(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の排気浄化装置においてＮＯｘ放出制御を行う時、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から流出するＮＯｘを浄化する。【解決手段】排気浄化装置はＮＯｘ吸蔵還元触媒及び同触媒の下流位置に配設される電気化学リアクタを備える。装置はＮＯｘを触媒から放出させるべき放出条件が成立していないとき燃焼室内の混合気の空燃比をリーン空燃比に制御することにより触媒にリーン空燃比の排ガスを供給するリーン制御を実行する。一方、放出条件が成立したとき触媒にリッチ空燃比の排ガスを所定期間に渡って供給するＮＯｘ放出制御を実行する。更に、本発明の装置はＮＯｘ放出制御の開始時又は同ＮＯｘ放出制御の開始後においてリアクタへの電圧の印加を開始し、その後、リアクタのインピーダンスに基づいてリアクタの固体電解質の分解が始まる直前の時点を検出するとともに同検出された時点においてリアクタへの電圧の印加を停止する。【選択図】図４
2016014376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気浄化装置であって、
前記機関の排気通路に配設されるＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
前記排気通路の前記触媒の下流位置に配設される電気化学リアクタであって、酸素イオン伝導性を有する固体電解質からなる固体電解質部、前記固体電解質部の表面に配設され且つＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵部を含む第１電極部、及び、前記固体電解質部の表面に配設された第２電極部を有し、前記第１電極部と前記第２電極部との間に電圧を印加したときに前記第１電極部においてＮＯｘを電気化学的に還元浄化する電気化学リアクタと、
前記第１電極部と前記第２電極部との間に電圧を印加することが可能な電圧印加部と、
前記触媒に吸蔵されているＮＯｘを同触媒から放出させるべき放出条件が成立していないとき前記機関の燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御することにより前記触媒に同リーン空燃比の排ガスを供給するリーン制御を実行し、前記放出条件が成立したとき前記触媒に理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比の排ガスを所定期間に渡って供給するＮＯｘ放出制御を実行する第１制御部と、
前記第１電極部と前記第２電極部との間の前記固体電解質部のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
前記ＮＯｘ放出制御の開始時又は同ＮＯｘ放出制御の開始後において前記電圧印加部を用いた前記電圧の印加を開始し、その後、前記測定されるインピーダンスに基づいて前記固体電解質の分解が始まる直前の時点を検出するとともに同検出された時点において前記電圧印加部を用いた前記電圧の印加を停止する第２制御部と、
を備えた排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排気浄化装置において、
前記第２制御部は、
前記電圧印加部を用いた前記電圧の印加を開始したときに前記インピーダンス測定部により測定されるインピーダンスを初期値として取得し、その後、前記インピーダンス測定部により測定されるインピーダンスが減少した後に増大して前記初期値に到達した時点を前記固体電解質の分解が始まる直前の時点として検出するように構成された、
排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置において、
前記第２制御部は、
前記ＮＯｘ放出制御の開始後であって且つ前記ＮＯｘ放出制御によって前記触媒から流出したＮＯｘが前記電気化学リアクタに流入し始める時点までの間に前記電圧の印加を開始するように構成された、
排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒及び電気化学リアクタによりＮＯｘを浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気通路にＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＯｘ触媒）を備えた内燃機関の排気浄化装置（以下、「従来装置」とも称呼する。）が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。このＮＯｘ吸蔵還元触媒は、同触媒に流入する排ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比であるとき、排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵する。一方、同触媒は、同触媒に流入する排ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比になると、吸蔵しているＮＯｘを放出し、排ガス中の未燃ＨＣ（炭化水素）との還元反応により前記放出されたＮＯｘを浄化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１７１８５３号公報
【特許文献２】特開２００９−２０９８３３号公報
【発明の概要】
【０００４】
ところで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に多量のＮＯｘが吸蔵されると、同触媒が更に吸蔵することができるＮＯｘの量が少なくなる。そこで、前記触媒が吸蔵することができるＮＯｘの量を回復するため、従来装置においては、同触媒にリッチ空燃比の排ガスが供給され、それにより、同触媒に吸蔵されているＮＯｘが放出される。この放出されたＮＯｘの大部分は前記触媒において還元浄化される。しかしながら、前記触媒にリッチ空燃比の排ガスが流入し始めた直後の特定の期間においては、同触媒から放出されたＮＯｘの一部が同触媒において還元されずに、同触媒から流出することがある。こうしたＮＯｘの流出は排気浄化装置のＮＯｘ浄化率を低下させてしまう。
【０００５】
このようにＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒から流出する理由の１つとして、前記特定の期間において同触媒からＮＯｘが放出される速度（ＮＯｘ放出速度）が同触媒によりＮＯｘが還元される速度（ＮＯｘ還元速度）よりも大きいことが考えられる。
【０００６】
本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の１つは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記触媒にリッチ空燃比の排ガスが供給されている場合に同触媒から流出するＮＯｘを浄化することができる排気浄化装置（以下、「本発明装置」と称呼する。）を提供することにある。
【０００７】
本発明装置は、内燃機関の排気通路に配設されるＮＯｘ吸蔵還元触媒と、前記排気通路の前記触媒の下流位置に配設される電気化学リアクタと、を備える。電気化学リアクタは、固体電解質部、第１電極部及び第２電極部を有する。前記固体電解質部は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質からなる。前記第１電極部は、前記固体電解質部の表面に配設され、且つ、ＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵部を含む。前記第２電極部は、前記固体電解質部の表面に配設される。更に、前記電気化学リアクタは、前記第１電極部と前記第２電極部との間に電圧を印加したときに前記第１電極部においてＮＯｘを電気化学的に還元浄化する。
【０００８】
本発明装置は更に電圧印加部を備える。この電圧印加部は、前記第１電極部と前記第２電極部との間に電圧を印加することが可能である。
【０００９】
本発明装置は更に第１制御部を備える。この第１制御部は、前記触媒に吸蔵されているＮＯｘを同触媒から放出させるべき条件（放出条件）が成立していないとき、前記機関の燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御する。これにより、前記触媒にリーン空燃比の排ガスが供給される。係る制御は、便宜上「リーン制御」とも称呼される。リーン制御中、前記触媒に流入する排ガス中のＮＯｘが同触媒に吸蔵される。
【００１０】
尚、前記放出条件とは、例えば、前記触媒に吸蔵されているＮＯｘの量が「同触媒が吸蔵可能なＮＯｘ量の限界値に達したこと」又は「同限界値に近い値に達したこと」である。
【００１１】
一方、前記第１制御部は、前記放出条件が成立したときには、前記触媒に理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比の排ガスを所定期間に渡って供給するＮＯｘ放出制御を実行する。このＮＯｘ放出制御が実行されると、前記触媒に吸蔵されているＮＯｘが同触媒から放出される。この放出されたＮＯｘの大部分は同触媒において排ガス中の未燃ＨＣにより還元されて浄化される。換言すると、この放出されたＮＯｘの一部は前記触媒において還元されることなく、同触媒の下流に流出して前記電気化学リアクタに流入する。
【００１２】
尚、前記ＮＯｘ放出制御において、本発明装置は、例えば、前記機関の燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比に制御することにより、或いは、前記排気通路の前記触媒の上流位置において排ガス中に還元剤（例えば、炭化水素）を供給することにより、前記触媒にリッチ空燃比の排ガスを供給する。
【００１３】
本発明装置は更に第２制御部を備える。この第２制御部は、前記ＮＯｘ放出制御の開始時又は同ＮＯｘ放出制御の開始後において前記電圧印加部を用いた前記電圧の印加を開始する。即ち、本発明装置は、前記ＮＯｘ放出制御の開始時又は開始後に前記電気化学リアクタの前記第１電極部と前記第２電極部との間に電圧を印加する。これにより、前記電気化学リアクタに流入するＮＯｘは前記第１電極部において電気化学的に還元浄化される。
【００１４】
前述したように、リッチ空燃比の排ガスが前記触媒に供給され始めた直後（流入し始めた直後）の特定の期間においては、同触媒からＮＯｘが流出することがある。しかしながら、このとき、電気化学リアクタの第１電極部と第２電極部との間に電圧が印加されているので、前記触媒から流出して電気化学リアクタに流入するＮＯｘは同リアクタにおいて還元浄化される。このように、本発明装置は、前記触媒から流出するＮＯｘを浄化することができる。
【００１５】
前述したように、ＮＯｘ放出制御の開始後、ＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒から流出して電気化学リアクタに流入する。その電気化学リアクタに流入するＮＯｘの量（流入ＮＯｘ量）は、次第に増加した後に次第に減少する。一方、電気化学リアクタは、自身のＮＯｘ吸蔵部に吸蔵しているＮＯｘと、ＮＯｘ放出制御により放出され且つ電気化学リアクタに流入するＮＯｘと、を還元する。従って、前記インピーダンス測定部により測定されるインピーダンスは、電圧の印加開始から暫くすると流入ＮＯｘ量の増大に伴って減少し、その後、流入ＮＯｘ量の減少に伴って増大する。そして、流入ＮＯｘ量が略「０」になると、自身のＮＯｘ吸蔵部に吸蔵しているＮＯｘのみを還元し、ＮＯｘ吸蔵部に吸蔵しているＮＯｘの還元が終了すると固体電解質中の酸素を移動させ始める。即ち、ＮＯｘ吸蔵部に吸蔵しているＮＯｘの還元が終了した時点以降においても電圧が印加されており、そのときに電気化学リアクタに流入する排ガスの空燃比がリッチ空燃比であると、固体電解質の分解が始まる。この固体電解質の分解は電気化学リアクタの性能を低下させる。
【００１６】
そこで、本発明装置は更に「前記第１電極部と前記第２電極部との間の前記固体電解質部のインピーダンス」を測定するインピーダンス測定部を備える。そして、前記第２制御部は、前記電圧印加部を用いた前記電圧の印加を開始した後、前記インピーダンス測定部により測定されるインピーダンスに基づいて前記固体電解質の分解が始まる直前の時点を検出する。更に、前記第２制御部は、この検出された「固体電解質の分解が始まる直前の時点」において前記電圧印加部を用いた前記電圧の印加を停止する。
【００１７】
従って、本発明装置は、ＮＯｘ放出制御により放出されたＮＯｘの還元を終了した後であって固体電解質の分解が始まる前の時点にて電圧の印加を確実に停止することができる。よって、本発明装置によれば、ＮＯｘ放出制御により放出されたＮＯｘを確実に浄化し、且つ、固体電解質の分解を回避することができる。
【００１８】
この場合、前記第２制御部は、前記電圧印加部を用いた前記電圧の印加を開始したときに前記インピーダンス測定部により測定されるインピーダンスを初期値として取得し、その後、前記インピーダンス測定部により測定されるインピーダンスが減少した後に増大して前記初期値に到達した時点を前記固体電解質の分解が始まる直前の時点として検出するように構成される。
【００１９】
尚、前記第２制御部は、前記ＮＯｘ放出制御の開始後に前記電圧印加部を用いた前記電圧の印加を開始する場合、同ＮＯｘ放出制御の開始後、前記ＮＯｘ放出制御によって前記触媒から流出したＮＯｘが前記電気化学リアクタに流入し始める時点までの間に前記電圧の印加を開始するように構成されると好ましい。これによれば、前記ＮＯｘ放出制御の開始後に前記電圧の印加を開始する場合において、前記触媒から流出するＮＯｘをより確実に前記電気化学リアクタにおいて還元浄化することができる。加えて、前記ＮＯｘ放出制御の開始と同時に電圧印加を開始する場合に比べ、電圧印加時間を短くできるので、電力消費量を小さくすることもできる。
【００２０】
更に、これらによれば、固体電解質の分解が始まる直前の時点を確実に検出できるので、電圧の印加を適切なタイミングにて終了することができる。
【００２１】
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は本発明の実施形態に係る排気浄化装置が適用される内燃機関の全体図である。
【図２】図２（Ａ）は図１に示した電気化学リアクタを拡大して示した同リアクタの断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示したリアクタの隔壁を拡大して示した同隔壁の断面図である。
【図３】図３は図２（Ｂ）と同様の図であり、（Ａ）は図２（Ｂ）に示したリアクタにおいてＮＯｘ吸蔵層にＮＯｘが吸蔵されるときの同リアクタを示した図であり、（Ｂ）は同リアクタにおいてＮＯｘが還元浄化されているときの同リアクタを示した図である。
【図４】図４は図２に示したリアクタに印加される電圧、同リアクタのインピーダンス等を示したタイムチャートである。
【図５】図５は図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行するリッチスパイクルーチンを示したフローチャートである。
【図６】図６は図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行するリアクタ電圧印加ルーチンを示したフローチャートである。
【図７】図７は図４と同様の図であり、本発明の実施形態の変形例に係る排気浄化装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図８】図８は図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行する本発明の実施形態の変形例に係るリアクタ電圧印加ルーチンを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について説明する。本実施形態に係る排気浄化装置は図１に示した内燃機関（機関）１０に適用される。機関１０は多気筒（本例においては、直列４気筒）・４サイクル・ピストン往復動型・ディーゼル機関である。機関１０は機関本体部２０、燃料供給システム３０、吸気システム４０及び排気システム５０を含んでいる。
【００２４】
機関本体部２０はシリンダブロック、シリンダヘッド及びクランクケース等を含む本体２１を含んでいる。本体２１には４つの気筒（燃焼室）２２が形成されている。各気筒２２の上部には燃料噴射弁（インジェクタ）２３が配設されている。噴射弁２３は、後述するエンジンＥＣＵ（電子制御ユニット）８０の指示に応答して開弁し、気筒２２内に燃料を直接噴射するようになっている。
【００２５】
燃料供給システム３０は燃料加圧ポンプ（サプライポンプ）３１、燃料送出管３２及びコモンレール（蓄圧室）３３を含んでいる。ポンプ３１の吐出口は燃料送出管３２に接続されている。燃料送出管３２はコモンレール３３に接続されている。コモンレール３３は燃料噴射弁２３に接続されている。ポンプ３１は、図示しない燃料タンクに貯留されている燃料を汲み上げた後に加圧し、その加圧された高圧燃料を燃料送出管３２を通してコモンレール３３へ供給するようになっている。
【００２６】
吸気システム４０はインテークマニホールド４１、吸気管４２、エアクリーナ４３、過給機４４のコンプレッサ４４ａ、インタークーラー４５、スロットル弁４６及びスロットル弁アクチュエータ４７を含んでいる。
【００２７】
インテークマニホールド４１は「各気筒２２に接続された枝部」及び「枝部が集合した集合部」を含んでいる。吸気管４２はインテークマニホールド４１の集合部に接続されている。インテークマニホールド４１及び吸気管４２は吸気通路を構成している。吸気管４２には、吸入空気の流れの上流から下流に向け、エアクリーナ４３、コンプレッサ４４ａ、インタークーラー４５及びスロットル弁４６が順に配設されている。スロットル弁アクチュエータ４７はＥＣＵ８０の指示に応じてスロットル弁４６の開度を変更するようになっている。
【００２８】
排気システム５０はエキゾーストマニホールド５１、排気管５２、過給機４４のタービン４４ｂ及び排気浄化装置５３を含んでいる。
【００２９】
エキゾーストマニホールド５１は「各気筒２２に接続された枝部」及び「枝部が集合した集合部」を含んでいる。排気管５２はエキゾーストマニホールド５１の集合部に接続されている。エキゾーストマニホールド５１及び排気管５２は排気通路を構成している。排気管５２には、排ガスの流れの上流から下流に向け、タービン４４ｂ及び排気浄化装置５３が順に配設されている。
【００３０】
排気浄化装置５３は、排ガスの流れの上流から下流に向け、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と称呼する。）５４、電気化学リアクタ５５及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」と称呼する。）５６を順に含んでいる。ＤＰＦ５６は排ガス中のパティキュレートを捕集する。
【００３１】
ＮＳＲ触媒５４はそこに流入する排ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比であるときに排ガス中のＮＯｘを吸蔵する。一方、同触媒５４はそこに流入する排ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比になると吸蔵しているＮＯｘを放出するとともに放出したＮＯｘを排ガス中の未燃ＨＣにより還元浄化する。
【００３２】
図２の（Ａ）に示したように、電気化学リアクタ５５は、互いに平行に延びる多数の隔壁５５ｗと、同隔壁５５ｗに対して垂直方向に互いに平行に延びる図示しない多数の隔壁と、により画成された多数の通路５５ｐを備えたいわゆる「ハニカム構造」を有する部材（以下、「ハニカム部材」と称呼する。）５５ｈを含んでいる。このハニカム部材５５ｈは、排気管５２内に配設されている。より具体的に述べると、このハニカム部材５５ｈは、その外壁面５５ｏが全周に渡って排気管５２の内壁面５２ｉに密着するように同排気管５２内に配設されている。排気管５２内を流れる排ガスは、ハニカム部材５５ｈの通路５５ｐを通り、その後、同部材５５ｈから流出する。
【００３３】
図２の（Ａ）に鎖線により囲まれた「隔壁５５ｗの一部５５ｗ’」を示した図２の（Ｂ）に示したように、電気化学リアクタ５５の隔壁５５ｗは、固体電解質層（固体電解質部）６０、カソード電極層６１ｃ、アノード電極層６１ａ、ＮＯｘ吸蔵層（ＮＯｘ吸蔵部）６２及び電源回路（電圧印加部）６３により構成されている。
【００３４】
固体電解質層６０は酸素イオン伝導性を有する公知の多孔質の固体電解質、例えば、イットリア安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）から構成されている。
【００３５】
アノード電極層６１ａは固体電解質層６０の１つの面に配設されている。同電極層６１ａはイットリア安定化ジルコニウムと銀（Ａｇ）とのサーメットからなる多孔質材料から構成されている。カソード電極層６１ｃは固体電解質層６０に関してアノード電極層６１ａとは反対側の同電解質層６０の一面に配設されている。同電極層６１ｃもイットリア安定化ジルコニウムと銀（Ａｇ）とのサーメットからなる多孔質材料から構成されている。
【００３６】
ＮＯｘ吸蔵層６２はカソード電極層６１ｃに関して固体電解質層６０とは反対側の同電極層６１ｃの面に配設されている。ＮＯｘ吸蔵層６２はイットリア安定化ジルコニウムとバリウム（Ｂａ）とのサーメットからなる多孔質材料から構成されている。カソード電極層６１ｃ及びＮＯｘ吸蔵層６２はまとめて「第１電極部」とも称呼され、アノード電極層６１ａは「第２電極部」とも称呼される。
【００３７】
ＮＯｘ吸蔵層６２は下記化学反応（１）を経て排ガス中のＮＯ２を硝酸バリウムの形で吸蔵する（図３（Ａ）も参照。）。
２ＢａＯ＋４ＮＯ２＋Ｏ２→２Ｂａ(ＮＯ３)２      …（１）
【００３８】
更に、排ガス中のＮＯは下記化学反応（２）を経てＮＯ２に酸化されると、上記化学反応（１）を経て硝酸バリウムの形でＮＯｘ吸蔵層６２に吸蔵される。
２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２      …（２）
【００３９】
図２（Ｂ）に示したように、電源回路６３は直流電源６４、スイッチ６５及び電流検出器７４を含んでいる。本実施形態に係るリアクタ５５においては、電子の流れの上流から下流に向け、順に、直流電源６４、スイッチ６５、電流検出器７４、カソード電極層６１ｃ、固体電解質層６０及びアノード電極層６１ａが直列に配設され、これにより、回路が形成されている。従って、図３（Ｂ）に示したように、スイッチ６５が閉じられると、直流電源６４によりアノード電極層６１ａとカソード電極層６１ｃとの間、即ち、固体電解質層６０に電圧が印加される。尚、スイッチ６５は、後述のＥＣＵ８０のＣＰＵによりオン・オフ制御される。
【００４０】
固体電解質層６０に電圧が印加されると、ＮＯｘ吸蔵層６２に吸蔵されているＮＯｘはカソード電極層６１ｃにおいて下記化学反応（３）を経て還元浄化される（図３（Ｂ）も参照。）。
２Ｂａ(ＮＯ３)２＋４ｅ−→２ＢａＯ＋２Ｏ２−＋Ｎ２＋２Ｏ２      …（３）
【００４１】
更に、ＮＯｘ吸蔵層６２に吸蔵されずに同吸蔵層６２を通ってカソード電極層６１ｃに直接到達したＮＯ２は同電極層６１ｃにおいて下記化学反応（４）を経てＮＯに還元される。
ＮＯ２＋２ｅ−→ＮＯ＋Ｏ２−      …（４）
【００４２】
加えて「上記化学反応（４）を経て生成されたＮＯ」及び「ＮＯｘ吸蔵層６２に吸蔵されずに同吸蔵層６２を通ってカソード電極層６１ｃに直接到達したＮＯ」は同電極層６１ｃにおいて下記化学反応（５）を経て還元浄化される。
２ＮＯ＋４ｅ−→Ｎ２＋２Ｏ２−      …（５）
【００４３】
こうしたＮＯｘの還元浄化反応（上記化学反応（３）及び（５））において、酸素イオンＯ２−が生成される。この酸素イオンＯ２−はカソード電極層６１ｃから固体電解質層６０を通ってアノード電極層６１ａに移動する。酸素イオンＯ２−はアノード電極層６１ａにおいて電子ｅ−をアノード電極層６１ａに放出し、酸素分子Ｏ２となる。これにより、電源回路６３に電流が流れる。電流検出器７４はこの電流を検出する。
【００４４】
図１を再び参照すると、ＥＣＵ８０は周知のマイクロコンピュータを含む電子回路であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ及びインターフェース等を含んでいる。ＥＣＵ８０は後述するセンサと接続されており、これらセンサからの信号を受信するようになっている。更に、ＥＣＵ８０は各種アクチュエータ及び電源回路６３のスイッチ６５に指示（駆動）信号を送出するようになっている。
【００４５】
ＥＣＵ８０はエアフローメータ７１、クランク角度センサ７２、アクセル開度センサ７３及び電気化学リアクタ５５の電源回路６３の電流検出器７４と接続されている。
【００４６】
エアフローメータ７１は吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量（吸入空気量）Ｇａを測定し、その吸入空気量Ｇａを表す信号を出力する。更に、エアフローメータ７１は吸入空気の温度を検出し、その吸入空気の温度を表す信号を出力する。
【００４７】
クランク角度センサ７２は機関１０の図示しないクランクシャフトの回転位置（即ち、クランク角度）に応じた信号を出力する。ＥＣＵ８０は「このクランク角度センサ７２及び図示しないカムポジションセンサ」からの信号に基づいて所定の気筒の圧縮上死点を基準とした機関１０のクランク角度（絶対クランク角度）を取得する。更に、ＥＣＵ８０はクランク角度センサ７２からの信号に基づいて機関回転速度を取得する。
【００４８】
アクセル開度センサ７３は図示しないアクセルペダルの開度（アクセルペダル操作量）を検出し、そのアクセルペダル開度を表す信号を出力する。電気化学リアクタ５５の電源回路６３の電流検出器７４は、上述したように、同リアクタ５５の固体電解質層６０に流れる電流を検出し、その電流の値を表す信号を出力する。
【００４９】
次に、本実施形態に係る排気浄化装置の動作の概要について図４を参照して説明する。ＥＣＵ８０のＣＰＵは、ＮＳＲ触媒５４に吸蔵されているＮＯｘを同触媒５４から放出させるべきＮＯｘ放出条件（この条件については、後に詳述する。）が成立していないとき（期間ＴＬ）、機関１０の燃焼室２２内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きなリーン空燃比（以下、単に「リーン空燃比」と称呼する。）に制御する（リーン制御を実行する。）。この場合、ＮＳＲ触媒５４には、ＮＯｘを含むリーン空燃比の排ガスが流入し、排ガス中のＮＯｘは同触媒５４に吸蔵される。
【００５０】
ＣＰＵは、機関運転状態（本例においては、機関１０の運転状態（本例においては、「エアフローメータ７１により検出される吸入空気量Ｇａ」及び「燃料噴射弁２３から噴射される燃料の量（燃料噴射量）Ｑａ」等）に基づいて「燃焼室２２から単位時間当たりに排出されるＮＯｘの量（以下、「単位排出ＮＯｘ量」と称呼する。）」を推定する。更に、ＣＰＵは、この単位排出ＮＯｘ量の推定値を積算することによりＮＳＲ触媒５４に吸蔵されているＮＯｘの量（以下、「ＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ量」と称呼する。）を推定する。図４に示したように、前記ＮＯｘ放出条件が成立していないとき（期間ＴＬ）には、ＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ量の推定値（以下、「ＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値」と称呼する。）ＮＯＸnsr-aは時間の経過に伴って徐々に増大する。
【００５１】
ＮＳＲ触媒５４が吸蔵可能なＮＯｘの量には限界がある。ＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ量が「触媒５４が吸蔵可能なＮＯｘ量の限界値（以下、「ＮＳＲ吸蔵限界値」とも称呼する。）」に達すると、触媒５４に流入したＮＯｘが同触媒５４に吸蔵されずに同触媒５４から下流へと流出してしまう。
【００５２】
そこで、ＣＰＵは、ＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-aが「ＮＳＲ吸蔵限界値よりも所定値だけ小さい値（以下、「第１判定値」と称呼する。）ＮＯＸth1」に達したとき（時刻ｔ０）、ＮＯｘ放出条件が成立したと判断する。ＣＰＵは、ＮＯｘ放出条件が成立したと判断したとき、燃料噴射量を増大することにより、燃焼室２２内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも小さなリッチ空燃比（以下、単に「リッチ空燃比」と称呼する。）として機関１０を運転させる。即ち、ＣＰＵはいわゆるリッチスパイクを開始する。これにより、ＮＳＲ触媒５４に流入する排ガスの空燃比（以下、「ＮＳＲ流入空燃比」と称呼する。）Ａ／Ｆnsrがリッチ空燃比に向かって小さくなる。リッチスパイク開始から一定期間（期間Ｔ１）が経過すると（時刻ｔ１）、同空燃比Ａ／Ｆnsrがリッチ空燃比になる。
【００５３】
ＮＳＲ流入空燃比Ａ／Ｆnsrがリッチ空燃比になると、ＮＳＲ触媒５４に吸蔵されているＮＯｘが放出され、これら放出されたＮＯｘが排ガス中の未燃ＨＣにより還元浄化される。更に、前記流入空燃比Ａ／Ｆnsrがリッチ空燃比になった直後は、「触媒５４におけるＮＯｘ還元速度」が「同触媒５４からのＮＯｘ放出速度」よりも遅いことから、触媒５４から放出されたＮＯｘの一部が同触媒５４において還元浄化されずに同触媒５４から流出する。
【００５４】
このＮＳＲ触媒５４から流出するＮＯｘの量（以下、「ＮＳＲ流出ＮＯｘ量」と称呼する。）は、図４に示したように、ＮＳＲ流入空燃比Ａ／Ｆnsrがリッチ空燃比になった時点ｔ１から一気に増大する。一方、前記ＮＯｘ還元速度は、前記流入空燃比Ａ／Ｆnsrがリッチ空燃比になった後、徐々に増大し、同空燃比Ａ／Ｆnsrがリッチ空燃比になった時点ｔ１から一定期間Ｔ２が経過したとき（時刻ｔ３）に、前記ＮＯｘ放出速度よりも大きくなる。従って、この時点ｔ３において、ＮＳＲ流出ＮＯｘ量が減少し始め、その後、一定期間Ｔ３が経過したとき（時刻ｔ５）に「０」になる。
【００５５】
ＣＰＵは、リッチスパイク中（期間ＴＲ）、機関運転状態（本例において、「ＮＳＲ流入空燃比Ａ／Ｆnsr」及び「ＮＳＲ触媒５４に流入する排ガスの流量」等）に基づいて「ＮＳＲ触媒５４から単位時間当たりに放出されたＮＯｘの量（以下、「単位放出ＮＯｘ量」と称呼する。）」を推定する。ＣＰＵはこの単位放出ＮＯｘ量の推定値を現在のＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-aから減算することによりＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ量を新たに推定する。リッチスパイク中、ＮＳＲ触媒５４に新たに吸蔵されるＮＯｘは殆どない。従って、リッチスパイクの開始後、ＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-aは図４に示したように徐々に減少する。
【００５６】
ＣＰＵは、ＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-aが「前記第１判定値ＮＯＸth1よりも小さい第２判定値ＮＯＸth2」に達したとき（時刻ｔ７）に、リッチスパイクを終了する。即ち、リッチスパイクは、時刻ｔ０から時刻ｔ７までの所定期間ＴＲに渡ってリッチ空燃比の排ガスをＮＳＲ触媒５４に供給する制御である。尚、前記第２判定値ＮＯＸth2は「「０」よりも大きい値であって且つ「０」に近い値」である。
【００５７】
リッチスパイクの終了時点ｔ７から一定期間Ｔ４が経過するまでの間は、ＮＳＲ流入空燃比Ａ／Ｆnsrがリッチ空燃比であるので、ＮＳＲ触媒５４におけるＮＯｘ還元は続いている。従って、リッチスパイクが終了されたとしても、一定期間Ｔ４が経過するまでの間は、ＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-aは減少する。前記一定期間Ｔ４が経過した時点ｔ８において、前記流入空燃比Ａ／Ｆnsrがリーン空燃比になるので、同時点ｔ８以降、ＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-aは徐々に増大する。
【００５８】
上述したように、ＮＳＲ流入空燃比Ａ／Ｆnsrがリッチ空燃比になると、ＮＳＲ触媒５４から放出されたＮＯｘの一部が同触媒５４から下流へ流出してしまう。これらＮＯｘは電気化学リアクタ５５に流入する。ＣＰＵは、これらＮＯｘをリアクタ５５により還元浄化するために、リッチスパイクの開始（時刻ｔ０）と同時にリアクタ５５のカソード電極層６１ｃとアノード電極層６１ａとの間に電圧を印加する。本例において、これら電極層６１ｃ及び６１ａ間に印加される電圧（以下、「リアクタ印加電圧」又は単に「印加電圧」と称呼する。）Ｖrctは一定の電圧Ｖｃに維持される。
【００５９】
尚、前記一定の電圧Ｖｃは「リッチスパイクの開始と同時に電圧印加を開始した場合において、リアクタ５５にＮＯｘが流入し始める前にリアクタ５５のＮＯｘ吸蔵層６２に吸蔵されているＮＯｘの総てを還元してしまわない程度に低い電圧」に設定される。
【００６０】
電圧印加の開始時点ｔ０からＮＳＲ流入空燃比Ａ／Ｆnsrがリッチ空燃比になる時点ｔ１までの間は、ＮＳＲ触媒５４から流出するＮＯｘは殆どない。従って、電圧印加の開始時点ｔ０においては、リアクタ５５のＮＯｘ吸蔵層６２に吸蔵されているＮＯｘがリアクタ５５により電気化学的に還元浄化される。このとき、ＣＰＵは「固体電解質層６０に流れる電流の値（以下、「リアクタ電流値」又は単に「電流値」と称呼する。）Ｉrct」と「リアクタ印加電圧Vrct（＝Ｖｃ）」とに基づいて固体電解質層６０のインピーダンスの値Ｚrctを初期値Ｚstartとして算出して記憶する。
【００６１】
リアクタ５５上流にはＮＳＲ触媒５４が配設されている。従って、リッチスパイクが実行されていないとき（期間ＴＬ）には、機関１０から排出されるＮＯｘはＮＳＲ触媒５４に吸蔵されるので、リアクタ５５に流入するＮＯｘは殆どない。一方、本実施形態に係る「リアクタ５５への電圧印加」によれば、以下で説明するように、電圧印加の終了時点においてリアクタ５５のＮＯｘ吸蔵層６２に吸蔵されているＮＯｘの量（以下、「リアクタ吸蔵ＮＯｘ量」と称呼する。）ＮＯＸrct-aが「０よりも大きい値であるが非常に小さい値」になるように電圧印加が行われる。
【００６２】
従って、電圧印加の開始時点ｔ０におけるリアクタ吸蔵ＮＯｘ量ＮＯＸrct-aは非常に小さい。このため、同時点ｔ０におけるリアクタ電流値Ｉrctは小さく、その結果、前記初期値Ｚstartは大きい値となる。
【００６３】
尚、電圧印加の開始時点ｔ０において、リアクタ５５に流入する排ガスの空燃比（リアクタ流入空燃比）Ａ／Ｆrctはリーン空燃比である。このため、リアクタ５５には多量の酸素が存在する。従って、これら酸素がカソード電極層６１ｃにおいて電子ｅ−を受け取って酸素イオンＯ２−となり、これら酸素イオンＯ２−が固体電解質層６０内を移動する可能性がある。この場合、電圧印加の開始時点ｔ０におけるリアクタ電流には、こうした酸素の還元に起因する電流が含まれる。しかしながら、前記酸素よりもＮＯｘ吸蔵層６２に吸蔵されているＮＯｘ（リアクタ吸蔵ＮＯｘ）のほうがカソード電極層６１ｃの近くに存在する。このため、カソード電極層６１ｃにおいて、これらリアクタ吸蔵ＮＯｘが優先的に還元される。従って、電圧印加の開始時点におけるリアクタ電流の大部分はリアクタ吸蔵ＮＯｘの還元に起因する電流である。
【００６４】
上述したように、電圧印加の開始時点ｔ０から一定期間が経過した時点ｔ１までの期間Ｔ１においては、リアクタ５５に流入するＮＯｘは殆どない。従って、同期間Ｔ１においては、ＮＯｘ吸蔵層６２に吸蔵されているＮＯｘ（リアクタ吸蔵ＮＯｘ）の還元浄化のみが行われる。その結果、リアクタ吸蔵ＮＯｘ量ＮＯＸrct-aは減少する。従って、リアクタ電流値Ｉrctも減少し、その結果、リアクタインピーダンスＺrctが増大する。
【００６５】
電圧印加の開始時点ｔ０から一定期間Ｔ１が経過した時点ｔ１において、リアクタ５５にＮＯｘが流入し始め、このＮＯｘの量（以下、「リアクタ流入ＮＯｘ量」と称呼する。）ＮＯＸrct-iは徐々に増大する。この流入ＮＯｘ量ＮＯＸrct-iの増大に伴い、リアクタ５５により還元浄化されるＮＯｘの量が増大するので、リアクタ電流値Ｉrctも増大する。その結果、リアクタインピーダンスＺrctが減少する。
【００６６】
一方、時刻ｔ１の後、リアクタ流入ＮＯｘ量ＮＯＸrct-iが「単位時間あたりにカソード電極層６１ｃにて還元可能なＮＯｘ量の最大値（最大ＮＯｘ還元量）ＮＯＸmax」を超えるまでの間は、流入ＮＯｘ量ＮＯＸrct-iが増大したとしても、そのＮＯｘの殆どはカソード電極層６１ｃにて還元浄化される。従って、リアクタ吸蔵ＮＯｘ量ＮＯＸrct-aは、時刻ｔ１後に増大するが、この増大の程度は極僅かである。つまり、吸蔵ＮＯｘ量ＮＯＸrct-aは殆ど変化しない。
【００６７】
その後、リアクタ流入ＮＯｘ量ＮＯＸrct-iが最大ＮＯｘ還元量ＮＯＸmaxを超えると（時刻ｔ２）、リアクタ５５は、最大ＮＯｘ還元量ＮＯＸmaxのＮＯｘしか還元浄化することができない。従って、電流値Ｉrctは同最大ＮＯｘ還元量に対応する電流値で一定となる。その結果、インピーダンスＺrctも一定となる。勿論、このとき還元浄化されないＮＯｘはＮＯｘ吸蔵層６２に吸蔵される。
【００６８】
一方、時刻ｔ２以後、リアクタ流入ＮＯｘ量ＮＯＸrct-iが時刻ｔ３にてピークとなるまでの間は、ＮＯｘ吸蔵層６２に吸蔵されるＮＯｘ量が一気に増大するので、リアクタ吸蔵ＮＯｘ量ＮＯＸrct-aは一気に増大する。その後、流入ＮＯｘ量ＮＯＸrct-iがピークから減少し始めても、同流入ＮＯｘ量ＮＯＸrct-iが最大ＮＯｘ還元量ＮＯＸmaxに低下するまで（時刻ｔ３から時刻ｔ４まで）の間は、リアクタ５５は、そこに流入するＮＯｘ総てを還元浄化することはできないので、リアクタ吸蔵ＮＯｘ量ＮＯＸrct-aは緩やかに増大する。
【００６９】
流入ＮＯｘ量ＮＯＸrct-iが増大して最大ＮＯｘ還元量ＮＯＸmaxに達してから（時刻ｔ２）、同流入ＮＯｘ量ＮＯＸrct-iが減少して最大ＮＯｘ還元量ＮＯＸmaxに達するまで（時刻ｔ４）の間は、リアクタ電流値Ｉrctは略一定であり、その結果、リアクタインピーダンスＺrctも略一定である。
【００７０】
時刻ｔ４において流入ＮＯｘ量ＮＯＸrct-iが最大ＮＯｘ還元量ＮＯＸmaxに達した後は、カソード電極層６１ｃにて還元されるＮＯｘ量が徐々に減少する。このため、リアクタ電流値Ｉrctは徐々に減少し、その結果、リアクタインピーダンスＺrctは徐々に増大する。
【００７１】
流入ＮＯｘ量ＮＯＸrct-iは時刻ｔ５において「０」になるが、ＮＯｘ吸蔵層６２にはＮＯｘが吸蔵されているので、カソード電極層６１ｃにおけるＮＯｘの還元反応は継続して行われている。従って、時刻ｔ５において、リアクタ電流値Ｉrctは「０」にはならず、時刻ｔ５以降、リアクタＮＯｘ吸蔵量ＮＯＸrct-aの減少に伴って徐々に低下する。このため、リアクタインピーダンスＺrctは、時刻ｔ５以降も徐々に増大する。その後、リアクタインピーダンスＺrctが前記初期値Ｚstartに達したとき（時刻ｔ６）、ＣＰＵは電圧印加を停止する。
【００７２】
カソード電極層６１ｃ周辺のＮＯｘ量（即ち、リアクタ吸蔵ＮＯｘ量ＮＯＸrct-a）が「０」になった後、リアクタ流入空燃比Ａ／Ｆrctがリッチ空燃比である状態において電圧印加が継続されていると、固体電解質層６０を構成する物質（即ち、固体電解質）中の酸素原子がイオン化し、アノード電極層６１ａに向かって移動する。つまり、固体電解質層６０の化学的な分解が生じてしまう。
【００７３】
一方、上述したように、初期値Ｚstartは「非常に小さいリアクタ吸蔵ＮＯｘ量ＮＯＸrct-a」に対応する値である。従って、リアクタインピーダンスＺrctが初期値Ｚstartに達したとき（時刻ｔ６）に電圧印加が停止されると、カソード電極層６１ｃ周辺のＮＯｘ量が「０」になる前、即ち、固体電解質層６０の固体電解質の分解が始まる直前の時点において電圧印加が停止される。従って、本実施形態に係る排気浄化装置によれば、固体電解質層６０の分解が回避される。
【００７４】
尚、カソード電極層６１ｃ周辺のＮＯｘ量が減少するに従って固体電解質層６０の分解が生じやすくなると考えられる。しかしながら、固体電解質層６０の分解反応よりも、ＮＯｘ還元反応のほうが生じやすいので、カソード電極層６１ｃ周辺のＮＯｘ量が「０」になるまでは、固体電解質層６０の分解は始まらないものと推察される。
【００７５】
尚、上述した実施形態において、固体電解質層６０に流れる電流が一定になるように固体電解質層６０に電圧を印加するようにしてもよい。この場合、ＣＰＵは、固体電解質層６０に印加する電圧を、固体電解質層６０に流れる電流が一定になるように制御する。更に、この場合においても、ＣＰＵは、これら電圧の値及び電流の値に基づいてインピーダンスを測定する。
【００７６】
次に、本実施形態に係る排気浄化装置の実際の作動について説明する。ＥＣＵ８０のＣＰＵは図５に示した「リッチスパイクルーチン」を所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図５のステップ５０から処理を開始し、ステップ５１にてＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-aが第１判定値ＮＯＸth1以上であるか否かを判定する。
【００７７】
尚、上記ＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-aは、別途図示しないＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値算出ルーチンにより演算される。この算出ルーチンにおいて、ＣＰＵは、リーン制御中は、吸入空気量Ｇａ及び燃料噴射量Ｑａ（機関１０の負荷）と、ルックアップテーブルMap（Ｇａ，Ｑａ）と、に基づいて「本算出ルーチンの前回の開始時点から今回の開始時点までの間に機関１０から排出されたＮＯｘの量（排出ＮＯｘ量）」を算出する。次いで、ＣＰＵは、この算出された排出ＮＯｘ量を「そのときのＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-a」に加算することにより最新のＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-aを算出する。
【００７８】
一方、ＣＰＵは、リッチスパイク中は、ＮＳＲ触媒５４に流入する排ガスの流量ＳＶrct及び同排ガスの空燃比Ａ／Ｆrctと、ルックアップテーブルMap（ＳＶrct，Ａ／Ｆrct）と、に基づいて「本算出ルーチンの前回の開始時点から今回の開始時点までの間にＮＳＲ触媒５４から放出されたＮＯｘの量（放出ＮＯｘ量）」を算出する。次いで、ＣＰＵは、この算出された放出ＮＯｘ量を「そのときのＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-a」から減算することにより最新のＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-aを算出する。
【００７９】
ＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-aが第1判定値ＮＯＸth1以上ではない場合、ＣＰＵはステップ５１にて「Ｎｏ」と判定してステップ５５に進み、機関１０の燃焼室２２内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御することによりＮＳＲ触媒５４に同リーン空燃比の排ガスを供給するリーン制御を実行し、本ルーチンを一旦終了する。
【００８０】
一方、推定値ＮＯＸnsr-aが第1判定値ＮＯＸth1以上である場合、ＣＰＵはステップ５１にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２に進み、リッチスパイクを開始（機関１０の燃焼室２２内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比に設定）するとともにリッチスパイクフラグＦrsに「１」を入力する（フラグＦrsをセットする）。ＣＰＵはその後、ステップ５３に進み、ＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-aが第２判定値ＮＯＸth2以下であるか否かを判定する。
【００８１】
ＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ推定値ＮＯＸnsr-aが第２判定値ＮＯＸth2以下ではない場合、ＣＰＵはステップ５３にて「Ｎｏ」と判定してステップ５３に戻る。一方、前記推定値ＮＯＸnsr-aが第２判定値ＮＯＸth2以下である場合、ＣＰＵはステップ５３にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５４に進み、リッチスパイクを終了するとともにリッチスパイクフラグＦrsに「０」を入力し（フラグＦrsをリセットし）、本ルーチンを一旦終了する。
【００８２】
これによれば、ＮＳＲ吸蔵ＮＯｘ量をその限界値に到達させることなく、機関１０から排出されるＮＯｘを還元浄化することができる。
【００８３】
更に、ＣＰＵは図６に示した「リアクタ電圧印加ルーチン」を所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図６のステップ６０から処理を開始し、ステップ６１にてリッチスパイクフラグＦrsが「１」であるか否かを判定する。同フラグＦrsは図５のステップ５２にてセットされ（Ｆrs←１）、図５のステップ５４にてリセットされる（Ｆrs←０）フラグである。
【００８４】
フラグＦrsが「１」ではない場合（即ち、フラグＦrsが「０」である場合）、ＣＰＵはステップ６１にて「Ｎｏ」と判定して本ルーチンを一旦終了する。一方、フラグＦrsが「１」である場合、ＣＰＵはステップ６１にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６２に進み、固体電解質層６０への電圧印加を開始する。その後、ＣＰＵはステップ６３に進み、そのときのリアクタインピーダンスＺrctを「初期値Ｚstart」として取得し、ステップ６４に進む。尚、ルーチンがステップ６２に進んだ時点において既に電圧印加が開始されている場合、ＣＰＵは、ステップ６２及びステップ６３においては処理を行うことなく、ステップ６４に進む。
【００８５】
ステップ６４においては、ＣＰＵはリアクタインピーダンスＺrctが一旦減少してピーク値となった後に増大している最中であるか否かを判定する（図４の期間Ｔｉを参照。）。同インピーダンスＺrctが一旦減少してピーク値となった後に増大している最中である場合、ＣＰＵはステップ６４にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６５に進む。一方、同インピーダンスＺrctが一旦減少してピーク値となった後に増大している最中ではない場合、ＣＰＵはステップ６４にて「Ｎｏ」と判定し、本ルーチンを一旦終了する。
【００８６】
ステップ６５においては、ＣＰＵはリアクタインピーダンスＺrctがステップ６３にて取得された初期値Ｚstart以上であるか否かを判定する。インピーダンスＺrctが初期値Ｚstart以上である場合、ＣＰＵはステップ６５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６６に進み、固体電解質層６０への電圧印加を停止し、本ルーチンを一旦終了する。一方、インピーダンスＺrctが初期値Ｚstart以上ではない場合、ＣＰＵはステップ６５にて「Ｎｏ」と判定し、本ルーチンを一旦終了する。
【００８７】
これによれば、固体電解質層６０の分解を回避しつつ、リッチスパイク中にＮＳＲ触媒５４から流出するＮＯｘを還元浄化することができる。
【００８８】
更に、上述した実施形態に係る排気浄化装置は「排気通路のＮＳＲ触媒５４下流の位置に、還元剤によりＮＯｘを還元浄化することが可能な第２の触媒を配設し、同第２の触媒によりＮＳＲ触媒５４から流出するＮＯｘを還元浄化する場合」に比べても有利である。
【００８９】
より具体的に述べると、例えば、前記第２の触媒として、「ＮＳＲ触媒５４と同じ触媒」を使用することができる。しかしながら、こうした第２の触媒を用いると、その第２の触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出させる際に同第２の触媒に還元剤を供給する必要があり、且つ、その第２の触媒の温度をその活性温度以上に維持する必要もある。或いは、前記第２の触媒として、「アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元浄化することが可能ないわゆるＳＣＲ触媒」を使用することもできる。しかしながら、こうした第２の触媒によりＮＳＲ触媒５４から流出するＮＯｘを還元しようとする場合、第２の触媒に還元剤（アンモニア）を供給する必要があり、更に、その第２の触媒の温度をその活性温度以上に維持する必要もある。加えて、前記ＮＯｘ放出制御の開始と同時に前記第２の触媒への還元剤の供給を開始したとしても、同第２の触媒にＮＯｘが流入し始めた時点で同第２の触媒のＮＯｘ還元能力が十分高くなっていないこともあり得る。
【００９０】
一方、電気化学リアクタ５５は電圧を印加するだけでよく、更に、電圧の印加と同時に還元機能を発揮する。従って、電気化学リアクタ５５には、上述したような必要は生じない。こうした理由から、本実施形態に係る排気浄化装置は、第２の触媒によりＮＳＲ触媒５４から流出するＮＯｘを還元浄化する場合に比べても有利である。但し、本発明は、ＮＳＲ触媒５４の下流位置に電気化学リアクタ５５に追加して別の触媒を配設すること排除するものではない。
【００９１】
ところで、電気化学リアクタ５５への電圧印加を停止する時点を決定する場合、前記インピーダンスに関して固定の閾値を予め用意しておき、インピーダンスがこの固定の閾値に到達した時点で前記リアクタ５５への電圧印加を停止するように排気浄化装置を構成することもできる（例えば、特許文献２を参照。）。
【００９２】
しかしながら、固体電解質の分解が始まる直前の時点に対応するインピーダンスの値は、「電気化学リアクタ５５のＮＯｘ浄化特性の経年変化」及び「電圧印加の実施毎に変わる電気化学リアクタの周囲環境」等の影響により変化する可能性がある。従って、インピーダンスの値が前記予め用意された固定の閾値に到達する時点が、固体電解質の分解が開始した時点よりも後になることがあり、この場合、固体電解質の劣化が進む。
【００９３】
一方、電圧印加中に測定されるインピーダンスの値は、そのときの電気化学リアクタ５５のＮＯｘ浄化特性及び電気化学リアクタ５５の周囲環境の影響を受けた値である。このため、本実施形態に係る排気浄化装置のように、電圧印加中に測定されるインピーダンスの挙動に基づいて「固体電解質の分解が始まる直前の時点」を検出すれば、より正確に固体電解質の分解が始まる直前の時点を検出することができる。
【００９４】
以上、説明したように、本実施形態に係る排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）５４と、電気化学リアクタ５５と、同リアクタ５５の第１電極部（カソード電極層６１ｃ及びＮＯｘ吸蔵層６２）と第２電極部（アノード電極層６１ａ）との間に電圧を印加することが可能な電圧印加部（電源回路６３）と、を具備する。
【００９５】
更に、本実施形態に係る排気浄化装置は、前記触媒に吸蔵されているＮＯｘを同触媒から放出させるべき放出条件（図５のステップ５１を参照。）が成立していないとき（図４の期間ＴＬ及び図５のステップ５１にて「Ｎｏ」の場合を参照。）、機関１０の燃焼室２２内の混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御することにより前記触媒に同リーン空燃比の排ガスを供給するリーン制御（図５のステップ５５を参照。）を実行し、前記放出条件が成立したとき（図４の時刻ｔ０及び図５のステップ５１にて「Ｙｅｓ」の場合を参照。）前記触媒に理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比の排ガスを所定期間（図４の期間ＴＲを参照。）に渡って供給するＮＯｘ放出制御を実行する（図５のステップ５２を参照。）第１制御部を備える。
【００９６】
加えて、本実施形態に係る排気浄化装置は、前記第１電極部と前記第２電極部との間の前記固体電解質部（固体電解質層）６０のインピーダンスＺrctを測定するインピーダンス測定部（電流検出器７４及びＥＣＵ８０）と、前記ＮＯｘ放出制御の開始時において前記電圧印加部を用いた前記電圧の印加を開始し（図４の時刻ｔ０及び図６のステップ６２を参照。）、その後、前記測定されるインピーダンス（図６のステップ６３を参照。）Ｚstartに基づいて前記固体電解質の分解が始まる直前の時点を検出するとともに同検出された時点（図４の時刻ｔ６及び図６のステップ６５にて「Ｙｅｓ」の場合を参照。）において前記電圧印加部を用いた前記電圧の印加を停止する（図４の時刻ｔ６及び図６のステップ６６を参照。）第２制御部と、を備える。
【００９７】
次に、上述した実施形態の変形例に係る排気浄化装置について説明する。上述した実施形態に係る排気浄化装置は、リアクタ印加電圧Ｖrctを停止する時点を決定する指標として、リアクタ５５への電圧印加の開始時点におけるリアクタインピーダンスＺrct（初期値Ｚstart）を使用する。しかしながら、本変形例に係る排気浄化装置は、同指標として、リアクタインピーダンスＺrctの増大率Ｒzrctを使用する。
【００９８】
より具体的に述べると、図７に示したように、時刻ｔ３以降、リアクタ流入ＮＯｘ量ＮＯＸrct-iが徐々に減少して最大ＮＯｘ還元量ＮＯＸmaxに達する（時刻ｔ４）。前述したように、その後、リアクタ吸蔵ＮＯｘ量ＮＯＸrct-aは徐々に減少する。このように吸蔵ＮＯｘ量ＮＯＸrct-aが減少する間、リアクタ電流値Ｉrctも徐々に減少し、その結果、リアクタインピーダンスＺrctは徐々に増大する。このとき、リアクタ吸蔵ＮＯｘ量ＮＯＸrct-aが「０」に極めて近くなるまで（時刻ｔ６まで）は、リアクタ電流値Ｉrctは比較的緩やかに減少し、しかも、その減少率は略一定である。従って、リアクタインピーダンスＺrctは比較的緩やかに増大し、その増大率Ｒzrctは略一定である。
【００９９】
ところが、リアクタ吸蔵ＮＯｘ量ＮＯＸrct-aが「０」に極めて近くなると（時刻ｔ６）、リアクタ電流値Ｉrctは、図７に参照符号Ａで示したように、急激に減少し始める。従って、リアクタインピーダンスＺrctは、図７に参照符号Ｂで示したように、急激に増大し始める。つまり、同インピーダンスＺrctの増大率Ｒzrctが急激に大きくなる。
【０１００】
本変形例に係る排気浄化装置は、こうしたインピーダンスＺrctの増大率Ｒzrctの変化を利用する。即ち、同排気浄化装置は、リアクタインピーダンスＺrctの増大率Ｒzrct（インピーダンスＺrctの時間微分値ｄＺrct／ｄｔ）が所定の閾値以上になったとき（時刻ｔ６）にリアクタ５５への電圧印加を停止する。
【０１０１】
次に、本変形例に係る排気浄化装置の実際の作動について説明する。ＣＰＵは、図６に示した「リアクタ電圧印加ルーチン」に代えて、図８に示した「リアクタ電圧印加ルーチン」を所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図８のステップ８０から処理を開始し、ステップ８１にてリッチスパイクフラグＦrsが「１」であるか否かを判定する。同フラグＦrsは図５のステップ５２にてセットされ（Ｆrs←１）、図５のステップ５４にてリセットされる（Ｆrs←０）フラグである。
【０１０２】
フラグＦrsが「１」ではない場合（即ち、フラグＦrsが「０」である場合）、ＣＰＵはステップ８１にて「Ｎｏ」と判定して本ルーチンを一旦終了する。一方、フラグＦrsが「１」である場合、ＣＰＵはステップ８１にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８２に進み、固体電解質層６０への電圧印加を開始し、ステップ８３に進む。尚、ルーチンがステップ８２に進んだ時点において既に電圧印加が開始されている場合、ＣＰＵは、ステップ８２においては処理を行うことなく、ステップ８３に進む。
【０１０３】
ステップ８３において、ＣＰＵはリアクタインピーダンスＺrctが一旦減少してピーク値となった後に増大している最中であるか否かを判定する（図７の期間Ｔｉを参照。）。インピーダンスＺrctが一旦減少してピーク値となった後に増大している最中ではない場合、ＣＰＵはステップ８３にて「Ｎｏ」と判定し、本ルーチンを一旦終了する。一方、同インピーダンスＺrctが一旦減少してピーク値となった後に増大している最中である場合、ＣＰＵはステップ８３にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８４に進み、そのときのリアクタインピーダンスＺrctの増大率Ｒzrctを取得する。
【０１０４】
次いで、ＣＰＵはステップ８５に進み、ステップ８４にて取得されたリアクタインピーダンスＺrctの増大率Ｒzrctが閾値Ｒth以上であるか否かを判定する。増大率Ｒzrctが閾値Ｒth以上である場合、ＣＰＵはステップ８５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８６に進み、固体電解質層６０への電圧印加を停止し、本ルーチンを一旦終了する。一方、増大率Ｒzrctが閾値Ｒth以上ではない場合、ＣＰＵはステップ８５にて「Ｎｏ」と判定し、本ルーチンを一旦終了する。
【０１０５】
これによれば、固体電解質層６０の分解を回避しつつ、リッチスパイク中にＮＳＲ触媒５４から流出するＮＯｘを還元浄化することができる。
【０１０６】
尚、上述したように、本変形例に係る排気浄化装置は、リアクタインピーダンスＺrctの増大率Ｒzrctが前記所定の閾値Ｒth以上であるか否かに応じてリアクタ５５への電圧印加を停止するか否かを決定する。しかしながら、これに代えて、排気浄化装置は、増大率Ｒzrctを検出したときに、この検出した増大率Ｒzrctと「同増大率Ｒzrctの検出時点の直前に検出した増大率Ｒzrct」との差分（インピーダンスＺrctの二階微分値）が所定値以上である場合、リアクタ５５への電圧印加を停止するように構成され得る。
【０１０７】
尚、上述した実施形態に係る排気浄化装置は、ガソリン機関にも適用可能である。更に、上述した実施形態に係る排気浄化装置において、ＤＰＦ５６はなくてもよい。
【０１０８】
更に、上述した実施形態に係る排気浄化装置においては、リッチスパイクの開始と同時に固体電解質層６０への電圧印加を開始しているが、リッチスパイクの開始後に固体電解質層６０への電圧印加を開始してもよい。この場合、固体電解質層６０への電圧印加は、リッチスパイクの開始後であって且つ同リッチスパイクによってＮＳＲ触媒５４から流出したＮＯｘが電気化学リアクタ５５に流入し始める時点までの間に開始されることが好ましい。これによれば、ＮＳＲ触媒５４から流出するＮＯｘをより確実に電気化学リアクタ５５において還元浄化することができる。加えて、リッチスパイクの開始と同時に電圧印加を開始する場合に比べ、電圧印加時間を短くできるので、電力消費量を小さくすることもできる。
【０１０９】
加えて、上述した実施装置において、ＮＳＲ触媒５４と電圧印加リアクタ５５との間の排気通路に、ＮＯｘ濃度を検出可能なセンサ（ＮＯｘセンサ）を配置し、「同センサにより検出されるＮＯｘ濃度が「０」よりも大きくなったとき（ＮＯｘ放出制御の開始時）」或いは「同ＮＯｘ濃度が所定の閾値を超えたとき（ＮＯｘ放出制御の開始後）」に、リアクタ５５への電圧印加を開始するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１０】
１０…内燃機関、５４…ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）、５５…電気化学リアクタ、６０…固体電解質層、６１ａ…アノード電極層、６１ｃ…カソード電極層、６２…ＮＯｘ吸蔵層、６４…直流電源、６５…スイッチ、７４…電流検出器、８０…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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