JP3680727B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する技術に関し、特に、排気中の窒素酸化物を浄化する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気（所謂、リーン空燃比の混合気）を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・ガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する技術が望まれている。
【０００３】
このような要求に対し、内燃機関の排気系にリーンＮＯx触媒を配置する技術が提案されている。リーンＮＯx触媒の一つとして、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ窒素（Ｎ2）に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒が知られている。
【０００４】
吸蔵還元型ＮＯx触媒が内燃機関の排気系に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収され、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出されつつ窒素（Ｎ2）に還元される。
【０００５】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力には限りがあるため、内燃機関が長期にわたって希薄燃焼運転されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒によって除去されることなく大気中に放出されることになる。このため、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させるＮＯx 浄化処理を施す必要がある。
【０００６】
このＮＯx 浄化処理を希薄燃焼式内燃機関に適用する場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和する前に該吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を低下させる、所謂リッチスパイク制御を実行し、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる。
【０００７】
リッチスパイク制御の具体的な方法としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流を流れる排気中に還元剤たる燃料を添加する方法を例示することができる。
【０００８】
一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯx）もＮＯxと同じメカニズムで吸収される。この吸収されたＳＯxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するためＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯx触媒内に蓄積される。これをＳＯx被毒といい、ＳＯx被毒が進行してＮＯｘ触媒内のＳＯx蓄積量が増大すると、ＮＯx触媒のＮＯx吸収量が減少するため、ＮＯx浄化率が低下する。このため、適宜の時期にＳＯx被毒から回復させる被毒解消処理を施す必要がある。この被毒解消処理は、ＮＯx触媒を高温（例えば６００ないし７００℃程度）にしつつ理論空燃比あるいはリッチ空燃比の排気をＮＯx触媒に流して行わなくてはならない。
【０００９】
しかし、ＳＯx被毒を解消するためにＮＯx触媒を高温状態にすると、この高温がＮＯx触媒の熱劣化を誘発しＮＯx還元能力の低下の原因となる。
【００１０】
ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化について説明すると、ＮＯx触媒におけるＮＯxの吸収は白金Ｐｔ（触媒物質）とカリウムＫ（ＮＯx吸収剤）との界面において行われるが、Ｐｔは熱によってシンタリングを起こし、成長して粒径が大きくなることが知られている。車両用内燃機関から排出される排気の浄化においては、ＮＯx 触媒に加わる熱負荷が大きく、白金Ｐｔのシンタリングを避けることはできない。このように白金Ｐｔがシンタリングを起こすと、白金ＰｔとカリウムＫの接触面積が少なくなり、即ち、白金ＰｔとカリウムＫの界面が少なくなる。この結果、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が低下し、ＮＯx浄化能力が低下する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ＳＯx被毒解消処理については、特許第２７４５９８５号の特許公報等に開示されているように、所定の解消処理を施すことによって、ＮＯx触媒に吸収されているＳＯxを放出させＳＯ2に還元することができるので、ＮＯx触媒をＳＯx被毒から解消させることが可能である。
【００１２】
これに対して、一度シンタリングを起こしたＰｔをシンタリングする前の状態に戻すことは不可能であり、したがって、ＮＯx 触媒を熱劣化から回復することはできない。そのため、ＮＯx触媒を管理する上で、ＮＯx触媒の熱劣化の状態を把握することは重要である。また、ＮＯx触媒の熱劣化の状態を把握した上で現在の熱劣化状態に応じてＮＯx触媒の浄化率を向上させることも重要である。
【００１３】
しかしながら、現在のところ熱劣化の状態を検出する技術は確立されておらず、熱劣化の状態に応じてＮＯx触媒の浄化率を向上させる技術も確立されていないので、熱劣化の状態を検出する技術やＮＯx触媒の浄化率を向上させる技術の開発が切望されている。
【００１４】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ＮＯx触媒の劣化状態を把握する技術を確立し、現在のＮＯx触媒の劣化状態に応じてＮＯx触媒の浄化率を向上させる内燃機関の排気浄化装置を提供することを技術的課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気の空燃比が高いときは排気中の窒素酸化物を吸収し、排気の空燃比が低いときは吸収していた窒素酸化物を放出しつつ還元するＮＯx触媒と、前記ＮＯx触媒に吸収された窒素酸化物を放出及び還元すべくＮＯx浄化処理を実行するＮＯx浄化制御手段と、前記ＮＯx触媒の酸化物による被毒を解消すべく被毒解消処理を実行する被毒解消制御手段と、前記被毒解消制御手段の実行により生じる前記ＮＯx 触媒の劣化状態を判断する触媒劣化状態判断手段と、前記ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて前記ＮＯx浄化処理の実行条件あるいは前記被毒解消制御手段の実行条件を変えて窒素酸化物の放出及び還元を活性化させ前記ＮＯx浄化処理の浄化率を向上させる触媒浄化率向上手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関が希薄燃焼運転されているときは、排気の空燃比（あるいは、酸素濃度）が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物がＮＯx触媒に吸収される。そして、ＮＯx触媒に吸収された窒素酸化物を放出及び還元させる必要が生じると、ＮＯx浄化制御手段が、例えば、リッチスパイク制御等を実行し、還元剤等を用いてＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物を放出させＮＯ2に還元させる。
【００１７】
また、ＮＯx 触媒の酸化物による被毒を解消する必要が生じると、被毒解消制御手段が、例えば、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比まで低下させ、ＮＯx触媒の雰囲気温度を昇温させてＮＯx触媒に吸蔵されている酸化物を放出させる。なお、被毒解消処理の必要性は、運転状態に応じて燃料消費量や硫黄堆積量を推定し、推定した硫黄堆積量が所定堆積量（例えば、0.15g）を越えているかどうかで判断する。
【００１８】
次に、触媒劣化状態判断手段では、例えば、被毒解消処理を行った実行回数から実験データに基づき触媒の劣化状態を判断する。なお、劣化状態によっては、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が低下し、ＮＯx 触媒の浄化能力が低下する。そこで、触媒浄化率向上手段では、劣化状態（ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力の低下）に応じてＮＯx浄化制御の実行条件を変更してＮＯx 触媒の浄化率を向上させる。
【００１９】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の前記ＮＯx浄化制御手段は、前記ＮＯx触媒よりも上流の排気通路に還元剤としての燃料を所定間隔で添加する燃料添加剤供給手段を有しており、前記触媒浄化率向上手段は、前記ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて前記燃料添加から次回の燃料添加までの燃料添加間隔を短くするように前記ＮＯx浄化処理の実行条件を変更する構成にしてもよい。すなわち、劣化状態に応じて燃料添加間隔を短くする制御を行い、ＮＯx触媒の劣化分を頻度で補うことでＮＯx吸収能力の低下を防ぎ、触媒浄化率の向上を図る。
【００２０】
更に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の前記触媒浄化率向上手段は、前記ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて前記燃料添加剤供給手段が行う１回の燃料添加量を増加するようにＮＯx浄化処理の実行条件を変更する構成にしてもよい。すなわち、劣化状態に応じて燃料添加量を増量させる制御を行い、ＮＯx触媒の劣化分をリッチスパイクの深さで補うことでＮＯx吸収能力の低下を防ぎ、触媒浄化率の向上を図る。
【００２１】
更にまた、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の前記ＮＯx浄化制御手段は、前記ＮＯx 触媒の床温値に基づき前記燃料添加の可否を判断する可否判断手段を有し、前記触媒浄化率向上手段は前記ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて前記床温値の予測値を算出する触媒床温算出手段を有しており、前記触媒浄化率向上手段が前記床温値の予測値に基づき前記可否判断手段の前記床温値を変更するように構成してもよい。すなわち、可否判断手段がＮＯx浄化制御開始の条件とする床温値を、ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて適正となるように変更することで、ＮＯx 触媒の適正な床温値でＮＯx 排気浄化装置処理をＮＯx 吸収能力の低下を防ぎ、触媒浄化率の向上を図る。
【００２２】
更にまた、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の前記触媒浄化率向上手段が、前記ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて前記被毒解消処理から次回の被毒解消処理までの被毒解消処理間隔を短くするように被毒解消処理の実行条件を変更する構成にしてもよい。すなわち、劣化状態（ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力の低下）に応じて被毒解消処理間隔（インターバル）を短くする制御を行い、ＮＯx触媒の劣化分を被毒解消処理の頻度で補うことで触媒浄化率の向上を図る。
【００２３】
更にまた、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の前記触媒浄化率向上手段は前記ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて前記ＮＯx 触媒へ入る排気温度を上昇させる床温制御手段を有するように構成してもよい。すなわち、ＮＯx 触媒の劣化度合いがかなり進み、ＮＯx 触媒の活性温度が300°Ｃを越えるような場合、ＮＯx 触媒の床温を高めた上でＮＯx 浄化処理を行わねばならない。そこで、ＮＯx 触媒の劣化状態（ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力の低下）に応じてポスト噴射等により排気温度を上昇させる制御を行い、ＮＯx 触媒を劣化度合いに応じた活性温度にすることで、ＮＯx 吸収能力の低下を防ぎ、触媒浄化率の向上を図る。
【００２４】
このように熱劣化を抑制することにより、ＮＯx触媒のＮＯx浄化処理能力を向上させることができる。
【００２５】
なお、この触媒の劣化には熱劣化の他に、ＳＯx被毒が完全に解消されないで蓄積されたＳＯx被毒劣化や、その他の被毒劣化も含まれる。
【００２６】
本発明において、希薄燃焼式の内燃機関としては、筒内直接噴射方式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る排気浄化装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。なお、図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４ストローク・サイクル・ディーゼル機関である。
【００２８】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。このコモンレール４には、コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。
【００２９】
この燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６が内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００３０】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００３１】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００３２】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、この吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続されている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気管９には、該吸気管９内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１と、該吸気管９内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１２とが取り付けられている。
【００３３】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステッパモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００３４】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。
【００３５】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１０に流入した吸気は、該エアクリーナボックス１０内の図示しないエアクリーナによって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００３６】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３７】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が図示しない排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００３８】
前記排気管１９の途中には、排気中の有害ガス成分を浄化するための排気浄化触媒２０ａ，２０ｂが配置されている。排気浄化触媒２０ａより下流の排気管１９には、該排気管１９内を流れる排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３と、該排気管１９内を流れる排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４とが取り付けられている。また、空燃比センサ２３及び排気温度センサ２４より下流の排気管１９には、排気浄化触媒２０ｂが配置されている。
【００３９】
更に、排気浄化触媒２０ｂより下流の排気管１９には、該排気管１９内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁２１が設けられている。この排気絞り弁２１には、ステッパモータ等で構成されて該排気絞り弁２１を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ２２が取り付けられている。
【００４０】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００４１】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介して排気浄化触媒２０ａ，２０ｂへ流入し、排気中の有害ガス成分が除去又は浄化される。排気浄化触媒２０ａ，２０ｂにて有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁２１によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。
【００４２】
また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流れる排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５を介して連通されている。このＥＧＲ通路２５の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２５内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を変更する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２６が設けられている。
【００４３】
前記ＥＧＲ通路２５においてＥＧＲ弁２６より上流の部位には、該ＥＧＲ通路２５内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。
【００４４】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導通状態となり、排気枝管１８内を流れる排気の一部が前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て吸気枝管８へ導かれる。その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流れるＥＧＲガスと所定の冷媒との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却されることになる。
【００４５】
ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００４６】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００４７】
更に、ＥＧＲクーラ２７においてＥＧＲガスが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することもない。
【００４８】
次に、本実施の形態に係る排気浄化触媒２０ａ，２０ｂについて具体的に説明する。
排気浄化触媒２０ａは、還元剤の存在下で排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するＮＯx触媒である。このようなＮＯx触媒としては、選択還元型ＮＯx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒等を例示することができるが、ここでは吸蔵還元型ＮＯx触媒を例に挙げて説明する（以下、排気浄化触媒２０ａを吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａと称する）。また、排気浄化触媒２０ｂは、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａで浄化することができなかった炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を下流で酸化し浄化する酸化触媒であり、三元触媒を例示することができる（以下、排気浄化触媒２０ｂを酸化触媒２０ｂと称する）。
【００４９】
吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａを更に詳しく説明すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａは、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、この実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒を例に挙げて説明する。
【００５０】
このように構成された吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａは、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収する。一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａは、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａは、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａから放出された窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることができる。
【００５１】
尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸放出作用については明らかにされていない部分もあるが、おおよそ以下のようなメカニズムによって行われていると考えられる。
先ず、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａでは、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比がリーン空燃比となって排気中の酸素濃度が高まると、図２（Ａ）に示されるように、排気中の酸素（Ｏ2）がＯ2 -またはＯ2-の形で白金（Ｐｔ）の表面上に付着する。排気中の一酸化窒素（ＮＯ）は、白金（Ｐｔ）の表面上でＯ2 -またはＯ2-と反応して二酸化窒素（ＮＯ2）を形成する（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。二酸化窒素（ＮＯ2）は、白金（Ｐｔ）の表面上で更に酸化され、硝酸イオン（ＮＯ3-）の形で吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収される。尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収された硝酸イオン（ＮＯ3-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）を形成する。
【００５２】
このように吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が硝酸イオン（ＮＯ3-）として吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収される。
【００５３】
上記したようなＮＯx吸収作用は、流入排気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸収能力が飽和しない限り継続される。従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸収能力が飽和しない限り、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収され、排気中から窒素酸化物（ＮＯx）が除去されることになる。
【００５４】
これに対して、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａでは、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の酸素濃度が低下すると、白金（Ｐｔ）の表面上において二酸化窒素（ＮＯ2）の生成量が減少するため、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合していた硝酸イオン（ＮＯ3-）が逆に二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）となって吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａから離脱する。
【００５５】
その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、それらの還元成分が白金（Ｐｔ）上の酸素（Ｏ2-またはＯ2-）と部分的に反応して活性種を形成する。この活性種は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａから放出された二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることになる。
【００５６】
従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となって排気中の酸素濃度が低下するとともに燃料の濃度が高まると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出及び還元され、以て吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸収能力が再生されることになる。
【００５７】
ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａにて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【００５８】
特に、内燃機関１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸収能力が飽和し易い。
【００５９】
従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸収能力が飽和する前に吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに燃料の濃度を高め、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元（いわゆる「ＮＯx 浄化処理」）させる必要がある。
【００６０】
［燃料添加剤供給手段］
そこで、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａより上流の排気通路を流れる排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する燃料添加剤供給手段を備え、この燃料添加剤供給手段から排気中へ燃料を添加することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに燃料の濃度を高めるようにした。
【００６１】
燃料添加剤供給手段は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むよう内燃機関１のシリンダヘッドに取り付けられ、所定の開弁圧以上の燃料が印加されたときに開弁して燃料を噴射する燃料噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記燃料噴射弁２８へ導く燃料供給路２９と、この燃料供給路２９の途中に設けられ該燃料供給通路２９内を流れる燃料の流量を調整する流量調整弁３０と、この流量調整弁３０より上流の燃料供給路２９に設けられて該燃料供給路２９内の燃料の流れを遮断する遮断弁３１と、前記流量調整弁３０より上流の燃料供給路２９に取り付けられ該燃料供給路２９内の圧力に対応した電気信号を出力する燃料圧力センサ３２と、を備えている。
【００６２】
尚、燃料噴射弁２８は、該燃料噴射弁２８の噴孔が排気枝管１８におけるＥＧＲ通路２５との接続部位より下流であって、排気枝管１８における４つの枝管の集合部に最も近い気筒２の排気ポートに突出するとともに、排気枝管１８の集合部へ向くようシリンダヘッドに取り付けられることが好ましい。
【００６３】
これは、燃料噴射弁２８から噴射された燃料（未燃の燃料成分）がＥＧＲ通路２５へ流入するのを防止するとともに、燃料が排気枝管１８内に滞ることなく遠心過給機のタービンハウジング１５ｂへ到達するようにするためである。
【００６４】
尚、図１に示す例では、内燃機関１の４つの気筒２のうち１番（＃１）気筒２が排気枝管１８の集合部と最も近い位置にあるため、１番（＃１）気筒２の排気ポートに燃料噴射弁２８が取り付けられているが、１番（＃１）気筒２以外の気筒２が排気枝管１８の集合部と最も近い位置にあるときは、その気筒２の排気ポートに燃料噴射弁２８が取り付けられるようにする。
【００６５】
また、前記燃料噴射弁２８は、シリンダヘッドに形成された図示しないウォータージャケットを貫通、あるいはウォータージャケットに近接して取り付けられるようにし、前記ウォータージャケットを流れる冷却水を利用して燃料噴射弁２８を冷却するようにしてもよい。
【００６６】
このような燃料添加剤供給手段では、流量調整弁３０が開弁されると、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が燃料供給路２９を介して燃料噴射弁２８へ印加される。そして、燃料噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧以上に達すると、該燃料噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００６７】
燃料噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された燃料は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気ととともにタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂ内に流入した排気と燃料とは、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に混合され、リッチ空燃比の排気を形成する。
【００６８】
このようにして形成されたリッチ空燃比の排気は、タービンハウジング１５ｂから排気管１９を介して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）を放出させつつ窒素（Ｎ2）に還元することになる。
【００６９】
その後、流量調整弁３０が閉弁されて燃料ポンプ６から燃料噴射弁２８への燃料の供給が遮断されると、燃料噴射弁２８に印加される燃料の圧力が前記開弁圧未満となり、その結果、燃料噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への燃料の添加が停止されることになる。
【００７０】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００７１】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、燃料圧力センサ３２、クランクポジションセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００７２】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、遮断弁３１等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００７３】
ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すように、双方向性バス３５０によって相互に接続された、ＣＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バックアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備えている。
【００７４】
前記入力ポート３５６は、クランクポジションセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００７５】
前記入力ポート３５６は、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、燃料圧力センサ３２、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６、等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサのＡ／Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００７６】
前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、遮断弁３１等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、あるいは遮断弁３１へ送信する。
【００７７】
前記ＲＯＭ３５２は、燃料噴射弁３を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁２１を制御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制御するためのＥＧＲ制御ルーチン、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するためのＮＯx浄化制御ルーチン、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａの酸化物による被毒を解消するための被毒解消制御ルーチン、ＮＯx 触媒の劣化状態を判断するための触媒劣化状態判断制御ルーチン、ＮＯx 触媒の浄化率を向上させる触媒浄化率向上制御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【００７８】
前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気絞り弁２１の目標開度との関係を示す排気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と燃料（還元剤）の目標添加量（もしくは、排気の目標リッチ空燃比）との関係を示す燃料添加量制御マップ、内燃機関１の運転状態と燃料（還元剤）添加間隔との関係を示す燃料添加間隔制御マップ、内燃機関１の運転状態と硫黄堆積量との関係を示す硫黄堆積量制御マップ、内燃機関１の運転状態と被毒解消処理間隔との関係を示す被毒解消処理間隔制御マップ、被毒解消回数と燃料目標添加量の補正（増量）係数との関係を示す添加量補正制御マップ、被毒解消回数と燃料添加間隔の補正（短縮）係数との関係を示す添加間隔補正制御マップ、等である。
【００７９】
前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００８０】
前記バックアップＲＡＭ３５４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００８１】
前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御を実行し、燃料（還元剤）添加制御により結果としてＮＯx 浄化制御、被毒解消制御、触媒劣化状態判断制御、触媒浄化率向上制御を実行する。
【００８２】
［燃料噴射制御］
例えば、燃料噴射制御では、ＣＰＵ３５１は、先ず、燃料噴射弁３から噴射される燃料量を決定し、次いで燃料噴射弁３から燃料を噴射する時期を決定する。
燃料噴射量を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、燃料噴射量制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）を算出する。ＣＰＵ３５１は、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、水温センサ３４等の出力信号値等に基づいて前記基本燃料噴射時間を補正し、最終的な燃料噴射時間を決定する。
【００８３】
燃料噴射時期を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射時期制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料噴射時期を算出する。ＣＰＵ３５１は、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、水温センサ３４等の出力信号値をパラメータとして前記基本燃料噴射時期を補正し、最終的な燃料噴射時期を決定する。
【００８４】
燃料噴射時間と燃料噴射時期とが決定されると、ＣＰＵ３５１は、前記燃料噴射時期とクランクポジションセンサ３３の出力信号とを比較し、前記クランクポジションセンサ３３の出力信号が前記燃料噴射開始時期と一致した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始する。ＣＰＵ３５１は、燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始した時点からの経過時間が前記燃料噴射時間に達した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を停止する。
【００８５】
尚、燃料噴射制御において内燃機関１の運転状態がアイドル運転状態にある場合は、ＣＰＵ３５１は、水温センサ３４の出力信号値や、車室内用空調装置のコンプレッサのようにクランクシャフトの回転力を利用して作動する補機類の作動状態等をパラメータとして内燃機関１の目標アイドル回転数を算出する。そして、ＣＰＵ３５１は、実際のアイドル回転数が目標アイドル回転数と一致するよう燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００８６】
［吸気絞り制御］
また、吸気絞り制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアクセル開度とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁開度制御マップへアクセスし、機関回転数及びアクセル開度に対応した目標吸気絞り弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標吸気絞り弁開度に対応した駆動電力を吸気絞り用アクチュエータ１４に印加する。その際、ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁１３の実際の開度を検出して、実際の吸気絞り弁１３の開度と目標吸気絞り弁開度との差分に基づいて前記吸気絞り用アクチュエータ１４をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００８７】
［排気絞り制御］
また、排気絞り制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、内燃機関１が冷間始動後の暖機運転状態にある場合や、車室内用ヒータが作動状態にある場合などに排気絞り弁２１を閉弁方向へ駆動すべく排気絞り用アクチュエータ２２を制御する。
この場合、内燃機関１の負荷が増大し、それに対応して燃料噴射量が増量されることなる。その結果、内燃機関１の発熱量が増加し、内燃機関１の暖機が促進されるとともに、車室内用ヒータの熱源が確保される。
【００８８】
［ＥＧＲ制御］
また、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、水温センサ３４の出力信号（冷却水温度）、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）等を読み出し、ＥＧＲ制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。
【００８９】
上記したＥＧＲ制御実行条件としては、冷却水温度が所定温度以上にある、内燃機関１が始動時から所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度の変化量が正値である等の条件を例示することができる。
【００９０】
上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していると判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、機関回転数とアクセル開度とをパラメータとしてＥＧＲ弁開度制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した目標ＥＧＲ弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標ＥＧＲ弁開度に対応した駆動電力をＥＧＲ弁２６に印加する。一方、上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していないと判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を全閉状態に保持すべく制御する。
【００９１】
更に、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、内燃機関１の吸入空気量をパラメータとしてＥＧＲ弁２６の開度をフィードバック制御する、いわゆるＥＧＲ弁フィードバック制御を行うようにしてもよい。
ＥＧＲ弁フィードバック制御では、例えば、ＣＰＵ３５１は、アクセル開度や機関回転数等をパラメータとして内燃機関１の目標吸入空気量を決定する。その際、アクセル開度と機関回転数と目標吸入空気量との関係を予めマップ化しておき、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから目標吸入空気量が算出されるようにしてもよい。
【００９２】
上記した手順により目標吸入空気量が決定されると、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されたエアフローメータ１１の出力信号値（実際の吸入空気量）を読み出し、実際の吸入空気量と目標吸入空気量とを比較する。
【００９３】
前記した実際の吸入空気量が前記目標吸入空気量より少ない場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量閉弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が減少し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が減少することになる。その結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが減少した分だけ増加する。
【００９４】
一方、実際の吸入空気量が目標吸入空気量より多い場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量開弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が増加し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が増加する。この結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが増加した分だけ減少することになる。
【００９５】
［ＮＯx浄化制御］
次に、ＮＯx浄化制御では、ＣＰＵ３５１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比を所定間隔でスパイク的（短時間）にリッチ空燃比とする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００９６】
リッチスパイク制御では、ＣＰＵ３５１は、ＲＯＭ３５２の燃料添加間隔制御マップへアクセスし、燃料添加間隔制御マップに記憶された燃料添加間隔毎にリッチスパイク制御を実施するか否かを判別する。このリッチスパイク制御を実施する際の可否判別条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａが活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒解消制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【００９７】
上記したリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく流量調整弁３０を制御（燃料添加制御）することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００９８】
具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサ２３の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００９９】
ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてＲＯＭ３５２の燃料添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標リッチ空燃比とする上で必要となる燃料の目標添加量（目標添加時間）を算出する。
【０１００】
目標添加量（目標添加時間）が算出されると、ＣＰＵ３５１は、燃料添加間隔と一致した時点で流量調整弁３０を開弁させる。この場合、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が燃料供給路２９を介して燃料噴射弁２８へ供給されるため、燃料噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧以上に達し、燃料噴射弁２８が開弁する。
【０１０１】
ＣＰＵ３５１は、流量調整弁３０を開弁させた時点から前記目標添加時間が経過すると、流量調整弁３０を閉弁させる。この場合、燃料ポンプ６から燃料噴射弁２８への燃料の供給が遮断されるため、燃料噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧未満となり、燃料噴射弁２８が閉弁する。
【０１０２】
このように流量調整弁３０が目標添加時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が燃料噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、燃料噴射弁２８から噴射された燃料は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標リッチ空燃比の混合気を形成して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する。
【０１０３】
この結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比は、燃料添加間隔毎に「リーン」と「スパイク的な目標リッチ空燃比」とを交互に繰り返すことになり、以て、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が窒素酸化物（ＮＯx）の吸収と放出・還元とを交互に周期的に繰り返えされＮＯx 浄化制御が実行されることになる。
【０１０４】
［ＳＯx浄化制御］
ここで、内燃機関１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料が内燃機関１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）などの硫黄酸化物（ＳＯx）が生成される。ＳＯx浄化制御では、硫黄酸化物（ＳＯx）が、排気とともに吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入し、窒素酸化物（ＮＯx）と同様のメカニズムによって吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収される。
【０１０５】
具体的には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには、前述したＮＯx吸収メカニズムの説明で述べたように、酸素（Ｏ2）がＯ2 -又はＯ2-の形で白金（Ｐｔ）の表面に付着しているため、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）等の硫黄酸化物（ＳＯx）が白金（Ｐｔ）の表面上でＯ2 -又はＯ2-と反応してＳＯ3-やＳＯ4-となる。
【０１０６】
ＳＯ3-やＳＯ4-は、白金（Ｐｔ）の表面上で更に酸化され、硫酸イオン（ＳＯ4 2-）の形で吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収される。尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ4）を形成する。
【０１０７】
このように吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気中の硫黄酸化物（ＳＯx）が硫酸イオン（ＳＯ4 2-）として吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収される。
【０１０８】
ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ4）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）に比して安定していて分解し難く、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となっても分解されずに吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａ内に残留してしまう。すなわち、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａにおける硫酸塩（ＢａＳＯ4）の量が増加すると、それに応じて窒素酸化物（ＮＯx）の吸収に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸収能力が低下する、いわゆるＳＯx被毒が発生する。
【０１０９】
［被毒解消制御］
そこで、ＣＰＵ３５１は、ＲＯＭ３５２の被毒解消処理間隔制御マップへアクセスし、被毒解消処理間隔制御マップに記憶された被毒解消処理間隔毎に被毒解消制御を実施するか否かを判別する。この被毒解消制御を実施する際の可否判別条件としては、例えば、内燃機関１の運転状態から決まる燃料消費量により吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａの酸化物（ＳＯx被毒）量を硫黄堆積量制御マップに基づき推定し、この推定ＳＯx被毒量が所定値を越えた場合、等の条件を例示できる。
【０１１０】
被毒解消制御では、ＳＯx被毒を解消（ＳＯx被毒量＝０）すべく被毒解消処理を実施する。例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＳＯx被毒を解消する方法としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａの雰囲気温度をおよそ５００°Ｃ〜７００°Ｃの高温域まで昇温させるとともに、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすることにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）をＳＯ3-やＳＯ4-に熱分解し、次いでＳＯ3-やＳＯ4-を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ2-に還元する方法を例示することができる。
【０１１１】
そこで、本実施の形態に係る被毒解消制御では、ＣＰＵ３５１は、先ず吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａの床温を高める触媒昇温制御を実行した上で、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするようにした。
【０１１２】
また、触媒昇温制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、各気筒２の膨張行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料をポスト噴射させるとともに燃料噴射弁２８から排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分を吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａにおいて酸化させ、酸化の際に発生する熱によって吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａの床温を高めるようにしてもよい。
【０１１３】
但し、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａが過剰に昇温すると、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａの熱劣化が誘発される可能性があるため、排気温度センサ２４の出力信号値に基づいてポスト噴射燃料量及び添加燃料量がフィードバック制御されるようにすることが好ましい。
【０１１４】
［触媒劣化（熱劣化）状態判断手段］
次に、この実施の形態における排気浄化装置のＮＯx 触媒２０ａの触媒劣化（熱劣化）状態判断手段について説明する。
まず、触媒劣化（吸蔵材硫黄被毒劣化や熱劣化等）の状態を、図４に示す、ＳＯx被毒解消の実施回数（再生回数）Ｎｓと触媒劣化の度合いを求めた一実験結果をグラフに基づき説明する。
【０１１５】
実験は、図４に示すように、硫黄が５０ppm含まれる燃料を使用し、約２００km走行毎にＳＯx被毒解消処理を行いつつ約８万km走行した。走行後のＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を実験により求め、新品のＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力と比較し、触媒劣化の度合い（％）を求めた。なお、トータル劣化（吸蔵材硫黄被毒劣化や熱劣化を含む）の度合いの傾きは、再生回数が１０００回を越えても継続すると考えられる。また、ＳＯx被毒の再生回数ＮｓはバックアップＲＡＭ３５４の所定領域へ記憶され、ＳＯx被毒解消が実施される毎に記憶された回数に「１」が加算される。
【０１１６】
また、かかるトータル劣化度合い（％）は、ＮＯx吸蔵能力低下の度合いとほぼ同じであると考えられる。そこで、第１の実施の形態では、添加量補正制御マップは、トータル劣化度合い（割合）と補正（増量）係数を対応して記憶したマップであり、この補正係数はトータル劣化度合い（割合）に応じて実験的に求めた添加量の増量分を示すものである。また、添加間隔補正制御マップも、トータル劣化度合い（割合）と補正（短縮）係数を対応して記憶したマップであり、この補正係数はトータル劣化度合い（割合）に応じて実験的に求めた添加間隔の短縮分を示すものである。
【０１１７】
したがって、ＳＯx被毒の再生回数Ｎｓが分かれば、ＲＯＭ３５２に記憶されている添加量補正制御マップあるいは添加間隔補正制御マップのいずれかによりＮＯx 触媒２０ａの劣化の度合いに応じた補正係数を読み出し、ＮＯx 浄化制御の実行条件（燃料添加量あるいは燃料添加間隔）を変えることでＮＯx 吸収能力の低下防ぎ、触媒浄化率の向上が可能となる。また、このようにして求められた触媒劣化度合に基づいて、ＮＯx 触媒２０ａの交換時期を警告装置（図示省略）に表示させＮＯx 触媒２０ａの交換を使用者に促すことができる。
【０１１８】
次に、第１の実施の形態の排気浄化装置における被毒解消処理及び劣化度合いに応じた触媒浄化率向上処理を、図５の処理の流れ図に基づき説明する。
処理をスタートさせると、ＣＰＵ３５１は、硫黄被毒再生回数Ｎｓを「０」とする（Ｎｓ＝０；ステップ１０１）。
【０１１９】
次に、ＣＰＵ３５１は、運転状態に応じて被毒解消処理間隔制御マップが示す目標被毒解消処理間隔を求めると共に、エンジン回転数、負荷等内燃機関１の運転状態から燃料消費量や硫黄堆積量を推定する（ステップ１０２）。
【０１２０】
ＣＰＵ３５１は、推定した硫黄堆積量が所定の判断基準堆積量（例えば、0.15g）を越えているかどうか判断し（ステップ１０３）、 硫黄堆積量が被毒解消処理の可否判別条件の堆積量である0.15gを越えていれば（硫黄堆積量≧0.15g：ステップ１０３；ＹＥＳ）、ステップ１０４に進み、一方、硫黄堆積量が0.15gを越えていなければ（硫黄堆積量＜0.15g：ステップ１０３；Ｎｏ）、ステップ１０４をパスしにステップ１０５に進む。
【０１２１】
ステップ１０４において、ＣＰＵ３５１は前記目標被毒解消処理間隔で硫黄被毒再生処理（被毒解消処理）を行う。すなわち、ＣＰＵ３５１は、触媒昇温制御を行い、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａの床温を５００°Ｃ〜７００°Ｃ程度の高温域まで上昇させ、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすべく燃料噴射弁２８から燃料を噴射させる。
【０１２２】
尚、燃料噴射弁２８から過剰な燃料が噴射されると、それらの燃料が吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａで急激に燃焼して吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａが過熱し、或いは燃料噴射弁２８から噴射された過剰な燃料によって吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａが不要に冷却される虞があるため、ＣＰＵ３５１は、空燃比センサ２３の出力信号に基づいて燃料噴射弁２８からの燃料噴射量をフィードバック制御するようにすることが好ましい。
【０１２３】
このように被毒解消制御が実行されると、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａの床温が高い状況下で、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となるため、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）がＳＯ3-やＳＯ4-に熱分解され、それらＳＯ3-やＳＯ4-が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して気体状のＳＯ2-に還元されになり、以て吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａのＳＯx被毒が解消（硫黄堆積量＝０）されることになる。
【０１２４】
硫黄被毒再生処理を行うと、ＣＰＵ３５１は硫黄被毒再生回数Ｎｓをインクリメントする（Ｎｓ＝Ｎｓ＋１）。
【０１２５】
次に、ＣＰＵ３５１は、運転状態に応じて燃料添加間隔制御マップが示す目標添加間隔を求めると共に、添加間隔補正制御マップより再生回数Ｎｓに応じた補正係数を求め、補正係数に基づき前記目標添加間隔を補正し添加間隔を算出する（ステップ１０５）。なお、算出された添加間隔は、前記目標添加間隔より短いものとなる。
【０１２６】
そして、ＣＰＵ３５１は、算出された添加間隔に基づいて燃料添加によるＮＯx 浄化処理（ＮＯx 還元）を行う（ステップ１０６）。すなわち、ＣＰＵ３５１が算出した短めの添加間隔でリッチスパイク制御を実行することにより、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とする頻度を多くすることでＮＯx 触媒の劣化分を補い、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元するＮＯx 浄化率を向上させる。
【０１２７】
ステップ１０６の処理が終了すると、ＣＰＵ３５１は、ステップ１０２へ飛び、ステップ１０２以降の処理を繰り返す。
【０１２８】
なお、上記ＮＯx 浄化処理のステップ１０５およびステップ１０６において、燃料添加量は変えずに硫黄被毒再生回数Ｎｓに応じて燃料添加間隔（インターバル）を短くすることで触媒浄化率を向上させたが、燃料添加量を多くしてリッチスパイクを深くすることも考えられる。
【０１２９】
すなわち、ＣＰＵ３５１は、ステップ１０５で、運転状態に応じて燃料添加量制御マップが示す目標添加量を求めると共に、添加量補正制御マップより再生回数Ｎｓに応じた補正係数を求め、補正係数に基づき前記目標添加量に補正して添加量を算出する。なお、算出された添加量は、前記目標添加量より多いものとなる。
【０１３０】
そして、ＣＰＵ３５１は、ステップ１０６において、算出された添加量に基づいて燃料添加によるＮＯx 浄化処理（ＮＯx 還元）を行う。すなわち、ＣＰＵ３５１が算出した多めの添加量でリッチスパイク制御を実行することにより、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに流入する排気の空燃比を目標リッチ空燃比よりリッチ状態とすることでＮＯx 触媒の劣化分を補い、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元するＮＯx 浄化率を向上させる。
【０１３１】
また、上記ＮＯx 浄化処理のステップ１０５およびステップ１０６において、硫黄被毒再生回数Ｎｓに応じて燃料添加量の増量と燃料添加間隔（インターバル）の短縮を併合することでＮＯx 触媒２０ａの劣化分を補い、ＮＯx 浄化率を向上させる構成を例示することができる。
【０１３２】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置を説明する。なお、第１の実施形態と第２の実施の形態との違いは、リッチスパイク制御を実施する際の可否判別条件のみである。
【０１３３】
すなわち、第１の実施の形態で述べたようにリッチスパイク制御の可否判別条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａが活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒解消制御が実行されていない、等である。そして、ＮＯx触媒２０ａを高温条件下でリッチスパイク制御を行うと酸化により更に高熱が発生し被毒解消処理が実行されてしまい、熱劣化が生じてしまう。そこで、新品のＮＯx触媒２０ａの場合、最適な活性温度の上限値を250°Ｃ程度に予め設定してリッチスパイク制御を実施する際の可否判別条件にしている。
【０１３４】
ところで、ＮＯx 触媒２０ａが劣化すると、ＮＯx 触媒２０ａの劣化分を補うためにＮＯx触媒２０ａの活性温度を暫時上昇させる必要が生じる。そこで、第２の実施の形態は、ＮＯx 触媒２０ａの劣化状態の判断に応じて活性温度の上限値を暫時上昇させる制御手段を設けて、第１の実施の形態を更に発展させたものである。
【０１３５】
第２の実施の形態では、ＲＯＭ３５２内に被毒解消回数と活性温度の上限値の予測値との関係を示す予測上限値制御マップを記憶している。この予測上限値制御マップは、被毒解消回数Ｎｓが0〜500回の間は回数に応じて活性温度の上限値を250°Ｃ〜270°Ｃへと暫時上昇させる値が記憶され、被毒解消回数Ｎｓが500〜1000回の間は270°Ｃ〜300°Ｃへと暫時上昇させる値が記憶されている。
【０１３６】
そして、第２の実施の形態では、図５に示すステップ１０６の処理において、ＣＰＵ３５１が、予測上限値制御マップから被毒解消回数Ｎｓに応じた活性温度の予測上限値を読み出す。そして、この活性温度の予測上限値をリッチスパイク制御を実施する際の可否判別条件とする。
【０１３７】
従って、ＣＰＵ３５１は、リッチスパイク制御の可否判断をする際に、読み出した活性温度の予測上限値と排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）とを比較する。そして、リッチスパイク制御を実施する際の可否判別条件が満たされている場合、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく流量調整弁３０を制御（燃料添加制御）する。このように、第２の実施の形態によれば、触媒浄化率向上手段がＮＯx 触媒２０ａの劣化状態の判断に応じて活性温度の上限値を暫時上昇させる制御手段を有することで、ＮＯx 吸収能力の低下を防ぎ、触媒浄化率の向上を図ることができる。
【０１３８】
［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置を説明する。なお、第１の実施形態及び第２の実施の形態と、第３の実施の形態との違いは、ＮＯx 触媒２０ａの劣化状態に応じ床温値を暫時上昇させる触媒昇温制御手段を設けたことのみである。
【０１３９】
すなわち、第１の実施の形態及び第２の実施の形態で述べたように吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａが活性状態であることがリッチスパイク制御の可否判別条件の１つとなっている。しかし、ＮＯx 触媒２０ａが劣化すると、ＮＯx 触媒２０ａの劣化分を補うためにＮＯx触媒２０ａの活性温度を暫時上昇させる必要が生じる。そこで、第３の実施の形態は、ＮＯx 触媒２０ａの劣化状態に応じて床温値を暫時上昇させる触媒昇温制御手段を設けて、第１の実施の形態を更に発展させたものである。
【０１４０】
第３の実施の形態の触媒昇温制御手段では、ＲＯＭ３５２内に被毒解消回数とＮＯx 触媒２０ａの活性温度との関係を示す活性温度制御マップと、内燃機関１の運転状態と床温値との関係を示す床温値制御マップと、を記憶している。そして、ＣＰＵ３５１は、ＮＯx 触媒２０ａの活性温度を活性温度制御マップにより例えば、300°Ｃと読み取った場合、床温値制御マップに基づき床温値が300°Ｃとなるようにポスト噴射等の触媒昇温制御を実行する。例えば、各気筒２の膨張行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料をポスト噴射させるとともに燃料噴射弁２８から排気中へ燃料を添加させ目標空燃比を下げることにより、それらの未燃燃料成分を吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａにおいて酸化させ、酸化の際に発生する熱によって吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａの床温を300°Ｃまで高める。
【０１４１】
但し、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａが過剰に昇温すると、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａの熱劣化が誘発される可能性があるため、排気温度センサ２４の出力信号値に基づいてポスト噴射燃料量及び添加燃料量がフィードバック制御されるようにすることが好ましい。
【０１４２】
第３の実施の形態によれば、ＮＯx 触媒２０ａの劣化状態に応じて床温値を暫時上昇させる触媒昇温制御手段を設けることで、ＮＯx 触媒２０ａの劣化分を補うためにＮＯx触媒２０ａの活性温度を上昇させる制御を行い、ＮＯx 吸収能力の低下を防ぎ、触媒浄化率の向上を図ることができる。
【０１４３】
［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置を説明する。なお、第１の実施形態と第４の実施の形態との違いは、ＮＯx 触媒２０ａの劣化状態に応じて被毒解消間隔を短くしたことのみである。
【０１４４】
すなわち、第１の実施の形態で述べたように被毒解消制御は、運転状態が同じであれば、被毒解消処理間隔制御マップに記憶された被毒解消処理間隔毎に行われる。しかし、図６に示すように、被毒解消処理を１回実施した場合を考えると、硫黄堆積量が完全に「硫黄堆積量＝０」となる訳ではなく、極僅かであるが硫黄が残留し、再生回数を重ねる毎に残留分、ＮＯx 触媒２０ａの劣化度合いが上昇する。図６では、１回目の劣化度合いｍ1＜２回目の劣化度合いｍ2＜３回目の劣化度合いｍ3＜・・というように劣化度合いが上昇する。そして、ＮＯx 触媒２０ａが劣化すると、ＮＯx 触媒２０ａの劣化分を補うために被毒解消処理間隔を短くする必要が生じる。そこで、第４の実施の形態は、ＮＯx 触媒２０ａの劣化状態に応じて被毒解消処理間隔を短くする制御手段を設けて、第１の実施の形態を更に発展させたものである。
【０１４５】
第４の実施の形態の触媒浄化向上手段では、ＲＯＭ３５２が被毒回数と被毒解消処理間隔の補正（短縮）係数との関係を示す処理間隔補正制御マップを記憶している。そして、ＣＰＵ３５１は、図５のステップ１０２において、運転状態に応じて被毒解消処理間隔制御マップが示す目標被毒解消処理間隔を求めると共に、処理間隔補正制御マップより再生回数Ｎｓに応じた補正係数を求め、補正係数に基づき前記目標被毒解消処理間隔を補正し処理間隔を算出する。なお、算出された処理間隔は、前記目標被毒解消処理間隔より短いものとなる。
【０１４６】
そして、ＣＰＵ３５１は、図５のステップ１０４において、算出された処理間隔に基づいて硫黄被毒再生処理（被毒解消処理）を行う。すなわち、ＣＰＵ３５１が算出した短めの処理間隔で被毒解消制御を実施することにより、頻度でＮＯx 触媒に残留した硫黄分を解消し、結果として吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元するＮＯx 浄化率を向上させる。
【０１４７】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯx触媒の劣化の度合いを判断し、劣化状態に応じてＮＯx 浄化処理の実行条件あるいは被毒解消処理の実行条件を変えるように構成したので、ＮＯx 触媒の劣化分を補うことでＮＯx 吸収能力の低下を防ぎ、触媒浄化率の向上を図ることができる。
【０１４８】
この結果、ＮＯx触媒劣化によるＮＯx浄化率の低下に起因した排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】図２（Ａ）は吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収メカニズムを説明する図であり、図２（Ｂ）は吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx放出メカニズムを説明する図である。
【図３】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】実験により求めた被毒解消処理回数と触媒劣化の関係を示す図である。
【図５】被毒解消処理及び劣化度合いに応じた触媒浄化率向上処理の流れ図である。
【図６】被毒解消処理回数と共に触媒劣化が進行する状態を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０ａ・・・吸蔵還元型ＮＯx触媒
２０ｂ・・・酸化触媒
２１・・・排気絞り弁
２３・・・空燃比センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
２８・・・燃料噴射弁
２９・・・燃料供給路
３０・・・流量調整弁
３１・・・遮断弁
３２・・・燃料圧力センサ
３３・・・クランクポジションセンサ
３４・・・水温センサ
３５・・・ＥＣＵ
３５１・・ＣＰＵ
３５２・・ＲＯＭ
３５３・・ＲＡＭ
３５４・・バックアップＲＡＭ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する技術に関し、特に、排気中の窒素酸化物を浄化する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気（所謂、リーン空燃比の混合気）を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・ガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する技術が望まれている。
【０００３】
このような要求に対し、内燃機関の排気系にリーンＮＯx触媒を配置する技術が提案されている。リーンＮＯx触媒の一つとして、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ窒素（Ｎ2）に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒が知られている。
【０００４】
吸蔵還元型ＮＯx触媒が内燃機関の排気系に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収され、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出されつつ窒素（Ｎ2）に還元される。
【０００５】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力には限りがあるため、内燃機関が長期にわたって希薄燃焼運転されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒によって除去されることなく大気中に放出されることになる。このため、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させるＮＯx 浄化処理を施す必要がある。
【０００６】
このＮＯx 浄化処理を希薄燃焼式内燃機関に適用する場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和する前に該吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を低下させる、所謂リッチスパイク制御を実行し、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる。
【０００７】
リッチスパイク制御の具体的な方法としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流を流れる排気中に還元剤たる燃料を添加する方法を例示することができる。
【０００８】
一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯx）もＮＯxと同じメカニズムで吸収される。この吸収されたＳＯxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するためＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯx触媒内に蓄積される。これをＳＯx被毒といい、ＳＯx被毒が進行してＮＯｘ触媒内のＳＯx蓄積量が増大すると、ＮＯx触媒のＮＯx吸収量が減少するため、ＮＯx浄化率が低下する。このため、適宜の時期にＳＯx被毒から回復させる被毒解消処理を施す必要がある。この被毒解消処理は、ＮＯx触媒を高温（例えば６００ないし７００℃程度）にしつつ理論空燃比あるいはリッチ空燃比の排気をＮＯx触媒に流して行わなくてはならない。
【０００９】
しかし、ＳＯx被毒を解消するためにＮＯx触媒を高温状態にすると、この高温がＮＯx触媒の熱劣化を誘発しＮＯx還元能力の低下の原因となる。
【００１０】
ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化について説明すると、ＮＯx触媒におけるＮＯxの吸収は白金Ｐｔ（触媒物質）とカリウムＫ（ＮＯx吸収剤）との界面において行われるが、Ｐｔは熱によってシンタリングを起こし、成長して粒径が大きくなることが知られている。車両用内燃機関から排出される排気の浄化においては、ＮＯx 触媒に加わる熱負荷が大きく、白金Ｐｔのシンタリングを避けることはできない。このように白金Ｐｔがシンタリングを起こすと、白金ＰｔとカリウムＫの接触面積が少なくなり、即ち、白金ＰｔとカリウムＫの界面が少なくなる。この結果、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が低下し、ＮＯx浄化能力が低下する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ＳＯx被毒解消処理については、特許第２７４５９８５号の特許公報等に開示されているように、所定の解消処理を施すことによって、ＮＯx触媒に吸収されているＳＯxを放出させＳＯ2に還元することができるので、ＮＯx触媒をＳＯx被毒から解消させることが可能である。
【００１２】
これに対して、一度シンタリングを起こしたＰｔをシンタリングする前の状態に戻すことは不可能であり、したがって、ＮＯx 触媒を熱劣化から回復することはできない。そのため、ＮＯx触媒を管理する上で、ＮＯx触媒の熱劣化の状態を把握することは重要である。また、ＮＯx触媒の熱劣化の状態を把握した上で現在の熱劣化状態に応じてＮＯx触媒の浄化率を向上させることも重要である。
【００１３】
しかしながら、現在のところ熱劣化の状態を検出する技術は確立されておらず、熱劣化の状態に応じてＮＯx触媒の浄化率を向上させる技術も確立されていないので、熱劣化の状態を検出する技術やＮＯx触媒の浄化率を向上させる技術の開発が切望されている。
【００１４】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ＮＯx触媒の劣化状態を把握する技術を確立し、現在のＮＯx触媒の劣化状態に応じてＮＯx触媒の浄化率を向上させる内燃機関の排気浄化装置を提供することを技術的課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気の空燃比が高いときは排気中の窒素酸化物を吸収し、排気の空燃比が低いときは吸収していた窒素酸化物を放出しつつ還元するＮＯx触媒と、前記ＮＯx触媒に吸収された窒素酸化物を放出及び還元すべくＮＯx浄化処理を実行するＮＯx浄化制御手段と、前記ＮＯx触媒の酸化物による被毒を解消すべく被毒解消処理を実行する被毒解消制御手段と、前記被毒解消制御手段の実行により生じる前記ＮＯx 触媒の劣化状態を判断する触媒劣化状態判断手段と、前記ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて前記ＮＯx浄化処理の実行条件あるいは前記被毒解消制御手段の実行条件を変えて窒素酸化物の放出及び還元を活性化させ前記ＮＯx浄化処理の浄化率を向上させる触媒浄化率向上手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関が希薄燃焼運転されているときは、排気の空燃比（あるいは、酸素濃度）が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物がＮＯx触媒に吸収される。そして、ＮＯx触媒に吸収された窒素酸化物を放出及び還元させる必要が生じると、ＮＯx浄化制御手段が、例えば、リッチスパイク制御等を実行し、還元剤等を用いてＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物を放出させＮＯ2に還元させる。
【００１７】
また、ＮＯx 触媒の酸化物による被毒を解消する必要が生じると、被毒解消制御手段が、例えば、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比まで低下させ、ＮＯx触媒の雰囲気温度を昇温させてＮＯx触媒に吸蔵されている酸化物を放出させる。なお、被毒解消処理の必要性は、運転状態に応じて燃料消費量や硫黄堆積量を推定し、推定した硫黄堆積量が所定堆積量（例えば、0.15g）を越えているかどうかで判断する。
【００１８】
次に、触媒劣化状態判断手段では、例えば、被毒解消処理を行った実行回数から実験データに基づき触媒の劣化状態を判断する。なお、劣化状態によっては、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が低下し、ＮＯx 触媒の浄化能力が低下する。そこで、触媒浄化率向上手段では、劣化状態（ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力の低下）に応じてＮＯx浄化制御の実行条件を変更してＮＯx 触媒の浄化率を向上させる。
【００１９】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の前記ＮＯx浄化制御手段は、前記ＮＯx触媒よりも上流の排気通路に還元剤としての燃料を所定間隔で添加する燃料添加剤供給手段を有しており、前記触媒浄化率向上手段は、前記ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて前記燃料添加から次回の燃料添加までの燃料添加間隔を短くするように前記ＮＯx浄化処理の実行条件を変更する構成にしてもよい。すなわち、劣化状態に応じて燃料添加間隔を短くする制御を行い、ＮＯx触媒の劣化分を頻度で補うことでＮＯx吸収能力の低下を防ぎ、触媒浄化率の向上を図る。
【００２０】
更に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の前記触媒浄化率向上手段は、前記ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて前記燃料添加剤供給手段が行う１回の燃料添加量を増加するようにＮＯx浄化処理の実行条件を変更する構成にしてもよい。すなわち、劣化状態に応じて燃料添加量を増量させる制御を行い、ＮＯx触媒の劣化分をリッチスパイクの深さで補うことでＮＯx吸収能力の低下を防ぎ、触媒浄化率の向上を図る。
【００２１】
更にまた、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の前記ＮＯx浄化制御手段は、前記ＮＯx 触媒の床温値に基づき前記燃料添加の可否を判断する可否判断手段を有し、前記触媒浄化率向上手段は前記ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて前記床温値の予測値を算出する触媒床温算出手段を有しており、前記触媒浄化率向上手段が前記床温値の予測値に基づき前記可否判断手段の前記床温値を変更するように構成してもよい。すなわち、可否判断手段がＮＯx浄化制御開始の条件とする床温値を、ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて適正となるように変更することで、ＮＯx 触媒の適正な床温値でＮＯx 排気浄化装置処理をＮＯx 吸収能力の低下を防ぎ、触媒浄化率の向上を図る。
【００２２】
更にまた、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の前記触媒浄化率向上手段が、前記ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて前記被毒解消処理から次回の被毒解消処理までの被毒解消処理間隔を短くするように被毒解消処理の実行条件を変更する構成にしてもよい。すなわち、劣化状態（ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力の低下）に応じて被毒解消処理間隔（インターバル）を短くする制御を行い、ＮＯx触媒の劣化分を被毒解消処理の頻度で補うことで触媒浄化率の向上を図る。
【００２３】
更にまた、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の前記触媒浄化率向上手段は前記ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて前記ＮＯx 触媒へ入る排気温度を上昇させる床温制御手段を有するように構成してもよい。すなわち、ＮＯx 触媒の劣化度合いがかなり進み、ＮＯx 触媒の活性温度が300°Ｃを越えるような場合、ＮＯx 触媒の床温を高めた上でＮＯx 浄化処理を行わねばならない。そこで、ＮＯx 触媒の劣化状態（ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力の低下）に応じてポスト噴射等により排気温度を上昇させる制御を行い、ＮＯx 触媒を劣化度合いに応じた活性温度にすることで、ＮＯx 吸収能力の低下を防ぎ、触媒浄化率の向上を図る。
【００２４】
このように熱劣化を抑制することにより、ＮＯx触媒のＮＯx浄化処理能力を向上させることができる。
【００２５】
なお、この触媒の劣化には熱劣化の他に、ＳＯx被毒が完全に解消されないで蓄積されたＳＯx被毒劣化や、その他の被毒劣化も含まれる。
【００２６】
本発明において、希薄燃焼式の内燃機関としては、筒内直接噴射方式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る排気浄化装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。なお、図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４ストローク・サイクル・ディーゼル機関である。
【００２８】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。このコモンレール４には、コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。
【００２９】
この燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６が内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００３０】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００３１】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００３２】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、この吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続されている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気管９には、該吸気管９内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１と、該吸気管９内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１２とが取り付けられている。
【００３３】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステッパモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００３４】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。
【００３５】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１０に流入した吸気は、該エアクリーナボックス１０内の図示しないエアクリーナによって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００３６】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３７】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が図示しない排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００３８】
前記排気管１９の途中には、排気中の有害ガス成分を浄化するための排気浄化触媒２０ａ，２０ｂが配置されている。排気浄化触媒２０ａより下流の排気管１９には、該排気管１９内を流れる排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３と、該排気管１９内を流れる排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４とが取り付けられている。また、空燃比センサ２３及び排気温度センサ２４より下流の排気管１９には、排気浄化触媒２０ｂが配置されている。
【００３９】
更に、排気浄化触媒２０ｂより下流の排気管１９には、該排気管１９内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁２１が設けられている。この排気絞り弁２１には、ステッパモータ等で構成されて該排気絞り弁２１を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ２２が取り付けられている。
【００４０】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００４１】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介して排気浄化触媒２０ａ，２０ｂへ流入し、排気中の有害ガス成分が除去又は浄化される。排気浄化触媒２０ａ，２０ｂにて有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁２１によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。
【００４２】
また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流れる排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５を介して連通されている。このＥＧＲ通路２５の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２５内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を変更する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２６が設けられている。
【００４３】
前記ＥＧＲ通路２５においてＥＧＲ弁２６より上流の部位には、該ＥＧＲ通路２５内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。
【００４４】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導通状態となり、排気枝管１８内を流れる排気の一部が前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て吸気枝管８へ導かれる。その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流れるＥＧＲガスと所定の冷媒との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却されることになる。
【００４５】
ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００４６】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００４７】
更に、ＥＧＲクーラ２７においてＥＧＲガスが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することもない。
【００４８】
次に、本実施の形態に係る排気浄化触媒２０ａ，２０ｂについて具体的に説明する。
排気浄化触媒２０ａは、還元剤の存在下で排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するＮＯx触媒である。このようなＮＯx触媒としては、選択還元型ＮＯx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒等を例示することができるが、ここでは吸蔵還元型ＮＯx触媒を例に挙げて説明する（以下、排気浄化触媒２０ａを吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａと称する）。また、排気浄化触媒２０ｂは、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａで浄化することができなかった炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を下流で酸化し浄化する酸化触媒であり、三元触媒を例示することができる（以下、排気浄化触媒２０ｂを酸化触媒２０ｂと称する）。
【００４９】
吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａを更に詳しく説明すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａは、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、この実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒を例に挙げて説明する。
【００５０】
このように構成された吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａは、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収する。一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａは、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａは、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａから放出された窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることができる。
【００５１】
尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸放出作用については明らかにされていない部分もあるが、おおよそ以下のようなメカニズムによって行われていると考えられる。
先ず、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａでは、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比がリーン空燃比となって排気中の酸素濃度が高まると、図２（Ａ）に示されるように、排気中の酸素（Ｏ2）がＯ2 -またはＯ2-の形で白金（Ｐｔ）の表面上に付着する。排気中の一酸化窒素（ＮＯ）は、白金（Ｐｔ）の表面上でＯ2 -またはＯ2-と反応して二酸化窒素（ＮＯ2）を形成する（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。二酸化窒素（ＮＯ2）は、白金（Ｐｔ）の表面上で更に酸化され、硝酸イオン（ＮＯ3-）の形で吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収される。尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収された硝酸イオン（ＮＯ3-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）を形成する。
【００５２】
このように吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が硝酸イオン（ＮＯ3-）として吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収される。
【００５３】
上記したようなＮＯx吸収作用は、流入排気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸収能力が飽和しない限り継続される。従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸収能力が飽和しない限り、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収され、排気中から窒素酸化物（ＮＯx）が除去されることになる。
【００５４】
これに対して、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａでは、該吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の酸素濃度が低下すると、白金（Ｐｔ）の表面上において二酸化窒素（ＮＯ2）の生成量が減少するため、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合していた硝酸イオン（ＮＯ3-）が逆に二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）となって吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａから離脱する。
【００５５】
その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、それらの還元成分が白金（Ｐｔ）上の酸素（Ｏ2-またはＯ2-）と部分的に反応して活性種を形成する。この活性種は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａから放出された二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることになる。
【００５６】
従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となって排気中の酸素濃度が低下するとともに燃料の濃度が高まると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出及び還元され、以て吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸収能力が再生されることになる。
【００５７】
ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａにて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【００５８】
特に、内燃機関１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸収能力が飽和し易い。
【００５９】
従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸収能力が飽和する前に吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに燃料の濃度を高め、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元（いわゆる「ＮＯx 浄化処理」）させる必要がある。
【００６０】
［燃料添加剤供給手段］
そこで、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａより上流の排気通路を流れる排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する燃料添加剤供給手段を備え、この燃料添加剤供給手段から排気中へ燃料を添加することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに燃料の濃度を高めるようにした。
【００６１】
燃料添加剤供給手段は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むよう内燃機関１のシリンダヘッドに取り付けられ、所定の開弁圧以上の燃料が印加されたときに開弁して燃料を噴射する燃料噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記燃料噴射弁２８へ導く燃料供給路２９と、この燃料供給路２９の途中に設けられ該燃料供給通路２９内を流れる燃料の流量を調整する流量調整弁３０と、この流量調整弁３０より上流の燃料供給路２９に設けられて該燃料供給路２９内の燃料の流れを遮断する遮断弁３１と、前記流量調整弁３０より上流の燃料供給路２９に取り付けられ該燃料供給路２９内の圧力に対応した電気信号を出力する燃料圧力センサ３２と、を備えている。
【００６２】
尚、燃料噴射弁２８は、該燃料噴射弁２８の噴孔が排気枝管１８におけるＥＧＲ通路２５との接続部位より下流であって、排気枝管１８における４つの枝管の集合部に最も近い気筒２の排気ポートに突出するとともに、排気枝管１８の集合部へ向くようシリンダヘッドに取り付けられることが好ましい。
【００６３】
これは、燃料噴射弁２８から噴射された燃料（未燃の燃料成分）がＥＧＲ通路２５へ流入するのを防止するとともに、燃料が排気枝管１８内に滞ることなく遠心過給機のタービンハウジング１５ｂへ到達するようにするためである。
【００６４】
尚、図１に示す例では、内燃機関１の４つの気筒２のうち１番（＃１）気筒２が排気枝管１８の集合部と最も近い位置にあるため、１番（＃１）気筒２の排気ポートに燃料噴射弁２８が取り付けられているが、１番（＃１）気筒２以外の気筒２が排気枝管１８の集合部と最も近い位置にあるときは、その気筒２の排気ポートに燃料噴射弁２８が取り付けられるようにする。
【００６５】
また、前記燃料噴射弁２８は、シリンダヘッドに形成された図示しないウォータージャケットを貫通、あるいはウォータージャケットに近接して取り付けられるようにし、前記ウォータージャケットを流れる冷却水を利用して燃料噴射弁２８を冷却するようにしてもよい。
【００６６】
このような燃料添加剤供給手段では、流量調整弁３０が開弁されると、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が燃料供給路２９を介して燃料噴射弁２８へ印加される。そして、燃料噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧以上に達すると、該燃料噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００６７】
燃料噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された燃料は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気ととともにタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂ内に流入した排気と燃料とは、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に混合され、リッチ空燃比の排気を形成する。
【００６８】
このようにして形成されたリッチ空燃比の排気は、タービンハウジング１５ｂから排気管１９を介して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入し、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）を放出させつつ窒素（Ｎ2）に還元することになる。
【００６９】
その後、流量調整弁３０が閉弁されて燃料ポンプ６から燃料噴射弁２８への燃料の供給が遮断されると、燃料噴射弁２８に印加される燃料の圧力が前記開弁圧未満となり、その結果、燃料噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への燃料の添加が停止されることになる。
【００７０】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００７１】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、燃料圧力センサ３２、クランクポジションセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００７２】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、遮断弁３１等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００７３】
ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すように、双方向性バス３５０によって相互に接続された、ＣＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バックアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備えている。
【００７４】
前記入力ポート３５６は、クランクポジションセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００７５】
前記入力ポート３５６は、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気温度センサ２４、燃料圧力センサ３２、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６、等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサのＡ／Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００７６】
前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、遮断弁３１等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、流量調整弁３０、あるいは遮断弁３１へ送信する。
【００７７】
前記ＲＯＭ３５２は、燃料噴射弁３を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁２１を制御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制御するためのＥＧＲ制御ルーチン、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するためのＮＯx浄化制御ルーチン、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａの酸化物による被毒を解消するための被毒解消制御ルーチン、ＮＯx 触媒の劣化状態を判断するための触媒劣化状態判断制御ルーチン、ＮＯx 触媒の浄化率を向上させる触媒浄化率向上制御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【００７８】
前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気絞り弁２１の目標開度との関係を示す排気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と燃料（還元剤）の目標添加量（もしくは、排気の目標リッチ空燃比）との関係を示す燃料添加量制御マップ、内燃機関１の運転状態と燃料（還元剤）添加間隔との関係を示す燃料添加間隔制御マップ、内燃機関１の運転状態と硫黄堆積量との関係を示す硫黄堆積量制御マップ、内燃機関１の運転状態と被毒解消処理間隔との関係を示す被毒解消処理間隔制御マップ、被毒解消回数と燃料目標添加量の補正（増量）係数との関係を示す添加量補正制御マップ、被毒解消回数と燃料添加間隔の補正（短縮）係数との関係を示す添加間隔補正制御マップ、等である。
【００７９】
前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００８０】
前記バックアップＲＡＭ３５４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００８１】
前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御を実行し、燃料（還元剤）添加制御により結果としてＮＯx 浄化制御、被毒解消制御、触媒劣化状態判断制御、触媒浄化率向上制御を実行する。
【００８２】
［燃料噴射制御］
例えば、燃料噴射制御では、ＣＰＵ３５１は、先ず、燃料噴射弁３から噴射される燃料量を決定し、次いで燃料噴射弁３から燃料を噴射する時期を決定する。
燃料噴射量を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、燃料噴射量制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）を算出する。ＣＰＵ３５１は、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、水温センサ３４等の出力信号値等に基づいて前記基本燃料噴射時間を補正し、最終的な燃料噴射時間を決定する。
【００８３】
燃料噴射時期を決定する場合は、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射時期制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料噴射時期を算出する。ＣＰＵ３５１は、エアフローメータ１１、吸気温度センサ１２、水温センサ３４等の出力信号値をパラメータとして前記基本燃料噴射時期を補正し、最終的な燃料噴射時期を決定する。
【００８４】
燃料噴射時間と燃料噴射時期とが決定されると、ＣＰＵ３５１は、前記燃料噴射時期とクランクポジションセンサ３３の出力信号とを比較し、前記クランクポジションセンサ３３の出力信号が前記燃料噴射開始時期と一致した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始する。ＣＰＵ３５１は、燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始した時点からの経過時間が前記燃料噴射時間に達した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を停止する。
【００８５】
尚、燃料噴射制御において内燃機関１の運転状態がアイドル運転状態にある場合は、ＣＰＵ３５１は、水温センサ３４の出力信号値や、車室内用空調装置のコンプレッサのようにクランクシャフトの回転力を利用して作動する補機類の作動状態等をパラメータとして内燃機関１の目標アイドル回転数を算出する。そして、ＣＰＵ３５１は、実際のアイドル回転数が目標アイドル回転数と一致するよう燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００８６】
［吸気絞り制御］
また、吸気絞り制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数とアクセル開度とを読み出す。ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁開度制御マップへアクセスし、機関回転数及びアクセル開度に対応した目標吸気絞り弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標吸気絞り弁開度に対応した駆動電力を吸気絞り用アクチュエータ１４に印加する。その際、ＣＰＵ３５１は、吸気絞り弁１３の実際の開度を検出して、実際の吸気絞り弁１３の開度と目標吸気絞り弁開度との差分に基づいて前記吸気絞り用アクチュエータ１４をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００８７】
［排気絞り制御］
また、排気絞り制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、内燃機関１が冷間始動後の暖機運転状態にある場合や、車室内用ヒータが作動状態にある場合などに排気絞り弁２１を閉弁方向へ駆動すべく排気絞り用アクチュエータ２２を制御する。
この場合、内燃機関１の負荷が増大し、それに対応して燃料噴射量が増量されることなる。その結果、内燃機関１の発熱量が増加し、内燃機関１の暖機が促進されるとともに、車室内用ヒータの熱源が確保される。
【００８８】
［ＥＧＲ制御］
また、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、水温センサ３４の出力信号（冷却水温度）、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）等を読み出し、ＥＧＲ制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。
【００８９】
上記したＥＧＲ制御実行条件としては、冷却水温度が所定温度以上にある、内燃機関１が始動時から所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度の変化量が正値である等の条件を例示することができる。
【００９０】
上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していると判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、機関回転数とアクセル開度とをパラメータとしてＥＧＲ弁開度制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した目標ＥＧＲ弁開度を算出する。ＣＰＵ３５１は、前記目標ＥＧＲ弁開度に対応した駆動電力をＥＧＲ弁２６に印加する。一方、上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立していないと判定した場合は、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を全閉状態に保持すべく制御する。
【００９１】
更に、ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ３５１は、内燃機関１の吸入空気量をパラメータとしてＥＧＲ弁２６の開度をフィードバック制御する、いわゆるＥＧＲ弁フィードバック制御を行うようにしてもよい。
ＥＧＲ弁フィードバック制御では、例えば、ＣＰＵ３５１は、アクセル開度や機関回転数等をパラメータとして内燃機関１の目標吸入空気量を決定する。その際、アクセル開度と機関回転数と目標吸入空気量との関係を予めマップ化しておき、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから目標吸入空気量が算出されるようにしてもよい。
【００９２】
上記した手順により目標吸入空気量が決定されると、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されたエアフローメータ１１の出力信号値（実際の吸入空気量）を読み出し、実際の吸入空気量と目標吸入空気量とを比較する。
【００９３】
前記した実際の吸入空気量が前記目標吸入空気量より少ない場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量閉弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が減少し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が減少することになる。その結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが減少した分だけ増加する。
【００９４】
一方、実際の吸入空気量が目標吸入空気量より多い場合には、ＣＰＵ３５１は、ＥＧＲ弁２６を所定量開弁させる。この場合、ＥＧＲ通路２５から吸気枝管８へ流入するＥＧＲガス量が増加し、それに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が増加する。この結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが増加した分だけ減少することになる。
【００９５】
［ＮＯx浄化制御］
次に、ＮＯx浄化制御では、ＣＰＵ３５１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比を所定間隔でスパイク的（短時間）にリッチ空燃比とする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００９６】
リッチスパイク制御では、ＣＰＵ３５１は、ＲＯＭ３５２の燃料添加間隔制御マップへアクセスし、燃料添加間隔制御マップに記憶された燃料添加間隔毎にリッチスパイク制御を実施するか否かを判別する。このリッチスパイク制御を実施する際の可否判別条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａが活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒解消制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【００９７】
上記したリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく流量調整弁３０を制御（燃料添加制御）することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００９８】
具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサ２３の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００９９】
ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてＲＯＭ３５２の燃料添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標リッチ空燃比とする上で必要となる燃料の目標添加量（目標添加時間）を算出する。
【０１００】
目標添加量（目標添加時間）が算出されると、ＣＰＵ３５１は、燃料添加間隔と一致した時点で流量調整弁３０を開弁させる。この場合、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が燃料供給路２９を介して燃料噴射弁２８へ供給されるため、燃料噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧以上に達し、燃料噴射弁２８が開弁する。
【０１０１】
ＣＰＵ３５１は、流量調整弁３０を開弁させた時点から前記目標添加時間が経過すると、流量調整弁３０を閉弁させる。この場合、燃料ポンプ６から燃料噴射弁２８への燃料の供給が遮断されるため、燃料噴射弁２８に印加される燃料の圧力が開弁圧未満となり、燃料噴射弁２８が閉弁する。
【０１０２】
このように流量調整弁３０が目標添加時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が燃料噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、燃料噴射弁２８から噴射された燃料は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標リッチ空燃比の混合気を形成して吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する。
【０１０３】
この結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比は、燃料添加間隔毎に「リーン」と「スパイク的な目標リッチ空燃比」とを交互に繰り返すことになり、以て、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０が窒素酸化物（ＮＯx）の吸収と放出・還元とを交互に周期的に繰り返えされＮＯx 浄化制御が実行されることになる。
【０１０４】
［ＳＯx浄化制御］
ここで、内燃機関１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料が内燃機関１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）などの硫黄酸化物（ＳＯx）が生成される。ＳＯx浄化制御では、硫黄酸化物（ＳＯx）が、排気とともに吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入し、窒素酸化物（ＮＯx）と同様のメカニズムによって吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収される。
【０１０５】
具体的には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには、前述したＮＯx吸収メカニズムの説明で述べたように、酸素（Ｏ2）がＯ2 -又はＯ2-の形で白金（Ｐｔ）の表面に付着しているため、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）等の硫黄酸化物（ＳＯx）が白金（Ｐｔ）の表面上でＯ2 -又はＯ2-と反応してＳＯ3-やＳＯ4-となる。
【０１０６】
ＳＯ3-やＳＯ4-は、白金（Ｐｔ）の表面上で更に酸化され、硫酸イオン（ＳＯ4 2-）の形で吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に吸収される。尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ4）を形成する。
【０１０７】
このように吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気中の硫黄酸化物（ＳＯx）が硫酸イオン（ＳＯ4 2-）として吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収される。
【０１０８】
ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ4）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）に比して安定していて分解し難く、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となっても分解されずに吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａ内に残留してしまう。すなわち、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａにおける硫酸塩（ＢａＳＯ4）の量が増加すると、それに応じて窒素酸化物（ＮＯx）の吸収に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＮＯx吸収能力が低下する、いわゆるＳＯx被毒が発生する。
【０１０９】
［被毒解消制御］
そこで、ＣＰＵ３５１は、ＲＯＭ３５２の被毒解消処理間隔制御マップへアクセスし、被毒解消処理間隔制御マップに記憶された被毒解消処理間隔毎に被毒解消制御を実施するか否かを判別する。この被毒解消制御を実施する際の可否判別条件としては、例えば、内燃機関１の運転状態から決まる燃料消費量により吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａの酸化物（ＳＯx被毒）量を硫黄堆積量制御マップに基づき推定し、この推定ＳＯx被毒量が所定値を越えた場合、等の条件を例示できる。
【０１１０】
被毒解消制御では、ＳＯx被毒を解消（ＳＯx被毒量＝０）すべく被毒解消処理を実施する。例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａのＳＯx被毒を解消する方法としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａの雰囲気温度をおよそ５００°Ｃ〜７００°Ｃの高温域まで昇温させるとともに、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすることにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａに吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）をＳＯ3-やＳＯ4-に熱分解し、次いでＳＯ3-やＳＯ4-を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ2-に還元する方法を例示することができる。
【０１１１】
そこで、本実施の形態に係る被毒解消制御では、ＣＰＵ３５１は、先ず吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａの床温を高める触媒昇温制御を実行した上で、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするようにした。
【０１１２】
また、触媒昇温制御では、ＣＰＵ３５１は、例えば、各気筒２の膨張行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料をポスト噴射させるとともに燃料噴射弁２８から排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分を吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａにおいて酸化させ、酸化の際に発生する熱によって吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａの床温を高めるようにしてもよい。
【０１１３】
但し、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａが過剰に昇温すると、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａの熱劣化が誘発される可能性があるため、排気温度センサ２４の出力信号値に基づいてポスト噴射燃料量及び添加燃料量がフィードバック制御されるようにすることが好ましい。
【０１１４】
［触媒劣化（熱劣化）状態判断手段］
次に、この実施の形態における排気浄化装置のＮＯx 触媒２０ａの触媒劣化（熱劣化）状態判断手段について説明する。
まず、触媒劣化（吸蔵材硫黄被毒劣化や熱劣化等）の状態を、図４に示す、ＳＯx被毒解消の実施回数（再生回数）Ｎｓと触媒劣化の度合いを求めた一実験結果をグラフに基づき説明する。
【０１１５】
実験は、図４に示すように、硫黄が５０ppm含まれる燃料を使用し、約２００km走行毎にＳＯx被毒解消処理を行いつつ約８万km走行した。走行後のＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を実験により求め、新品のＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力と比較し、触媒劣化の度合い（％）を求めた。なお、トータル劣化（吸蔵材硫黄被毒劣化や熱劣化を含む）の度合いの傾きは、再生回数が１０００回を越えても継続すると考えられる。また、ＳＯx被毒の再生回数ＮｓはバックアップＲＡＭ３５４の所定領域へ記憶され、ＳＯx被毒解消が実施される毎に記憶された回数に「１」が加算される。
【０１１６】
また、かかるトータル劣化度合い（％）は、ＮＯx吸蔵能力低下の度合いとほぼ同じであると考えられる。そこで、第１の実施の形態では、添加量補正制御マップは、トータル劣化度合い（割合）と補正（増量）係数を対応して記憶したマップであり、この補正係数はトータル劣化度合い（割合）に応じて実験的に求めた添加量の増量分を示すものである。また、添加間隔補正制御マップも、トータル劣化度合い（割合）と補正（短縮）係数を対応して記憶したマップであり、この補正係数はトータル劣化度合い（割合）に応じて実験的に求めた添加間隔の短縮分を示すものである。
【０１１７】
したがって、ＳＯx被毒の再生回数Ｎｓが分かれば、ＲＯＭ３５２に記憶されている添加量補正制御マップあるいは添加間隔補正制御マップのいずれかによりＮＯx 触媒２０ａの劣化の度合いに応じた補正係数を読み出し、ＮＯx 浄化制御の実行条件（燃料添加量あるいは燃料添加間隔）を変えることでＮＯx 吸収能力の低下防ぎ、触媒浄化率の向上が可能となる。また、このようにして求められた触媒劣化度合に基づいて、ＮＯx 触媒２０ａの交換時期を警告装置（図示省略）に表示させＮＯx 触媒２０ａの交換を使用者に促すことができる。
【０１１８】
次に、第１の実施の形態の排気浄化装置における被毒解消処理及び劣化度合いに応じた触媒浄化率向上処理を、図５の処理の流れ図に基づき説明する。
処理をスタートさせると、ＣＰＵ３５１は、硫黄被毒再生回数Ｎｓを「０」とする（Ｎｓ＝０；ステップ１０１）。
【０１１９】
次に、ＣＰＵ３５１は、運転状態に応じて被毒解消処理間隔制御マップが示す目標被毒解消処理間隔を求めると共に、エンジン回転数、負荷等内燃機関１の運転状態から燃料消費量や硫黄堆積量を推定する（ステップ１０２）。
【０１２０】
ＣＰＵ３５１は、推定した硫黄堆積量が所定の判断基準堆積量（例えば、0.15g）を越えているかどうか判断し（ステップ１０３）、 硫黄堆積量が被毒解消処理の可否判別条件の堆積量である0.15gを越えていれば（硫黄堆積量≧0.15g：ステップ１０３；ＹＥＳ）、ステップ１０４に進み、一方、硫黄堆積量が0.15gを越えていなければ（硫黄堆積量＜0.15g：ステップ１０３；Ｎｏ）、ステップ１０４をパスしにステップ１０５に進む。
【０１２１】
ステップ１０４において、ＣＰＵ３５１は前記目標被毒解消処理間隔で硫黄被毒再生処理（被毒解消処理）を行う。すなわち、ＣＰＵ３５１は、触媒昇温制御を行い、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａの床温を５００°Ｃ〜７００°Ｃ程度の高温域まで上昇させ、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすべく燃料噴射弁２８から燃料を噴射させる。
【０１２２】
尚、燃料噴射弁２８から過剰な燃料が噴射されると、それらの燃料が吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａで急激に燃焼して吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａが過熱し、或いは燃料噴射弁２８から噴射された過剰な燃料によって吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａが不要に冷却される虞があるため、ＣＰＵ３５１は、空燃比センサ２３の出力信号に基づいて燃料噴射弁２８からの燃料噴射量をフィードバック制御するようにすることが好ましい。
【０１２３】
このように被毒解消制御が実行されると、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａの床温が高い状況下で、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となるため、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）がＳＯ3-やＳＯ4-に熱分解され、それらＳＯ3-やＳＯ4-が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して気体状のＳＯ2-に還元されになり、以て吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａのＳＯx被毒が解消（硫黄堆積量＝０）されることになる。
【０１２４】
硫黄被毒再生処理を行うと、ＣＰＵ３５１は硫黄被毒再生回数Ｎｓをインクリメントする（Ｎｓ＝Ｎｓ＋１）。
【０１２５】
次に、ＣＰＵ３５１は、運転状態に応じて燃料添加間隔制御マップが示す目標添加間隔を求めると共に、添加間隔補正制御マップより再生回数Ｎｓに応じた補正係数を求め、補正係数に基づき前記目標添加間隔を補正し添加間隔を算出する（ステップ１０５）。なお、算出された添加間隔は、前記目標添加間隔より短いものとなる。
【０１２６】
そして、ＣＰＵ３５１は、算出された添加間隔に基づいて燃料添加によるＮＯx 浄化処理（ＮＯx 還元）を行う（ステップ１０６）。すなわち、ＣＰＵ３５１が算出した短めの添加間隔でリッチスパイク制御を実行することにより、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とする頻度を多くすることでＮＯx 触媒の劣化分を補い、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元するＮＯx 浄化率を向上させる。
【０１２７】
ステップ１０６の処理が終了すると、ＣＰＵ３５１は、ステップ１０２へ飛び、ステップ１０２以降の処理を繰り返す。
【０１２８】
なお、上記ＮＯx 浄化処理のステップ１０５およびステップ１０６において、燃料添加量は変えずに硫黄被毒再生回数Ｎｓに応じて燃料添加間隔（インターバル）を短くすることで触媒浄化率を向上させたが、燃料添加量を多くしてリッチスパイクを深くすることも考えられる。
【０１２９】
すなわち、ＣＰＵ３５１は、ステップ１０５で、運転状態に応じて燃料添加量制御マップが示す目標添加量を求めると共に、添加量補正制御マップより再生回数Ｎｓに応じた補正係数を求め、補正係数に基づき前記目標添加量に補正して添加量を算出する。なお、算出された添加量は、前記目標添加量より多いものとなる。
【０１３０】
そして、ＣＰＵ３５１は、ステップ１０６において、算出された添加量に基づいて燃料添加によるＮＯx 浄化処理（ＮＯx 還元）を行う。すなわち、ＣＰＵ３５１が算出した多めの添加量でリッチスパイク制御を実行することにより、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに流入する排気の空燃比を目標リッチ空燃比よりリッチ状態とすることでＮＯx 触媒の劣化分を補い、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元するＮＯx 浄化率を向上させる。
【０１３１】
また、上記ＮＯx 浄化処理のステップ１０５およびステップ１０６において、硫黄被毒再生回数Ｎｓに応じて燃料添加量の増量と燃料添加間隔（インターバル）の短縮を併合することでＮＯx 触媒２０ａの劣化分を補い、ＮＯx 浄化率を向上させる構成を例示することができる。
【０１３２】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置を説明する。なお、第１の実施形態と第２の実施の形態との違いは、リッチスパイク制御を実施する際の可否判別条件のみである。
【０１３３】
すなわち、第１の実施の形態で述べたようにリッチスパイク制御の可否判別条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａが活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒解消制御が実行されていない、等である。そして、ＮＯx触媒２０ａを高温条件下でリッチスパイク制御を行うと酸化により更に高熱が発生し被毒解消処理が実行されてしまい、熱劣化が生じてしまう。そこで、新品のＮＯx触媒２０ａの場合、最適な活性温度の上限値を250°Ｃ程度に予め設定してリッチスパイク制御を実施する際の可否判別条件にしている。
【０１３４】
ところで、ＮＯx 触媒２０ａが劣化すると、ＮＯx 触媒２０ａの劣化分を補うためにＮＯx触媒２０ａの活性温度を暫時上昇させる必要が生じる。そこで、第２の実施の形態は、ＮＯx 触媒２０ａの劣化状態の判断に応じて活性温度の上限値を暫時上昇させる制御手段を設けて、第１の実施の形態を更に発展させたものである。
【０１３５】
第２の実施の形態では、ＲＯＭ３５２内に被毒解消回数と活性温度の上限値の予測値との関係を示す予測上限値制御マップを記憶している。この予測上限値制御マップは、被毒解消回数Ｎｓが0〜500回の間は回数に応じて活性温度の上限値を250°Ｃ〜270°Ｃへと暫時上昇させる値が記憶され、被毒解消回数Ｎｓが500〜1000回の間は270°Ｃ〜300°Ｃへと暫時上昇させる値が記憶されている。
【０１３６】
そして、第２の実施の形態では、図５に示すステップ１０６の処理において、ＣＰＵ３５１が、予測上限値制御マップから被毒解消回数Ｎｓに応じた活性温度の予測上限値を読み出す。そして、この活性温度の予測上限値をリッチスパイク制御を実施する際の可否判別条件とする。
【０１３７】
従って、ＣＰＵ３５１は、リッチスパイク制御の可否判断をする際に、読み出した活性温度の予測上限値と排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）とを比較する。そして、リッチスパイク制御を実施する際の可否判別条件が満たされている場合、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく流量調整弁３０を制御（燃料添加制御）する。このように、第２の実施の形態によれば、触媒浄化率向上手段がＮＯx 触媒２０ａの劣化状態の判断に応じて活性温度の上限値を暫時上昇させる制御手段を有することで、ＮＯx 吸収能力の低下を防ぎ、触媒浄化率の向上を図ることができる。
【０１３８】
［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置を説明する。なお、第１の実施形態及び第２の実施の形態と、第３の実施の形態との違いは、ＮＯx 触媒２０ａの劣化状態に応じ床温値を暫時上昇させる触媒昇温制御手段を設けたことのみである。
【０１３９】
すなわち、第１の実施の形態及び第２の実施の形態で述べたように吸蔵還元型ＮＯx触媒２０ａが活性状態であることがリッチスパイク制御の可否判別条件の１つとなっている。しかし、ＮＯx 触媒２０ａが劣化すると、ＮＯx 触媒２０ａの劣化分を補うためにＮＯx触媒２０ａの活性温度を暫時上昇させる必要が生じる。そこで、第３の実施の形態は、ＮＯx 触媒２０ａの劣化状態に応じて床温値を暫時上昇させる触媒昇温制御手段を設けて、第１の実施の形態を更に発展させたものである。
【０１４０】
第３の実施の形態の触媒昇温制御手段では、ＲＯＭ３５２内に被毒解消回数とＮＯx 触媒２０ａの活性温度との関係を示す活性温度制御マップと、内燃機関１の運転状態と床温値との関係を示す床温値制御マップと、を記憶している。そして、ＣＰＵ３５１は、ＮＯx 触媒２０ａの活性温度を活性温度制御マップにより例えば、300°Ｃと読み取った場合、床温値制御マップに基づき床温値が300°Ｃとなるようにポスト噴射等の触媒昇温制御を実行する。例えば、各気筒２の膨張行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料をポスト噴射させるとともに燃料噴射弁２８から排気中へ燃料を添加させ目標空燃比を下げることにより、それらの未燃燃料成分を吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａにおいて酸化させ、酸化の際に発生する熱によって吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａの床温を300°Ｃまで高める。
【０１４１】
但し、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａが過剰に昇温すると、吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａの熱劣化が誘発される可能性があるため、排気温度センサ２４の出力信号値に基づいてポスト噴射燃料量及び添加燃料量がフィードバック制御されるようにすることが好ましい。
【０１４２】
第３の実施の形態によれば、ＮＯx 触媒２０ａの劣化状態に応じて床温値を暫時上昇させる触媒昇温制御手段を設けることで、ＮＯx 触媒２０ａの劣化分を補うためにＮＯx触媒２０ａの活性温度を上昇させる制御を行い、ＮＯx 吸収能力の低下を防ぎ、触媒浄化率の向上を図ることができる。
【０１４３】
［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置を説明する。なお、第１の実施形態と第４の実施の形態との違いは、ＮＯx 触媒２０ａの劣化状態に応じて被毒解消間隔を短くしたことのみである。
【０１４４】
すなわち、第１の実施の形態で述べたように被毒解消制御は、運転状態が同じであれば、被毒解消処理間隔制御マップに記憶された被毒解消処理間隔毎に行われる。しかし、図６に示すように、被毒解消処理を１回実施した場合を考えると、硫黄堆積量が完全に「硫黄堆積量＝０」となる訳ではなく、極僅かであるが硫黄が残留し、再生回数を重ねる毎に残留分、ＮＯx 触媒２０ａの劣化度合いが上昇する。図６では、１回目の劣化度合いｍ1＜２回目の劣化度合いｍ2＜３回目の劣化度合いｍ3＜・・というように劣化度合いが上昇する。そして、ＮＯx 触媒２０ａが劣化すると、ＮＯx 触媒２０ａの劣化分を補うために被毒解消処理間隔を短くする必要が生じる。そこで、第４の実施の形態は、ＮＯx 触媒２０ａの劣化状態に応じて被毒解消処理間隔を短くする制御手段を設けて、第１の実施の形態を更に発展させたものである。
【０１４５】
第４の実施の形態の触媒浄化向上手段では、ＲＯＭ３５２が被毒回数と被毒解消処理間隔の補正（短縮）係数との関係を示す処理間隔補正制御マップを記憶している。そして、ＣＰＵ３５１は、図５のステップ１０２において、運転状態に応じて被毒解消処理間隔制御マップが示す目標被毒解消処理間隔を求めると共に、処理間隔補正制御マップより再生回数Ｎｓに応じた補正係数を求め、補正係数に基づき前記目標被毒解消処理間隔を補正し処理間隔を算出する。なお、算出された処理間隔は、前記目標被毒解消処理間隔より短いものとなる。
【０１４６】
そして、ＣＰＵ３５１は、図５のステップ１０４において、算出された処理間隔に基づいて硫黄被毒再生処理（被毒解消処理）を行う。すなわち、ＣＰＵ３５１が算出した短めの処理間隔で被毒解消制御を実施することにより、頻度でＮＯx 触媒に残留した硫黄分を解消し、結果として吸蔵還元型ＮＯx 触媒２０ａに吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元するＮＯx 浄化率を向上させる。
【０１４７】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯx触媒の劣化の度合いを判断し、劣化状態に応じてＮＯx 浄化処理の実行条件あるいは被毒解消処理の実行条件を変えるように構成したので、ＮＯx 触媒の劣化分を補うことでＮＯx 吸収能力の低下を防ぎ、触媒浄化率の向上を図ることができる。
【０１４８】
この結果、ＮＯx触媒劣化によるＮＯx浄化率の低下に起因した排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】図２（Ａ）は吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収メカニズムを説明する図であり、図２（Ｂ）は吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx放出メカニズムを説明する図である。
【図３】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】実験により求めた被毒解消処理回数と触媒劣化の関係を示す図である。
【図５】被毒解消処理及び劣化度合いに応じた触媒浄化率向上処理の流れ図である。
【図６】被毒解消処理回数と共に触媒劣化が進行する状態を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０ａ・・・吸蔵還元型ＮＯx触媒
２０ｂ・・・酸化触媒
２１・・・排気絞り弁
２３・・・空燃比センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
２８・・・燃料噴射弁
２９・・・燃料供給路
３０・・・流量調整弁
３１・・・遮断弁
３２・・・燃料圧力センサ
３３・・・クランクポジションセンサ
３４・・・水温センサ
３５・・・ＥＣＵ
３５１・・ＣＰＵ
３５２・・ＲＯＭ
３５３・・ＲＡＭ
３５４・・バックアップＲＡＭ
Claims (4)
- 酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気の空燃比が高いときは排気中の窒素酸化物を吸収し、排気の空燃比が低いときは吸収していた窒素酸化物を放出しつつ還元するＮＯx触媒と、
前記ＮＯx触媒に吸収された窒素酸化物を放出及び還元すべくＮＯx浄化処理を実行するＮＯx浄化制御手段と、
前記ＮＯx触媒の酸化物による被毒を解消すべく被毒解消処理を実行する被毒解消制御手段と、
前記被毒解消制御手段の実行により生じる前記ＮＯx 触媒の劣化状態を判断する触媒劣化状態判断手段と、
前記ＮＯx 触媒の劣化状態に応じて前記ＮＯx浄化処理の実行条件あるいは前記被毒解消処理の実行条件を変えて窒素酸化物の放出及び還元を活性化させ前記ＮＯx浄化処理の浄化率を向上させる触媒浄化率向上手段と、を備え、
前記ＮＯ x 浄化制御手段は、前記ＮＯ x 触媒よりも上流の排気通路に還元剤としての燃料を所定間隔で添加する燃料添加剤供給手段を有しており、前記触媒浄化率向上手段は、前記ＮＯ x 触媒の劣化状態に応じて前記燃料添加から次回に燃料添加するまでの燃料添加間隔を短くするように前記ＮＯ x 浄化処理の実行条件を変更する内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯ x 浄化制御手段は、前記ＮＯ x 触媒の床温値に基づき前記燃料添加の可否を判断する可否判断手段を有し、前記触媒浄化率向上手段は前記ＮＯ x 触媒の劣化状態に応じて前記床温値の予測値を算出する触媒床温算出手段を有しており、前記触媒浄化率向上手段が前記床温値の予測値に基づき前記可否判断手段の前記床温値を変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記触媒浄化率向上手段は、前記ＮＯ x 触媒の劣化状態に応じて前記燃料添加剤供給手段が行う１回の燃料添加量を増量するように前記ＮＯ x 浄化処理の実行条件を変更する請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記触媒浄化率向上手段は、前記ＮＯ x 触媒の劣化状態に応じて前記ＮＯ x 触媒へ入る排気温度を上昇させる床温制御手段を有する請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気の空燃比が高いときは排気中の窒素酸化物を吸収し、排気の空燃比が低いときは吸収していた窒素酸化物を放出しつつ還元するＮＯ x 触媒と、
前記ＮＯ x 触媒に吸収された窒素酸化物を放出及び還元すべくＮＯ x 浄化処理を実行するＮＯ x 浄化制御手段と、
前記ＮＯ x 触媒の酸化物による被毒を解消すべく被毒解消処理を実行する被毒解消制御手段と、
前記被毒解消制御手段の実行により生じる前記ＮＯ x 触媒の劣化状態を判断する触媒劣化状態判断手段と、
前記ＮＯ x 触媒の劣化状態に応じて前記ＮＯ x 浄化処理の実行条件あるいは前記被毒解消処理の実行条件を変えて窒素酸化物の放出及び還元を活性化させ前記ＮＯ x 浄化処理の浄化率を向上させる触媒浄化率向上手段と、を備え、
前記触媒浄化率向上手段は、前記ＮＯ x 触媒の劣化状態に応じて前記ＮＯ x 触媒へ入る排気温度を上昇させる床温制御手段を有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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