(57)【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、酸素貯蔵能力を有するＮＯx触媒と、
前記ＮＯx触媒より下流の排気通路に設けられ、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、
前記ＮＯx触媒へ流入する排気が該ＮＯx触媒に吸蔵されている全ての酸素を放出するまでに要する時間以上連続してリッチとされた後に該ＮＯx触媒に酸素を吸蔵させるべくリーンへ切り換えられた時点から前記酸素濃度センサの検出値が理論空燃比に対応した値を示す時点までの時間を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された時間が所定時間未満であるときに、前記ＮＯx触媒が劣化していると判定する劣化判定手段と、
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２】
前記計測手段は、前記ＮＯx触媒の硫黄被毒回復処理が行われた後の前記ＮＯx触媒へ流入する排気がリッチからリーンへ切り換えられた時点から前記酸素濃度センサの検出値が理論空燃比に対応した値を示す時点までの時間を計測することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＮＯx触媒は、流入排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物を吸蔵し、流入排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していた窒素酸化物を放出しつつ還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒であることを特徴とする請求項１又は請求項２に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、内燃機関の排気を浄化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、排気エミッションの向上が要求されてきている。特に、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼル機関）では、排気中に含まれる煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）などの微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）と窒素酸化物（ＮＯx）の浄化に対する要求が高まっている。
【０００３】
このような要求に対し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するＮＯx触媒、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ、或いはＮＯx触媒とパティキュレートフィルタを組み合わせたもの等を内燃機関の排気系に配置し、内燃機関の排気エミッションを向上させようとする技術が種々提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の排気エミッションを向上させる上では、ＮＯx触媒の劣化を検出することも重要となる。
【０００５】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、ＮＯx触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒の劣化を検出することができる技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、酸素貯蔵能力を有するＮＯx触媒と、
前記ＮＯx触媒より下流の排気通路に設けられ、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、
前記ＮＯx触媒へ流入する排気が一定時間以上連続してリッチとされた後にリーンへ切り換えられた時点から前記酸素濃度センサの検出値が理論空燃比に対応した値を示す時点までの時間を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された時間が所定時間未満であるときに、前記ＮＯx触媒が劣化していると判定する劣化判定手段と、
を備えるようにした。
【０００７】
この発明は、内燃機関の排気通路に配置されたＮＯx触媒と、そのＮＯx触媒より下流の排気通路に配置された酸素濃度センサとを備えた内燃機関の排気浄化装置において、酸素濃度センサとＮＯx触媒の酸素貯蔵能力とを利用してＮＯx触媒の劣化を検出することを最大の特徴としている。
【０００８】
尚、ここでいう理論空燃比に対応した酸素濃度とは、理論空燃比で運転される内燃機関から排出される排気の酸素濃度に相当するものである。ＮＯx触媒に流入する排気をリッチにするとは、内燃機関をリッチ空燃比で運転又はＮＯx触媒より上流の排気通路において排気中に燃料や還元剤等を添加することにより、排気の酸素濃度を理論空燃比対応の酸素濃度より低くすることである。ＮＯx触媒に流入する排気をリーンにするとは、内燃機関をリーン空燃比で運転又はＮＯx触媒より上流の排気通路において排気中に二次空気等を添加することにより、排気の酸素濃度を理論空燃比対応の酸素濃度より高くすることである。
【０００９】
かかる内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx触媒に流入する排気が一定時間以上連続してリッチとされた後にリーンへ切り換えられると、計測手段が計時を開始する。その後、酸素濃度センサの検出値が理論空燃比に対応した値を示した時点で計測手段が計時を終了する。
【００１０】
つまり、計測手段は、ＮＯx触媒に流入する排気が一定時間以上連続してリッチとされた後にリーンへ切り換えられた時点から酸素濃度センサの検出値が理論空燃比に対応した値を示す時点までの時間（以下、ストイキ到達時間と称する）を計測することになる。
【００１１】
ここで、ＮＯx触媒に流入する排気が一定時間以上連続してリッチにされると、ＮＯx触媒の酸素貯蔵能力によって該ＮＯx触媒に吸蔵されていた酸素の全てが放出されることとなる。
【００１２】
ＮＯx触媒に吸蔵されていた全ての酸素が放出された後にＮＯx触媒に流入する排気がリッチからリーンへ切り換えられると、ＮＯx触媒が排気中の酸素を吸蔵することになるため、ＮＯx触媒より下流における排気の酸素濃度は、理論空燃比より低い空燃比（リッチ空燃比）に対応した酸素濃度となる。この状態は、ＮＯx触媒の酸素貯蔵能力が飽和するまで継続される。
【００１３】
ＮＯx触媒の酸素貯蔵能力が飽和した後は、ＮＯx触媒下流における排気の酸素濃度は、理論空燃比に対応した酸素濃度となり、次いで理論空燃比より高い空燃比（リーン空燃比）に対応した酸素濃度となる。
【００１４】
ところで、ＮＯx触媒の浄化能力と酸素貯蔵能力との間には相関があるため、ＮＯx触媒の浄化能力が劣化するとそれに応じて酸素貯蔵能力が低下する。ＮＯx触媒の酸素貯蔵能力が低下した場合には、該ＮＯx触媒が吸蔵可能な酸素量が減少し、上記したストイキ到達時間が正常時に比して短くなる。
【００１５】
この結果、上記したストイキ到達時間が所定時間より短くなった場合には、ＮＯx触媒の浄化能力が劣化していると言える。尚、上記した所定時間は、ＮＯx触媒の浄化能力が許容限界にあるときのストイキ到達時間に基づいて定められることが好適である。
【００１６】
従って、本発明において、劣化判定手段は、計測手段により計測されたストイキ到達時間が所定時間以上である場合にはＮＯx触媒が正常であると判定する一方、ストイキ到達時間が所定時間未満である場合にはＮＯx触媒が劣化していると判定することができる。
【００１７】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒に流入する排気が一定時間以上連続してリッチとされる場合としては、ＮＯx触媒の硫黄被毒回復処理が実行される場合を例示することができる。この場合には、計測手段は、ＮＯx触媒の硫黄被毒回復処理が実行された後のＮＯx触媒へ流入する排気がリッチからリーンへ切り換えられた時点から酸素濃度センサの検出値が理論空燃比に対応した値を示す時点までの時間を計測するようにすればよい。
【００１８】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置におけるＮＯx触媒としては、流入排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物を吸蔵し、流入排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していた窒素酸化物を放出しつつ還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒を例示することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２１】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式のディーゼル機関である。この内燃機関１には、各気筒２の燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３と、該内燃機関１の機関出力軸たるクランクシャフトが所定の角度（例えば、１５°）回転する度にパルス信号を出力するクランクポジションセンサ４と、該内燃機関１の図示しないウォータージャケットを流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ５とが取り付けられている。
【００２２】
前記した燃料噴射弁３は、燃料パイプ６を介して蓄圧室（コモンレール）７と接続されている。前記コモンレール７は、燃料タンク８に取り付けられた燃料ポンプ９と燃料パイプ１０を介して接続されるとともに、リターンパイプ１１を介して燃料タンク８と接続されている。
【００２３】
前記コモンレール７におけるリターンパイプ１１の接続部位には、該コモンレール７内の燃料圧力が予め設定された最大圧力より低いときは閉弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を遮断し、コモンレール７内の燃料圧力が前記最大圧力以上となったときは開弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を許容する圧力調整弁１２が設けられている。
【００２４】
前記コモンレール７には、該コモンレール７内の燃料圧力に応じた電気信号を出力する燃料圧センサ１３が取り付けられている。
【００２５】
このように構成された燃料系では、燃料ポンプ９が燃料タンク８内に貯蔵された燃料を汲み上げ、汲み上げた燃料を燃料パイプ１０を介して前記コモンレール７へ圧送する。その際、燃料ポンプ９の燃料吐出量は、前記した燃料圧センサ１３の出力信号値に基づいてフィードバック制御される。
【００２６】
燃料ポンプ９からコモンレール７へ供給された燃料は、該燃料の圧力が所望の目標圧力に達するまで蓄圧される。コモンレール７において目標圧力まで蓄圧された燃料は、燃料パイプ６を介して各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。各燃料噴射弁３は、駆動電流が印加されたときに開弁して、前記コモンレール７から供給された目標圧力の燃料を各気筒２の燃焼室内へ噴射する。
【００２７】
尚、前記した燃料系では、コモンレール７内の燃料圧力が最大圧力より高くなると、圧力調整弁１２が開弁する。この場合、コモンレール７内に蓄えられた燃料の一部がリターンパイプ１１を介して燃料タンク８へ戻され、コモンレール７内の燃料圧力が減圧されることになる。
【００２８】
次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された吸気枝管１４が連結されている。前記吸気枝管１４の各枝管は、図示しない吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記吸気枝管１４の集合管は、吸気管１５と接続され、吸気管１５は、エアクリーナボックス１６と接続されている。
【００２９】
前記吸気管１５において前記エアクリーナボックス１６の直下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１７と、該吸気管１５内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１８とが取り付けられている。
【００３０】
前記吸気管１５において前記エアフローメータ１７より下流の部位には、内燃機関１から排出される排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１９のコンプレッサハウジング１９ａが設けられている。
【００３１】
前記吸気管１５において前記コンプレッサハウジング１９ａより下流の部位には、前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気を冷却するためのインタークーラ２０が設けられている。
【００３２】
前記吸気管１５において前記インタークーラ２０より下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁２１が設けられている。この吸気絞り弁２１には、該吸気絞り弁２１を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ２１ａと、前記吸気絞り弁２１の開度に応じた電気信号を出力する吸気絞り弁開度センサ２１ｂとが取り付けられている。
【００３３】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１６に流入した新気は、該エアクリーナボックス１６内の図示しないフィルタによって新気中の塵や埃等が除去された後、吸気管１５を介して遠心過給機１９のコンプレッサハウジング１９ａに流入する。
【００３４】
コンプレッサハウジング１９ａに流入した新気は、該コンプレッサハウジング１９ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気は、インタークーラ２０にて冷却される。
【００３５】
インタークーラ２０によって冷却された新気は、必要に応じて吸気絞り弁２１によって流量を調節されて吸気枝管１４に導かれる。吸気枝管１４に導かれた新気は、該吸気枝管１４の集合管から各枝管へ分配されて各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００３６】
各気筒２の燃焼室へ分配された新気は、図示しないピストンによって圧縮され、燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼する。
【００３７】
次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された排気枝管２４が連結されている。前記排気枝管２４の各枝管は、図示しない排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記排気枝管２４の集合管は、遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂを介して排気管２５ａに接続されている。
【００３８】
前記排気枝管２４において前記タービンハウジング１９ｂの直上流に位置する部位と前記排気管２５ａにおいて前記タービンハウジング１９ｂの直下流に位置する部位とは、前記タービンハウジング１９ｂを迂回するタービンバイパス通路２６によって接続されている。
【００３９】
前記タービンバイパス通路２６には、該タービンバイパス通路２６を開閉する弁体２７ａと、弁体２７ａを開閉駆動するアクチュエータ２７ｂとからなるウェストゲートバルブ２７が取り付けられている。
【００４０】
前記アクチュエータ２７ｂは、コンプレッサハウジング１９ａの直下流に位置する吸気管１５と作動圧通路２８を介して接続されており、コンプレッサハウジング１９ａ直下流の吸気管１５内を流れる新気の圧力、言い換えれば、コンプレッサハウジング１９ａにおいて圧縮された新気の圧力（過給圧）を利用して前記弁体２７ａを開閉駆動する。
【００４１】
前記排気管２５ａは、排気中の有害ガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する排気浄化機構２９に接続されている。前記排気浄化機構２９は排気管２５ｂに接続され、排気管２５ｂは下流にて図示しないマフラーに接続されている。以下では、排気浄化機構２９より上流の排気管２５ａを上流側排気管２５ａと称し、排気浄化機構２９より下流の排気管２５ｂを下流側排気管２５ｂと称するものとする。
【００４２】
前記排気浄化機構２９は、本発明に係るＮＯx触媒の一実施態様であり、該排気浄化機構２９に流入する排気の酸素濃度が高い時は排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、該排気浄化機構２９に流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤（例えば、炭化水素（ＨＣ））が存在する時は吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ窒素（Ｎ2）等に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒である。この排気浄化機構２９は、該排気浄化機構２９に流入する排気の酸素濃度が高い時は排気中の酸素を吸蔵し、該排気浄化機構２９に流入する排気の酸素濃度が低下した時は吸蔵していた酸素を放出する酸素貯蔵能力を有している。以下では、排気浄化機構２９を吸蔵還元型ＮＯx触媒２９と称するものとする。
【００４３】
前記下流側排気管２５ｂには、該下流側排気管２５ｂを流れる排気中の酸素濃度に対応した電気信号を出力する酸素濃度センサ３８が取り付けられている。更に、前記下流側排気管２５ｂには、該下流側排気管２５ｂ内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁３３が取り付けられている。この排気絞り弁３３には、該排気絞り弁３３を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ３４が取り付けられている。
【００４４】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２の燃焼室で燃焼された既燃ガスは、各気筒２の排気ポートを介して排気枝管２４へ排出され、次いで排気枝管２４の各枝管から集合管を通って遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂ内に流入する。
【００４５】
遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂ内に排気が流入すると、排気の熱エネルギが前記タービンハウジング１９ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールの回転エネルギに変換される。タービンホイールの回転エネルギは、前述のコンプレッサハウジング１９ａのコンプレッサホイールへ伝達され、コンプレッサホイールは、前記タービンホイールから伝達された回転エネルギによって新気を圧縮する。
【００４６】
その際、コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮された新気の圧力（過給圧）が所定圧以上まで上昇すると、その過給圧が作動圧通路２８を介してウェストゲートバルブ２７のアクチュエータ２７ｂへ印加され、アクチュエータ２７ｂが弁体２７ａを開弁駆動することになる。
【００４７】
ウェストゲートバルブ２７の弁体２７ａが開弁されると、排気枝管２４を流れる排気の一部がタービンバイパス通路２６を介して上流側排気管２５ａへ流れるため、タービンハウジング１９ｂに流入する排気の流量が減少し、タービンハウジング１９ｂ内に流入する排気の熱エネルギ、言い換えれば、タービンハウジング１９ｂにおいてタービンホイールの回転エネルギに変換される熱エネルギが減少する。この結果、タービンホイールからコンプレッサホイールへ伝達される回転エネルギが減少し、過給圧の過剰な上昇が抑制される。
【００４８】
前記タービンハウジング１９ｂから上流側排気管２５ａへ排出された排気、及び、タービンバイパス通路２６から上流側排気管２５ａへ導かれた排気は、上流側排気管２５ａから吸蔵還元型ＮＯx触媒２９へ流入する。その際、排気の酸素濃度が高ければ排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２９に吸蔵され、排気の酸素濃度が低く且つ還元剤が存在する時には吸蔵還元型ＮＯx触媒２９に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出及び還元される。吸蔵還元型ＮＯx触媒２９において窒素酸化物（ＮＯx）を除去又は浄化された排気は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２９から下流側排気管２５ｂへ排出され、必要に応じて排気絞り弁３３により流量を絞られた後に大気中に放出される。
【００４９】
また、排気枝管２４には、排気再循環通路（ＥＧＲ通路）１００が接続され、このＥＧＲ通路１００は、前記吸気枝管１４に接続されている。前記ＥＧＲ通路１００と前記吸気枝管１４との接続部位には、前記吸気枝管１４における前記ＥＧＲ通路１００の開口端を開閉するＥＧＲ弁１０１が設けられている。前記ＥＧＲ弁１０１は、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて開度を変更することが可能となっている。
【００５０】
前記ＥＧＲ通路１００の途中には、該ＥＧＲ通路１００内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）を冷却するためのＥＧＲクーラ１０３が設けられている。
【００５１】
前記ＥＧＲクーラ１０３には、２本の配管１０４、１０５が接続され、これら２本の配管１０４、１０５は、内燃機関１の冷却水が持つ熱を大気中に放熱するためのラジエター１０６と接続されている。
【００５２】
前記した２本の配管１０４、１０５のうちの一方の配管１０４は、前記ラジエター１０６において冷却された冷却水の一部を前記ＥＧＲクーラ１０３へ導くための配管であり、もう一方の配管１０５は、前記ＥＧＲクーラ１０３内を循環した後の冷却水を前記ラジエター１０６へ導くための配管である。尚、以下では、前記配管１０４を冷却水導入管１０４と称し、前記配管１０５を冷却水導出管１０５と称するものとする。
【００５３】
前記冷却水導出管１０５の途中には、該冷却水導出管１０５内の流路を開閉する開閉弁１０７が設けられている。この開閉弁１０７は、駆動電力が印加されたときに開弁する電磁駆動弁などで構成されている。
【００５４】
このように構成された排気再循環機構（ＥＧＲ機構）では、ＥＧＲ弁１０１が開弁されるとＥＧＲ通路１００が導通状態となり、排気枝管２４内を流れる排気の一部が前記ＥＧＲ通路１００を通って吸気枝管１４へ導かれる。
【００５５】
その際、開閉弁１０７が開弁状態にあると、ラジエター１０６と冷却水導入管１０４とＥＧＲクーラ１０３と冷却水導出管１０５とを結ぶ循環経路が導通状態となり、ラジエター１０６で冷却された冷却水がＥＧＲクーラ１０３を循環することになる。その結果、ＥＧＲクーラ１０３では、ＥＧＲ通路１００内を流れるＥＧＲガスとＥＧＲクーラ１０３内を循環する冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００５６】
ＥＧＲ通路１００を介して排気枝管２４から吸気枝管１４へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管１４の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、前記燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００５７】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などの不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００５８】
更に、ＥＧＲクーラ１０３においてＥＧＲガスが冷却された場合は、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することがない。
【００５９】
上述したように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００６０】
ＥＣＵ３５には、クランクポジションセンサ４、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、酸素濃度センサ３８に加えて、車両の室内に設けられたアクセルペダル３６の操作量（アクセル開度）に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ３７等が電気的に接続され、上記した各センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００６１】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、排気絞り用アクチュエータ３４、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等が電気的に接続され、ＥＣＵ３５が上記した各部を制御することが可能になっている。
【００６２】
ここで、ＥＣＵ３５は、図２に示すように、双方向性バス４０によって相互に接続された、ＣＰＵ４１と、ＲＯＭ４２と、ＲＡＭ４３と、バックアップＲＡＭ４４と、入力ポート４５と、出力ポート４６とを備えるとともに、前記入力ポート４５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４７を備えている。
【００６３】
前記入力ポート４５は、クランクポジションセンサ４のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
【００６４】
前記入力ポート４５は、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、アクセルポジションセンサ３７、酸素濃度センサ３８等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ４７を介して入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
【００６５】
前記出力ポート４６は、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、排気絞り用アクチュエータ３４、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等と図示しない駆動回路を介して電気的に接続され、ＣＰＵ４１から出力される制御信号を前記した各部へ送信する。
【００６６】
前記ＲＯＭ４２は、燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り制御ルーチン、排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ制御ルーチン、リッチスパイク制御ルーチン、ＳＯx被毒回復制御ルーチンなどの各種アプリケーションプログラムを記憶するとともに、種々の制御マップを記憶している。
【００６７】
前記ＲＡＭ４３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ４１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００６８】
前記バックアップＲＡＭ４４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００６９】
前記ＣＰＵ４１は、前記ＲＯＭ４２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御、リッチスパイク制御、ＳＯx被毒回復制御などの周知の制御に加え、本発明の要旨となる吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の劣化を検出するための触媒劣化検出制御を実行する。
【００７０】
一般に、酸素貯蔵能力を有した吸蔵還元型ＮＯx触媒２９は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２９に流入する排気の酸素濃度がリッチ空燃比に対応した酸素濃度（すなわち、リッチ空燃比で運転されている時の内燃機関１から排出される排気の酸素濃度と同一の酸素濃度、以下ではリッチ対応濃度と称する）である時には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９に吸蔵されていた酸素が放出される。このような状態が一定時間以上継続されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９に吸蔵されていた全ての酸素が放出されることになる。
【００７１】
例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９のＮＯx吸蔵能力を再生、又は吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の硫黄酸化物（ＳＯx）による被毒（ＳＯx被毒）を回復すべく、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９に流入する排気の酸素濃度（上流側酸素濃度）が所望の目標リッチ対応濃度に制御されると、図３に示されるように、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９に吸蔵されていた酸素が該吸蔵還元型ＮＯx触媒２９から放出されるとともに、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）などの還元成分が窒素酸化物（ＮＯx）およびまたは硫黄酸化物（ＳＯx）の還元に消費されるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９から流出した排気の酸素濃度（下流側酸素濃度）は、目標リッチ対応酸素濃度まで低下せずに理論空燃比に対応した酸素濃度（すなわち、理論空燃比で運転されている時の内燃機関１から排出される酸素濃度と同一の酸素濃度、以下ではストイキ対応濃度と称する）と略等しい濃度となる（図３中の時間：ｔ１〜ｔ２までの期間）。
【００７２】
吸蔵還元型ＮＯx触媒２９に吸蔵されていた全ての酸素が放出されるとともに、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９に吸蔵されていた全ての窒素酸化物（ＮＯx）およびまたは硫黄酸化物（ＳＯx）が放出・還元されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９から排気中へ酸素が付加されなくなるとともに窒素酸化物（ＮＯx）や硫黄酸化物（ＳＯx）の還元に消費される炭化水素（ＨＣ）量が減少するため、下流側酸素濃度は、目標リッチ対応濃度まで低下する（図３中の時間：ｔ２〜ｔ３までの期間）。
【００７３】
このように酸素、窒素酸化物（ＮＯx）、及び硫黄酸化物（ＳＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２９に吸蔵されていない状況下で上流側酸素濃度が目標リッチ対応濃度からリーン対応濃度へ切り換えられると（図３中の時間：ｔ３）、排気中の酸素が吸蔵還元型ＮＯx触媒２９に吸蔵されることになるため、下流側酸素濃度はストイキ対応酸素濃度より低い濃度となる（図３中の時間：ｔ３〜ｔ４までの期間）。
【００７４】
その後、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の酸素貯蔵能力が飽和すると（図３中の時間：ｔ４）、排気中の酸素が吸蔵還元型ＮＯx触媒２９に吸蔵されなくなるため、下流側酸素濃度は、ストイキ対応濃度となった後にリーン対応濃度まで上昇する（図３中の時間：ｔ４以降の期間）。
【００７５】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の浄化能力と酸素貯蔵能力との間には相関があるため、浄化能力が劣化するとそれに伴って酸素貯蔵能力が低下することになる。そして、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の浄化能力の劣化に伴って酸素貯蔵能力が低下すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９が吸蔵することができる酸素量が減少する。
【００７６】
ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の上流側酸素濃度が一定時間（この場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９に吸蔵されていた全ての酸素が放出されるまでに要する時間）以上連続してリッチ対応酸素濃度とされた後の上流側酸素濃度がリッチ対応酸素濃度からリーン対応酸素濃度へ切り換えられた時点から下流側酸素濃度がストイキ対応濃度に達するまでの時間（以下、ストイキ到達時間と称する）は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の酸素貯蔵能力に依存するため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の酸素貯蔵能力が低下するほど、ストイキ到達時間が短くなることになる。
【００７７】
従って、図４に示されるように、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の浄化能力が劣化すると、その劣化度合いに応じてストイキ到達時間が短くなる。
【００７８】
そこで、本実施の形態に係る触媒劣化検出制御では、ＣＰＵ４１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の上流側酸素濃度が一定時間以上連続してリッチ対応酸素濃度とされた後にリーン対応濃度へ切り換えられた場合に、上流側酸素濃度がリッチ対応濃度からリーン対応濃度へ切り換えられた時点から酸素濃度センサ３８の出力信号値（下流側酸素濃度）がストイキ対応濃度に到達するまでの時間を計測し、その計測時間が所定時間未満であれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の浄化能力が劣化していると判定するようにした。前記した所定時間は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の浄化能力が許容限界にあるときのストイキ到達時間に基づいて定められる時間である。
【００７９】
但し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９がＳＯx被毒している場合も酸素貯蔵能力が低下するため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９がＳＯx被毒している状態で触媒劣化検出制御が実行されると、酸素貯蔵能力の低下がＳＯx被毒に因るものか或いは劣化に因るものかを判別することが困難となる。これに対し、本実施の形態では、ＳＯx被毒回復制御実行直後に触媒劣化検出制御が実行されるようにした。
【００８０】
以下、本実施の形態に係る触媒劣化検出制御について図５に沿って具体的に説明する。
図５は、触媒劣化検出制御ルーチンを示すフローチャート図である。触媒劣化検出制御ルーチンは、予めＲＯＭ４２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ４１によって一定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００８１】
触媒劣化検出制御ルーチンでは、ＣＰＵ４１は、先ずＳ５０１において、劣化検出条件が成立しているか否かを判別する。前記した劣化検出条件としては、ＳＯx被毒回復制御が実行中であることを例示することができる。
【００８２】
前記Ｓ５０１において劣化検出条件が成立していないと判定された場合には、ＣＰＵ４１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８３】
一方、前記Ｓ５０１において劣化検出条件が成立していると判定された場合には、ＣＰＵ４１は、Ｓ５０２へ進み、上流側酸素濃度がリッチ対応濃度からリーン対応濃度へ切り換えられたか否かを判別する。
【００８４】
前記Ｓ５０２において上流側酸素濃度がリッチ対応濃度からリーン対応濃度へ切り換えられていないと判定された場合は、ＣＰＵ４１は、ＳＯx被毒回復制御の実行が終了していないとみなし、前述したＳ５０１以降の処理を再度実行する。
【００８５】
前記Ｓ５０２において上流側酸素濃度がリッチ対応濃度からリーン対応濃度へ切り換えられたと判定された場合は、ＣＰＵ４１は、ＳＯx被毒回復制御の実行が終了したとみなし、Ｓ５０３へ進む。
【００８６】
Ｓ５０３では、ＣＰＵ４１は、ストイキ到達時間計時カウンタ：Ｃを起動する。このストイキ到達時間計時カウンタ：Ｃは、ＳＯx被毒回復制御実行直後において上流側酸素濃度がリッチ対応濃度からリーン対応濃度へ切り換えられた時点から酸素濃度センサ３８の出力信号値がストイキ対応濃度に達した時点までの時間を計測するカウンタであり、例えば、ＣＰＵ４１に内蔵されたレジスタなどで構成されている。
【００８７】
Ｓ５０４では、ＣＰＵ４１は、酸素濃度センサ３８の出力信号値：OXを入力する。
【００８８】
Ｓ５０５では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ５０４で入力された酸素濃度センサ３８の出力信号値：OXがストイキ対応濃度以上であるか否かを判別する。
【００８９】
前記Ｓ５０５において酸素濃度センサ３８の出力信号値：OXがストイキ対応濃度未満であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、前述したＳ５０４以降の処理を再度実行する。
【００９０】
前記Ｓ５０５において酸素濃度センサ３８の出力信号値：OXがストイキ対応濃度以上であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ５０６へ進み、ストイキ到達時間計時カウンタ：Ｃを停止する。
【００９１】
Ｓ５０７では、ＣＰＵ４１は、前記ストイキ到達時間計時カウンタ：Ｃのカウンタ値（ストイキ到達時間）：Ｃが所定時間：Ｔ未満であるか否かを判別する。
【００９２】
前記Ｓ５０７において前記ストイキ到達時間計時カウンタ：Ｃのカウンタ値（ストイキ到達時間）：Ｃが所定時間：Ｔ未満であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ５０８へ進み、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の酸素貯蔵能力が許容限界を下回っており、それに応じて吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の浄化能力の劣化度合いが許容限界を超えていると判定する。この場合、車室内に予め警告灯などを設けておき、ＣＰＵ４１が前記警告灯を点灯させることにより、車両の運転者に対して吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の劣化を通知するようにしてもよい。
【００９３】
一方、前記Ｓ５０７において前記ストイキ到達時間計時カウンタ：Ｃのカウンタ値（ストイキ到達時間）：Ｃが所定時間：Ｔ以上であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ５０９へ進み、吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の酸素貯蔵能力が許容限界より高く、それに応じて吸蔵還元型ＮＯx触媒２９の浄化能力の劣化度合いが許容範囲内にあると判定する。
【００９４】
前記Ｓ５０８又は前記Ｓ５０９の処理を実行し終えたＣＰＵ４１は、Ｓ５１０へ進み、ストイキ到達時間計時カウンタ：Ｃのカウンタ値をリセットして本ルーチンの実行を終了する。
【００９５】
このようにＣＰＵ４１が触媒劣化検出制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る計測手段及び劣化判定手段が実現されることになる。
【００９６】
従って、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の排気系に吸蔵還元型ＮＯx触媒が設けられている場合に、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化を検出することが可能となる。
【００９７】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯx触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒の劣化を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図
【図２】  ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図３】  吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側と下流側とにおける酸素濃度の挙動を示す図
【図４】  吸蔵還元型ＮＯx触媒の酸素貯蔵能力の劣化度合いとストイキ到達時間との関係を示す図
【図５】  触媒劣化検出制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２９・・・吸蔵還元型ＮＯx触媒（ＮＯx触媒）
３５・・・ＥＣＵ
３８・・・酸素濃度センサ
４１・・・ＣＰＵ
【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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