JP2010209768A - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排ガスを還元雰囲気に制御する手法にかかわらず、ＮＯｘ触媒に付着している実際の硫黄被毒量に応じ、硫黄成分を除去するのに必要な量の還元剤がＮＯｘ触媒に過不足なく供給された適切なタイミングで、硫黄除去制御を終了させることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】 本発明による内燃機関の排ガス浄化装置では、排ガスを還元雰囲気に制御する（ステップ５）ことにより、ＮＯｘ触媒７に付着した硫黄成分を除去するための硫黄除去制御を実行する。この硫黄除去制御中に検出された、ＮＯｘ触媒７よりも下流側の下流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ２に基づいて、ＮＯｘ触媒７の酸素貯蔵能力を表す空燃比遅れ時間ＴＭＡＦＤＬＹを算出し（ステップ３７）、空燃比遅れ時間ＴＭＡＦＤＬＹに基づいて、硫黄被毒量ＱＳを算出し（ステップ３８、図７）、硫黄被毒量ＱＳに応じて、硫黄除去制御の終了タイミングを決定する（ステップ１０、１１）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、排ガスを浄化するためのＮＯｘ触媒を有する内燃機関の排ガス浄化装置に関し、特に、ＮＯｘ触媒に付着した硫黄成分を除去するために硫黄除去制御を実行する排ガス浄化装置に関する。

従来のこの種の内燃機関の排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関は、ディーゼルエンジンであり、通常、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンに制御するリーン運転が行われる。また、この排ガス浄化装置では、リーン運転中に排出された排ガス中のＮＯｘを、ＮＯｘ触媒に吸着するとともに、ポスト噴射などにより排ガスを還元雰囲気に制御するリッチ運転が一時的に行われ、それにより、ＮＯｘ触媒に吸着したＮＯｘが還元状態で放出されるとともに、ＮＯｘ触媒の吸着性能が回復される。

また、この排ガス浄化装置では、ＮＯｘ触媒に付着した硫黄成分を除去するための硫黄除去制御が行われ、それにより、燃料やエンジンオイル中の硫黄成分の付着に起因して低下したＮＯｘ触媒の吸着性能が回復される。この硫黄除去制御は、上述したリッチ運転およびリーン運転を交互に繰り返すことにより、排ガスを昇温しかつ還元雰囲気に制御することによって、行われる。さらに、ＮＯｘ触媒の下流側にはＨＣ（炭化水素）濃度センサが設けられており、硫黄除去制御中のリッチ運転時に検出されたＨＣ濃度の変化速度が、所定速度よりも小さくなったときに、ＮＯｘ触媒の吸着性能が回復したとして、硫黄除去制御が終了される。

特開２００６−２６４１号公報

上述したような硫黄除去制御を行う場合、硫黄成分の除去が完了した適切なタイミングでこれを終了させることが極めて重要である。これは、硫黄除去制御中、ポスト噴射などによるリッチ運転が行われるため、その終了タイミングが遅すぎると、燃料が無駄に消費されることで、燃費の悪化やオイルダイリューションを招くとともに、ＮＯｘ触媒が昇温される時間が長くなることで、ＮＯｘ触媒自体の熱劣化が助長されてしまうためである。一方、硫黄除去制御の終了タイミングが早すぎると、ＮＯｘ触媒に比較的多量の硫黄成分が残留するため、ＮＯｘ触媒の吸着性能が十分に回復せず、排ガス特性の悪化を招く。

これに対し、上述した従来の排ガス浄化装置では、硫黄除去制御中、リッチ運転時に検出された、ＮＯｘ触媒の下流側におけるＨＣ濃度（以下「下流側ＨＣ濃度」という）の変化速度が、所定速度を下回ったときに、硫黄除去制御を終了する。しかし、下流側ＨＣ濃度の変化速度は、ＮＯｘ触媒の吸着性能だけでなく、ＮＯｘ触媒の上流側のＨＣ濃度に左右されるため、この上流側ＨＣ濃度が低い場合には、硫黄除去制御の終了タイミングを適切に設定できない。例えば、硫黄除去制御のためのリッチ運転の手法として、ポスト噴射に代えて、燃焼によりトルクに寄与する主噴射量を増加させる手法を用いると、燃焼の悪化やオイルダイリューションを軽減する上で有利であるが、その場合には、排ガスのＨＣ濃度が大幅に低下するため、従来の下流側ＨＣ濃度の変化速度に基づく方法を良好に適用することができない。

また、この従来の排ガス浄化装置では、硫黄除去制御の終了判定が、リーン運転と交互に行われるリッチ運転時に限定して行われる。このため、例えば、今回のリッチ運転において硫黄成分の除去がほぼ完了している状態にあったとしても、下流側ＨＣ濃度の変化速度が所定速度を少しでも上回れば、次回のリッチ運転時まで終了判定を行えないため、最適な終了タイミングを逃してしまう。さらに、硫黄除去制御の終了タイミングを判定するためだけに、通常は用いられないＨＣ濃度センサを設けなければならず、その分、コストが上昇するという不具合もある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、排ガスを還元雰囲気に制御する手法にかかわらず、ＮＯｘ触媒に付着している実際の硫黄被毒量に応じ、硫黄成分を除去するのに必要な量の還元剤がＮＯｘ触媒に過不足なく供給された適切なタイミングで、硫黄除去制御を終了させることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関の排ガス浄化装置は、内燃機関３の排気通路（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管５）に設けられ、排ガス中のＮＯｘを吸着させることによって、排ガスを浄化するとともに、排ガスが酸化雰囲気のときに酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有し、貯蔵した酸素を排ガスが還元雰囲気のときに放出するＮＯｘ触媒７と、排気通路のＮＯｘ触媒７よりも下流側における排ガスの空燃比を表す下流側空燃比パラメータ（下流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ２）を検出する下流側空燃比パラメータセンサ（下流側空燃比センサ１３）と、ＮＯｘ触媒７に流入する排ガスを、酸化雰囲気と還元雰囲気の間で切り換えて制御する排ガス制御手段（ＥＣＵ２）と、排ガス制御手段により排ガスを還元雰囲気に制御することによって、ＮＯｘ触媒７に付着した硫黄成分を除去するための硫黄除去制御を実行する硫黄除去制御手段（ＥＣＵ２、図２）と、硫黄除去制御中に検出された下流側空燃比パラメータに基づいて、ＮＯｘ触媒７の酸素貯蔵能力を表す酸素貯蔵能力パラメータ（空燃比遅れ時間ＴＭＡＦＤＬＹ）を算出する酸素貯蔵能力パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、図５のステップ３７）と、算出された酸素貯蔵能力パラメータに基づいて、ＮＯｘ触媒７に付着した硫黄成分の量である硫黄被毒量ＱＳを算出する硫黄被毒量算出手段（ＥＣＵ２、図５のステップ３８、図７）と、算出された硫黄被毒量ＱＳに応じて、硫黄除去制御の終了タイミングを決定する硫黄除去制御終了タイミング決定手段（ＥＣＵ２、図２のステップ１０、１１）と、を備えることを特徴とする。

この触媒の劣化判定装置によれば、ＮＯｘ触媒に付着した硫黄成分を除去するための硫黄除去制御が、以下のようにして行われる。まず、排ガス制御手段により、排ガスを還元雰囲気に切り換えることによって、硫黄除去制御を開始する。この硫黄除去制御中、ＮＯｘ触媒の下流側における排ガスの空燃比を表す下流側空燃比パラメータを検出するとともに、検出された下流側空燃比パラメータに基づいて、ＮＯｘ触媒の酸素貯蔵能力を表す酸素貯蔵能力パラメータを算出する。そして、この酸素貯蔵能力パラメータに基づいてＮＯｘ触媒の硫黄被毒量を算出するとともに、算出された硫黄被毒量に応じて、硫黄除去制御の終了タイミングが決定される。

後述するように、ＮＯｘ触媒の酸素貯蔵能力は、ＮＯｘ触媒に付着した硫黄被毒量に応じて変化し、硫黄被毒量が多いほど、より高くなるという特性が見出された。この特性に着目し、本発明によれば、ＮＯｘ触媒の酸素貯蔵能力を表す酸素貯蔵能力パラメータを算出し、この酸素貯蔵能力パラメータに基づいてＮＯｘ触媒の硫黄被毒量を算出するとともに、硫黄被毒量に応じて、硫黄除去制御の終了タイミングを決定する。したがって、ＮＯｘ触媒に付着している実際の硫黄被毒量に応じ、硫黄成分を除去するのに必要な量の還元剤がＮＯｘ触媒に過不足なく供給された適切なタイミングで、硫黄除去制御を終了させることができる。その結果、還元剤の無駄な消費がなくなり、還元剤が燃料の場合には、燃費を向上させ、オイルダイリューションを防止できるとともに、ＮＯｘ触媒から硫黄成分が十分に除去され、ＮＯｘ触媒の吸着性能が十分に回復することで、排ガス特性を向上させることができる。

また、酸素貯蔵能力パラメータに基づいて算出した硫黄被毒量に応じて、硫黄除去制御の終了タイミングを決定するので、前述した従来の排ガス浄化装置と異なり、排ガスを還元雰囲気に制御する手法にかかわらず、上記の作用を得ることができる。また、硫黄除去制御の終了タイミングを決定するのに際し、内燃機関の制御のために通常、設けられている既存の空燃比パラメータセンサの検出結果を利用するので、ＨＣ濃度センサを用いる従来の場合と異なり、コストの上昇を回避することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置において、硫黄被毒量ＱＳに基づき、ＮＯｘ触媒７に付着した硫黄成分を除去するために、硫黄除去制御中にＮＯｘ触媒７に供給すべき還元剤の量の目標となる還元剤供給量の目標値ＱＲＤＣＭＤ）を設定する目標値設定手段（ＥＣＵ２、図５のステップ３９、図８）と、硫黄除去制御中にＮＯｘ触媒７に供給された還元剤の量を、還元剤供給量（還元剤供給量積算値ＱＲＤＦＤ）として算出する還元剤供給量算出手段（図２のステップ６、図３）とを、さらに備え、硫黄除去制御終了タイミング決定手段は、算出された還元剤供給量が設定された目標値ＱＲＤＣＭＤに達したタイミングを、硫黄除去制御の終了タイミングとして決定すること（図２のステップ１０、１１）を特徴とする。

この構成によれば、硫黄除去制御中にＮＯｘ触媒に供給すべき還元剤供給量の目標値を、硫黄被毒量に基づいて設定するとともに、硫黄除去制御中にＮＯｘ触媒に供給された還元剤供給量を随時、算出し、算出された還元剤供給量が目標値に達したタイミングを、硫黄除去制御の終了タイミングとして決定する。したがって、硫黄成分を除去するのに必要な還元剤がＮＯｘ触媒に供給された最適なタイミングで、硫黄除去制御を終了させることができ、請求項１の発明による前述した作用を最適に得ることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置において、ＮＯｘ触媒７の温度ＴＬＮＣを取得する触媒温度取得手段（排ガス温度センサ１４、ＥＣＵ２、図２のステップ３）をさらに備え、硫黄被毒量算出手段は、取得されたＮＯｘ触媒７の温度ＴＬＮＣが所定温度ＴＲＥＦ以上になったときに、硫黄被毒量ＱＳを算出すること（図２のステップ４、８）を特徴とする。

ＮＯｘ触媒の酸素貯蔵能力が、硫黄被毒量が多いほどより高くなるという、前述したＮＯｘ触媒の特性は、ＮＯｘ触媒の温度が高いときに明確に現れることが確認された。本発明によれば、取得されたＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上になったときに、酸素貯蔵能力パラメータに基づいて硫黄被毒量を算出するので、この硫黄被毒量の算出をより精度良く行うことができ、硫黄被毒量に基づいて、硫黄除去制御をさらに適切に終了させることができる。

本発明の実施形態による排ガス浄化装置を、内燃機関とともに概略的に示す図である。 硫黄除去制御処理を示すフローチャートである。 還元剤供給量積算値の算出サブルーチンを示すフローチャートである。 １処理サイクル当たりの還元剤供給量を算出するためのテーブルである。 硫黄被毒量の算出サブルーチンを示すフローチャートである。 硫黄除去制御中のＮＯｘ触媒の上流側および下流側における排ガスの空燃比の推移を模式的に示す図である。 硫黄被毒量を算出するためのテーブルである。 還元剤供給量の目標値を設定するためのテーブルである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施形態による排ガス浄化装置１を、内燃機関３とともに示している。この内燃機関３（以下「エンジン３」という）は、例えば車両（図示せず）に搭載された４気筒のディーゼルエンジンである。

エンジン３の各気筒３ａには、吸気管４および排気管５が接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６が、燃焼室３ｂに臨むように取り付けられている。このインジェクタ６は、燃焼室３ｂの天壁に配置されており、燃料タンク（図示せず）の燃料を燃焼室３ｂに噴射する。インジェクタ６から噴射される燃料噴射量ＱＩＮＪは、後述するＥＣＵ２によって設定されるとともに、ＥＣＵ２からの駆動信号でインジェクタ６の開弁時間を制御することによって、制御される。

エンジン３のクランクシャフト３ｃには、クランク角センサ１０が設けられている。このクランク角センサ１０は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数を算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａにおいてピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、本実施形態のような４気筒の場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。

吸気管４には、エアフローセンサ１１が設けられている。エアフローセンサ１１は、吸気管４を流れ、気筒３ａに吸入される吸入空気量ＱＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

排気管５には、ＮＯｘ触媒７が設けられている。このＮＯｘ触媒７は、流入する排ガスが酸化雰囲気のときには、排ガス中のＮＯｘを吸着させるとともに、排ガス中の酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有している。また、ＮＯｘ触媒７は、還元雰囲気の排ガスが流入したときには、貯蔵していた酸素を放出するとともに、吸着したＮＯｘを還元状態で放出することによって、排ガスを浄化する。

また、排気管５には、ＮＯｘ触媒７の上流側および下流側に、排ガスの酸素濃度を検出する上流側空燃比センサ１２および下流側空燃比センサ１３がそれぞれ設けられている。これらの空燃比センサ１２、１３は、ジルコニアなどで構成されており、エンジン３に供給される混合気の空燃比がリッチ領域からリーン領域までの広範囲な領域において、排ガスの酸素濃度をリニアに検出する。これらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。

ＥＣＵ２は、上流側空燃比センサ１２の検出信号に基づいて、ＮＯｘ触媒７の上流側における排ガスの空燃比（以下「上流側排ガス空燃比」という）ＡＦＥＸ１を算出し、下流側空燃比センサ１３の検出信号に基づいて、ＮＯｘ触媒７の下流側における排ガスの空燃比（以下「下流側排ガス空燃比」という）ＡＦＥＸ２を算出する。ここで、「排ガスの空燃比」とは、排ガス中の空気と可燃性気体の重量比をいう。このため、排ガスの空燃比は、排ガスが酸化雰囲気のときには大きくなり、還元雰囲気のときには小さくなる。

また、排気管５のＮＯｘ触媒７よりも上流側には、排ガス温度センサ１４が設けられている。排ガス温度センサ１４は、排ガスの温度（以下「排ガス温度」という）ＴＥＸを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェースなどから成るマイクロコンピュータ（いずれも図示せず）で構成されている。前述した各種のセンサ１０〜１４からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。ＥＣＵ２は、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記録された制御プログラムなどに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、インジェクタ６の燃料噴射量ＱＩＮＪの制御を含むエンジン制御や、ＮＯｘ触媒７に吸着したＮＯｘを放出させることにより、ＮＯｘ触媒７の吸着性能を回復させるための再生制御、ＮＯｘ触媒７に付着した硫黄成分を除去することにより、ＮＯｘ触媒７の吸着性能を回復させるための硫黄除去制御などを実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、排ガス制御手段、硫黄除去制御手段、酸素貯蔵能力パラメータ算出手段、硫黄被毒量算出手段、硫黄除去制御終了タイミング決定手段、目標値設定手段、還元剤供給量算出手段、および触媒温度取得手段に相当する。

図２は、上述したＮＯｘ触媒７の硫黄除去制御処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、硫黄除去制御フラグＦ＿ＳＯｘＰＲＧが「１」であるか否かを判別する。この硫黄除去制御フラグＦ＿ＳＯｘＰＲＧは、例えば燃料噴射量ＱＩＮＪを積算することによって算出された燃料消費量が所定量に達したときに、硫黄除去制御の実行条件が成立したとして「１」にセットされるものである。このステップ１の答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。

前記ステップ１の答がＹＥＳで、硫黄除去制御の実行条件が成立しているときには、ＮＯｘ触媒７の温度を上昇させるための触媒昇温制御を実行する（ステップ２）。この触媒昇温制御は、エンジン３の排気行程の初期にインジェクタ６から燃料を噴射するポスト噴射を行い、排気管５に排出された未燃燃料をＮＯ触媒７の付近で燃焼させることによって行われる。

次に、排ガス温度センサ１４で検出された排ガス温度ＴＥＸに応じて、ＮＯｘ触媒７の温度ＴＬＮＣを算出する（ステップ３）とともに、算出したＮＯｘ触媒７の温度ＴＬＮＣが所定温度ＴＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップ４）。この答がＮＯのときには、ＮＯｘ触媒７の温度が、付着した硫黄成分を除去可能な温度まで上昇していないとして、そのまま本処理を終了する。

上記ステップ４の答がＹＥＳで、ＴＬＮＣ≧ＴＲＥＦが成立したときには、ＮＯｘ触媒７の温度が十分に上昇したとして、排ガス還元制御を開始する（ステップ５）。この排ガス還元制御は、ポスト噴射量を触媒昇温制御時よりもさらに増加させることで、より多量の未燃燃料を還元剤として排気管５に排出させ、排ガスをリッチ化することによって、行われる。この排ガス還元制御により、高温状態のＮＯｘ触媒７に排ガス中の還元剤が供給されることによって、ＮＯｘ触媒７に付着していた硫黄成分が還元され、ＮＯｘ触媒７から除去される。

また、ＮＯｘ触媒７への還元剤の供給に伴い、リーン運転中にＮＯｘ触媒７に貯蔵されていた酸素が放出される。このため、図６に示すように、上流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ１が、排ガス還元制御の開始後すぐに低下するのに対し、下流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ２は、上流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ１に対して遅れをもって低下する。このときの遅れ時間は、ＮＯｘ触媒７に貯蔵されていた酸素量が多いほど、すなわちＮＯｘ触媒７の酸素貯蔵能力が高いほど、より長くなる。

図２に戻り、前記ステップ５に続くステップ６では、還元剤供給量積算値ＱＲＤＦＤを算出する。この還元剤供給量積算値ＱＲＤＦＤは、排ガス還元制御の開始後にＮＯｘ触媒７に供給され、消費された還元剤の総量を表すものであり、図３はその算出サブルーチンを示す。

本処理では、まずステップ２１において、エアフローセンサ１１で検出された吸入空気量ＱＡなどに応じて、排ガス流量ＱＥＸを算出する。次に、混合気の理論空燃比に相当する排ガス空燃比ＡＦＥＸＳと上流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ１との差を、空燃比偏差ΔＡＦとして算出する（ステップ２２）。

次に、算出された排ガス流量ＱＥＸおよび空燃比偏差ΔＡＦに応じ、図４に示すテーブルを検索することによって、今回の処理サイクル相当分の還元剤供給量ｄＱＲＤを算出する（ステップ２３）。このテーブルでは、還元剤供給量ｄＱＲＤは、排ガス流量ＱＥＸが大きいほど、また空燃比偏差ΔＡＦが大きいほど、より大きな値に設定されている。最後に、算出した還元剤供給量ｄＱＲＤを前回までに算出された還元剤供給量積算値ＱＲＤＦＤに加算することによって、今回の還元剤供給量積算値ＱＲＤＦＤを算出し（ステップ２４）、本処理を終了する。

図２に戻り、前記ステップ６に続くステップ７では、硫黄被毒量算出完了フラグＦ＿ＱＳＣＡＬが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、硫黄被毒量ＱＳを算出する（ステップ８）。図５はその算出サブルーチンを示す

本処理では、まずステップ３１において、タイマセットフラグＦ＿ＴＭＤＬＹが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、上流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ１が還元雰囲気に相当する所定のしきい値ＡＦＲＥＦ（図６参照）以下であるか否かを判別する（ステップ３２）。この答がＮＯのときには、硫黄被毒量算出完了フラグＦ＿ＱＳＣＡＬを「０」に保持し（ステップ３３）、本処理を終了する。

一方、ステップ３２の答がＹＥＳで、上流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ１がしきい値ＡＦＲＥＦ以下になったときには、アップカウント式タイマのタイマ値ＴＭＤＬＹを０にセットする（ステップ３４）とともに、タイマセットフラグＦ＿ＴＭＤＬＹを「１」にセットする（ステップ３５）。

このようにステップ３５が実行された後には、前記ステップ３１の答がＹＥＳになるので、その場合には、ステップ３２、３４および３５をスキップし、ステップ３６に進む。このステップ３６では、下流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ２が前記しきい値ＡＦＲＥＦ以下であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、前記ステップ３３を実行した後、本処理を終了する。

一方、前記ステップ３６の答がＹＥＳで、下流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ２がしきい値ＡＦＲＥＦ以下になったときには、そのときのタイマ値ＴＭＤＬＹを空燃比遅れ時間ＴＭＡＦＤＬＹとして算出する（ステップ３７）。以上の算出方法から明らかなように、また図６に示すように、空燃比遅れ時間ＴＭＡＦＤＬＹは、排ガス還元制御中の上流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ１に対する下流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ２の遅れ時間に相当し、したがって、ＮＯｘ触媒７の酸素貯蔵能力を表す。

次に、算出した空燃比遅れ時間ＴＭＡＦＤＬＹに応じ、図７に示すテーブルを検索することによって、硫黄被毒量ＱＳを算出する（ステップ３８）。このように空燃比遅れ時間ＴＭＡＦＤＬＹに応じて硫黄被毒量ＱＳを推定するのは、硫黄被毒量ＱＳが多いほど、酸素貯蔵能力がより高くなるというＮＯｘ触媒７の特性に基づいている。また、このような特性が得られるのは、硫黄被毒量が多いほど、ＮＯｘ触媒の表面に硫黄成分が硫酸根という形態で化学吸着することによって、硫酸根中の酸素が出入りしやすい化学状態になるとともに、硫黄被毒量が多いほど、硫酸根が多くなり、出入り可能が酸素量が増加するためと推定される。このＮＯｘ触媒７の特性に基づき、図７のテーブルでは、硫黄被毒量ＱＳは、空燃比遅れ時間ＴＭＡＦＤＬＹが大きいほど、より大きくなるようにリニアに設定されている。

前記ステップ３８に続くステップ３９では、算出した硫黄被毒量ＱＳに応じ、図８に示すテーブルを検索することによって、還元剤供給量の目標値ＱＲＤＣＭＤを算出する。このテーブルでは、目標値ＱＲＤＣＭＤは、硫黄被毒量ＱＳに比例するように設定されている。

次に、硫黄被毒量ＱＳおよび還元剤供給量の目標値ＱＲＤＣＭＤの算出が完了したことを表すために、硫黄被毒量算出完了フラグＦ＿ＱＳＣＡＬを「１」にセットし（ステップ４０）、本処理を終了する。

図２に戻り、前記ステップ８に続くステップ９では、硫黄被毒量算出完了フラグＦ＿ＱＳＣＡＬが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。

一方、前記ステップ７または上記ステップ９の答がＹＥＳで、硫黄被毒量ＱＳおよび還元剤供給量の目標値ＱＲＤＣＭＤの算出が完了したときには、ステップ６で算出した還元剤供給量積算値ＱＲＤＦＤが目標値ＱＲＤＣＭＤよりも大きいか否かを判別する（ステップ１０）。この答がＮＯで、還元剤供給量積算値ＱＲＤＦＤが目標値ＱＲＤＣＭＤに達していないときには、そのまま本処理を終了し、硫黄除去制御を継続する。

一方、上記ステップ１０の答がＹＥＳで、還元剤供給量積算値ＱＲＤＦＤが目標値ＱＲＤＣＭＤに達したときには、硫黄成分の除去に必要な量の還元剤がＮＯｘ触媒７に供給され、ＮＯｘ触媒７から硫黄成分が除去されたとして、硫黄除去制御を終了すべきと判定する。そして、そのことを表すために、硫黄除去制御フラグＦ＿ＳＯｘＰＲＧを「０」にセットする（ステップ１１）とともに、硫黄被毒量算出完了フラグＦ＿ＱＳＣＡＬを「０」に、還元剤供給量積算値ＱＲＤＦＤを０にそれぞれリセットし（ステップ１２、１３）、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、ＮＯｘ触媒７に付着した硫黄成分を除去するための硫黄除去制御を実行する際には、触媒昇温制御によってＮＯｘ触媒７の温度を上昇させるとともに、ＮＯｘ触媒７の温度ＴＬＮＣが所定温度ＴＲＥＦ以上になったときに、排ガス還元制御を開始し、ポスト噴射により未燃燃料を還元剤として排ガスに供給することによって、排ガスを還元雰囲気に制御する。この硫黄除去制御中、検出された上流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ１に対する下流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ２の遅れ時間である空燃比遅れ時間ＴＭＡＦＤＬＹを、ＮＯｘ触媒７の酸素貯蔵能力を表す酸素貯蔵能力パラメータとして算出するとともに、算出された空燃比遅れ時間ＴＭＡＦＤＬＹに基づいて、ＮＯｘ触媒７の硫黄被毒量ＱＳを算出する。そして、算出された硫黄被毒量ＱＳに応じて、硫黄除去制御の終了タイミングを決定する。

したがって、ＮＯｘ触媒７に付着している実際の硫黄被毒量ＱＳに応じ、硫黄成分を除去するのに必要な量の還元剤がＮＯｘ触媒７に過不足なく供給された適切なタイミングで、硫黄除去制御を終了させることができる。その結果、還元剤の無駄な消費がなくなることで、燃費を向上させ、オイルダイリューションを防止できるとともに、ＮＯｘ触媒７から硫黄成分が十分に除去され、ＮＯｘ触媒７の吸着性能が十分に回復することで、排ガス特性を向上させることができる。

また、空燃比遅れ時間ＴＭＡＦＤＬＹに基づいて算出した硫黄被毒量ＱＳに応じて、硫黄除去制御の終了タイミングを決定するので、従来の排ガス浄化装置と異なり、排ガスを還元雰囲気に制御する手法にかかわらず、上記の効果を得ることができる。また、硫黄除去制御の終了タイミングを決定するのに際し、内燃機関の制御のために通常、設けられている既存の上流側および下流側空燃比センサ１２、１３の検出結果を利用するので、ＨＣ濃度センサを用いる従来の場合と異なり、コストの上昇を回避することができる。

さらに、硫黄被毒量ＱＳに基づいて還元剤供給量の目標値ＱＲＤＣＭＤを設定するとともに、硫黄除去制御中にＮＯｘ触媒７に供給された還元剤供給量積算値ＱＲＤＦＤを随時、算出し、算出された還元剤供給量積算値ＱＲＤＦＤが目標値ＱＲＤＣＭＤを上回ったときに、硫黄除去制御を終了する。したがって、硫黄成分を除去するのに必要な還元剤がＮＯｘ触媒７に供給された最適なタイミングで、硫黄除去制御を終了させることができる。

また、ＮＯｘ触媒７の温度ＴＬＮＣが所定温度ＴＲＥＦ以上になったときに硫黄被毒量ＱＳを算出するので、この硫黄被毒量ＱＳの算出をより精度良く行うことができ、この硫黄被毒量ＱＳに基づいて、硫黄除去制御をさらに適切に終了させることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、空燃比パラメータとして、上流側および下流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ１、ＡＦＥＸ２を用いているが、排ガスの空燃比を表す他の適当なパラメータ、例えば、排ガスの酸素濃度や還元剤の濃度を用いてもよく、あるいは、理論空燃比の混合気に対応する排ガスの空燃比と実際の排ガスの空燃比との比である当量比を用いてもよい。また、実施形態では、上流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ１を上流側空燃比センサ１２で検出しているが、これを省略し、上流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ１を推定によって求めてもよく、例えば、エアフローセンサ１１で検出された吸入空気量ＱＡと燃料噴射量ＱＩＮＪから算出してもよい。

また、実施形態では、酸素貯蔵能力パラメータとして、排ガス還元制御中、上流側および下流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ１、ＡＦＥＸ２が所定のしきい値ＡＦＲＥＦ以下になったときの時間差である空燃比遅れ時間ＴＭＡＦＤＬＹを用いているが、これに代えて、ＮＯｘ触媒７の酸素貯蔵能力を表す他の適当なパラメータを用いてもよい。例えば、排ガス還元制御中の適当なタイミングで検出された上流側および下流側排ガス空燃比ＡＦＥＸ１、ＡＦＥＸ２の差または比を用いてもよい。

さらに、硫黄除去制御のために排ガスを還元雰囲気に制御する排ガス還元制御を、ポスト噴射によって行っているが、これに限らず、主噴射による混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチに制御してもよく、あるいは排気管５に還元剤として燃料またはアンモニアを直接、供給してもよい。

また、実施形態では、ＮＯｘ触媒７の温度ＴＬＮＣを、排ガス温度センサ１４で検出された排ガス温度ＴＥＸから推定しているが、ＮＯｘ触媒７に取り付けた温度センサで直接、検出してもよいことはもちろんである。

さらに、実施形態は、本発明を車両に搭載されたディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外のガソリンエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 排ガス浄化装置
２ ＥＣＵ（排ガス制御手段、硫黄除去制御手段、酸素貯蔵能力パラメータ 算出手段、硫黄被毒量算出手段、硫黄除去制御終了タイミング決定手段
、目標値設定手段、還元剤供給量算出手段、触媒温度取得手段）
３ エンジン（内燃機関）
５ 排気管（排気通路）
７ ＮＯｘ触媒
１３ 下流側空燃比センサ（下流側空燃比パラメータセンサ）
１４ 排ガス温度センサ（触媒温度取得手段）
ＡＦＥＸ２ 下流側排ガス空燃比（下流側空燃比パラメータ）
ＴＭＡＦＤＬＹ 空燃比遅れ時間（酸素貯蔵能力パラメータ）
ＱＳ 硫黄被毒量
ＱＲＤＣＭＤ 還元剤供給量の目標値
ＱＲＤＦＤ 還元剤供給量積算値（還元剤供給量）
ＴＬＮＣ ＮＯｘ触媒の温度
ＴＲＥＦ 所定温度

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排ガス中のＮＯｘを吸着させることによって、排ガスを浄化するとともに、排ガスが酸化雰囲気のときに酸素を貯蔵する酸素貯蔵能力を有し、当該貯蔵した酸素を排ガスが還元雰囲気のときに放出するＮＯｘ触媒と、
   前記排気通路の前記ＮＯｘ触媒よりも下流側における排ガスの空燃比を表す下流側空燃比パラメータを検出する下流側空燃比パラメータセンサと、
   前記ＮＯｘ触媒に流入する排ガスを、酸化雰囲気と還元雰囲気の間で切り換えて制御する排ガス制御手段と、
   当該排ガス制御手段により前記排ガスを前記還元雰囲気に制御することによって、前記ＮＯｘ触媒に付着した硫黄成分を除去するための硫黄除去制御を実行する硫黄除去制御手段と、
   当該硫黄除去制御中に検出された前記下流側空燃比パラメータに基づいて、前記ＮＯｘ触媒の酸素貯蔵能力を表す酸素貯蔵能力パラメータを算出する酸素貯蔵能力パラメータ算出手段と、
   当該算出された酸素貯蔵能力パラメータに基づいて、前記ＮＯｘ触媒に付着した硫黄成分の量である硫黄被毒量を算出する硫黄被毒量算出手段と、
   当該算出された硫黄被毒量に応じて、前記硫黄除去制御の終了タイミングを決定する硫黄除去制御終了タイミング決定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
2. 前記硫黄被毒量に基づき、前記ＮＯｘ触媒に付着した硫黄成分を除去するために、前記硫黄除去制御中に前記ＮＯｘ触媒に供給すべき還元剤の量の目標となる還元剤供給量の目標値を設定する目標値設定手段と、
   前記硫黄除去制御中に前記ＮＯｘ触媒に供給された還元剤の量を、還元剤供給量として算出する還元剤供給量算出手段とを、さらに備え、
   前記硫黄除去制御終了タイミング決定手段は、前記算出された還元剤供給量が前記設定された目標値に達したタイミングを、前記硫黄除去制御の終了タイミングとして決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ガス浄化装置。
3. 前記ＮＯｘ触媒の温度を取得する触媒温度取得手段をさらに備え、
   前記硫黄被毒量算出手段は、前記取得されたＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上になったときに、前記硫黄被毒量を算出す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ガス浄化装置。

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