JP3607976B2

JP3607976B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP3607976B2
Application number: JP08623799A
Authority: JP
Inventors: 直人鈴木; 健治加藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2019-03-29
Also published as: JP2000282942A; DE60030350T2; DE60030350D1; EP1041254A3; US6311480B1; CN1269461A; CN1116506C; EP1041254B1; EP1041254A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、詳細には排気中のＮＯ_Ｘ濃度を検出するＮＯ_Ｘセンサを備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気中のＮＯ_Ｘ濃度を検出するＮＯ_Ｘセンサを用いた排気浄化装置の例としては、例えば特開平７−１６６８５１号公報に記載されたものがある。
同公報の装置は、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_Ｘを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒をＮＯ_Ｘ浄化触媒として使用したものであり、内燃機関の排気通路にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を配置し、更にその下流側の排気通路にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を通過したの排気中のＮＯ_Ｘ濃度を検出するＮＯ_Ｘセンサを配置した構成とされている。同公報の装置では、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を通過した排気中のＮＯ_Ｘ濃度を監視し、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒下流側の排気中のＮＯ_Ｘ濃度が予め定めた値を越えたときにＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比をリッチにしてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒から吸収したＮＯ_Ｘを放出させ、還元浄化している。
【０００３】
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒は吸収したＮＯ_Ｘ量が増大するにつれてＮＯ_Ｘ吸蔵能力が低下する。このため、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の吸収したＮＯ_Ｘ量が増大するとＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に吸収されずに通過するＮＯ_Ｘ量が増大し、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ量が増大するようになる。
上記公報の装置では、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒下流側の排気通路に配置したＮＯ_Ｘセンサで検出した排気中のＮＯ_Ｘ濃度が所定値まで増大したときに、機関を短時間リッチ空燃比で運転することによりＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に流入する排気の状態を変化させ（この場合は排気空燃比をリッチにして）、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒から吸収したＮＯ_Ｘを放出させてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵能力を回復させるようにしている。
【０００４】
すなわち、機関排気空燃比がリッチになると排気中の酸素濃度が低下するとともに未燃ＨＣ、ＣＯ等の還元剤として機能する成分が増大する。酸素濃度の低下によりＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒から吸収したＮＯ_Ｘが放出されＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵量が低下し、更に放出されたＮＯ_ＸはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒上で排気中の還元剤成分と反応して還元浄化される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平７−１６６８５１号公報の装置のようにＮＯ_Ｘセンサの検出した排気ＮＯ_Ｘ濃度に基づいてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒からのＮＯ_Ｘの放出と還元浄化とを行っていると問題が生じる場合がある。例えば、ＮＯ_Ｘセンサ自身の劣化が生じるとセンサ出力のドリフトを生じ、実際のＮＯ_Ｘ濃度とセンサ出力値との間にずれが生じる場合がある。
【０００６】
このようにセンサ出力にずれが生じたような場合には、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒下流側の排気ＮＯ_Ｘ濃度に基づいてＮＯ_Ｘの放出、還元浄化を行っているとＮＯ_Ｘの放出、還元浄化操作（ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の再生操作）が適切に行われなくなり、不要な再生操作の実行による機関燃費の悪化や未反応のＨＣ、ＣＯ成分の大気への放出が生じたり、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵量増大のために触媒下流側へのＮＯ_Ｘの流出が生じたりする問題がある。
【０００７】
上記は、ＮＯ_Ｘ浄化触媒としてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を使用した場合の問題について説明したが、例えばリーン空燃比排気中のＮＯ_Ｘを排気中のＨＣ、ＣＯ成分を用いて選択的に還元可能な選択還元触媒をＮＯ_Ｘ浄化触媒として用いた場合にも同様な問題が生じる。
選択還元触媒は、排気中のＨＣ、ＣＯ成分を用いてＮＯ_Ｘを還元するため選択還元触媒上でＨＣ、ＣＯ成分が不足すると還元されないまま下流側に流出するＮＯ_Ｘ量が増大する。このため、例えば選択還元触媒下流側にＮＯ_Ｘセンサを配置して、選択還元触媒で還元されなかったＮＯ_Ｘ量を検出し、この未浄化ＮＯ_Ｘ量に応じて機関運転空燃比を変化させて選択還元触媒に流入する排気の性状（この場合には排気中のＨＣ、ＣＯ成分量）を調整する制御を行う場合にもＮＯ_Ｘセンサ出力のずれが生じると上記と同様に未反応のＨＣ、ＣＯ成分の大気への放出や未浄化ＮＯ_Ｘの大気への放出等の問題が生じる。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑み、ＮＯ_Ｘセンサ出力に基づいてＮＯ_Ｘ浄化触媒に流入する排気の性状を調整する場合に、ＮＯ_Ｘセンサ出力のずれが生じても排気中のＮＯ_Ｘを適切に浄化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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の状態に応じて排気中のＮＯ_Ｘを浄化するＮＯ_Ｘ浄化触媒と、前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒下流側の排気通路に配置され、ＮＯ_Ｘ浄化触媒を通過した排気中のＮＯ_Ｘ濃度を検出するＮＯ_Ｘセンサと、前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度がほぼゼロになる運転状態で機関が運転されているときの前記ＮＯ_Ｘセンサ出力と予め定めた基準出力との偏差を求める偏差学習手段と、前記偏差学習手段により検出した前記偏差に基づいて前記ＮＯ_Ｘセンサの出力を補正する補正手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１０】
すなわち、請求項１の発明ではＮＯ_Ｘ浄化触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度がほぼゼロになる運転状態で機関が運転されているときの、つまりＮＯ_Ｘセンサに到達する排気中のＮＯ_Ｘ濃度がほぼゼロになったときのＮＯ_Ｘセンサ出力の予め定めた基準出力からの偏差に基づいてＮＯ_Ｘセンサ出力が補正される。
ここで、機関の「ＮＯ_Ｘ浄化触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度がほぼゼロになる運転状態」とは、例えばＮＯ_Ｘ浄化触媒が正常に機能しており、かつ機関から排出されるＮＯ_Ｘ量が極めて低くくなるような運転状態（例えばアイドル等の軽負荷運転、フュエルカット運転等）を言う。このような、ＮＯ_Ｘセンサに到達する排気中のＮＯ_Ｘ濃度がほぼゼロになる運転状態では、ＮＯ_Ｘセンサ出力のドリフトが生じていなければＮＯ_Ｘセンサ出力はＮＯ_Ｘ濃度ゼロに対応した出力になるはずであり、ＮＯ_Ｘセンサ出力がＮＯ_Ｘ濃度ゼロ相当出力になっていない場合にはＮＯ_Ｘセンサ出力にドリフトが生じていることになる。本発明では、この状態でのＮＯ_Ｘセンサ出力の基準出力（例えばＮＯ_Ｘ濃度ゼロ相当出力）との偏差に基づいて現在のＮＯ_Ｘセンサ出力のドリフトの程度を算出し、ドリフトに応じてＮＯ_Ｘセンサ出力を補正する。これにより、ＮＯ_Ｘセンサの劣化等による出力のずれが生じても排気中のＮＯ_Ｘ濃度を正確に検出することが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、更に、前記ＮＯ_Xセンサの補正後の出力に基づいて、ＮＯ_X浄化触媒通過後の排気中のＮＯ_X濃度が最小になるようにＮＯ_X浄化触媒に流入する排気の状態を制御する排気状態制御手段を備えた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
すなわち、請求項２の発明ではＮＯ_X浄化触媒に流入する排気の状態が補正後のＮＯ_Xセンサ出力に基づいて制御される。ここで、ＮＯ_X浄化触媒に流入する排気の状態とは、例えば、排気の空燃比や排気中のＨＣ、ＣＯ等の還元剤成分量などを意味している。これにより、ＮＯ_Xセンサ出力のずれが生じた場合でも常にＮＯ_X浄化触媒通過後の排気のＮＯ_X濃度は低く維持され、排気中のＮＯ_Xが適切に浄化される。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、前記排気状態制御手段は、前記ＮＯ_Ｘセンサの補正後の出力に基づいて、ＮＯ_Ｘ浄化触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度が最小になるように機関運転空燃比を調整することにより排気の状態を制御する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
すなわち、請求項３の発明では補正後のＮＯ_Ｘセンサ出力に基づいて機関空燃比が調整され、ＮＯ_Ｘ浄化触媒に流入する排気空燃比が制御される。例えば、ＮＯ_Ｘ浄化触媒としてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を使用した場合には機関をリーン空燃比で運転中にはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯ_Ｘ量が増大するにつれてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を通過する排気中のＮＯ_Ｘ濃度が増大する。従って、例えば通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度がある値まで増大したときに機関空燃比をリッチ空燃比に変化させることによりＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒から吸蔵したＮＯ_Ｘが放出、還元浄化されるようになり、再度機関をリーン空燃比で運転した場合にも通過排気のＮＯ_Ｘ濃度は最小に維持される。
【００１３】
また、ＮＯ_Ｘ浄化触媒として選択還元触媒を使用した場合には、リーン空燃比運転中に排気中のＨＣ、ＣＯ成分が不足すると選択還元触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ量が増大するようになる。この場合にも、選択還元触媒下流側のＮＯ_Ｘセンサで検出したＮＯ_Ｘ濃度に応じてに機関運転空燃比を調整し排気中のＨＣ、ＣＯ成分量を制御することにより、選択還元触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度が最小に維持される。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、前記排気状態制御手段は、前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒に流入する排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段を備え、前記ＮＯ_Ｘセンサの補正後の出力に基づいて、ＮＯ_Ｘ浄化触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度が最小になるようにＮＯ_Ｘ浄化触媒に流入する排気中の還元剤供給量を調整することにより排気の状態を制御する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１５】
すなわち、請求項４の発明では、補正後のＮＯ_Ｘセンサ出力に基づいてＮＯ_Ｘ浄化触媒に流入する排気中に供給する還元剤量を制御することにより排気の状態が制御される。
例えば、排気への還元剤の供給はＮＯ_Ｘ浄化触媒上流側の機関排気通路に還元剤を噴射することによって行うことも可能であり、気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を有する機関では気筒の排気行程中に気筒内に燃料噴射を行うことによっても行うことができる。
【００１６】
例えばＮＯ_Ｘ浄化触媒としてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒が使用される場合には、流入する排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ等の還元剤成分量が増大すると還元剤の燃焼によりＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の雰囲気空燃比が低下し、吸蔵したＮＯ_Ｘが放出されるとともに放出されたＮＯ_Ｘが排気中の還元剤成分により還元浄化される。このため、請求項３の発明と同様、ＮＯ_Ｘセンサで検出されたＮＯ_Ｘ濃度がある値に到達する毎に排気に還元剤を供給することにより、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度が最小に維持されるようになる。
【００１７】
また、選択還元触媒を使用した場合にも排気中のＨＣ、ＣＯ等の還元剤成分量をＮＯ_Ｘセンサで検出したＮＯ_Ｘ濃度に基づいて制御することにより選択還元触媒での排気中のＮＯ_Ｘの還元が適切に行われるため、選択還元触媒通過後の排気のＮＯ_Ｘ濃度が最小に維持されるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
図１において、１は自動車用内燃機関を示す。本実施形態では、機関１は＃１から＃４の４つの気筒を備えた４気筒ガソリン機関とされ、＃１から＃４気筒には直接気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁１１１から１１４が設けられている。後述するように、本実施形態の内燃機関１は、理論空燃比より高い（リーンな）空燃比で運転可能なリーンバーンエンジンとされている。
【００１９】
また、本実施形態では＃１から＃４の気筒は互いに点火時期が連続しない２つの気筒からなる２つの気筒群にグループ分けされている。（例えば、図１の実施形態では気筒点火順序は１−３−４−２であり、＃１、＃４の気筒と＃２、＃３の気筒とがそれぞれ気筒群を構成している。）各気筒の排気ポートは気筒群毎に排気マニホルドに接続され、気筒群毎の排気通路に接続されている。図１において、２１ａは＃１、＃４気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ａに接続する排気マニホルド、２１ｂは＃２、＃４気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ｂに接続する排気マニホルドである。本実施形態では、個別排気通路２ａ、２ｂ上には、三元触媒からなるスタートキャタリスト５ａと５ｂがそれぞれ配置されている。また、個別排気通路２ａ、２ｂはスタートキャタリスト５ａ、５ｂ下流側で共通の排気通路２に合流している。本実施形態のスタートキャタリスト５ａ、５ｂは公知の構成の三元触媒とされ、流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の狭い範囲にある場合に排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_Ｘの三成分を同時に浄化する機能を有している。
【００２０】
共通排気通路２上には、後述するＮＯ_Ｘ浄化触媒としてのＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７が配置されている。図１に２９で示すのは、共通排気通路２のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７上流側に配置された上流側空燃比センサ、３１で示すのは、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７下流側の排気通路２に配置された下流側空燃比センサである。本実施形態では、空燃比センサ２９及び３１は、排気空燃比に応じて出力信号が連続的に変化する、いわゆるリニア空燃比センサとされる。空燃比センサ２９と３１との出力信号は機関１の空燃比制御に用いられる。
【００２１】
また、本実施形態ではＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７下流側の排気通路２の下流側空燃比センサ３１近傍には排気中のＮＯ_Ｘ濃度に応じた信号を出力するＮＯ_Ｘセンサ３３が配置されている。ＮＯ_Ｘセンサ３３については後述する。
更に、図１に３０で示すのは機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、本実施形態ではＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵを備えた公知の構成のマイクロコンピュータとされ、機関１の空燃比制御や燃料噴射制御等の基本制御を行なっている。また、本実施形態では、ＥＣＵ３０は上記の基本制御を行う他に、後述するようにＮＯ_Ｘセンサ出力のずれを検出し、センサ出力の補正を行う偏差学習手段、補正手段としての機能を有している。
【００２２】
ＥＣＵ３０の入力ポートには、空燃比センサ２９と３１とからそれぞれＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７の上流側と下流側とにおける排気空燃比を表す信号が、また、ＮＯ_Ｘセンサ３３からＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度を表す信号が、それぞれ図示しないＡＤ変換器を介して入力されている。また、ＥＣＵ３０の出力ポートは、各気筒への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するために、図示しない燃料噴射回路を介して各気筒の燃料噴射弁１１１から１１４に接続されている。
【００２３】
次に、本実施形態のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７について説明する。本実施形態のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７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、セリウムＣｅ、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の成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを担持したものである。ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒は流入する排気の空燃比がリーンのときに、排気中のＮＯ_Ｘ（ＮＯ_２、ＮＯ）を硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で吸収し、流入排気の空燃比がリッチになると吸収したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘの吸放出作用を行う。
【００２４】
この吸放出のメカニズムについて、以下に白金ＰｔおよびバリウムＢａを使用し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。
流入排気中の酸素濃度が増大すると（すなわち排気の空燃比がリーン空燃比になると）、これら酸素は白金Ｐｔ上にＯ_２ ⁻またはＯ^２−の形で付着し、排気中のＮＯ_Ｘは白金Ｐｔ上のＯ_２ ⁻またはＯ^２−と反応し、これによりＮＯ_２が生成される。また、流入排気中のＮＯ_２及び上記により生成したＮＯ_２は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ触媒中に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で触媒内に拡散する。このため、リーン雰囲気下では排気中のＮＯ_Ｘが触媒内に硝酸塩の形で吸収されるようになる。
【００２５】
また、流入排気中の酸素濃度が大幅に低下すると（すなわち、排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になると）、白金Ｐｔ上でのＮＯ_２生成量が減少するため、反応が逆方向に進むようになり、触媒内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻はＮＯ_２の形で触媒から放出されるようになる。この場合、排気中にＣＯ等の還元成分やＨＣ、ＣＯ_２等の成分が存在すると白金Ｐｔ上でこれらの成分によりＮＯ_２が還元される。
【００２６】
本実施形態では、リーン空燃比運転可能な機関１が使用されており、機関１がリーン空燃比で運転されているときには、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒は流入する排気中のＮＯ_Ｘを吸収する。また、機関１がリッチ空燃比で運転されると、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７は吸収したＮＯ_Ｘを放出、還元浄化する。本実施形態では、リーン空燃比運転中にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯ_Ｘ量が増大し、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７のＮＯ_Ｘ吸蔵能力低下のためにＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７に吸収されずに通過する未浄化のＮＯ_Ｘ量が増大すると、短時間機関空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えるリッチスパイク運転を行い、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒からのＮＯ_Ｘの放出と還元浄化（ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の再生）を行なうようにしている。
【００２７】
なお、機関１の実際の空燃比制御及びリッチスパイク制御については、公知のいずれの制御も使用可能であり本発明の本質部分とは関係しないため詳細な説明は省略する。
次に、本実施形態のＮＯ_Ｘセンサ３３のＮＯ_Ｘ検出原理について説明する。
図２は、本実施形態のＮＯ_Ｘセンサ３３の構成を模式的に示す図である。
【００２８】
図２において、ＮＯ_Ｘセンサ３３は、ジルコニア（ＺｒＯ_２）等の固体電界質３３１からなり、固体電解質内には、拡散律速部３３５を介して排気通路に連通する第１反応室３４０、第１反応室３４０と拡散律速部３３７を介して連通する第２反応室３５０及び、標準気体としての大気が導入される大気室３６０を備えている。拡散律速部３３５、３３７はそれぞれ第１反応室３４０、第２反応室３５０への酸素成分の拡散による流入を抑制し、排気通路内の排気と第１反応室、第１の反応室と第２反応室との間の酸素濃度差を維持可能とするものである。
【００２９】
図２に３４１で示すのは第１反応室３４０内に配置された白金電極（陰極）、３４２で示すのは陰極３４１と固体電解質３３１を挟んでセンサ３３外部に設けられた同様な白金電極（陽極）である。また、第２反応室３５０内には同様な白金電極３５０とＮＯ_Ｘ検出用のロジウム（Ｒｈ）電極３５３が、大気室３６０内には参照用の白金電極３６１が、それぞれ配置されている。図に３７０で示すのは固体電解質加熱用の電気ヒータである。
【００３０】
第１反応室３４０の電極３４１と外部電極３４２、及び第２反応室の電極３５１と外部電極３４２とは、それぞれ第１反応室３４０と第２反応室３５０内の排気中の酸素を外部に排出する酸素ポンプとして機能する。固体電解質３３１が一定の温度以上のときに電極３４１と３４２、及び電極３５１と３４２との間に電圧を印加すると陰極３４１、３５１上では排気中の酸素分子がイオン化され、イオン化した酸素分子が固体電解質３３１内を陽極３４２に向かって移動して陽極３４２上で再び酸素分子になる。このため、第１反応室３４０、第２反応室３５０内の排気中の酸素が外部に排出される。また、酸素イオンの移動に伴って、電極３４２と３４１及び３５１との間には単位時間に移動した酸素分子の量に比例する電流が流れる。このため、この電流を制御することにより各反応室から排出される酸素量を制御することができる。
【００３１】
また、本実施形態では大気室３６０の電極３６１と各反応室内の電極３４１、３５１との間には酸素電池が形成される。第１と第２反応室内の排気は酸素濃度が大気に較べて低いため、大気室３６０内の大気と各反応室内の排気との間には酸素の濃度差が生じている。大気室３６０と各反応室３４０、３５０とを隔てる固体電解質の温度がある温度以上になると、外部から電極間に電圧を印加しない状態では酸素濃度差により大気室３６０内から固体電解質３３１を通って反応室３４０、３５０に酸素が移動するようになる。すなわち、大気室３６０内の大気中の酸素分子は電極３６１上でイオン化し、固体電解質３３１内を移動して酸素濃度の低い反応室３４０、３５０の電極３４１、３５１上で再び酸素分子になる。このため、電極３６１と各電極３４１、３５１との間には大気の酸素濃度と各反応室内の酸素濃度との差に応じた電圧が発生する。大気の酸素濃度は一定であるため、電極３６１と各電極３４１、３５１との電位差Ｖ０、Ｖ１（図２）はそれぞれ第１反応室３４０と第２反応室３５１内の排気の酸素濃度を表すようになる。
【００３２】
本実施形態では、前述したように、各反応室から酸素を外部に排出する酸素ポンプ（電極３４１と３４２、電極３５１と３４２）が備えられており、それぞれの酸素ポンプの酸素排出速度はそれぞれの電極間のポンプ電流Ｉｐ０、Ｉｐ１（図２）を調節することにより、各反応室内の排気の酸素濃度（すなわち、電圧Ｖ０、Ｖ１）が所定の一定値になるように制御される。本実施形態では第１反応室３４０内の酸素濃度は例えば１ｐｐｍ程度に、また、第２の反応室３５０内の酸素濃度は例えば０．０１ｐｐｍ程度になるようにポンプ電流Ｉｐ０、Ｉｐ１が制御されている。このため、第２反応室３５０内は極めて酸素濃度の低い還元雰囲気に維持される。一方、排気中のＮＯ_Ｘ（ＮＯ、ＮＯ_２）は酸素ポンプによっては外部に排出されないため第１、第２反応室中の排気のＮＯ_Ｘ濃度は外部の排気と同一に維持される。ところが、第２反応室のＮＯ_Ｘ検出電極３５３はロジウム（Ｒｈ）であるため還元触媒として機能し、還元雰囲気下でＮＯ_Ｘ（ＮＯ、ＮＯ_２）を還元する。また、大気室３６０の参照電極３６１とＮＯ_Ｘ検出用電極３５３との間には電圧が印加されているため、ＮＯ_Ｘ検出用電極３５３上では、ＮＯ→（１／２）Ｎ_２＋（１／２）Ｏ_２、またはＮＯ_２→（１／２）Ｎ_２＋Ｏ_２の反応が生じＮＯ_Ｘの還元により酸素が発生するようになる。この酸素は、電極３５３上でイオン化して大気室３６０の参照電極３６１に向かって固体電解質３３１中を移動し、参照電極３６１上で酸素分子を形成する。第２反応室３５０内の酸素濃度は極めて低いため、参照電極３６１に向かって固体電解質中を流れる酸素イオンはその全量が排気中のＮＯ_Ｘの還元により生じたことになる。すなわち、固体電解質中を単位時間あたりに流れる酸素イオンの量は、第２反応室内のＮＯ_Ｘ濃度（排気通路内の排気のＮＯ_Ｘ濃度）に応じた量になる。従って、この酸素イオンの移動に伴って発生する電流値（図２、Ｉｐ２）を計測することにより排気通路内の排気のＮＯ_Ｘ濃度を検出することができる。本実施形態のＮＯ_Ｘセンサ３３は、上記電流値Ｉｐ２を電圧信号に変換し、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度に応じた電圧信号ＶＮＯＸを出力するものである。
【００３３】
本実施形態では、機関１のリーン空燃比運転中ＮＯ_Ｘセンサ３３出力が所定値ＶＯＸ１に到達する毎に機関１を短時間リッチ空燃比で運転するリッチスパイク運転を行い、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７に流入する排気空燃比をリッチに切り換える。これにより、排気の酸素濃度が低下するとともに排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ等の還元剤成分が増大する。このため、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７からは吸蔵したＮＯ_Ｘが放出され、排気中の還元剤成分によりＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７上で還元浄化される。本明細書では、上述のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒から吸蔵したＮＯ_Ｘを放出させ還元浄化する操作を「ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の再生操作」と呼ぶ。
【００３４】
図３は、再生操作実行によるＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度の変化を示す図である。
図３において、縦軸はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７下流側のＮＯ_Ｘセンサ３３出力ＶＮＯＸ、横軸は時間を表している。機関１がリーン空燃比で運転中ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７は排気中のＮＯ_Ｘを吸収するが、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯ_Ｘの量が増大するにつれてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７のＮＯ_Ｘ吸蔵能力が低下するためＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７下流側に流出する未浄化のＮＯ_Ｘ量が徐々に増大する。このため、ＮＯ_Ｘセンサ３３出力ＶＮＯＸも徐々に増大する（図３、ＮＳ部分）。本実施形態では、前述のようにこの流出ＮＯ_Ｘ濃度が所定値（図３、ＶＮＯＸ１）に到達すると、制御回路３０は短時間機関１をリッチ空燃比で運転するリッチスパイク操作を行い、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７の再生を行う（図３、時点ＲＳ）。リッチスパイク操作が行われてリッチ空燃比の排気がＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７に流入すると、短時間未浄化のＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒から放出されるが（図３、ＮＨ部分）その後ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７から放出されたＮＯ_Ｘは触媒上で還元されるようになり、未浄化のＮＯ_Ｘの放出は短時間で終了する。
【００３５】
前述したように、本実施形態では図２に示す構造のＮＯ_Ｘセンサ３３を使用してＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７下流側の排気ＮＯ_Ｘ濃度を検出している。しかし、ＮＯ_Ｘセンサ３３は使用とともに徐々に電極や固体電解質が劣化しセンサ出力にドリフトを生じるようになる。このため、図３に示したような再生制御を行っている場合には、ＮＯ_Ｘセンサ３３出力のドリフトによりセンサ検出値と実際のＮＯ_Ｘ濃度との間にずれが生じると適切なタイミングでＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７の再生操作を実行できなくなる問題がある。
【００３６】
本実施形態では、以下に説明する方法でＮＯ_Ｘセンサ３３出力のずれを検出し、ＮＯ_Ｘセンサ３３出力を補正することにより正確にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７下流側の排気ＮＯ_Ｘ濃度を検出するようにして常に適切なＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７の再生操作を行う。
以下、ＮＯ_Ｘセンサ出力ずれの検出と、出力ずれの補正について説明する。
（１）ＮＯ_Ｘセンサ出力ずれの検出。
【００３７】
本実施形態では、機関１がＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度がほぼゼロになる運転状態で運転されているときのＮＯ_Ｘセンサ３３出力に基づいてＮＯ_Ｘセンサ３３出力のずれを検出する。すなわち、この状態では本来ＮＯ_Ｘセンサ３３出力はＮＯ_Ｘ濃度ゼロに相当する出力になっているはずであるため、ＮＯ_Ｘセンサ３３が濃度ゼロ相当出力以外の出力である場合には濃度ゼロ相当出力と現実のＮＯ_Ｘセンサ出力との差がＮＯ_Ｘセンサ出力のずれに相当することになる。
【００３８】
ここで、機関１の「ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度がほぼゼロになる運転状態」とは、（ｉ）ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７が正常に機能しており、かつ、（ｉｉ）ＮＯ_Ｘ排出量が低くなる状態で機関１が運転されている、状態を意味している。
また、上記（ｉ）のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７が正常に機能している状態とは、▲１▼ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒が劣化しておらず、▲２▼排気中のＮＯ_Ｘを吸収可能な状態（例えばＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７に流入する排気空燃比がリーンであり、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７温度が適切な範囲にある状態）である。
【００３９】
以下、上記▲１▼、▲２▼の条件について説明する。
▲１▼ ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７の劣化していないこと。
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒は種々の原因で劣化し、ＮＯ_Ｘ吸蔵能力が低下する。例えば排気中にＳＯ_Ｘ（硫黄酸化物）が含まれているとＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒はＮＯ_Ｘの吸収と同一のメカニズムでＳＯ_Ｘを吸収し、硫酸塩（例えばＢａＳＯ_４）の形で触媒内にＳＯ_Ｘを保持するようになる。ところが、硫酸塩は硝酸塩に比較して安定性が高く通常のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の再生操作ではＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒から放出されない。このため、排気中にＳＯ_Ｘが含まれていると運転中徐々にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒内にＳＯ_Ｘが蓄積されてしまい、ＮＯ_Ｘの吸収に関与できる吸収剤（例えばＢａＯ）の量が減少し、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵能力が低下する。従って、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒が劣化すると排気中のＮＯ_ＸのうちＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に吸収されずに通過するＮＯ_Ｘ量が増大するようになり、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘがほぼゼロになる状態を達成できなくなる。
【００４０】
本実施形態では、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に劣化が生じているか否かは以下のいずれかの方法で判定する。
図４は、劣化が生じた場合のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度の再生操作（リッチスパイク）前後の変化を示す図３と同様な図である。図４において、実線は劣化が生じていない場合のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒通過後の排気ＮＯ_Ｘ濃度を、点線は劣化が生じた場合の通過排気のＮＯ_Ｘ濃度をそれぞれ示している。
【００４１】
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵能力はＮＯ_Ｘの吸蔵量が増大するにつれて低下するため、ＮＯ_Ｘ吸収中のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒通過後の排気のＮＯ_Ｘ濃度はＮＯ_Ｘ吸蔵量の増大につれて徐々に増大する（図４、ＮＳ部分）そして、このＮＯ_Ｘ濃度が所定値（ＶＮＯＸ１）に到達すると前述の再生操作が行われ、下流側排気のＮＯ_Ｘ濃度は一時的に上昇し（図４、ＮＨ部分）その後低下する。この再生操作完了直後には下流側排気のＮＯ_Ｘ濃度（図４Ａ点）は最も低くなり、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の最大吸蔵能力に応じた値になる。
【００４２】
ところが、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒が劣化してＮＯ_Ｘ吸蔵能力が低下すると、図４点線に示すように再生操作を実行しても充分にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の吸蔵能力が回復しなくなり、図４点線に示すようにＡ点でのＮＯ_Ｘ濃度が上昇するようになる。このため、一定の機関運転状態での再生操作完了直後のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度を監視し、このＮＯ_Ｘ濃度（図４Ａ点）がある程度以上に増大した場合にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒が劣化したと判定することができる。
【００４３】
また、図４点線から判るようにＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒が劣化すると再生操作の実行間隔Ｔ′（再生操作完了後、ＮＯ_Ｘ濃度がＶＮＯＸ１に到達するまでの時間）は劣化していない場合の実行間隔（図４、Ｔ）に較べて短くなる。このため、一定の機関運転状態でのＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の再生操作実行間隔を監視し、この実行間隔が所定値より短くなった場合にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒が劣化したと判定するようにしても良い。
【００４４】
更に、再生操作実行時にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に流入する排気はリッチ空燃比にされるが、この場合ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒から流出する排気の空燃比は直ちにリッチ空燃比には変化しない。例えば、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比がリッチになるとＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒からはＮＯ_Ｘが放出され排気中のＨＣ、ＣＯ等の還元成分と反応し還元される。すなわち、排気中のＨＣ、ＣＯ成分は放出されたＮＯ_Ｘにより酸化されることになる。このため、ＮＯ_Ｘ放出中はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒下流側の排気の空燃比は理論空燃比近傍に維持されるようになる。そして、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒からのＮＯ_Ｘの放出が終了すると排気中のＨＣ、ＣＯ成分は酸化されなくなるためＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒下流側の排気の空燃比は上流側の排気空燃比と同様にリッチ空燃比に変化する。再生操作開始後ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒下流側の排気空燃比が理論空燃比に維持される時間はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵量に応じて長くなる。このため、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒が劣化してＮＯ_Ｘ吸蔵量が低下すると劣化していない場合に較べて、再生操作開始後の上記理論空燃比維持時間は短くなる。従って、一定の機関運転状態において再生操作開始後のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒下流側の排気空燃比を下流側空燃比センサ３１で監視し、上記理論空燃比維持時間が所定値より短くなった場合にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒が劣化したと判定するようにすることも可能である。
【００４５】
▲２▼ ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒がＮＯ_Ｘを吸収可能な状態であること。
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒が流入する排気中のＮＯ_Ｘを吸収可能であるためには、流入排気の空燃比がリーンであることとともに、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒温度が適切な範囲にあることが必要となる。
例えば、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒温度が活性化温度より低い場合には触媒の活性が低く、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒はＮＯ_Ｘを吸収することはできない。また、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒温度が過度に高くなるとＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯ_Ｘが熱により放出されるようになる。このため、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒通過後の排気のＮＯ_Ｘ濃度がほぼゼロになるためには、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒温度が活性化温度（例えば２５０℃程度）以上であり、ＮＯ_Ｘの熱放出が生じる温度（例えば４００℃程度）以下になっている必要がある。
【００４６】
すなわち、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒がＮＯ_Ｘを吸収可能であるためには、流入する排気空燃比がリーンであり、かつＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒温度が適切な温度範囲（例えば２５０〜４００℃程度）にあることが必要となる。
本実施形態では、予め触媒温度と機関排気温度との関係を実験的に求めてありＥＣＵ３０のＲＯＭにこの関係を数値テーブルの形で格納してある。ＥＣＵ３０は機関運転中に排気温度からこの関係を用いて触媒温度を算出するようにしている。なお、機関排気温度は排気通路に温度センサを設け直接検出してもよいし、予め実験的に機関負荷条件（空燃比、燃料噴射量、回転数）と機関排気温度との関係を求めておき、機関負荷条件に基づいて排気温度を算出するようにしても良い。
【００４７】
次に、前述の条件（ｉｉ）（機関がＮＯ_Ｘ排出量の低い状態で運転されていること）について説明する。
機関のＮＯ_Ｘ排出量は運転空燃比、燃料噴射量、回転数等の機関負荷状態に応じて変化するが、一般に高負荷高回転での運転時にはＮＯ_Ｘ排出量は大きくなり、アイドル等の軽負荷運転時には小さくなる。
【００４８】
また、機関で一定の期間燃焼が行われていない場合、すなわちフュエルカット操作などにより一定の期間機関への燃料供給が停止されているような場合（例えば長い降坂路を走行中で一定の期間エンジンブレーキ状態が続いているような場合）には機関のＮＯ_Ｘ排出量はほぼゼロになる。
そこで、本実施形態では機関が軽負荷運転されているような場合（例えばアイドル時）やフュエルカットが一定の期間継続したような場合には機関がＮＯ_Ｘ排出量の低い状態で運転されていると判断するようにしている。
【００４９】
すなわち、上記（ｉ）と（ｉｉ）の条件を要約すると、本実施形態では以下の条件が成立したときにＮＯ_Ｘセンサ３３の出力のずれの検出を行う。
（Ａ）触媒が劣化していないこと。
（Ｂ）触媒温度が所定の温度範囲にあること。
（Ｃ）機関のリーン空燃比軽負荷運転（例えばアイドル運転）が行われているか、または一定期間フュエルカット操作が継続していること。
【００５０】
上記（Ａ）から（Ｃ）の条件が成立した場合には、機関のＮＯ_Ｘ排出量は極めて低くなり、更に機関から排出された少量のＮＯ_ＸもＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７でほぼ完全に吸収されるためＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を通過して下流側のＮＯ_Ｘセンサ３３に到達する排気中のＮＯ_Ｘ濃度はほぼゼロになっている。
本実施形態では、上記条件が成立した場合のＮＯ_Ｘセンサの実際の出力とＮＯ_Ｘ濃度ゼロ相当出力との偏差からＮＯ_Ｘセンサ３３の出力ずれを学習する。
【００５１】
図５は、上記に説明したＮＯ_Ｘセンサ出力ずれ学習操作の実際を説明するフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンとして行われる。
図５において操作がスタートすると、ステップ５０１ではＮＯ_Ｘセンサ出力ずれの検出（学習）条件が成立しているか否かが判定される。前述したように、ステップ５０１では、
（Ａ）触媒が劣化していないこと、
（Ｂ）触媒温度が所定の温度範囲にあること、
（Ｃ）機関のリーン空燃比軽負荷運転（例えばアイドル運転）が行われているか、または一定期間フュエルカット操作が継続していること、
の３つの条件が全て成立した場合に学習条件が成立したと判定される。
【００５２】
上記いずれか一つまたはそれ以上の条件が成立していない場合には、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７通過後の排気中にＮＯ_Ｘが含まれている可能性があるため、ＮＯ_Ｘセンサ３３出力ずれの学習は行わず、直ちに操作を終了する。また、ステップ５０１で学習条件が成立した場合には、現在ＮＯ_Ｘセンサ３３にはＮＯ_Ｘをほとんど含まない排気が到達しているため、ステップ５０３以下のセンサ出力ずれの学習操作を実行する。
【００５３】
すなわち、ステップ５０３ではＮＯ_Ｘセンサ３３出力ＶＮＯＸが読み込まれ、ステップ５０５では前回操作実行時に算出したセンサ出力ずれＮＳＯＦＦが読み込まれる。そして、ステップ５０７ではＮＯ_Ｘセンサ３３の平滑化出力（なまし値）ＶＳＯが、ＶＳＯ＝（ＶＮＯＸ＋ＶＳＯ）／２として算出される。すなわち、平滑化出力ＶＳＯは前回操作実行時の平滑化出力ＶＳＯと今回操作実行時のＮＯ_Ｘセンサ３３出力ＶＮＯＸとの算術平均として算出される。ステップ５０７の平滑化処理を行うことにより、外乱等の影響によるＮＯ_Ｘセンサ出力の変動が平滑化される。
【００５４】
ステップ５０９はセンサ出力のずれ（オフセット）ＶＯＦＦの算出操作を示す。オフセットＶＯＦＦは、ＶＯＦＦ＝ＶＮＯＸ_０−ＶＳＯとして算出される。ここで、ＶＮＯＸ_０はＮＯ_Ｘ濃度ゼロに相当するＮＯ_Ｘセンサ３３出力の基準値、ＶＳＯはステップ５０７で算出されたＮＯ_Ｘセンサ３３の平滑化出力である。
そして、ステップ５１１ではオフセットＶＯＦＦをステップ５０７と同様な方法で平滑化処理してオフセットの平滑値ＮＳＯＦＦが、ＮＳＯＦＦ＝（ＶＯＦＦ＋ＮＳＯＦＦ）／２として算出される。ステップ５１１で算出したオフセット平滑値ＮＳＯＦＦは、例えば電源スイッチがオフにされても記憶内容を保持可能なバックアップＲＡＭに格納される。
【００５５】
なお、本実施形態では機関運転中にＮＯ_Ｘセンサ出力のずれを学習しているが、機関停止後は機関からはＮＯ_Ｘは排出されずＮＯ_Ｘセンサ３３近傍の排気のＮＯ_Ｘ濃度は極めて低くなる。このため、予めヒータ３７０（図２）によりＮＯ_Ｘセンサ３３を充分に予熱しておくことが可能であれば機関の始動前（或いは機関停止後）にＮＯ_Ｘセンサ出力のずれを学習することも可能である。
【００５６】
次に、図６を用いて上記により算出したＮＯ_Ｘセンサ３３出力のオフセット値ＮＳＯＦＦを用いて補正したＮＯ_Ｘセンサ出力に基づく再生操作について説明する。図６の操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
図２で説明したように、本操作ではリーン空燃比運転中に（ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７がＮＯ_Ｘを吸収中に）補正後のＮＯ_Ｘセンサ３３出力が所定値ＶＮＯＸ１に到達する毎に短時間機関１をリッチ空燃比で運転するリッチスパイク操作を行うことによりＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７の再生を行う。
【００５７】
図６の操作がスタートすると、ステップ６０１では現在機関１がリーン空燃比で運転されているか否かが判定される。現在機関１がリーン空燃比で運転されていない場合、すなわち機関がリッチ空燃比または理論空燃比で運転されている場合にはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の再生操作を実行する必要はないため、図６の操作は直ちに終了する。
【００５８】
ステップ６０１で現在機関１がリーン空燃比運転されている場合には、次にステップ６０３でＮＯ_Ｘセンサ３３出力ＶＮＯＸが読み込まれ、ステップ６０５では図５、ステップ５０７と同様な操作によりセンサ出力の平滑値ＶＳが、ＶＳ＝（ＶＮＯＸ＋ＶＳ）／２として算出される。
また、ステップ６０７では、図５の操作で算出したＮＯ_Ｘセンサ３３出力のオフセット平滑値ＮＳＯＦＦが読み込まれるとともに、ステップ６０９ではステップ６０５で算出したセンサ出力平滑値ＶＳがＮＳＯＦＦを用いて補正され、補正出力値ＮＯＳが、ＮＯＳ＝ＶＳ＋ＮＳＯＦＦとして算出される。
【００５９】
ステップ６１１は補正出力値ＮＯＳに基づくＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７の再生操作要否の判定を示す。すなわち、ステップ６１１では補正出力値ＮＯＳが所定値ＶＮＯＸ１以上になっているか否かを判定し、ＮＯＳ≧ＶＮＯＸ１であった場合にはステップ６１３に進み再生操作実行フラグＸＲＳの値を１にセットした後本操作は終了する。
【００６０】
再生操作実行フラグＸＲＳの値が１にセットされると、別途ＥＣＵ３０により実行される図示しないルーチンにより、一定時間機関１の運転空燃比はリッチ空燃比に切り換えられ、その後リーン空燃比に復帰する。また、リーン空燃比復帰時にフラグＸＲＳの値は０にリセットされる。このリッチスパイク操作によりＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７に吸収されていたＮＯ_Ｘは放出され、リッチ空燃比排気中のＨＣ、ＣＯ成分により還元浄化される。
【００６１】
上述のように、本実施形態ではＮＯ_Ｘセンサ３３の出力ずれを学習し、学習した出力ずれに基づいて実際のＮＯ_Ｘセンサ３３出力を補正するようにしたことにより、常にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度を正確に検出できるため、適切なタイミングでＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の再生操作を実行することができる。
【００６２】
なお、上記の実施形態では短時間機関１をリッチ空燃比で運転することによりＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の再生操作を行っているが、別の操作によりＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の再生を行うことも可能である。
図７は、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７上流側の排気通路に還元剤を噴射することによりＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の再生を行う場合の実施形態の概略構成を示す図である。図７において図１と同じ参照符号は同様な要素を示している。図７の装置では、還元剤供給装置９が設けられている点が図１の実施形態と相異している。還元剤供給装置９は、排気通路２のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７上流側に還元剤を噴射する還元剤噴射ノズル９１と、加圧還元剤供給源９２、及び還元剤噴射ノズル９１からの還元剤噴射量を制御する制御弁９３とを備えている。
【００６３】
ノズル９１から噴射される還元剤としては、水素、一酸化炭素等の還元成分や液状または気体状の炭化水素等が使用可能であるが、本実施形態では、保存、補給の便を考慮して機関１の燃料が使用されている。このため、加圧還元剤供給源９２は、機関１の燃料系統（図示せず）から供給される加圧燃料を制御弁９３を介してノズル９１から噴射する。
【００６４】
本実施形態では、図６の操作により再生操作実行フラグの値が１にセットされると、ＥＣＵ３０は還元剤供給装置９から短時間還元剤を排気通路２に噴射する。噴射された還元剤がＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７に到達すると還元剤の一部がＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７上で酸化され、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７の雰囲気空燃比がリッチになるとともに、未燃ＨＣ、ＣＯ等が生成される。これによりＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒７から吸収したＮＯ_Ｘが放出され、排気中のＨＣ、ＣＯにより還元浄化される。
【００６５】
なお、上述の各実施形態ではＮＯ_Ｘ浄化触媒としてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を用いた場合に例をとって説明したが、本発明の適用はＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に限定されるわけではなく、例えば選択還元触媒をＮＯ_Ｘ浄化触媒として用いた場合にも適用することができる。
選択還元触媒では、例えばゼオライトに触媒成分として、銅（Ｃｕ）をイオン交換等により、或いは白金（Ｐｔ）を含浸などにより担持させた物が用いられる。選択還元触媒は排気空燃比がリーンのときに、適量のＨＣ、ＣＯ等の存在下でＮＯ_ＸをＨＣ、ＣＯと選択的に反応させることにより、排気中のＮＯ_Ｘを還元してＮ_２に転換する機能を有している。すなわち、選択還元触媒では、流入する排気中に炭化水素（ＨＣ）等の成分が存在すると、これらＨＣ成分等がゼオライトの細孔に吸着される。また、選択還元触媒の白金、銅等の金属成分にはリーン空燃比下で排気中のＮＯ_Ｘ成分が吸着される。そして、ゼオライトに吸着されたＨＣ等の成分は一定の温度範囲で表面に侵出し白金、銅等の表面に吸着されたＮＯ_Ｘと反応しＮＯ_Ｘが還元浄化される。
【００６６】
選択還元触媒では上記のようにＮＯ_Ｘを浄化するためには適量のＨＣ成分等が必要となる。このため、選択還元触媒に吸着されたＨＣ成分等が不足するとＮＯ_Ｘの浄化率が低下して選択還元触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度が増大する。そこで、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の場合と同様に、選択還元触媒下流側にＮＯ_Ｘセンサを配置し、ＮＯ_Ｘセンサで検出したＮＯ_Ｘ濃度が所定値まで増大したときに選択還元触媒にＨＣ等の成分を供給することにより、常に選択還元触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を高い値に維持することが可能となる。
【００６７】
この場合も、ＮＯ_Ｘセンサの出力にずれが生じると選択還元触媒での適切なＮＯ_Ｘの浄化が行えなくなるため、前述の実施形態と同様なＮＯ_Ｘセンサ出力のずれの学習と補正とが必要となる。この場合のＮＯ_Ｘセンサ出力の補正及び再生操作（選択還元触媒へのＨＣ成分等の供給）は図５、図６で説明したものと同様となるので詳細な説明は省略する。また、選択還元触媒へのＨＣ成分等の供給は図１と同様に短時間機関１をリッチ空燃比で運転することにより行うことも、図７と同様に還元剤供給装置９から選択還元触媒上流側の排気通路に還元剤（燃料等）噴射することにより行うことも可能である。
【００６８】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、ＮＯ_Ｘセンサの劣化等によりセンサ出力のドリフトが生じたような場合にも正確に排気中のＮＯ_Ｘ濃度を検出することが可能となる共通の効果を奏する。
請求項２から請求項４に記載の発明では、補正後のＮＯ_Ｘセンサ出力に基づいてＮＯ_Ｘ浄化触媒に流入する排気の性状を調整するようにしたことにより、上記共通の効果に加えて更に、ＮＯ_Ｘ浄化触媒で常に適切なＮＯ_Ｘの浄化を行うことが可能となる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を自動車用ガソリン機関に適用した実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】図１のＮＯ_Ｘセンサの構造の一例を示す模式図である。
【図３】再生操作実行前後のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度の変化を示す図である。
【図４】ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒劣化による触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度の変化を示す図である。
【図５】ＮＯ_Ｘセンサ出力ずれ学習操作を説明するフローチャートである。
【図６】補正後のＮＯ_Ｘセンサ出力に基づくＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の再生操作を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の排気浄化装置の図１とは別の実施形態の概略構成を説明する図である。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…排気通路
７…ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒
９…還元剤供給装置
３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２９、３１…Ｏ_２センサ
３３…ＮＯ_Ｘセンサ

Claims

内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の状態に応じて排気中のＮＯ_Ｘを浄化するＮＯ_Ｘ浄化触媒と、
前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒下流側の排気通路に配置され、ＮＯ_Ｘ浄化触媒を通過した排気中のＮＯ_Ｘ濃度を検出するＮＯ_Ｘセンサと、
前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度がほぼゼロになる運転状態で機関が運転されているときの前記ＮＯ_Ｘセンサ出力と予め定めた基準出力との偏差を求める偏差学習手段と、
前記偏差学習手段により検出した前記偏差に基づいて前記ＮＯ_Ｘセンサの出力を補正する補正手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置。
更に、前記ＮＯ_Xセンサの補正後の出力に基づいて、ＮＯ_X浄化触媒通過後の排気中のＮＯ_X濃度が最小になるようにＮＯ_X浄化触媒に流入する排気の状態を制御する排気状態制御手段を備えた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気状態制御手段は、前記ＮＯ_Ｘセンサの補正後の出力に基づいて、ＮＯ_Ｘ浄化触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度が最小になるように機関運転空燃比を調整することにより排気の状態を制御する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気状態制御手段は、前記ＮＯ_Ｘ浄化触媒に流入する排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段を備え、前記ＮＯ_Ｘセンサの補正後の出力に基づいて、ＮＯ_Ｘ浄化触媒通過後の排気中のＮＯ_Ｘ濃度が最小になるようにＮＯ_Ｘ浄化触媒に流入する排気中の還元剤供給量を調整することにより排気の状態を制御する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。