx被毒である。したがって、ＮＯx触媒１７のＮＯx吸収能力を高く維持するためには、適宜のタイミングでＮＯx触媒１７に吸収されたＳＯxを放出させるためのＳＯx被毒回復処理を実行する必要がある。
【００６６】
ＮＯx触媒１７からＳＯxを放出させるためには、流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にする必要があり、また、ＮＯx触媒１７の触媒温度が高いほど放出し易いことがわかっている。そこで、ＳＯx被毒回復処理は、ＮＯx触媒１７の触媒温度をＳＯxが放出され易い所定の高温（以下、これをＳＯx放出温度という）にし、理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスをＮＯx触媒１７に流すことにより実行する。
【００６７】
そして、この実施例では、ＳＯx被毒回復処理のために排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にする場合も、燃料噴射弁１１から噴射される燃料量をＥＣＵ３０により制御して燃焼室３に供給される混合気の空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御することにより行う。よって、ＥＣＵ３０と燃料噴射弁１１は被毒回復手段の一部を構成する。
【００６８】
次に、この実施例における排気浄化装置のＮＯx触媒１７の熱劣化度合い検出方法について説明する。図５は、ＮＯx触媒１７のＳＯx被毒が所定レベルに達するたびに、ＮＯx触媒１７に吸蔵されていたＳＯxが完全に放出されるまでＳＯx被毒回復処理を実行し、そのＳＯx被毒回復直後のＮＯx触媒１７のＮＯx浄化性能を測定した一実験結果をグラフにしたものである。ＮＯx触媒１７のＮＯx浄化性能は、ＳＯx被毒回復処理を実行する毎に低下している。
【００６９】
前述したように、ＮＯx触媒１７のＳＯx被毒劣化はＳＯx被毒回復処理を実行することにより回復可能であるが、ＮＯx触媒１７の熱劣化については被毒回復が不可能であることから、ＳＯx被毒回復処理直後の性能回復部分はＳＯx被毒に起因した性能低下ということができ、性能回復不能部分は熱劣化に起因する性能低下ということができる。
【００７０】
したがって、ＮＯx触媒１７の新品時のＮＯx吸蔵能力と、ＳＯx被毒回復処理直後のＮＯx触媒１７のＮＯx吸蔵能力を検出することができれば、これらのＮＯx吸蔵能力の差から熱劣化の度合いを検知することができる。
【００７１】
この実施例では、次のようにしてＮＯx吸蔵能力を検出する。まず、ＮＯx触媒１７にリーン空燃比の排気ガスを流し続けてＮＯx触媒１７のＮＯx吸蔵能力を飽和させ、これ以上ＮＯxを吸蔵できない状態にする。次に、ＮＯx触媒１７に流入する排気ガス、すなわち入ガスの空燃比をリーンからリッチに切り替え、リッチ空燃比の排気ガスをＮＯx触媒１７に流し続けて、ＮＯx触媒１７に吸蔵されていたＮＯxの全量を放出・還元させる。このとき、入ガスの空燃比をリーンからリッチに切り替えても、ＮＯx触媒１７の出口の排気ガス、すなわち出ガスの空燃比は直ぐにはリッチに切り替わらず、しばらくの間は理論空燃比近傍になる。これは、ＮＯx触媒１７に吸蔵されていたＮＯxの還元に入ガス中のＨＣやＣＯが還元剤として消費されるためである。そして、ＮＯx触媒１７に吸蔵されていたＮＯxの総てが放出・還元されて、入ガス中のＨＣやＣＯが還元剤として消費されなくなったときに、出ガスの空燃比がリッチに変わる。
【００７２】
したがって、このようにＮＯx触媒１７のＮＯx吸蔵能力を飽和させた後にＮＯxの放出・還元処理（以下、この処理のことを飽和ＮＯx放出処理という）を実行し、そのときの出ガスの空燃比を空燃比センサ２７で検出し、飽和ＮＯx放出処理を開始してから出ガスの空燃比が理論空燃比を保持する時間、換言すれば出ガスの空燃比が理論空燃比からリッチに切り替わるまでの時間を計測すれば、その所要時間（以下、この所要時間をリッチ切り替わり時間という）はＮＯx触媒１７のＮＯx吸蔵能力を表すバロメータになり、すなわちＮＯx触媒１７の浄化性能のバロメータになる。
【００７３】
図６は、飽和ＮＯx放出処理時における入ガスの空燃比と出ガスの空燃比の時間的変化の一例を示しており、新品のＮＯx触媒１７ではリッチ切り替わり時間がｔ1であるのに対して、熱劣化がある程度進行したＮＯx触媒１７のリッチ切り替わり時間はｔ1よりも短いｔ2になる。
【００７４】
また、この実施例では、ＮＯx触媒１７に対してＳＯx被毒回復処理を実行する時期の判定にも、リッチ切り替わり時間を用いて判定する。詳述すると、この実施例の排気浄化装
置では、例えば一定の走行距離毎あるいは一定の燃料消費量毎などの適宜のタイミングでＮＯx触媒１７に対して飽和ＮＯx放出処理を実行し、そのときのリッチ切り替わり時間を計測する。そして、計測されたリッチ切り替わり時間が図６に示す所定時間ｔ3よりも短くなったときは、ＮＯx触媒１７のＮＯx浄化性能が所定レベルまで低下したものとみなすことができるので、このときをＳＯx被毒回復処理を実行すべき時期であると判定する。
【００７５】
さらに、この実施例の排気浄化装置では、ＳＯx被毒回復処理の完了後に飽和ＮＯx放出処理を実行してリッチ切り替わり時間を計測し、計測されたリッチ切り替わり時間ｔ2と新品のＮＯx触媒１７のリッチ切り替わり時間ｔ1との差を算出し、その差が所定時間ｔ4よりも長くなったときには、ＮＯx触媒１７の熱劣化が所定の度合いまで進んだと判断して、熱劣化を抑制すべく熱劣化抑制手段を作動する。なお、新品のＮＯx触媒１７のリッチ切り替わり時間ｔ1は予め実験的に求めてＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶しておき、また、熱劣化抑制手段を作動させるべきと判定するときの閾値ｔ4も予め設定してＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶しておく。
【００７６】
次に、熱劣化の抑制方法について説明すると、たとえば、一般にエンジンでは減速運転になったときにはフューエルカットを実行しているが、熱劣化が所定度合いまで進行したときには、エンジンが高温運転域にあるときに減速運転となったときにはフューエルカットを禁止することにより熱劣化を抑制することができる。これは、エンジンが高温運転域にあるとＮＯx触媒１７も高温状態になっており、このときにフューエルカットを行うと酸素濃度が高い排気ガスがＮＯx触媒１７に流入することになる。ＮＯx触媒１７における触媒物質（Ｐｔ）のシンタリングは、触媒温度が同じ場合、酸素濃度が高いほどシンタリングの進行速度が速いことが知られている。したがって、高温運転域の減速時にフューエルカットを行うと、触媒温度が高温のときに酸素濃度の高い排気ガスが流れることとなってシンタリングを促進させてしまう。そこで、高温運転域にあるときに減速運転になったときにはフューエルカットを禁止すれば、ＮＯx触媒１７のシンタリングを抑制し熱劣化を抑制することができる。この場合、高温運転域でのフューエルカットを禁止するフューエルカット禁止制御が熱劣化抑制手段を構成する。
【００７７】
また、別の熱劣化の抑制方法としては、熱劣化が所定度合いまで進行したときには、それ以前（すなわち、熱劣化が前記所定度合いまで進行していないとき）よりも、エンジンの高温運転域におけるリーン運転領域を減少せしめる方法がある。これも、前述と同じ理由であり、ＮＯx触媒１７の触媒温度が高いときには入ガスの酸素濃度を低くした方がＮＯx触媒１７の熱劣化を抑制することができるからである。具体的な制御方法としては、熱劣化が所定度合いまで進行する以前に高温運転域で且つリーン運転領域であった領域の一部または全部を、熱劣化が所定度合いまで進行したとき以降はストイキ（理論空燃比）運転領域に変更する。この場合、高温運転域におけるリーン運転領域を減少するリーン運転領域減少制御が熱劣化抑制手段を構成する。
【００７８】
次に、図７を参照して、この実施例におけるＮＯx触媒１７の熱劣化判定処理ルーチンを説明する。この制御ルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶されており、この制御ルーチンは一定時間毎にＣＰＵ３４によって実行される。
【００７９】
＜ステップ１０１＞まず、ＥＣＵ１００は、ステップ１０１において、ＮＯx触媒１７に対してＳＯx被毒回復処理を実行すべき時期か否か判定する。前述したように、この実施例では、ＳＯx被毒回復処理実行時期か否かの判定は、所定期間毎に飽和ＮＯx放出処理を行い、そのときに計測したリッチ切り替わり時間が閾値ｔ3よりも小さくなったときをＳＯx被毒回復処理を実行すべき時期であると判定する。ステップ１０１で否定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８０】
＜ステップ１０２＞ステップ１０１で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ１０２に進み、ＳＯx被毒回復処理を実行する。ＳＯx被毒回復処理は、ＮＯx触媒１７がＳＯx放出温度に達していない場合には、所定の昇温処理を実行してＮＯx触媒１７の触媒温度をＳＯx放出温度以上にし、且つ、ＮＯx触媒１７の入ガスの空燃比をストイキよりも若干リッチにすることにより行う。
【００８１】
＜ステップ１０３＞次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０３に進み、ＳＯx被毒回復処理が完了したか否か判定する。ここで、ＳＯx被毒回復処理は、ＮＯx触媒１７に吸収されていたＳＯxをほぼ完全に放出するまで実行する。ＳＯx被毒回復処理の完了の判定については後述する。ステップ１０３で否定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ１０２に戻り、ＳＯx被毒回復処理の実行を続行する。
【００８２】
＜ステップ１０４，１０５＞ステップ１０３で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ１０４に進み、飽和ＮＯx放出処理を実行し、さらに、ステップ１０５に進み、リッチ切り替わり時間ｔを計測する。
【００８３】
＜ステップ１０６＞次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０６に進み、予めＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶されている新品のＮＯx触媒１７のリッチ切り替わり時間ｔ1と、ステップ１０５で計測したリッチ切り替わり時間ｔとの差を算出する。すなわち、現時点のＮＯx触媒１７の熱劣化度合いを算出する。
【００８４】
＜ステップ１０７＞次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０７に進み、ステップ１０６で算出したリッチ切り替わり時間の差（熱劣化度合い）が予め設定した閾値ｔ4以上か否か判定する。ステップ１０７で否定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８５】
＜ステップ１０８＞ステップ１０７で肯定判定した場合には、ＮＯx触媒１７の熱劣化度合いが所定レベルまで達したと判定して、ＥＣＵ３０は、ステップ１０８に進み熱劣化抑制手段を作動して、本ルーチンの実行を一旦終了する。熱劣化抑制手段の作動により、すなわち、前述した高温運転域におけるフューエルカット禁止制御の実行、あるいは、高温運転域におけるリーン運転領域減少制御の実行により、以後のＮＯx触媒１７の熱劣化の進行が抑制される。
【００８６】
なお、この実施例においては、熱劣化判定処理ルーチンのうちＥＣＵ３０がステップ１０１を実行することにより本発明における被毒回復実行時期判定手段が実現され、また、ＥＣＵ３０がステップ１０２を実行することにより本発明における被毒回復手段が実現され、また、ＥＣＵ３０がステップ１０４およびステップ１０５を実行することにより本発明における吸蔵能力検出手段が実現され、また、ＥＣＵ３０がステップ１０６およびステップ１０７を実行することにより本発明における熱劣化判定手段が実現される。
【００８７】
次に、この実施例におけるＳＯx被毒回復処理について図８を参照して説明する。図８は、この実施例におけるＳＯx被毒回復処理時のＮＯx触媒１７の入ガスの空燃比と、入ガスＳＯxセンサ２３で検出された入ガスのＳＯx濃度と、出ガスＳＯxセンサ２４で検出された出ガスのＳＯx濃度の経時変化を示した図である。なお、ＳＯx被毒回復処理実行期間中、ＮＯx触媒１７の触媒温度はＳＯx放出温度以上になっているものとする。
【００８８】
まず、ＳＯx被毒回復処理実行指令により入ガスの空燃比をリーン空燃比から理論空燃比に変更し、さらに入ガスの空燃比のリッチ度を漸次増大していく。そして、出ガスＳＯxセンサ２４で検出された出ガスＳＯx濃度が入ガスＳＯxセンサ２３で検出された入ガス
ＳＯx濃度に一致したとき、入ガスの空燃比を一致したときのリッチ空燃比で一定に保持する。出ガスＳＯx濃度が入ガスＳＯx濃度に一致した後は、実質的にＮＯx触媒１７からＳＯxが放出されるため、出ガスＳＯx濃度の方が入ガスＳＯx濃度よりも大きくなり、所定濃度で出ガスＳＯx濃度がほぼ一定となる。さらにその後、ＮＯx触媒１７からのＳＯxの放出が続くと、ＮＯx触媒１７からのＳＯx放出量が減少するため、出ガスＳＯx濃度が低下していき、ＮＯx触媒１７に残留するＳＯxがなくなると、出ガスＳＯx濃度は入ガスＳＯx濃度よりも低くなっていく。したがって、出ガスＳＯx濃度が入ガスＳＯx濃度よりも所定値だけ低くなるまでＳＯx被毒回復処理を続行すれば、ＮＯx触媒１７をＳＯx被毒からほぼ完全に回復させたとみなすことができる。この実施例では、出ガスＳＯx濃度が図８において被毒回復完了レベル以下になるまでＳＯx被毒回復処理を続行することにした。
【実施例２】
【００８９】
この実施例では、排気浄化装置のＮＯx触媒１７の熱劣化度合いを、ＮＯx触媒のＮＯx浄化率の変化に基づいて検出する場合について説明する。図１３はこの実施例における排気浄化装置の概略図であり、機関本体４０には４個の気筒４１が設けられ、各気筒４１に接続される吸気ポートには燃料噴射弁４２が取り付けられている。吸気マニホールド４３は、吸気ダクト４４を介してエアクリーナ４５に連結されている。 また吸気ダクト４４内には、スロットル弁４６が設けられている。
【００９０】
一方、排気マニホールド４７及び排気管４８を介して、吸蔵還元型ＮＯx触媒５０を内蔵したケーシング４９に接続され、ケーシング４９は排気管５１を介して図示しないマフラーに接続されている。その他のＥＣＵ３０、ＮＯx触媒１７等の構成については、第１の実施例における排気浄化装置と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９１】
ケーシング４９の下流には、ＮＯx触媒１７から流出する出ガスのＮＯx濃度に比例した出力電圧を発生する出ガスＮＯxセンサ５０が設けられ、この出力電圧はＥＣＵ３０の入力ポート３５に入力される。図１４は、ＮＯx触媒１７によるＮＯx浄化率の一例を示す図である。ここで入ＮＯxとは、ＮＯx触媒１７に流入する排気ガス中の単位時間あたりのＮＯx濃度を示し、出ＮＯxとは、ＮＯx触媒１７から流出する排気ガス中の単位時間あたりのＮＯx濃度を示す。ここではＮＯx触媒１７から排出される排気ガス中の単位時間あたりのＮＯx濃度が閾値Xに到達すると、排気ガスをストイキまたはリッチにしてＮＯx触媒１７に吸蔵されているＮＯxを放出、還元させてＮＯx触媒１７のＮＯx吸蔵能力を回復させる。しかし排気ガスがリーンの状態での運転が継続して排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒１７に吸蔵されると、再び飽和状態に達して、出ＮＯxの濃度が閾値Xに達する。そこで再びリッチスパイクを実行することでＮＯxを放出、還元する。
【００９２】
しかしこれを繰り返すと、第１の実施例において詳説したように、ＮＯx触媒１７のＳＯx被毒が所定レベルに達するので、ＳＯx被毒回復処理を実行することになる。そしてＮＯx触媒１７のＳＯx被毒はＳＯx被毒回復処理を実行することで回復可能であるが、ＮＯx触媒１７の熱劣化は回復することができないので、ＳＯx被毒回復処理直後の性能回復不能部分は、熱劣化に起因する性能低下であるとすることができる。
【００９３】
したがってＮＯx触媒１７の新品時のＮＯx浄化率と、そのＳＯx被毒回復処理直後のＮＯx浄化率とを測定し、これを比較すればそのＮＯx浄化性能の差から熱劣化の度合いを知ることができる。ここでＮＯx浄化率とは、ＮＯx触媒に流入する排気ガス中のＮＯx量（入ＮＯx量）と、ＮＯx触媒の下流に設置したＮＯx検出手段による排気ガス中のＮＯx量（出ＮＯx量）に基づいて求められる。このとき前記入ＮＯxの量は、ＮＯx触媒１７の上流の排気通路にＮＯxセンサを取り付けることで、その出力値から単位時間あたりのＮＯx濃度と排気ガス量の積算値から算出することができる。また入ＮＯxの量は次のような方法
によっても求められる。
【００９４】
すなわち、リーン混合気が燃焼しているときは機関負荷が高くなるほど単位時間あたり機関から排出されるＮＯx量が増大し、また機関回転数が高くなるほど単位時間あたりの機関から排出されるＮＯx量が増大する。したがって単位時間あたりのＮＯx量は機関負荷と機関回転数の関数となる。この場合、機関負荷はサージタンク内の絶対圧によって代表することができるので、単位時間あたりの出ＮＯxの量ＮＯＸＡは、サージタンク内の絶対圧ＰＭと機関回転数Ｎの関数となる。よってこの実施例では、単位時間あたりのＮＯx量を絶対圧ＰＭ及び機関回転数Ｎの関数として予め実験により求め、これを図１６に示すようなマップの形でＥＣＵ３０のＲＡＭ内に記憶しておく。
【００９５】
一方、ＮＯx触媒１７の下流の排気通路にＮＯxセンサを取り付けることで、その出力値から単位時間あたりのＮＯx濃度が検出されるので、出ＮＯxの量は、このＮＯx濃度と排気ガス量の積算値に基づいて算出することができる。このようにして、ＮＯx触媒１７のＮＯx浄化率を測定し、これを初期の新品の場合の浄化率または必要浄化率と比較することで、ＳＯx被毒再生の時期を判断することができる。
【００９６】
また、ＮＯx触媒１７の新品時のＮＯx浄化率と、ＳＯx被毒回復処理直後のＮＯx触媒１７のＮＯx浄化率を検出し、これらを比較することができれば、それらの浄化率の差からＮＯx触媒１７の熱劣化の度合いを検知することができる。なお、新品のＮＯx触媒１７のＮＯx浄化率及び必要浄化率は、予め実験的に求めてＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶しておき、また、熱劣化抑制手段を作動させるべきと判定するときの必要浄化率も予め設定してＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶しておく。
【００９７】
この実施例では、以下のようにしてＮＯx浄化性能を検出する。まず、ＮＯx触媒１７にリーン空燃比の排気ガスを流し続けてＮＯx触媒１７のＮＯx吸蔵能力を飽和させ、これ以上ＮＯxを吸蔵できない状態にする。このとき、ＮＯx触媒の浄化性能を温度ウインドウを考慮して測定する。
【００９８】
次に、ＮＯx触媒１７に流入する排気ガス、すなわち入ガスの空燃比をリーンからリッチに切り替え、リッチ空燃比の排気ガスをＮＯx触媒１７に流し続けて、ＮＯx触媒１７に吸蔵されていたＮＯxの全量を放出・還元させる。このとき、入ガスの空燃比をリーンからリッチに切り替えても、ＮＯx触媒１７の出口の排気ガス、すなわち出ガスの空燃比は直ぐにはリッチに切り替わらず、しばらくの間は理論空燃比近傍になる。これは、ＮＯx触媒１７に吸蔵されていたＮＯxの還元に入ガス中のＨＣやＣＯが還元剤として消費されるためである。そして、ＮＯx触媒１７に吸蔵されていたＮＯxの総てが放出、還元されて、入ガス中のＨＣやＣＯが還元剤として消費されなくなったときに、出ガスの空燃比がリッチに変わる。
【００９９】
また、この実施例では、ＮＯx触媒１７に対してＳＯx被毒回復処理を実行する時期の判定には、ＮＯx浄化率が所定値以下になったか否かにより判断する。詳述すると、この実施例の排気浄化装置では、例えば一定の走行距離毎あるいは一定の燃料消費量毎などの適宜のタイミングでＮＯx触媒１７に対して飽和ＮＯx放出処理を実行し、そのときのＮＯx浄化率を測定する。この測定は出側ＮＯxセンサ５０により、各負荷、温度条件でのＮＯx触媒の浄化性能を把握する。
【０１００】
そして、測定されたＮＯx浄化率が図１４に示す閾値xよりも低下したときは、ＮＯx触媒１７のＮＯx浄化性能が所定レベルまで低下したものとみなす。またこのときをＳＯx被毒回復処理を実行すべき時期であると判定する。
【０１０１】
ＳＯx被毒回復処理が完了したらＮＯx浄化率を測定し、ＮＯx触媒の性能が回復したか否かを判断する。これは図１５に示すように、ＮＯx浄化率が、所定温度（例えば、３００℃〜４２０℃程度）の範囲において、必要浄化率を上回ったか否かにより判断する。図１５では、（１）がＮＯx触媒が新品時であるときのＮＯx浄化率を示し、（２）はＳＯx被毒時のＮＯx浄化率を示す。（２）の状態ではＳＯx被毒回復が必要な状態であり、（３）はＳＯx被毒回復後の浄化率を示している。
【０１０２】
必要浄化率が確保されない場合は、次に、ＮＯx触媒の熱劣化の度合いに応じたリッチスパイクを実行する。これは内燃機関においてリーン混合気の燃焼が行われている場合、即ち中低負荷運転を行っているときには、比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にストイキまたはリッチ混合気の燃焼が行われるように混合気の空燃比を制御し、短周期的にＮＯxの放出・還元を行っているが、性能低下の回復が不十分であれば、リッチスパイクを増加させる。これはリッチスパイクの量の増大、またはリッチスパイクの回数の増大、すなわちリッチスパイクの周期の短縮化の両方があり、いずれか一方、または両方を、熱劣化の度合いに比例するようにして実行する。
【０１０３】
次に、この実施例の排気浄化装置では、前記リッチスパイク制御を実施した後、ＮＯx浄化率を測定し、その浄化率が所定レベル以下のときは、ＮＯx触媒１７の熱劣化が性能回復が不可能な程度まで進んだと判断して、熱劣化を抑制すべく熱劣化抑制手段を作動する。すなわちこのような制御を実施しても十分なＮＯx浄化率が確保できない場合である。
【０１０４】
先ず、性能不足の温度領域でのリーン運転を禁止する。これは熱劣化が所定度合いまで進行していないときよりも、リーン運転領域を減少させて、ＮＯx触媒１７の入ガス酸素濃度を低くすることでＮＯx触媒１７の熱劣化を抑制するものである。具体的には図１５に示すように、ＮＯx触媒の性能が必要浄化率以下になる温度領域（回復しても戻らない領域）において、リーン運転を禁止してこの領域をストイキ運転領域に変更するものである。
【０１０５】
次に、これとは別の熱劣化の抑制方法として、または前記と併せて実行する熱劣化の抑制方法として、実施例１において説明したように、エンジンが高温運転域にあるときに減速運転となったときでも、フューエルカットを禁止することにより熱劣化を抑制する。また熱劣化の抑制方法として、熱劣化が所定度合いまで進行していないときよりも、エンジンの高温運転域におけるリーン運転領域を減少させる方法を採用する。これは上述した性能不足の温度領域でのリーン運転の禁止の範囲と重複するが、所定温度以上の高温運転領域では全てリーン運転を禁止するものである。
【０１０６】
以下、図１７を参照して、この実施例におけるＮＯx触媒１７の熱劣化判定処理ルーチンを説明する。この制御ルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶されており、この制御ルーチンは一定時間毎にＣＰＵ３４によって実行される。
【０１０７】
＜ステップ２０１＞まず、ＥＣＵ１００は、ステップ２０１において、ＮＯx触媒１７に対してＳＯx被毒回復処理を実行すべき時期か否か判定する。ＳＯx被毒回復処理実行時期か否かの判定は、所定期間毎に飽和ＮＯx放出処理を行い、放出処理の完了後にＮＯx浄化率を測定する。これは出側のＮＯxセンサ５０の出力値に基づいて算出する。この値が必要浄化率よりも低くなったときをＳＯx被毒回復処理を実行すべき時期であると判定する。ステップ２０１で否定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１０８】
＜ステップ２０２＞ステップ２０１で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２０２に進み、ＳＯx被毒回復処理を実行する。ＳＯx被毒回復処理は、ＮＯx触媒１７がＳＯx放出温度に達していない場合には、所定の昇温処理を実行してＮＯx触媒１７の触媒温度をＳＯx放出温度以上にし、且つ、ＮＯx触媒１７の入ガスの空燃比をストイキよりも若干リッチにすることにより行う。
【０１０９】
＜ステップ２０３＞次に、ＥＣＵ３０は、ステップ２０３に進み、ＳＯx被毒回復処理が完了したか否か判定する。ここで、ＳＯx被毒回復処理は、ＮＯx触媒１７に吸収されていたＳＯxをほぼ完全に放出するまで実行する。ステップ２０３で否定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２０２に戻り、ＳＯx被毒回復処理の実行を続行する。
【０１１０】
＜ステップ２０４＞ステップ２０３で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、ステップ２０４に進み、飽和ＮＯx放出処理を実行し、さらに、ステップ２０５に進み、ＮＯx浄化率を測定する。
【０１１１】
＜ステップ２０５＞次に、ＥＣＵ３０は、ステップ２０５に進み、ＮＯx触媒１７のＮＯx浄化率を測定する。
【０１１２】
＜ステップ２０６＞ステップ２０６に進み、ＥＣＵ３０は、ステップ２０６で測定したＮＯx浄化率が予め設定した必要浄化率以上となり、ＮＯx触媒機能が回復したか否かを判定する。ステップ２０６で肯定判定した場合には、ＥＣＵ３０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１１３】
＜ステップ２０７＞ステップ２０６で否定判定した場合には、リッチスパイク制御を実行して、ＮＯx触媒１７の性能を試みる。
【０１１４】
＜ステップ２０８＞ステップ２０７で実行されたリッチスパイク制御によって、ＮＯx触媒のＮＯx浄化率が回復したか否かを判断する。これは所定の温度範囲におけるＮＯx浄化率が必要浄化率よりも低いか否かによって判断される。浄化率が必要浄化率以上であればＥＣＵ３０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１１５】
＜ステップ２０９＞ステップ２０８においてＮＯx浄化率が必要浄化率以下であれば、性能が不足する温度領域におけるリーン運転を禁止する。ＮＯx浄化率が必要浄化率以下でるときは、性能回復は不可能とされ、熱劣化が大きいものと判断される。
【０１１６】
＜ステップ２１０＞さらに他の熱劣化抑制制御を実施する。これは高温運転領域でのリーン運転領域の減少及び高温運転域でのフェールカット禁止の制御である。これにより以後のＮＯx触媒１７の熱劣化の進行が抑制される。
【０１１７】
なお、この実施例においては、熱劣化判定処理ルーチンのうちＥＣＵ３０がステップ２０１を実行することにより第２の発明における被毒回復実行時期判定手段が実現され、また、ＥＣＵ３０がステップ２０２を実行することにより被毒回復手段が実現され、また、ＥＣＵ３０がステップ２０４およびステップ２０５を実行することによりＮＯx浄化率測定手段が実現される。
【０１１８】
また、この実施例においてリッチスパイク制御によってＮＯx浄化率が確保されない場合、ＮＯx触媒１７の熱劣化が大きいと判断して、触媒の交換を促すようにすることができる。
【０１１９】
〔他の実施例〕ＳＯx被毒回復処理実行完了の判定は、ＳＯx被毒回復処理実行時間が予
め設定した所定時間を超えたか否かで判定することができる。この場合には、ＮＯx触媒１７に吸蔵されたＳＯxをほぼ完全に放出するために必要な被毒回復処理時間を予め実験的に求め、これをＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記憶させておく。
【０１２０】
ＳＯx被毒回復処理実行時期か否かの判定は、ＮＯx触媒１７を通過する硫黄量が所定量（以下、許容硫黄量という）を越えたときがＳＯx被毒回復処理実行時期であると判定してもよい。
【０１２１】
その場合、入ガスＳＯxセンサ２３で検出された入ガスのＳＯx濃度から燃料中の硫黄濃度を推定し、この燃料中の推定硫黄濃度に基づいて前記許容硫黄量に対応する燃料消費量あるいは走行距離を算出して、その燃料消費量あるいは走行距離に達したときをＳＯx被毒回復処理実行時期であると判定することができる。さらに、この場合には、燃料中の推定硫黄濃度を運転席前のパネル等に表示して、ＳＯx被毒回復処理の頻度がおおよそ判別できるようにしてもよい。
【０１２２】
あるいは、入ガスＳＯxセンサ２３で検出された入ガスのＳＯx濃度とエンジンの吸入空気量に基づいて、ＮＯx触媒１７に流入するＳＯx量を算出し、その積算値が所定量を越えたときを、ＳＯx被毒回復処理実行時期であると判定することができる。
【０１２３】
このようにＮＯx触媒１７を通過する硫黄量が許容硫黄量を越えたときをＳＯx被毒回復処理実行時期であると判定し、且つ、前述の如くＳＯx被毒回復処理実行完了の判定をＳＯx被毒回復処理実行時間で行う場合には、出ガスＳＯxセンサ２４を省略することができる。
【０１２４】
また、ＳＯx被毒回復処理実行時期か否かの判定は、ＮＯx触媒１７に吸蔵されたＳＯx量を推定し、この推定吸蔵ＳＯx量が所定量を越えたときがＳＯx被毒回復処理実行時期であると判定してもよい。なお、吸蔵ＳＯx量の推定は、図９に示すように、入ガスＳＯxセンサ２３で検出された入ガスのＳＯx濃度と出ガスＳＯxセンサ２４で検出された出ガスのＳＯx濃度の濃度差分がＮＯx触媒１７に吸蔵されるものとして、このＳＯx濃度差（入ガスＳＯx濃度−出ガスＳＯx濃度）とエンジンの吸入空気量に基づいて算出することができる。そして、このようにして算出推定した吸蔵ＳＯx量をＳＯx堆積カウンタで積算して、ＳＯx堆積カウンタのカウント値が所定値を越えたときをＳＯx被毒回復処理実行時期であると判定することができる。
【０１２５】
また、このようにＳＯx堆積カウンタを備えた場合には、ＳＯx被毒回復処理の完了の判定を次のようにすることもできる。ＳＯx被毒回復処理実行期間中であって出ガスＳＯx濃度が入ガスＳＯx濃度より大きい期間においては、出ガスＳＯx濃度と入ガスＳＯx濃度の濃度差分がＮＯx触媒１７から放出されるＳＯxであると推定することができるので、このＳＯx濃度差（出ガスＳＯx濃度−入ガスＳＯx濃度）とエンジンの吸入空気量に基づいてＮＯx触媒１７から放出されたＳＯx量を算出し、算出推定したＳＯx放出量を前記ＳＯx堆積カウンタで減算し、図１０に示すようにＳＯx堆積カウンタのカウント値が所定値（被毒回復完了レベル）まで低下したときに、ＳＯx被毒回復処理が完了したものとしてＳＯx被毒回復処理の実行を終了することができる。
【０１２６】
さらに、ＳＯx被毒回復処理実行時期か否かの判定は、出ガスのＳＯx濃度が入ガスのＳＯx濃度に所定レベルまで接近したときをＳＯx被毒回復処理実行時期であると判定してもよい。図１１に示すように、ＮＯx触媒１７の出ガスのＳＯx濃度は、ＳＯx被毒が進行するにしたがって入ガスのＳＯx濃度に接近してくる。したがって、出ガスのＳＯx濃度の入ガスのＳＯx濃度への接近の程度は、ＳＯx被毒の度合いに対応していると言うことができる。そこで、予め出ガスのＳＯx濃度がどの程度まで入ガスのＳＯx濃度に接近したときに
ＳＯx被毒回復処理を実行するかを設定しておき、出ガスＳＯxセンサ２４で検出された出ガスのＳＯx濃度が前記設定したＳＯx濃度を超えたときをＳＯx被毒回復処理実行時期であると判定することができる。
【０１２７】
前述の各実施例では、ＮＯx触媒１７の上流に入ガスＳＯxセンサ２３を設け、この入ガスＳＯxセンサ２３によりＮＯx触媒１７に流入する排気ガスのＳＯx濃度を検出しているが、ＮＯx触媒１７に流入する排気ガスのＳＯx濃度は燃料中の硫黄濃度と燃料量と排気ガス量に依存するので、燃料中の硫黄濃度が既知である場合には、エンジン運転状態（燃料噴射量、空燃比、吸入空気量、エンジン回転数など）から推定することが可能である。したがって、その場合には、入ガスＳＯxセンサ２３を設ける代わりに、エンジン運転状態からＥＣＵ３０により触媒入ガスのＳＯx濃度を算出し、推定するようにしてもよい。
【０１２８】
前述した実施例では本発明をガソリンエンジンに適用した例で説明したが、本発明をディーゼルエンジンに適用することができることは勿論である。ディーゼルエンジンの場合は、燃焼室での燃焼がストイキよりもはるかにリーン域で行われるので、通常の機関運転状態ではＮＯx触媒１７に流入する排気ガスの空燃比は非常にリーンであり、ＮＯx及びＳＯxの吸収は行われるものの、ＮＯx及びＳＯxの放出が行われることは殆どない。
【０１２９】
また、ガソリンエンジンの場合には、前述したように燃焼室３に供給する混合気をストイキあるいはリッチにすることにより排気空燃比をストイキあるいはリッチにし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、ＮＯx触媒１７に吸収されているＮＯxやＳＯxを放出させることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキあるいはリッチにすると燃焼の際に煤が発生するなどの問題があり採用することはできない。
【０１３０】
したがって、本発明をディーゼルエンジンに適用する場合、排気空燃比をストイキあるいはリッチにするためには、機関出力を得るために燃料を燃焼するのとは別に、還元剤（例えば燃料である軽油）を排気ガス中に供給する必要がある。排気ガスへの還元剤の供給は、吸気行程や膨張行程や排気行程において気筒内に燃料を副噴射することによっても可能であるし、あるいは、ＮＯx触媒１７の上流の排気通路内に還元剤を供給することによっても可能である。
【０１３１】
尚、ディーゼルエンジンであっても排気再循環装置（所謂、ＥＧＲ装置）を備えている場合には、排気再循環ガスを多量に燃焼室に導入することによって、排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】基本燃料噴射時間のマップの一例を示す図である。
【図３】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図４】吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出作用を説明するための図である。
【図５】吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化の進み具合を示す図である。
【図６】本発明の実施例１における飽和ＮＯx放出処理時の出ガスの空燃比の経時変化を示す図である。
【図７】本発明の実施例１における熱劣化判定処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例１におけるＳＯx被毒回復処理時の入ガスの空燃比と出ガスのＳＯx濃度の経時変化を示す図である。
【図９】本発明の実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置におけるＳＯx被毒回復処理の実行時期を判定する方法を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置におけるＳＯx被毒回復処理の完了を判定する方法を説明する図である。
【図１１】本発明の実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置におけるＳＯx被毒回復処理の実行時期を判定する方法を説明する図である。
【図１２】触媒物質のシンタリングと吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化性能との関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施例２にかかる内燃機関の排気浄化装置の概略図である。
【図１４】本発明の実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置におけるＮＯx浄化率の変化を示す図である。
【図１５】本発明の実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置における吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx被毒回復処理を説明するための図である。
【図１６】入ＮＯx量の決定に使用する数値テーブルを示す図である。
【図１７】本発明の実施例２における熱劣化判定処理ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３３】
１、４０・・エンジン本体（内燃機関）
３・・・燃焼室
４・・・点火栓
１１、４２・・燃料噴射弁（被毒回復手段）
１６、４８・・排気管（排気通路）
１７・・吸蔵還元型ＮＯx触媒
１８、４９・・ケーシング
１９、５１・・排気管（排気通路）
２１、４５・・エアフロメータ
２３・・入ガスＳＯxセンサ（入ガスＳＯx濃度検出手段）
２４・・出ガスＳＯxセンサ（出ガスＳＯx濃度検出手段）
２５・・温度センサ
２７・・空燃比センサ
３０・・ＥＣＵ
５０・・出ガスＮＯxセンサ（出ガスNＯx濃度検出手段）
【図１】
2005042734.tif 000003
【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】
2005042734.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005042734.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2005042734.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2005042734.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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