JP4506874B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に好適に用いられる排気浄化装置に関し、特に、排気系にバイパス通路を設けてＮＯｘ吸着材を配置する構成とした内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、例えば特許文献１（特開２００６−３４２７００号公報）に開示されているように、排気系にバイパス通路を設け、このバイパス通路中にＮＯｘ吸着材を配置する構成とした内燃機関の排気浄化装置が知られている。

この種の従来技術による排気浄化装置は、例えば内燃機関の冷間始動時などに、排気ガスをバイパス通路に流通させる。これにより、従来技術では、触媒の暖機が済んでいない始動時に、排気ガス中のＮＯｘ成分をＮＯｘ吸着材によって吸着し、始動時の排気エミッションを改善するようにしている。

特開２００６−３４２７００号公報

上述した従来技術では、排気ガス中のＮＯｘ成分を吸着材により吸着する構成としている。しかしながら、ＮＯｘ吸着材は、使用環境等によって吸着性能が低下することがある。この性能低下には、吸着材の構造が可逆的に変化することにより生じる再生可能な性能低下と、不可逆的な構造変化により生じる再生不可能な性能低下（永久劣化）がある。

従来技術では、これら２種類の性能低下が区別されていない。このため、従来技術では、例えばＮＯｘ吸着材に永久劣化が生じているにも拘らず、吸着性能を回復させるために無駄な再生制御等が行われることがある。この場合には、吸着性能が回復しない状態のまま、ＮＯｘ吸着材が使用され続けることになり、始動時の排気エミッションが悪化するという問題がある。それどころか、無意味な再生制御により燃料噴射等が行われると、排気エミッションを更に悪化させる虞れもある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＮＯｘ吸着材の性能が低下したときに、性能低下の種類に応じて適切な対策を実施することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。

第１の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路の一部である主通路をバイパスするバイパス通路と、
排気ガス中に含まれる成分のうち少なくともＮＯｘを吸着するために、前記バイパス通路に設けられたＮＯｘ吸着材と、
排気ガスの流路を前記主通路と前記バイパス通路の何れかに切換える流路切換手段と、
前記流路切換手段を制御することにより、内燃機関の運転状態に応じて排気ガスを前記バイパス通路に流通させ、前記ＮＯｘ吸着材に吸着動作を行わせる吸着制御手段と、
前記ＮＯｘ吸着材の吸着性能が低下したときに、当該吸着性能の低下が再生可能なものか再生不可能なものかを判定する吸着性能判定手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記吸着性能判定手段は、
前記吸着性能の低下が前記ＮＯｘ吸着材の酸化により生じたものか否かを判定する酸化判定手段と、
前記吸着性能の低下が酸化によるものではない場合に、当該性能低下が前記ＮＯｘ吸着材の不可逆的な構造変化により生じたものか否かを判定する永久劣化判定手段と、
を備える構成としている。

第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ＮＯｘ吸着材のうち排気ガスの流れ方向の上流側に位置する部位の温度を上流側温度として検出する第１の温度検出手段と、
前記ＮＯｘ吸着材のうち排気ガスの流れ方向の下流側に位置する部位の温度を下流側温度として検出する第２の温度検出手段と、を備え、
前記吸着性能判定手段は、排気ガスが前記ＮＯｘ吸着材に流入することによる前記上流側温度の温度変化と前記下流側温度の温度変化とを比較し、当該比較結果に応じて前記吸着性能の低下が再生不可能であるか否かを判定する構成としている。

第４の発明は、第３の発明において、
排気ガスの流通により上昇する前記上流側温度と前記下流側温度のうち、少なくとも一方の温度の単位時間当りの温度上昇率を取得する温度上昇率取得手段と、
前記上流側温度が上昇してから前記下流側温度が上昇するまでの時間遅れを取得する時間遅れ取得手段と、を備え、
前記吸着性能判定手段は、前記温度上昇率と前記時間遅れとの乗算値に基づいて、前記吸着性能の低下が再生不可能であるか否かを判定する構成としている。

第５の発明は、第４の発明において、
前記吸着性能判定手段は、前記上流側温度の温度上昇率と前記下流側温度の温度上昇率との平均値を判定に用いる構成としている。

第６の発明によると、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記吸着性能判定手段は、前記ＮＯｘ吸着材に吸着されたＮＯｘをパージさせるパージ制御が完了した後に、前記再生不可能な性能低下の判定を行う構成としている。

第７の発明は、第１または第２の発明の何れかにおいて、
排気ガスが前記ＮＯｘ吸着材に流入し始めてから前記ＮＯｘ吸着材に特定の温度状態が出現したことを判定する温度状態判定手段と、
排気ガスが前記ＮＯｘ吸着材に流入し始めてから前記特定の温度状態が出現するまでの間に前記ＮＯｘ吸着材に投入された総熱量を算出する総熱量算出手段と、を備え、
前記吸着性能判定手段は、前記総熱量に基づいて前記吸着性能の低下が再生不可能であるか否かを判定する構成としている。

第８の発明によると、第７の発明において、
前記温度状態判定手段は、前記ＮＯｘ吸着材が所定の基準温度に達したときに、前記特定の温度状態が出現したと判定する構成としている。

第９の発明によると、第７または第８の発明において、
前記温度状態判定手段は、前記ＮＯｘ吸着材の単位時間当りの温度上昇率に変曲点が生じたときに、前記特定の温度状態が出現したと判定する構成としている。

第１０の発明は、第７乃至第９の発明の何れかにおいて、
排気ガスの流量を取得する排気ガス流量取得手段と、
前記ＮＯｘ吸着材に流入する排気ガスの温度を流入ガス温度として検出する第１のガス温度検出手段と、
前記ＮＯｘ吸着材から流出する排気ガスの温度を流出ガス温度として検出する第２のガス温度検出手段と、
排気ガスが前記ＮＯｘ吸着材に流入し始めてから前記特定の温度状態が出現するまでの経過時間を計測する時間計測手段と、を備え、
前記総熱量算出手段は、前記排気ガスの流量、前記流入ガス温度、前記流出ガス温度および前記経過時間に基づいて前記総熱量を算出する構成としている。

第１１の発明によると、第７乃至第１０の発明の何れかにおいて、
前記吸着性能判定手段は、前記ＮＯｘ吸着材に吸着されたＮＯｘをパージさせるパージ制御を開始するときに、前記再生不可能な性能低下の判定を行う構成としている。

第１２の発明は、第１乃至第１１の発明において、
前記ＮＯｘ吸着材と共に前記バイパス通路に設けられ、ＮＯｘと異なる他の排気ガス成分を吸着する補助吸着材と、
前記補助吸着材に再生不可能な性能低下が生じているか否かを判定する補助劣化判定手段と、を備え、
前記吸着性能判定手段は、前記補助吸着材の劣化判定結果を基準として前記ＮＯｘ吸着材の劣化判定結果を補正する構成としている。

第１３の発明は、第１乃至第１２の発明の何れかにおいて、
排気ガスの空燃比を取得する排気空燃比取得手段と、
前記ＮＯｘ吸着材の温度が還元処理に適した温度範囲にあり、かつ内燃機関の燃焼制御を実施したことにより排気ガスの空燃比がリッチ側に変化したときに、当該排気ガスを前記バイパス通路に流通させて前記ＮＯｘ吸着材の還元処理に利用する通常時還元手段と、
を備える構成としている。

第１４の発明は、第１乃至第１３の発明の何れかにおいて、
前記ＮＯｘ吸着材に再生可能な性能低下が生じたときに、前記ＮＯｘ吸着材の還元処理を行う吸着材再生手段と、
前記ＮＯｘ吸着材に再生不可能な性能低下が生じたときに、これを周囲に報知する報知手段と、
を備える構成としている。

第１の発明によれば、吸着性能判定手段は、ＮＯｘ吸着材の性能が低下したときに、この性能低下が再生可能な劣化と再生不可能な劣化の何れであるかを判別することができる。これにより、劣化の種類に応じて還元制御、警報処理等の適切な対策を速やかに実施することができる。即ち、例えば再生不可能な劣化にも還元制御を実施したり、あるいは再生可能な劣化にも拘らず警告灯を点灯するような無駄な動作を回避することができる。従って、吸着材の性能を常に良好に保持することができる。

第２の発明によれば、永久劣化判定手段は、酸化判定手段によりＮＯｘ吸着材の性能低下が再生可能な酸化劣化ではないと判定された場合に、吸着材に再生不可能な永久劣化が生じているか否かを判定することができる。これにより、永久劣化の判定を行うときには、その前に酸化劣化の影響を予め除外しておくことができる。つまり、永久劣化判定では、酸化劣化による性能低下を考慮しなくてよいから、酸化劣化の混在が原因となって誤判定が生じるのを回避することができ、永久劣化だけを高い精度で判定することができる。

第３の発明によれば、排気ガスがＮＯｘ吸着材に流入すると、まず、排気ガス中の水分が吸着材の上流側（前部側）に吸着され、その結果として前部側の温度が上昇する。そして、前部側に吸着される水分が飽和状態になると、吸着材の下流側（後部側）にも水分が到達するようになり、後部側の温度が上昇する。

従って、上流側温度と下流側温度とにおいて、例えば温度の変化速度、上昇タイミング等を比較することにより、ＮＯｘ吸着材の水分吸着能力を把握することができる。そして、水分吸着能力と再生不可能な劣化のレベルとの間に相関性があることを利用して、吸着材に生じている再生不可能な劣化の程度を正確に判定することができる。

第４の発明によれば、排気ガスの流量が増大した場合には、ＮＯｘ吸着材が排気ガス中の水分を吸着するときの単位時間当りの発熱量が多くなるので、その分だけ温度上昇率が増大する。一方、排気ガスの流量が増大すると、吸着材に対する単位時間当りの水分供給量が増大する分だけ、前部側と後部側との間における温度上昇の時間遅れは短くなる。

これにより、温度上昇率と時間遅れとの乗算値においては、排気ガスの流量変化を打消すことができる。従って、この乗算値に基づいて判定を実施すれば、排気ガスの流量変化に対して乗算値の変動を抑制することができる。これにより、ＮＯｘ吸着材の劣化レベルが一定であるにも拘らず、内燃機関の運転状態に応じて判定結果に誤差が生じるのを回避することができ、判定精度を向上させることができる。

第５の発明によれば、劣化判定に用いる温度上昇率として、上流側温度の温度上昇率と下流側温度の温度上昇率とを平均した平均値を用いることができる。これにより、個々の温度の検出誤差等が判定に与える影響を小さくすることができ、判定用のパラメータをより正確に算出することができる。

第６の発明によれば、吸着性能判定手段は、パージ制御が完了した後に、劣化判定を実施することができる。これにより、ＮＯｘ吸着材が常にほぼ同一の乾燥状態となるタイミングから劣化判定を開始することができる。この結果、初期条件の差異による判定結果のばらつきを抑えることができ、判定を安定的に行うことができる。

第７の発明によれば、排気ガスの流入開始からＮＯｘ吸着材が特定の温度状態となるまでに投入した総熱量は、再生不可能な劣化のレベルとの間に相関性がある。従って、この総熱量に基づいて、ＮＯｘ吸着材に再生不可能な劣化が生じているか否かを判定することができる。この場合、総熱量は、排気ガスの流量変化に影響されないパラメータなので、内燃機関の運転状態に応じて排気ガスの流量が変化しても、劣化の判定を安定した精度で行うことができる。

第８の発明によれば、ＮＯｘ吸着材の温度は、吸着水分の脱離が完了するまでは緩やかに上昇し、脱離が完了してから大きく上昇する。従って、吸着材の温度が大きく上昇したときに到達する温度を基準温度として設定すれば、吸着水分の脱離が完了したタイミングを的確に判定することができる。しかも、この判定方法では、吸着材の温度と基準温度とを比較するだけの演算により、判定を容易に行うことができる。

第９の発明によれば、ＮＯｘ吸着材の温度は、吸着水分の脱離が完了したときに大きく上昇し、このとき温度上昇率には変曲点が生じる。従って、温度上昇率の変曲点を検出することにより、吸着水分の脱離が完了したタイミングを的確に判定することができる。しかも、この判定方法では、例えば周辺温度の変化等による外乱が存在する場合でも、温度の上昇勾配の微妙な変化を安定的に検出することができる。

第１０の発明によれば、ＮＯｘ吸着材に対する流入排気ガスと、流出排気ガスとの温度差を検出することができる。従って、この温度差と排気ガスの流量とを用いて、吸着材に投入される単位時間当りの熱量を算出することができる。そして、単位時間当りの投入熱量を、排気ガスの流入開始から水分の脱離が完了するまでの時間にわたって積分することにより、総熱量を算出することができる。

第１１の発明によれば、吸着性能判定手段は、パージ制御を開始するときに、劣化判定を実施することができる。これにより、ＮＯｘ吸着材が常にほぼ同一の水分吸着状態となるタイミングから劣化判定を開始することができる。この結果、初期条件の差異による判定結果のばらつきを抑えることができ、判定を安定的に行うことができる。

第１２の発明によれば、例えばＮＯｘ吸着材の劣化レベルと、補助吸着材の劣化レベルとの差分、あるいは両者の劣化レベルの比率等を用いて、ＮＯｘ吸着材の最終的な劣化判定を実施することができる。これにより、補助吸着材の判定結果を基準として、ＮＯｘ吸着材の判定結果を補正することができる。

従って、例えば外乱等による判定結果の誤差や、吸着材の設置環境により生じる固有の誤差が存在したとしても、これらの誤差をＮＯｘ吸着材の判定結果と補助吸着材の判定結果との間で打消すことができる。従って、劣化の判定精度を高め、判定の信頼性を向上させることができる。

第１３の発明によれば、内燃機関の運転性や排気エミッション等を考慮すると、運転中に吸着材の再生を目的とした還元処理等を行うには限界がある。通常時還元手段によれば、通常の燃焼制御（例えば加速、減速等）により排気ガスの空燃比が一時的にリッチ化したときに、この状態を利用して吸着材の還元処理を行うことができる。これにより、運転性や排気エミッションに殆ど影響を与えずに、還元処理の機会を増やすことができ、その処理効率を高めることができる。

第１４の発明によれば、ＮＯｘ吸着材に再生不可能な劣化が生じたときには、報知手段により車両の使用者等に報知することができる。これにより、使用者等は、吸着材を速やかに交換することができる。また、再生可能な劣化だけが生じた場合には、吸着材再生手段によりＮＯｘ吸着材を再生させることができる。従って、劣化の種類に応じて適切な対策を実施することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図６を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図を示している。図１に示す内燃機関１０は、気筒内に吸入空気を吸い込む吸気通路１２と、気筒から排出された排気ガスが流れる排気通路１４とを備えている。

排気通路１４の一部は、後述のバイパス通路２２と並列に配置された主通路１６となっている。また、排気通路１４には、排気ガスの流れ方向において主通路１６の上流側に配置された上流側触媒１８と、主通路１６の下流側に配置された下流側触媒２０とが設けられている。これらの触媒１８，２０は、暖機により活性化した状態において、排気ガス中に含まれるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ等の未浄化成分を浄化する。

バイパス通路２２は、排気通路１４の主通路１６をバイパスするように、当該主通路１６と並列に接続されている。即ち、バイパス通路２２は、主通路１６の上流端に位置する上流側接続部２４で排気通路１４から分岐し、主通路１６の下流端に位置する下流側接続部２６で排気通路１４に再び合流している。

また、バイパス通路２２には、排気ガス中に含まれる成分のうち少なくともＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着材２８が設けられている。ＮＯｘ吸着材２８は、例えばアルミナを含有するゼオライトに対して、鉄等の金属をイオン交換した材料により形成されている。そして、ＮＯｘ吸着材２８は、低温時に排気ガス中の未浄化成分を吸着し、この未浄化成分を高温時に脱離させる。

また、主通路１６とバイパス通路２２との間には、例えば電磁式の三方弁等からなる流路切換手段としての切換弁３０が設けられている。切換弁３０は、後述のＥＣＵ５０により制御され、排気ガスの流路を主通路１６とバイパス通路２２の何れかに切換える。なお、本実施の形態では、切換弁３０を上流側接続部２４に配置したが、本発明はこれに限らず、切換弁３０を下流側接続部２６に配置する構成としてもよい。

次に、本実施の形態のセンサ系統について説明すると、このセンサ系統は、内燃機関の吸入空気量Ｇaを検出するエアフロメータ３２と、排気ガスの空燃比（以下、排気空燃比と称す）を検出する排気空燃比取得手段としてのＡ／Ｆセンサ３４と、ＮＯｘセンサ３６，３８、温度センサ４０，４２とを含んでいる。

ＮＯｘセンサ３６，３８は、排気ガス中に含まれるＮＯｘの量（濃度）を検出するものであり、バイパス通路２２に設けられている。この場合、上流側ＮＯｘセンサ３６はＮＯｘ吸着材２８の上流側に配置され、下流側ＮＯｘセンサ３８はＮＯｘ吸着材２８の下流側に配置されている。

温度センサ４０，４２は、ＮＯｘ吸着材２８の温度（床温）を検出する第１，第２の温度検出手段を構成している。この場合、上流側温度センサ４０は、ＮＯｘ吸着材２８のうち排気ガスの流れ方向の上流側に位置する部位（以下、前部と称す）の温度を上流側温度Ｔ1として検出する。下流側温度センサ４２は、ＮＯｘ吸着材２８のうち下流側に位置する部位（以下、後部と称す）の温度を下流側温度Ｔ2として検出する。

また、本実施の形態のシステムは、内燃機関１０の運転状態を制御するためのＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路を備えたマイクロコンピュータにより構成されている。ＥＣＵ５０の入力側には、上述したセンサ系統が接続されている。このセンサ系統には、内燃機関のクランク角や機関回転数を検出するためのクランク角センサ、内燃機関の冷却水温度を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等も含まれている。

ＥＣＵ５０の出力側には、上述した切換弁３０の他にも、例えば吸入空気量を増減させる電動式のスロットル装置、燃料噴射弁、点火プラグ等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動して運転制御を行う。

即ち、ＥＣＵ５０は、運転者のアクセル開度等に応じて前記スロットル装置を開，閉しつつ、エアフローメータ３２により検出した吸入空気量に応じて燃料噴射弁から燃料を噴射させる。そして、適切な点火時期が到来したときに点火を行う。また、ＥＣＵ５０は、本実施の形態の吸着制御手段を構成しており、内燃機関の運転状態に応じて吸着制御とパージ制御とを実行する。

ここで、吸着制御は、例えば内燃機関の冷間始動時のように、触媒１８，２０が活性化していない低温時に実行される。吸着制御では、切換弁３０により排気ガスの流路をバイパス通路２２に切換える。これにより、内燃機関から排出された排気ガスは、排気通路１４の途中でバイパス通路２２を流通するようになり、ＮＯｘ吸着材２８を通過する。このとき、排気ガス中のＮＯｘ成分は、ＮＯｘ吸着材２８により吸着されるので、排気エミッションは良好に保持される。

また、吸着制御は、例えば内燃機関の暖機が済んで触媒１８，２０が活性化したときに終了される。このとき、ＥＣＵ５０は、切換弁３０により排気ガスの流路を主通路１６に切換える。これにより、排気ガスは、排気通路１４を流通しつつ、触媒１８，２９により浄化され、外部に輩出される。

一方、パージ制御は、触媒１８，２０が活性化した状態において、例えばＮＯｘ吸着材２８に一定量以上のＮＯｘが吸着されているときに実行される。パージ制御では、切換弁３０により、排気ガスの流路をバイパス通路２２に切換える。これにより、高温の排気ガスがＮＯｘ吸着材２８に供給されると、吸着材に吸着されていたＮＯｘは、吸着材から脱離して排気通路１４に流出し、排気ガスと共に下流側触媒２０によって浄化される。この結果、ＮＯｘ吸着材２８は、ＮＯｘの吸着動作が可能な状態に再生される。

上述したように、ＮＯｘ吸着材２８の吸着性能は、適切なタイミングでパージ制御を行うことにより維持されるが、使用環境等によっては吸着性能が低下する場合がある。この性能低下には、可逆的な構造変化により生じる再生可能な性能低下（以下、酸化劣化と称す）と、不可逆的な構造変化により生じる再生不可能な性能低下（以下、永久劣化と称す）がある。

一般に、酸化劣化は、例えば吸着材２８を構成するＮＯｘ吸着サイトの一部が酸化することにより生じるものと推定されているが、詳細には解明されていない。しかしながら、酸化劣化が生じた場合には、例えばＣＯ、ＨＣ等の還元材を用いて還元処理（再生処理）を行うことにより、吸着性能を回復させることが可能であり、この点については確認されている。なお、上述のＮＯｘ吸着サイトとは、吸着材２８を構成するゼオライト中のアルミニウムと、このアルミニウムに担持された金属イオンと、周囲の珪素とからなる単位構造である。

これに対し、永久劣化は、例えば吸着材２８が高温多湿状態に晒された場合などに、ゼオライト中のアルミニウムがＮＯｘ吸着サイトから離脱、消失することにより生じるものと推定されている。この場合には、ＮＯｘ吸着サイトが壊れてしまうので、吸着性能は回復することがない。従って、吸着性能の再生処理は、酸化劣化に対してのみ実行する意味があり、永久劣化に対しては無意味である。

そこで、本実施の形態では、ＮＯｘ吸着材２８の吸着性能が低下したときに、この性能低下が酸化劣化によるものか、あるいは永久劣化によるものかを判定し、判定結果に応じて適切な対策を実施する構成としている。以下、性能低下の判定方法、判定時の処理等について説明する。

（酸化劣化の判定）
ＮＯｘ吸着材２８の性能が低下したと判断される場合には、まず、酸化判定を実施し、吸着材に酸化劣化が生じているか否かを判定する。この酸化判定では、前述したパージ制御が実行されているときに、排気ガスをリッチ状態に保持する。即ち、吸着材２８に還元材（燃料）を供給し、これにより試験的な還元処理を行う。

この試験的な還元処理中には、例えば空燃比のリッチ度合い、リッチ状態の継続時間等を調整することにより、還元材の供給量が予め設定された規定量（比較的少量）となるように制御する。また、内燃機関の運転状態を調整することにより、排気ガスの温度を還元処理に適した規定の温度範囲に制御する。

次に、上述の試験的な還元処理を実行した後に、吸着制御を行うときには、ＮＯｘ吸着材２８に流入するＮＯｘの量と、吸着材２８から流出するＮＯｘの量との差分をＮＯｘセンサ３６，３８により検出する。これにより、吸着材２８に吸着されたＮＯｘの吸着量を算出することができる。そして、ＮＯｘの吸着量に基づいて、吸着性能が回復したか否か、即ち、吸着性能の低下が酸化劣化によるものであるか否かを判定することができる。

このような試験的還元処理を行っても、吸着性能が回復しない場合には、酸化劣化ではないと判定し、後述の永久劣化判定を実施する。一方、試験的な還元処理により吸着性能が回復した場合には、少なくとも吸着材２８に酸化劣化が生じているので、本格的な還元制御を実施する。

（還元制御）
還元制御では、排気ガス中に還元材となる燃料を供給しつつ、切換弁３０を制御することにより、排気ガスをバイパス通路２２に導入する。これにより、ＮＯｘ吸着材２８には、高温の排気ガスが還元材と共に流入する。この還元材により、ゼオライト中の吸着サイトが酸化状態から還元され、酸化劣化により低下していた吸着性能が回復する。

この場合、還元材の供給方法としては、混合気の空燃比を意図的にリッチ化する方法が挙げられる。また、吸気行程以外のタイミングで燃料噴射を行うことにより、排気ガス中に燃料を供給する噴射制御（所謂ポスト噴射、アフター噴射等）を実施してもよい。さらに、例えば排気通路１４に設置した排気噴射弁から燃料を噴射する構成としてもよい。

（酸化抑制制御）
上述した還元制御では、内燃機関の燃焼制御とは異なる目的で空燃比を変化させることになる。このため、内燃機関の運転性や排気エミッション等を考慮すると、運転中に還元制御を行うには限界がある。そこで、本実施の形態では、吸着材２８の還元処理とは異なる目的の制御、即ち、通常の燃焼制御中であっても、排気空燃比がリッチ化した場合には、この状態を利用して受動的な還元制御（酸化抑制制御）を行う構成としている。

通常の燃焼制御中には、例えば加速、減速等が行われたときに排気空燃比が一時的にリッチ化することがある。酸化抑制制御では、このようなリッチ状態をＡ／Ｆセンサ３４により検出したときに、吸着材２８の温度が還元処理に適した温度範囲にあれば、切換弁３０を制御して排気ガスをバイパス通路２２に導入する。

この結果、還元制御と同様の原理により吸着材２８を還元し、その酸化を抑制することができる。しかも、酸化抑制制御では、通常の燃焼制御中に生じるリッチ状態を利用するので、運転性や排気エミッションに殆ど影響を与えることがない。このため、酸化抑制制御を前記還元制御と併用することにより、空燃比を無理にリッチ化しなくても、還元処理の機会を増やすことができ、還元処理の効率を高めることができる。

上述したように、吸着性能の低下が酸化劣化によるものである場合には、前記還元制御と酸化抑制制御とを行うことにより、吸着材２８を酸化劣化から確実に回復させることができる。また、前記酸化判定により、吸着性能の低下が酸化劣化によるものではないと判定した場合、および前記還元制御等を実施しても吸着性能が回復しない場合には、次に述べる永久劣化判定を実施する。

従って、本実施の形態によれば、永久劣化判定を行うときには、その前に酸化劣化の影響を予め除外しておくことができる。つまり、永久劣化判定では、酸化劣化による性能低下を考慮しなくてよいから、酸化劣化の混在が原因となって誤判定が生じるのを回避することができ、永久劣化だけを高い精度で判定することができる。

（永久劣化の判定）
永久劣化判定は、ＮＯｘ吸着材２８の上流側温度Ｔ1と下流側温度Ｔ2とを温度センサ４０，４２により検出し、これらの温度変化を比較することにより永久劣化の有無を判定するものである。永久劣化判定を行うときには、まず、前述のパージ制御が完了した状態（即ち、吸着材２８が十分に乾燥した状態）において、切換弁３０を制御することにより、高温の排気ガスをバイパス通路２２に導入する。

この排気ガスがＮＯｘ吸着材２８に流入すると、まず、吸着材２８の前部で排気ガス中の水分が吸着される。これにより、吸着材２８の前部では、水分吸着時に発生する吸着熱により上流側温度Ｔ1が上昇する。そして、ある程度の時間が経過すると、前部側の水分吸着量が飽和状態となり、前部側で吸着されなくなった水分は、吸着材２８の後部側で吸着されるようになる。この結果、下流側温度Ｔ2は、上流側温度Ｔ1が上昇してから、ある程度の時間遅れをもって上昇する。

図２は、上流側温度Ｔ1および下流側温度Ｔ2の挙動と、永久劣化の有無との関係を示している。図２において、Ｔ1，Ｔ2は、永久劣化が生じていない正常な吸着材の上流側温度と下流側温度である。また、Ｔ1′，Ｔ２′は、永久劣化した吸着材の上流側温度と下流側温度である。

また、Ａ_Fは上流側温度Ｔ1の変化速度を示し、Ａ_Rは下流側温度Ｔ2の変化速度を示している。変化速度Ａ_F，Ａ_Rとは、単位時間当りの温度変化率（上昇率）として定義されるもので、図２中に示す特性線の傾きに相当している。この場合、Ａ_OF，Ａ_ORは正常な吸着材の変化速度であり、Ａ_F′，Ａ_R′は永久劣化した吸着材の変化速度である。また、時間遅れｔ_F→Rとは、上流側温度Ｔ1が上昇してから下流側温度Ｔ2が上昇するまでの経過時間として定義される。この場合、ｔ_OF→Rは正常な吸着材の時間遅れであり、ｔ′_F→Rは永久劣化した吸着材の時間遅れである。

排気ガス中の水分は、吸着材中のＮＯｘ吸着サイトにより吸着される。このため、正常なＮＯｘ吸着サイトが永久劣化により減少すると、その分だけ吸着可能な最大の水分量（吸着水分の飽和量）も減少する。つまり、永久劣化した吸着材では、前部側における水分の飽和量が減少した分だけ、後部側での水分吸着が早く始まることになる。この結果、永久劣化した吸着材の時間遅れｔ′_F→Rは、図２に示すように、正常な吸着材の時間遅れｔ_OF→Rよりも短くなる。つまり、時間遅れｔ_F→Rは、吸着材の永久劣化が進行するにつれて短くなる傾向がある。

また、水分の飽和量が永久劣化により減少すると、水分を飽和量まで吸着したときの最高温度（図２中に示す温度Ｔ1，Ｔ2，Ｔ1′，Ｔ２′のピーク値）も低下する。しかし、単位時間当りの水分の吸着速度は、未飽和状態であれば、永久劣化の影響を殆ど受けない。このため、正常な吸着材における温度の変化速度Ａ_OF，Ａ_ORと、永久劣化した吸着材の変化速度Ａ_F′，Ａ_R′との間には、大きな差が生じない。

これらの点を踏まえて、永久劣化判定では、判定パラメータとして、前記変化速度と時間遅れとの乗算値を用いる構成としている。具体的には、温度Ｔ1，Ｔ2の検出値の変化に基づいて、前部側と後部側の変化速度Ａ_F，Ａ_Rをそれぞれ算出し、また時間遅れｔ_F→Rを算出する。そして、下記（１）式に示すように、変化速度Ａ_F，Ａ_Rの平均値であるＡverage(Ａ_F,Ａ_R)と、時間遅れｔ_F→Rとの乗算値を判定パラメータＰとして算出する。

Ｐ＝Ａverage(Ａ_F ，Ａ_R)・ｔ_F→R ・・・（１）

図３は、この判定パラメータＰと永久劣化のレベルとの関係を示している。上記（１）式から判るように、図３中のＡverage(Ａ_OF ，Ａ_OR)・ｔ_OF→Rは、正常な吸着材の判定パラメータであり、Ａverage(Ａ_F′,Ａ_R′)・ｔ′_F→Rは、永久劣化した吸着材の判定パラメータである。

前述したように、時間遅れｔ_F→Rは、永久劣化が進行するほど短くなるので、判定パラメータＰは、図３に示すように、永久劣化のレベルが高くなるにつれて減少する。このため、永久劣化判定では、判定パラメータＰが所定の劣化判定値よりも減少したときに、吸着材２８に使用不能なレベルの永久劣化が生じていると判定する。この場合、劣化判定値は、劣化レベルの許容限度に対応した判定パラメータの値であり、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。

また、上記の判定パラメータＰを算出するにあたり、時間遅れｔ_F→Rだけでなく、永久劣化の影響を殆ど受けない変化速度の平均値Ａverage(Ａ_F,Ａ_R)を用いる理由は、次の通りである。まず、排気ガス中の水分量はほぼ一定値（１２．５％程度）であるが、排気ガスの流量（≒吸入空気量）が増えると、吸着材に対する単位時間当りの水分供給量が増大する。この結果、吸着材の前部側で吸着水分量が飽和するまでの時間、即ち、時間遅れｔ_F→Rは、永久劣化のレベルが一定でも、排気ガスの流量が増大するにつれて短くなる。

一方、単位時間当りの水分供給量が増大すると、その分だけ単位時間当りの発熱量が多くなる。これにより、温度の上昇率である変化速度Ａ_F，Ａ_R及びその平均値Ａverage(Ａ_F,Ａ_R)は、永久劣化のレベルが一定でも、排気ガスの流量が増大するにつれて増大する。

従って、判定パラメータＰとして平均値Ａverage(Ａ_F,Ａ_R)と時間遅れｔ_F→Rとの乗算値を用いれば、内燃機関の運転状態に応じて排気ガスの流量が変化しても、この変化を平均値Ａverage(Ａ_F,Ａ_R)と時間遅れｔ_F→Rとの間で打消すことができる。つまり、排気ガスの流量変化に対して判定パラメータＰをほぼ一定に保持することができる。これにより、吸着材２８の永久劣化レベルが一定であるにも拘らず、内燃機関の運転状態に応じて判定パラメータＰが変動するのを回避することができ、判定精度を向上させることができる。

また、温度の変化速度として、平均値Ａverage(Ａ_F,Ａ_R)を用いることにより、判定パラメータＰに対する変化速度Ａ_F，Ａ_Rの検出誤差等の影響を小さくすることができ、判定パラメータＰをより正確に算出することができる。なお、本実施の形態では、判定パラメータＰの算出に平均値Ａverage(Ａ_F,Ａ_R)を用いる構成としたが、これに代えて、変化速度Ａ_F，Ａ_Rのうち何れか一方または両方を、時間遅れｔ_F→Rと乗算して判定パラメータＰを求める構成としてもよい。さらに、本発明は、判定パラメータＰの算出方法についても、平均値Ａverage(Ａ_F,Ａ_R)と時間遅れｔ_F→Rとの乗算値に限定するものではない。即ち、吸入空気量の変化を変化速度Ａ_F，Ａ_Rと時間遅れｔ_F→Rとの間で打消すことができる演算方法であれば、他の演算方法を用いることも可能である。

また、本実施の形態では、時間遅れｔ_F→Rを算出するのに、温度Ｔ1，Ｔ2の時間変化（時間微分値）を用いる構成としている。図４は、図２中の温度Ｔ1，Ｔ2をそれぞれ時間微分した特性線を示すものである。この図に示すように、永久劣化判定では、温度Ｔ1，Ｔ2の特性線の時間微分値がそれぞれ最大となる２点間の時間差を、時間遅れｔ_F→Rとして算出する。これにより、曲線的に変化する温度Ｔ1，Ｔ2間の時間遅れｔ_F→Rを、一定のタイミングで安定的に算出することができ、その算出精度を高めることができる。

上述した判定により、永久劣化が生じたときには、例えば車両の警告灯（ＭＩＬ）等を点灯し、吸着材２８が永久劣化したことを車両の使用者等に報知する。これにより、使用者等は、吸着材２８を速やかに交換することができる。また、酸化劣化だけが生じた場合には、前述したように、還元制御や酸化抑制制御により吸着材２８を再生させることができる。従って、劣化の種類に応じて適切な対策を実施することができる。

以上詳述した通り、本実施の形態によれば、ＮＯｘ吸着材２８の性能が低下したときには、この性能低下が酸化劣化と永久劣化の何れであるかを正確かつ容易に判別することができる。これにより、劣化の種類に応じて還元制御、警報処理等の適切な対策を速やかに実施することができる。即ち、例えば永久劣化にも拘らず還元制御を実施したり、あるいは酸化劣化にも拘らず警告灯を点灯するような無駄な動作を回避することができる。従って、吸着材２８の性能を常に良好に保持することができる。

また、永久劣化判定では、上流側温度Ｔ1と下流側温度Ｔ2とを比較するようにしている。即ち、吸着材２８の前部側と後部側とにおいて、例えば温度Ｔ1，Ｔ2の変化速度、上昇タイミング等を比較することにより、ＮＯｘ吸着材の水分吸着能力を把握することができる。そして、水分吸着能力と永久劣化のレベルとの間に相関性があることを利用して、吸着材２８に生じている永久劣化の程度を正確に判定することができる。

また、本実施の形態では、パージ制御が完了した後に、永久劣化判定を実施するようにしている。これにより、吸着材２８が常にほぼ同一の乾燥状態となるタイミングから劣化判定を開始することができる。この結果、初期条件の差異による判定結果のばらつきを抑えることができ、永久劣化判定を安定的に行うことができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図５及び図６は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、これらの図に示すルーチンは、一定の時間毎に繰返し実行されるものとする。

図５に示すルーチンでは、まず、ＮＯｘ吸着材２８の吸着性能が低下しているか否かを判定する（ステップ１００）。この判定の具体例を挙げれば、まず、排気ガスをバイパス通路２２に流通させた状態で、エアフロメータ３２により検出した吸入空気量と、Ａ／Ｆセンサ３４により検出した排気空燃比とに基づいて、ＮＯｘの流量を算出する。

また、ＮＯｘセンサ３６，３８により検出した吸着材流入側と流出側のＮＯｘ量に基づいて、ＮＯｘの吸着量を算出する。そして、ＮＯｘの流量に対する吸着量の割合が規定値未満であるか否かを判定する。この判定が成立したときには、吸着性能が低下しているので、酸化判定を実施する。また、この判定が不成立のときには、正常な吸着性能が維持されているので、ステップ１００の判定を繰返しつつ、吸着性能の監視を続行する。

次に、酸化判定では、前述したように、吸着材２８に酸化劣化が生じているか否かを判定する（ステップ１０２）。この判定が成立したときには、通常の燃焼制御を利用して前記酸化抑制制御を実行しつつ（ステップ１０４）、必要に応じて前記還元制御を実行する（ステップ１０６）。これにより、吸着材２８に生じている酸化劣化は、ほぼ回復された状態となる。

また、ステップ１０２の判定が不成立のとき（即ち、性能低下の原因が酸化劣化ではないと判定されたとき）には、酸化抑制制御を停止し（ステップ１０８）、前述の永久劣化判定を実施する（ステップ１１０）。この判定が成立したときには、永久劣化が生じた吸着材２８の交換等を促すために、警告灯を点灯させる（ステップ１１２）。また、永久劣化の判定が不成立のときには、ステップ１００に戻って吸着性能の監視を続行する。

次に、図６を参照しつつ、前記ステップ１１０で実施される永久劣化の判定処理について具体的に説明する。

図６のルーチンでは、まず、永久劣化判定の開始条件が成立しているか否かを判定する（ステップ１２０）。この開始条件の具体例を挙げれば、例えばパージ制御が完了した状態であるか、などである。開始条件が不成立のときには、成立するまで待機する。また、開示条件が成立したときには、切換弁３０を制御することにより、排気ガスをバイパス通路２２に導入する（ステップ１２２）。

これにより、排気ガスが吸着材２８に流入し始めるので、温度センサ４０，４２により吸着材２８の上流側温度Ｔ1と下流側温度Ｔ2とを検出する（ステップ１２４）。この温度検出は、温度Ｔ1，Ｔ2の変化を捉えるのに適したサンプリング周期で繰返される。この状態で、排気ガス中の水分が吸着材２８に吸着されると、温度Ｔ1，Ｔ2がそれぞれ上昇する。そこで、前述したように、温度Ｔ1，Ｔ2の検出結果に基づいて、変化速度Ａ_F，Ａ_Rと、時間遅れｔ_F→Rとを算出する（ステップ１２６，１２８）。

次に、変化速度の平均値Ａverage(Ａ_F ，Ａ_R)を算出し（ステップ１３０）、この平均値と時間遅れｔ_F→Rとを用いて判定パラメータＰを算出する（ステップ１３２）。そして、判定パラメータＰが前記劣化判定値以上であるか否かを判定する（ステップ１３４）。この判定が成立したときには、ＮＯｘ吸着材２８に使用不能なレベルの永久劣化が生じていないと判定する(ステップ１３６)。また、前記判定が不成立のときには、吸着材２８に永久劣化が生じていると判定する（ステップ１３８）。

実施の形態２．
次に、図７乃至図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様のシステム構成と、制御ルーチン（図５）とを採用している。しかし、本実施の形態は、吸着材に供給した総熱量に応じて永久劣化を判定する点で、前記実施の形態１とは構成が異なっている。

［実施の形態２の特徴］
図７は、本実施の形態によるシステム構成を示している。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。この図に示すように、本実施の形態では、第１，第２のガス温度検出手段となる２つの排気温度センサ６０，６２がバイパス通路２２に設けられている。

上流側排気温度センサ６０は、ＮＯｘ吸着材２８の上流側に配置されており、吸着材２８に流入する排気ガスの温度を流入ガス温度Ｔinとして検出する。下流側排気温度センサ６２は、ＮＯｘ吸着材２８の下流側に配置されており、吸着材２８から流出する排気ガスの温度を流出ガス温度Ｔoutとして検出するものである。

（永久劣化の判定）
本実施の形態では、前述したパージ制御を開始するときに、これと並行して永久劣化判定を実施する。ここで、パージ制御の開始前には、前回の吸着制御により飽和状態に近い量の水分が吸着材２８に吸着されている。パージ制御が開始されると、高温の排気ガスが吸着材２８に流入するので、吸着されていた水分は徐々に脱離する。

この脱離反応は吸熱反応であるため、脱離反応の継続中には、吸着材２８に投入された熱量の一部が脱離反応に消費されることになり、吸着材の温度は余り上昇しない。しかし、水分の脱離が完了すると、吸着材の温度は大きく上昇するようになる。そこで、永久劣化判定では、排気ガスが吸着材２８に流入し始めてから大きな温度上昇が生じるまでの間の投入熱量を、吸着されていた水分量に対応する総熱量として算出する。そして、この総熱量に応じて永久劣化の有無を判定する構成としている。

図８は、吸着材の温度（床温）Ｔと、水分の脱離完了時間ｔとの関係を示している。脱離完了時間ｔとは、排気ガスが吸着材に流入し始めてから飽和状態に近い水分の脱離が完了するまでの経過時間として定義される。図８において、Ｔoaは永久劣化していない正常な吸着材の温度であり、ｔoは正常な吸着材の脱離完了時間である。また、Ｔa′とｔ′は、永久劣化した吸着材の温度と脱離完了時間をそれぞれ示している。さらに、総熱量Ｈとは、脱離完了時間ｔの間に吸着材に投入された熱量の積算値として定義される。そして、Ｈo，Ｈ′は、それぞれ正常な吸着材と永久劣化した吸着材の総熱量である。

図８中の特性線に示すように、吸着水分の脱離が完了すると、吸着材の温度Ｔは大きく上昇して所定の基準温度Ｔsに達し、このとき温度Ｔの単位時間当りの温度上昇率には変曲点が生じる。基準温度Ｔsは、吸着材の温度が大きく上昇したとき（または、温度上昇率に変曲点が生じたとき）に達成される温度として設定されており、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。

従って、永久劣化では、まず、パージ制御が開始されてから、吸着材２８の温度Ｔを検出する。この温度Ｔは、吸着材全体の温度が反映される位置で検出するのが好ましいので、本実施の形態では、吸着材２８の後部に配置された下流側温度センサ４２を用いて温度検出を行う。そして、（１）温度Ｔの上昇率に変曲点が生じたとき、（２）温度Ｔが予め設定された基準温度Ｔs以上となったとき、として定義される２つの判定条件(１)，(２)のうち、少なくとも一方の条件が成立したときに、吸着水分の脱離が完了したことを示す特定の温度状態が出現したものと判定する。

次に、排気ガスが吸着材２８に流入し始めてから上記判定が成立するまでの経過時間を、脱離完了時間ｔとして計測する。そして、エアフロメータ３２により検出した吸入空気量Ｇa（排気ガスの流量に相当）と、前述した流入ガス温度Ｔinと、流出ガス温度Ｔoutと、脱離完了時間ｔとを用いて、脱離完了時間ｔの間に吸着材２８に投入された総熱量Ｈを算出する。具体的には、積分用の時系列データである吸入空気量の履歴Ｇa(i)と、温度の履歴Ｔin(i)，Ｔout(i)とを用いて、脱離完了時間ｔを積分区間とする下記（２）式の積分を行うことにより、総熱量Ｈを求める。

Ｈ＝∫Ｇa(i)・{Ｔin(i)−Ｔout(i)}dt ・・・（２）

このように算出された総熱量Ｈは、吸着材２８から飽和状態に近い量の水分を脱離させるのに必要な熱量に相当するものである。ここで、吸着水分の飽和量は、前述したように、吸着材中のＮＯｘ吸着サイトの個数、即ち、永久劣化のレベルと相関関係がある。つまり、吸着水分の飽和量は、劣化レベルが高くなるにつれて減少するので、これに伴って総熱量Ｈも減少する。

図９は、吸着材に投入した総熱量と、永久劣化のレベルとの関係を示す特性線図である。この図から判るように、永久劣化した吸着材の総熱量Ｈ′は、正常な吸着材の総熱量Ｈoよりも減少した値となり、その減少量は劣化のレベルが進行するほど大きくなる。このため、永久劣化判定では、総熱量Ｈが所定の劣化判定値よりも減少したときに、吸着材２８に使用不能なレベルの永久劣化が生じていると判定する。この場合、劣化判定値は、劣化レベルの許容限度に対応した総熱量の値であり、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。

上記構成によれば、吸着材２８の水分を離脱させるのに必要な総熱量Ｈを用いて、永久劣化の有無を正確に判定することができる。この場合、総熱量Ｈは、排気ガスの流量変化に影響されないパラメータなので、内燃機関の運転状態に応じて排気ガスの流量が変化しても、永久劣化の判定を安定した精度で行うことができる。

また、吸着水分の脱離完了を判定するのに、温度上昇率の変曲点を検出する判定条件（１）と、基準温度Ｔsとの温度比較を行う判定条件（２）のうち、少なくとも一方の条件を用いる構成としたので、水分の脱離が完了したタイミングを的確に判定することができる。この場合、条件（１）による判定では、例えば周辺温度の変化等による外乱が存在する場合でも、温度Ｔの上昇勾配の微妙な変化を安定的に検出することができる。また、条件（２）による判定では、温度Ｔと基準温度Ｔsとを比較するだけの演算により、判定を容易に行うことができる。そして、これら２つの判定条件(１)，(２)を併用することにより、判定精度を更に高めることができる。

さらに、本実施の形態では、パージ制御を開始するときに、永久劣化判定を実施するようにしている。これにより、吸着材２８が常にほぼ同一の水分吸着状態となるタイミングから劣化判定を開始することができる。この結果、初期条件の差異による判定結果のばらつきを抑えることができ、永久劣化判定を安定的に行うことができる。

［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
図１０は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、このルーチンは、本実施の形態で前記図５と同様のルーチンが実行されるときに、前記図６のルーチンに代えて実行されるものである。

図１０に示すルーチンでは、まず、永久劣化判定の開始条件が成立しているか否かを判定する（ステップ２００）。この開始条件の具体例を挙げれば、例えばパージ制御を開始可能な状態であるか、などである。開始条件が不成立のときには、成立するまで待機する。また、開示条件が成立したときには、パージ制御を開始し（ステップ２０２）、脱離完了時間ｔを計測するためのタイマをスタートする（ステップ２０４）。

パージ制御の開始により、排気ガスが吸着材２８に流入し始めるので、吸入空気量Ｇa、吸着材の温度Ｔ、流入ガス温度Ｔinおよび流出ガス温度Ｔoutをそれぞれ検出する（ステップ２０６〜２１０）。これらの検出は、温度Ｔの変化を捉えたり、積分用の時系列データである履歴Ｇa(i)，Ｔin(i)，Ｔout(i)を蓄積するのに適したサンプリング周期で繰返される。

また、上記の検出動作を実施しつつ、吸着材２８の温度Ｔに基づいて前記判定条件(１)，(２)の判定を行う（ステップ２１２，２１４）。そして、何れかの判定条件が成立したときには、吸着水分の脱離が完了したものと判定し、前記タイマの値から脱離完了時間ｔを取得する（ステップ２１６）。また、判定条件(１)，(２)の何れも成立していないときには、まだ水分の脱離が完了していないと判定し、ステップ２０６〜２１０の検出動作を続行する。

次に、吸入空気量と温度の履歴Ｇa(i)，Ｔin(i)，Ｔout(i)と、脱離完了時間ｔとを用いて、前記（２）式の積分により総熱量Ｈを求める（ステップ２１８）。そして、総熱量Ｈが前記劣化判定値以上であるか否かを判定する（ステップ２２０）。この判定が成立したときには、ＮＯｘ吸着材２８に使用不能なレベルの永久劣化が生じていないと判定する(ステップ２２２)。また、前記判定が不成立のときには、吸着材２８に永久劣化が生じていると判定する（ステップ２２４）。

なお、実施の形態２では、吸着材２８から脱離させたＮＯｘ（パージガス）を排気系に合流させるシステム（以下、排気パージ型のシステムと称す）を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばパージガスを吸気系に還流させるシステム（以下、ＥＧＲパージ型のシステムと称す）に適用してもよい。ＥＧＲパージ型のシステムは、吸気系に還流されるパージガスの流量Ｖ_EGRを検出する流量センサを備えている。このシステムにおいて、永久劣化判定を行う場合の総熱量Ｈ_EGRは、パージガス流量の履歴Ｖ_EGR(i)を用いて、下記（３）式により算出することができる。

Ｈ_EGR＝∫Ｖ_EGR(i)・{Ｔin(i)−Ｔout(i)}dt ・・・（３）

また、排気パージ型とＥＧＲパージ型の構成を複合させた複合パージ型のシステムでは、排気パージ分の総熱量Ｈと、ＥＧＲパージ分の総熱量Ｈ_EGRとを用いて、システム全体の総熱量Ｈ_ALLを下記（４）式により算出することができる。

Ｈ_ALL＝Ｈ＋Ｈ_EGR ・・・（４）

さらに、実施の形態２では、エアフロメータ３２により検出した吸入空気量Ｇaを、排気ガスの流量として用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば吸入空気量Ｇaと、Ａ／Ｆセンサ３４により検出した排気空燃比とに基づいて排気ガスの流量を算出する構成としてもよい。これにより、吸入空気量だけでなく、空燃比のリッチ・リーンによっても変化する排気ガスの流量を正確に算出することができ、総熱量の算出精度をより向上させることができる。

実施の形態３．
次に、図１１乃至図１３を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様のシステム構成と、制御ルーチンとを採用している。しかし、本実施の形態は、ＮＯｘ吸着材と補助吸着材とを併用し、補助吸着材の劣化判定結果を基準としてＮＯｘ吸着材の劣化判定結果を補正する点で、前記実施の形態１とは構成が異なっている。

［実施の形態３の特徴］
図１１は、本実施の形態によるシステム構成を示している。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。この図に示すように、本実施の形態によるシステムは、補助吸着材としての水分吸着材７０と、温度センサ７２，７４とを備えている。

ここで、水分吸着材７０は、ＮＯｘ吸着材２８とほぼ同様に、例えばアルミナを含有するゼオライト等により形成されている。しかし、このゼオライトには、例えば鉄に代えてナトリウム等の金属がイオン交換されている。これにより、水分吸着材７０は、ＮＯｘの吸着能力はもたないが、排気ガス中の水分を吸着することが可能となっている。そして、水分吸着材７０は、ＮＯｘ吸着材２８の上流側となる位置でバイパス通路２２に設けられている。

温度センサ７２，７４は、水分吸着材７０のうち前部側の温度（床温）と、水分吸着材７０の後部側の温度をそれぞれ検出するものである。これにより、ＥＣＵ５０は、前記実施の形態１によるＮＯｘ吸着材２８の永久劣化判定を、水分吸着材７０に対しても実施することが可能となっている。そして、本実施の形態では、水分吸着材７０に対する永久劣化判定の判定結果を基準として、ＮＯｘ吸着材２８に対する永久劣化判定の判定結果を補正する構成としている。

図１２は、ＮＯｘ吸着材と水分吸着材（前処理用吸着材）のそれぞれについて、時間の経過に対する永久劣化の進行状態を示す説明図である。水分吸着材７０は、鉄に代えてナトリウムを担持しているため、ゼオライト中にアルミナが安定的に保持されている。このため、図１２に示すように、水分吸着材７０は、ＮＯｘ吸着材２８よりも永久劣化し難いという特徴を有している。

そこで、本実施の形態では、ＮＯｘ吸着材２８の永久劣化レベルと、水分吸着材７０の永久劣化レベルとの差分、あるいは両者の永久劣化レベルの比率を算出する。そして、この算出値を用いて、ＮＯｘ吸着材２８の最終的な永久劣化判定を実施する。これにより、水分吸着材７０の判定結果を基準として、ＮＯｘ吸着材２８の判定結果を補正することができる。

つまり、例えば外乱等による判定結果の誤差や、吸着材の設置環境により生じる固有の誤差が存在したとしても、これらの誤差をＮＯｘ吸着材２８の判定結果と水分吸着材７０の判定結果との間で打消すことができる。従って、永久劣化の判定精度を高め、判定の信頼性を向上させることができる。

［実施の形態３を実現するための具体的な処理］
図１３は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、このルーチンは、本実施の形態で前記図５と同様のルーチンが実行されるときに、図５中のステップ１１０で実施されるものである。

図１３に示すルーチンでは、まず、例えば実施の形態１と同様の判定方法を用いることにより、ＮＯｘ吸着材２８に対して永久劣化判定を実施する（ステップ３００）。このステップ３００により得られる判定結果は、暫定的な（補正前の）ものである。続いて、ステップ３００と同様の判定方法を用いることにより、水分吸着材７０に対して永久劣化判定を実施する（ステップ３０２）。

次に、ＮＯｘ吸着材２８の永久劣化レベルと、水分吸着材７０の永久劣化レベルとの差分、あるいは両者の永久劣化レベルの比率を、最終的な判定パラメータとして算出する（ステップ３０４）。そして、実施の形態１の場合とほぼ同様に、判定パラメータが所定の劣化判定値以上であるか否かを判定し（ステップ３０６）、その判定結果に応じて永久劣化の有無を判定する（ステップ３０８，３１０）。これにより、外乱や環境誤差の影響を除外して永久劣化判定を正確に行うことができる。

なお、前記実施の形態１では、図５中のステップ１０２，１１０が吸着性能判定手段の具体例を示している。このうち、ステップ１０２は酸化判定手段の具体例を示し、ステップ１１０は永久劣化判定手段の具体例を示している。また、ステップ１０４は通常時還元手段の具体例、ステップ１０６は吸着材再生手段の具体例、ステップ１１２は報知手段の具体例をそれぞれ示している。さらに、図６中のステップ１２６は温度上昇率取得手段の具体例を示し、ステップ１２８は時間遅れ取得手段の具体例を示している。

また、実施の形態２において、図１０中のステップ２０６は排気ガス流量取得手段の具体例、ステップ２１２，２１４は温度状態判定手段の具体例、ステップ２１６は時間計測手段の具体例、ステップ２１８は総熱量算出手段の具体例、ステップ２２０〜２２４は吸着性能判定手段の具体例をそれぞれ示している。一方、実施の形態３において、図１３中のステップ３０２は補助劣化判定手段の具体例、ステップ３０４は吸着性能判定手段の具体例をそれぞれ示している。

また、実施の形態３では、補助吸着材として水分吸着材７０を例に挙げて説明した。しかし、本発明の補助吸着材は水分に限らず、ＮＯｘと異なる他の排気ガス成分を吸着すればよいものであり、例えばＣＯ吸着材、ＨＣ吸着材等を補助吸着材として用いる構成としてもよい。

また、実施の形態３では、実施の形態１と同様の判定方法により永久劣化を判定する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば実施の形態３において、実施の形態２と同様の判定方法により吸着材２８，７０の永久劣化を判定する構成としてもよい。

さらに、前記各実施の形態では、例えばゼオライト系のＮＯｘ吸着材２８を用いるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、ゼオライト系以外のＮＯｘ吸着材にも広く適用することが可能である。

本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す全体構成図である。 ＮＯｘ吸着材の上流側温度および下流側温度の挙動と、永久劣化の有無との関係を示す特性線図である。 永久劣化判定用の判定パラメータと、永久劣化のレベルとの関係を示す特性線図である。 図２中の上流側温度および下流側温度をそれぞれ時間微分した特性線を示す特性線図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２によるシステム構成を示す全体構成図である。 吸着材の床温と水分の脱離完了時間との関係を示す特性線図である。 吸着材に投入した総熱量と、永久劣化のレベルとの関係を示す特性線図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３によるシステム構成を示す全体構成図である。 ＮＯｘ吸着材と水分吸着材（前処理用吸着材）のそれぞれについて、時間の経過に対する永久劣化の進行状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ 主通路
１８ 上流側触媒
２０ 下流側触媒
２２ バイパス通路
２４ 上流側接続部
２６ 下流側接続部
２８ ＮＯｘ吸着材
３０ 切換弁（流路切換手段）
３２ エアフロメータ
３４ Ａ／Ｆセンサ（排気空燃比取得手段）
３６，３８ ＮＯｘセンサ
４０，４２ 温度センサ（第１，第２の温度検出手段）
５０ ＥＣＵ（吸着制御手段）
６０，６２ 排気温度センサ（第１，第２のガス温度検出手段）
７０ 水分吸着材（補助吸着材）
７２，７４ 温度センサ
Ｔ1 上流側温度
Ｔ2 下流側温度
Ｔin 流入ガス温度
Ｔout 流入ガス温度

Claims (13)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路の一部である主通路をバイパスするバイパス通路と、
   排気ガス中に含まれる成分のうち少なくともＮＯｘを吸着するために、前記バイパス通路に設けられたＮＯｘ吸着材と、
   排気ガスの流路を前記主通路と前記バイパス通路の何れかに切換える流路切換手段と、
   前記流路切換手段を制御することにより、内燃機関の運転状態に応じて排気ガスを前記バイパス通路に流通させ、前記ＮＯｘ吸着材に吸着動作を行わせる吸着制御手段と、
   前記ＮＯｘ吸着材の吸着性能が低下したときに、当該吸着性能の低下が再生可能なものか再生不可能なものかを判定する吸着性能判定手段と、を備え、
   前記吸着性能判定手段は、
   前記吸着性能の低下が前記ＮＯｘ吸着材の酸化により生じたものか否かを判定する酸化判定手段と、
   前記吸着性能の低下が酸化によるものではない場合に、当該性能低下が前記ＮＯｘ吸着材の不可逆的な構造変化により生じたものか否かを判定する永久劣化判定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記ＮＯｘ吸着材のうち排気ガスの流れ方向の上流側に位置する部位の温度を上流側温度として検出する第１の温度検出手段と、
   前記ＮＯｘ吸着材のうち排気ガスの流れ方向の下流側に位置する部位の温度を下流側温度として検出する第２の温度検出手段と、を備え、
   前記吸着性能判定手段は、排気ガスが前記ＮＯｘ吸着材に流入することによる前記上流側温度の温度変化と前記下流側温度の温度変化とを比較し、当該比較結果に応じて前記吸着性能の低下が再生不可能であるか否かを判定する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 排気ガスの流通により上昇する前記上流側温度と前記下流側温度のうち、少なくとも一方の温度の単位時間当りの温度上昇率を取得する温度上昇率取得手段と、
   前記上流側温度が上昇してから前記下流側温度が上昇するまでの時間遅れを取得する時間遅れ取得手段と、を備え、
   前記吸着性能判定手段は、前記温度上昇率と前記時間遅れとの乗算値に基づいて、前記吸着性能の低下が再生不可能であるか否かを判定する構成としてなる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記吸着性能判定手段は、前記上流側温度の温度上昇率と前記下流側温度の温度上昇率との平均値を判定に用いる構成としてなる請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記吸着性能判定手段は、前記ＮＯｘ吸着材に吸着されたＮＯｘをパージさせるパージ制御が完了した後に、前記再生不可能な性能低下の判定を行う構成としてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 排気ガスが前記ＮＯｘ吸着材に流入し始めてから前記ＮＯｘ吸着材に特定の温度状態が出現したことを判定する温度状態判定手段と、
   排気ガスが前記ＮＯｘ吸着材に流入し始めてから前記特定の温度状態が出現するまでの間に前記ＮＯｘ吸着材に投入された総熱量を算出する総熱量算出手段と、を備え、
   前記吸着性能判定手段は、前記総熱量に基づいて前記吸着性能の低下が再生不可能であるか否かを判定する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記温度状態判定手段は、前記ＮＯｘ吸着材が所定の基準温度に達したときに、前記特定の温度状態が出現したと判定する構成としてなる請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記温度状態判定手段は、前記ＮＯｘ吸着材の単位時間当りの温度上昇率に変曲点が生じたときに、前記特定の温度状態が出現したと判定する構成としてなる請求項６または７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 排気ガスの流量を取得する排気ガス流量取得手段と、
   前記ＮＯｘ吸着材に流入する排気ガスの温度を流入ガス温度として検出する第１のガス温度検出手段と、
   前記ＮＯｘ吸着材から流出する排気ガスの温度を流出ガス温度として検出する第２のガス温度検出手段と、
   排気ガスが前記ＮＯｘ吸着材に流入し始めてから前記特定の温度状態が出現するまでの経過時間を計測する時間計測手段と、を備え、
   前記総熱量算出手段は、前記排気ガスの流量、前記流入ガス温度、前記流出ガス温度および前記経過時間に基づいて前記総熱量を算出する構成としてなる請求項６乃至８のうち何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記吸着性能判定手段は、前記ＮＯｘ吸着材に吸着されたＮＯｘをパージさせるパージ制御を開始するときに、前記再生不可能な性能低下の判定を行う構成としてなる請求項６乃至９のうち何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 前記ＮＯｘ吸着材と共に前記バイパス通路に設けられ、ＮＯｘと異なる他の排気ガス成分を吸着する補助吸着材と、
    前記補助吸着材に再生不可能な性能低下が生じているか否かを判定する補助劣化判定手段と、を備え、
    前記吸着性能判定手段は、前記補助吸着材の劣化判定結果を基準として前記ＮＯｘ吸着材の劣化判定結果を補正する構成としてなる請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
12. 排気ガスの空燃比を取得する排気空燃比取得手段と、
    前記ＮＯｘ吸着材の温度が還元処理に適した温度範囲にあり、かつ内燃機関の燃焼制御を実施したことにより排気ガスの空燃比がリッチ側に変化したときに、当該排気ガスを前記バイパス通路に流通させて前記ＮＯｘ吸着材の還元処理に利用する通常時還元手段と、
    を備えてなる請求項１乃至１１のうち何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
13. 前記ＮＯｘ吸着材に再生可能な性能低下が生じたときに、前記ＮＯｘ吸着材の還元処理を行う吸着材再生手段と、
    前記ＮＯｘ吸着材に再生不可能な性能低下が生じたときに、これを周囲に報知する報知手段と、
    を備えてなる請求項１乃至１２のうち何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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