JP2016014376A - Internal combustion engine exhaust emission control device - Google Patents

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伊藤 弘和
Hirokazu Ito
弘和 伊藤
村田 宏樹
Hiroki Murata
宏樹 村田
正和 田畑
Masakazu Tabata
正和 田畑
洋孝 齋藤
Hirotaka Saito
洋孝 齋藤
悠司 三好
Yuji Miyoshi
悠司 三好
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To purify NOx discharged from a NOx occlusion reduction catalyst at a time of a NOx emission control in an internal combustion engine exhaust emission control device.SOLUTION: An exhaust emission control device comprises: a NOx occlusion reduction catalyst; and an electrochemical reactor provided at a downstream position of the catalyst. The device executes a lean control to supply exhaust gas at a lean air-fuel ratio to the catalyst by controlling an air-fuel ratio of an air-fuel mixture within a combustion chamber to a lean air-fuel ratio when an emission condition to emit NOx from the catalyst is not satisfied. On the other hand, the device executes a NOx emission control to supply exhaust gas at a rich air-fuel ratio to the catalyst over a predetermined period when the emission condition is satisfied. Furthermore, the device starts applying a voltage to the reactor at a time of or after starting the NOx emission control, and then detects timing just before start of decomposition of a solid electrolyte of the reactor on the basis of an impedance of the reactor and stops applying the voltage to the reactor at timing of the detection.

Description

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。   The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies NOx by a NOx storage reduction catalyst and an electrochemical reactor.

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。   2. Description of the Related Art An exhaust gas purification device for an internal combustion engine (hereinafter also referred to as “conventional device”) having a NOx storage reduction catalyst (NOx catalyst) in an exhaust passage is known (see, for example, Patent Document 1). This NOx occlusion reduction catalyst occludes NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes a rich air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, the catalyst releases stored NOx and reduces it to unburned HC (hydrocarbon) in the exhaust gas. The released NOx is purified by the reaction.

特開2005−171853号公報JP 2005-171853 A 特開2009−209833号公報JP 2009-209833 A

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。   By the way, when a large amount of NOx is occluded in the NOx occlusion reduction catalyst, the amount of NOx that can be further occluded by the catalyst decreases. Therefore, in order to recover the amount of NOx that can be stored by the catalyst, in the conventional apparatus, exhaust gas having a rich air-fuel ratio is supplied to the catalyst, and thereby NOx stored in the catalyst is released. . Most of the released NOx is reduced and purified by the catalyst. However, in a specific period immediately after the rich air-fuel ratio exhaust gas starts to flow into the catalyst, part of the NOx released from the catalyst may flow out of the catalyst without being reduced by the catalyst. . Such outflow of NOx reduces the NOx purification rate of the exhaust purification device.

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。   Thus, as one of the reasons why NOx flows out from the NOx storage reduction catalyst, the rate at which NOx is released from the catalyst during the specific period (NOx release rate) is the rate at which NOx is reduced by the catalyst (NOx reduction). It is conceivable that it is larger than (speed).

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。   The present invention has been made to address the above-described problems. That is, one of the objects of the present invention is an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a NOx storage reduction catalyst, and when NOx flowing out from the catalyst is supplied when rich air-fuel ratio exhaust gas is supplied to the catalyst. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device that can be purified (hereinafter referred to as “the device of the present invention”).

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。   The apparatus of the present invention includes a NOx occlusion reduction catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, and an electrochemical reactor disposed in a position downstream of the catalyst in the exhaust passage. The electrochemical reactor has a solid electrolyte part, a first electrode part, and a second electrode part. The solid electrolyte portion is made of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity. The first electrode part includes a NOx occlusion part that is disposed on the surface of the solid electrolyte part and occludes NOx. The second electrode part is disposed on the surface of the solid electrolyte part. Further, the electrochemical reactor electrochemically reduces and purifies NOx in the first electrode portion when a voltage is applied between the first electrode portion and the second electrode portion.

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。   The device of the present invention further includes a voltage application unit. The voltage application unit can apply a voltage between the first electrode unit and the second electrode unit.

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。   The device of the present invention further includes a first control unit. The first control unit sets the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine from the stoichiometric air-fuel ratio when a condition (release condition) for releasing NOx stored in the catalyst from the catalyst is not satisfied. The lean air-fuel ratio is also controlled to be larger. As a result, a lean air-fuel ratio exhaust gas is supplied to the catalyst. Such control is also referred to as “lean control” for convenience. During lean control, NOx in the exhaust gas flowing into the catalyst is occluded by the catalyst.

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。   The release condition is, for example, that the amount of NOx occluded in the catalyst “has reached the limit value of the amount of NOx occluded by the catalyst” or “has reached a value close to the limit value” Is.

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。   On the other hand, when the release condition is satisfied, the first control unit executes NOx release control for supplying exhaust gas having a rich air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio to the catalyst over a predetermined period. When this NOx release control is executed, NOx stored in the catalyst is released from the catalyst. Most of the released NOx is reduced and purified by unburned HC in the exhaust gas in the catalyst. In other words, a part of the released NOx is not reduced in the catalyst but flows out downstream of the catalyst and flows into the electrochemical reactor.

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。   In the NOx release control, the device according to the present invention, for example, controls the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine to a rich air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, or the catalyst in the exhaust passage. The rich air-fuel ratio exhaust gas is supplied to the catalyst by supplying a reducing agent (for example, hydrocarbon) into the exhaust gas at an upstream position.

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。   The device of the present invention further includes a second control unit. The second control unit starts application of the voltage using the voltage application unit at the start of the NOx release control or after the start of the NOx release control. That is, the device of the present invention applies a voltage between the first electrode portion and the second electrode portion of the electrochemical reactor at or after the start of the NOx release control. Thus, NOx flowing into the electrochemical reactor is electrochemically reduced and purified at the first electrode portion.

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。   As described above, NOx may flow out from the catalyst in a specific period immediately after the rich air-fuel ratio exhaust gas starts to be supplied to the catalyst (immediately after it starts to flow in). However, at this time, since a voltage is applied between the first electrode portion and the second electrode portion of the electrochemical reactor, NOx flowing out from the catalyst and flowing into the electrochemical reactor is reduced and purified in the reactor. The Thus, the device of the present invention can purify NOx flowing out from the catalyst.

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。   As described above, after the start of NOx release control, NOx flows out of the NOx storage reduction catalyst and flows into the electrochemical reactor. The amount of NOx flowing into the electrochemical reactor (inflowing NOx amount) gradually increases and then gradually decreases. On the other hand, the electrochemical reactor reduces NOx occluded in its own NOx occlusion unit and NOx released by NOx release control and flowing into the electrochemical reactor. Accordingly, the impedance measured by the impedance measuring unit decreases with an increase in the inflow NOx amount after a while from the start of voltage application, and then increases with a decrease in the inflow NOx amount. When the inflow NOx amount becomes substantially “0”, only NOx stored in its own NOx storage unit is reduced, and when the reduction of NOx stored in the NOx storage unit is completed, oxygen in the solid electrolyte is moved. Start letting. That is, if the voltage is applied even after the reduction of NOx occluded in the NOx occlusion unit is completed, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the electrochemical reactor at that time is a rich air-fuel ratio, the solid electrolyte Decomposition begins. This decomposition of the solid electrolyte reduces the performance of the electrochemical reactor.

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。   Therefore, the device of the present invention further includes an impedance measuring unit that measures “impedance of the solid electrolyte part between the first electrode part and the second electrode part”. Then, the second control unit detects a time point immediately before starting the decomposition of the solid electrolyte based on the impedance measured by the impedance measurement unit after starting the application of the voltage using the voltage application unit. . Further, the second control unit stops the application of the voltage using the voltage application unit at the detected “time immediately before the start of the decomposition of the solid electrolyte”.

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。   Therefore, the device of the present invention can reliably stop the application of voltage at the time after the reduction of NOx released by the NOx release control and before the decomposition of the solid electrolyte starts. Therefore, according to the device of the present invention, NOx released by NOx release control can be purified reliably and decomposition of the solid electrolyte can be avoided.

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。   In this case, the second control unit obtains an impedance measured by the impedance measurement unit as an initial value when application of the voltage using the voltage application unit is started, and then measured by the impedance measurement unit. It is configured to detect a time point when the initial value is increased after the impedance is reduced and reached the initial value as a time point immediately before the decomposition of the solid electrolyte starts.

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。   In addition, when starting the application of the voltage using the voltage application unit after the start of the NOx release control, the second control unit flows out of the catalyst by the NOx release control after the start of the NOx release control. It is preferable that the application of the voltage is started before the time point when NOx starts to flow into the electrochemical reactor. According to this, when the application of the voltage is started after the start of the NOx release control, the NOx flowing out from the catalyst can be more reliably reduced and purified in the electrochemical reactor. In addition, since the voltage application time can be shortened compared to the case where the voltage application is started simultaneously with the start of the NOx release control, the power consumption can be reduced.

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。   Furthermore, according to these, since the time immediately before the start of the decomposition of the solid electrolyte can be reliably detected, the voltage application can be terminated at an appropriate timing.

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。   Other objects, other features and attendant advantages of the present invention will be readily understood from the description of the embodiments of the present invention described with reference to the following drawings.

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。FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine to which an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention is applied. 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。2A is a cross-sectional view of the electrochemical reactor shown in FIG. 1 in an enlarged manner, and FIG. 2B is an enlarged view of the reactor partition shown in FIG. 2A. It is sectional drawing of the same partition. 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。FIG. 3 is a view similar to FIG. 2B, and FIG. 3A is a view showing the reactor when NOx is stored in the NOx storage layer in the reactor shown in FIG. B) is a diagram showing the reactor when NOx is reduced and purified in the reactor. 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。FIG. 4 is a time chart showing the voltage applied to the reactor shown in FIG. 2, the impedance of the reactor, and the like. 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。FIG. 5 is a flowchart showing a rich spike routine executed by the CPU of the ECU shown in FIG. 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。FIG. 6 is a flowchart showing a reactor voltage application routine executed by the CPU of the ECU shown in FIG. 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。FIG. 7 is a diagram similar to FIG. 4, and is a time chart for explaining the operation of the exhaust emission control device according to the modification of the embodiment of the present invention. 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。FIG. 8 is a flowchart showing a reactor voltage application routine according to a modification of the embodiment of the present invention executed by the CPU of the ECU shown in FIG.

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。   Hereinafter, an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The exhaust emission control device according to this embodiment is applied to the internal combustion engine (engine) 10 shown in FIG. The engine 10 is a multi-cylinder (in this example, in-line four cylinders), 4-cycle, piston reciprocating type, and diesel engine. The engine 10 includes an engine body 20, a fuel supply system 30, an intake system 40 and an exhaust system 50.

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。   The engine main body 20 includes a main body 21 including a cylinder block, a cylinder head, a crankcase, and the like. Four cylinders (combustion chambers) 22 are formed in the main body 21. A fuel injection valve (injector) 23 is disposed above each cylinder 22. The injection valve 23 opens in response to an instruction from an engine ECU (electronic control unit) 80 described later, and directly injects fuel into the cylinder 22.

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。   The fuel supply system 30 includes a fuel pressurization pump (supply pump) 31, a fuel delivery pipe 32, and a common rail (accumulation chamber) 33. The discharge port of the pump 31 is connected to the fuel delivery pipe 32. The fuel delivery pipe 32 is connected to the common rail 33. The common rail 33 is connected to the fuel injection valve 23. The pump 31 is configured to pump up the fuel stored in a fuel tank (not shown) and then pressurize the pump 31 to supply the pressurized high-pressure fuel to the common rail 33 through the fuel delivery pipe 32.

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。   The intake system 40 includes an intake manifold 41, an intake pipe 42, an air cleaner 43, a compressor 44a of a supercharger 44, an intercooler 45, a throttle valve 46, and a throttle valve actuator 47.

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。   The intake manifold 41 includes a “branch portion connected to each cylinder 22” and a “collection portion where the branch portions are gathered”. The intake pipe 42 is connected to the collecting portion of the intake manifold 41. The intake manifold 41 and the intake pipe 42 constitute an intake passage. In the intake pipe 42, an air cleaner 43, a compressor 44a, an intercooler 45, and a throttle valve 46 are sequentially arranged from the upstream side to the downstream side of the flow of intake air. The throttle valve actuator 47 changes the opening degree of the throttle valve 46 in accordance with an instruction from the ECU 80.

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。   The exhaust system 50 includes an exhaust manifold 51, an exhaust pipe 52, a turbine 44b of the supercharger 44, and an exhaust purification device 53.

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。   The exhaust manifold 51 includes a “branch portion connected to each cylinder 22” and a “collection portion where the branch portions are gathered”. The exhaust pipe 52 is connected to a collecting portion of the exhaust manifold 51. The exhaust manifold 51 and the exhaust pipe 52 constitute an exhaust passage. In the exhaust pipe 52, a turbine 44b and an exhaust purification device 53 are sequentially arranged from the upstream to the downstream of the flow of the exhaust gas.

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。   The exhaust purification device 53 is directed from the upstream to the downstream of the flow of the exhaust gas. The NOx storage reduction catalyst (hereinafter referred to as “NSR catalyst”) 54, the electrochemical reactor 55, and the diesel particulate filter (hereinafter referred to as “DPF”) 56) in order. The DPF 56 collects particulates in the exhaust gas.

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。   The NSR catalyst 54 stores NOx in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 54 is a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, the catalyst 54 releases the stored NOx and reduces and purifies the released NOx by the unburned HC in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into it becomes a rich air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio.

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。   As shown in FIG. 2A, the electrochemical reactor 55 includes a plurality of partition walls 55w extending in parallel with each other and a plurality of partition walls (not shown) extending in parallel with each other in the vertical direction with respect to the partition walls 55w. A member having a so-called “honeycomb structure” (hereinafter, referred to as “honeycomb member”) 55h having a large number of formed passages 55p is included. The honeycomb member 55h is disposed in the exhaust pipe 52. More specifically, the honeycomb member 55h is disposed in the exhaust pipe 52 so that the outer wall surface 55o is in close contact with the inner wall surface 52i of the exhaust pipe 52 over the entire circumference. The exhaust gas flowing in the exhaust pipe 52 passes through the passage 55p of the honeycomb member 55h, and then flows out from the member 55h.

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。   As shown in FIG. 2B, which shows “part 55w ′ of the partition wall 55w” surrounded by a chain line in FIG. 2A, the partition wall 55w of the electrochemical reactor 55 is a solid electrolyte layer (solid Electrolyte part) 60, cathode electrode layer 61 c, anode electrode layer 61 a, NOx occlusion layer (NOx occlusion part) 62, and power supply circuit (voltage application part) 63.

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。   The solid electrolyte layer 60 is made of a known porous solid electrolyte having oxygen ion conductivity, for example, yttria stabilized zirconium (YSZ).

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。   The anode electrode layer 61 a is disposed on one surface of the solid electrolyte layer 60. The electrode layer 61a is made of a porous material made of cermet of yttria stabilized zirconium and silver (Ag). The cathode electrode layer 61 c is disposed on one surface of the electrolyte layer 60 opposite to the anode electrode layer 61 a with respect to the solid electrolyte layer 60. The electrode layer 61c is also made of a porous material made of cermet of yttria stabilized zirconium and silver (Ag).

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。   The NOx occlusion layer 62 is disposed on the surface of the electrode layer 61c opposite to the solid electrolyte layer 60 with respect to the cathode electrode layer 61c. The NOx storage layer 62 is made of a porous material made of cermet of yttria stabilized zirconium and barium (Ba). The cathode electrode layer 61c and the NOx storage layer 62 are collectively referred to as “first electrode part”, and the anode electrode layer 61a is also referred to as “second electrode part”.

NOx吸蔵層62は下記化学反応(1)を経て排ガス中のNOを硝酸バリウムの形で吸蔵する(図3(A)も参照。)。
2BaO+4NO+O→2Ba(NO) …(1)
The NOx occlusion layer 62 occludes NO 2 in the exhaust gas in the form of barium nitrate through the following chemical reaction (1) (see also FIG. 3A).
2BaO + 4NO 2 + O 2 → 2Ba (NO 3 ) 2 (1)

更に、排ガス中のNOは下記化学反応(2)を経てNO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+O→2NO …(2)
Furthermore, when NO in the exhaust gas is oxidized to NO 2 through the following chemical reaction (2), it is stored in the NOx storage layer 62 in the form of barium nitrate through the chemical reaction (1).
2NO + O 2 → 2NO 2 (2)

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。   As shown in FIG. 2B, the power supply circuit 63 includes a DC power supply 64, a switch 65, and a current detector 74. In the reactor 55 according to the present embodiment, the DC power supply 64, the switch 65, the current detector 74, the cathode electrode layer 61c, the solid electrolyte layer 60, and the anode electrode layer 61a are connected in series from the upstream to the downstream of the electron flow. Thus, a circuit is formed. Therefore, as shown in FIG. 3B, when the switch 65 is closed, a voltage is applied between the anode electrode layer 61a and the cathode electrode layer 61c by the DC power source 64, that is, to the solid electrolyte layer 60. The switch 65 is on / off controlled by a CPU of an ECU 80 described later.

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(NO)+4e→2BaO+2O2−+N+2O …(3)
When a voltage is applied to the solid electrolyte layer 60, the NOx occluded in the NOx occlusion layer 62 is reduced and purified in the cathode electrode layer 61c through the following chemical reaction (3) (see also FIG. 3B). .
2Ba (NO 3 ) 2 + 4e → 2BaO + 2O 2 + + N 2 + 2O 2 (3)

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NO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。
NO+2e→NO+O2− …(4)
Furthermore, NO 2 that has not been stored in the NOx storage layer 62 and has directly reached the cathode electrode layer 61c through the storage layer 62 is reduced to NO through the following chemical reaction (4) in the electrode layer 61c.
NO 2 + 2e → NO + O 2− (4)

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→N+2O2− …(5)
In addition, “NO generated through the chemical reaction (4)” and “NO that has not been stored in the NOx storage layer 62 and has directly reached the cathode electrode layer 61c through the storage layer 62” are stored in the electrode layer 61c. It is reduced and purified through the following chemical reaction (5).
2NO + 4e → N 2 + 2O 2− (5)

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O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。 In such a reduction and purification reaction of NOx (the above chemical reactions (3) and (5)), oxygen ions O 2− are generated. The oxygen ions O 2− move from the cathode electrode layer 61c through the solid electrolyte layer 60 to the anode electrode layer 61a. Oxygen ions O 2− emit electrons e to the anode electrode layer 61a in the anode electrode layer 61a and become oxygen molecules O 2 . As a result, a current flows through the power supply circuit 63. The current detector 74 detects this current.

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。   Referring back to FIG. 1, the ECU 80 is an electronic circuit including a well-known microcomputer, and includes a CPU, a ROM, a RAM, a backup RAM, an interface, and the like. The ECU 80 is connected to sensors which will be described later, and receives signals from these sensors. Further, the ECU 80 sends instruction (drive) signals to various actuators and the switch 65 of the power supply circuit 63.

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。   The ECU 80 is connected to an air flow meter 71, a crank angle sensor 72, an accelerator opening sensor 73, and a current detector 74 of the power supply circuit 63 of the electrochemical reactor 55.

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。   The air flow meter 71 measures the mass flow rate (intake air amount) Ga of intake air passing through the intake passage, and outputs a signal representing the intake air amount Ga. Further, the air flow meter 71 detects the temperature of the intake air and outputs a signal indicating the temperature of the intake air.

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。   The crank angle sensor 72 outputs a signal corresponding to the rotational position (that is, crank angle) of a crankshaft (not shown) of the engine 10. The ECU 80 acquires the crank angle (absolute crank angle) of the engine 10 based on the compression top dead center of a predetermined cylinder based on signals from “this crank angle sensor 72 and a cam position sensor (not shown)”. Further, the ECU 80 acquires the engine speed based on the signal from the crank angle sensor 72.

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。   The accelerator opening sensor 73 detects the opening (accelerator pedal operation amount) of an accelerator pedal (not shown) and outputs a signal representing the accelerator pedal opening. As described above, the current detector 74 of the power supply circuit 63 of the electrochemical reactor 55 detects the current flowing through the solid electrolyte layer 60 of the reactor 55 and outputs a signal representing the value of the current.

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。   Next, an outline of the operation of the exhaust emission control device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. When the NOx release condition for releasing NOx stored in the NSR catalyst 54 from the catalyst 54 (this condition will be described in detail later) is not satisfied (the period TL), the CPU of the ECU 80 The air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 22 is controlled to a lean air-fuel ratio (hereinafter simply referred to as “lean air-fuel ratio”) larger than the stoichiometric air-fuel ratio (lean control is executed). In this case, the lean air-fuel ratio exhaust gas containing NOx flows into the NSR catalyst 54, and NOx in the exhaust gas is occluded by the catalyst 54.

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。   The CPU operates in the engine operating state (in this example, the operating state of the engine 10 (in this example, “the amount of intake air Ga detected by the air flow meter 71”) and “the amount of fuel injected from the fuel injection valve 23 ( The amount of NOx discharged from the combustion chamber 22 per unit time (hereinafter referred to as “unit discharged NOx amount”) is estimated based on the fuel injection amount Qa ”etc. Further, the CPU By accumulating the estimated value of the unit exhaust NOx amount, the amount of NOx stored in the NSR catalyst 54 (hereinafter referred to as “NSR storage NOx amount”) is estimated, as shown in FIG. When the NOx release condition is not satisfied (period TL), the estimated value of the NSR occluded NOx amount (hereinafter referred to as “NSR occluded NOx estimated value”) NOXnsr-a gradually increases with time. Increase to .

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。   There is a limit to the amount of NOx that the NSR catalyst 54 can store. When the NSR occlusion NOx amount reaches “the limit value of the NOx amount that can be occluded by the catalyst 54 (hereinafter also referred to as“ NSR occlusion limit value ”), NOx that has flowed into the catalyst 54 is not occluded by the catalyst 54. In other words, the catalyst 54 flows out downstream.

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。   Therefore, when the NSR storage NOx estimated value NOXnsr-a reaches a value “NOXth1” (hereinafter referred to as “first determination value”) smaller than the NSR storage limit value by a predetermined value (time t0). , It is determined that the NOx release condition is satisfied. When the CPU determines that the NOx release condition is satisfied, the fuel injection amount is increased, so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 22 is reduced to a rich air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter simply “rich air-fuel ratio”). The engine 10 is operated as “fuel ratio”. That is, the CPU starts a so-called rich spike. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 54 (hereinafter referred to as “NSR inflow air-fuel ratio”) A / Fnsr decreases toward the rich air-fuel ratio. When a certain period (period T1) elapses from the start of the rich spike (time t1), the air-fuel ratio A / Fnsr becomes the rich air-fuel ratio.

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。   When the NSR inflow air-fuel ratio A / Fnsr becomes a rich air-fuel ratio, NOx occluded in the NSR catalyst 54 is released, and the released NOx is reduced and purified by unburned HC in the exhaust gas. Further, immediately after the inflow air-fuel ratio A / Fnsr becomes a rich air-fuel ratio, the “NOx reduction rate in the catalyst 54” is slower than the “NOx release rate from the catalyst 54”, so that the inflow air-fuel ratio A / Fnsr was released from the catalyst 54. Part of the NOx flows out of the catalyst 54 without being reduced and purified in the catalyst 54.

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。   The amount of NOx flowing out from the NSR catalyst 54 (hereinafter referred to as “NSR outflow NOx amount”) is t1 when the NSR inflow air-fuel ratio A / Fnsr becomes a rich air-fuel ratio, as shown in FIG. It increases at a stretch from. On the other hand, the NOx reduction rate gradually increases after the inflow air-fuel ratio A / Fnsr becomes a rich air-fuel ratio, and a certain period T2 elapses from the time t1 when the air-fuel ratio A / Fnsr becomes the rich air-fuel ratio. When this occurs (time t3), the NOx release rate becomes greater. Therefore, at this time point t3, the NSR outflow NOx amount starts to decrease, and thereafter becomes “0” when a certain period T3 has elapsed (time t5).

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。   During the rich spike (period TR), the CPU determines that the “from NSR catalyst 54” is based on the engine operating state (in this example, “NSR inflow air-fuel ratio A / Fnsr”, “flow rate of exhaust gas flowing into NSR catalyst 54”, etc.). The amount of NOx released per unit time (hereinafter referred to as “unit released NOx amount”) ”is estimated. The CPU newly estimates the NSR storage NOx amount by subtracting the estimated value of the unit release NOx amount from the current NSR storage NOx estimated value NOXnsr-a. During the rich spike, there is almost no NOx newly stored in the NSR catalyst 54. Therefore, after the start of the rich spike, the NSR occlusion NOx estimated value NOXnsr-a gradually decreases as shown in FIG.

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。   The CPU ends the rich spike when the NSR occlusion NOx estimated value NOXnsr-a reaches “a second determination value NOXth2 smaller than the first determination value NOXth1” (time t7). That is, the rich spike is a control for supplying the rich air-fuel ratio exhaust gas to the NSR catalyst 54 over a predetermined period TR from time t0 to time t7. The second determination value NOXth2 is “a value greater than“ 0 ”and close to“ 0 ””.

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。   Since the NSR inflow air-fuel ratio A / Fnsr is the rich air-fuel ratio from the end point t7 of the rich spike until the lapse of a certain period T4, the NOx reduction in the NSR catalyst 54 continues. Therefore, even if the rich spike is ended, the NSR occlusion NOx estimated value NOXnsr-a decreases until the predetermined period T4 elapses. Since the inflow air-fuel ratio A / Fnsr becomes a lean air-fuel ratio at the time point t8 when the predetermined period T4 has elapsed, the NSR occlusion NOx estimated value NOXnsr-a gradually increases after the simultaneous point t8.

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。   As described above, when the NSR inflow air-fuel ratio A / Fnsr becomes a rich air-fuel ratio, a part of NOx released from the NSR catalyst 54 flows out from the catalyst 54 downstream. These NOx flow into the electrochemical reactor 55. In order to reduce and purify these NOx by the reactor 55, the CPU applies a voltage between the cathode electrode layer 61c and the anode electrode layer 61a of the reactor 55 simultaneously with the start of the rich spike (time t0). In this example, the voltage (hereinafter referred to as “reactor applied voltage” or simply “applied voltage”) Vrct applied between the electrode layers 61c and 61a is maintained at a constant voltage Vc.

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。   The constant voltage Vc is “when all the NOx occluded in the NOx occlusion layer 62 of the reactor 55 is reached before NOx starts to flow into the reactor 55 when voltage application is started simultaneously with the start of the rich spike. The voltage is set so low that it does not reduce.

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。   There is almost no NOx flowing out of the NSR catalyst 54 from the voltage application start time t0 to the time t1 when the NSR inflow air-fuel ratio A / Fnsr becomes the rich air-fuel ratio. Therefore, at the start point t0 of voltage application, the NOx stored in the NOx storage layer 62 of the reactor 55 is electrochemically reduced and purified by the reactor 55. At this time, the CPU is based on “the value of the current flowing through the solid electrolyte layer 60 (hereinafter referred to as“ reactor current value ”or simply“ current value ”) Irct” and “reactor applied voltage Vrct (= Vc)”. Then, the impedance value Zrct of the solid electrolyte layer 60 is calculated and stored as the initial value Zstart.

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。   An NSR catalyst 54 is disposed upstream of the reactor 55. Therefore, when the rich spike is not executed (period TL), NOx discharged from the engine 10 is occluded in the NSR catalyst 54, so that almost no NOx flows into the reactor 55. On the other hand, according to the “voltage application to the reactor 55” according to the present embodiment, as described below, the amount of NOx occluded in the NOx occlusion layer 62 of the reactor 55 at the end of voltage application (hereinafter referred to as “the voltage application to the reactor 55”). This is referred to as “reactor occlusion NOx amount.”) Voltage application is performed so that NOXrct-a becomes “a value greater than 0 but very small”.

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。   Therefore, the reactor occluded NOx amount NOXrct-a at the voltage application start time t0 is very small. Therefore, the reactor current value Irct at the simultaneous point t0 is small, and as a result, the initial value Zstart becomes a large value.

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。 It should be noted that the air-fuel ratio (reactor inflow air-fuel ratio) A / Frct of the exhaust gas flowing into the reactor 55 is a lean air-fuel ratio at the voltage application start time t0. For this reason, a large amount of oxygen exists in the reactor 55. Therefore, these oxygens receive electrons e in the cathode electrode layer 61 c and become oxygen ions O 2− , and these oxygen ions O 2− may move in the solid electrolyte layer 60. In this case, the reactor current at the voltage application start time t0 includes a current resulting from the reduction of oxygen. However, NOx (reactor storage NOx) stored in the NOx storage layer 62 is present closer to the cathode electrode layer 61c than the oxygen. For this reason, in the cathode electrode layer 61c, the reactor occluded NOx is preferentially reduced. Therefore, most of the reactor current at the start of voltage application is a current resulting from the reduction of the NOx stored in the reactor.

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。   As described above, there is almost no NOx flowing into the reactor 55 in the period T1 from the voltage application start time t0 to the time t1 when a certain period has elapsed. Therefore, during the same period T1, only reduction and purification of NOx (reactor storage NOx) stored in the NOx storage layer 62 is performed. As a result, the reactor storage NOx amount NOXrct-a decreases. Accordingly, the reactor current value Irct also decreases, and as a result, the reactor impedance Zrct increases.

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。   At a time t1 when a certain period T1 has elapsed from the voltage application start time t0, NOx begins to flow into the reactor 55, and this NOx amount (hereinafter referred to as “reactor inflow NOx amount”) NOXrct-i gradually increases. Increase. As the inflow NOx amount NOXrct-i increases, the amount of NOx reduced and purified by the reactor 55 increases, and the reactor current value Irct also increases. As a result, the reactor impedance Zrct decreases.

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。   On the other hand, after the time t1, the inflow until the reactor inflow NOx amount NOXrct-i exceeds the “maximum NOx amount that can be reduced by the cathode electrode layer 61c per unit time (maximum NOx reduction amount) NOXmax”. Even if the NOx amount NOXrct-i increases, most of the NOx is reduced and purified by the cathode electrode layer 61c. Accordingly, the reactor occluded NOx amount NOXrct-a increases after time t1, but this increase is very slight. That is, the stored NOx amount NOXrct-a hardly changes.

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。   Thereafter, when the reactor inflow NOx amount NOXrct-i exceeds the maximum NOx reduction amount NOXmax (time t2), the reactor 55 can reduce and purify only NOx of the maximum NOx reduction amount NOXmax. Therefore, the current value Irct is constant at a current value corresponding to the maximum NOx reduction amount. As a result, the impedance Zrct is also constant. Of course, NOx that is not reduced and purified at this time is stored in the NOx storage layer 62.

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。   On the other hand, after the time t2, until the reactor inflow NOx amount NOXrct-i reaches a peak at time t3, the NOx amount occluded in the NOx occlusion layer 62 increases at a stretch, so the reactor occluded NOx amount NOXrct-a becomes It increases at a stretch. Thereafter, even if the inflow NOx amount NOXrct-i starts to decrease from the peak, the reactor 55 does not stop until the inflow NOx amount NOXrct-i decreases to the maximum NOx reduction amount NOXmax (from time t3 to time t4). Since all NOx flowing into the reactor cannot be reduced and purified, the NOx amount NOXrct-a stored in the reactor gradually increases.

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。   After the inflow NOx amount NOXrct-i increases and reaches the maximum NOx reduction amount NOXmax (time t2), until the inflow NOx amount NOXrct-i decreases and reaches the maximum NOx reduction amount NOXmax (time t4). The reactor current value Irct is substantially constant, and as a result, the reactor impedance Zrct is also substantially constant.

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。   After the inflow NOx amount NOXrct-i reaches the maximum NOx reduction amount NOXmax at time t4, the NOx amount reduced in the cathode electrode layer 61c gradually decreases. For this reason, the reactor current value Irct gradually decreases, and as a result, the reactor impedance Zrct gradually increases.

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。   Although the inflow NOx amount NOXrct-i becomes “0” at time t5, NOx is occluded in the NOx occlusion layer 62, and therefore the NOx reduction reaction in the cathode electrode layer 61c is continued. Therefore, at time t5, the reactor current value Irct does not become “0”, and gradually decreases as the reactor NOx occlusion amount NOXrct-a decreases after time t5. For this reason, the reactor impedance Zrct gradually increases after time t5. Thereafter, when the reactor impedance Zrct reaches the initial value Zstart (time t6), the CPU stops the voltage application.

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。   After the NOx amount around the cathode electrode layer 61c (that is, the reactor storage NOx amount NOXrct-a) becomes “0”, voltage application is continued in a state where the reactor inflow air-fuel ratio A / Frct is a rich air-fuel ratio. Then, oxygen atoms in the material constituting the solid electrolyte layer 60 (that is, the solid electrolyte) are ionized and move toward the anode electrode layer 61a. That is, chemical decomposition of the solid electrolyte layer 60 occurs.

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。   On the other hand, as described above, the initial value Zstart is a value corresponding to “a very small reactor storage NOx amount NOXrct-a”. Accordingly, when the voltage application is stopped when the reactor impedance Zrct reaches the initial value Zstart (time t6), before the NOx amount around the cathode electrode layer 61c becomes “0”, that is, the solid state of the solid electrolyte layer 60. The voltage application is stopped immediately before the start of electrolyte decomposition. Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment, decomposition of the solid electrolyte layer 60 is avoided.

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。   It is considered that the solid electrolyte layer 60 is likely to be decomposed as the amount of NOx around the cathode electrode layer 61c decreases. However, since the NOx reduction reaction is more likely to occur than the decomposition reaction of the solid electrolyte layer 60, it is assumed that the decomposition of the solid electrolyte layer 60 does not start until the amount of NOx around the cathode electrode layer 61c becomes “0”. Is done.

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。   In the above-described embodiment, a voltage may be applied to the solid electrolyte layer 60 so that the current flowing through the solid electrolyte layer 60 is constant. In this case, the CPU controls the voltage applied to the solid electrolyte layer 60 so that the current flowing through the solid electrolyte layer 60 is constant. In this case, the CPU measures the impedance based on the voltage value and the current value.

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。   Next, the actual operation of the exhaust emission control device according to this embodiment will be described. The CPU of the ECU 80 repeatedly executes the “rich spike routine” shown in FIG. 5 every elapse of a predetermined time. Therefore, when the predetermined timing is reached, the CPU starts the process from step 50 in FIG. 5 and determines in step 51 whether or not the NSR occlusion NOx estimated value NOXnsr-a is greater than or equal to the first determination value NOXth1.

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。   The NSR occlusion NOx estimated value NOXnsr-a is calculated by an NSR occlusion NOx estimated value calculation routine (not shown). In this calculation routine, during the lean control, the CPU determines “the previous time of this calculation routine based on the intake air amount Ga and the fuel injection amount Qa (load of the engine 10) and the lookup table Map (Ga, Qa). The amount of NOx discharged from the engine 10 between the start time of this time and the current start time (discharge NOx amount) is calculated. Next, the CPU calculates the latest estimated NSR storage NOx value NOXnsr-a by adding the calculated exhausted NOx amount to the “NSR storage NOx estimated value NOXnsr-a at that time”.

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。   On the other hand, during the rich spike, the CPU calculates “this calculation based on the flow rate SVrct of the exhaust gas flowing into the NSR catalyst 54, the air-fuel ratio A / Frct of the exhaust gas, and the lookup table Map (SVrct, A / Frct). The amount of NOx released from the NSR catalyst 54 (the amount of released NOx) between the previous start time of the routine and the current start time is calculated. Next, the CPU calculates the latest estimated NSR storage NOx value NOXnsr-a by subtracting the calculated released NOx amount from the “NSR storage NOx estimated value NOXnsr-a at that time”.

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。   If the NSR occlusion NOx estimated value NOXnsr-a is not equal to or greater than the first determination value NOXth1, the CPU makes a “No” determination at step 51 to proceed to step 55 where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 22 of the engine 10 is determined. Is controlled to a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio, the lean control for supplying the NSR catalyst 54 with the exhaust gas having the same lean air-fuel ratio is executed, and this routine is temporarily terminated.

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。   On the other hand, if the estimated value NOXnsr-a is greater than or equal to the first determination value NOXth1, the CPU makes a “Yes” determination at step 51 to proceed to step 52 to start a rich spike (mixing in the combustion chamber 22 of the engine 10). The air / fuel ratio of the air is set to a rich air / fuel ratio smaller than the stoichiometric air / fuel ratio) and “1” is input to the rich spike flag Frs (the flag Frs is set). Thereafter, the CPU proceeds to step 53 to determine whether or not the NSR storage NOx estimated value NOXnsr-a is equal to or smaller than the second determination value NOXth2.

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。   If the NSR occlusion NOx estimated value NOXnsr-a is not less than or equal to the second determination value NOXth2, the CPU makes a “No” determination at step 53 to return to step 53. On the other hand, if the estimated value NOXnsr-a is equal to or smaller than the second determination value NOXth2, the CPU makes a “Yes” determination at step 53 to proceed to step 54 to end the rich spike and set the rich spike flag Frs to “0”. "(Flag Frs is reset), and this routine is terminated once.

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。   According to this, NOx discharged from the engine 10 can be reduced and purified without causing the NSR storage NOx amount to reach its limit value.

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。   Further, the CPU repeatedly executes the “reactor voltage application routine” shown in FIG. 6 every elapse of a predetermined time. Therefore, when the predetermined timing is reached, the CPU starts the process from step 60 in FIG. 6 and determines in step 61 whether or not the rich spike flag Frs is “1”. The flag Frs is a flag that is set at step 52 in FIG. 5 (Frs ← 1) and reset at step 54 in FIG. 5 (Frs ← 0).

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。   When the flag Frs is not “1” (that is, when the flag Frs is “0”), the CPU makes a “No” determination at step 61 to end the present routine tentatively. On the other hand, when the flag Frs is “1”, the CPU makes a “Yes” determination at step 61 to proceed to step 62 to start voltage application to the solid electrolyte layer 60. Thereafter, the CPU proceeds to step 63, acquires the reactor impedance Zrct at that time as “initial value Zstart”, and proceeds to step 64. If voltage application has already started at the time when the routine proceeds to step 62, the CPU proceeds to step 64 without performing processing in step 62 and step 63.

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。   In step 64, the CPU determines whether or not the reactor impedance Zrct is increasing after it has once decreased to a peak value (see period Ti in FIG. 4). In the case where the impedance Zrct is increasing and then increasing after reaching the peak value, the CPU makes a “Yes” determination at step 64 to proceed to step 65. On the other hand, if the impedance Zrct is not increasing while it once decreases and reaches the peak value, the CPU makes a “No” determination at step 64 to end the present routine tentatively.

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。   In step 65, the CPU determines whether or not the reactor impedance Zrct is greater than or equal to the initial value Zstart acquired in step 63. If the impedance Zrct is equal to or greater than the initial value Zstart, the CPU makes a “Yes” determination at step 65 to proceed to step 66 to stop the voltage application to the solid electrolyte layer 60 and end this routine once. On the other hand, if the impedance Zrct is not equal to or greater than the initial value Zstart, the CPU makes a “No” determination at step 65 to end the present routine tentatively.

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。   According to this, NOx flowing out from the NSR catalyst 54 during the rich spike can be reduced and purified while avoiding decomposition of the solid electrolyte layer 60.

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。   Further, the exhaust purification apparatus according to the above-described embodiment is arranged such that a second catalyst capable of reducing and purifying NOx with a reducing agent is disposed at a position downstream of the NSR catalyst 54 in the exhaust passage. This is also advantageous compared to the case where NOx flowing out from the NSR catalyst 54 is reduced and purified.

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。   More specifically, for example, “the same catalyst as the NSR catalyst 54” can be used as the second catalyst. However, when such a second catalyst is used, it is necessary to supply a reducing agent to the second catalyst when releasing NOx stored in the second catalyst, and the second catalyst It is also necessary to maintain the temperature above its activation temperature. Alternatively, a so-called SCR catalyst capable of reducing and purifying NOx using ammonia as a reducing agent can be used as the second catalyst. However, when NOx flowing out from the NSR catalyst 54 is reduced by such a second catalyst, it is necessary to supply a reducing agent (ammonia) to the second catalyst, and the temperature of the second catalyst is set to the second catalyst. It is also necessary to maintain above the activation temperature. In addition, even if the supply of the reducing agent to the second catalyst is started simultaneously with the start of the NOx release control, the NOx reduction of the second catalyst is started when NOx starts to flow into the second catalyst. It is possible that the ability is not high enough.

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。   On the other hand, the electrochemical reactor 55 only needs to apply a voltage, and further exhibits a reduction function simultaneously with the application of the voltage. Therefore, the above-described necessity does not occur in the electrochemical reactor 55. For these reasons, the exhaust purification apparatus according to this embodiment is more advantageous than the case where NOx flowing out from the NSR catalyst 54 is reduced and purified by the second catalyst. However, the present invention does not exclude placing another catalyst in addition to the electrochemical reactor 55 downstream of the NSR catalyst 54.

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。)。   By the way, when determining the time point at which the voltage application to the electrochemical reactor 55 is stopped, a fixed threshold value is prepared in advance for the impedance, and when the impedance reaches the fixed threshold value, the voltage application to the reactor 55 is performed. It is also possible to configure the exhaust emission control device so as to stop (see, for example, Patent Document 2).

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。   However, the impedance value corresponding to the time immediately before the start of the decomposition of the solid electrolyte is, for example, “Aging change of NOx purification characteristics of the electrochemical reactor 55” and “Ambient environment of the electrochemical reactor that changes with each voltage application”. May change due to impact. Therefore, the time when the impedance value reaches the fixed threshold prepared in advance may be later than the time when the decomposition of the solid electrolyte starts. In this case, the deterioration of the solid electrolyte proceeds.

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。   On the other hand, the impedance value measured during voltage application is a value affected by the NOx purification characteristics of the electrochemical reactor 55 and the surrounding environment of the electrochemical reactor 55 at that time. For this reason, as in the exhaust emission control device according to the present embodiment, if the “time immediately before the decomposition of the solid electrolyte” is detected based on the behavior of the impedance measured during voltage application, the solid electrolyte is more accurately detected. It is possible to detect a time point just before the decomposition starts.

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。   As described above, the exhaust gas purification apparatus according to this embodiment includes the NOx storage reduction catalyst (NSR catalyst) 54, the electrochemical reactor 55, and the first electrode portion (the cathode electrode layer 61c and the NOx storage) of the reactor 55. A voltage application unit (power supply circuit 63) capable of applying a voltage between the layer 62) and the second electrode unit (anode electrode layer 61a).

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。   Furthermore, the exhaust purification apparatus according to the present embodiment does not satisfy the release condition (see step 51 in FIG. 5) for releasing NOx stored in the catalyst from the catalyst (period in FIG. 4). TL and see the case of “No” in step 51 of FIG. 5), by controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 22 of the engine 10 to a lean air-fuel ratio that is larger than the stoichiometric air-fuel ratio. When the lean control for supplying the exhaust gas with the same lean air-fuel ratio (see step 55 in FIG. 5) is executed and the release condition is satisfied (“Yes” at time t0 in FIG. 4 and step 51 in FIG. 5). (See the case.) NOx release control is performed in which exhaust gas having a rich air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio is supplied to the catalyst over a predetermined period (see period TR in FIG. 4) (step 52 in FIG. 5 is performed). Refer to.) First control Equipped with a.

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。   In addition, the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment includes an impedance measurement unit (current detection unit) that measures an impedance Zrct of the solid electrolyte unit (solid electrolyte layer) 60 between the first electrode unit and the second electrode unit. And the application of the voltage using the voltage application unit at the start of the NOx release control (see time t0 in FIG. 4 and step 62 in FIG. 6), and then the measurement. Impedance (see step 63 in FIG. 6) Based on Zstart, a time immediately before the start of decomposition of the solid electrolyte is detected and detected (at time t6 in FIG. 4 and step 65 in FIG. 6). In the case of “Yes”, the application of the voltage using the voltage application unit is stopped (see time t6 in FIG. 4 and step 66 in FIG. 6). Provided.

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。   Next, an exhaust purification device according to a modification of the above-described embodiment will be described. The exhaust emission control device according to the above-described embodiment uses the reactor impedance Zrct (initial value Zstart) at the start of voltage application to the reactor 55 as an index for determining when to stop the reactor application voltage Vrct. However, the exhaust emission control device according to this modification uses the increase rate Rzrct of the reactor impedance Zrct as the index.

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。   More specifically, as shown in FIG. 7, the reactor inflow NOx amount NOXrct-i gradually decreases and reaches the maximum NOx reduction amount NOXmax after time t3 (time t4). As described above, the reactor occluded NOx amount NOXrct-a gradually decreases thereafter. Thus, while the occluded NOx amount NOXrct-a decreases, the reactor current value Irct also gradually decreases, and as a result, the reactor impedance Zrct gradually increases. At this time, the reactor current value Irct decreases relatively slowly until the reactor occluded NOx amount NOXrct-a is very close to “0” (until time t6), and the rate of decrease is substantially constant. Accordingly, the reactor impedance Zrct increases relatively slowly, and the increase rate Rzrct is substantially constant.

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。   However, when the reactor occluded NOx amount NOXrct-a becomes very close to “0” (time t6), the reactor current value Irct starts to decrease rapidly as indicated by reference symbol A in FIG. Accordingly, the reactor impedance Zrct starts to increase rapidly as indicated by reference numeral B in FIG. That is, the increase rate Rzrct of the impedance Zrct increases rapidly.

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。   The exhaust emission control apparatus according to this modification uses such a change in the increase rate Rzrct of the impedance Zrct. That is, the exhaust gas purification device stops the voltage application to the reactor 55 when the increase rate Rzrct (time differential value dZrct / dt of the impedance Zrct) of the reactor impedance Zrct becomes equal to or greater than a predetermined threshold (time t6).

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。   Next, the actual operation of the exhaust emission control device according to this modification will be described. Instead of the “reactor voltage application routine” shown in FIG. 6, the CPU repeatedly executes the “reactor voltage application routine” shown in FIG. 8 every elapse of a predetermined time. Therefore, when the predetermined timing comes, the CPU starts the process from step 80 in FIG. 8 and determines whether or not the rich spike flag Frs is “1” in step 81. The flag Frs is a flag that is set at step 52 in FIG. 5 (Frs ← 1) and reset at step 54 in FIG. 5 (Frs ← 0).

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。   When the flag Frs is not “1” (that is, when the flag Frs is “0”), the CPU makes a “No” determination at step 81 to end the present routine tentatively. On the other hand, if the flag Frs is “1”, the CPU makes a “Yes” determination at step 81 to proceed to step 82, starts applying a voltage to the solid electrolyte layer 60, and proceeds to step 83. If voltage application has already started when the routine proceeds to step 82, the CPU proceeds to step 83 without performing any processing in step 82.

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。   In step 83, the CPU determines whether or not the reactor impedance Zrct is increasing after it once decreases and reaches a peak value (see period Ti in FIG. 7). If the impedance Zrct is not increasing while it once decreases and reaches the peak value, the CPU makes a “No” determination at step 83 to end the present routine tentatively. On the other hand, if the impedance Zrct is decreasing and once increasing and then increasing, the CPU makes a “Yes” determination at step 83 to proceed to step 84 where the reactor impedance Zrct at that time The rate of increase Rzrct is obtained.

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。   Next, the CPU proceeds to step 85 to determine whether or not the increase rate Rzrct of the reactor impedance Zrct acquired in step 84 is equal to or greater than a threshold value Rth. If the increase rate Rzrct is greater than or equal to the threshold value Rth, the CPU makes a “Yes” determination at step 85 to proceed to step 86 to stop the voltage application to the solid electrolyte layer 60 and end this routine once. On the other hand, if the increase rate Rzrct is not greater than or equal to the threshold value Rth, the CPU makes a “No” determination at step 85 to end the present routine tentatively.

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。   According to this, NOx flowing out from the NSR catalyst 54 during the rich spike can be reduced and purified while avoiding decomposition of the solid electrolyte layer 60.

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。   As described above, the exhaust gas purification apparatus according to this modification example determines whether or not to stop voltage application to the reactor 55 depending on whether or not the increase rate Rzrct of the reactor impedance Zrct is equal to or greater than the predetermined threshold value Rth. To decide. However, instead of this, when the exhaust gas purification device detects the increase rate Rzrct, the difference (impedance) between the detected increase rate Rzrct and the “increase rate Rzrct detected immediately before the detection point of the same increase rate Rzrct” When the second-order differential value of Zrct) is equal to or greater than a predetermined value, the voltage application to the reactor 55 can be stopped.

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。   Note that the exhaust emission control device according to the above-described embodiment can also be applied to a gasoline engine. Furthermore, in the exhaust emission control device according to the above-described embodiment, the DPF 56 may not be provided.

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。   Furthermore, in the exhaust emission control device according to the above-described embodiment, the voltage application to the solid electrolyte layer 60 is started simultaneously with the start of the rich spike, but the voltage application to the solid electrolyte layer 60 is started after the start of the rich spike. May be. In this case, the voltage application to the solid electrolyte layer 60 is started after the start of the rich spike and until the time when NOx flowing out of the NSR catalyst 54 starts flowing into the electrochemical reactor 55 due to the rich spike. It is preferable. According to this, NOx flowing out from the NSR catalyst 54 can be reduced and purified in the electrochemical reactor 55 more reliably. In addition, since the voltage application time can be shortened compared with the case where the voltage application is started simultaneously with the start of the rich spike, the power consumption can be reduced.

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。   In addition, in the above-described implementation device, a sensor (NOx sensor) capable of detecting the NOx concentration is disposed in the exhaust passage between the NSR catalyst 54 and the voltage application reactor 55, and “the NOx concentration detected by the sensor is detected. Application of voltage to the reactor 55 is started when it becomes larger than “0” (at the start of NOx release control) or “when the NOx concentration exceeds a predetermined threshold (after the start of NOx release control)”. You may make it do.

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   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Internal combustion engine, 54 ... NOx occlusion reduction catalyst (NSR catalyst), 55 ... Electrochemical reactor, 60 ... Solid electrolyte layer, 61a ... Anode electrode layer, 61c ... Cathode electrode layer, 62 ... NOx occlusion layer, 64 ... DC power supply , 65 ... switch, 74 ... current detector, 80 ... ECU

Claims (3)

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。
An exhaust purification device for an internal combustion engine,
A NOx storage reduction catalyst disposed in the exhaust passage of the engine;
An electrochemical reactor disposed at a position downstream of the catalyst in the exhaust passage, comprising a solid electrolyte portion made of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity, disposed on a surface of the solid electrolyte portion, and storing NOx A first electrode part including a NOx occlusion part and a second electrode part disposed on the surface of the solid electrolyte part, and a voltage is applied between the first electrode part and the second electrode part. An electrochemical reactor that electrochemically reduces and purifies NOx at the first electrode part,
A voltage application unit capable of applying a voltage between the first electrode unit and the second electrode unit;
By controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine to a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio when a release condition for releasing NOx stored in the catalyst from the catalyst is not satisfied. Performing lean control for supplying exhaust gas with the same lean air-fuel ratio to the catalyst, and NOx release control for supplying exhaust gas with a rich air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio to the catalyst over a predetermined period when the release condition is satisfied A first control unit to be executed;
An impedance measuring unit for measuring the impedance of the solid electrolyte part between the first electrode part and the second electrode part;
Application of the voltage using the voltage application unit is started at the start of the NOx release control or after the start of the NOx release control, and then immediately before the decomposition of the solid electrolyte is started based on the measured impedance. A second control unit that detects a time point and stops application of the voltage using the voltage application unit at the time point when the time point is detected;
Exhaust gas purification device.
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。
The exhaust emission control device according to claim 1,
The second controller is
Obtaining the impedance measured by the impedance measurement unit as an initial value when application of the voltage using the voltage application unit is started, and then increasing after the impedance measured by the impedance measurement unit decreases Configured to detect a time point when the initial value is reached as a time point immediately before the decomposition of the solid electrolyte starts,
Exhaust purification device.
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。
The exhaust emission control device according to claim 1 or 2,
The second controller is
The application of the voltage is started after the start of the NOx release control and until the time when NOx flowing out of the catalyst by the NOx release control starts to flow into the electrochemical reactor,
Exhaust purification device.
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