JP4277374B2 - 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、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置に関し、特に、触媒による酸化作用あるいは還元作用を利用して排気を浄化する排気浄化装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排気ガス中の有害成分の大気への排出量を低減するための一手段として、触媒の酸化作用あるいは還元作用を利用して有害成分を浄化するシステムがある。
【０００３】
近年の触媒に関する研究開発により触媒の性能向上は目覚ましいものがあり、小型でも浄化性能が高い触媒装置の実現が可能になった。その結果、近年、車両用内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化システムとして、触媒を組み込んだ排気浄化装置が多用されるに至っている。
【０００４】
現在、実用に供されている排気ガス浄化用の触媒には、酸化触媒、三元触媒、ＮＯx触媒などがあり、これら触媒を、内燃機関の燃焼形態や空燃比、あるいは浄化すべき有害物質の種類などに応じて使い分けている。
【０００５】
これら触媒のうち、ＮＯx触媒には、選択還元型ＮＯx触媒と吸蔵還元型ＮＯx触媒がある。選択還元型ＮＯx触媒とは、酸素過剰の雰囲気で炭化水素（ＨＣ）の存在下でＮＯxを還元または分解する触媒をいい、一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒とは、流入排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出しＮ2に還元する触媒をいう。これらＮＯx触媒は、排気ガス中のＨＣを酸化して浄化する酸化作用と、排気ガス中のＮＯxを還元して浄化する還元作用を備えている。
【０００６】
一般に、触媒を長期に亘って使用していると、その触媒が有する酸化作用や還元作用が衰えていくという現象がある。上記ＮＯx触媒も例に漏れず、長期に亘って使用していると、酸化作用の衰えによりＨＣ浄化能力が低下したり、還元作用の衰えによりＮＯx浄化能力が低下したりする。このようにＨＣ浄化能力の低下（以下、これをＨＣ劣化ということもある）やＮＯx浄化能力の低下（以下、これをＮＯx劣化ということもある）を生じたＮＯx触媒を使用し続けると、排気ガス中の有害物質を浄化しきれなくなり、有害物質を含む排気ガスを大気中に排出する虞れがある。したがって、このような浄化能力の低下したＮＯx触媒に対しては交換等の措置が必要であり、そのためには触媒の浄化能力の管理（換言すれば、触媒の劣化判定）が極めて重要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
触媒の劣化判定技術に関しては、例えば特開平９−１４４５３１号公報に開示されているものがある。この公報に記載された技術では、内燃機関の排気通路に排気ガス中の有害成分を酸化または還元して浄化する触媒（ＮＯx触媒や三元触媒など）を設け、この触媒の下流に、排気ガス中のＮＯx濃度を測定するＮＯxセンサと、排気ガス中のＮＯx以外の有害物質（ＨＣやＣＯ）の濃度を測定するガスセンサ（ＨＣセンサやＣＯセンサ）を設置し、ＮＯxセンサの出力値が所定の値を越えたときに触媒の還元作用が劣化したものと判定し、前記ガスセンサの出力値が所定の値を超えたときに触媒の酸化作用が劣化したものと判定している。
【０００８】
このように、酸化作用と還元作用を併有する触媒の劣化を判定するためには従来は二種類のセンサ、即ち、酸化作用の劣化を判定するために必要なデータを得るためのセンサと、還元作用の劣化を判定するために必要なデータを得るためのセンサが必要であった。その理由は、触媒における酸化作用の劣化と還元作用の劣化は必ずしも同じ進度で進むとは限らないからである。
【０００９】
このようにセンサの数が多くなると、コストアップになるだけでなく、メンテナンスの対象も多くなるという不具合もあった。
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、本発明が解決しようとする課題は、簡単な構造ながら、触媒の浄化能力を知ることができ、これから触媒の劣化程度を知ることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明が解決しようとする別の課題は、酸素ポンプ式のＮＯx濃度検出手段の出力特性を利用することにより、ＮＯx濃度検出手段にＨＣ濃度検出機能を付与し、排気浄化装置の簡略化を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本出願に係る発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
（１）本出願に係る第１の発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気ガスのＨＣ濃度を増大せしめるＨＣ濃度増大手段と、酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し内燃機関の排気通路に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出するＮＯx濃度検出手段と、前記ＨＣ濃度増大手段が排気ガスのＨＣ濃度を、該ＨＣ濃度の増大前に比べて前記ＮＯ x 濃度検出手段の検出値が一時的に低下するほど急速に増大せしめた時における該ＮＯx濃度検出手段の検出値の低下量に基づいて排気ガスのＨＣ濃度増大量を推定するＨＣ濃度増大量推定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有するＮＯx濃度検出手段は、流入する排気ガスのＨＣ濃度（炭化水素濃度）が急速に増大したときに、ＨＣ濃度増大量に応じた干渉影響を受け、流入する排気ガスのＮＯx濃度が変化していないにも拘わらず該ＮＯx濃度検出手段の検出値が一瞬低下する。第１の発明を初めとする本出願に係る総ての発明はＮＯx濃度検出手段のこの出力特性を利用している。
【００１３】
内燃機関の排気浄化装置においては、例えばＮＯxに対する還元剤として作用させるためや、触媒上で酸化させて排気ガス温度を上昇させるためなど、種々の目的から排気ガスのＨＣ濃度を一時的にあるいは継続的に増大させる操作を行うことがある。この場合、ＨＣ濃度の管理が非常に重要である。
【００１４】
この第１の発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、前記ＨＣ濃度増大手段により排気ガスのＨＣ濃度を急速に増大せしめた時に、ＨＣ濃度増大量推定手段が、前記ＮＯx濃度検出手段の検出値の低下量に基づいて、排気ガスのＨＣ濃度増大量を推定する。
【００１５】
この第１の発明において、ＨＣ濃度増大手段によりＨＣ濃度を増大する前における排気ガスのＨＣ濃度は低い方が好ましい。ＨＣ濃度増大前の排気ガスのＨＣ濃度がＨＣ濃度増大後の排気ガスのＨＣ濃度に比べて極めて低い場合には、ＨＣ濃度増大量推定手段により推定されたＨＣ濃度増大量は、ＨＣ濃度増大後における排気ガスのＨＣ濃度にほぼ等しくなるので、したがって、推定されたＨＣ濃度増大量は、ＨＣ濃度増大後における排気ガスのＨＣ濃度とみなすこともできる。
【００１６】
また、ＨＣ濃度に排気ガス流量と流通時間を乗ずればＨＣ供給量になることから、この第１の発明においては、排気ガス流量と流通時間が予めわかっているか若しくは検出できるようにしておくことにより、ＨＣ濃度増大量推定手段により推定されるＨＣ濃度増大量はＨＣ供給量と等価であるということができる。
【００１７】
したがって、前記第１の発明は、（イ）内燃機関の排気通路にＨＣを間欠的に供給するＨＣ供給手段と、（ロ）酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し内燃機関の排気通路に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出するＮＯx濃度検出手段と、（ハ）前記ＨＣ供給手段によるＨＣ供給時における前記ＮＯx濃度検出手段の検出値に基づいてＨＣ供給量を推定するＨＣ供給量推定手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置と等価であるということができる。
【００１８】
（２）本出願に係る第２の発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記第１の発明を前提として、さらに、前記ＨＣ濃度増大量推定手段により推定された推定ＨＣ濃度増大量と前記ＨＣ濃度増大手段により増大すべき目標ＨＣ濃度増大量との比較値が所定の許容範囲から外れたときにＨＣ濃度増大手段が故障であると判定する故障判定手段、を備えることを特徴とする。
【００１９】
第２の発明において、推定ＨＣ濃度増大量と目標ＨＣ濃度増大量との比較値とは、前者と後者の差であってもよいし、前者と後者の比（商）であってもよい。要するに、推定ＨＣ濃度増大量と目標ＨＣ濃度増大量の誤差に基づく数値であってＨＣ濃度増大手段の故障判定の指標となり得るものであればよい。
【００２０】
（３）本出願に係る第３の発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設
けられた触媒と、前記触媒に流入する前記内燃機関の排気ガスのＨＣ濃度を増大せしめるＨＣ濃度増大手段と、酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し前記触媒の下流に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出する触媒下流ＮＯx濃度検出手段と、前記ＨＣ濃度増大手段がＨＣ濃度を、該ＨＣ濃度の増大前に比べて前記触媒下流ＮＯ x 濃度検出手段の検出値が一時的に低下するほど急速に増大せしめた時における該触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値の低下量に基づいて前記触媒のＨＣ浄化能力を推定するＨＣ浄化能力推定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２１】
前記触媒がＨＣ浄化能力を有している場合、触媒上流の排気ガスのＨＣ濃度が同一であるときには、触媒下流の排気ガスのＨＣ濃度は触媒のＨＣ浄化能力が高ければ高いほど低くなる。
【００２２】
第３の発明においては、ＨＣ濃度増大手段により触媒上流の排気ガスのＨＣ濃度を急速に増大せしめ、その時に触媒下流ＮＯx濃度検出手段で検出した検出値から触媒下流の排気ガスのＨＣ濃度を推定する。これから、ＨＣ浄化能力推定手段が触媒のＨＣ浄化能力を推定する。
【００２３】
（４）本出願に係る第４の発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記第３の発明を前提として、さらに、酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し前記触媒の上流に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出する触媒上流ＮＯx濃度検出手段を備え、前記ＨＣ浄化能力推定手段は、前記ＨＣ濃度増大手段がＨＣ濃度を、該ＨＣ濃度の増大前に比べて前記触媒上流ＮＯ x 濃度検出手段及び前記触媒下流ＮＯ x 濃度検出手段の検出値が一時的に低下するほど急速に増大せしめた時における該触媒上流ＮＯx濃度検出手段の検出値の低下量と該触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値の低下量とを比較し、その比較値に基づいて前記触媒のＨＣ浄化能力を推定することを特徴とする。
【００２４】
触媒のＨＣ浄化能力が同等である場合、触媒下流のＨＣ濃度は、触媒上流のＨＣ濃度の大きさによって異なる。したがって、触媒のＨＣ浄化能力をより正確に判定するためには、触媒上流のＨＣ濃度を知る必要がある。
【００２５】
第４の発明においては、触媒上流の排気ガスのＨＣ濃度を、ＨＣ濃度増大手段によりＨＣ濃度を急速に増大せしめた時における触媒上流ＮＯx濃度検出手段の検出値から推定する。そして、ＨＣ浄化能力推定手段は、触媒上流の排気ガスのＨＣ濃度に対応する触媒上流ＮＯx濃度検出手段の検出値と、触媒下流の排気ガスのＨＣ濃度に対応する触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値とを比較した比較値の大きさから、触媒のＨＣ浄化能力を推定する。
【００２６】
前記比較値は、触媒上流ＮＯx濃度検出手段の検出値（前者）と触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値（後者）の差であってもよいし、両者の比（商）であってもよい。比較値を差（前者−後者）で表した場合には、比較値が大きいほどＨＣ浄化能力が高く、比較値を後者と前者の比（後者／前者）で表した場合には、比較値が小さいほどＨＣ浄化能力が高いこととなる。
【００２７】
（５）本出願に係る第５の発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記第３の発明を前提として、さらに、前記ＨＣ濃度増大手段によって増大せしめられるＨＣ濃度増大量は内燃機関の運転状態に応じて予め設定されていることを特徴とする。
【００２８】
ＨＣ濃度増大手段によって増大せしめられるＨＣ濃度増大量が内燃機関の運転状態に応じて予め設定されている場合には、触媒上流にＮＯx濃度検出手段を設けなくても触媒上流の排気ガスのＨＣ濃度を推定することができるし、また、ＨＣ濃度増大手段によりＨＣ濃度を急速に増大せしめた時における触媒上流ＮＯx濃度検出手段の検出値を予め推定することもできるので、触媒上流ＮＯx濃度検出手段を省くことができる。
【００２９】
（６）本出願に係る第６の発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記第３の発明、または第４の発明、または第５の発明を前提として、さらに、前記ＨＣ浄化能力推定手段によって推定した前記触媒のＨＣ浄化能力が所定の能力以下のときに前記触媒はＨＣ劣化したと判定するＨＣ劣化判定手段を備えることを特徴とする。
【００３０】
（７）本出願に係る第７の発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記第３の発明、または第４の発明、または第５の発明を前提として、さらに、前記ＨＣ濃度増大手段によるＨＣ濃度増大が行われていない時における前記触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値から前記触媒のＮＯx浄化能力を求め、ＮＯx浄化能力が所定の能力以下のときに前記触媒がＮＯx劣化したと判定するＮＯx劣化判定手段を備えることを特徴とする。
【００３１】
本出願の前記第１から第７の発明において、「ＨＣ濃度増大手段によりＨＣ濃度を急速に増大せしめた時」には、次の▲１▼または▲２▼が含まれる。
▲１▼排気ガス中にＨＣを間欠的に供給する場合のＨＣ間欠供給時
▲２▼排気ガス中にＨＣを連続供給している場合であって瞬時にＨＣ供給量を急増させた時
【００３２】
本出願の前記第１から第７の発明において、ＨＣ濃度増大手段は、排気通路にＨＣを間欠的に供給するＨＣ供給装置で構成することができる。ＨＣ濃度増大手段により排気ガスのＨＣ濃度を増大せしめるＨＣ成分としては、ガソリンや軽油など内燃機関の燃料を採用することができる。内燃機関の燃料をＨＣ成分とする場合には、ＨＣ濃度増大手段は、内燃機関の膨張行程や排気行程において内燃機関の燃焼室に燃料を副噴射する副噴射装置で構成することができる。内燃機関としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン（希薄燃焼可能なガソリンエンジン、所謂リーンバーンガソリンエンジンを含む）を例示することができる。
【００３３】
本出願の前記第１から第７の発明において、ＮＯx濃度検出手段における「酸素ポンプ」とは、酸素をイオン化して酸素イオン伝導体を介して汲み上げる機能をいう。
【００３４】
本出願に係る前記第３から第７の発明において、触媒としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒や選択還元型ＮＯx触媒を例示することができる。
吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出し、Ｎ2に還元する触媒である。この吸蔵還元型ＮＯx触媒は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。
【００３５】
選択還元型ＮＯx触媒は、酸素過剰の雰囲気で炭化水素の存在下でＮＯxを還元または分解する触媒をいい、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持した触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触媒、等が含まれる。
【００３６】
【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一実施の形態を図１から図１１の図面に基いて説明する。尚、以下に記載する実施の形態は、本発明に係る排気浄化装置を内燃機関としての車両用ディーゼルエンジンに適用した態様である。
【００３７】
図１は内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態における全体構成を示す図である。エンジン１は６気筒ディーゼルエンジンであり、１番気筒（＃１）から６番気筒（＃６）の各気筒１１，１２，１３，１４，１５，１６の燃焼室には吸気管２、吸気マニホールド３を介して新気が導入される。吸気管２の途中には、エアフロメータ７と、ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａと、インタークーラ５と、吸気絞り弁６が設けられている。吸気絞り弁６は、エンジン１の運転状態に応じてエンジンコントロール用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００によって制御される。
【００３８】
また、エンジン１には、各気筒１１〜１６に燃料を噴射する燃料噴射弁２１，２２，２３，２４，２５，２６が設けられている。燃料噴射弁２１〜２６の開弁時期及び開弁時間は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００により制御される。
【００３９】
各気筒１１〜１６の燃焼室で生じた排気ガスは、排気マニホールド３０を介して排気管３１に排出され、図示しないマフラーを介して大気に排出される。排気マニホールド３０に流入した排気ガスの一部は、排気還流管３２を介して吸気マニホールド３に再循環可能になっている。排気還流管３２の途中には、ＥＧＲクーラ３３とＥＧＲ弁３４が設けられている。ＥＧＲ弁３４は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００によって開度制御され、排気還流量を制御する。
【００４０】
排気管３１の途中には、ターボチャージャ４のタービン４ｂと、排気絞り弁３５と、吸蔵還元型ＮＯx触媒３６を内蔵したケーシング３７が設けられている。吸蔵還元型ＮＯx触媒３６については後で詳述する。
【００４１】
排気ガスはタービン４ｂを駆動し、タービン４ｂに連結されたコンプレッサ４ａを駆動して、吸気を過給する。排気絞り弁３５は、エンジン１の運転状態に応じてエンジンコントロール用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００によって制御される。
【００４２】
排気管３１において排気絞り弁３５とケーシング３７の間には、このエンジン１の燃料である軽油を排気管３１内に供給するＨＣ供給装置（ＨＣ濃度増大手段）４０が設置されている。ＨＣ供給装置４０は、図示しない燃料タンクの軽油を昇圧して圧送する供給ポンプ４１と、供給ポンプ４１で昇圧された軽油を排気管３１内に導入する導入管４２と、導入管４２の途中に設けられた制御弁４３を備えている。
【００４３】
排気管３１においてＨＣ供給装置４０よりも下流であってケーシング３７よりも上流には、ケーシング３７に流入する排気ガス（以下、入ガスという）の温度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する入ガス温センサ５１と、入ガスのＮＯx濃度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する入ガスＮＯxセンサ（触媒上流ＮＯx濃度検出手段）５２が取り付けられている。
【００４４】
また、排気管３１においてケーシング３７よりも下流には、ケーシング３７から流出する排気ガス（以下、出ガスという）の温度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する出ガス温センサ５３と、出ガスのＮＯx濃度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する出ガスＮＯxセンサ（触媒下流ＮＯx濃度検出手段）５４が取り付けられている。
【００４５】
入ガス温センサ５１と出ガス温センサ５３の出力信号に基づいて、ＥＣＵ１００は吸蔵還元型ＮＯx触媒３６の触媒温度を演算する。入ガスＮＯxセンサ５２と出ガスＮＯxセンサ５４については後で詳述する。
【００４６】
ＥＣＵ１００はデジタルコンピュータからなり、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）、入力ポート、出力ポートを具備し、エンジン１の燃料噴射量制御等の基本制御を行うほか、この実施の形態では、ＨＣ供給装置４０のＨＣ供給制御等を行っている。
【００４７】
これら制御のために、ＥＣＵ１００の入力ポートには、アクセル開度センサ６１からの入力信号と、クランク角センサ６２からの入力信号が入力される。アクセル開度センサ６１はアクセル開度に比例した出力電圧をＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はアクセル開度センサ６１の出力信号に基づいてエンジン負荷を演算する。クランク角センサ６２はクランクシャフトが一定角度回転する毎に出力パルスをＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はこの出力パルスに基づいてエンジン回転数を演算する。これらエンジン負荷とエンジン回転数によってエンジン運転状態が判別される。
【００４８】
次に、ケーシング３７に内蔵された吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単にＮＯx触媒ということもある）３６について説明する。
吸蔵還元型ＮＯx触媒３６は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。
【００４９】
このＮＯx触媒３６は、流入排気ガスの空燃比（以下、排気空燃比と称す）がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出するＮＯxの吸放出作用を行う。尚、排気空燃比とは、ここではＮＯx触媒３６の上流側の排気通路やエンジン燃焼室、吸気通路等にそれぞれ供給された空気量の合計と燃料（炭化水素）の合計の比を意味するものとする。したがって、ＮＯx触媒３６よりも上流の排気通路内に燃料、還元剤あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比はエンジン燃焼室内に供給される混合気の空燃比に一致する。
【００５０】
ＮＯx触媒３６の吸放出作用は、図２に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。以下、このメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属，アルカリ金属，アルカリ土類，希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００５１】
まず、流入排気ガスの空燃比がかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図２（Ａ）に示されるように酸素Ｏ2 がＯ2 -又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ2 -又はＯ2-と反応し、ＮＯ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。
【００５２】
次いで、生成されたＮＯ2は、白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯx触媒３６内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図２（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3 -の形でＮＯx触媒３６内に拡散する。このようにしてＮＯxがＮＯx触媒３６内に吸収される。
【００５３】
流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2が生成され、ＮＯx触媒３６のＮＯx 吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ2がＮＯx触媒３６内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 -が生成される。
【００５４】
これに対して、排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になると流入排気ガス中の酸素濃度が低下するため、ＮＯ2の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ3 -→ＮＯ2）に進み、ＮＯx触媒３６内の硝酸イオンＮＯ3 -がＮＯ2またはＮＯの形でＮＯx触媒３６から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると、ＮＯx触媒３６からＮＯxが放出されることになる。
【００５５】
一方、このとき、排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -又はＯ2-と反応して酸化せしめられる。また、流入排気ガス中の酸素濃度の低下によりＮＯx触媒３６から放出されたＮＯ2またはＮＯは、図２（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられてＮ2となる。
【００５６】
即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、まず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -又はＯ2-とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -又はＯ2-が消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨＣ，ＣＯによってＮＯx触媒から放出されたＮＯxおよびエンジンから排出されたＮＯxがＮ2に還元せしめられる。
【００５７】
このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ2またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯx触媒３６から次から次へとＮＯ2またはＮＯが放出され、さらにＮ2に還元せしめられる。したがって、排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にすると短時間のうちにＮＯx触媒３６からＮＯxが放出され、Ｎ2に還元される。
【００５８】
このように、排気空燃比がリーンになるとＮＯxがＮＯx触媒３６に吸収され、排気空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比にするとＮＯxがＮＯx触媒３６から短時間のうちに放出され、Ｎ2に還元される。したがって、大気中へのＮＯxの排出を阻止することができる。
【００５９】
ところで、ディーゼルエンジンの場合は、ストイキ（理論空燃比、Ａ／Ｆ＝１３〜１４）よりもはるかにリーン域で燃焼が行われるので、通常の機関運転状態ではＮＯx触媒３６に流入する排気ガスの空燃比は非常にリーンであり、排気ガス中のＮＯxはＮＯx触媒３６に吸収され、ＮＯx触媒３６から放出されるＮＯx量は極めて少ない。
【００６０】
また、ガソリンエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキまたはリッチ空燃比にすることにより排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、ＮＯx触媒３６に吸収されているＮＯxを放出させることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキまたはリッチ空燃比にすると燃焼の際に煤が発生するなどの問題があり採用することはできない。
【００６１】
したがって、ディーゼルエンジンでは、ＮＯx触媒３６のＮＯx吸収能力が飽和する前に所定のタイミングで、排気ガス中に還元剤を供給して排気ガス中の酸素濃度を低下せしめ、ＮＯx触媒３６に吸収されたＮＯxを放出し還元する必要がある。尚、前記還元剤としては、一般に、ディーゼルエンジンの燃料である軽油を使用する場合が多い。
【００６２】
そのため、この実施の形態では、ＥＣＵ１００によりエンジン１の運転状態の履歴からＮＯx触媒３６に吸収されたＮＯx量を推定し、その推定ＮＯx量が予め設定した所定値に達したときに、所定時間だけ制御弁４３を開弁して所定量の燃料を排気管３１内に供給し、ＮＯx触媒３６に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させ、ＮＯx触媒３６に吸収されたＮＯxを放出させ、Ｎ2に還元するようにしている。つまり、この実施の形態では、ＨＣ供給装置４０によって排気管３１に炭化水素（軽油）を間欠的に供給する。尚、供給ポンプ４１は基本的には常時運転される。
【００６３】
したがって、この実施の形態では、制御弁４３が閉弁していて排気管３１に燃料が供給されていないときには、排気ガス中のＮＯxはＮＯx触媒３６に吸収され、制御弁４３が開弁して排気管３１に燃料が供給されているときには、ＮＯx触媒３６に吸収されたＮＯxが放出され、Ｎ2に還元されることになる。
【００６４】
次に、入ガスＮＯxセンサ５２及び出ガスＮＯxセンサ５４について説明する。入ガスＮＯxセンサ５２及び出ガスＮＯxセンサ５４に用いられるＮＯxセンサは酸素ポンプ（Ｏ2ポンプ）を応用したものであり、ＳＡＥ（Society of Aoutomotive Engineers）９８０１７０号等にも開示されているように既に公知である。このＮＯxセンサのＮＯx濃度測定原理について図３を参照して説明する。
【００６５】
まず、ＮＯxセンサの基本構造について説明すると、ＮＯxセンサは、ジルコニア等の酸素イオン伝導体からなる一対の隔壁２０１，２０２に挟まれて形成されるガス通路２０３を有している。このガス通路２０３において図３の紙面と平行をなす両側面は絶縁材からなる図示しない側壁によって閉塞されており、ガスはガス通路２０３を図３において左側から右側に向かって流れるようになっている。尚、隔壁２０１，２０２は互いに電気的に絶縁されている。
【００６６】
ガス通路２０３の両端部と中央部には多孔質素材からなる絞り部材２０４，２０５，２０６が設けられており、これら絞り部材２０４，２０５，２０６の間に第１反応室２１１と第２反応室２１２が形成されている。絞り部材２０４，２０５，２０６は、ガス通路２０３を流通するガス流量を、ＮＯx濃度の測定に適する流量に制限する絞りとして機能する。
【００６７】
このＮＯxセンサを、絞り部材２０４が設けられた側をガス流の上流側に位置せしめてガス流内に配置したとき、ガスは絞り部材２０４、第１反応室２１１、絞り部材２０５、第２反応室２１２、絞り部材２０６の順に通過して下流へと流れる。
【００６８】
隔壁２０１において第１反応室２１１に対応する部位には、第１反応室２１１側を陰極、隔壁２０１の外面側を陽極として所定の大きさの電圧を印加する第１閉回路２２０が設けられている。
【００６９】
また、隔壁２０２において第２反応室２１２に対応する部位には、第２反応室２１２側を陰極、隔壁２０２の外面側を陽極として所定の大きさの電圧を印加する第２閉回路２３０が設けられている。
【００７０】
次に、このＮＯxセンサのＮＯx濃度測定原理を説明する。このＮＯxセンサではＮＯx濃度を直接的に測定するわけではなく、ＮＯxをＮ2とＯ2に分解し、ＮＯxを分解して得たＯ2の濃度を測定し、これから化学量論的にＮＯx濃度を求めるのであるが、この原理により排気ガスのＮＯx濃度を測定する場合、排気ガス中にはもともと酸素が存在するため、排気ガス中のＮＯxをＮ2とＯ2に分解する前に排気ガス中の酸素を取り除いておかないと、ＮＯx濃度を求めることができない。
【００７１】
そのために、このＮＯxセンサでは、初めに第１反応室２１１において排気ガス中の酸素を除去し、次に第２反応室２１２において排気ガス中のＮＯxをＮ2とＯ2に分解しＮＯx濃度を測定する。
【００７２】
即ち、第１閉回路２２０によって隔壁２０１には電圧が印加されているので、第１反応室２１１内の排気ガス中の酸素のみが選択的にイオン化されて酸素イオンとなる。尚、この段階ではＮＯxがＮ2とＯ2に分解されることはない。そして、隔壁２０１が酸素イオン伝導体で構成されていることから、この酸素イオンが隔壁２０１を第１閉回路２２０の陰極側から陽極側へ流れ、その結果、第１閉回路２２０に電流が流れる。このように、空間内の酸素をイオン化して酸素イオン伝導体を介して取り出す一連の機能を一般に「酸素ポンプ」と称している。
【００７３】
ここで、絞り部材２０４による流量絞り性能を所定に設定し、第１閉回路２２０に印加する電圧の大きさを所定に設定すれば、酸素ポンプによって第１反応室２１１内の酸素を外部に汲み出す速度を、絞り部材２０４を通り第１反応室２１１内に新たに流入してくる酸素の流入速度よりも大きくすることが可能であり、そのように設定すれば第１反応室２１１内の酸素を殆どなくすことができ、したがって、第１反応室２１１内の排気ガスの酸素濃度をほぼ零にすることができる。
【００７４】
そして、第１反応室２１１において酸素濃度を零にされた排気ガスは、絞り部材２０５を通って第２反応室２１２内に流入する。第２反応室２１２にはＮＯxの還元を促進させるための触媒（図示せず）が設けられており、この触媒作用によって第２反応室２１２内の排気ガス中のＮＯxはＮ2とＯ2に分解せしめられる。
【００７５】
ここで、第２閉回路２３０によって隔壁２０２には電圧が印加されているので、ＮＯxの分解によって生じた酸素はイオン化して酸素イオンとなり、この酸素イオンが酸素イオン伝導体で構成されている隔壁２０２を第２閉回路２３０の陰極側から陽極側へ流れ、その結果、第２閉回路２３０に電流が流れる。この第２閉回路２３０に流れる電流を電流計２３１で測定し、この電流値から酸素濃度を求め、さらにこの酸素濃度に基づいて化学量論的にＮＯx濃度を求める。
【００７６】
以上がＮＯxセンサの基本原理であるが、本出願人は、このＮＯxセンサをある条件下で使用したときに該ＮＯxセンサの出力が特異な挙動を示すことに着目した。
まず、入ガスＮＯxセンサ５２のように、吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流に設置されてＮＯx触媒に流入する排気ガスのＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサの場合を、図４を参照して説明する。
【００７７】
説明を簡単にするために、今、ＮＯx濃度およびＨＣ濃度が共に一定の定常な排気ガスの流れの中にＮＯxセンサを設置しているものとする。このときのＮＯxセンサの出力は当然のことながらほぼ一定値ｎ1（この例では約１００ｐｐｍ）となる。
【００７８】
次に、このＮＯx濃度一定の排気ガスのＨＣ濃度だけを一時的に（間欠的に）急速に増大させると、排気ガスのＮＯx濃度は一定であるにも拘わらず、ＮＯxセンサの出力（即ち、ＮＯx濃度検出値）はＨＣ濃度に応じた干渉影響を受け、図４に示すように、一度低下した後、再びＨＣ濃度増大前の定常値（ｎ1）に戻るという挙動を示す。
【００７９】
ＮＯxセンサの出力がこのような挙動を示す理由は次のように推察される。排気ガスのＨＣ濃度を急激に増大させると、ＮＯxセンサの第１反応室２１１において増大したＨＣとＮＯxの一部が反応し、ＮＯxが還元されてＮ2となり、その結果、第１反応室２１１内の排気ガスのＮＯx濃度が低下する。このＮＯx濃度を低下せしめられた排気ガスが第２反応室２１２に流入することとなるので、排気ガスのＨＣ濃度を増大させたときにはＮＯxセンサの出力が一瞬低下すると推察される。
【００８０】
そして、本出願人はこの現象に再現性があることを実験により確認している。図５はこの実験結果の一例を示しており、この場合の実験条件としては、ＮＯx濃度及びＨＣ濃度が一定の定常な排気ガスが流れる排気管内にＮＯxセンサを配置し、このＮＯxセンサよりも上流の排気管内にＨＣを瞬時に供給することによって排気ガスのＨＣ濃度を急速増大せしめた。この実験結果から、ＨＣ濃度増大量（ＨＣ供給量）が大きいほどＮＯxセンサの出力低下が大きくなり、また、ＨＣ濃度増大量（ＨＣ供給量）を同一にした場合には、排気ガスのＮＯx濃度が大きいほどＮＯxセンサの出力低下が大きくなることがわかる。
【００８１】
したがって、このＮＯxセンサによって、ＨＣ供給前の排気ガスのＮＯx濃度と、ＨＣ供給後のＮＯxセンサ出力の低下量（以下、これを「落ち込み量」という）を検出することにより、ＨＣ供給量を求めることができる。そこで、この実施の形態では、ＨＣ供給装置４０から排気管３１に実際に供給されたＨＣの供給量を入ガスＮＯxセンサ５２の出力に基づいて推定演算することができるように、予め実験により、排気ガスのＮＯx濃度と、ＨＣ供給量と、ＨＣ供給後のＮＯxセンサ出力の落ち込み量との関係（即ち、図５に相当する関係）を求め、これをＨＣ供給量マップとしてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶させておく。
【００８２】
次に、出ガスＮＯxセンサ５４のように、吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流に設置されて、ＮＯx触媒によってＮＯxを浄化された排気ガスのＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサの場合を、図６を参照して説明する。
【００８３】
説明を簡単にするために、ＮＯx触媒にはＮＯx濃度およびＨＣ濃度が共に一定の定常な排気ガスが流入するものとする。この場合には、ＮＯx触媒のＮＯx浄化率が変わらなければＮＯx触媒によりＮＯxを浄化された排気ガスのＮＯx濃度はほぼ一定になるはずであるから、ＮＯx触媒下流のＮＯxセンサの出力は当然のことながらほぼ一定値ｎ2（この例では約１００ｐｐｍ）となる。
【００８４】
ここで、ＮＯx触媒に流入するＮＯx濃度一定の排気ガスのＨＣ濃度だけを一時的に（間欠的に）急速に増大させると、ＮＯxセンサの出力（即ち、ＮＯx濃度検出値）が図６に示すように、一度低下した後、今度は一転してＨＣ濃度増大前よりも大きくなり、その後再び、ＨＣ濃度増大前の定常値（ｎ2）に戻るという挙動を示す。
【００８５】
ＮＯxセンサの出力がこのような挙動を示す理由は次のように推察される。まず、ＮＯxセンサの出力が一瞬低下する理由について推察する。ＨＣ濃度の高い排気ガスがＮＯx触媒に流入すると、排気ガス中の一部のＨＣはＮＯx触媒に付着している酸素と反応して酸化し、また、他の一部のＨＣはＮＯx触媒から放出されたＮＯxを還元するための還元剤として消費される。そして、ＮＯx触媒において酸素やＮＯxと反応し得なかった残りのＨＣはＮＯx触媒を素通りしＮＯx触媒の下流へと流れることとなる。ここで、ＮＯx濃度を急激に増大させた排気ガスをＮＯx触媒に供給した場合には、ＮＯx触媒下流の排気ガスのＨＣ濃度も急激に高くなるので、この排気ガスがＮＯx触媒下流のＮＯxセンサに流入すると、前述したＮＯx触媒上流に設置したＮＯxセンサの場合と同様にＨＣ濃度に応じた干渉影響を受け、ＮＯx触媒下流のＮＯxセンサの出力が一瞬低下すると推察される。
【００８６】
ところで、ＮＯx触媒のＨＣ浄化能力（酸化作用）が低下すると（即ち、ＨＣ劣化が進行すると）ＮＯx触媒を通過するＨＣ量が増えるので、ＮＯx触媒に流入する排気ガスのＨＣ濃度を急激に増大させたときにおけるＮＯx触媒下流のＨＣ濃度の増大は、ＨＣ劣化後の方がＨＣ劣化前よりも大きくなる。したがって、ＮＯx触媒上流のＨＣ濃度の増大条件が同じ場合であっても、ＮＯx触媒のＨＣ劣化後の方がＨＣ劣化前よりも、ＮＯx触媒下流のＮＯxセンサ出力の低下量（落ち込み量）は大きくなる。
【００８７】
このことから、ＮＯx触媒上流の排気ガスのＨＣ濃度を急激に増大したときにおけるＮＯx触媒下流のＮＯxセンサの出力低下の状態から、ＮＯx触媒のＨＣ浄化能力に対する劣化（即ち、ＨＣ劣化）の程度を判定することができる。
【００８８】
そこで、この実施の形態では、ＮＯx触媒上流の排気ガスのＨＣ濃度を急激に増大したときにおけるＮＯx触媒上流のＮＯxセンサ出力の落ち込み量とＮＯx触媒下流のＮＯxセンサ出力の落ち込み量を演算し、これら落ち込み量の比較値を求め、この比較値に基づいてＮＯx触媒がＨＣ劣化したか否か判定することにした。
【００８９】
尚、ＮＯxセンサの出力が増大する理由は次のように推察される。吸蔵還元型ＮＯx触媒は、排気ガスのＨＣ濃度を増大することにより吸収されていたＮＯxを放出した場合、排気ガスのＨＣ濃度を増大前の濃度に戻しても、即座にＮＯxの放出が停止するわけではなく、若干の間、ＮＯxの放出が続く（以下、これを「ＮＯxのしみ出し」という）という特性を有している。つまり、ＮＯxに対して還元剤として作用するＨＣの供給がなくなったにもかかわらず、ＮＯx触媒からＮＯxのしみ出しがあるためＮＯx触媒下流のＮＯx濃度が上昇する。したがって、ＮＯx触媒からＮＯxのしみ出しが生じている間は、ＮＯx触媒下流のＮＯxセンサの出力が、ＨＣ濃度増大前の出力よりも大きくなると推察される。
尚、本出願人は、ＮＯx触媒下流に配置されたＮＯxセンサの図６に示すような出力特性についても、再現性があることを実験により確認している。
【００９０】
次に、この実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の作用を説明する。
前述したように、この実施の形態では、ＥＣＵ１００によりエンジン１の運転状態の履歴からＮＯx触媒３６に吸収されたＮＯx量を推定し、その推定ＮＯx量が予め設定した所定値に達したときに、ＨＣ供給装置４０によって所定量の炭化水素（軽油）をＮＯx触媒３６の上流の排気管３１に間欠的に供給し、これによって、ＮＯx触媒３６に吸収されたＮＯxを放出し、Ｎ2に還元する。
【００９１】
ＨＣ供給装置４０によるＨＣの間欠供給は、ＮＯx触媒３６に流入する入ガスのＨＣ濃度を一時的に急速に増大せしめることになるので、このときに入ガスＮＯxセンサ５２と出ガスＮＯxセンサ５４は前述した出力変化を示す。そこで、この実施の形態では、ＥＣＵ１００は、これら二つのＮＯxセンサ５２，５４の出力に基づいて、
（１）ＮＯx触媒３６のＮＯx浄化率の演算及びＮＯx劣化判定
（２）実ＨＣ供給量の推定及びＨＣ供給装置の故障判定
（３）ＮＯx触媒３６のＨＣ浄化指数の演算及びＨＣ劣化判定
を行う。以下、それぞれの処理について説明する。
【００９２】
（１）ＮＯx触媒３６のＮＯx浄化率の演算及びＮＯx劣化判定
この排気浄化装置において、ＥＣＵ１００は、ＨＣ供給装置４０から排気管３１にＨＣ供給がされていない時（ＨＣ非供給時）における入ガスＮＯxセンサ５２と出ガスＮＯxセンサ５４の出力値から、ＮＯx触媒３６のＮＯx浄化能力（還元作用）の大きさを表すＮＯx浄化率を演算し、さらにこれに基づいてＮＯx触媒３６がＮＯx劣化したか否か判定する。
【００９３】
即ち、ＮＯx触媒３６のＮＯx浄化率は、ＨＣ非供給時における出ガスＮＯxセンサ５４の出力値（検出値）を入ガスＮＯxセンサ５２の出力値（検出値）で除した商を求め、この商を１から引いた値として求められる。例えば、入ガスＮＯxセンサ５２により検出されたＮＯx濃度が１００ｐｐｍで、出ガスＮＯxセンサ５４により検出されたＮＯx濃度が３０ｐｐｍであれば、この時のＮＯx触媒３６のＮＯx浄化率は７０％ということになる。
【００９４】
ＮＯx触媒３６がＮＯx劣化していない場合には、ＨＣ供給装置４０によるＨＣの間欠供給により、ＮＯx触媒３６のＮＯx浄化率を初期の状態に回復することができる。ところが、ＮＯx触媒３６のＮＯx劣化が進行すると、ＨＣ供給装置４０によるＨＣの間欠供給を行っても、ＮＯx浄化率を初期の状態に回復させることができなくなる。
【００９５】
そこで、この実施の形態では、ＥＣＵ１００は、常時、ＨＣ非供給時における出ガスＮＯxセンサ５４の出力値（検出値）と入ガスＮＯxセンサ５２の出力値（検出値）に基づいてＮＯx触媒３６のＮＯx浄化率を演算し、ＮＯx触媒３６の初期のＮＯx浄化率（以下、初期ＮＯx浄化率という）と比較してＮＯx劣化の程度を求め、そのＮＯx劣化の程度が所定以上に大きくなったとき（例えば、ＮＯx浄化率が５０％以下になったとき）にＮＯx触媒３６がＮＯx劣化したと判定する。
【００９６】
尚、この実施の形態では、ＮＯx劣化程度を求める際の基準となる初期ＮＯx浄化率は次のようにして求めた（図７参照）。
まだ全くＮＯxの浄化に供されていない新品のＮＯx触媒３６に、ＮＯx濃度一定（例えば、１００ｐｐｍ）の排気ガスを流し続け、ＮＯx触媒３６を一旦、ＮＯxで飽和させる。この時、入ガスＮＯxセンサ５２と出ガスＮＯxセンサ５４の出力は同じになる。
【００９７】
次に、所定の一定時間（例えば、６〜７秒）間隔で、通常のＨＣ間欠供給と同じ条件でＮＯx触媒３６の上流にＨＣを供給する。尚、図７においてＡ点は、ＨＣ間欠供給開始点を示している。すると、ＨＣ非供給時において出ガスＮＯxセンサ５４で検出されるＮＯx濃度が徐々に低下していき、ＨＣ間欠供給を開始してから所定時間経過後（例えば、１００〜１２０秒後）に収束してほぼ一定値を示す（図７においてＢ点）。このように収束した直後に、出ガスＮＯxセンサ５４の出力値と入ガスＮＯxセンサ５２の出力値から演算して得られたＮＯx浄化率を、ＮＯx触媒３６の初期ＮＯx浄化率とした。
【００９８】
次に、この実施の形態におけるＮＯx触媒３６のＮＯx劣化判定処理ルーチンを図８を参照して説明する。このルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は総てＥＣＵ１００のＣＰＵによって実行される。
【００９９】
＜ステップ１０１＞
まず、ＥＣＵ１００は、ステップ１０１において、ＨＣ供給装置４０から排気管３１にＨＣが供給されていないとき（ＨＣ非供給時）に入ガスＮＯxセンサ５２で検出された入ガスＮＯx濃度と、出ガスＮＯxセンサ５４で検出された出ガスＮＯx濃度を読み込む。
【０１００】
＜ステップ１０２＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ１０２に進み、ステップ１０１で読み込んだ入ガスＮＯx濃度と出ガスＮＯx濃度から現時点におけるＮＯx触媒３６のＮＯx浄化率（以下、現ＮＯx浄化率という）を演算する。
【０１０１】
＜ステップ１０３＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ１０３に進み、予め求めておいた初期ＮＯx浄化率とステップ１０１で求めた現ＮＯx浄化率の差を算出し、この差が予め設定した判定値αよりも大きいか否か判定する。
【０１０２】
＜ステップ１０４＞
ステップ１０３で肯定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ１０４に進んで、ＮＯx触媒３６がＮＯx劣化したと判定し、本ルーチンを終了する。
【０１０３】
＜ステップ１０５＞
ステップ１０３で否定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ１０５に進んで、ＮＯx触媒３６はまだＮＯx劣化していないと判定し、本ルーチンを終了する。
【０１０４】
尚、ＮＯx触媒３６の上流の排気ガスのＮＯx濃度は、エンジン１の運転状態（運転条件）から推定することが可能であるので、エンジン１の運転状態とＮＯx触媒３６の入ガスのＮＯx濃度とを対応させたマップを予めＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶させておき、このマップを参照して入ガスのＮＯx濃度を推定するようにすれば、上述した「ＮＯx浄化率の演算とＮＯx劣化判定」に関する限りは、入ガスＮＯxセンサ５２を省略することも可能である。
【０１０５】
この実施の形態では、ＥＣＵ１００がこのＮＯx劣化判定処理ルーチンを実行することにより、本発明に係るＮＯx劣化判定手段が実現される。
【０１０６】
（２）実ＨＣ供給量の推定及びＨＣ供給装置の故障判定
次に、この排気浄化装置において、ＥＣＵ１００は、ＨＣ供給装置４０により排気管３１にＨＣが間欠供給されたときにおける入ガスＮＯxセンサ５２の出力変化に基づいて、排気管３１内に実際に供給されたＨＣ供給量（以下、実ＨＣ供給量という）を演算して推定し、この実ＨＣ供給量に基づいてＨＣ供給装置４０が故障しているか否かを判定する。
【０１０７】
即ち、ＥＣＵ１００は、ＨＣ供給装置４０が排気管３１内にＨＣを供給する直前に入ガスＮＯxセンサ５２で検出した入ガスＮＯx濃度と、ＨＣ供給直後に入ガスＮＯxセンサ５２に生じる出力変化における落ち込み量に基づき、前述した図示しないＨＣ供給量マップを参照して排気管３１に供給された実ＨＣ供給量を演算する。
【０１０８】
次に、ＥＣＵ１００は、ＨＣ供給装置４０により排気管３１に供給すべき目標ＨＣ供給量（ＥＣＵ１００の指令によりＨＣ供給装置４０から供給すべきとされたＨＣ供給量）と、前記実ＨＣ供給量とを比較し、その比較値（両者の差または商など）に基づいて両者の誤差が予め設定した許容誤差範囲に入っているか否か判定する。そして、両者の誤差が許容誤差範囲内であればＨＣ供給装置４０は正常に稼働していると判定し、許容誤差範囲から外れた場合にはＨＣ供給装置４０が異常であると判定する。
【０１０９】
次に、この実施の形態におけるＨＣ供給装置の故障判定処理ルーチンを図９を参照して説明する。このルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は総てＥＣＵ１００のＣＰＵによって実行される。
【０１１０】
＜ステップ２０１＞
まず、ＥＣＵ１００は、ステップ２０１において、ＨＣ供給装置４０によってＨＣを供給する前に入ガスＮＯxセンサ５２で検出した入ガスＮＯx濃度を読み込む。
【０１１１】
＜ステップ２０２＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ２０２に進み、ＨＣ供給直後の入ガスＮＯxセンサ５２の出力変化に基づいて、その落ち込み量を演算する。
【０１１２】
＜ステップ２０３＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ２０３に進み、ステップ２０１で読み込んだ入ガスＮＯx濃度と、ステップ２０２で演算した落ち込み量に基づき、ＨＣ供給量マップを参照して、実ＨＣ供給量を演算する。
【０１１３】
＜ステップ２０４＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ２０４に進み、目標ＨＣ供給量とステップ２０３で演算した実ＨＣ供給量との差を算出し、その差（絶対値）が予め設定した許容範囲βよりも小さいか否か判定する。
【０１１４】
＜ステップ２０５＞
ステップ２０４で肯定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ２０５に進み、ＨＣ供給装置４０が正常に作動していると判定し、本ルーチンを終了する。
【０１１５】
＜ステップ２０６＞
ステップ２０４で否定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ２０６に進み、ＨＣ供給装置４０が故障していると判定し、本ルーチンを終了する。尚、ステップ２０６で故障判定された場合には、ＥＣＵ１００は、図示しないメーターパネルの警告灯を点灯するなどの処理をすることも可能である。
【０１１６】
尚、この実施の形態では、このＨＣ供給装置の故障判定処理ルーチンのうちステップ２０１からステップ２０３をＥＣＵ１００が実行することにより、本発明に係るＨＣ濃度増大量推定手段が実現され、ステップ２０４からステップ２０６をＥＣＵ１００が実行することにより、本発明に係る故障判定手段が実現される。
【０１１７】
（３）ＮＯx触媒３６のＨＣ浄化指数の演算及びＨＣ劣化判定
次に、この排気浄化装置において、ＥＣＵ１００は、ＨＣ供給装置４０により排気管３１にＨＣが間欠供給されたときにおける入ガスＮＯxセンサ５２と出ガスＮＯxセンサ５４の出力変化に基づいて、ＮＯx触媒３６のＨＣ浄化能力（酸化作用）の大きさを表すＨＣ浄化指数（比較値）を演算し、さらにこれに基づいてＮＯx触媒３６がＨＣ劣化したか否か判定する。
【０１１８】
ＨＣ浄化指数は、ＨＣ供給装置４０から排気管３１内にＨＣが供給された直後に生じる出ガスＮＯxセンサ５４の出力変化における落ち込み量（ｂ）を入ガスＮＯxセンサ５２の出力変化における落ち込み量（ａ）で除した商（ｂ／ａ）として求める。
【０１１９】
図１０は、ＨＣ間欠供給時における入ガスＮＯxセンサ５２及び出ガスＮＯxセンサ５４の出力変化の一例を示したものであり、図１０（Ａ）はＮＯx触媒３６がＨＣ劣化していないときの出力波形を示し、図１０（Ｂ）はＮＯx触媒３６のＨＣ劣化が相当に進んだときの出力波形を示す。前述したように、ＨＣ劣化が進むとＮＯx触媒３６を通過するＨＣが多くなるので、ＨＣ浄化指数（ｂ／ａ）が大きくなり、完全に劣化してＨＣ浄化能力がなくなるとＨＣ浄化指数（ｂ／ａ）は「１」になる。
【０１２０】
そこで、この実施の形態では、ＥＣＵ１００は、常時、ＨＣ間欠供給直後における出ガスＮＯxセンサ５４の出力の落ち込み量（ｂ）と入ガスＮＯxセンサ５２の出力の落ち込み量（ａ）を演算し、これらからＮＯx触媒３６のＨＣ浄化指数（ｂ／ａ）を演算し、このＨＣ浄化指数（ｂ／ａ）が予め設定した判定値γよりも大きくなったときにＮＯx触媒３６がＨＣ劣化したと判定する。尚、判定値γは、この排気浄化装置において出ガスに許容されるＨＣ濃度（許容出ガスＨＣ濃度）から決定される値であり、例えばγ＝０．５と設定することことができる。
【０１２１】
次に、この実施の形態におけるＨＣ劣化判定処理ルーチンを図１１を参照して説明する。このルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は総てＥＣＵ１００のＣＰＵによって実行される。
【０１２２】
＜ステップ３０１＞
まず、ＥＣＵ１００は、ステップ３０１において、ＨＣ供給直後の入ガスＮＯxセンサ５２の出力変化に基づいてその落ち込み量（ａ）を演算し、ＨＣ供給直後の出ガスＮＯxセンサ５４の出力変化に基づいてその落ち込み量（ｂ）を演算する。
【０１２３】
＜ステップ３０２＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ３０２に進み、ステップ３０１で演算して求めた両ＮＯxセンサ５２，５４の出力の落ち込み量（ａ，ｂ）に基づいて、現時点のＨＣ浄化指数（ｂ／ａ）を算出する。
【０１２４】
＜ステップ３０３＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ３０３に進み、ステップ３０２で求めた現時点のＨＣ浄化指数（ｂ／ａ）が予め設定した判定値γよりも大きいか否か判定する。
【０１２５】
＜ステップ３０４＞
ステップ３０３で肯定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ３０４に進んで、ＮＯx触媒３６がＨＣ劣化したと判定し、本ルーチンを終了する。
【０１２６】
＜ステップ３０５＞
ステップ３０３で否定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ３０５に進んで、ＮＯx触媒３６はまだＨＣ劣化していないと判定し、本ルーチンを終了する。
【０１２７】
この実施の形態では、このＨＣ劣化判定処理ルーチンのうちステップ３０１からステップ３０２をＥＣＵ１００が実行することにより、本発明に係るＨＣ浄化能力推定手段が実現され、ステップ３０３からステップ３０５をＥＣＵ１００が実行することにより、本発明に係るＨＣ劣化判定手段が実現される。
【０１２８】
尚、ＨＣ間欠供給直後における入ガスＮＯxセンサ５２の出力変化は再現性があり、ＨＣの間欠供給量に対応してほぼ一定に変化するので、ＨＣ間欠供給直後における入ガスＮＯxセンサ５２の出力の落ち込み量（ａ）はＨＣの間欠供給量がわかっていれば推定することができる。
【０１２９】
したがって、ＨＣ供給装置４０によるＨＣの間欠供給量がエンジンの運転状態に応じて予め設定されている場合には、予め実験により、ＨＣ間欠供給量と入ガスＮＯxセンサ５２の出力の落ち込み量（ａ）との関係を求め、これをＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶させておき、このマップを参照して入ガスＮＯxセンサ５２の出力の落ち込み量（ａ）を推定するようにすれば、上述した「ＮＯx触媒３６のＨＣ浄化指数の演算及びＨＣ劣化判定」に関する限りは、入ガスＮＯxセンサ５２を省略することが可能である。
【０１３０】
このように、この実施の形態の内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx触媒３６の上流と下流に一つずつＮＯxセンサ５２，５４を設けただけであるが、これらＮＯxセンサ５２，５４の出力を前述の如く所定に処理することによって、ＮＯx触媒３６のＮＯx浄化能力（ＮＯx浄化率）を求めて、ＮＯx劣化判定を行うことができ、また、実ＨＣ供給量を推定して、ＨＣ供給装置４０の故障判定を行うことができ、さらにＮＯx触媒３６のＨＣ浄化能力（ＨＣ浄化指数）を求めて、ＨＣ劣化判定をすることができる。
【０１３１】
〔他の実施の形態〕
前述した実施の形態では、排気ガスのＨＣ濃度を急速に増大せしめるのに、ＨＣ供給装置４０による排気管３１へのＨＣの間欠供給を採用しているが、これに代えて、例えばエンジンの膨張行程や排気行程において燃焼室に燃料を副噴射することにより、排気ガスのＨＣ濃度を急速増大させるようにしてもよい。
【０１３２】
前述した実施の形態では本発明をディーゼルエンジンに適用した例で説明したが、本発明を希薄燃焼可能なガソリンエンジンに適用することもできる。ガソリンエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキあるいはリッチ空燃比にすることにより排気空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比にし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、ＮＯx触媒３６に吸収されているＮＯxを放出・還元させることができる。
【０１３３】
前述した実施の形態では、ケーシング３７に内蔵する触媒を吸蔵還元型ＮＯx触媒としたが、この触媒を選択還元型ＮＯx触媒とすることもできる。触媒を選択還元型ＮＯx触媒とした場合にも、吸蔵還元型ＮＯx触媒の場合と同様の作用・効果が奏される。
【０１３４】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の排気ガスのＨＣ濃度を増大せしめるＨＣ濃度増大手段と、酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し内燃機関の排気通路に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出するＮＯx濃度検出手段と、前記ＨＣ濃度増大手段により排気ガスのＨＣ濃度を急速に増大せしめた時における前記ＮＯx濃度検出手段の検出値に基づいて排気ガスのＨＣ濃度増大量を推定するＨＣ濃度増大量推定手段と、を備えることにより、ＨＣ濃度検出手段がなくても、ＮＯx濃度検出手段の検出値から排気ガスのＨＣ濃度増大量（ＨＣ供給量）を推定することができる。
【０１３５】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、故障判定手段を備えた場合には、ＨＣ濃度増大手段が故障か否かを判定することができ、故障時の早期対応が可能になる。
【０１３６】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、前記触媒に流入する前記内燃機関の排気ガスのＨＣ濃度を増大せしめるＨＣ濃度増大手段と、酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し前記触媒の下流に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出する触媒下流ＮＯx濃度検出手段と、前記ＨＣ濃度増大手段によりＨＣ濃度を急速に増大せしめた時における前記触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値に基づいて前記触媒のＨＣ浄化能力を推定するＨＣ浄化能力推定手段と、を備えることにより、触媒のＮＯx浄化能力を知ることができるだけでなく、触媒のＨＣ浄化能力を推定することができる。
【０１３７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒の上流に触媒上流ＮＯx濃度検出手段を備えた場合には、触媒のＨＣ浄化能力をより正確に推定することができる。
【０１３８】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＨＣ劣化判定手段を備えた場合には、触媒がＨＣ劣化したか否か判定することができ、劣化後の早期対応が可能になる。
【０１３９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx劣化判定手段を備えた場合には、触媒がＮＯx劣化したか否かを判定することができ、劣化後の早期対応が可能になる。
【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の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】 吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出作用を説明するための図である。
【図３】 前記実施の形態におけるＮＯxセンサの概略構成を示す図である。
【図４】 ＨＣ間欠供給時における入ガスＮＯxセンサの出力変化の一例を示す図である。
【図５】 ＨＣ間欠供給量とＮＯxセンサ出力の落ち込み量との関係を示す図である。
【図６】 ＨＣ間欠供給時における出ガスＮＯxセンサの出力変化の一例を示す図である。
【図７】 出ガスＮＯxセンサの出力が収束する様子を説明するための図である。
【図８】 前記実施の形態におけるＮＯx劣化判定処理ルーチンである。
【図９】 前記実施の形態におけるＨＣ供給装置故障判定処理ルーチンである。
【図１０】 前記実施の形態においてＨＣ劣化前と劣化後の入ガスＮＯxセンサと出ガスＮＯxセンサの出力変化の一例を示す図である。
【図１１】 前記実施の形態におけるＨＣ劣化判定処理ルーチンである。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
２１〜２６ 燃料噴射弁
３１ 排気管（排気通路）
３６ 吸蔵還元型ＮＯx触媒
４０ ＨＣ供給装置（ＨＣ濃度増大手段）
５２ 入ガスＮＯxセンサ（触媒上流ＮＯx濃度検出手段）
５４ 出ガスＮＯxセンサ（触媒下流ＮＯx濃度検出手段）
１００ ＥＣＵ（ＨＣ濃度増大量推定手段、故障判定手段、ＨＣ浄化能力推定手段、ＨＣ劣化判定手段、ＮＯx劣化判定手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置に関し、特に、触媒による酸化作用あるいは還元作用を利用して排気を浄化する排気浄化装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排気ガス中の有害成分の大気への排出量を低減するための一手段として、触媒の酸化作用あるいは還元作用を利用して有害成分を浄化するシステムがある。
【０００３】
近年の触媒に関する研究開発により触媒の性能向上は目覚ましいものがあり、小型でも浄化性能が高い触媒装置の実現が可能になった。その結果、近年、車両用内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化システムとして、触媒を組み込んだ排気浄化装置が多用されるに至っている。
【０００４】
現在、実用に供されている排気ガス浄化用の触媒には、酸化触媒、三元触媒、ＮＯx触媒などがあり、これら触媒を、内燃機関の燃焼形態や空燃比、あるいは浄化すべき有害物質の種類などに応じて使い分けている。
【０００５】
これら触媒のうち、ＮＯx触媒には、選択還元型ＮＯx触媒と吸蔵還元型ＮＯx触媒がある。選択還元型ＮＯx触媒とは、酸素過剰の雰囲気で炭化水素（ＨＣ）の存在下でＮＯxを還元または分解する触媒をいい、一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒とは、流入排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出しＮ2に還元する触媒をいう。これらＮＯx触媒は、排気ガス中のＨＣを酸化して浄化する酸化作用と、排気ガス中のＮＯxを還元して浄化する還元作用を備えている。
【０００６】
一般に、触媒を長期に亘って使用していると、その触媒が有する酸化作用や還元作用が衰えていくという現象がある。上記ＮＯx触媒も例に漏れず、長期に亘って使用していると、酸化作用の衰えによりＨＣ浄化能力が低下したり、還元作用の衰えによりＮＯx浄化能力が低下したりする。このようにＨＣ浄化能力の低下（以下、これをＨＣ劣化ということもある）やＮＯx浄化能力の低下（以下、これをＮＯx劣化ということもある）を生じたＮＯx触媒を使用し続けると、排気ガス中の有害物質を浄化しきれなくなり、有害物質を含む排気ガスを大気中に排出する虞れがある。したがって、このような浄化能力の低下したＮＯx触媒に対しては交換等の措置が必要であり、そのためには触媒の浄化能力の管理（換言すれば、触媒の劣化判定）が極めて重要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
触媒の劣化判定技術に関しては、例えば特開平９−１４４５３１号公報に開示されているものがある。この公報に記載された技術では、内燃機関の排気通路に排気ガス中の有害成分を酸化または還元して浄化する触媒（ＮＯx触媒や三元触媒など）を設け、この触媒の下流に、排気ガス中のＮＯx濃度を測定するＮＯxセンサと、排気ガス中のＮＯx以外の有害物質（ＨＣやＣＯ）の濃度を測定するガスセンサ（ＨＣセンサやＣＯセンサ）を設置し、ＮＯxセンサの出力値が所定の値を越えたときに触媒の還元作用が劣化したものと判定し、前記ガスセンサの出力値が所定の値を超えたときに触媒の酸化作用が劣化したものと判定している。
【０００８】
このように、酸化作用と還元作用を併有する触媒の劣化を判定するためには従来は二種類のセンサ、即ち、酸化作用の劣化を判定するために必要なデータを得るためのセンサと、還元作用の劣化を判定するために必要なデータを得るためのセンサが必要であった。その理由は、触媒における酸化作用の劣化と還元作用の劣化は必ずしも同じ進度で進むとは限らないからである。
【０００９】
このようにセンサの数が多くなると、コストアップになるだけでなく、メンテナンスの対象も多くなるという不具合もあった。
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、本発明が解決しようとする課題は、簡単な構造ながら、触媒の浄化能力を知ることができ、これから触媒の劣化程度を知ることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明が解決しようとする別の課題は、酸素ポンプ式のＮＯx濃度検出手段の出力特性を利用することにより、ＮＯx濃度検出手段にＨＣ濃度検出機能を付与し、排気浄化装置の簡略化を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本出願に係る発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
（１）本出願に係る第１の発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気ガスのＨＣ濃度を増大せしめるＨＣ濃度増大手段と、酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し内燃機関の排気通路に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出するＮＯx濃度検出手段と、前記ＨＣ濃度増大手段が排気ガスのＨＣ濃度を、該ＨＣ濃度の増大前に比べて前記ＮＯ x 濃度検出手段の検出値が一時的に低下するほど急速に増大せしめた時における該ＮＯx濃度検出手段の検出値の低下量に基づいて排気ガスのＨＣ濃度増大量を推定するＨＣ濃度増大量推定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有するＮＯx濃度検出手段は、流入する排気ガスのＨＣ濃度（炭化水素濃度）が急速に増大したときに、ＨＣ濃度増大量に応じた干渉影響を受け、流入する排気ガスのＮＯx濃度が変化していないにも拘わらず該ＮＯx濃度検出手段の検出値が一瞬低下する。第１の発明を初めとする本出願に係る総ての発明はＮＯx濃度検出手段のこの出力特性を利用している。
【００１３】
内燃機関の排気浄化装置においては、例えばＮＯxに対する還元剤として作用させるためや、触媒上で酸化させて排気ガス温度を上昇させるためなど、種々の目的から排気ガスのＨＣ濃度を一時的にあるいは継続的に増大させる操作を行うことがある。この場合、ＨＣ濃度の管理が非常に重要である。
【００１４】
この第１の発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、前記ＨＣ濃度増大手段により排気ガスのＨＣ濃度を急速に増大せしめた時に、ＨＣ濃度増大量推定手段が、前記ＮＯx濃度検出手段の検出値の低下量に基づいて、排気ガスのＨＣ濃度増大量を推定する。
【００１５】
この第１の発明において、ＨＣ濃度増大手段によりＨＣ濃度を増大する前における排気ガスのＨＣ濃度は低い方が好ましい。ＨＣ濃度増大前の排気ガスのＨＣ濃度がＨＣ濃度増大後の排気ガスのＨＣ濃度に比べて極めて低い場合には、ＨＣ濃度増大量推定手段により推定されたＨＣ濃度増大量は、ＨＣ濃度増大後における排気ガスのＨＣ濃度にほぼ等しくなるので、したがって、推定されたＨＣ濃度増大量は、ＨＣ濃度増大後における排気ガスのＨＣ濃度とみなすこともできる。
【００１６】
また、ＨＣ濃度に排気ガス流量と流通時間を乗ずればＨＣ供給量になることから、この第１の発明においては、排気ガス流量と流通時間が予めわかっているか若しくは検出できるようにしておくことにより、ＨＣ濃度増大量推定手段により推定されるＨＣ濃度増大量はＨＣ供給量と等価であるということができる。
【００１７】
したがって、前記第１の発明は、（イ）内燃機関の排気通路にＨＣを間欠的に供給するＨＣ供給手段と、（ロ）酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し内燃機関の排気通路に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出するＮＯx濃度検出手段と、（ハ）前記ＨＣ供給手段によるＨＣ供給時における前記ＮＯx濃度検出手段の検出値に基づいてＨＣ供給量を推定するＨＣ供給量推定手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置と等価であるということができる。
【００１８】
（２）本出願に係る第２の発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記第１の発明を前提として、さらに、前記ＨＣ濃度増大量推定手段により推定された推定ＨＣ濃度増大量と前記ＨＣ濃度増大手段により増大すべき目標ＨＣ濃度増大量との比較値が所定の許容範囲から外れたときにＨＣ濃度増大手段が故障であると判定する故障判定手段、を備えることを特徴とする。
【００１９】
第２の発明において、推定ＨＣ濃度増大量と目標ＨＣ濃度増大量との比較値とは、前者と後者の差であってもよいし、前者と後者の比（商）であってもよい。要するに、推定ＨＣ濃度増大量と目標ＨＣ濃度増大量の誤差に基づく数値であってＨＣ濃度増大手段の故障判定の指標となり得るものであればよい。
【００２０】
（３）本出願に係る第３の発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設
けられた触媒と、前記触媒に流入する前記内燃機関の排気ガスのＨＣ濃度を増大せしめるＨＣ濃度増大手段と、酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し前記触媒の下流に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出する触媒下流ＮＯx濃度検出手段と、前記ＨＣ濃度増大手段がＨＣ濃度を、該ＨＣ濃度の増大前に比べて前記触媒下流ＮＯ x 濃度検出手段の検出値が一時的に低下するほど急速に増大せしめた時における該触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値の低下量に基づいて前記触媒のＨＣ浄化能力を推定するＨＣ浄化能力推定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２１】
前記触媒がＨＣ浄化能力を有している場合、触媒上流の排気ガスのＨＣ濃度が同一であるときには、触媒下流の排気ガスのＨＣ濃度は触媒のＨＣ浄化能力が高ければ高いほど低くなる。
【００２２】
第３の発明においては、ＨＣ濃度増大手段により触媒上流の排気ガスのＨＣ濃度を急速に増大せしめ、その時に触媒下流ＮＯx濃度検出手段で検出した検出値から触媒下流の排気ガスのＨＣ濃度を推定する。これから、ＨＣ浄化能力推定手段が触媒のＨＣ浄化能力を推定する。
【００２３】
（４）本出願に係る第４の発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記第３の発明を前提として、さらに、酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し前記触媒の上流に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出する触媒上流ＮＯx濃度検出手段を備え、前記ＨＣ浄化能力推定手段は、前記ＨＣ濃度増大手段がＨＣ濃度を、該ＨＣ濃度の増大前に比べて前記触媒上流ＮＯ x 濃度検出手段及び前記触媒下流ＮＯ x 濃度検出手段の検出値が一時的に低下するほど急速に増大せしめた時における該触媒上流ＮＯx濃度検出手段の検出値の低下量と該触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値の低下量とを比較し、その比較値に基づいて前記触媒のＨＣ浄化能力を推定することを特徴とする。
【００２４】
触媒のＨＣ浄化能力が同等である場合、触媒下流のＨＣ濃度は、触媒上流のＨＣ濃度の大きさによって異なる。したがって、触媒のＨＣ浄化能力をより正確に判定するためには、触媒上流のＨＣ濃度を知る必要がある。
【００２５】
第４の発明においては、触媒上流の排気ガスのＨＣ濃度を、ＨＣ濃度増大手段によりＨＣ濃度を急速に増大せしめた時における触媒上流ＮＯx濃度検出手段の検出値から推定する。そして、ＨＣ浄化能力推定手段は、触媒上流の排気ガスのＨＣ濃度に対応する触媒上流ＮＯx濃度検出手段の検出値と、触媒下流の排気ガスのＨＣ濃度に対応する触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値とを比較した比較値の大きさから、触媒のＨＣ浄化能力を推定する。
【００２６】
前記比較値は、触媒上流ＮＯx濃度検出手段の検出値（前者）と触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値（後者）の差であってもよいし、両者の比（商）であってもよい。比較値を差（前者−後者）で表した場合には、比較値が大きいほどＨＣ浄化能力が高く、比較値を後者と前者の比（後者／前者）で表した場合には、比較値が小さいほどＨＣ浄化能力が高いこととなる。
【００２７】
（５）本出願に係る第５の発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記第３の発明を前提として、さらに、前記ＨＣ濃度増大手段によって増大せしめられるＨＣ濃度増大量は内燃機関の運転状態に応じて予め設定されていることを特徴とする。
【００２８】
ＨＣ濃度増大手段によって増大せしめられるＨＣ濃度増大量が内燃機関の運転状態に応じて予め設定されている場合には、触媒上流にＮＯx濃度検出手段を設けなくても触媒上流の排気ガスのＨＣ濃度を推定することができるし、また、ＨＣ濃度増大手段によりＨＣ濃度を急速に増大せしめた時における触媒上流ＮＯx濃度検出手段の検出値を予め推定することもできるので、触媒上流ＮＯx濃度検出手段を省くことができる。
【００２９】
（６）本出願に係る第６の発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記第３の発明、または第４の発明、または第５の発明を前提として、さらに、前記ＨＣ浄化能力推定手段によって推定した前記触媒のＨＣ浄化能力が所定の能力以下のときに前記触媒はＨＣ劣化したと判定するＨＣ劣化判定手段を備えることを特徴とする。
【００３０】
（７）本出願に係る第７の発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記第３の発明、または第４の発明、または第５の発明を前提として、さらに、前記ＨＣ濃度増大手段によるＨＣ濃度増大が行われていない時における前記触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値から前記触媒のＮＯx浄化能力を求め、ＮＯx浄化能力が所定の能力以下のときに前記触媒がＮＯx劣化したと判定するＮＯx劣化判定手段を備えることを特徴とする。
【００３１】
本出願の前記第１から第７の発明において、「ＨＣ濃度増大手段によりＨＣ濃度を急速に増大せしめた時」には、次の▲１▼または▲２▼が含まれる。
▲１▼排気ガス中にＨＣを間欠的に供給する場合のＨＣ間欠供給時
▲２▼排気ガス中にＨＣを連続供給している場合であって瞬時にＨＣ供給量を急増させた時
【００３２】
本出願の前記第１から第７の発明において、ＨＣ濃度増大手段は、排気通路にＨＣを間欠的に供給するＨＣ供給装置で構成することができる。ＨＣ濃度増大手段により排気ガスのＨＣ濃度を増大せしめるＨＣ成分としては、ガソリンや軽油など内燃機関の燃料を採用することができる。内燃機関の燃料をＨＣ成分とする場合には、ＨＣ濃度増大手段は、内燃機関の膨張行程や排気行程において内燃機関の燃焼室に燃料を副噴射する副噴射装置で構成することができる。内燃機関としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン（希薄燃焼可能なガソリンエンジン、所謂リーンバーンガソリンエンジンを含む）を例示することができる。
【００３３】
本出願の前記第１から第７の発明において、ＮＯx濃度検出手段における「酸素ポンプ」とは、酸素をイオン化して酸素イオン伝導体を介して汲み上げる機能をいう。
【００３４】
本出願に係る前記第３から第７の発明において、触媒としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒や選択還元型ＮＯx触媒を例示することができる。
吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出し、Ｎ2に還元する触媒である。この吸蔵還元型ＮＯx触媒は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。
【００３５】
選択還元型ＮＯx触媒は、酸素過剰の雰囲気で炭化水素の存在下でＮＯxを還元または分解する触媒をいい、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持した触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触媒、等が含まれる。
【００３６】
【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一実施の形態を図１から図１１の図面に基いて説明する。尚、以下に記載する実施の形態は、本発明に係る排気浄化装置を内燃機関としての車両用ディーゼルエンジンに適用した態様である。
【００３７】
図１は内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態における全体構成を示す図である。エンジン１は６気筒ディーゼルエンジンであり、１番気筒（＃１）から６番気筒（＃６）の各気筒１１，１２，１３，１４，１５，１６の燃焼室には吸気管２、吸気マニホールド３を介して新気が導入される。吸気管２の途中には、エアフロメータ７と、ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａと、インタークーラ５と、吸気絞り弁６が設けられている。吸気絞り弁６は、エンジン１の運転状態に応じてエンジンコントロール用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００によって制御される。
【００３８】
また、エンジン１には、各気筒１１〜１６に燃料を噴射する燃料噴射弁２１，２２，２３，２４，２５，２６が設けられている。燃料噴射弁２１〜２６の開弁時期及び開弁時間は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００により制御される。
【００３９】
各気筒１１〜１６の燃焼室で生じた排気ガスは、排気マニホールド３０を介して排気管３１に排出され、図示しないマフラーを介して大気に排出される。排気マニホールド３０に流入した排気ガスの一部は、排気還流管３２を介して吸気マニホールド３に再循環可能になっている。排気還流管３２の途中には、ＥＧＲクーラ３３とＥＧＲ弁３４が設けられている。ＥＧＲ弁３４は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００によって開度制御され、排気還流量を制御する。
【００４０】
排気管３１の途中には、ターボチャージャ４のタービン４ｂと、排気絞り弁３５と、吸蔵還元型ＮＯx触媒３６を内蔵したケーシング３７が設けられている。吸蔵還元型ＮＯx触媒３６については後で詳述する。
【００４１】
排気ガスはタービン４ｂを駆動し、タービン４ｂに連結されたコンプレッサ４ａを駆動して、吸気を過給する。排気絞り弁３５は、エンジン１の運転状態に応じてエンジンコントロール用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００によって制御される。
【００４２】
排気管３１において排気絞り弁３５とケーシング３７の間には、このエンジン１の燃料である軽油を排気管３１内に供給するＨＣ供給装置（ＨＣ濃度増大手段）４０が設置されている。ＨＣ供給装置４０は、図示しない燃料タンクの軽油を昇圧して圧送する供給ポンプ４１と、供給ポンプ４１で昇圧された軽油を排気管３１内に導入する導入管４２と、導入管４２の途中に設けられた制御弁４３を備えている。
【００４３】
排気管３１においてＨＣ供給装置４０よりも下流であってケーシング３７よりも上流には、ケーシング３７に流入する排気ガス（以下、入ガスという）の温度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する入ガス温センサ５１と、入ガスのＮＯx濃度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する入ガスＮＯxセンサ（触媒上流ＮＯx濃度検出手段）５２が取り付けられている。
【００４４】
また、排気管３１においてケーシング３７よりも下流には、ケーシング３７から流出する排気ガス（以下、出ガスという）の温度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する出ガス温センサ５３と、出ガスのＮＯx濃度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する出ガスＮＯxセンサ（触媒下流ＮＯx濃度検出手段）５４が取り付けられている。
【００４５】
入ガス温センサ５１と出ガス温センサ５３の出力信号に基づいて、ＥＣＵ１００は吸蔵還元型ＮＯx触媒３６の触媒温度を演算する。入ガスＮＯxセンサ５２と出ガスＮＯxセンサ５４については後で詳述する。
【００４６】
ＥＣＵ１００はデジタルコンピュータからなり、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）、入力ポート、出力ポートを具備し、エンジン１の燃料噴射量制御等の基本制御を行うほか、この実施の形態では、ＨＣ供給装置４０のＨＣ供給制御等を行っている。
【００４７】
これら制御のために、ＥＣＵ１００の入力ポートには、アクセル開度センサ６１からの入力信号と、クランク角センサ６２からの入力信号が入力される。アクセル開度センサ６１はアクセル開度に比例した出力電圧をＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はアクセル開度センサ６１の出力信号に基づいてエンジン負荷を演算する。クランク角センサ６２はクランクシャフトが一定角度回転する毎に出力パルスをＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はこの出力パルスに基づいてエンジン回転数を演算する。これらエンジン負荷とエンジン回転数によってエンジン運転状態が判別される。
【００４８】
次に、ケーシング３７に内蔵された吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単にＮＯx触媒ということもある）３６について説明する。
吸蔵還元型ＮＯx触媒３６は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。
【００４９】
このＮＯx触媒３６は、流入排気ガスの空燃比（以下、排気空燃比と称す）がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出するＮＯxの吸放出作用を行う。尚、排気空燃比とは、ここではＮＯx触媒３６の上流側の排気通路やエンジン燃焼室、吸気通路等にそれぞれ供給された空気量の合計と燃料（炭化水素）の合計の比を意味するものとする。したがって、ＮＯx触媒３６よりも上流の排気通路内に燃料、還元剤あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比はエンジン燃焼室内に供給される混合気の空燃比に一致する。
【００５０】
ＮＯx触媒３６の吸放出作用は、図２に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。以下、このメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属，アルカリ金属，アルカリ土類，希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００５１】
まず、流入排気ガスの空燃比がかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図２（Ａ）に示されるように酸素Ｏ2 がＯ2 -又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ2 -又はＯ2-と反応し、ＮＯ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。
【００５２】
次いで、生成されたＮＯ2は、白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯx触媒３６内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図２（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3 -の形でＮＯx触媒３６内に拡散する。このようにしてＮＯxがＮＯx触媒３６内に吸収される。
【００５３】
流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2が生成され、ＮＯx触媒３６のＮＯx 吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ2がＮＯx触媒３６内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 -が生成される。
【００５４】
これに対して、排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になると流入排気ガス中の酸素濃度が低下するため、ＮＯ2の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ3 -→ＮＯ2）に進み、ＮＯx触媒３６内の硝酸イオンＮＯ3 -がＮＯ2またはＮＯの形でＮＯx触媒３６から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると、ＮＯx触媒３６からＮＯxが放出されることになる。
【００５５】
一方、このとき、排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -又はＯ2-と反応して酸化せしめられる。また、流入排気ガス中の酸素濃度の低下によりＮＯx触媒３６から放出されたＮＯ2またはＮＯは、図２（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられてＮ2となる。
【００５６】
即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、まず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -又はＯ2-とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -又はＯ2-が消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨＣ，ＣＯによってＮＯx触媒から放出されたＮＯxおよびエンジンから排出されたＮＯxがＮ2に還元せしめられる。
【００５７】
このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ2またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯx触媒３６から次から次へとＮＯ2またはＮＯが放出され、さらにＮ2に還元せしめられる。したがって、排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にすると短時間のうちにＮＯx触媒３６からＮＯxが放出され、Ｎ2に還元される。
【００５８】
このように、排気空燃比がリーンになるとＮＯxがＮＯx触媒３６に吸収され、排気空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比にするとＮＯxがＮＯx触媒３６から短時間のうちに放出され、Ｎ2に還元される。したがって、大気中へのＮＯxの排出を阻止することができる。
【００５９】
ところで、ディーゼルエンジンの場合は、ストイキ（理論空燃比、Ａ／Ｆ＝１３〜１４）よりもはるかにリーン域で燃焼が行われるので、通常の機関運転状態ではＮＯx触媒３６に流入する排気ガスの空燃比は非常にリーンであり、排気ガス中のＮＯxはＮＯx触媒３６に吸収され、ＮＯx触媒３６から放出されるＮＯx量は極めて少ない。
【００６０】
また、ガソリンエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキまたはリッチ空燃比にすることにより排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、ＮＯx触媒３６に吸収されているＮＯxを放出させることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキまたはリッチ空燃比にすると燃焼の際に煤が発生するなどの問題があり採用することはできない。
【００６１】
したがって、ディーゼルエンジンでは、ＮＯx触媒３６のＮＯx吸収能力が飽和する前に所定のタイミングで、排気ガス中に還元剤を供給して排気ガス中の酸素濃度を低下せしめ、ＮＯx触媒３６に吸収されたＮＯxを放出し還元する必要がある。尚、前記還元剤としては、一般に、ディーゼルエンジンの燃料である軽油を使用する場合が多い。
【００６２】
そのため、この実施の形態では、ＥＣＵ１００によりエンジン１の運転状態の履歴からＮＯx触媒３６に吸収されたＮＯx量を推定し、その推定ＮＯx量が予め設定した所定値に達したときに、所定時間だけ制御弁４３を開弁して所定量の燃料を排気管３１内に供給し、ＮＯx触媒３６に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させ、ＮＯx触媒３６に吸収されたＮＯxを放出させ、Ｎ2に還元するようにしている。つまり、この実施の形態では、ＨＣ供給装置４０によって排気管３１に炭化水素（軽油）を間欠的に供給する。尚、供給ポンプ４１は基本的には常時運転される。
【００６３】
したがって、この実施の形態では、制御弁４３が閉弁していて排気管３１に燃料が供給されていないときには、排気ガス中のＮＯxはＮＯx触媒３６に吸収され、制御弁４３が開弁して排気管３１に燃料が供給されているときには、ＮＯx触媒３６に吸収されたＮＯxが放出され、Ｎ2に還元されることになる。
【００６４】
次に、入ガスＮＯxセンサ５２及び出ガスＮＯxセンサ５４について説明する。入ガスＮＯxセンサ５２及び出ガスＮＯxセンサ５４に用いられるＮＯxセンサは酸素ポンプ（Ｏ2ポンプ）を応用したものであり、ＳＡＥ（Society of Aoutomotive Engineers）９８０１７０号等にも開示されているように既に公知である。このＮＯxセンサのＮＯx濃度測定原理について図３を参照して説明する。
【００６５】
まず、ＮＯxセンサの基本構造について説明すると、ＮＯxセンサは、ジルコニア等の酸素イオン伝導体からなる一対の隔壁２０１，２０２に挟まれて形成されるガス通路２０３を有している。このガス通路２０３において図３の紙面と平行をなす両側面は絶縁材からなる図示しない側壁によって閉塞されており、ガスはガス通路２０３を図３において左側から右側に向かって流れるようになっている。尚、隔壁２０１，２０２は互いに電気的に絶縁されている。
【００６６】
ガス通路２０３の両端部と中央部には多孔質素材からなる絞り部材２０４，２０５，２０６が設けられており、これら絞り部材２０４，２０５，２０６の間に第１反応室２１１と第２反応室２１２が形成されている。絞り部材２０４，２０５，２０６は、ガス通路２０３を流通するガス流量を、ＮＯx濃度の測定に適する流量に制限する絞りとして機能する。
【００６７】
このＮＯxセンサを、絞り部材２０４が設けられた側をガス流の上流側に位置せしめてガス流内に配置したとき、ガスは絞り部材２０４、第１反応室２１１、絞り部材２０５、第２反応室２１２、絞り部材２０６の順に通過して下流へと流れる。
【００６８】
隔壁２０１において第１反応室２１１に対応する部位には、第１反応室２１１側を陰極、隔壁２０１の外面側を陽極として所定の大きさの電圧を印加する第１閉回路２２０が設けられている。
【００６９】
また、隔壁２０２において第２反応室２１２に対応する部位には、第２反応室２１２側を陰極、隔壁２０２の外面側を陽極として所定の大きさの電圧を印加する第２閉回路２３０が設けられている。
【００７０】
次に、このＮＯxセンサのＮＯx濃度測定原理を説明する。このＮＯxセンサではＮＯx濃度を直接的に測定するわけではなく、ＮＯxをＮ2とＯ2に分解し、ＮＯxを分解して得たＯ2の濃度を測定し、これから化学量論的にＮＯx濃度を求めるのであるが、この原理により排気ガスのＮＯx濃度を測定する場合、排気ガス中にはもともと酸素が存在するため、排気ガス中のＮＯxをＮ2とＯ2に分解する前に排気ガス中の酸素を取り除いておかないと、ＮＯx濃度を求めることができない。
【００７１】
そのために、このＮＯxセンサでは、初めに第１反応室２１１において排気ガス中の酸素を除去し、次に第２反応室２１２において排気ガス中のＮＯxをＮ2とＯ2に分解しＮＯx濃度を測定する。
【００７２】
即ち、第１閉回路２２０によって隔壁２０１には電圧が印加されているので、第１反応室２１１内の排気ガス中の酸素のみが選択的にイオン化されて酸素イオンとなる。尚、この段階ではＮＯxがＮ2とＯ2に分解されることはない。そして、隔壁２０１が酸素イオン伝導体で構成されていることから、この酸素イオンが隔壁２０１を第１閉回路２２０の陰極側から陽極側へ流れ、その結果、第１閉回路２２０に電流が流れる。このように、空間内の酸素をイオン化して酸素イオン伝導体を介して取り出す一連の機能を一般に「酸素ポンプ」と称している。
【００７３】
ここで、絞り部材２０４による流量絞り性能を所定に設定し、第１閉回路２２０に印加する電圧の大きさを所定に設定すれば、酸素ポンプによって第１反応室２１１内の酸素を外部に汲み出す速度を、絞り部材２０４を通り第１反応室２１１内に新たに流入してくる酸素の流入速度よりも大きくすることが可能であり、そのように設定すれば第１反応室２１１内の酸素を殆どなくすことができ、したがって、第１反応室２１１内の排気ガスの酸素濃度をほぼ零にすることができる。
【００７４】
そして、第１反応室２１１において酸素濃度を零にされた排気ガスは、絞り部材２０５を通って第２反応室２１２内に流入する。第２反応室２１２にはＮＯxの還元を促進させるための触媒（図示せず）が設けられており、この触媒作用によって第２反応室２１２内の排気ガス中のＮＯxはＮ2とＯ2に分解せしめられる。
【００７５】
ここで、第２閉回路２３０によって隔壁２０２には電圧が印加されているので、ＮＯxの分解によって生じた酸素はイオン化して酸素イオンとなり、この酸素イオンが酸素イオン伝導体で構成されている隔壁２０２を第２閉回路２３０の陰極側から陽極側へ流れ、その結果、第２閉回路２３０に電流が流れる。この第２閉回路２３０に流れる電流を電流計２３１で測定し、この電流値から酸素濃度を求め、さらにこの酸素濃度に基づいて化学量論的にＮＯx濃度を求める。
【００７６】
以上がＮＯxセンサの基本原理であるが、本出願人は、このＮＯxセンサをある条件下で使用したときに該ＮＯxセンサの出力が特異な挙動を示すことに着目した。
まず、入ガスＮＯxセンサ５２のように、吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流に設置されてＮＯx触媒に流入する排気ガスのＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサの場合を、図４を参照して説明する。
【００７７】
説明を簡単にするために、今、ＮＯx濃度およびＨＣ濃度が共に一定の定常な排気ガスの流れの中にＮＯxセンサを設置しているものとする。このときのＮＯxセンサの出力は当然のことながらほぼ一定値ｎ1（この例では約１００ｐｐｍ）となる。
【００７８】
次に、このＮＯx濃度一定の排気ガスのＨＣ濃度だけを一時的に（間欠的に）急速に増大させると、排気ガスのＮＯx濃度は一定であるにも拘わらず、ＮＯxセンサの出力（即ち、ＮＯx濃度検出値）はＨＣ濃度に応じた干渉影響を受け、図４に示すように、一度低下した後、再びＨＣ濃度増大前の定常値（ｎ1）に戻るという挙動を示す。
【００７９】
ＮＯxセンサの出力がこのような挙動を示す理由は次のように推察される。排気ガスのＨＣ濃度を急激に増大させると、ＮＯxセンサの第１反応室２１１において増大したＨＣとＮＯxの一部が反応し、ＮＯxが還元されてＮ2となり、その結果、第１反応室２１１内の排気ガスのＮＯx濃度が低下する。このＮＯx濃度を低下せしめられた排気ガスが第２反応室２１２に流入することとなるので、排気ガスのＨＣ濃度を増大させたときにはＮＯxセンサの出力が一瞬低下すると推察される。
【００８０】
そして、本出願人はこの現象に再現性があることを実験により確認している。図５はこの実験結果の一例を示しており、この場合の実験条件としては、ＮＯx濃度及びＨＣ濃度が一定の定常な排気ガスが流れる排気管内にＮＯxセンサを配置し、このＮＯxセンサよりも上流の排気管内にＨＣを瞬時に供給することによって排気ガスのＨＣ濃度を急速増大せしめた。この実験結果から、ＨＣ濃度増大量（ＨＣ供給量）が大きいほどＮＯxセンサの出力低下が大きくなり、また、ＨＣ濃度増大量（ＨＣ供給量）を同一にした場合には、排気ガスのＮＯx濃度が大きいほどＮＯxセンサの出力低下が大きくなることがわかる。
【００８１】
したがって、このＮＯxセンサによって、ＨＣ供給前の排気ガスのＮＯx濃度と、ＨＣ供給後のＮＯxセンサ出力の低下量（以下、これを「落ち込み量」という）を検出することにより、ＨＣ供給量を求めることができる。そこで、この実施の形態では、ＨＣ供給装置４０から排気管３１に実際に供給されたＨＣの供給量を入ガスＮＯxセンサ５２の出力に基づいて推定演算することができるように、予め実験により、排気ガスのＮＯx濃度と、ＨＣ供給量と、ＨＣ供給後のＮＯxセンサ出力の落ち込み量との関係（即ち、図５に相当する関係）を求め、これをＨＣ供給量マップとしてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶させておく。
【００８２】
次に、出ガスＮＯxセンサ５４のように、吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流に設置されて、ＮＯx触媒によってＮＯxを浄化された排気ガスのＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサの場合を、図６を参照して説明する。
【００８３】
説明を簡単にするために、ＮＯx触媒にはＮＯx濃度およびＨＣ濃度が共に一定の定常な排気ガスが流入するものとする。この場合には、ＮＯx触媒のＮＯx浄化率が変わらなければＮＯx触媒によりＮＯxを浄化された排気ガスのＮＯx濃度はほぼ一定になるはずであるから、ＮＯx触媒下流のＮＯxセンサの出力は当然のことながらほぼ一定値ｎ2（この例では約１００ｐｐｍ）となる。
【００８４】
ここで、ＮＯx触媒に流入するＮＯx濃度一定の排気ガスのＨＣ濃度だけを一時的に（間欠的に）急速に増大させると、ＮＯxセンサの出力（即ち、ＮＯx濃度検出値）が図６に示すように、一度低下した後、今度は一転してＨＣ濃度増大前よりも大きくなり、その後再び、ＨＣ濃度増大前の定常値（ｎ2）に戻るという挙動を示す。
【００８５】
ＮＯxセンサの出力がこのような挙動を示す理由は次のように推察される。まず、ＮＯxセンサの出力が一瞬低下する理由について推察する。ＨＣ濃度の高い排気ガスがＮＯx触媒に流入すると、排気ガス中の一部のＨＣはＮＯx触媒に付着している酸素と反応して酸化し、また、他の一部のＨＣはＮＯx触媒から放出されたＮＯxを還元するための還元剤として消費される。そして、ＮＯx触媒において酸素やＮＯxと反応し得なかった残りのＨＣはＮＯx触媒を素通りしＮＯx触媒の下流へと流れることとなる。ここで、ＮＯx濃度を急激に増大させた排気ガスをＮＯx触媒に供給した場合には、ＮＯx触媒下流の排気ガスのＨＣ濃度も急激に高くなるので、この排気ガスがＮＯx触媒下流のＮＯxセンサに流入すると、前述したＮＯx触媒上流に設置したＮＯxセンサの場合と同様にＨＣ濃度に応じた干渉影響を受け、ＮＯx触媒下流のＮＯxセンサの出力が一瞬低下すると推察される。
【００８６】
ところで、ＮＯx触媒のＨＣ浄化能力（酸化作用）が低下すると（即ち、ＨＣ劣化が進行すると）ＮＯx触媒を通過するＨＣ量が増えるので、ＮＯx触媒に流入する排気ガスのＨＣ濃度を急激に増大させたときにおけるＮＯx触媒下流のＨＣ濃度の増大は、ＨＣ劣化後の方がＨＣ劣化前よりも大きくなる。したがって、ＮＯx触媒上流のＨＣ濃度の増大条件が同じ場合であっても、ＮＯx触媒のＨＣ劣化後の方がＨＣ劣化前よりも、ＮＯx触媒下流のＮＯxセンサ出力の低下量（落ち込み量）は大きくなる。
【００８７】
このことから、ＮＯx触媒上流の排気ガスのＨＣ濃度を急激に増大したときにおけるＮＯx触媒下流のＮＯxセンサの出力低下の状態から、ＮＯx触媒のＨＣ浄化能力に対する劣化（即ち、ＨＣ劣化）の程度を判定することができる。
【００８８】
そこで、この実施の形態では、ＮＯx触媒上流の排気ガスのＨＣ濃度を急激に増大したときにおけるＮＯx触媒上流のＮＯxセンサ出力の落ち込み量とＮＯx触媒下流のＮＯxセンサ出力の落ち込み量を演算し、これら落ち込み量の比較値を求め、この比較値に基づいてＮＯx触媒がＨＣ劣化したか否か判定することにした。
【００８９】
尚、ＮＯxセンサの出力が増大する理由は次のように推察される。吸蔵還元型ＮＯx触媒は、排気ガスのＨＣ濃度を増大することにより吸収されていたＮＯxを放出した場合、排気ガスのＨＣ濃度を増大前の濃度に戻しても、即座にＮＯxの放出が停止するわけではなく、若干の間、ＮＯxの放出が続く（以下、これを「ＮＯxのしみ出し」という）という特性を有している。つまり、ＮＯxに対して還元剤として作用するＨＣの供給がなくなったにもかかわらず、ＮＯx触媒からＮＯxのしみ出しがあるためＮＯx触媒下流のＮＯx濃度が上昇する。したがって、ＮＯx触媒からＮＯxのしみ出しが生じている間は、ＮＯx触媒下流のＮＯxセンサの出力が、ＨＣ濃度増大前の出力よりも大きくなると推察される。
尚、本出願人は、ＮＯx触媒下流に配置されたＮＯxセンサの図６に示すような出力特性についても、再現性があることを実験により確認している。
【００９０】
次に、この実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の作用を説明する。
前述したように、この実施の形態では、ＥＣＵ１００によりエンジン１の運転状態の履歴からＮＯx触媒３６に吸収されたＮＯx量を推定し、その推定ＮＯx量が予め設定した所定値に達したときに、ＨＣ供給装置４０によって所定量の炭化水素（軽油）をＮＯx触媒３６の上流の排気管３１に間欠的に供給し、これによって、ＮＯx触媒３６に吸収されたＮＯxを放出し、Ｎ2に還元する。
【００９１】
ＨＣ供給装置４０によるＨＣの間欠供給は、ＮＯx触媒３６に流入する入ガスのＨＣ濃度を一時的に急速に増大せしめることになるので、このときに入ガスＮＯxセンサ５２と出ガスＮＯxセンサ５４は前述した出力変化を示す。そこで、この実施の形態では、ＥＣＵ１００は、これら二つのＮＯxセンサ５２，５４の出力に基づいて、
（１）ＮＯx触媒３６のＮＯx浄化率の演算及びＮＯx劣化判定
（２）実ＨＣ供給量の推定及びＨＣ供給装置の故障判定
（３）ＮＯx触媒３６のＨＣ浄化指数の演算及びＨＣ劣化判定
を行う。以下、それぞれの処理について説明する。
【００９２】
（１）ＮＯx触媒３６のＮＯx浄化率の演算及びＮＯx劣化判定
この排気浄化装置において、ＥＣＵ１００は、ＨＣ供給装置４０から排気管３１にＨＣ供給がされていない時（ＨＣ非供給時）における入ガスＮＯxセンサ５２と出ガスＮＯxセンサ５４の出力値から、ＮＯx触媒３６のＮＯx浄化能力（還元作用）の大きさを表すＮＯx浄化率を演算し、さらにこれに基づいてＮＯx触媒３６がＮＯx劣化したか否か判定する。
【００９３】
即ち、ＮＯx触媒３６のＮＯx浄化率は、ＨＣ非供給時における出ガスＮＯxセンサ５４の出力値（検出値）を入ガスＮＯxセンサ５２の出力値（検出値）で除した商を求め、この商を１から引いた値として求められる。例えば、入ガスＮＯxセンサ５２により検出されたＮＯx濃度が１００ｐｐｍで、出ガスＮＯxセンサ５４により検出されたＮＯx濃度が３０ｐｐｍであれば、この時のＮＯx触媒３６のＮＯx浄化率は７０％ということになる。
【００９４】
ＮＯx触媒３６がＮＯx劣化していない場合には、ＨＣ供給装置４０によるＨＣの間欠供給により、ＮＯx触媒３６のＮＯx浄化率を初期の状態に回復することができる。ところが、ＮＯx触媒３６のＮＯx劣化が進行すると、ＨＣ供給装置４０によるＨＣの間欠供給を行っても、ＮＯx浄化率を初期の状態に回復させることができなくなる。
【００９５】
そこで、この実施の形態では、ＥＣＵ１００は、常時、ＨＣ非供給時における出ガスＮＯxセンサ５４の出力値（検出値）と入ガスＮＯxセンサ５２の出力値（検出値）に基づいてＮＯx触媒３６のＮＯx浄化率を演算し、ＮＯx触媒３６の初期のＮＯx浄化率（以下、初期ＮＯx浄化率という）と比較してＮＯx劣化の程度を求め、そのＮＯx劣化の程度が所定以上に大きくなったとき（例えば、ＮＯx浄化率が５０％以下になったとき）にＮＯx触媒３６がＮＯx劣化したと判定する。
【００９６】
尚、この実施の形態では、ＮＯx劣化程度を求める際の基準となる初期ＮＯx浄化率は次のようにして求めた（図７参照）。
まだ全くＮＯxの浄化に供されていない新品のＮＯx触媒３６に、ＮＯx濃度一定（例えば、１００ｐｐｍ）の排気ガスを流し続け、ＮＯx触媒３６を一旦、ＮＯxで飽和させる。この時、入ガスＮＯxセンサ５２と出ガスＮＯxセンサ５４の出力は同じになる。
【００９７】
次に、所定の一定時間（例えば、６〜７秒）間隔で、通常のＨＣ間欠供給と同じ条件でＮＯx触媒３６の上流にＨＣを供給する。尚、図７においてＡ点は、ＨＣ間欠供給開始点を示している。すると、ＨＣ非供給時において出ガスＮＯxセンサ５４で検出されるＮＯx濃度が徐々に低下していき、ＨＣ間欠供給を開始してから所定時間経過後（例えば、１００〜１２０秒後）に収束してほぼ一定値を示す（図７においてＢ点）。このように収束した直後に、出ガスＮＯxセンサ５４の出力値と入ガスＮＯxセンサ５２の出力値から演算して得られたＮＯx浄化率を、ＮＯx触媒３６の初期ＮＯx浄化率とした。
【００９８】
次に、この実施の形態におけるＮＯx触媒３６のＮＯx劣化判定処理ルーチンを図８を参照して説明する。このルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は総てＥＣＵ１００のＣＰＵによって実行される。
【００９９】
＜ステップ１０１＞
まず、ＥＣＵ１００は、ステップ１０１において、ＨＣ供給装置４０から排気管３１にＨＣが供給されていないとき（ＨＣ非供給時）に入ガスＮＯxセンサ５２で検出された入ガスＮＯx濃度と、出ガスＮＯxセンサ５４で検出された出ガスＮＯx濃度を読み込む。
【０１００】
＜ステップ１０２＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ１０２に進み、ステップ１０１で読み込んだ入ガスＮＯx濃度と出ガスＮＯx濃度から現時点におけるＮＯx触媒３６のＮＯx浄化率（以下、現ＮＯx浄化率という）を演算する。
【０１０１】
＜ステップ１０３＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ１０３に進み、予め求めておいた初期ＮＯx浄化率とステップ１０１で求めた現ＮＯx浄化率の差を算出し、この差が予め設定した判定値αよりも大きいか否か判定する。
【０１０２】
＜ステップ１０４＞
ステップ１０３で肯定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ１０４に進んで、ＮＯx触媒３６がＮＯx劣化したと判定し、本ルーチンを終了する。
【０１０３】
＜ステップ１０５＞
ステップ１０３で否定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ１０５に進んで、ＮＯx触媒３６はまだＮＯx劣化していないと判定し、本ルーチンを終了する。
【０１０４】
尚、ＮＯx触媒３６の上流の排気ガスのＮＯx濃度は、エンジン１の運転状態（運転条件）から推定することが可能であるので、エンジン１の運転状態とＮＯx触媒３６の入ガスのＮＯx濃度とを対応させたマップを予めＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶させておき、このマップを参照して入ガスのＮＯx濃度を推定するようにすれば、上述した「ＮＯx浄化率の演算とＮＯx劣化判定」に関する限りは、入ガスＮＯxセンサ５２を省略することも可能である。
【０１０５】
この実施の形態では、ＥＣＵ１００がこのＮＯx劣化判定処理ルーチンを実行することにより、本発明に係るＮＯx劣化判定手段が実現される。
【０１０６】
（２）実ＨＣ供給量の推定及びＨＣ供給装置の故障判定
次に、この排気浄化装置において、ＥＣＵ１００は、ＨＣ供給装置４０により排気管３１にＨＣが間欠供給されたときにおける入ガスＮＯxセンサ５２の出力変化に基づいて、排気管３１内に実際に供給されたＨＣ供給量（以下、実ＨＣ供給量という）を演算して推定し、この実ＨＣ供給量に基づいてＨＣ供給装置４０が故障しているか否かを判定する。
【０１０７】
即ち、ＥＣＵ１００は、ＨＣ供給装置４０が排気管３１内にＨＣを供給する直前に入ガスＮＯxセンサ５２で検出した入ガスＮＯx濃度と、ＨＣ供給直後に入ガスＮＯxセンサ５２に生じる出力変化における落ち込み量に基づき、前述した図示しないＨＣ供給量マップを参照して排気管３１に供給された実ＨＣ供給量を演算する。
【０１０８】
次に、ＥＣＵ１００は、ＨＣ供給装置４０により排気管３１に供給すべき目標ＨＣ供給量（ＥＣＵ１００の指令によりＨＣ供給装置４０から供給すべきとされたＨＣ供給量）と、前記実ＨＣ供給量とを比較し、その比較値（両者の差または商など）に基づいて両者の誤差が予め設定した許容誤差範囲に入っているか否か判定する。そして、両者の誤差が許容誤差範囲内であればＨＣ供給装置４０は正常に稼働していると判定し、許容誤差範囲から外れた場合にはＨＣ供給装置４０が異常であると判定する。
【０１０９】
次に、この実施の形態におけるＨＣ供給装置の故障判定処理ルーチンを図９を参照して説明する。このルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は総てＥＣＵ１００のＣＰＵによって実行される。
【０１１０】
＜ステップ２０１＞
まず、ＥＣＵ１００は、ステップ２０１において、ＨＣ供給装置４０によってＨＣを供給する前に入ガスＮＯxセンサ５２で検出した入ガスＮＯx濃度を読み込む。
【０１１１】
＜ステップ２０２＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ２０２に進み、ＨＣ供給直後の入ガスＮＯxセンサ５２の出力変化に基づいて、その落ち込み量を演算する。
【０１１２】
＜ステップ２０３＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ２０３に進み、ステップ２０１で読み込んだ入ガスＮＯx濃度と、ステップ２０２で演算した落ち込み量に基づき、ＨＣ供給量マップを参照して、実ＨＣ供給量を演算する。
【０１１３】
＜ステップ２０４＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ２０４に進み、目標ＨＣ供給量とステップ２０３で演算した実ＨＣ供給量との差を算出し、その差（絶対値）が予め設定した許容範囲βよりも小さいか否か判定する。
【０１１４】
＜ステップ２０５＞
ステップ２０４で肯定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ２０５に進み、ＨＣ供給装置４０が正常に作動していると判定し、本ルーチンを終了する。
【０１１５】
＜ステップ２０６＞
ステップ２０４で否定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ２０６に進み、ＨＣ供給装置４０が故障していると判定し、本ルーチンを終了する。尚、ステップ２０６で故障判定された場合には、ＥＣＵ１００は、図示しないメーターパネルの警告灯を点灯するなどの処理をすることも可能である。
【０１１６】
尚、この実施の形態では、このＨＣ供給装置の故障判定処理ルーチンのうちステップ２０１からステップ２０３をＥＣＵ１００が実行することにより、本発明に係るＨＣ濃度増大量推定手段が実現され、ステップ２０４からステップ２０６をＥＣＵ１００が実行することにより、本発明に係る故障判定手段が実現される。
【０１１７】
（３）ＮＯx触媒３６のＨＣ浄化指数の演算及びＨＣ劣化判定
次に、この排気浄化装置において、ＥＣＵ１００は、ＨＣ供給装置４０により排気管３１にＨＣが間欠供給されたときにおける入ガスＮＯxセンサ５２と出ガスＮＯxセンサ５４の出力変化に基づいて、ＮＯx触媒３６のＨＣ浄化能力（酸化作用）の大きさを表すＨＣ浄化指数（比較値）を演算し、さらにこれに基づいてＮＯx触媒３６がＨＣ劣化したか否か判定する。
【０１１８】
ＨＣ浄化指数は、ＨＣ供給装置４０から排気管３１内にＨＣが供給された直後に生じる出ガスＮＯxセンサ５４の出力変化における落ち込み量（ｂ）を入ガスＮＯxセンサ５２の出力変化における落ち込み量（ａ）で除した商（ｂ／ａ）として求める。
【０１１９】
図１０は、ＨＣ間欠供給時における入ガスＮＯxセンサ５２及び出ガスＮＯxセンサ５４の出力変化の一例を示したものであり、図１０（Ａ）はＮＯx触媒３６がＨＣ劣化していないときの出力波形を示し、図１０（Ｂ）はＮＯx触媒３６のＨＣ劣化が相当に進んだときの出力波形を示す。前述したように、ＨＣ劣化が進むとＮＯx触媒３６を通過するＨＣが多くなるので、ＨＣ浄化指数（ｂ／ａ）が大きくなり、完全に劣化してＨＣ浄化能力がなくなるとＨＣ浄化指数（ｂ／ａ）は「１」になる。
【０１２０】
そこで、この実施の形態では、ＥＣＵ１００は、常時、ＨＣ間欠供給直後における出ガスＮＯxセンサ５４の出力の落ち込み量（ｂ）と入ガスＮＯxセンサ５２の出力の落ち込み量（ａ）を演算し、これらからＮＯx触媒３６のＨＣ浄化指数（ｂ／ａ）を演算し、このＨＣ浄化指数（ｂ／ａ）が予め設定した判定値γよりも大きくなったときにＮＯx触媒３６がＨＣ劣化したと判定する。尚、判定値γは、この排気浄化装置において出ガスに許容されるＨＣ濃度（許容出ガスＨＣ濃度）から決定される値であり、例えばγ＝０．５と設定することことができる。
【０１２１】
次に、この実施の形態におけるＨＣ劣化判定処理ルーチンを図１１を参照して説明する。このルーチンを構成する各ステップからなるフローチャートはＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は総てＥＣＵ１００のＣＰＵによって実行される。
【０１２２】
＜ステップ３０１＞
まず、ＥＣＵ１００は、ステップ３０１において、ＨＣ供給直後の入ガスＮＯxセンサ５２の出力変化に基づいてその落ち込み量（ａ）を演算し、ＨＣ供給直後の出ガスＮＯxセンサ５４の出力変化に基づいてその落ち込み量（ｂ）を演算する。
【０１２３】
＜ステップ３０２＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ３０２に進み、ステップ３０１で演算して求めた両ＮＯxセンサ５２，５４の出力の落ち込み量（ａ，ｂ）に基づいて、現時点のＨＣ浄化指数（ｂ／ａ）を算出する。
【０１２４】
＜ステップ３０３＞
次に、ＥＣＵ１００は、ステップ３０３に進み、ステップ３０２で求めた現時点のＨＣ浄化指数（ｂ／ａ）が予め設定した判定値γよりも大きいか否か判定する。
【０１２５】
＜ステップ３０４＞
ステップ３０３で肯定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ３０４に進んで、ＮＯx触媒３６がＨＣ劣化したと判定し、本ルーチンを終了する。
【０１２６】
＜ステップ３０５＞
ステップ３０３で否定判定した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップ３０５に進んで、ＮＯx触媒３６はまだＨＣ劣化していないと判定し、本ルーチンを終了する。
【０１２７】
この実施の形態では、このＨＣ劣化判定処理ルーチンのうちステップ３０１からステップ３０２をＥＣＵ１００が実行することにより、本発明に係るＨＣ浄化能力推定手段が実現され、ステップ３０３からステップ３０５をＥＣＵ１００が実行することにより、本発明に係るＨＣ劣化判定手段が実現される。
【０１２８】
尚、ＨＣ間欠供給直後における入ガスＮＯxセンサ５２の出力変化は再現性があり、ＨＣの間欠供給量に対応してほぼ一定に変化するので、ＨＣ間欠供給直後における入ガスＮＯxセンサ５２の出力の落ち込み量（ａ）はＨＣの間欠供給量がわかっていれば推定することができる。
【０１２９】
したがって、ＨＣ供給装置４０によるＨＣの間欠供給量がエンジンの運転状態に応じて予め設定されている場合には、予め実験により、ＨＣ間欠供給量と入ガスＮＯxセンサ５２の出力の落ち込み量（ａ）との関係を求め、これをＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶させておき、このマップを参照して入ガスＮＯxセンサ５２の出力の落ち込み量（ａ）を推定するようにすれば、上述した「ＮＯx触媒３６のＨＣ浄化指数の演算及びＨＣ劣化判定」に関する限りは、入ガスＮＯxセンサ５２を省略することが可能である。
【０１３０】
このように、この実施の形態の内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx触媒３６の上流と下流に一つずつＮＯxセンサ５２，５４を設けただけであるが、これらＮＯxセンサ５２，５４の出力を前述の如く所定に処理することによって、ＮＯx触媒３６のＮＯx浄化能力（ＮＯx浄化率）を求めて、ＮＯx劣化判定を行うことができ、また、実ＨＣ供給量を推定して、ＨＣ供給装置４０の故障判定を行うことができ、さらにＮＯx触媒３６のＨＣ浄化能力（ＨＣ浄化指数）を求めて、ＨＣ劣化判定をすることができる。
【０１３１】
〔他の実施の形態〕
前述した実施の形態では、排気ガスのＨＣ濃度を急速に増大せしめるのに、ＨＣ供給装置４０による排気管３１へのＨＣの間欠供給を採用しているが、これに代えて、例えばエンジンの膨張行程や排気行程において燃焼室に燃料を副噴射することにより、排気ガスのＨＣ濃度を急速増大させるようにしてもよい。
【０１３２】
前述した実施の形態では本発明をディーゼルエンジンに適用した例で説明したが、本発明を希薄燃焼可能なガソリンエンジンに適用することもできる。ガソリンエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキあるいはリッチ空燃比にすることにより排気空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比にし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、ＮＯx触媒３６に吸収されているＮＯxを放出・還元させることができる。
【０１３３】
前述した実施の形態では、ケーシング３７に内蔵する触媒を吸蔵還元型ＮＯx触媒としたが、この触媒を選択還元型ＮＯx触媒とすることもできる。触媒を選択還元型ＮＯx触媒とした場合にも、吸蔵還元型ＮＯx触媒の場合と同様の作用・効果が奏される。
【０１３４】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の排気ガスのＨＣ濃度を増大せしめるＨＣ濃度増大手段と、酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し内燃機関の排気通路に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出するＮＯx濃度検出手段と、前記ＨＣ濃度増大手段により排気ガスのＨＣ濃度を急速に増大せしめた時における前記ＮＯx濃度検出手段の検出値に基づいて排気ガスのＨＣ濃度増大量を推定するＨＣ濃度増大量推定手段と、を備えることにより、ＨＣ濃度検出手段がなくても、ＮＯx濃度検出手段の検出値から排気ガスのＨＣ濃度増大量（ＨＣ供給量）を推定することができる。
【０１３５】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、故障判定手段を備えた場合には、ＨＣ濃度増大手段が故障か否かを判定することができ、故障時の早期対応が可能になる。
【０１３６】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、前記触媒に流入する前記内燃機関の排気ガスのＨＣ濃度を増大せしめるＨＣ濃度増大手段と、酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し前記触媒の下流に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出する触媒下流ＮＯx濃度検出手段と、前記ＨＣ濃度増大手段によりＨＣ濃度を急速に増大せしめた時における前記触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値に基づいて前記触媒のＨＣ浄化能力を推定するＨＣ浄化能力推定手段と、を備えることにより、触媒のＮＯx浄化能力を知ることができるだけでなく、触媒のＨＣ浄化能力を推定することができる。
【０１３７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒の上流に触媒上流ＮＯx濃度検出手段を備えた場合には、触媒のＨＣ浄化能力をより正確に推定することができる。
【０１３８】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＨＣ劣化判定手段を備えた場合には、触媒がＨＣ劣化したか否か判定することができ、劣化後の早期対応が可能になる。
【０１３９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx劣化判定手段を備えた場合には、触媒がＮＯx劣化したか否かを判定することができ、劣化後の早期対応が可能になる。
【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の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】 吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出作用を説明するための図である。
【図３】 前記実施の形態におけるＮＯxセンサの概略構成を示す図である。
【図４】 ＨＣ間欠供給時における入ガスＮＯxセンサの出力変化の一例を示す図である。
【図５】 ＨＣ間欠供給量とＮＯxセンサ出力の落ち込み量との関係を示す図である。
【図６】 ＨＣ間欠供給時における出ガスＮＯxセンサの出力変化の一例を示す図である。
【図７】 出ガスＮＯxセンサの出力が収束する様子を説明するための図である。
【図８】 前記実施の形態におけるＮＯx劣化判定処理ルーチンである。
【図９】 前記実施の形態におけるＨＣ供給装置故障判定処理ルーチンである。
【図１０】 前記実施の形態においてＨＣ劣化前と劣化後の入ガスＮＯxセンサと出ガスＮＯxセンサの出力変化の一例を示す図である。
【図１１】 前記実施の形態におけるＨＣ劣化判定処理ルーチンである。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
２１〜２６ 燃料噴射弁
３１ 排気管（排気通路）
３６ 吸蔵還元型ＮＯx触媒
４０ ＨＣ供給装置（ＨＣ濃度増大手段）
５２ 入ガスＮＯxセンサ（触媒上流ＮＯx濃度検出手段）
５４ 出ガスＮＯxセンサ（触媒下流ＮＯx濃度検出手段）
１００ ＥＣＵ（ＨＣ濃度増大量推定手段、故障判定手段、ＨＣ浄化能力推定手段、ＨＣ劣化判定手段、ＮＯx劣化判定手段）
Claims (9)
- 内燃機関の排気ガスのＨＣ濃度を増大せしめるＨＣ濃度増大手段と、
酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し内燃機関の排気通路に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出するＮＯx濃度検出手段と、
前記ＨＣ濃度増大手段が排気ガスのＨＣ濃度を、該ＨＣ濃度の増大前に比べて前記ＮＯ x 濃度検出手段の検出値が一時的に低下するほど急速に増大せしめた時における該ＮＯx濃度検出手段の検出値の低下量に基づいて排気ガスのＨＣ濃度増大量を推定するＨＣ濃度増大量推定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記ＨＣ濃度増大量推定手段は、前記ＮＯ x 濃度検出手段の検出値の低下量が大きいほど前記ＨＣ濃度増大量を大きな値として推定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。
- 前記ＨＣ濃度増大量推定手段は、前記検出値の低下量が同一の条件下においては、ＨＣ濃度の増大前における前記ＮＯ x 濃度検出手段の検出値が大きいほど前記ＨＣ濃度増大量を大きな値として推定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記ＨＣ濃度増大量推定手段により推定された推定ＨＣ濃度増大量と前記ＨＣ濃度増大手段により増大すべき目標ＨＣ濃度増大量との比較値が所定の許容範囲から外れたときにＨＣ濃度増大手段が故障であると判定する故障判定手段、を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、
前記触媒に流入する前記内燃機関の排気ガスのＨＣ濃度を増大せしめるＨＣ濃度増大手段と、
酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し前記触媒の下流に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出する触媒下流ＮＯx濃度検出手段と、
前記ＨＣ濃度増大手段がＨＣ濃度を、該ＨＣ濃度の増大前に比べて前記触媒下流ＮＯ x
濃度検出手段の検出値が一時的に低下するほど急速に増大せしめた時における該触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値の低下量に基づいて前記触媒のＨＣ浄化能力を推定するＨＣ浄化能力推定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 酸素イオン伝導体を用いた酸素ポンプを有し前記触媒の上流に設置されて排気ガスのＮＯx濃度を検出する触媒上流ＮＯx濃度検出手段を備え、
前記ＨＣ浄化能力推定手段は、前記ＨＣ濃度増大手段がＨＣ濃度を、該ＨＣ濃度の増大前に比べて前記触媒上流ＮＯ x 濃度検出手段及び前記触媒下流ＮＯ x 濃度検出手段の検出値が一時的に低下するほど急速に増大せしめた時における該触媒上流ＮＯx濃度検出手段の検出値の低下量と該触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値の低下量とを比較し、その比較値に基づいて前記触媒のＨＣ浄化能力を推定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記ＨＣ濃度増大手段によって増大せしめられるＨＣ濃度増大量は内燃機関の運転状態に応じて予め設定されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記ＨＣ浄化能力推定手段によって推定した前記触媒のＨＣ浄化能力が所定の能力以下のときに前記触媒はＨＣ劣化したと判定するＨＣ劣化判定手段を備えることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記ＨＣ濃度増大手段によるＨＣ濃度増大が行われていない時における前記触媒下流ＮＯx濃度検出手段の検出値から前記触媒のＮＯx浄化能力を求め、このＮＯx浄化能力が所定の能力以下のときに前記触媒がＮＯx劣化したと判定するＮＯx劣化判定手段を備えることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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