JP4968775B2 - 内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。特に、ＮＯ_X触媒の劣化割合や硫黄被毒量を精度良く検証しながら排気ガスの浄化を行うことができる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、環境汚染を及ぼすおそれがある窒素酸化物（以下、ＮＯ_Xと称する）が含まれている。このＮＯ_Xを浄化する方法として、流入する排気ガスの空燃比が、酸素濃度が高いリーンの状態のときに排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、流入する排気ガスがリッチの状態になり、酸素濃度が低下したときに、吸蔵していたＮＯ_Xを放出するＮＯ_X触媒（以下、単に触媒と称する場合がある。）を用いる方法が知られている。

かかる触媒を用いた方法では、通常、内燃機関をリーンの状態で運転し、排気ガス中のＮＯ_Xを触媒に吸蔵させるが、吸蔵量が増加するに伴ってＮＯ_Xの吸蔵割合が低下し、触媒に吸蔵されず下流側へスリップするＮＯ_Xの量が増加する。そのため、所定のタイミングで排気ガスの空燃比をリッチに切り替え、吸蔵されたＮＯ_Xを放出させるとともに、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）等を用いて、ＮＯ_Xを窒素（Ｎ₂）及び水分（Ｈ₂Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）に還元し、浄化することが行われている。このように、ＮＯ_Xを吸蔵した触媒から、ＮＯ_Xを放出させ、還元させる再生処理を繰り返すことによって、排気ガス中のＮＯ_Xの還元、浄化を継続的に行うことができる。

ここで、ＮＯ_X触媒は、排気通路中に配置されて用いられるものであり、高温の排気ガスの熱によって劣化する場合がある。また、排気ガス中に含まれる硫黄成分（硫黄酸化物、以下ＳＯ_Xと称する）も触媒に吸蔵される一方、この硫黄成分はＮＯ_Xと同じ条件下では触媒から脱離させることができないために、いわゆる硫黄被毒による劣化を生じる場合もある。このような触媒の劣化を生じると、ＮＯ_Xの吸蔵能力が低下し、排気ガス中のＮＯ_Xがそのまま大気中に放出されやすくなる。

そこで、熱劣化したＮＯ_X触媒を早期に交換したり、被毒回復等の処置を取ったりすることができるように、ＮＯ_X触媒の劣化を正確に検出することができる内燃機関の排気浄化装置が提案されている。より具体的には、図５に示すように、ＮＯ_X吸収剤（ＮＯ_X触媒）３１８の下流側の排気通路３１７に排気中のＮＯ_X濃度を検出するＮＯ_Xセンサ３２０を配置し、ＮＯ_X吸収剤３１８の再生終了後、ＮＯ_Xセンサ３２０の出力が所定値まで上昇するまでの時間が、あらかじめ定めた所定時間以下の場合にＮＯ_X吸収剤３１８が劣化したと判定することができる内燃機関の排気浄化装置が開示されている（特許文献１参照）。
特開平７−２０８１５１号公報 （全文 全図）

しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯ_Xの吸蔵開始後、触媒下流側のＮＯ_Xセンサの出力に関する値が所定値まで到達する時間を規準として劣化の有無を判定するものであり、触媒の吸蔵容量を直接的に算出して劣化割合を判定するものではない。そのため、触媒の交換、被毒回復等の目安としては利用できるものの、ＮＯ_Xの吸蔵量やＳＯ_Xの吸蔵量を精度良く算出して、触媒に流入する排気ガスの空燃比の制御を適確に行うことまでは意図されていない。すなわち、ＮＯ_XやＳＯ_Xの吸蔵量を精度良く推定できる構成ではないため、還元浄化するＮＯ_Xや脱離させるＳＯ_Xの量に対応した空燃比制御を適確に行うことができず、過剰なＨＣやＣＯを含ませることで燃費を悪化させたり、触媒の熱劣化を促進したりするおそれがあった。

また、触媒の硫黄被毒については、ＮＯ_Xの還元、浄化とは異なり、空燃比がリッチの状態で、かつ、触媒温度が高温（例えば、６５０℃以上）になるように内燃機関の運転状態を制御し、吸蔵されたＳＯ_Xを脱離させることにより、触媒を再生することができるが、熱劣化を生じた触媒については、もはや交換せざるを得ないものである。しかしながら、特許文献１の内燃機関の排気浄化装置は、硫黄被毒と熱劣化とを区別することなく劣化の有無を判定するものであり、熱劣化による触媒の交換時期の判断を適確に行うことは困難である。

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度をもとに触媒の吸蔵容量を直接的に演算し、初期吸蔵容量と比較することによって、触媒の劣化割合が精度良く算出でき、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の目的は、触媒の劣化割合を精度良く検出し、適確な空燃比制御を行うことによって、触媒の耐久性や燃費を向上させるとともに、触媒の熱劣化による交換時期を精度よく判定することができる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法を提供することである。

本発明によれば、内燃機関の排気通路中に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンの状態において前記排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチの状態において吸蔵したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯ_X触媒の上流側における排気ガスのＮＯ_X濃度を検出するための第１のＮＯ_X濃度検出手段と、ＮＯ_X触媒の下流側における排気ガスのＮＯ_X濃度を検出するための第２のＮＯ_X濃度検出手段と、を備えるとともに、ＮＯ_X触媒のＮＯ_X放出終了後、ＮＯ_Xの吸蔵開始から所定時間経過した時点における、第１及び第２のＮＯ_X濃度検出手段によって検出されるＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度をもとに、ＮＯ_X触媒の第１の吸蔵容量（Ｓ _n ）を、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＮＯ _X 量の影響を除くべく、（Ｎ _in −Ｎ _out ）／Ｎ _in ×Ｑ _gas ／Ｖ／ｋをｅｘｐ（−Ｎ _in ×ｋ×ｔ）で除してなる下記式（５）により算出し、第１の吸蔵容量をあらかじめ求められたＮＯ_X触媒の劣化前の初期吸蔵容量と比較することにより、ＮＯ_X触媒の劣化割合を演算する劣化割合演算手段と、劣化割合の演算後、ＮＯ_X触媒に吸蔵されたＳＯ_Xを離脱させ、ＳＯ_Xを離脱させた状態における、第１及び第２のＮＯ_X濃度検出手段によって検出されるＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度をもとに、ＮＯ_X触媒の第２の吸蔵容量（Ｓ _n ）を下記式（５）により算出し、第２の吸蔵容量を初期収蔵容量と比較することにより、ＮＯ_X触媒の熱劣化割合を演算する熱劣化割合演算手段と、を備え、かつ、劣化割合演算手段によって演算される劣化割合をもとに、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されているＮＯ _X 量を演算するＮＯ _X 量演算手段と、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＮＯ _X を放出させる際に、ＮＯ _X 量演算手段によって算出されたＮＯ _X 量に応じて、内燃機関の運転状態を制御する運転状態制御手段と、劣化割合の演算及び熱劣化割合の演算を複数回繰返し、算出された劣化割合と前回の前記熱劣化割合との差をもとに、前記ＮＯ _X 触媒に吸蔵されているＳＯ _X 量を演算するＳＯ _X 量演算手段と、をさらに備え、運転状態制御手段は、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＳＯ _X を脱離させる際に、ＳＯ _X 量演算手段によって算出されたＳＯ _X 量に応じて、内燃機関の運転状態を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。Ｓ _n ＝（Ｎ _in −Ｎ _out ）／Ｎ _in ×Ｑ _gas ／Ｖ／ｋ／ｅｘｐ（−Ｎ _in ×ｋ×ｔ）…式（５）
Ｎ _in …ＮＯ _X 触媒上流側のＮＯ _X 濃度
Ｎ _out …ＮＯ _X 触媒下流側のＮＯ _X 濃度
Ｑ _gas …排気ガスの流量
Ｖ…触媒の容積
ｋ…ＮＯ _X 触媒の反応速度定数
ｔ…時間

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、劣化割合演算手段及び熱劣化割合演算手段は、ＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度と排気ガスの流量とＮＯ_X触媒の温度とをもとに、ＮＯ_X触媒の劣化による吸蔵速度の変化を利用して、第１又は第２の吸蔵容量を演算することが好ましい。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、演算される熱劣化割合が所定値を超えた場合に信号を発信する警告手段を備えることが好ましい。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、第１のＮＯ_X濃度検出手段は、内燃機関の運転状態をもとにＮＯ_X濃度を演算するＮＯ_X濃度演算手段であることが好ましい。

また、本発明の別の態様は、内燃機関の排気通路中に配置された、流入する排気ガスの空燃比がリーンの状態において排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチの状態において吸蔵したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X触媒を用いて、排気ガス中のＮＯ_Xを浄化する内燃機関の排気浄化方法において、ＮＯ_X触媒のＮＯ_X放出終了後、ＮＯ_Xの吸蔵開始から所定時間経過した時点における、ＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度を検出するとともに、検出されたＮＯ_X濃度をもとにＮＯ_X触媒の第１の吸蔵容量（Ｓ _n ）を、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＮＯ _X 量の影響を除くべく、（Ｎ _in −Ｎ _out ）／Ｎ _in ×Ｑ _gas ／Ｖ／ｋをｅｘｐ（−Ｎ _in ×ｋ×ｔ）で除してなる下記式（５）により算出する工程と、第１の吸蔵容量をあらかじめ求められたＮＯ_X触媒の劣化前の初期吸蔵容量と比較することにより、ＮＯ_X触媒の劣化割合を演算する工程と、劣化割合の演算後、ＮＯ_X触媒に吸蔵されたＳＯ_Xを脱離させる工程と、ＳＯ_Xを脱離させた状態における、ＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度を検出するとともに、検出されたＮＯ_X濃度をもとにＮＯ_X触媒の第２の吸蔵容量（Ｓ _n ）を下記式（５）により算出する工程と、第２の吸蔵容量を、あらかじめ求められたＮＯ_X触媒の劣化前の初期吸蔵容量と比較することにより、ＮＯ_X触媒の熱劣化割合を演算する工程と、劣化割合をもとに、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されているＮＯ _X 量を演算するＮＯ _X 量演算工程と、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＮＯ _X を放出させる際に、ＮＯ _X 量演算工程によって算出されたＮＯ _X 量に応じて、内燃機関の運転状態を制御する工程と、劣化割合の演算及び熱劣化割合の演算を複数回繰返し、算出された劣化割合と前回の熱劣化割合との差をもとに、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されているＳＯ _X 量を演算するＳＯ _X 量演算工程と、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＳＯ _X を脱離させる際に、ＳＯ _X 量演算工程によって算出されたＳＯ _X 量に応じて、内燃機関の運転状態を制御する工程と、を含むことを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
Ｓ _n ＝（Ｎ _in −Ｎ _out ）／Ｎ _in ×Ｑ _gas ／Ｖ／ｋ／ｅｘｐ（−Ｎ _in ×ｋ×ｔ）…式（５）
Ｎ _in …ＮＯ _X 触媒上流側のＮＯ _X 濃度
Ｎ _out …ＮＯ _X 触媒下流側のＮＯ _X 濃度
Ｑ _gas …排気ガスの流量
Ｖ…触媒の容積
ｋ…ＮＯ _X 触媒の反応速度定数
ｔ…時間

本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒の劣化に伴う吸蔵速度の低下を利用して触媒の吸蔵容量を算出することにより、触媒の劣化割合あるいは熱劣化割合を精度良く算出することができる。また、これらの劣化割合あるいは熱劣化割合をもとに、触媒に吸蔵されたＮＯ_XやＳＯ_Xの量を精度良く推定することができるため、ＮＯ_Xを還元、浄化したり、ＳＯ_Xを脱離したりする際の排気ガスの空燃比制御を適確に行うことができるようになる。したがって、燃費が悪化したり、触媒の熱劣化が促進されたりすることを抑えることができ、経済性及び耐久性に優れた排気浄化装置を提供することができる。
さらに、触媒の熱劣化割合を精度良く判定することができることから、触媒の交換時期を適確に判断することができる。したがって、ＮＯ_Xのスリップ量を低減して、信頼性に優れた排気浄化装置を提供することができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、劣化割合演算手段及び熱劣化割合演算手段を、ＮＯ_X触媒の劣化による吸蔵速度の変化を利用して吸蔵容量を演算する手段として構成することにより、触媒の劣化割合に対応するＮＯ_Xの吸蔵速度を考慮して、触媒の吸蔵容量を精度良く算出することができる。したがって、触媒の劣化割合や熱劣化割合を正確に判断することができ、触媒再生時の内燃機関の運転条件を適確に制御したり、触媒の交換時期を適確に判断したりすることができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、触媒の劣化割合をもとにＮＯ_X量を算出し、当該ＮＯ_X量に応じて内燃機関の運転状態を制御することにより、ＮＯ_X放出時の排気ガスの空燃比制御を適確に行うことができ、燃費の悪化や触媒の熱劣化を抑えることができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、触媒の劣化割合から熱劣化割合部分を差し引いて得られる硫黄被毒割合をもとにＳＯ_Xの吸蔵量を算出し、当該ＳＯ_X量に応じて内燃機関の運転状態を制御することにより、ＳＯ_X脱離時の排気ガスの空燃比制御を適確に行うことができ、燃費の悪化や触媒の熱劣化を抑えることができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、所定の警告手段を備えることにより、触媒の熱劣化による交換を適切なタイミングで行うことができ、ＮＯ_Xのスリップ量を低減して、信頼性に優れた排気浄化装置とすることができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯ_X触媒の上流側のＮＯ_X濃度検出手段として、ＮＯ_XセンサではなくＮＯ_X濃度演算手段を備えることにより、生産コストの上昇を抑えることができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化方法によれば、触媒の劣化割合及び熱劣化割合を精度良く算出することができ、これらの劣化割合をもとにして、吸蔵されているＮＯ_X量やＳＯ_X量を精度良く推定することができる。したがって、ＮＯ_Xを還元、浄化したり、ＳＯ_Xを脱離したりする際に、排気ガスの空燃比を適確に制御することができるようになり、燃費の悪化や触媒の熱劣化の促進を抑えることができる。
さらに、触媒の熱劣化割合を精度良く算出することができることから、触媒の熱劣化に伴って適切なタイミングで交換することができ、ＮＯ_Xの浄化効率が低下することを防ぐことができる。

なお、本明細書において、「熱劣化割合」とは、熱の影響による吸蔵能力の劣化度合いを意味し、「劣化割合」とは、熱の影響だけでなく、硫黄被毒による吸蔵能力の劣化を含めた劣化度合いを意味する。

以下、図面を参照して、本発明の内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関する実施形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

［第１の実施形態］
本発明にかかる第１の実施形態は、内燃機関の排気通路中に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンの状態において排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチの状態において吸蔵したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置（以下、単に排気浄化装置と称する場合がある。）である。
本実施形態の排気浄化装置は、ＮＯ_X触媒の上流側における排気ガスのＮＯ_X濃度を検出するための第１のＮＯ_X濃度検出手段と、ＮＯ_X触媒の下流側における排気ガスのＮＯ_X濃度を検出するための第２のＮＯ_X濃度検出手段と、を備えるとともに、ＮＯ_X触媒のＮＯ_X放出終了後、ＮＯ_Xの吸蔵開始から所定時間経過した時点における、第１及び第２のＮＯ_X濃度検出手段によって検出されるＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度をもとに、ＮＯ_X触媒の第１の吸蔵容量（Ｓ _n ）を、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＮＯ _X 量の影響を除くべく、（Ｎ _in −Ｎ _out ）／Ｎ _in ×Ｑ _gas ／Ｖ／ｋをｅｘｐ（−Ｎ _in ×ｋ×ｔ）で除してなる下記式（５）により算出し、第１の吸蔵容量をあらかじめ求められたＮＯ_X触媒の劣化前の初期吸蔵容量と比較することにより、ＮＯ_X触媒の劣化割合を演算する劣化割合演算手段と、劣化割合の演算後、ＮＯ_X触媒に吸蔵されたＳＯ_Xを離脱させ、ＳＯ_Xを離脱させた状態における、第１及び第２のＮＯ_X濃度検出手段によって検出されるＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度をもとに、ＮＯ_X触媒の第２の吸蔵容量（Ｓ _n ）を下記式（５）により算出し、第２の吸蔵容量を初期収蔵容量と比較することにより、ＮＯ_X触媒の熱劣化割合を演算する熱劣化割合演算手段と、を備え、かつ、劣化割合演算手段によって演算される劣化割合をもとに、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されているＮＯ _X 量を演算するＮＯ _X 量演算手段と、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＮＯ _X を放出させる際に、ＮＯ _X 量演算手段によって算出されたＮＯ _X 量に応じて、内燃機関の運転状態を制御する運転状態制御手段と、劣化割合の演算及び熱劣化割合の演算を複数回繰返し、算出された劣化割合と前回の前記熱劣化割合との差をもとに、前記ＮＯ _X 触媒に吸蔵されているＳＯ _X 量を演算するＳＯ _X 量演算手段と、をさらに備え、運転状態制御手段は、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＳＯ _X を脱離させる際に、ＳＯ _X 量演算手段によって算出されたＳＯ _X 量に応じて、内燃機関の運転状態を制御することを特徴とする。Ｓ _n ＝（Ｎ _in −Ｎ _out ）／Ｎ _in ×Ｑ _gas ／Ｖ／ｋ／ｅｘｐ（−Ｎ _in ×ｋ×ｔ）…式（５）
Ｎ _in …ＮＯ _X 触媒上流側のＮＯ _X 濃度
Ｎ _out …ＮＯ _X 触媒下流側のＮＯ _X 濃度
Ｑ _gas …排気ガスの流量
Ｖ…触媒の容積
ｋ…ＮＯ _X 触媒の反応速度定数
ｔ…時間
以下、本実施形態の排気浄化装置の構成について、図１に基づいて具体的に説明する。

図１は、本実施形態の排気浄化装置１０の全体構成を示す図である。この排気浄化装置１０は、排気通路１１中に配置されたＮＯ_X触媒１３と、このＮＯ_X触媒１３の上流側及び下流側に配置された、ＮＯ_X濃度検出手段としての第１及び第２のＮＯ_Xセンサ１５、１６と、ＮＯ_X触媒１３の上流側及び下流側にそれぞれ配置された第１及び第２の温度センサ２１、２２と、ＮＯ_Xセンサ１５、１６や温度センサ２１、２２の測定値等をもとに種々の演算を行い、内燃機関５の運転状態を制御するＥＣＵ１７とを備えている。

排気ガスを排出する内燃機関５としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが典型的であるが、現状においてＮＯ_Xの浄化が課題とされるディーゼルエンジンを対象とすることが適している。また、内燃機関５の排気ガス排出口には排気通路１１が接続されており、その途中に、ＮＯ_Xを還元、浄化するためのＮＯ_X触媒１３が備えられている。

本発明の排気浄化装置に用いられるＮＯ_X触媒１３は、流入する排気ガスがリーンの状態のときに排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、流入する排気ガスがリッチの状態に切り替わったときに吸蔵されたＮＯ_Xを放出する機能を有する触媒である。
かかるＮＯ_X触媒は特に制限されるものではなく、公知のもの、例えば、多孔質担体上に、活性成分としてのストロンチウム又はバリウム、及びマグネシウム等のアルカリ土類金属や、セリウムとランタン等の希土類金属、白金とロジウム等の貴金属等を含むものを用いることができる。

また、ＥＣＵ１７は、ＮＯ_Xセンサ１５、１６や温度センサ２１、２２からの信号をもとにＮＯ_Xの吸蔵量や劣化割合等、種々の演算を行い、内燃機関５の回転数や、燃料噴射量、燃料噴射タイミング等の運転状態を制御する制御手段である。本実施形態の排気浄化装置においては、この制御手段は、主として、排出される排気ガスの空燃比を制御するために用いられる。

また、ＮＯ_X触媒１３の上流側に配置された第１のＮＯ_Xセンサ１５は、ＮＯ_X触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ_X濃度を測定するためのセンサであり、ＮＯ_X触媒１３の下流側に配置された第２のＮＯ_Xセンサ１６は、ＮＯ_X触媒１３を通過した後の排気ガス中のＮＯ_X濃度を測定するためのセンサである。これらのＮＯ_Xセンサについては、公知のものを適宜使用することができる。
ただし、ＮＯ_X触媒１３の上流側の第１のＮＯ_Xセンサ１５については、ＮＯ_Xセンサを配置する代わりに、ＥＣＵ１７によって制御される内燃機関の運転状態から、排出される排気ガス中のＮＯ_X濃度を演算する手段をＥＣＵ１７に備えた構成とすることもできる。このような演算手段を備えた構成とすることにより、比較的高価なＮＯ_Xセンサの数を減らし、コストの上昇を抑えることができる。

また、ＮＯ_X触媒１３の上流側及び下流側に配置された第１及び第２の温度センサ２１、２２は、それぞれの箇所における排気ガスの温度を測定するためのセンサである。この温度センサを備えることにより、測定される温度から、ＮＯ_X触媒の温度を推定することができる。また、実際に測定される排気ガスの温度を考慮して、様々な演算を行うことができ、触媒の劣化割合やＮＯ_XあるいはＳＯ_Xの吸蔵量をより精度良く算出することができる。これらの温度センサについても、公知のものを適宜使用することができる。

このような構成の排気浄化装置１０では、排出される排気ガスの空燃比がリーン状態となる運転状態で、触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ_Xは触媒１３に吸蔵される。そして、吸蔵されるＮＯ_X量が増加するにしたがって、触媒１３によるＮＯ_Xの吸蔵速度が低下するため、所定の時期に、吸蔵されたＮＯ_Xを放出させて、触媒１３を再生する必要がある。触媒１３の再生は、触媒１３に流入する排気ガスの空燃比をリッチ側に切り替えることによって行われ、吸蔵されていたＮＯ_Xを放出させるとともに、放出したＮＯ_Xは、排気ガス中のＨＣやＣＯと反応させることによって、Ｎ₂、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂に分解されて放出される。

この触媒１３の再生を行う際に、排気ガスの空燃比をリッチ状態にするには、内燃機関５の燃料噴射量を増加させるように制御される。そのため、吸蔵されたＮＯ_X量に対して、必要以上に燃料噴射量を多くしてしまうと、燃費が著しく悪化したり、ＮＯ_Xの還元反応に用いられなかったＨＣやＣＯが触媒１３上で酸化され、そのときの酸化熱によって触媒１３の熱劣化を引き起こしたりするおそれがある。さらには、ＨＣやＣＯが触媒をスリップして、そのまま大気中に放出されるおそれがある。そのため、排気ガスの空燃比をリッチ側に切り替える際には、吸蔵されたＮＯ_X量に対応させて適確に行う必要がある。

ここで、ある時間排気ガスを通過させた場合に触媒に吸蔵されるＮＯ_X量は、触媒１３の吸蔵速度に依存し、この触媒１３の吸蔵速度は、触媒１３の劣化割合によって変化することが知られている。触媒の吸蔵速度と劣化割合との相関関係について、図２を参照して説明する。この図２の横軸は、触媒の再生後、吸蔵開始時からの経過時間を示し、縦軸は、触媒のＮＯ_X吸蔵速度を示している。また、実線Ａは、劣化していない状態の触媒の吸蔵速度の変化曲線を示し、破線Ｂは、所定割合劣化した状態の触媒の吸蔵速度の変化曲線を示している。
この図２に示すように、劣化していない状態の触媒及び劣化した触媒のいずれにおいても、ＮＯ_Xの吸蔵開始直後においては、一定のＮＯ_X吸蔵速度が維持されているが、時間が経過し、吸蔵されるＮＯ_X量が増加するにつれＮＯ_X吸蔵速度が徐々に減少している。また、この吸蔵速度は、劣化していない触媒（実線Ａ）と比較して、劣化している触媒（破線Ｂ）の方が、早く低下しはじめていることが理解できる。

この吸蔵速度の変化を理論的に説明すると以下のとおりとなる。
すなわち、ＮＯ_X触媒の吸蔵速度Ｄ_Nは、理論的には下記のモデル式（１）として表すことができる。
Ｄ_N＝Ｎ_in×（Ｓ₀−Ｎ_c）×ｋ…式（１）
Ｎ_in…ＮＯ_X触媒に流入するＮＯ_X濃度
Ｓ₀…劣化していない状態での触媒の初期吸蔵容量
Ｎ_c…ＮＯ_X触媒に吸蔵されているＮＯ_X量
ｋ…ＮＯ_X触媒の反応速度定数

なお、ＮＯ_X触媒の反応速度定数ｋは、触媒ごとに定められる定数であって、以下のアレニウス式（２）を用いて表されるように、温度に依存する関数である。
ｋ＝Ａ×ｅｘｐ（−Ｅ／ＲＴ）…式（２）
Ａ…頻度因子
Ｅ…活性化エネルギー
Ｒ…気体定数
Ｔ…ＮＯ_X触媒の温度

上記モデル式（１）において、触媒に流入するＮＯ_X濃度Ｎ_in、触媒の温度、排気ガスの流量が一定であると仮定すると、下記のモデル式（３）のように、時間ｔの関数で表すことができる。
Ｄ_N＝Ｎ_in×ｋ×Ｓ₀×ｅｘｐ（−Ｎ_in×ｋ×ｔ）…式（３）
このモデル式（３）は、Ｓ₀に依存しており、熱劣化や硫黄被毒により劣化を生じ、ＮＯ_Xの吸蔵容量が減少した触媒は、ＮＯ_Xの放出後、吸蔵開始時点でのＮＯ_Xの吸蔵容量Ｓ_nが、初期吸蔵容量Ｓ₀に比べて小さいため、上述した図２に示すように、所定時間経過後における劣化したＮＯ_X触媒の吸蔵速度は、同じ時間経過した状態での劣化していないＮＯ_X触媒の吸蔵速度と比較して低下していることになる。

このことを踏まえ、本実施形態の排気浄化装置では、触媒の劣化割合を精度良く算出すべく、ＮＯ_X触媒の再生後、ＮＯ_Xの吸蔵開始から所定時間経過した時点における、第１及び第２のＮＯ_Xセンサによって検出されるＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度をもとに、当該検出時点でのＮＯ_X触媒の第１の吸蔵容量を算出し、この第１の吸蔵容量を、あらかじめ求められたＮＯ_X触媒の劣化前の初期吸蔵容量と比較することにより、ＮＯ_X触媒の劣化割合を演算する劣化割合演算手段を備えている。
図１に示す排気浄化装置では、ＥＣＵ１７に劣化割合演算手段２４を含み、例えば、以下のような演算処理を行い、触媒１３の劣化割合Ｒ₁を算出することができる。

まず、ＮＯ_X触媒の吸蔵速度Ｄ_Nは、ＮＯ_X触媒に流入するＮＯ_X濃度、すなわち、第１のＮＯ_Xセンサによって測定される触媒上流側のＮＯ_X濃度Ｎ_inと、ＮＯ_X触媒から放出されるＮＯ_X濃度、すなわち、第２のＮＯ_Xセンサによって測定される触媒下流側のＮＯ_X濃度Ｎ_outとの差から、ＮＯ_X触媒に吸蔵されるＮＯ_X濃度を求め、これに排気ガスの流量Ｑ_gasを乗じて、触媒の容積Ｖで除することによって求めることができる。これを式に表すと、以下の式（４）のように表すことができる。
Ｄ_N＝（Ｎ_in−Ｎ_out）×Ｑ_gas／Ｖ…式（４）
Ｎ_in…ＮＯ_X触媒上流側のＮＯ_X濃度
Ｎ_out…ＮＯ_X触媒下流側のＮＯ_X濃度
Ｑ_gas…排気ガスの流量
Ｖ…触媒の容積

そして、ある時点においては、上述したモデル式（３）で求められる触媒の吸蔵速度Ｄ_Nと、式（４）を用いて求められる触媒の吸蔵速度Ｄ_Nとが互いに等しくなるはずであり、モデル式（３）及び式（４）により、ある時点における触媒の吸蔵容量Ｓ_nは、以下の式（５）のように表すことができる。
Ｓ_n＝（Ｎ_in−Ｎ_out）／Ｎ_in×Ｑ_gas／Ｖ／ｋ／ｅｘｐ（−Ｎ_in×ｋ×ｔ）…式（５）

この式（５）によって求められた吸蔵容量Ｓ_nの、劣化していない触媒の初期吸蔵容量Ｓ₀に対する比率を下記式（６）にしたがい求めることによって、ＮＯ_X触媒の劣化割合Ｒ₁を算出することができる。
Ｒ₁＝１−Ｓ_n／Ｓ₀…式（６）

また、本実施形態の排気浄化装置１０では、求められた触媒１３の劣化割合Ｒ₁を考慮しつつ、上述のモデル式（１）を用いてＮＯ_X吸蔵濃度を積算することにより、触媒１３に吸蔵されているＮＯ_X量を演算するＮＯ_X量演算手段２６を備えている。
このＮＯ_X量演算手段２６は、例えば、排気ガスの流量や排気ガスの温度を読み取りながら、前回のＮＯ_X放出時直後の触媒の吸蔵容量Ｓ_n-1を用いて、上記モデル式（１）から所定時間当たりのＮＯ_Xの吸蔵量Ｘ_(1…m)を常時算出しておき、ＮＯ_X触媒に吸蔵されているＮＯ_X量を求める際に、触媒の劣化が進行していない状態においては、所定時間当たりのＮＯ_X吸蔵量Ｘ_(1…m)をそのまま積算する一方、触媒の劣化が進み吸蔵容量Ｓ_nに変化した場合には、積算された値にＳ_n／Ｓ_n-1を乗じて補正を行うように構成されている。
なお、触媒の劣化割合を求めていない段階では、吸蔵容量Ｓ_n-1として初期吸蔵容量Ｓ₀の値が用いられる。

このようなＮＯ_X量演算手段２６によって算出されたＮＯ_X量に応じて、排気ガスの空燃比の制御が適切に行われるように、ＥＣＵ１７によって内燃機関５の運転状態が制御される。そして、このようなＮＯ_X量演算手段２６によって、触媒１３の劣化割合を考慮して、吸蔵されたＮＯ_X量を算出した上で内燃機関５の運転状態を制御することにより、適確な空燃比制御が可能になり、燃費の悪化や、触媒１３の熱劣化といった問題を低減させることができる。

すなわち、触媒１３が劣化する要因としては、主として、熱劣化とＳＯ_Xが吸蔵されることによる硫黄被毒があり、硫黄被毒については、ＮＯ_Xの還元、浄化とは異なる条件下でＳＯ_Xを脱離させることにより、被毒から回復させることができる。しかしながら、熱劣化した触媒については、もはや再生が困難であるため、所定の時期に触媒を交換する必要がある。
したがって、触媒１３の熱劣化割合を精度良く算出できれば、熱劣化した触媒を適切に交換することができるようになる。あるいは、触媒１３の熱劣化割合を正確に把握できれば、硫黄被毒による触媒の吸蔵速度の低下割合を比較的精度よく求めることができるため、これをもとに、吸蔵されたＳＯ_X量を精度良く算出し、吸蔵されたＳＯ_Xを脱離させるための空燃比の制御を適確に行うことにより、燃費の悪化や触媒の熱劣化自体を低減させることができる。

そのため、本実施形態の排気浄化装置では、上述の劣化割合演算手段と併せて、触媒の熱劣化割合Ｒ₂を精度良く算出するために、劣化割合Ｒ₁を演算し、ＮＯ_X触媒に吸蔵されたＳＯ_Xを脱離させた後、第１及び第２のＮＯ_Xセンサによって検出されるＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度をもとに、ＳＯ_Xを脱離させた状態でのＮＯ_X触媒の第２の吸蔵容量を算出し、第２の吸蔵容量を、初期収蔵容量と比較することにより、ＮＯ_X触媒の熱劣化割合Ｒ₂を演算する熱劣化割合演算手段を備えている。
図１に示す排気浄化装置１０では、ＥＣＵ１７に熱劣化割合演算手段２５を含み、例えば、以下のような演算処理を行い、触媒１３の熱劣化割合Ｒ₂を算出することができる。

より詳細には、例えば、上述した劣化割合演算手段２４によってＮＯ_X触媒１３の劣化割合Ｒ₁を算出した後、内燃機関５の運転状態を制御して、触媒１３に吸蔵されたＳＯ_Xを脱離させ、上述した式（５）を用いて、再び触媒１３の吸蔵容量Ｓ_n+1を算出する。このとき算出される吸蔵容量Ｓ_n+1は、硫黄被毒による劣化を含まない、熱劣化のみが影響した吸蔵容量として求められる。したがって、この触媒１３の吸蔵容量Ｓ_n+1と、劣化していない触媒１３の初期吸蔵容量Ｓ₀を比較することによって、ＮＯ_X触媒の熱劣化割合Ｒ₂を算出することができる。

そして、求められる熱劣化割合Ｒ₂が、所定の値を越えた場合に触媒１３の交換を行うようにすれば、ＮＯ_Xの浄化効率が著しく低下することを防ぐことができる。例えば、熱劣化割合Ｒ₂が所定の値を越えたときに警告信号を発する警告手段（図示せず）を備えることもでき、かかる警告手段を備えることにより、交換時期を適確に知ることができる。

また、熱劣化割合Ｒ₂の算出を行う場合には、別途算出される触媒１３の劣化割合Ｒ₁と熱劣化割合Ｒ₂との差を求めることによって、硫黄被毒による劣化割合Ｒ₃を求め、さらに、この硫黄被毒による劣化割合Ｒ₃をもとに、触媒１３に吸蔵されたＳＯ_X量を算出するＳＯ_X量演算手段２７を備えることもできる。
かかるＳＯ_X量演算手段２７を備えることにより、算出されたＳＯ_X量に応じて適確な空燃比制御が行われるように、ＥＣＵ１７によって内燃機関５の運転状態を制御することができ、ＳＯ_Xを脱離させる際においても、燃費の悪化や、触媒の熱劣化といった問題を低減させることができる。

［第２の実施形態］
次に、本実施形態にかかる内燃機関の排気浄化方法（以下、単に排気浄化方法と称する場合がある。）について説明する。
かかる内燃機関の排気浄化方法は、ＮＯ_X触媒のＮＯ_X放出終了後、ＮＯ_Xの吸蔵開始から所定時間経過した時点における、ＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度を検出するとともに、検出されたＮＯ_X濃度をもとにＮＯ_X触媒の第１の吸蔵容量（Ｓ _n ）を、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＮＯ _X 量の影響を除くべく、（Ｎ _in −Ｎ _out ）／Ｎ _in ×Ｑ _gas ／Ｖ／ｋをｅｘｐ（−Ｎ _in ×ｋ×ｔ）で除してなる下記式（５）により算出する工程と、第１の吸蔵容量をあらかじめ求められたＮＯ_X触媒の劣化前の初期吸蔵容量と比較することにより、ＮＯ_X触媒の劣化割合を演算する工程と、劣化割合の演算後、ＮＯ_X触媒に吸蔵されたＳＯ_Xを脱離させる工程と、ＳＯ_Xを脱離させた状態における、ＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度を検出するとともに、検出されたＮＯ_X濃度をもとにＮＯ_X触媒の第２の吸蔵容量（Ｓ _n ）を下記式（５）により算出する工程と、第２の吸蔵容量を、あらかじめ求められたＮＯ_X触媒の劣化前の初期吸蔵容量と比較することにより、ＮＯ_X触媒の熱劣化割合を演算する工程と、劣化割合をもとに、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されているＮＯ _X 量を演算するＮＯ _X 量演算工程と、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＮＯ _X を放出させる際に、ＮＯ _X 量演算工程によって算出されたＮＯ _X 量に応じて、内燃機関の運転状態を制御する工程と、劣化割合の演算及び熱劣化割合の演算を複数回繰返し、算出された劣化割合と前回の熱劣化割合との差をもとに、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されているＳＯ _X 量を演算するＳＯ _X 量演算工程と、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＳＯ _X を脱離させる際に、ＳＯ _X 量演算工程によって算出されたＳＯ _X 量に応じて、内燃機関の運転状態を制御する工程と、を含むことを特徴とする。
Ｓ _n ＝（Ｎ _in −Ｎ _out ）／Ｎ _in ×Ｑ _gas ／Ｖ／ｋ／ｅｘｐ（−Ｎ _in ×ｋ×ｔ）…式（５）
Ｎ _in …ＮＯ _X 触媒上流側のＮＯ _X 濃度
Ｎ _out …ＮＯ _X 触媒下流側のＮＯ _X 濃度
Ｑ _gas …排気ガスの流量
Ｖ…触媒の容積
ｋ…ＮＯ _X 触媒の反応速度定数
ｔ…時間
以下、図１に示す第１の実施の形態の内燃機関の排気浄化装置を用いた排気浄化方法の例を、図３及び図４のフローを参照しつつ説明する。

まず、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比がリーンの状態となるように、内燃機関の運転状態をＥＣＵによって制御しながら通常運転を行う（Ｓ１）。

次いで、排気ガスの流量Ｑ_gas、第１及び第２のＮＯ_Xセンサによって測定されるＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度、及びＮＯ_X触媒の温度を読み取る（Ｓ２）。
図１に示す排気浄化装置１０では、排気ガスの流量Ｑ_gasの測定手段についての図示を省略してあるが、その測定手段は特に制限されるものではない。例えば、ＥＣＵ１７を用いて内燃機関５の運転状態をもとに、演算によって求めることができる。
また、上述のとおり、ＮＯ_X触媒の上流側におけるＮＯ_X濃度については、第１のＮＯ_Xセンサを用いる以外に、ＥＣＵを用いて内燃機関の運転状態をもとに、演算によって求めることもできる。
さらに、ＮＯ_X触媒の温度についても、図１に示す排気浄化装置１０では、触媒１３の上流側及び下流側に配置した第１及び第２の温度センサ２１、２２を用いて推定しているが、ＥＣＵ１７を用いて内燃機関５の運転状態をもとに、演算によって求めることもできる。

また、Ｓ２で排気ガスの流量Ｑ_gas等を読み取りながら、サブルーチンとして、触媒上流側のＮＯ_X濃度Ｎ_inや触媒の温度、前回のＮＯ_X放出時直後の触媒の吸蔵容量Ｓ_n-1を用いて、下記のモデル式（１）から所定時間あたりのＮＯ_X吸蔵量Ｘ_(1…m)を常時算出し、記録しておく（Ｓ２´）。なお、触媒の劣化割合を求めていない段階では、吸蔵容量Ｓ_n-1として初期吸蔵容量Ｓ₀が用いられる。
Ｄ_N＝Ｎ_in×（Ｓ_n-1−Ｎ_c）×ｋ…式（１）
Ｎ_in…ＮＯ_X触媒に流入するＮＯ_X濃度
Ｓ_n-1…前回のＮＯ_X放出時直後の触媒の吸蔵容量
Ｎ_c…ＮＯ_X触媒に吸蔵されているＮＯ_X量
ｋ…ＮＯ_X触媒の反応速度定数

次いで、触媒に吸蔵されているＮＯ_X吸蔵量を求めるにあたり、ＮＯ_X触媒の劣化割合を算出するか否かを決定する（Ｓ３）。例えば、触媒の交換直後や前回の劣化判定以降、触媒の劣化が進んでいるおそれが少ない場合などには劣化割合を算出せず、Ｓ２´で吸蔵容量Ｓ_n-1を用いて算出しているＮＯ_X吸蔵量をそのまま積算することにより、触媒に吸蔵されているＮＯ_X量を求める（Ｓ７）。

一方、触媒の劣化割合を算出する場合には、Ｓ２で読み取った触媒前後のＮＯ_X濃度や排気ガスの流量Ｑ_gasを用いて、下記式（５）により第１の吸蔵容量Ｓ_nを算出する（Ｓ４）。
Ｓ_n＝（Ｎ_in−Ｎ_out）／Ｎ_in×Ｑ_gas／Ｖ／ｋ／ｅｘｐ（−Ｎ_in×ｋ×ｔ）…式（５）
Ｎ_in…ＮＯ_X触媒上流側のＮＯ_X濃度
Ｎ_out…ＮＯ_X触媒下流側のＮＯ_X濃度
Ｑ_gas…排気ガスの流量
Ｖ…触媒の容積

次いで、下記式（６）を用いて、算出された第１の吸蔵容量Ｓ_nを初期吸蔵容量Ｓ₀と比較することにより、触媒の劣化割合Ｒ₁を算出する（Ｓ５）。
Ｒ₁＝１−Ｓ_n／Ｓ₀…式（６）

次いで、算出された劣化割合Ｒ₁を考慮して、触媒に吸蔵されているＮＯ_X量を演算する（Ｓ６）。例えば、図３のフローに示す排気浄化方法では、Ｓ２´で前回のＮＯ_X放出時直後の吸蔵容量Ｓ_n-1を用いて常時算出しているＮＯ_X吸蔵量Ｘ_(1…m)を積算した値にＳ_n／Ｓ_n-1を乗じて補正を行い、触媒に吸蔵されているＮＯ_X量を求める。

次いで、Ｓ６あるいはＳ７においてＮＯ_X吸蔵量を算出した後、触媒からＳＯ_Xを脱離させるか否かを決定する（Ｓ８）。ＳＯ_Xの脱離を行わない場合には、触媒からＮＯ_Xを放出させるか否かを決定する（Ｓ９）。そして、ＮＯ_Xの放出を行う場合には、内燃機関の運転状態をＥＣＵによって制御し、ＮＯ_Xの還元反応が促進されるように、排気ガスの温度や空燃比の制御を行い（Ｓ１０）、ＮＯ_Xの還元浄化後に、再び通常運転状態（Ｓ１）に戻される。一方、ＮＯ_Xの放出を行わない場合には、そのままＳ１に戻り、再び通常運転状態（Ｓ１）を継続する。
Ｓ９におけるＮＯ_Xの放出を行うか否かの決定は、主として、Ｓ６あるいはＳ７で算出される、触媒に吸蔵されたＮＯ_X量を基準として判断される。第１の排気浄化方法では、触媒が劣化しているおそれがある場合には、Ｓ４〜Ｓ６において触媒の劣化割合を考慮してＮＯ_X吸蔵量を算出するようになっており、Ｓ１０においてＮＯ_Xを還元浄化する際に、吸蔵量に応じた適確なリッチ制御を行うことができ、燃費の悪化や、触媒の熱劣化の促進を抑えることができる。

一方、Ｓ８において、ＳＯ_Xの脱離を行うように決定した場合には、内燃機関の運転状態をＥＣＵによって制御し、ＳＯ_Xの脱離が促進されるように、排気ガスの温度や空燃比の制御を行う（Ｓ１１）。
Ｓ８におけるＳＯ_Xの脱離を行うか否かの決定は、主として、触媒に吸蔵されたＳＯ_X量を基準として判断される。このＳＯ_X吸蔵量は、例えば、ＥＣＵによる内燃機関の運転状態を読み取って、ＥＣＵで演算することによって推定することができる。あるいは、ＥＣＵにおいて、Ｓ５で算出される触媒の劣化割合から、後述するＳ１５で算出される触媒の熱劣化割合を差し引くことによって硫黄被毒による劣化割合を求めた上で、ＳＯ_Xの吸蔵量を直接的に演算することにより、より精度良くＳＯ_Xの吸蔵量を算出することができる。ＳＯ_X吸蔵量を精度良く算出することができれば、Ｓ１１においてＳＯ_Xを脱離させる際に、吸蔵量に応じた適確なリッチ制御を行うことができ、燃費の悪化や、触媒の熱劣化の促進を抑えることができる。

次いで、Ｓ１１におけるＳＯ_Xの脱離の終了後、触媒の熱劣化割合を算出するか否かを決定する（Ｓ１２）。熱劣化割合を算出しない場合には、Ｓ１に戻り、再び通常運転状態とされる。
一方、熱劣化割合の算出を行う場合には、再び通常運転状態を継続してＮＯ_Xの吸蔵を行い（Ｓ１３）、上述したＳ２と同様、Ｓ１４において排気ガスの流量Ｑ_gas等を読み取りながら、サブルーチンとして、触媒上流側のＮＯ_X濃度Ｎ_inや触媒の温度、前回のＮＯ_X放出時直後の触媒の吸蔵容量Ｓ_n又はＳ_n-1を用いて、上記モデル式（１）から所定時間あたりのＮＯ_X吸蔵量Ｘ_(1…m)を常時算出し、記録しておく（Ｓ２´）。

Ｓ１３のＮＯ_Xの吸蔵が継続して行われ、触媒の吸蔵速度が低下し始める程度に吸蔵量が増加した状態で、Ｓ１３やＳ２´で求めた値を用いて、上記式（５）により第２の吸蔵容量Ｓ_n+1を算出し（Ｓ１５）、算出された第２の吸蔵容量Ｓ_n+1を初期吸蔵容量Ｓ₀と比較することにより、触媒の熱劣化割合Ｒ₂を算出する（Ｓ１６）。次いで、算出された触媒の熱劣化割合Ｒ₂が、あらかじめ定められた基準値を越えているか否かを判定し（Ｓ１７）、超えていない場合には、そのまま再び通常運転状態（Ｓ１）に戻される。一方、算出された触媒の熱劣化割合Ｒ₂が基準値を超えている場合には、運転者等に知らせるべく警告信号を発信する（Ｓ１８）。これによって、熱劣化が激しく、ＮＯ_Xの吸蔵能力が低下した触媒を速やかに交換することができるため、ＮＯ_Xの浄化効率が著しく低下することを防ぐことができる。その後、超えていない場合と同様、再び通常運転状態（Ｓ１）に戻され、同様のステップが繰り返される。

以上、本実施形態の排気浄化方法について説明したが、本発明の排気浄化方法はこれに限られるものではない。例えば、触媒の劣化割合の算出を必須として、Ｓ３の工程を省略した構成としたり、あるいは、触媒の熱劣化判定を行うか否かの決定を、初期の段階で行ったりなど、種々の変更が可能である。また、触媒の吸蔵容量及びその劣化割合を算出した後、これらを反映させてＮＯ_X吸蔵量を求める演算方法についても、上述した方法に限られるものではない。
また、これらのステップ（Ｓ１〜Ｓ１８）を１サイクルとして、複数サイクル繰り返す中で、前回のサイクル中に求めた劣化割合や熱劣化割合、吸蔵容量等を考慮しつつ、演算を行うようにして実施することもできる。

以上説明したように、本発明の内燃機関の排気浄化装置、及び排気浄化方法によれば、ＮＯ_X触媒の劣化割合を精度良く求めることにより、触媒の劣化割合を考慮して、触媒に吸蔵されたＮＯ_X量を精度良く算出することができ、ＮＯ_Xの還元浄化を行う際のリッチ制御による燃費の悪化や、触媒の熱劣化を抑えることができる。
また、触媒に吸蔵されたＳＯ_Xを脱離した後に触媒の劣化割合を算出することにより、触媒の熱劣化割合を精度良く算出することができ、触媒の交換を適確に行って、ＮＯ_Xの浄化効率が著しく低下することを防ぐことができる。
さらに、触媒の劣化割合及び熱劣化割合を求めることができれば、その差から、硫黄被毒による劣化割合を精度良く算出することができ、これをもとに吸蔵されたＳＯ_X量が精度良く求められ、ＳＯ_Xを脱離させる際のリッチ制御による燃費の悪化や、触媒の熱劣化を抑えることができる。

本発明にかかる第１の実施の形態の内燃機関の排気浄化装置の構成を説明するために供する図である。 ＮＯ_X触媒の吸蔵速度の変化を説明するための図である。 第２の実施の形態の排気浄化方法を説明するためのフロー図である（その１）。 第２の実施の形態の排気浄化方法を説明するためのフロー図である（その２）。 従来の排気浄化装置の構成を説明するために供する図である。

符号の説明

５：内燃機関、１０：排気浄化装置、１１：排気通路、１３：ＮＯ_X触媒、１５：第１のＮＯ_Xセンサ、１６：第２のＮＯ_Xセンサ、１７：運転状態制御手段（ＥＣＵ）、２０：加熱手段、２１・２２：温度センサ、２４：劣化割合制御手段、２５：熱劣化割合制御手段、２６：ＮＯ_X量演算手段、２７：ＳＯ_X量演算手段

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路中に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンの状態において前記排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、前記流入する排気ガスの空燃比がリッチの状態において吸蔵したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
   前記ＮＯ_X触媒の上流側における前記排気ガスのＮＯ_X濃度を検出するための第１のＮＯ_X濃度検出手段と、前記ＮＯ_X触媒の下流側における前記排気ガスのＮＯ_X濃度を検出するための第２のＮＯ_X濃度検出手段と、を備えるとともに、
   前記ＮＯ_X触媒のＮＯ_X放出終了後、前記ＮＯ_Xの吸蔵開始から所定時間経過した時点における、前記第１及び第２のＮＯ_X濃度検出手段によって検出される前記ＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度をもとに、前記ＮＯ_X触媒の第１の吸蔵容量（Ｓ _n ）を、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＮＯ _X 量の影響を除くべく、（Ｎ _in −Ｎ _out ）／Ｎ _in ×Ｑ _gas ／Ｖ／ｋをｅｘｐ（−Ｎ _in ×ｋ×ｔ）で除してなる下記式（５）により算出し、前記第１の吸蔵容量をあらかじめ求められた前記ＮＯ_X触媒の劣化前の初期吸蔵容量と比較することにより、前記ＮＯ_X触媒の劣化割合を演算する劣化割合演算手段と、 前記劣化割合の演算後、前記ＮＯ_X触媒に吸蔵されたＳＯ_Xを離脱させ、前記ＳＯ_Xを離脱させた状態における、前記第１及び第２のＮＯ_X濃度検出手段によって検出される前記ＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度をもとに、前記ＮＯ_X触媒の第２の吸蔵容量（Ｓ _n ）を下記式（５）により算出し、前記第２の吸蔵容量を前記初期収蔵容量と比較することにより、前記ＮＯ_X触媒の熱劣化割合を演算する熱劣化割合演算手段と、
   を備え、かつ、
   前記劣化割合演算手段によって演算される劣化割合をもとに、前記ＮＯ _X 触媒に吸蔵されているＮＯ _X 量を演算するＮＯ _X 量演算手段と、
   前記ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＮＯ _X を放出させる際に、前記ＮＯ _X 量演算手段によって算出された前記ＮＯ _X 量に応じて、前記内燃機関の運転状態を制御する運転状態制御手段と、
   前記劣化割合の演算及び前記熱劣化割合の演算を複数回繰返し、算出された劣化割合と前回の前記熱劣化割合との差をもとに、前記ＮＯ _X 触媒に吸蔵されているＳＯ _X 量を演算するＳＯ _X 量演算手段と、
   をさらに備え、 前記運転状態制御手段は、前記ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＳＯ _X を脱離させる際に、前記ＳＯ _X 量演算手段によって算出された前記ＳＯ _X 量に応じて、前記内燃機関の運転状態を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
   Ｓ _n ＝（Ｎ _in −Ｎ _out ）／Ｎ _in ×Ｑ _gas ／Ｖ／ｋ／ｅｘｐ（−Ｎ _in ×ｋ×ｔ）…式（５）
   Ｎ _in …ＮＯ _X 触媒上流側のＮＯ _X 濃度
   Ｎ _out …ＮＯ _X 触媒下流側のＮＯ _X 濃度
   Ｑ _gas …排気ガスの流量
   Ｖ…触媒の容積
   ｋ…ＮＯ _X 触媒の反応速度定数
   ｔ…時間
2. 前記劣化割合演算手段及び前記熱劣化割合演算手段は、前記ＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度と前記排気ガスの流量と前記ＮＯ_X触媒の温度とをもとに、前記ＮＯ_X触媒の劣化による吸蔵速度の変化を利用して、前記第１又は第２の吸蔵容量を演算することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 演算される前記熱劣化割合が所定値を超えた場合に信号を発信する警告手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記第１のＮＯ_X濃度検出手段は、前記内燃機関の運転状態をもとにＮＯ_X濃度を演算するＮＯ_X濃度演算手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 内燃機関の排気通路中に配置された、流入する排気ガスの空燃比がリーンの状態において前記排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、前記流入する排気ガスの空燃比がリッチの状態において吸蔵したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X触媒を用いて、前記排気ガス中のＮＯ_Xを浄化する内燃機関の排気浄化方法において、
   前記ＮＯ_X触媒のＮＯ_X放出終了後、前記ＮＯ_Xの吸蔵開始から所定時間経過した時点における、前記ＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度を検出するとともに、検出された前記ＮＯ_X濃度をもとに前記ＮＯ_X触媒の第１の吸蔵容量（Ｓ _n ）を、ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＮＯ _X 量の影響を除くべく、（Ｎ _in −Ｎ _out ）／Ｎ _in ×Ｑ _gas ／Ｖ／ｋをｅｘｐ（−Ｎ _in ×ｋ×ｔ）で除してなる下記式（５）により算出する工程と、
   前記第１の吸蔵容量をあらかじめ求められた前記ＮＯ_X触媒の劣化前の初期吸蔵容量と比較することにより、前記ＮＯ_X触媒の劣化割合を演算する工程と、
   前記劣化割合の演算後、前記ＮＯ_X触媒に吸蔵されたＳＯ_Xを脱離させる工程と、
   ＳＯ_Xを脱離させた状態における、前記ＮＯ_X触媒の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度を検出するとともに、検出された前記ＮＯ_X濃度をもとに前記ＮＯ_X触媒の第２の吸蔵容量（Ｓ _n ）を下記式（５）により算出する工程と、
   前記第２の吸蔵容量を、あらかじめ求められた前記ＮＯ_X触媒の劣化前の初期吸蔵容量と比較することにより、前記ＮＯ_X触媒の熱劣化割合を演算する工程と、
   前記劣化割合をもとに、前記ＮＯ _X 触媒に吸蔵されているＮＯ _X 量を演算するＮＯ _X 量演算工程と、
   前記ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＮＯ _X を放出させる際に、前記ＮＯ _X 量演算工程によって算出された前記ＮＯ _X 量に応じて、前記内燃機関の運転状態を制御する工程と、
   前記劣化割合の演算及び前記熱劣化割合の演算を複数回繰返し、算出された劣化割合と前回の前記熱劣化割合との差をもとに、前記ＮＯ _X 触媒に吸蔵されているＳＯ _X 量を演算するＳＯ _X 量演算工程と、
   前記ＮＯ _X 触媒に吸蔵されたＳＯ _X を脱離させる際に、前記ＳＯ _X 量演算工程によって算出された前記ＳＯ _X 量に応じて、前記内燃機関の運転状態を制御する工程と、
   を含むことを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
   Ｓ _n ＝（Ｎ _in −Ｎ _out ）／Ｎ _in ×Ｑ _gas ／Ｖ／ｋ／ｅｘｐ（−Ｎ _in ×ｋ×ｔ）…式（５）
   Ｎ _in …ＮＯ _X 触媒上流側のＮＯ _X 濃度
   Ｎ _out …ＮＯ _X 触媒下流側のＮＯ _X 濃度
   Ｑ _gas …排気ガスの流量
   Ｖ…触媒の容積
   ｋ…ＮＯ _X 触媒の反応速度定数
   ｔ…時間

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