JP3807090B2

JP3807090B2 - 希薄燃焼内燃機関

Info

Publication number: JP3807090B2
Application number: JP09345698A
Authority: JP
Inventors: 公二郎岡田; 隆堂ヶ原; 保樹田村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2018-04-06
Also published as: JPH11294149A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸蔵型ＮＯ_X触媒をそなえ希薄燃焼可能な内燃機関に関し、特に、かかる吸蔵型ＮＯ_X触媒の劣化を検出することができる、希薄燃焼内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、排ガス中の酸素が過剰になる酸素過剰雰囲気でもＮＯ_Xが浄化できるＮＯ_X触媒が開発されており、希薄燃焼内燃機関においては、このＮＯ_X触媒を設けることで希薄燃焼時のＮＯ_Xを浄化するようにしている。
このＮＯ_X触媒としては、ＮＯ_Xを触媒上に吸蔵させることにより排ガス中のＮＯ_Xを浄化する吸蔵型ＮＯ_X触媒（トラップ型ＮＯ_X触媒）が開発されている。この吸蔵型ＮＯ_X触媒は、酸化雰囲気、即ち、酸素濃度過剰雰囲気では、排ガス中のＮＯを酸化させて硝酸塩を生成し、これによりＮＯ_Xを吸蔵する一方、還元雰囲気、即ち、酸素濃度が低下した雰囲気では、ＮＯ_X触媒に吸蔵した硝酸塩と排ガス中のＣＯとを反応させて炭酸塩を生成し、これによりＮＯ_Xを放出，分解する機能を有する。もちろん、吸蔵型ＮＯ_X触媒のＮＯ_X吸蔵量には限度がある。そこで、例えば、適宜の時間間隔でＮＯ_X触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気としてやることにより、触媒上に吸蔵したＮＯ_Xを放出することができる。これにより、ＮＯ_X触媒によるＮＯ_X吸蔵性能を確保して、希薄燃焼運転時において排ガス中のＮＯ_Xを浄化することができるようになるのである。
【０００３】
なお、このように吸蔵したＮＯ_Xを放出して、吸蔵型ＮＯ_X触媒のＮＯ_X吸蔵量を再び増加させる操作を「復活」と称する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料や潤滑油内には、イオウ成分（Ｓ成分）が含まれており、このため、排ガス中にもこのようなイオウ成分が含まれている。ＮＯ_X触媒では、希薄燃焼運転時の酸素濃度過剰雰囲気でＮＯ_Xを吸蔵するとともに、このようなイオウ成分も吸蔵する。つまり、イオウ成分は燃焼し、更にＮＯ_X触媒上で酸化されてＳＯ₃ になる。そして、このＳＯ₃ の一部はＮＯ_X触媒上でさらにＮＯ_X用の吸蔵剤と反応して硫酸塩となって、ＮＯ_X触媒に吸蔵する。
【０００５】
したがって、ＮＯ_X触媒には、硝酸塩と硫酸塩とが吸蔵されることになるが、硫酸塩は硝酸塩よりも塩としての安定度が高く、酸素濃度が低下した雰囲気とした場合でもその一部しか分解されないため、ＮＯ_X触媒に残留する硫酸塩の量は時間とともに増加する。これにより、ＮＯ_X触媒のＮＯ_X吸蔵能力が時間とともに低下し、ＮＯ_X触媒としての性能が劣化することになり、これを、Ｓ被毒という。
【０００６】
このように、劣化したＮＯ_X触媒をそのまま使用し続けると、浄化されない排気中のＮＯ_Xがそのまま大気中に放出されることになる。したがって、Ｓ被毒等によるＮＯ_X触媒の劣化を判定して、劣化したＮＯ_X触媒は早期に交換やＳ被毒からの回復（再生）等の処置を施す必要がある。
このため、従来より、希薄燃焼内燃機関においてＮＯ_X触媒の劣化判定を可能にした技術が開発されており、例えば、特開平７−２０８１５１号公報には、ＮＯ_X触媒の下流側にＮＯ_Xセンサをそなえ、酸素濃度が低下した雰囲気（還元雰囲気）としてＮＯ_Xを放出した後の希薄燃焼運転時のＮＯ_X濃度を検出し、検出したＮＯ_X濃度の時間的変化に基づいてＮＯ_X触媒の劣化（例えば、Ｓ被毒）を判定する技術が開示されている。
【０００７】
この技術は、ＮＯ_X触媒の後流のＮＯ_X濃度はＮＯ_X触媒が飽和すると上昇し、かつ、その上昇速度はＮＯ_X触媒のＮＯ_X吸蔵容量が減少するほど、即ち、ＮＯ_X触媒の劣化が進むほど大きくなることに着目したものである。
しかしながら、ＮＯ_Xセンサには、個体バラツキや経時変化があるので、検出したＮＯ_X濃度の値は、単にＮＯ_X触媒の劣化（Ｓ被毒）のみならず、これらの要因によっても変化する。このような種々の要因により変化するＮＯ_X濃度値を単純に評価するのでは、正確な劣化判定をすることはできない。
【０００８】
また、ＮＯ_X触媒を還元雰囲気にした際、吸蔵されていたＮＯ_Xの全てが放出されたとは限らず、少なからずＮＯ_Xが残存していることもある。このような場合、ＮＯ_X触媒から大気中に放出されるＮＯ_X濃度は、ＮＯ_X触媒の劣化が進んだときと同様に短時間で上昇するため、単にＮＯ_Xセンサで検出されるＮＯ_X濃度の高低差に基づいた判定では、ＮＯ_X触媒のＮＯ_X吸蔵容量が飽和しただけの状態を劣化と判定してしまう可能性がある。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、吸蔵型ＮＯ_X触媒の劣化状態を正確に把握することにより、ＮＯ_Xの大気中への放出量の確実な低減と、リーン運転領域の拡大による燃費の向上とを可能とした、希薄燃焼内燃機関を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の希薄燃焼内燃機関では、排気通路に、酸化雰囲気ではＮＯ_Xを吸蔵し還元雰囲気においてはＮＯ_Xを放出する吸蔵型ＮＯ_X触媒が設けられており、吸蔵型ＮＯ_X触媒の下流にはＮＯ_X濃度を検出できるＮＯ_Xセンサが設けられ、さらに、吸蔵型ＮＯ_X触媒が吸蔵しているＮＯ_X量を推定するＮＯ_X吸蔵量推定手段が設けられている。吸蔵型ＮＯ_X触媒の周囲雰囲気は、雰囲気調整手段により調整可能であり、雰囲気調整手段が吸蔵型ＮＯ_X触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気に調整したときの吸蔵型ＮＯ_X触媒下流のＮＯ_X濃度をＮＯ_Xセンサにより検出すると、このＮＯ_Xセンサの出力値とＮＯ_X吸蔵量推定手段で推定したＮＯ_X吸蔵量とに基づいて劣化判定手段が吸蔵型ＮＯ_X触媒の劣化状態を判定する。
【００１１】
これにより、ＮＯ_x 触媒の劣化状態を正確に把握することができ、ＮＯ_x の大気中への放出量の確実な低減と、リーン運転領域の拡大による燃費の向上とが可能となる。
前記ＮＯ _x センサの出力値は、前記内燃機関が理論空燃比で運転している場合の前記ＮＯ _x センサの出力値によって補正されることが好ましい。
また、前記劣化判定手段は、前記雰囲気調整手段が前記吸蔵型ＮＯ _x 触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気としたときの前記ＮＯ _x センサの出力値と、前記ＮＯ _x 吸蔵量推定手段が推定したＮＯ _x 吸蔵量とに加えて、前記吸蔵型ＮＯ _x 触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気としたときの前記吸蔵型ＮＯ _x センサの出力値に基づいて前記吸蔵型ＮＯ _x 触媒の劣化状態を判定することも好ましい。
【００１２】
【発明の実施形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
まず、図１〜図４を参照して本発明の第１実施形態の希薄燃焼内燃機関について説明する。
本希薄燃焼内燃機関の構成の概要は、図２に示すように、４サイクルエンジンであって、火花点火式で、且つ、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射型内燃機関（筒内噴射エンジン）として構成される。
【００１３】
燃焼室１には、吸気通路２および排気通路３が連通しうるように接続されており、吸気通路２と燃焼室１とは吸気弁４によって連通制御されるとともに、排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によって連通制御されるようになっている。
また、吸気通路２には、図示しないエアクリーナ及びスロットル弁が設けられており、排気通路３には、排気浄化装置６および図示しないマフラ (消音器）が設けられている。
【００１４】
また、燃焼室１の上部中央には点火プラグ７が設けられ、燃焼室１の上部側縁にはインジェクタ８が設けられている。
このインジェクタ（燃料噴射弁）８は、その開口を燃焼室１に臨ませるように配置されている。
このような構成により、図示しないスロットル弁の開度に応じ吸入された空気は、吸気弁４の開放により燃焼室１内に吸入され、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０からの信号に基づいてインジェクタ８から直接噴射された燃料と混合される。そして、点火プラグ７の適宜のタイミングでの点火により燃焼せしめられて、エンジントルクを発生させたのち、燃焼室１内から排出ガスとして排気通路３へ排出され、排気浄化装置６で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_Xの３つの有害成分を浄化されてから、マフラで消音されて大気側へ脱離されるようになっている。
【００１５】
この排気浄化装置６は、吸蔵型ＮＯ_X触媒（以下、単にＮＯ_X触媒という）６Ａと三元触媒６Ｂとを組み合わせたものになっている。つまり、空燃比がリーンの場合は、排ガス中にはＣＯ，ＨＣはほとんど含まれない一方でＮＯ_X濃度は急増するが、このＮＯ_Xを、酸化雰囲気（即ち、酸素過剰雰囲気）で機能するＮＯ_X触媒６Ａにより吸蔵し、理論空燃比下では三元触媒６Ｂの三元機能により排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_Xを浄化するようになっているのである。
【００１６】
ところで、ＮＯ_X触媒６Ａは、ＮＯ_Xを吸蔵し続けているとやがて飽和状態に達し、吸蔵しきれなくなったＮＯ_Xは大気中に放出されてしまうことになる。そこで、ＮＯ_X触媒６Ａが飽和状態に達したときは、吸蔵されたＮＯ_Xを一度放出してやる必要があるが、このＮＯ_Xの放出は、ＮＯ_X触媒６Ａの周囲雰囲気を還元雰囲気（即ち、酸素不足状態）とすることで吸蔵されているＮＯ_XをＮＯ₂として脱離し、さらに、ＨＣ，ＣＯ（還元剤）の供給によりＮＯ₂を還元してＮ₂として排出することにより行なうようになっている。
【００１７】
ここで、本希薄燃焼内燃機関におけるＮＯ_X触媒６ＡからのＮＯ_Xの放出について、さらに詳しく説明する。
本希薄燃焼内燃機関のような筒内噴射エンジンでは、燃料噴射の態様として、上述の層状超リーン燃焼によるリーン運転を実現し燃費を向上させるために圧縮行程中で燃料噴射を行なう後期噴射モードと、予混合燃焼によるリーン運転を実現し、緩加速による出力を得るために吸気行程中に燃料噴射を行なう前期噴射モードと、予混合燃焼によるストイキオ運転を実現し、前期噴射モードより出力を向上させるために吸気行程中に燃料噴射を行なうストイキオモードと、予混合燃焼によるリッチ運転を実現し、ストイキオモードより出力を向上させるエンリッチモードとが設けられており、エンジンの運転状態に応じて切り換えられるようになっている。
【００１８】
そして、前述のような各リーン運転のもとでは、ＮＯ_X触媒６Ａの周囲は酸化雰囲気になっているので、ＮＯ_X触媒６Ａには希薄燃焼により生じたＮＯ_Xが吸蔵されていくが、こうして吸蔵されたＮＯ_Xは還元雰囲気下で放出，分解されるので、ＮＯ_X触媒６Ａに吸蔵されたＮＯ_Xを放出するために、排気通路を還元雰囲気にする雰囲気調整手段２３がそなえられている。この雰囲気調整手段２３は、燃料噴射制御を利用して還元雰囲気をつくるようになっている。
【００１９】
つまり、本実施形態にかかる希薄燃焼内燃機関のＥＣＵ２０には、図１の機能ブロック図に示すように、モード選択手段２４と燃料噴射制御手段２５とが設けられている。
モード選択手段２４では、エンジン回転数Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じて上述のような各モードの中から一つを選択するようになっている。
【００２０】
また、燃料噴射制御手段２５には、エンジン出力を得るための通常の燃焼を行なうべく燃料を噴射する通常燃料噴射制御手段２６と、還元雰囲気をつくるための追加燃料噴射制御手段２７とが備えられている。
通常燃料噴射制御手段２６は、モード選択手段２４で設定されたモードに応じた燃料噴射制御マップを選択して、この選択した燃料噴射制御マップを用いて、エンジン回転数Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じて、通常の燃焼を行なうための燃料噴射量及び噴射時期（即ち、燃料噴射終了時期及び燃料噴射開始時期）を設定する。
【００２１】
なお、エンジン回転数Ｎｅにはエンジン回転数センサ１３の検出情報（又は、演算情報）が用いられ、平均有効圧力Ｐｅは、有効圧力演算手段２８の演算情報が用いられる。この有効圧力演算手段２８では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）１４で検出されたアクセル開度θの各情報から平均有効圧力Ｐｅを算出する。
【００２２】
追加燃料噴射制御手段２７は、ＮＯｘ触媒６Ａの復活及び再生のために行なう燃料噴射を制御するものである。この追加燃料噴射は、排ガス中のＨＣ，ＣＯの確保やエンジンの出力トルクへの影響を考慮して各気筒の膨張行程内（できれば膨張行程でも末期に近いタイミングが好ましい）に追加燃料噴射を行なうようにしている。
【００２３】
ＮＯｘ触媒６Ａの復活とは、ＮＯｘ触媒６ＡのＮＯｘ吸蔵性能を確保するための処理であり（この処理を復活制御という）、また、ＮＯｘ触媒６Ａの再生とは、ＮＯｘ触媒６Ａに吸蔵されたＳＯｘを放出させることで、ＮＯｘ触媒６ＡがＳＯｘを吸蔵したことにより低下（劣化）したＮＯｘ吸蔵性能を再び向上させるための処理である（この処理を再生制御という）。
【００２４】
したがって、追加燃料噴射制御手段２７の制御により行なわれる追加燃料噴射は、ＮＯｘ触媒６Ａの復活のための追加燃料噴射（これを、復活用追加燃料噴射という）と、ＮＯｘ触媒６Ａの再生のための追加燃料噴射（これを、再生用追加燃料噴射という）とがある。詳細は後述するが、復活用追加燃料噴射では、この追加燃料噴射によりＮＯｘ触媒６Ａの周囲を酸素濃度の低下した状態、即ち、還元雰囲気にしてＮＯｘ触媒６ＡからのＮＯｘ放出を促し、再生用追加燃料噴射では、この追加燃料噴射によりＮＯｘ触媒６Ａの周囲を所定温度以上の高温で且つ酸素濃度の低下した状態、即ち、還元雰囲気にしてＮＯｘ触媒６ＡからのＳＯｘ放出を促すようになっている。
【００２５】
なお、ＮＯｘ触媒６Ａの再生及び復活のために触媒周囲雰囲気を還元雰囲気にする方法としては、追加燃料噴射は用いずに、通常燃料噴射において空燃比をリッチ化するという方法でもよい。
また、ＮＯｘ触媒６Ａの再生のために触媒周囲雰囲気を所定温度以上の高温とする方法としては、通常燃料噴射において点火時期を遅角する方法でもよい。
【００２６】
雰囲気調整手段２３は、このような追加燃料噴射によりＮＯｘ触媒６Ａの周囲を還元雰囲気（酸素濃度の低下した状態）とする機能であり、追加燃料噴射制御手段２７と、この追加燃料噴射制御手段２７の制御により図示しないインジェクタドライバを通じて駆動され追加燃料噴射を行なうインジェクタ（燃料噴射弁）８とから構成されている。
【００２７】
ところで、復活用追加燃料噴射は復活制御用判定手段２１の判定に基づいて行なわれ、再生用追加燃料噴射は劣化判定手段としての再生制御用判定手段２２の判定に基づいて行なわれるようになっている。
復活制御用判定手段２１は、復活制御を行なう必要があるか否かを判定すべく、吸気リーンモードや圧縮リーンモード等のリーンモードでの運転が所定時間（例えば、約６０秒）行なわれたか否かを判定するものである。このため、復活制御用判定手段２１には、タイマ１２のカウント値が読み込まれるようになっている。
【００２８】
そして、この復活制御用判定手段２１によって、リーンモードでの運転が所定時間（例えば、約６０秒）行なわれたと判定された場合は、復活制御を行なう必要があると判定し、復活用追加燃料噴射に関する制御信号を追加燃料噴射制御手段２７に出力するようになっている。
再生制御用判定手段（劣化判定手段）２２は、再生制御を行なう必要があるか否かを判定すべく、ＮＯ_X触媒６Ａの劣化を判定するものである。この劣化判定の詳細は後述するが、この再生制御用判定手段（劣化判定手段）２２によって、ＮＯ_X触媒が劣化していると判定された場合には、再生制御を行なう必要があるため、再生用追加燃料噴射に関する制御信号を追加燃料噴射制御手段２７に出力するようになっている。
【００２９】
ところで、上述の復活制御を行なうのは、吸気リーンモードや圧縮リーンモード等のリーンモードでの運転が行なわれると、ＮＯ_X触媒６Ａの近傍は酸素過剰雰囲気となり、ＮＯ_X吸蔵反応が進むため、これらのリーンモードが所定時間（例えば約６０秒）以上行なわれると、ＮＯ_X触媒６Ａに多量のＮＯ_Xが吸蔵されて、ＮＯ_X触媒６ＡによるＮＯ_X浄化効率が徐々に低下することになるからである。
【００３０】
そこで、復活制御では、復活制御用判定手段２１によりリーンモードが所定時間（例えば約６０秒）以上行なわれたと判定されると、ＮＯ_X触媒６Ａの近傍が酸素濃度の低下した還元雰囲気となるように追加燃料噴射を行なうが、この追加燃料噴射では、空燃比が理論空燃比よりもやや小さく（例えば約１３）なるように、短時間（例えば約２秒間）だけ燃料噴射を行なうことで、排気通路内を還元雰囲気とする。
【００３１】
また、上述の再生制御を行なうのは、所定時間（例えば、約６０秒）毎にＮＯ_X触媒６Ａの復活制御を行なったとしても、ＮＯ_X触媒６Ａの近傍が酸素過剰雰囲気（リーン雰囲気、即ち、酸化雰囲気）となると、ＮＯ_X触媒６Ａには、例えばＳＯ_Xも徐々に吸蔵していき、ＮＯ_X触媒６Ａの近傍の酸素濃度が低下して排気空燃比が還元雰囲気になっても、このＳＯ_XはＮＯ_X触媒６Ａに吸蔵したままとなってしまうため、ＳＯ_Xの吸蔵分だけＮＯ_X触媒６ＡによるＮＯ_Xの浄化能力が低下（Ｓ被毒）するなど、復活制御では除去できない劣化要因が生じるからである。
【００３２】
そこで、再生制御では、再生制御用判定手段（劣化判定手段）２２により、ＮＯ_X触媒６Ａが劣化したと判定されると、ＮＯ_X触媒６Ａの近傍を酸素濃度が低下した雰囲気（例えば、Ａ／Ｆ＝約１２）とし、かつ、所定温度（例えば、約６００℃）以上となるように、所定時間（例えば、約３分）追加燃料噴射を行なうようにしている。
【００３３】
ところで、劣化判定手段２２では、ＮＯ_Xセンサ１０，ＮＯ_X触媒温度センサ（高温センサ：ＮＯ_X触媒の上流もしくは下流に取り付けて排気温を測定しこれをＮＯ_X触媒温度の代表とする）１１，エンジン回転数センサ１３，有効圧力演算手段２８，ＮＯ_X吸蔵量推定手段２９からの情報に基づいて、上述のリーン運転を行なっている期間に得られるＮＯ_X濃度αを評価しながら、ＮＯ_X触媒６Ａの劣化を判定するようになっている。
【００３４】
図３は、復活用の追加燃料噴射の前後にわたる空燃比、ＮＯ_X吸蔵総量Ａ(n) 、ＮＯ_X吸蔵サイト残存率Ｃ(n) 、ＮＯ_X濃度αの変化の一例を示すものである。なお、Ａ(n) ，Ｃ(n) については後述する。
図３に示すように、復活用の追加燃料噴射が終了すると（時点ｔ₀）、劣化判定手段２２では、タイマ１２のカウントを開始して、復活制御の終了（時点ｔ₀）から所定時間tt₀₁経過した時点（時点ｔ₁）を起点として、ＮＯ_Xセンサ１０から入力されるＮＯ_X濃度αを所定の周期でサンプリングしていく。そして、サンプリング開始（時点ｔ₁）から時間tt₁₂経過した時点（時点ｔ₂）でサンプリングを終了し、サンプリングした各ＮＯ_X濃度の平均値γを算出する。
【００３５】
ただし、サンプリングしたＮＯ_X濃度は、ＮＯ_X触媒６Ａの劣化以外の要因でも変化するため、排気ガス中のＮＯ_X量をより正確に推定するために適宜の補正を施して平均値γを算出する。つまり、ＮＯ_Xセンサ１０は、その個体バラツキにより又は経時変化により検出精度に少なからず誤差が生じており、ＮＯ_Xセンサ１０が検出するＮＯ_X濃度αにも、その検出誤差分のＮＯ_X濃度α₀を含んでいる。
【００３６】
そこで、この検出誤差分のＮＯ_X濃度α₀をあらかじめ把握して補正する必要があるが、ここでは、例えば、復活処理直後において、モードがストイキオフィードバック運転になっており、かつアイドル等の低負荷低回転運転状態において検出したＮＯ_X濃度を、検出誤差分のＮＯ_X濃度（ＮＯ_Xセンサ補正量）α₀とし、劣化判定手段２２内の記憶手段に記憶するようになっている。
【００３７】
つまり、低負荷低回転でのストイキオフィードバック運転時においてＮＯ_X触媒６Ａが完全に機能している場合は、ＮＯ_X濃度は実質的にゼロとなるので、ＮＯ_Xセンサ１０が正常であれば、ＮＯ_Xセンサ１０が検出するＮＯ_X濃度もゼロとなるはずである。したがって、このときＮＯ_Xセンサ１０が一定のＮＯ_X濃度α₀を検出していれば、これが検出誤差分のＮＯ_X濃度、即ち、ＮＯ_Xセンサ補正量α₀となるのである。そして、このＮＯ_Xセンサ補正量α₀の設定は、設定条件（即ち、復活処理直後，ストイキオフィードバックモード，低負荷低回転状態）が整う度に行なわれ、劣化判定手段２２内の記憶手段における記憶が更新されるようになっている。
【００３８】
こうして、ＮＯ_Xセンサ補正量α₀によってＮＯ_Xセンサ１０が検出するＮＯ_X濃度αを補正することにより、ＮＯ_Xセンサ１０の個体バラツキが補償され、さらに、ＮＯ_Xセンサ補正量α₀の設定は設定条件が整う度に行なわれるので、検出したＮＯ_X濃度αから経時変化の影響も排除されるようになるのである。
このようにして設定されたＮＯ_Xセンサ補正量α₀により、サンプリングした各ＮＯ_X濃度の平均値γを補正する（例えば、減算）することにより、排気ガス中に含まれるＮＯ_X濃度の平均値γを算出するようになっているのである。
【００３９】
この補正済平均値（以下、単に平均値という）γは、リーン運転時においてＮＯ_X触媒６Ａの下流で検出されるＮＯ_X濃度の評価値であり、この平均値γが大きいほど、ＮＯ_X触媒６Ａで吸蔵されずに下流へ排出されるＮＯ_X量が多い、即ち、ＮＯ_X触媒６Ａの劣化が進んでいる可能性が高い。そこで、この平均値（以下、評価値という）γを予め設定された判定基準値γ₀と比較して、γ≦γ₀ならば劣化していると一応判定することができる。
【００４０】
なお、判定基準値γ₀は、有効圧力演算手段２８から入力される有効圧力（負荷情報）Ｐｅと、エンジン回転数センサ１３から入力されるエンジン回転数Ｎｅとで定まるマップに基づいて設定している。また、上述の時間tt₀₁は、ＮＯ_X触媒６Ａから排出されるＮＯ_X濃度が劣化前後で十分に差がでる時間に設定する。これは、劣化後でも復活処理直後は排出ＮＯ_X濃度の差が小さいためである。時間tt_１２はＮＯ_X触媒６Ａから排出されるＮＯ_Xの濃度を正確に評価するために十分なサンプリング数を取れる時間とする。
【００４１】
このように、復活制御の終了から所定時間（時間tt₀₁）経過後の所定区間（時間tt₁₂）でのリーン運転中に得られるＮＯ_X濃度の評価値γを評価することにより、ＮＯ_X触媒６Ａの劣化の度合いをある程度評価することができる。
しかしながら、復活制御を行なったとしても、ＮＯ_X触媒６Ａに吸蔵されていたＮＯ_Xの全てが放出されたとは限らず、少なからぬＮＯ_Xが残存している可能性は高い。そして、リーン運転再開時にＮＯ_X触媒６Ａに相当のＮＯ_Xが残存していた場合、ＮＯ_X触媒６Ａの下流のＮＯ_X濃度αは、ＮＯ_X触媒６Ａの劣化が進んだときと同様に短時間で上昇するため、これをＮＯ_X触媒６Ａの劣化と誤判定してしまう可能性がある。
【００４２】
そこで、評価値γの評価を行なうとともに、それが真にＮＯ_X触媒６Ａの劣化に基づくものかどうかも判定する必要がある。この判定は、劣化判定手段２２が、ＮＯ_X吸蔵量推定手段２９から入力されるＮＯ_X吸蔵総量Ａ、即ち、ＮＯ_X触媒６Ａに吸蔵されているＮＯ_Xの総量推定値に基づいて行なうようになっている。
【００４３】
ＮＯ_X吸蔵量推定手段２９は、ＮＯ_X触媒６Ａに吸蔵されるＮＯ_X量（ＮＯ_X吸蔵量）Ｑと、ＮＯ_X触媒６Ａから放出されるＮＯ_X量（ＮＯ_Xパージ量）Ｂとを推定し、推定したＮＯ_X吸蔵量ＱとＮＯ_Xパージ量Ｂとに基づいてさらにＮＯ_X吸蔵総量Ａを推定するようになっている。
まず、ＮＯ_X吸蔵量Ｑは次式により推定するようになっている。
【００４４】
Ｑ＝Ｋ×ｑ_NOx×Ｋ_SV×Ｋ_CC ・・・・・・・（１）
ここで、（１）式中の係数及び量について説明する。
ＫはＮＯ_X触媒６ＡのＮＯ_X吸蔵能力を示す係数（ＮＯ_X吸蔵能力係数）であり、ＮＯ_X触媒６Ａの飽和状態と関係するものであり、飽和状態に近づくほど、流入したＮＯ_X量ｑ_NOxのうち吸蔵されるＮＯ_X量の割合が少なくなることを示す。そこで、ＮＯ_X吸蔵能力係数Ｋは、さらに次式で示されるようになっている。
【００４５】
Ｋ＝Ｃ(n) ×Ｃ１・・・・・・・（２）
（２）式において、Ｃ(n)はＮＯ_X触媒６Ａに吸蔵可能な空き容量率（吸蔵サイト残存率）であり、ＮＯ_X触媒６Ａの全ＮＯ_X吸蔵容量に対する空き容量の比率である。この空き容量率Ｃ(n) が小さいほど、ＮＯ_X触媒６ＡのＮＯ_X吸蔵能力は飽和状態に近づいていることを示す。この空き容量率Ｃ(n) の詳細については後述する。Ｃ１は空き容量率Ｃ(n)に対する補正係数であり、ＮＯ_X触媒６Ａの触媒特性によって設定する。なお、（２）式に示すような設定方法の他、空き容量率Ｃ(n) に対するマップよりＮＯ_X吸蔵能力係数Ｋを設定するようにしてもよい。
【００４６】
また、ｑ_NOxはＮＯ_X触媒６Ａへ流入するＮＯ_X量であり、有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅにより変化する。そこで、有効圧力Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとから流入ＮＯ_X量ｑ_NOxを定めるマップを予め作成しておき、有効圧力演算手段２８，エンジン回転数センサ１３からそれぞれ入力される有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅを上述のマップに照らし合わせることにより設定するようになっている。ここでは、一制御周期間にＮＯ_X触媒６Ａへ流入するＮＯ_X量に相当するものとする。
【００４７】
Ｋ_SVはＮＯ_X吸蔵ガス量係数であり、ＮＯ_X触媒６Ａに全くＮＯ_Xが吸蔵されていない状態において、流入したＮＯ_X量ｑ_NOxのうちのＮＯ_X触媒６Ａへ吸蔵されるＮＯ_X量の割合に相当し、一度に流入するガス量（ＮＯ_X量ｑ_NOx）が多いほど、吸蔵されるＮＯ_X量の割合が小さくなることを示している。ここでは流入ＮＯ_X量ｑ_NOxで定まるマップに基づいて設定している。
【００４８】
Ｋ_CCはＮＯ_X吸蔵温度係数であり、ＮＯ_X吸蔵能力の温度の影響に相当し、ＮＯ_X触媒温度センサ１１で検出されたＮＯ_X触媒温度θc.c で定まるマップに基づいて設定している。
一方、ＮＯ_Xパージ量Ｂは次式により推定するようになっている。
Ｂ＝ｑ_CO×Ｋ_C0×Ｋ_TCO×Ｄ・・・・・・・（３）
（３）式中の係数及び量について説明する。
【００４９】
ｑ_COはＮＯ_X触媒６Ａへ流入するＣＯ量である。
ＮＯ_X触媒６Ａへ吸蔵されたＮＯ_Xは、ＣＯ（還元剤）が供給されると、ＮＯ_X触媒６Ａから放出される。この放出量は、当然、供給されるＣＯ量に応じて多くなる。
そこで、ＮＯ_X触媒６Ａへ流入するＣＯ量ｑ_COをＮＯ_Xパージ量Ｂを算出する際のパラメータとしている。この流入ＣＯ量ｑ_COは、ＮＯ_X量ｑ_NOxと同様に有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅにより変化する。そこで、有効圧力Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとから定まるマップに基づいて流入ＣＯ量ｑ_COを設定するようになっている。ここでは、流入ＣＯ量ｑ_COは、一制御周期間にＮＯ_X触媒６Ａへ流入するＣＯ量とする。
【００５０】
Ｋ_COはＮＯ_X触媒６ＡからＮＯ_Xを放出させる能力を示す係数（ＮＯ_Xパージ能力係数）であるが、ＮＯ_Xパージ能力係数Ｋ_COはＮＯ_X触媒６Ａに吸蔵されたＮＯ_X吸蔵総量Ａに応じて設定するものであり、ここでは、ＮＯ_X吸蔵総量Ａに対するマップよりＮＯ_Xパージ能力係数Ｋ_COを設定するようになっている。ただし、ここで用いるＮＯ_X吸蔵総量Ａは前回制御周期にて算出したＮＯ_X吸蔵総量Ａである。
【００５１】
Ｋ_TCOはＮＯ_Xパージ温度係数、即ち、ＮＯ_X触媒６ＡからＮＯ_Xを放出させる能力の温度に対する係数を示している。このＮＯ_Xパージ温度係数Ｋ_TCOをＮＯ_Xパージ量Ｂの算出パラメータとしているのは、ＣＯによるＮＯ_X放出能力は反応の際の雰囲気温度により変化するからであり、ここでは、ＮＯ_X触媒温度センサ１１で検出した触媒温度θc.c に対するマップよりＮＯ_Xパージ温度係数Ｋ_TCOを設定するようになっている。
【００５２】
そして、Ｄは変換係数であり、ＮＯ_X吸蔵量Ｑと合わせるために流入したＣＯ量を放出されたＮＯ_X量へ変換するためのものである。
こうして、ＮＯ_X吸蔵量Ｑ及びＮＯ_Xパージ量Ｂが定まると、次式によりＮＯ_X吸蔵総量Ａを算出するようになっている。ただし、今回（ｎ）の制御周期におけるＮＯ_X吸蔵総量ＡをＡ(n) とし、前回（ｎ−１）の制御周期におけるＮＯ_X吸蔵総量ＡをＡ(n-1) とする。
【００５３】
Ａ(n) ＝Ａ(n-1) ＋Ｑ(n) −Ｂ(n) ・・・・・・・（４）
（４）式に示すように、制御周期毎にＮＯ_X吸蔵量Ｑ(n) 及びＮＯ_Xパージ量Ｂ(n) を算出し、前回（ｎ−１）の制御周期におけるＮＯ_X吸蔵総量Ａ(n-1) に加算又は減算していくことにより、ＮＯ_X吸蔵総量Ａ(n) を更新していくようになっているのである。
【００５４】
ただし、ＮＯ_X触媒６Ａは、周囲雰囲気によってＮＯ_Xを吸蔵したり放出したりする特性であるので、常に流入ＮＯ_X量ｑ_NOxや流入ＣＯ量ｑ_COに応じてＮＯ_X触媒６Ａ上にＮＯ_Xが吸蔵，放出されるわけではない。このため、ＮＯ_X触媒６Ａが、リーン運転時においてＮＯ_Xを吸蔵し、リッチ運転及びストイキオ運転時においてＮＯ_Xを放出する触媒特性であるとすると、ＮＯ_X吸蔵量Ｑ(n) はリーン運転時においてのみ加算され、ＮＯ_Xパージ量Ｂ(n) はリッチ運転及びストイキオ運転時において減算されるようになっている。また、ＮＯ_X触媒６Ａの特性によっては、ストイキオ運転時にＮＯ_X吸蔵量Ｑ(n) もしくはそれに所定の係数を掛けたものを加算するようにしてもよい。なお、ＮＯ_X吸蔵総量Ａ(n) の初期値Ａ(0) は、ＮＯ_X触媒６Ａが未使用の時点に対応するので０である。
【００５５】
劣化判定手段２２は、ＮＯ_X吸蔵量推定手段２９から入力されるＮＯ_X吸蔵総量Ａ(n) に基づいて、ＮＯｘ濃度平均値γに基づき一応判断されるＮＯ_X触媒６Ａの劣化が、真にＮＯ_X触媒６Ａの劣化に基づくものかどうか評価するようになっている。
まず、劣化判定手段２２は、制御周期毎に入力されるＮＯ_X吸蔵総量Ａ(n) に基づきＮＯ_X触媒６Ａの空き容量率Ｃ(n) を次式により求める。
【００５６】
Ｃ(n) ＝〔Ｑmax −Ａ(n) 〕／Ｑmax ・・・・・・・（５）
（５）式において、Ｑmax はＮＯ_X触媒６ＡにおけるＮＯ_X吸蔵量の飽和値である。このＮＯ_X吸蔵量の飽和値Ｑmax は、ＮＯ_X触媒６Ａの温度により変化するので、ここでは、ＮＯ_X触媒温度センサ１１で検出した触媒温度θc.c に対するマップより飽和値Ｑmax を設定するようになっている。
【００５７】
ここで、図３に示すように、ＮＯ_X触媒６Ａの空き容量率Ｃ(n) が少なくなるにつれ、ＮＯ_X濃度αも上昇していくが、もしＮＯ_X触媒６Ａの劣化（ＳＯ_X等の付着）が無ければ、空き容量率Ｃ(n) の減少率とＮＯ_X濃度αの上昇率とは常に対応するはずである。しかしながら、実際には、ＮＯ_X触媒６ＡにはＮＯ_X以外にもＳＯ_X等が吸蔵されており、しかも、ＳＯ_X等はＮＯ_X放出のための通常の復活処理では放出されず、ＮＯ_X触媒６Ａに残留する。このため、実際のＮＯ_X触媒６Ａの空き容量率は、ＳＯ_X等の吸蔵による劣化度合いに応じて（５）式で算出した空き容量率Ｃ(n) よりも小さくなる。
【００５８】
その結果、ＳＯ_X等の吸蔵によりＮＯ_X触媒６Ａの劣化が進むと、空き容量率Ｃ(n) は十分大きいのにもかかわらず、ＮＯ_X濃度αが高くなるという現象が生じることになる。これは、一定のＮＯ_X濃度αで比較したとき、空き容量率Ｃ(n) が高いほどＮＯ_X触媒６Ａの劣化が進んでいることを意味している。
したがって、劣化判定手段２２は、算出した空き容量率Ｃ(n) を所定値Ｃ_oと比較し、この所定値Ｃ_o以上であれば、真にＮＯ_X触媒６Ａが劣化していると判定するようになっている。なお、所定値Ｃ_oは、ＮＯ_X濃度平均値（評価値）γの判定基準値γ_oと対応し、ＮＯ_X触媒６Ａが劣化しているかを判定する判定値としての空き容量率の値である。所定値Ｃ_oは、判定基準値γ_oとともに、有効圧力演算手段２８から入力される有効圧力Ｐｅと、エンジン回転数センサ１３から入力されるエンジン回転数Ｎｅとで定まるマップに基づいて設定するようになっている。
【００５９】
このように、劣化判定手段２２は、リーン運転時のＮＯ_X濃度αとＮＯ_X触媒６Ａに吸蔵されているＮＯ_Xの総量Ａとを併せて評価することにより、ＮＯ_X触媒６Ａが劣化しているかどうかを判定するようになっているが、この判定を適正に行なうためには、さらに種々の条件が必要になる。そこで、劣化判定手段２２では、上述のＮＯｘ濃度α及びＮＯ_X吸蔵総量Ａの評価を含めて、各種条件が成立したときにＮＯ_X触媒６Ａが劣化していると判定するようになっている。
【００６０】
つまり、劣化判定手段２２では、以下の第１〜第７の条件が全て成立した時、ＮＯ_X触媒６Ａが劣化していると判定する。
まず、第１条件は、有効圧力演算手段２８から入力される有効圧力Ｐｅと、エンジン回転数センサ１３から入力されるエンジン回転数Ｎｅとが、復活制御時の所定時間tt_a（前述のサンプリング時間tt₁₂以上）の間、ほぼ一定である（即ち、有効圧力Ｐｅの変動が所定値以内で且つエンジン回転数Ｎｅの変動幅が所定値以内に収まっている）ことである。
【００６１】
前述のように、ＮＯ_X触媒６Ａから放出されるＮＯ_Xの濃度αを正確に評価するため、ＮＯ_X濃度αの十分なサンプルをとる必要があるが、ＮＯ_X濃度αはエンジンの負荷状態や回転数状態により変化するため、ＮＯ_X濃度αを評価するためには、少なくともサンプリング時間tt₁₂中はエンジンの負荷状態や回転数状態が一定であることが必要となる。本実施形態では、このエンジンの負荷状態として有効圧力Ｐｅを用いており、これらの有効圧力Ｐｅやエンジン回転数Ｎｅがほぼ一定（即ち、各変動幅がそれぞれ所定値以内）であることを前提条件としているのである。
【００６２】
次に、第２条件は、評価値γが判定基準値γ₀以上であることである。前述のように、ＮＯｘ触媒６Ａが劣化していれば、流入するＮＯｘを十分に吸蔵することができないため、評価値（リーン運転開始から一定時間経過後のＮＯｘ濃度平均値）γが判定基準値γ₀以上に上昇するはずである。このため、評価値γが判定基準値γ₀以上であることを劣化条件としているのである。
【００６３】
第３条件は、ＮＯ_X触媒６Ａの空き容量率Ｃ(n) が所定値Ｃ₀以上であることである。前述のように、（５）式で算出される空き容量率Ｃ(n) にはＳＯ_X等の吸蔵による空き容量の減少分は含まれていないため、一定のＮＯ_X濃度αで比較したとき、空き容量率Ｃ(n) が高いほどＮＯ_X触媒６Ａの劣化が進んでいるとみなすことができる。このため、判定基準値γ₀に対応して劣化の判定基準となる所定値Ｃ₀を設定し、評価値γが判定基準値γ₀以上になったときに、空き容量率Ｃ(n) が所定値Ｃ₀以上となっていることを条件としたものである。
【００６４】
第４条件は、ＮＯ_X触媒温度センサ１１で検出される触媒温度θ_C.CがＮＯ_X触媒６Ａが有効に機能する所定温度範囲内であることである。ＮＯ_X触媒６Ａが有効に機能していることを確認するためである。
また、第５条件は、ＮＯ_X触媒温度センサ１１が正常であることであり、第６条件は、ＮＯ_Xセンサ１０が正常であることである。
【００６５】
そして、第７条件は、上記の第１条件から第６条件までが、所定回数ｎ₀以上連続して成立することである。これは、偶然に他の条件が成立した場合の誤判定を防止し、無駄な追加燃料噴射による燃費悪化や出力トルクの変動によるドライバの違和感を防止するためである。
以上の第１条件から第７条件までが全て成立した時、劣化判定手段２２は、ＮＯ_X触媒６Ａが劣化していると判定するのである。そして、劣化判定手段２２は、ＮＯ_X触媒６Ａに吸蔵されたＳＯ_X等を放出し、ＮＯ_X触媒６ＡのＮＯ_X吸蔵能力の回復、即ち、ＮＯ_X触媒６Ａの再生処理をするべく、追加燃料噴射制御手段２７に信号（再生処理用追加燃料噴射信号）を送るようになっている。
【００６６】
本発明の第１実施形態の希薄燃焼内燃機関は、上述のように構成されているので、例えば図４のフローチャートに示すようにしてＮＯ_X触媒６Ａの劣化判定と劣化時の再生処理が行なわれる。
まず、フラグＦ₁が０か否かを判定する（ステップＳ１０）。このフラグＦ₁は、劣化判定が開始されたか否かを示すものであり、劣化判定が開始されていない場合は０に設定され、劣化判定が開始されれば１に設定される。初期値は０に設定されており、ステップＳ２０において、ＮＯ_X触媒６ＡからＮＯ_Xを放出するための追加の燃料噴射、即ち、復活制御が終了したと判定されたとき、フラグＦ₁が１に設定され、タイマ１２のカウント値Ｔが０にリセットされ（ステップＳ３０）、ステップＳ４０以降の劣化判定処理が開始される。なお、復活制御は、復活制御用判定手段２１の判定によりリーン運転時間が所定時間（例えば６０秒）に達する毎に所定時間（例えば２秒程度）だけ行なわれる。
【００６７】
劣化判定手段２２では、リーンモードでの運転中にのみＮＯ_X触媒６Ａの劣化判定処理を行なうので、リーンモード（リーン運転）中か否か判定し（ステップＳ４０）、リーン運転中であれば、復活制御終了時点からのリーンモードによる運転時間をタイマ１２のカウント情報から求め、即ち、制御周期毎にリーン運転時間Ｔに所定の制御周期ｔを加算していき（ステップＳ５０）、リーン運転時間Ｔが所定時間tt₀₁に達したか否かを判定する（ステップＳ６０）。
【００６８】
リーン運転時間Ｔが所定時間tt_o1に達したら、劣化判定手段２２では、まず、以下の判定を行なう。つまり、有効圧力演算手段２８から入力される有効圧力Ｐｅと、エンジン回転数センサ１３から入力されるエンジン回転数Ｎｅとがほぼ一定であるかどうかを判定し（第１条件、ステップＳ７０）、ＮＯ_X触媒温度センサ１１で検出される触媒温度θ_C.CがＮＯ_X触媒６Ａが有効に機能する所定温度範囲内であるか否かを判定し（第４条件、ステップＳ８０）、また、ＮＯ_X触媒温度センサ１１が正常であるか否か判定し（第５条件、ステップＳ９０）、さらに、ＮＯ_Xセンサ１０が正常であるか否か判定する（第６条件、ステップＳ１００）。
【００６９】
ステップＳ７０からステップＳ１００までの判定条件が全て成立している場合、劣化判定手段２２では、リーン運転時間が所定時間tt₀₁に達した時点から、ＮＯ_Xセンサ１０から入力されるＮＯ_X濃度αを所定の周期でサンプリングしていく（ステップＳ１１０）。
そして、サンプリングしたＮＯ_X濃度αの平均値γを算出するとともに（ステップＳ１２０）、ＮＯ_X触媒６ＡのＮＯ_X吸蔵総量Ａに基づき、現時点におけるＮＯ_X触媒６Ａの空き容量率Ｃ(n) を算出する（ステップＳ１３０）。
【００７０】
なお、ＮＯ_X濃度αの平均値γを算出する際、予め設定したＮＯ_Xセンサ補正量α₀により補正を行ない、ＮＯ_Xセンサ１０の個体バラツキや経時変化の影響を排除する。判定基準値γ₀は、有効圧力Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとに対応するように、予め記憶している対応マップに照らし合わせることにより設定する。また、所定値Ｃ₀は、有効圧力Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとに対応するように、予め記憶している対応マップに照らし合わせることにより設定する。
【００７１】
そして、リーン運転時間Ｔが所定時間tt₀₁から、さらに所定時間tt₁₂経過したとき（ステップＳ１４０）、所定時間tt₁₂内でサンプリングしたＮＯ_X濃度αの平均値（評価値）γを判定基準値γ₀と比較する（第２条件、ステップＳ１５０）。また、算出した空き容量率Ｃ(n) を所定値Ｃ₀と比較する（第３条件、ステップＳ１６０）。
【００７２】
第１〜第６条件の全てが成立した時、条件成立回数ｎに１を加算する（ステップＳ１７０）。そして、劣化判定処理中を示すフラグＦ₁を０に設定し（ステップＳ１８０）、条件成立回数ｎが所定回数ｎ₀に達したか否かを判定する（第７条件、ステップＳ１９０）。
条件成立回数ｎが所定回数ｎ₀に達したとき、即ち、所定回数ｎ₀だけ連続して第１〜第７条件が成立したとき、劣化判定手段２２では、ＮＯ_X触媒６Ａが真に基準値を越えて劣化していると判断し、ＮＯ_X触媒６Ａに吸蔵されたＳＯ_X等を放出するための追加燃料噴射、即ち、ＮＯ_X触媒６Ａの再生処理が必要と判定する（ステップＳ２００）。
【００７３】
この劣化判定手段２２の判定に基づき、追加燃料噴射制御手段２７では、ＮＯ_X触媒６ＡからＳＯ_X等を放出させるための追加燃料噴射制御を行い、インジェクタ８より、所定の時間、ＳＯ_X等放出のための追加燃料噴射が行なわれ、これにより、ＮＯ_X触媒６Ａが再生される。
ＮＯ_X触媒６Ａの再生処理が完了した後は条件成立回数ｎを０にリセットし（ステップＳ２１０）、次回のＮＯ_X触媒６Ａの再生処理にそなえる。なお、ステップＳ１９０において、条件成立回数ｎが所定回数ｎ₀に達しなかった場合は、条件成立回数ｎを保持したままステップＳ１０に戻り、次回の復活制御の終了を待って再び判定処理を行なう。
【００７４】
また、判定制御中、リーン運転でなくなると、ステップＳ４０からステップＳ２２０へ進みフラグＦ₁を０に切り替えて判定処理を中止し、ステップＳ２３０で条件成立回数ｎを０にリセットする。
また、ステップＳ７０〜Ｓ１００において各条件が成立しなかった場合は、適正な判定が行なえないため、フラグＦ₁を０に設定して判定処理を中止し（ステップＳ２４０）、条件成立回数ｎを０にリセットする（ステップＳ２５０）。
【００７５】
同様に、ステップＳ１５０，Ｓ１６０において各条件が成立しなかった場合も、再生処理を行なうほどＮＯ_X触媒６Ａは劣化していないと判断されるため、フラグＦ₁を０に設定して判定処理を中止し（ステップＳ２６０）、条件成立回数ｎを０にリセットする（ステップＳ２７０）。
このように、本希薄燃焼内燃機関によれば、ＮＯ_Xセンサ１０が検出するＮＯ_X濃度αからＮＯ_Xセンサ１０の個体バラツキや経時変化の影響を排除することができるので、リーン運転時のＮＯ_X濃度αに基づく正確な劣化判定が可能になるともに、リーン運転時のＮＯ_X濃度αの高低のみならず、ＮＯ_X触媒６ＡへのＮＯ_X吸蔵量ＱやＮＯ_X触媒６ＡからのＮＯ_Xパージ量Ｂに基づき算出されるＮＯ_X触媒６Ａ上に吸蔵したＮＯ_Xの総量（ＮＯ_X吸蔵総量）Ａにも基づいてＮＯ_X触媒６Ａの劣化状態を判定しているので、単なるＮＯ_X触媒６Ａの飽和を劣化と誤判定することなく、常に正確な劣化判定が可能になるという利点がある。
【００７６】
これにより、ＮＯ_Xの大気中への放出量を確実に低減することができ、また、誤判定や判定基準の甘さに基づく無駄な追加燃料噴射による燃費の悪化を防止し、リーン運転領域の拡大による燃費の向上をはかることができるという利点がある。
ところで、本発明の希薄燃焼内燃機関は、上述の実施形態に限られず、さらに、以下に説明する第２〜第６実施形態にかかる希薄燃焼内燃機関のように構成することも可能である。なお、以下の各実施形態の構成の説明においては、図１に示す第１実施形態にかかる希薄燃焼内燃機関の追加燃料噴射制御の制御系の要部構成の模式ブロック図を流用する。
【００７７】
まず、本発明の第２実施形態の希薄燃焼内燃機関の構成を説明すると、本希薄燃焼内燃機関は、第１実施形態にかかる希薄燃焼内燃機関とは、ＮＯ_X触媒６Ａ上に吸蔵したＮＯ_Xの総量（ＮＯ_X吸蔵総量）Ａを算出するＮＯ_X吸蔵量推定手段２９の構成に相違がある。
本希薄燃焼内燃機関では、ＮＯ_X吸蔵総量Ａを以下の一次遅れ（１次フィルタによる近似）式により算出するようになっている。
【００７８】
Ａ(n) ＝ｆ×Ａ(n-1) ＋（１−ｆ）×Ｑmax −Ｂ(n) ・・・・・（６）
上式において、ｆは０＜ｆ＜１となる係数であり、有効圧力Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとから定まるマップに基づいて設定するようになっている。
本発明の第２実施形態の希薄燃焼内燃機関は、このように構成されているので、第１実施形態のものと同様の利点が得られるとともに、さらに、ＮＯ_X吸蔵量Ｑを算出する必要がなく制御が簡単になる利点がある。なお、ＮＯ_X吸蔵総量Ａを算出するには、本実施形態のようにＮＯ_X吸蔵総量Ａの一次遅れ（１次フィルタ）による近似式からＮＯ_Xパージ量Ｂを減算する方法の他、二次遅れ（２次フィルタ）による近似式を用いるようにしてもよい。
【００８６】
次に、本発明の第３実施形態の希薄燃焼内燃機関の構成を説明すると、本希薄燃焼内燃機関は第１，第２実施形態とは、ＮＯ_x 触媒６Ａの劣化判定を行なう劣化判定手段２２の構成に相違がある。
つまり、本希薄燃焼内燃機関の劣化判定手段２２では、判定基準値γ０を予め有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅに対応したマップに記憶しておくのではなく、所定走行距離以下の段階（ＮＯ_x 触媒６ＡにＳＯ_x 等が吸蔵されていない状態）においてＮＯ_x 濃度の評価値γを算出し、算出した評価値γに所定の劣化係数ｂ（ｂ＞１）を掛けたものを、その時の有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅとともに、別に設けた記憶手段に判定基準値γ０として記憶する。
【００８７】
そして、上述の第２条件の成否判定の際には、入力される有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅに対応した判定基準値γ０を記憶手段からよみ出し、評価値γと比較するようになっている。
本発明の第３実施形態の希薄燃焼内燃機関は、上述のように各エンジン個別に判定基準値γ０を設定するよう構成されているので、第１，第２実施形態のものと同様の利点のほか、各々のエンジン本体やＮＯ_x 触媒の個体ばらつきに左右されずにＮＯ_x 触媒６Ａの劣化判定を行ないうる利点が得られる。また、判定基準値γ０の設定のためのマップを予め作成しておく必要がない利点や、有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅに応じて変化する実際のＮＯ_x 濃度の評価値γに基づいて判定基準値γ０を設定するので、より正確にＮＯ_x 触媒６Ａの劣化判定を行ないうる利点が得られる。
【００８８】
次に、本発明の第４実施形態の希薄燃焼内燃機関の構成を説明すると、本希薄燃焼内燃機関は上述の第１〜第３実施形態とは、ＮＯ_x 触媒６Ａの劣化判定を行なう劣化判定手段２２の構成に相違があり、本希薄燃焼内燃機関では、劣化判定の条件として、以下の第８条件と第９条件とが付加されるようになっている。
まず、第８条件は、上述の第１〜第７条件に対してＡＮＤ条件となっており、前回のＮＯ_x 触媒６Ａの再生処理以降のリーンモード時の燃料積算値が所定値Ｘ以上であることが条件である。ただし、この所定値Ｘは、ＮＯ_x 触媒のばらつき下限品に対し使用が想定される最もイオウ分が多い燃料を使用した場合に、ＮＯ_x 触媒が劣化したと判定された時点でのリーンモードにおける燃料積算値である。
【００８９】
次に、第９条件は、上述の第１条件〜第８条件に対してＯＲ条件となっており、前回のＮＯ_x 触媒６Ａの再生処理から、リーンモードで運転したときの燃料積算値が所定値Ｙ（Ｙ≧Ｘ）以上になったときには、上述の第１条件〜第８条件の成立とは無関係にＮＯ_x 触媒６Ａが劣化したと判定してＮＯ_x 触媒６Ａの再生処理を行なうようになっている。ただし、この所定値Ｙは、ＮＯ_x 触媒のばらつき上限品に対し使用が想定される最もイオウ分が少ない燃料を使用した場合に、ＮＯ_x 触媒が劣化したと判定された時点でのリーンモードでの燃料積算値である。
【００９０】
燃料積算値はインジェクタ８の駆動時間の積算値から算出することができ、ＥＣＵ２０によるモードの判定と組合せることにより、リーンモードでの燃料積算値を算出するようになっている。なお、ＮＯ_X触媒６Ａの再生処理を行なった際には燃料積算値はリセットし、また、エンジン停止時にはバッテリにより燃料積算値のバックアップを行なうようになっている。
【００９１】
本発明の第４実施形態の希薄燃焼内燃機関は、上述のように構成されているので、第１〜第３実施形態のものと同様の利点が得られる上、第８条件の付加により、例えば、ＮＯ_x センサ１０やＮＯ_x 触媒温度センサ１１に異常が発生し、まだ実際にはＮＯ_x 触媒６Ａが劣化していないのに第１条件〜第７条件が成立してしまった場合における誤判定を防止することができ、ＮＯ_x 触媒６Ａの劣化判定のさらなる精度向上が期待できる。
【００９２】
また、第９条件の付加により、例えば、ＮＯ_x センサ１０やＮＯ_x 触媒温度センサ１１に異常が発生して第１条件〜第８条件の全てが成立することがないような場合でも、リーンモードで運転したときの燃料積算値が所定値Ｙを越えたときには第１条件〜第８条件の成立とは無関係にＮＯ_x 触媒６Ａの再生処理が強制的に行なわれるので、ＮＯ_x 触媒６Ａの再生処理が行なわれず大気中にＮＯ_x を放出してしまうような事態を防止することができるという利点がある。
【００９３】
さらに、所定値Ｙを上述のように設定することで、まだ、実際にはＮＯ_X触媒６Ａが劣化していないにもかかわらず劣化判定してしまう不具合を回避することができる。
なお、ＮＯ_X触媒の中には酸化雰囲気だけでなく、ストイキオ雰囲気近傍でも幾分ＮＯ_Xを吸蔵するものがあるため、上述の燃料積算値は、リーンモードで運転したときの燃料積算値のみならず、ストイキオモードで運転したときの燃料積算値も加えたものにしてもよく、その際、ストイキオモードで運転したときの燃料積算値には所定の係数ａ（０＜ａ＜１）を掛けるようにしてもよい。これにより、ＮＯ_X触媒６Ａの劣化の度合いをより正確に判定することができるようになる。また、燃料積算値の代わりに各モードでの走行距離に基づきＮＯ_X触媒６Ａの劣化の度合いを判定するようにしてもよい。
【００９４】
次に、本発明の第５実施形態の希薄燃焼内燃機関の構成を説明すると、本希薄燃焼内燃機関は上述の第１〜第４実施形態とは、劣化判定手段２２の構成に更なる相違があり、上述のように復活制御終了後のリーン運転時におけるＮＯ_x 濃度に基づき劣化判定を行なうとともに、復活制御時におけるＮＯ_x 濃度にも基づいて劣化判定を行なうようになっている。
【００９５】
つまり、本実施形態の劣化判定手段２２では、図５に示すように、復活用の追加燃料噴射の開始信号が入力されると（時点ｔ₃）、タイマ１２のカウントを開始して、この時点ｔ₃から所定時間tt₃₄経過した時点（時点ｔ₄）を起点として、ＮＯ_Xセンサ１０から入力されるＮＯ_X濃度αを所定の周期でサンプリングしていく。そして、サンプリング開始（時点ｔ₄）から時間tt₄₅経過した時点（時点ｔ₅）でサンプリングを終了し、サンプリングした各ＮＯ_X濃度の平均値βを算出する。
【００９６】
ただし、ＮＯ_Xセンサ１０が検出するＮＯ_X濃度αは、ＮＯ_X触媒６Ａから放出されるＮＯ_X濃度とともに、復活制御中にエンジン本体から排出されるＮＯ_X濃度α₀′をも含んでいるので、後者のＮＯ_X濃度α₀′をあらかじめ計測しておき、サンプリングした各ＮＯ_X濃度の平均から減算することにより、ＮＯ_X触媒６Ａから放出されるＮＯ_Xのみの濃度の平均値βを算出するようになっているのである。
【００９７】
この平均値βは、復活制御時においてＮＯ_X触媒６Ａから放出されるＮＯ_X濃度の評価値であり、この平均値βが小さいほど、ＮＯ_X触媒６Ａに多くのＳＯ_X量が吸蔵されていると推定される。つまり、Ｓ被毒時には、ＳＯ_X吸蔵分だけＮＯ_X触媒６ＡのＮＯ_X吸蔵量が減り、しかも、復活制御時には、通常、ＮＯ_Xは放出されるが、ＳＯ_Xは放出されない。したがって、ＮＯｘ触媒６ＡがＳ被毒により劣化していれば、復活制御時にＮＯｘを十分に放出しなくなり、平均値βが低下するはずである。
【００９８】
そこで、この平均値（以下、評価値という）βを予め設定された判定基準値β₀と比較して、β≦β₀ならば劣化していると判定することができるため、評価値βが判定基準値β₀以下であることを劣化条件とする。
なお、上述の時間tt₃₄は、ＮＯ_X濃度αが定常状態になるまでの時間であり、時間tt₄₅はＮＯ_X触媒６Ａから放出されるＮＯ_Xの濃度を正確に評価するために十分なサンプリング数を取れる時間とする。また、判定基準値β₀は、劣化判定手段２２に予め記憶されている。
【００９９】
そして、劣化判定手段２２は、復活制御時にも、評価値（復活制御時のＮＯｘ濃度平均値）βが判定基準値β₀以下に低下しているか否かに基づいてＮＯ_X触媒６Ａの劣化判定を行なうようになっている。なお、この復活制御時の劣化判定も、復活制御終了後の劣化判定と同様に、第１条件（Ｐｅ，Ｎｅ一定），第４条件（ＮＯ_X触媒温度正常），第５条件（高温センサ１１正常），第６条件（ＮＯ_Xセンサ１０正常）の各条件が加えられており、β≦β₀及び第１，４，５，６条件が成立したら、復活制御時情報に基づいてＮＯｘ触媒６Ａが劣化しているものとする。
【０１００】
本実施形態では、このような復活制御時情報により劣化判定された上で、なお且つ（ＡＮＤ条件）、復活制御終了後の情報により劣化判定（第１〜第６条件が全て成立）されたら、劣化判定としてカウントし、このカウント値（条件成立回数）ｎが所定回数ｎ₀に達したら、劣化判定手段２２は、ＮＯ_X触媒６Ａが劣化していると判定するのである。そして、劣化判定手段２２は、ＮＯ_X触媒６Ａに吸蔵されたＳＯ_X等を放出し、ＮＯ_X触媒６ＡのＮＯ_X吸蔵能力の回復、即ち、ＮＯ_X触媒６Ａの再生処理をするべく、追加燃料噴射制御手段２７に信号（再生処理用追加燃料噴射信号）を送るようになっている。
【０１０１】
本発明の第５実施形態にかかる希薄燃焼内燃機関は、上述のように構成されているので、劣化判定を、復活制御時のＮＯ_x 濃度情報と復活制御終了後のＮＯ_x 濃度情報とに基づいて行なう。
これにより、本実施形態の希薄燃焼内燃機関によれば、第１〜第４実施形態のものと同様の利点が得られるとともに、さらに、ＮＯ_x 触媒６Ａの劣化状態を、復活制御時におけるＮＯ_x 濃度の高低差に基づいても判定しており、この復活制御時のＮＯ_x 濃度の高低差は、リーン運転時におけるＮＯ_x 濃度の高低差に比べて差が大きいので、リーン運転時のＮＯ_x 濃度に基づく劣化判定と併せて判断することにより、ＮＯ_x 触媒６Ａの劣化状態をさらに正確に把握することができるという利点がある。
【０１０２】
なお、第５実施形態では、復活制御時の劣化判定成立と復活制御後の劣化判定成立とが共に成立した場合に、条件成立回数ｎをカウントするので、所定回数ｎ０は第１〜第４実施形態の場合よりも少なくすることも考えられる。また、判定値β０やγ０の設定によっては、復活制御時の劣化判定成立と復活制御後の劣化判定成立とをＯＲ条件としてもよい。この場合の所定回数ｎ０の値は、第５実施形態の場合とは異なる設定（例えば第５実施形態の場合よりも大きく設定する）が考えられる。
【０１０３】
なお、本発明の希薄燃焼内燃機関は、上述の各実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能であり、例えば、上述の各実施形態では、ＮＯ_Xセンサ１０により排ガス中のＮＯ_X濃度を検出し、検出したＮＯ_X濃度に基づきＮＯ_X触媒６Ａの劣化判定を行なっているが、触媒によっては還元雰囲気でＮＯ_X触媒から放出されたＮＯ_Xの一部が触媒上での反応によりＮＨ₃となる場合がある。このＮＨ₃は元来ＮＯ_X触媒に吸蔵されていたＮＯ_Xが変化したものであるので、ＮＨ₃濃度も検出して劣化判定に利用することもできる。
【０１０４】
その場合、ＮＯ_XセンサがＮＯ_X濃度に加えＮＨ₃濃度も検出するものである場合は、両者の合計として出力されるＮＯ_Xセンサ出力値をもとに劣化判定を行なうようにしてもよい。逆に、ＮＯ_XセンサがＮＯ_X濃度のみを検出するものである場合は、新たにＮＨ₃センサを設けて排ガス中のＮＨ₃濃度を検出し、ＮＯ_Xセンサ出力値とＮＨ₃センサ出力値との双方により劣化判定を行なうようにしてもよい。また、ＮＨ₃センサのみによりＮＯ_X触媒６Ａの劣化判定を行なうようにしてもよい。
【０１０５】
また、上述の各実施形態では、希薄燃焼内燃機関のひとつである筒内噴射エンジンの場合について説明してきたが、本発明の希薄燃焼内燃機関はこの筒内噴射エンジンに限られるものではなく、希薄燃焼可能な内燃機関であれば良い。
【０１０６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の希薄燃焼内燃機関によれば、ＮＯ_x 触媒の劣化判定を、吸蔵型ＮＯ_x 触媒の周囲雰囲気が酸化雰囲気になったときのＮＯ_x センサ出力値のみならず、吸蔵型ＮＯ_x 触媒のＮＯ_x 吸蔵量にも基づいて判定しているので、ＮＯ_x の吸蔵による吸蔵型ＮＯ_x 触媒の単なる飽和を劣化と誤判定することがなく、常に正確な劣化判定が可能になり、ＮＯ_x の大気中への放出低減とともに、希薄運転領域の拡大による燃費の向上をはかることができる。
また、本発明の請求項２記載の希薄燃焼内燃機関によれば、劣化判定にかかるＮＯ _x センサの出力値が、内燃機関が理論空燃比で運転している場合のＮＯ _x センサの出力値によって補正されるので、ＮＯ _x センサの個体バラつきが補償され、また経時変化の影響も排除される。
また、本発明の請求項３記載の希薄燃焼内燃機関によれば、劣化判定手段は、吸蔵型ＮＯ _x 触媒の周囲雰囲気が酸化雰囲気になったときのＮＯ _x センサ出力値と触媒のＮＯ _x 吸蔵量とに加えて、吸蔵型ＮＯ _x 触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気としたときの吸蔵型ＮＯ _x センサ出力値に基づいて吸蔵型ＮＯ _x 触媒の劣化状態を判定するので、吸蔵型ＮＯ _x 触媒の劣化状態をさらに正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の希薄燃焼内燃機関の追加燃料噴射制御の制御系の要部構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態の希薄燃焼内燃機関の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態の希薄燃焼内燃機関のＮＯ_X触媒の再生処理の開始判定にかかるＮＯ_X濃度の検出タイミングを説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態の希薄燃焼内燃機関のＮＯ_X触媒の再生処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第５実施形態の希薄燃焼内燃機関のＮＯ _x 触媒の再生処理の開始判定にかかる
ＮＯ _x 濃度の検出タイミングを説明するための図である。
【符号の説明】
３排気通路
６排気浄化装置
６ＡＮＯ_X触媒（吸蔵型ＮＯ_X触媒）
６Ｂ三元触媒
８インジェクション（燃料噴射弁）
１０ＮＯ_Xセンサ
２０ＥＣＵ
２１復活制御用判定手段
２２再生制御用判定手段（劣化判定手段）
２３雰囲気調整手段
２５燃料噴射制御手段
２７追加燃料噴射制御手段
２９ＮＯ_X吸蔵量推定手段（ＮＯ_X吸蔵量推定手段）

Claims

排気通路内を酸化雰囲気とする希薄燃焼が可能な内燃機関において、
前記排気通路に設けられ酸化雰囲気にてＮＯ_x を吸蔵し還元雰囲気にてＮＯ_x を放出する吸蔵型ＮＯ_x 触媒と、
前記吸蔵型ＮＯ_x 触媒の下流に設けられＮＯ_x 濃度を検出するＮＯ_x センサと、
前記吸蔵型ＮＯ_x 触媒の周囲雰囲気を調整する雰囲気調整手段と、
前記吸蔵型ＮＯ_x 触媒のＮＯ_x 吸蔵量を推定するＮＯ_x 吸蔵量推定手段と、
前記雰囲気調整手段が前記吸蔵型ＮＯ_x 触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気としたときの前記ＮＯ_x センサの出力値と、前記ＮＯ_x 吸蔵量推定手段が推定したＮＯ_x 吸蔵量とに基づいて前記吸蔵型ＮＯ_x 触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段とをそなえたことを特徴とする、希薄燃焼内燃機関。
前記ＮＯ _x センサの出力値は、前記内燃機関が理論空燃比で運転している場合の前記ＮＯ _x センサの出力値によって補正される
ことを特徴とする、請求項１に記載の希薄燃焼内燃機関。
前記の劣化判定手段は、前記雰囲気調整手段が前記吸蔵型ＮＯ _x 触媒の周囲雰囲気を酸化雰囲気としたときの前記ＮＯ _x センサの出力値と、前記ＮＯ _x 吸蔵量推定手段が推定したＮＯ _x 吸蔵量とに加えて、前記吸蔵型ＮＯ _x 触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気としたときの前記吸蔵型ＮＯ _x センサの出力値に基づいて前記吸蔵型ＮＯ _x 触媒の劣化状態を判定する
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の希薄燃焼内燃機関。