(57)【要約】【課題】酸化機能を有する触媒において、再生の実行を的確に行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、排気通路上に設けられた酸化機能を有する触媒と、温度検出手段と、触媒活性判定手段と、制御手段と、を備える。温度検出手段は、触媒の端部の温度を検出する。触媒活性判定手段は、検出された温度が閾値以上になっている場合に、触媒が活性状態にあると判定し、検出された温度が閾値未満になっている場合に、触媒が失活状態にあると判定する。設定手段は、内燃機関の負荷が低くなるほど、閾値を連続的又は段階的に低く設定する。このようにすることで、触媒の中央部が十分な活性状態にある場合において、触媒が失活状態にあると判定されるのを防ぐことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路上に設けられた酸化機能を有する触媒を備え、浄化する必要のある物質の蓄積量及び前記触媒の温度に基づいて再生制御を行う内燃機関の排気浄化装置であって、
前記触媒の端部の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された温度が閾値以上になっているか否かを判定し、検出された温度が閾値以上になっている場合に、前記触媒が活性状態にあると判定し、検出された温度が閾値未満になっている場合に、前記触媒が失活状態にあると判定する触媒活性判定手段と、
前記触媒活性判定手段により前記触媒が活性状態にあると判定された場合に、前記触媒の再生制御を実行する制御手段と、
前記内燃機関の負荷が低くなるほど、前記閾値を連続的又は段階的に低く設定する設定手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記触媒の下流側の排気ガスの状態を検出する排気状態検出手段を備え、
前記触媒活性判定手段は、前記温度検出手段により検出された温度が閾値未満になっている場合であっても、前記排気状態検出手段により検出された排気ガスの状態に基づいて、前記触媒が活性状態にあると判定した場合には、前記触媒は活性状態にあると判定する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排気状態検出手段は、空燃比センサであり、
前記触媒活性判定手段は、前記空燃比センサにより検出された空燃比に基づいて、前記触媒の酸素消費能力を推定し、推定された酸素消費能力に基づいて、前記触媒が活性状態にあるか否かを判定する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記触媒活性判定手段は、リッチ制御時における、所定の空燃比に到達するまでの到達時間と、リッチ保持時間と、到達空燃比と、に基づいて、前記触媒が活性状態にあるか否かを判定する請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記触媒活性判定手段は、リッチ制御時における酸素消費量に基づいて、前記触媒が活性状態にあるか否かを判定する請求項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、排気浄化を行う内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、特許文献１には、排気通路４上に、排気中の粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ、以下、単に「フィルタ」と称する）を設けたディーゼルパティキュレート再生装置が提案されている。このディーゼルパティキュレート装置では、ＰＭを捕集する捕集材の排気ガス下流端面近傍に同心円状に配設された複数の電気ヒータが設けられており、外周部に位置する電気ヒータで捕集材の外周部を予備過熱することにより、フィルタ全体を均一温度としている。
【０００３】
なお、特許文献２にも、本発明と関連のある技術が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−６３０４１号公報
【特許文献２】特開２００４−２８６０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、フィルタ外周部は中心部と比較してＰＭが堆積しにくいため、ＰＭ再生の観点からすると、必ずしも、フィルタの温度を全体的に均一とする必要はない。むしろ、フィルタ中心部の温度やフィルタ外周部のＰＭ堆積量を考慮して再生を行うことが望まれる。この問題は、フィルタに限られず、酸化機能を有する触媒全てに当てはまる課題である。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、酸化機能を有する触媒において、再生の実行を的確に行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点では、排気通路上に設けられた酸化機能を有する触媒を備え、浄化する必要のある物質の蓄積量及び前記触媒の温度に基づいて再生制御を行う内燃機関の排気浄化装置は、前記触媒の端部の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された温度が閾値以上になっているか否かを判定し、検出された温度が閾値以上になっている場合に、前記触媒が活性状態にあると判定し、検出された温度が閾値未満になっている場合に、前記触媒が失活状態にあると判定する触媒活性判定手段と、前記触媒活性判定手段により前記触媒が活性状態にあると判定された場合に、前記触媒の再生制御を実行する制御手段と、前記内燃機関の負荷が低くなるほど、前記閾値を連続的又は段階的に低く設定する設定手段と、を備える。
【０００８】
上記の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路上に設けられた酸化機能を有する触媒を備え、浄化する必要のある物質の蓄積量及び前記触媒の温度に基づいて再生制御を行う。ここでいう触媒とは、例えば、排気通路上に直列に配置された酸化触媒及びＮＯｘ吸蔵還元触媒である。上記の内燃機関の排気浄化装置は、温度検出手段と、触媒活性判定手段と、制御手段と、を備える。温度検出手段は、例えば温度センサであり、前記触媒の端部の温度を検出する。前記触媒活性判定手段、前記制御手段、前記設定手段は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）である。前記触媒活性判定手段は、前記温度検出手段により検出された温度が閾値以上になっているか否かを判定し、検出された温度が閾値以上になっている場合に、前記触媒が活性状態にあると判定し、検出された温度が閾値未満になっている場合に、前記触媒が失活状態にあると判定する。前記制御手段は、前記触媒活性判定手段により前記触媒が活性状態にあると判定された場合に、前記触媒の再生制御を実行する。前記設定手段は、前記内燃機関の負荷が低くなるほど、前記閾値を連続的又は段階的に低く設定する。このようにすることで、前記触媒の中央部が十分な活性状態にある場合において、前記触媒が失活状態にあると判定されるのを防ぐことができる。これにより、再生制御が頻繁に停止されるのを防ぐことができ、燃費の悪化を抑えることができる。
【０００９】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記触媒の下流側の排気ガスの状態を検出する排気状態検出手段を備え、前記触媒活性判定手段は、前記温度検出手段により検出された温度が閾値未満になっている場合であっても、前記排気状態検出手段により検出された排気ガスの状態に基づいて、前記触媒が活性状態にあると判定した場合には、前記触媒は活性状態にあると判定する。排気状態検出手段は、例えば、排気ガスの状態とはリッチ又はリーンのいずれの状態になっているかを検出する空燃比センサやＯ２センサである。このようにすることで、再生制御を停止する回数を更に減らすことができ、燃費悪化の抑制をさらに図ることが可能となる。
【００１０】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記排気状態検出手段は、空燃比センサであり、前記触媒活性判定手段は、前記空燃比センサにより検出された空燃比に基づいて、前記触媒の酸素消費能力を推定し、推定された酸素消費能力に基づいて、前記触媒が活性状態にあるか否かを判定する。空燃比センサを用いることにより、より正確に前記触媒が活性状態にあるか否かを検出することができる。
【００１１】
上記の内燃機関の排気浄化装置の好適な実施例は、前記触媒活性判定手段は、リッチ制御時における、所定の空燃比に到達するまでの到達時間と、リッチ保持時間と、到達空燃比と、に基づいて、前記触媒が活性状態にあるか否かを判定する。
【００１２】
上記の内燃機関の排気浄化装置の好適な実施例は、前記触媒活性判定手段は、リッチ制御時における酸素消費量に基づいて、前記触媒が活性状態にあるか否かを判定する
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１４】
［装置構成］
まず、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両１００の概略構成を示す。
【００１５】
車両１００は、主に、吸気通路３と、エンジン（内燃機関）１０と、排気通路４と、酸化触媒（ＤＯＣ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）１９、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）２１と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）５０と、を備える。
【００１６】
吸気通路３は、エンジン１０に供給するための吸気ガス（例えば空気）を通過させる。エンジン１０は、吸気通路３より吸気ガスが供給されると共に、燃料噴射弁（不図示）によって燃料が噴射され供給される。供給された吸気ガスと燃料との混合気は、エンジン１０の燃焼室内において燃焼される。エンジン１０内の燃焼によった発生した排気ガスは、排気通路４に排出される。
【００１７】
排気通路４は、エンジン１０内の燃焼によって発生した排気ガスを通過させる。排気通路４上には、上流側から下流側に順に、燃料添加弁４５、酸化触媒１９、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）２１、が設けられている。
【００１８】
燃料添加弁４５は、排気通路４中に燃料（例えば未燃炭化水素（ＨＣ））を噴射することにより、排気ガスに燃料を添加する。燃料が添加された排気ガスは、燃料添加弁４５の下流側の排気通路４上に設けられた酸化触媒１９にて燃焼され、高温の排気ガスとなる。つまり、燃料添加弁４５及び酸化触媒１９は、排気ガスの温度を上昇させるための昇温手段である。酸化触媒１９において、上流側の端部を端部ｐ１とし、下流側の端部を端部ｐ２とし、中央部を中央部ｃｔとして示している。なお、燃料添加弁４５の代わりに、又は、加えて、エンジン１０の燃料噴射弁によりアフター噴射やポスト噴射を行うとしても良い。
【００１９】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）２１は、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵すると共に、吸蔵しているＮＯｘを還元する機能を有する高温活性型の触媒である。具体的には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は、基本的には、排気ガスの空燃比がリーンである際にＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの空燃比がリッチ又はストイキ（以下、単に「リッチ」と称する）である際に吸蔵しているＮＯｘを還元する。
【００２０】
排気通路４におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の上流側には温度センサ４２が取り付けられており、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の下流側には温度センサ４３、Ａ／Ｆセンサ４４が取り付けられている。温度センサ４２、４３は、検出した排気ガスの温度に対応する検出信号をＥＣＵ５０に供給する。Ａ／Ｆセンサ４４は、検出した排気ガスの空燃比に対応する検出信号をＥＣＵ５０に供給する。
【００２１】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、車両内の各種センサから供給される出力に基づいて、エンジン１０の制御を行う。本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、ＥＣＵ５０は、温度センサ４２、４３、Ａ／Ｆセンサ４４からの検出信号に基づいて、エンジン１０の燃料噴射弁から噴射される燃料量、燃料添加弁４５から噴射される燃料量、吸入空気量、などを調節することにより、排気ガスの温度や空燃比の制御を行う。従って、ＥＣＵ５０は、本発明の内燃機関の排気浄化装置における制御手段に相当する。
【００２２】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法について説明する。
【００２３】
まず、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の硫黄再生制御について説明する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は、排気ガスの空燃比がリーンの時には窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵する。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は、排気ガスの空燃比が小さくなり、かつ、排気ガス中に未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化する。具体的には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が限界までＮＯｘを吸蔵した際に、ＥＣＵ５０によって排気ガスの空燃比を強制的にリッチ化するリッチ制御が実行されることにより、ＮＯｘの還元浄化が行われる。ここで、排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が存在すると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は、ＮＯｘの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸蔵を行うため、ＮＯｘの代わりにＳＯｘが吸蔵されたいわゆる硫黄被毒状態（Ｓ被毒状態）となる。
【００２４】
ここで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は、その温度がＳＯｘの脱離可能な温度以上に上昇され、かつ、排気ガスの空燃比がリッチになった時に、吸蔵したＳＯｘを脱離させるＳＯｘ脱離作用を有する。そのため、通常の内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、酸化触媒１９が活性状態にある場合には、当該酸化触媒１９により排気ガスの温度を上昇させることで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度を目標温度に上昇させるとともに、リッチ制御を行うことにより、ＳＯｘ脱離作用を引き起こさせ、ＳＯｘを常温で気体であるＳＯ２の形で外部へ放出する硫黄再生制御（以下、単に「再生制御」と称する）を実行する。一方、ＥＣＵ５０は、酸化触媒１９が失活状態にある場合には再生制御を停止する。
【００２５】
酸化触媒１９が活性状態にあるか否かを判定する具体的な方法としては、まず、ＥＣＵ５０は、酸化触媒１９の端部の温度を求める。図１に示す例では、ＥＣＵ５０は、温度センサ４２からの検出信号に基づいて、酸化触媒１９の下流側の端部ｐ２の温度を求める。そして、ＥＣＵ５０は、求められた酸化触媒１９の端部ｐ２の温度が閾値以上となる場合に、酸化触媒１９が活性状態にあると判定し、求められた酸化触媒１９の端部ｐ２の温度が閾値未満となる場合に、酸化触媒１９が失活状態にあると判定する。なお、ＥＣＵ５０は、酸化触媒１９の端部ｐ２の温度を求めるとする代わりに、酸化触媒１９の上流側の排気通路４上に温度センサを設け、当該温度センサからの検出信号に基づいて、酸化触媒１９の上流側の端部ｐ１の温度を求め、求められた酸化触媒１９の端部ｐ１の温度が閾値以上となる場合に、酸化触媒１９が活性状態にあると判定し、求められた酸化触媒１９の端部ｐ１の温度が閾値未満となる場合に、酸化触媒１９が失活状態にあると判定しても良い。
【００２６】
図２は、エンジン負荷と酸化触媒１９の閾値との関係を示すグラフである。図２において、破線で示すグラフｇｌ１は、通常の排気浄化方法を行う場合における酸化触媒１９の閾値を示し、実線で示すグラフｇｌ２は、第１実施形態に係る排気浄化方法を行う場合における酸化触媒１９の閾値を示している。また、実線で示すグラフｇｌｃは、酸化触媒１９における実際の温度分布を示しており、白丸は、酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２の温度を示している。
【００２７】
通常の内燃機関の排気浄化方法では、グラフｇｌ１に示すように、酸化触媒１９の閾値は、エンジン負荷にかかわらず一定の値Ｔｌ１に設定される。つまり、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷にかかわらず、酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２の温度が閾値Ｔｌ１以上となる場合には、酸化触媒１９が活性状態にあると判定し、酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２の温度が閾値Ｔ１未満となる場合には、酸化触媒１９が失活状態にあると判定する。
【００２８】
酸化触媒１９において、端部ｐ１、ｐ２は、外気に触れているため、中央部ｃｔと比較して温度が低くなる。特に、エンジン負荷が低くなればなるほど、排気ガスの流速が低下するので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１における端部ｐ１、ｐ２と中央部ｃｔとの間の温度差は大きくなる。そのため、閾値Ｔｌ１の設定によっては、中央部ｃｔでは活性状態にあるのにもかかわらず、酸化触媒１９は失活状態にあると判定される恐れがある。
【００２９】
例えば、図２に示す例では、エンジン負荷が高負荷である負荷Ｆｃとなる場合には、酸化触媒１９の中央部ｃｔの温度Ｔｃｃは閾値Ｔｌ１を超えており、また、端部ｐ１、ｐ２の温度Ｔｃｓは中央部ｃｔの温度に近い比較的高い温度となっている。そのため、端部ｐ１、ｐ２の温度Ｔｃｓは閾値Ｔｌ１を超えることとなるので、酸化触媒１９は活性状態にあると判定され、再生制御は実行される。一方、エンジン負荷が軽負荷である負荷Ｆａとなる場合と、エンジン負荷が中負荷である負荷Ｆｂとなる場合と、では、酸化触媒１９の中央部ｃｔの温度Ｔｃｃは閾値Ｔｌ１を超えているものの、端部ｐ１、ｐ２の温度Ｔｃｓは中央部ｃｔの温度よりも比較的低い温度となっており、閾値Ｔｌ１未満となっている。そのため、酸化触媒１９は失活状態にあると判定され、再生制御は中断される。しかしながら、このとき、実際には、酸化触媒１９の中央部ｃｔは比較的温度が高く活性状態にあるため、酸化触媒１９は排気ガスの温度を上昇させることができ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の再生を図ることが可能である。
【００３０】
つまり、通常の内燃機関の排気浄化方法では、エンジン負荷が軽負荷又は中負荷となる度に、酸化触媒１９の中央部ｃｔが活性状態にあるにもかかわらず、失活状態にあると判定されて、再生制御が停止されてしまう。このように、再生制御が頻繁に停止されると、酸化触媒１９の床温の昇降が発生するため、燃費が悪化する。
【００３１】
そこで、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、酸化触媒１９の閾値は、エンジン負荷に応じて可変に設定されるとし、エンジン負荷が低くなるほど、酸化触媒１９の閾値は低く設定されるとする。図２に示す例では、グラフｇｌ２に示すように、エンジン負荷が低くなるほど、酸化触媒１９の閾値は連続的に低くなるように設定されている。
【００３２】
具体的には、ＥＣＵ５０は、グラフｇｌ２に示すような、エンジン負荷と閾値との関係をマップとして予め有し、当該マップを用いて、エンジン負荷に対応する酸化触媒１９の閾値を求める。そして、ＥＣＵ５０は、温度センサからの検出信号により求められた酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２における温度が、当該マップより求められた閾値以上となる場合には、酸化触媒１９が活性状態にあると判定し、温度センサからの検出信号により求められた酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２における温度が、当該マップより求められた閾値未満となる場合には、酸化触媒１９が失活状態にあると判定する。
【００３３】
例えば、図２に示す例では、エンジン負荷が高負荷である負荷Ｆｃとなる場合には、酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２における温度Ｔｃｓが、エンジン負荷Ｆｃに対応する閾値Ｔｌ２ｃよりも高くなっているので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は活性状態にあると判定される。エンジン負荷が中負荷である負荷Ｆｂとなる場合には、酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２における温度Ｔｃｓが、エンジン負荷Ｆｂに対応する閾値Ｔｌ２ｂよりも高くなっているので、酸化触媒１９は活性状態にあると判定される。エンジン負荷が低負荷である負荷Ｆａとなる場合には、酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２における温度Ｔｃｓが、エンジン負荷Ｆａに対応する閾値Ｔｌ２ａよりも高くなっているので、酸化触媒１９は活性状態にあると判定される。従って、上述の方法を用いた場合には、酸化触媒１９の中央部ｃｔが活性状態にあって、かつ、酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２の温度が中央部ｃｔの温度よりも比較的低い場合であっても、酸化触媒１９は活性状態にあると判定される。
【００３４】
なお、閾値は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１を再生することが可能な酸化触媒１９の温度の下限値Ｔｌ２ｘよりも低くならないように設定される。なぜなら、酸化触媒１９の端部の温度が下限値Ｔｌ２ｘよりも低くなった場合、酸化触媒１９は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１を再生することが可能なレベルにまで、排気ガスの温度を上昇させることができなくなるからである。
【００３５】
また、図２に示す例では、グラフｇｌ２に示すように、エンジン負荷が低くなるほど、酸化触媒１９の閾値は連続的に低くなるように設定されるとしているが、これに限られるものではなく、代わりに、エンジン負荷が低くなるほど、酸化触媒１９の閾値は段階的に低くなるように設定されるとしても良い。
【００３６】
次に、上述の第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法の制御処理について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図３のフローチャートに示す制御処理は、ＥＣＵ５０によって、例えば一定時間毎に、繰り返し実行される。
【００３７】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の再生要求があるか否かについて判定する。例えば、ＥＣＵ５０は、直前の再生制御の実行後からのエンジン１０の燃料噴射弁、及び、燃料添加弁４５、より噴射された燃料量の積算値を求める。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１におけるＳ被毒量は、エンジン１０の燃料噴射弁、及び、燃料添加弁４５、より噴射された燃料量の積算値に比例するので、ＥＣＵ５０は、求められた積算値に基づいて、Ｓ被毒量を推定し、当該Ｓ被毒量が所定量以上になっている場合には、再生要求があると判定し、当該Ｓ被毒量が所定量未満になっている場合には、再生要求がないと判定する。ここで、所定量は、予め実験などにより求められ、ＥＣＵ５０のＲＯＭなどに記録されている。
【００３８】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の再生要求があると判定した場合には（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２の処理へ進み、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の再生要求がないと判定した場合には（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、本制御処理をリターンする。
【００３９】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、酸化触媒１９の失活の可能性があるか否かについて判定する。エンジン負荷が非常に高い場合には、排気ガスの温度も高くなり、酸化触媒１９が失活することがない。そこで、ＥＣＵ５０は、運転状態などに基づいて、エンジン負荷を求め、当該エンジン負荷が所定負荷以上になっているか否かを判定し、当該エンジン負荷が所定負荷以上になっていると判定した場合には、酸化触媒１９の失活の可能性がないと判定する。ここで、所定負荷は、酸化触媒１９が失活しない排気ガスの温度を実現することが可能なエンジン負荷であり、予め実験などにより求められ、ＥＣＵ５０のＲＯＭなどに記録されている。ＥＣＵ５０は、求められたエンジン負荷が所定負荷未満になっていると判定した場合には、酸化触媒１９の失活の可能性があると判定する。
【００４０】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、酸化触媒１９の失活の可能性があると判定した場合には（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３の処理へ進み、酸化触媒１９の失活の可能性がないと判定した場合には（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、本制御処理をリターンする。
【００４１】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷に応じて、酸化触媒１９の閾値を設定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷が低くなるほど、酸化触媒１９の閾値を連続的又は段階的に低く設定する。また、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷が軽負荷となる場合には、酸化触媒１９の閾値の下限値も設定する。そして、ＥＣＵ５０は、温度センサ４２からの検出信号に基づいて、酸化触媒１９の下流側の端部ｐ２の温度を求め（又は、酸化触媒１９の上流側の排気通路４上に温度センサを設け、当該温度センサからの検出信号に基づいて、酸化触媒１９の上流側の端部ｐ１の温度を求め）、求められた温度が閾値以上となる場合には、酸化触媒１９は活性状態にあると判定し、求められた温度が閾値未満となる場合には、酸化触媒１９は失活状態にあると判定する。このようにすることで、酸化触媒１９の中央部ｃｔが十分な活性状態にある場合において、酸化触媒１９が失活状態にあると判定されるのを防ぐことができる。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００４２】
以上のことから分かるように、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷が低くなるほど、酸化触媒１９の閾値を低く設定する。このようにすることで、酸化触媒１９の中央部ｃｔが十分な活性状態にある場合において、酸化触媒１９が失活状態にあると判定されるのを防ぐことができる。これにより、再生制御が頻繁に停止されるのを防ぐことができ、燃費の悪化を抑えることができる。
【００４３】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法について説明する。
【００４４】
図４は、上述の第１実施形態に係る、酸化触媒１９の端部の温度によって酸化触媒１９が活性状態にあるか否かを判定する方法を用いた場合の再生制御の時間に対する変化を示す図である。図４において、グラフｇｌは、酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２における温度の時間に対する変化を示している。また、図４において、説明の便宜上、エンジン負荷は一定であるとしている。従って、破線で示す酸化触媒１９の閾値も一定となっている。
【００４５】
第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法によれば、図４にも示すように、ＥＣＵ５０は、酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２における温度が閾値以上となる場合には、再生制御を実行し、酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２における温度が閾値未満となる場合には、再生制御を停止する。そのため、図４に示す例では、酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２における温度が閾値未満となる回数が３回あるので、再生制御も３回停止されている。しかしながら、酸化触媒１９が失活状態にある場合であっても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にある場合には、再生制御を行うことが可能である。
【００４６】
そこで、第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、さらに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の下流側の排気ガスの空燃比に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあると判定した場合には、酸化触媒１９の端部における温度が閾値未満となる場合であっても、再生制御を停止しないこととする。
【００４７】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定する具体的な方法としては、ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆセンサ４４からの検出信号に基づいて、排気ガスの空燃比を求め、求められた排気ガスの空燃比に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の酸素消費能力を推定し、推定された酸素消費能力に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定する。なお、ここで、Ａ／Ｆセンサ４４のヒータ出力は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の活性温度以上となるように制御される。具体的には、Ａ／Ｆセンサ４４のヒータ出力がＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の活性温度未満となっている場合には、ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆセンサ４４のヒータへの通電量を増加することにより、Ａ／Ｆセンサ４４のヒータ出力がＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の活性温度以上となるように制御する。以下、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定する具体的な方法について図５を用いて詳細に説明する。
【００４８】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、リッチ制御時における排気ガスの空燃比の変化を示している。図５（ａ）〜図５（ｄ）において、実線で示すグラフは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にある場合のグラフを示し、破線で示すグラフは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が失活状態にある場合のグラフを示している。
【００４９】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が失活すると、排気ガス中の重質なＨＣが酸化されないことにより、重質なＨＣから軽質なＨＣに変換されなくなる。Ａ／Ｆセンサ４４は、リッチ制御時において、排気ガス中の重質なＨＣの量が増加すると、リーン側にずれた空燃比を検出する性質がある。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す例では、この性質を利用して、酸化触媒１９が活性状態にあるか否かを判定する。
【００５０】
図５（ａ）に示す例では、ＥＣＵ５０は、リッチ制御の開始時から排気ガスの空燃比が所定空燃比に到達するまでの到達時間を求め、求められた到達時間の遅れに基づいて、酸化触媒１９が活性状態にあるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、求められた到達時間が所定到達時間以上となる場合には、酸化触媒１９は失活状態にあると判定し、求められた到達時間が所定到達時間未満となる場合には、酸化触媒１９は活性状態にあると判定する。ここで、所定空燃比、所定到達時間、は、予め実験などにより求められ、ＥＣＵ５０のＲＯＭなどに記録されている。
【００５１】
図５（ｂ）に示す例では、ＥＣＵ５０は、リッチ制御時において、排気ガスの空燃比がリッチを保持するリッチ保持時間を求め、求められたリッチ保持時間に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、求められたリッチ保持時間が所定保持時間未満となる場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は失活状態にあると判定し、求められたリッチ保持時間が所定保持時間以上となる場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は活性状態にあると判定する。ここで、所定保持時間は、予め実験などにより求められ、ＥＣＵ５０のＲＯＭなどに記録されている。
【００５２】
図５（ｃ）に示す例では、ＥＣＵ５０は、リッチ制御時において到達するリッチ側の最小の空燃比（到達空燃比）を求め、求められた到達空燃比に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、求められた到達空燃比が所定到達空燃比以上となっていれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は失活状態にあると判定し、求められた到達空燃比が所定到達空燃比未満となっていれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は活性状態にあると判定する。ここで、所定到達空燃比は、予め実験などにより求められ、ＥＣＵ５０のＲＯＭなどに記録されている。
【００５３】
図５（ａ）、図５（ｂ）に示す例では、一点鎖線の囲みで示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が失活状態にあるときの到達空燃比は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるときの到達空燃比と等しくなっている。つまり、図５（ｃ）に示したように、到達空燃比のみに基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定した場合には、図５（ａ）、図５（ｂ）に示す例の場合において、活性状態であると判定されてしまう恐れがある。従って、リッチ制御時における、排気ガスの空燃比が所定空燃比に到達するまでの到達時間、排気ガスの空燃比がリッチを保持するリッチ保持時間、排気ガスの空燃比が到達する到達空燃比、のうち、いずれか１つの値に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定するよりも、３つ全ての値に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定する方が、正確性を図る上で好適である。
【００５４】
具体的には、ＥＣＵ５０は、リッチ制御時において、排気ガスの空燃比が所定空燃比に到達するまでの到達時間、排気ガスの空燃比がリッチを保持するリッチ保持時間、排気ガスの空燃比が到達する到達空燃比、の夫々に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定し、そのいずれかについて、失活状態にあると判定された場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は失活状態にあると判定し、その全てについて、活性状態にあると判定された場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は活性状態にあると判定する。
【００５５】
次に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の酸素消費量を求め、求められた酸素消費量に基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定する方法について図５（ｄ）を用いて説明する。
【００５６】
図５（ｄ）に示す例では、ＥＣＵ５０は、リッチ制御時における排気ガスの空燃比の変化量の時間に対する積算値（ハッチングされた部分の面積）を求める。当該積算値は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１における酸素消費量に比例するので、ＥＣＵ５０は、求められた積算値に基づいて酸素消費量を求め、求められた酸素消費量に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、求められた酸素消費量が所定消費量未満となる場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は失活状態にあると判定し、求められた酸素消費量が所定消費量以上となる場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は活性状態にあると判定する。ここで、所定消費量は、予め実験などにより求められ、ＥＣＵ５０のＲＯＭなどに記録されている。このようにしても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定することができる。
【００５７】
以上に述べたようにすることで、ＥＣＵ５０は、排気ガスの空燃比に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定することができる。
【００５８】
図６は、酸化触媒１９の端部の温度によって酸化触媒１９が活性状態にあるか否かを判定する方法に加えて、上述の、排気ガスの空燃比によってＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定する方法も用いた場合の再生制御の時間に対する変化の一例を示す図である。図６において、グラフｇｌは、図４と同様、酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２における温度の時間に対する変化を示している。
【００５９】
図４に示した例では、酸化触媒１９の端部における温度が閾値未満となる回数が３回あるので、再生制御も３回停止されていたが、図６に示す例では、更に、上述の、排気ガスの空燃比によってＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かの判定も行っている。図６に示す例では、Ａ／Ｆセンサ４４により検出された排気ガスの空燃比に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあると判定した場合を「ＯＫ」として示し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が失活状態にあると判定された場合を「ＮＧ」として示している。そして、ＥＣＵ５０は、排気ガスの空燃比に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあると判定した場合には、酸化触媒１９の端部ｐ１、ｐ２における温度が閾値未満となる場合であっても、再生制御を停止しないこととする。このようにすることで、図６に示す例では、図４に示す例と比較して、再生制御を停止する回数を３回から１回に減らすことができる。従って、第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、燃費悪化の抑制をさらに図ることが可能となる。
【００６０】
以上に述べたことから分かるように、第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、排気ガスの空燃比に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあると判定した場合には、酸化触媒１９の端部における温度が閾値未満となる場合であっても、再生制御を停止しないこととする。これにより、再生制御を停止する回数を更に減らすことができ、燃費悪化の抑制をさらに図ることが可能となる。
【００６１】
［変形例］
次に、本発明の変形例について説明する。上述の各実施形態では、Ａ／Ｆセンサ４４を用いてＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを判定するとしているが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の状態を判定する方法としてはこれに限られない。排気ガスの空燃比をリニアに検出可能なＡ／Ｆセンサ４４を用いる代わりに、リッチのときに検出信号をＥＣＵ５０に供給し、リーンのときには検出信号をＥＣＵ５０に供給しないＯ２センサを用いるとしても良い。この場合、リッチ制御時において、ＥＣＵ５０は、Ｏ２センサからの検出信号を所定時間以上遅れて受信した、又は、Ｏ２センサから検出信号が供給されない、といった場合に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が失活状態にあると判定することができる。このことからも分かるように、Ａ／Ｆセンサを用いた方が、より正確にＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が活性状態にあるか否かを検出することができる。
【００６２】
また、車両の構成としては、図１に示した構成には限られない。図７、図８に、変形例に係る排気浄化装置が適用された車両の構成を示す。図７において、「ＮＳＲ」はＮＯｘ吸蔵還元触媒を示し、「ＤＯＣ」は酸化触媒を示し、「ＤＰＦ」はフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）を示している。また、「ＤＰＮＲ」は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒とフィルタとを一体化した触媒（ＤＰＮＲ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）を示している。「Ｔ」は触媒の端部の温度を検出するための温度センサを示し、「Ａ／Ｆ」は触媒の状態を検出するためのＡ／Ｆセンサを示している。また、図７、図８において、吸気通路については、図示を省略している。さらに、図１、及び、以下に述べる図７、図８の各実施形態の構成において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の代わりに、ＮＯｘ選択還元触媒を用いるとしてもよい。
【００６３】
上述の各実施形態では、排気通路４上には、上流側から下流側に順に、酸化触媒１９、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１、が設けられているとしているがこれに限られない。このようにする代わりに、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒、フィルタ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒とフィルタとを一体化した触媒、を夫々単独で備えるとともに、夫々の下流側の排気通路に温度センサ、Ａ／Ｆセンサを備える装置構成であっても、本発明を適用可能である。つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄再生制御を行う代わりに、フィルタにおける堆積した粒子状物質（ＰＭ）を燃焼させるＰＭ再生制御を行う場合においても、本発明を適用することが可能である。
【００６４】
また、図７（ｄ）、図７（ｅ）に示すように、上述の各実施形態におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の代わりに、フィルタ、又は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒とフィルタとを一体化した触媒、を備える装置構成としても、本発明を適用可能である。また、図７（ｄ）、図７（ｅ）の構成において、酸化触媒の代わりに、新たに別のＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えるとしてもよい。
【００６５】
さらに、図８（ａ）に示すように、上述の各実施形態の構成に加えて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側の排気通路に、フィルタを備える装置構成としても、本発明を適用可能である。また、温度センサが酸化触媒の下流側の排気通路に取り付けられ、Ａ／ＦセンサがＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側の排気通路に取り付けられるとする代わりに、図８（ｂ）に示すように、温度センサがＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側の排気通路に取り付けられ、Ａ／Ｆセンサがフィルタの下流側の排気通路に取り付けられるとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】内燃機関の排気浄化装置が適用された車両の構成を示す概略図である。
【図２】エンジン負荷と酸化触媒の閾値との関係を示すグラフである。
【図３】第１実施形態に係る排気浄化処理を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態に係る再生制御の時間に対する変化を示す図である。
【図５】リッチ制御時における排気ガスの空燃比の変化を示している。
【図６】第２実施形態に係る再生制御の時間に対する変化を示す図である。
【図７】変形例に係る排気浄化装置が適用された車両の構成を示す図である。
【図８】変形例に係る排気浄化装置が適用された車両の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
３  吸気通路
４  排気通路
１０  内燃機関
１９  酸化触媒
２１  ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）
５０  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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