JP4193334B2 - 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、排気通路に排気中のイオウ成分を吸蔵すると共に高温で且つ排気空燃比がリッチまたはストイキのときに吸蔵されたイオウ成分を放出する特性を持つ触媒を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関をリーン空燃比で運転して燃費の向上を図るようにした希薄燃焼内燃機関が実用化されている。この希薄燃焼内燃機関では、リーン空燃比で運転すると、三元触媒がその浄化特性から排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を充分に浄化できないという問題があり、最近では、リーン空燃比で運転中に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、ストイキまたはリッチ空燃比で運転中に吸蔵されたＮＯｘを放出還元する吸蔵型ＮＯｘ触媒が採用されてきている。
【０００３】
この吸蔵型ＮＯｘ触媒は、内燃機関の酸素の過剰状態で排気ガス中のＮＯｘを硝酸塩（Ｘ−ＮＯ3 ）として吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを一酸化炭素（ＣＯ）の過剰状態で放出して窒素（Ｎ2 ）に還元させる特性（同時に炭酸塩Ｘ−ＣＯ3 が生成される）を有した触媒である。ところが、燃料中にはイオウ（Ｓ）成分が含まれており、このＳ成分は酸素と反応して硫黄酸化物（ＳＯｘ）となり、このＳＯｘがＮＯｘの代わりに硫酸塩として硝酸塩の代わりに吸蔵型ＮＯｘ触媒に吸蔵されてしまい、触媒の浄化効率が低下してしまうという問題がある。しかしながら、触媒に吸蔵されたＳＯｘは、空燃比をリッチまたはストイキ状態にして触媒を高温状態にすることで、ＳＯ2 として放出（Ｓパージ）されることがわかっている。例えば、特開平７−２１７４７４号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＳＯ2 が放出されると、排気ガスが高温で且つ一酸化炭素や炭化水素等が多く存在する還元雰囲気のもとでは、例えば、下記各化学反応式に従って硫化水素（Ｈ2Ｓ）が発生する。
ＳＯ2 ＋３Ｈ2 →Ｈ2Ｓ＋２Ｈ2Ｏ
ＳＯ2 ＋２ＣＯ＋Ｈ2 →Ｈ2Ｓ＋ＣＯ2
３ＳＯ2 ＋Ｃ3Ｈ6→３Ｈ2Ｓ＋３ＣＯ2
このＨ2Ｓは、一般に知られるように強い臭気を発するために極力発生しないようにすることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、前述した公報に開示された技術では、吸蔵されたＳＯｘがＳＯ2 として瞬時に多量に放出されることになるため、この放出されたＳＯ2 と触媒周辺のＨ2 、ＣＯ、ＨＣ等との化学反応が急速に進行することになり、Ｈ2Ｓが急激に大量に生成されてしまうことになる。このようにＨ2Ｓが急激に大量に生成されると、Ｈ2Ｓ濃度が局所的に高まることになり、大気中に排出された排気ガスが極めて強い臭気を放ち好ましいことではない。
【０００６】
なお、特開平１１−１０７８０９号公報に開示された「エンジンの制御装置」には、ＮＯｘ触媒の再生制御に関して、Ｈ2Ｓは排気ガス温度が高いときに発生するために、温度が高いときは排気空燃比のリッチ化の度合をストイキ程度に小さくしてＨ2Ｓの精整を抑制する技術が開示されている。ところが、本発明者らの研究では、Ｈ2Ｓの生成特性は、温度に対して指数関数的に増大する特性を示すことがわかった。そのため、前述した公報に記載された技術のように、温度を基準にリッチ化の度合を弱めるだけでは、Ｈ2Ｓの生成を効率よく抑制する事はできない。即ち、触媒温度が特に高い領域では、Ｓを放出しながらＨ2Ｓの生成を抑制するのは困難であり、Ｈ2Ｓの生成を抑制できる空燃比にするとＳ放出時間が極端に長くなってしまい、一方で、Ｓ放出時間が長くならない程度の空燃比を設定するとＨ2Ｓの生成を十分に抑制することができないという問題がある。このため、上述したような制御のみでＨ2Ｓの大気への放出を抑制する手法には限界があり、十分な効果が得られないという問題がある。また、このような触媒のＳ放出時におけるＨ2Ｓ生成特性は、温度以外の触媒状態によっても変化するが、上述した公報にはこのような点は何ら考慮されておらず、改良の余地が十分にある。
【０００７】
このような点について、本発明者らは研究を進めた結果、触媒からのイオウ成分の放出時におけるＨ2Ｓの生成特性は、触媒がイオウ成分を放出する状態になった頻度や触媒のイオウ吸蔵量にも相関があるとの知見が得られた。従って、本発明は上述した問題を解決するために、イオウ成分を放出可能な状態になった頻度やイオウ吸蔵量に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の温度あるいは昇温速度を制御することで、触媒からのＳＯｘの放出に伴って生成されるＨ2Ｓの濃度を低く抑えて排気ガスの異臭を防止する一方で、触媒の再生時間の長時間化を抑制して安定した触媒装置の再生を可能とした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路に排気中のイオウ成分を吸蔵すると共にその温度が所定の触媒昇温設定温度以上で且つ排気空燃比がリッチまたはストイキのときに吸蔵したイオウ成分を放出する特性を有する触媒を設け、触媒状態検知手段が触媒におけるイオウ放出頻度またはイオウ吸蔵量に関連する指標を検出または推定し、特定運転状態検出手段が触媒の温度が所定の触媒昇温設定温度以上となる特定運転状態を検出し、温度制御手段は特定運転状態検出手段が特定運転状態を検出したときに上記指標に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の温度あるいは昇温速度を制御するようにしている。
【０００９】
触媒におけるイオウ放出頻度やイオウ吸蔵量は、触媒からの硫黄放出時における硫化水素の生成特性と相関があり、このイオウ放出頻度あるいはイオウ吸蔵量に関連する指標に応じて、イオウが放出される特定運転状態における触媒の温度あるいは昇温速度を硫化水素の生成を抑制するように制御するので、イオウ成分の放出による触媒再生と硫化水素の抑制とを両立できる温度あるいは昇温速度で触媒の再生を行うことができ、硫化水素の放出濃度を低く抑えて排気ガスの異臭を防止する一方で、触媒の再生時間の長時間化を抑制して安定した触媒装置の再生が可能となる。
【００１０】
この場合、触媒状態検知手段は、触媒からイオウ成分が放出される頻度を検出または推定し、温度制御手段は、この頻度が低いほど触媒の温度あるいは昇温速度が小さくなるように制御するように作動することが望ましい。また、触媒状態検知手段は、触媒に吸蔵されたイオウ成分の量を検出または推定し、温度制御手段は、このイオウ吸蔵量が多いほど触媒の温度あるいは昇温速度が小さくなるように制御するように作動することが望ましい。更に、特定運転状態は、触媒からイオウ成分を放出させるように触媒を強制的に昇温させる運転状態であり、温度制御手段は触媒の最高温度あるいは昇温速度を制御するものであってもよい。また、特定運転状態検出手段は、内燃機関の加速等に伴う特定運転状態への移行を検出し、温度制御手段は排気空燃比のリッチ化による燃料冷却効果により触媒の温度あるいは昇温速度を制御するものであってもよい。更に、温度制御手段は、特定運転状態において指標に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の温度と昇温速度のいずれか一方、または両方を制御するようにしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１に本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成、図２に本実施形態の排気浄化装置による強制Ｓパージ制御のフローチャート、図３にＳパージ制御のタイムチャート、図４にＳ再生頻度とＮＯｘ排出量との関係を表すグラフ、図５にＳ再生頻度に対する昇温設定温度を表すグラフ、図６に触媒温度推定値に対する反映係数を表すグラフ、図７に強制Ｓパージ制御における点火時期リタード量及び触媒温度の時間変化に対するＨ2Ｓ発生濃度の時間変化を表すタイムチャート、図８に本発明の他の実施形態による自然Ｓパージ制御のフローチャート、図９に自然Ｓパージ制御における目標Ａ／Ｆ及び触媒温度の時間変化に対するＨ2Ｓ発生濃度の時間変化を表すタイムチャートを示す。
【００１３】
本実施形態の内燃機関（以下、エンジンと称する。）は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）を切換えることで、吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンである。そして、この筒内噴射型のエンジン１１は、理論空燃比（ストイキ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能となっており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空燃比での運転が可能となっている。
【００１４】
本実施形態において、図１に示すように、エンジン１１のシリンダヘッド１２には、各気筒毎に点火プラグ１３と共に電磁式の燃料噴射弁１４が取付けられており、この燃料噴射弁１４によって燃焼室１５内に燃料を直接噴射可能となっている。この燃料噴射弁１４には、図示しない燃料パイプを介して燃料供給装置（燃料ポンプ）が接続されており、燃料タンク内の燃料が高燃圧で供給され、この燃料を燃料噴射弁１４から燃焼室１５内に向けて所望の燃圧で噴射する。この際、燃料噴射量は燃料ポンプの燃料吐出圧と燃料噴射弁１４の開弁時間（燃料噴射時間）とから決定される。
【００１５】
シリンダヘッド１２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１６の一端がそれぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド１６の他端にはドライブバイワイヤ（ＤＢＷ）方式の電動スロットル弁１７が接続されており、このスロットル弁１７にはスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ１８が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１９の一端がそれぞれ接続されている。
【００１６】
そして、エンジン１１には、クランク角を検出するクランク角センサ２０が設けられており、このクランク角センサ２０はエンジン回転速度Ｎｅを検出可能となっている。なお、上述した筒内噴射型エンジン１１は既に公知のものであり、その構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
【００１７】
また、エンジン１１の排気マニホールド１９には排気管（排気通路）２１が接続されており、この排気管２１にはエンジン１１に近接した小型の三元触媒２２及び排気浄化触媒装置２３を介して図示しないマフラーが接続されている。そして、この排気管２１における三元触媒２２と排気浄化触媒装置２３との間の部分には、排気浄化触媒装置２３の直上流、即ち、後述する吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の直上流に位置して排気温度を検出する高温センサ２４が設けられている。
【００１８】
この排気浄化触媒装置２３は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５と三元触媒２６との２つの触媒を有して構成されており、三元触媒２６の方が吸蔵型ＮＯｘ触媒２５よりも下流側に配設されている。なお、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が三元触媒の機能を十分に有している場合には、この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５だけとした三元触媒機能一体型吸蔵型ＮＯｘ触媒であってもよい。この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、酸化雰囲気においてＮＯｘを一旦吸蔵させ、主としてＣＯの存在する還元雰囲気中においてＮＯｘを放出してＮ2 （窒素）等に還元させる機能を持つものである。詳しくは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、貴金属として白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）等を有した触媒として構成されており、吸蔵剤としてはバリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採用されている。そして、排気浄化触媒装置２３の下流にはＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ２７が設けられている。
【００１９】
更に、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を有するＥＣＵ（電子コントロールユニット）２８が設けられており、このＥＣＵ２８によりエンジン１１を含めた本実施形態の排気浄化装置の総合的な制御が行われる。即ち、ＥＣＵ２８の入力側には、上述した高温センサ２４やＮＯｘセンサ２７等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。一方、ＥＣＵ２８の出力側には、点火コイルを介して上述した点火プラグ１３や燃料噴射弁１４等が接続されており、これら点火コイル、燃料噴射弁１４等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力される。これにより、燃料噴射弁１４から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ１３によって適正なタイミングで点火が実施される。
【００２０】
実際に、ＥＣＵ２８では、図示しないアクセル開度センサからのアクセル開度情報とクランク角センサ２０からのエンジン回転速度情報Ｎｅとに基づいてエンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち目標平均有効圧Ｐｅを求めるようにされており、更に、この目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じてマップ（図示せず）より燃料噴射モードを設定するようにされている。例えば、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとが共に小さいときには、燃料噴射モードは圧縮行程噴射モードとされて燃料が圧縮行程で噴射され、一方、目標平均有効圧Ｐｅが大きくなり、あるいはエンジン回転速度Ｎｅが大きくなると燃料噴射モードは吸気行程噴射モードとされ、燃料が吸気行程で噴射される。
【００２１】
そして、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標Ａ／Ｆに基づいて決定される。また、高温センサ２４により検出された排気温度情報からは触媒温度Ｔcat が推定される。詳しくは、高温センサ２４と吸蔵型ＮＯｘ触媒２５とが多少なりとも離れて配置されていることに起因する誤差を補正するために、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて温度差マップが予め実験等により設定されており、触媒温度Ｔcat は、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとが決まると一義に推定されるようにされている。
【００２２】
以下、このように構成された本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。
【００２３】
排気浄化触媒装置２３の吸蔵型ＮＯｘ触媒２５では、リーンモードにおける超リーン燃焼運転時のような酸素濃度過剰雰囲気で、排気中のＮＯｘから硝酸塩が生成され、これによりＮＯｘが吸蔵されて排気の浄化が行われる。一方、酸素濃度が低下した雰囲気で、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵した硝酸塩と排気中のＣＯとが反応して炭酸塩が生成されると共にＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘは排気中の還元剤や三元触媒２６により還元される。従って、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５へのＮＯｘの吸蔵が進むと、空燃比のリッチ化あるいは追加の燃料噴射を行うなどして酸素濃度を低下させてＣＯを排気中に供給し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘを放出させて機能を維持する。
【００２４】
ところで、燃料や潤滑油内に含まれるイオウ成分（ＳＯｘ）も排気中に存在し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、酸素濃度過剰雰囲気で、ＮＯｘの吸蔵とともにＳＯｘも吸蔵する。つまり、イオウ成分は酸化されてＳＯｘになり、このＳＯｘの一部は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５上でさらに元来ＮＯｘ吸蔵用である吸蔵剤と反応して硫酸塩となってＮＯｘに代わって吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵される。
【００２５】
また、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、酸素濃度が低下すると吸蔵されたＳＯｘを放出する傾向を有している。つまり、酸素濃度が低下してＣＯが過剰となった雰囲気では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵した硫酸塩の一部と排気中のＣＯとが反応して炭酸塩が生成され易くなると共にＳＯｘが脱離され易くなる。しかし、硫酸塩は硝酸塩よりも塩としての安定度が高く、酸素濃度が低下した雰囲気になっただけではその一部しか分解されないので、同時に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を所定の高温状態とする必要がある。そのため、触媒温度が高くならない運転が続いた場合には、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に残留する硫酸塩の量は時間とともに増加する。これにより、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の吸蔵能力が時間と共に低下し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５としての性能が悪化することになる（Ｓ被毒）。
【００２６】
本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵能力を再生するために、触媒状態検知手段がＳ再生頻度に相関する指標としての触媒昇温設定温度を推定し、触媒温度Ｔcat がこの触媒昇温設定温度以上となった場合（特定運転状態）に、触媒を昇温させ且つ空燃比をリッチ化して吸蔵したＳＯｘを放出し、ＮＯｘ吸蔵能力を回復するようにしている。なお、本実施形態においては、この触媒状態検知手段が、触媒におけるイオウ放出頻度に関連する指標を検出または推定するものとしているが、Ｓ再生頻度に代えて吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘ量を推定するものとしてもよく、この場合は吸蔵ＳＯｘ量が所定値以上（Ｓ被毒状況がある程度以上進行）になると、触媒を昇温させ且つ空燃比をリッチ化してＳＯｘを放出するようにすればよい。
【００２７】
そして、この触媒再生制御は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＳＯｘを放出する再生度合が所定範囲に保たれるように実行される。即ち、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度が活性温度（例えば、２５０〜３５０℃）より高く、且つ、吸蔵されたＳＯｘを脱離するのに適した温度（例えば、６５０〜８００℃）あるいはそれより低く設定された設定温度（例えば、６００℃）以上となった場合に、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温させると共に空燃比をリッチ化してＳＯｘを放出するようにしている。つまり、ある程度もともとの触媒温度が高いときにアシスト的に僅かに触媒を昇温させることによりＳ再生速度の速い触媒温度域に到達させ、少ない昇温度合（少ない燃費悪化度合）で効率よくＳＯｘを放出させるものである。
【００２８】
また、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘに対して、この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温させると共に空燃比をリッチ化にしてＳＯｘを放出するとき、ＳＯｘはＳＯ2 として放出されることから排気ガスが高温で且つ水素や一酸化炭素や炭化水素等が多く存在する還元雰囲気、特に水素が多い雰囲気（水素は空燃比がリッチである程比例的に増大）のもとでは、硫化水素（Ｈ2Ｓ）が発生して臭気を放ってしまう。そして、触媒の昇温最高温度が高いほど、あるいはその昇温速度が大きいほどＳＯ2 の放出量も多く、ＳＯ2 からＨ2Ｓが急激に多量に生成される。このため、本実施形態では、排気空燃比がリッチまたはストイキのときに吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が前述した所定の温度領域になるように昇温する特定運転状態にて、温度制御手段がＳ再生頻度に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の昇温最高温度あるいはその昇温速度を制御するようにしている。
【００２９】
ここで、Ｓパージ制御について、図２に示すフローチャート及び図３に示すタイムチャートに基づいて詳細に説明する。図２に示すように、まず、ステップＳ１では、高温センサ２４により検出された排気温度情報から吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat を推定する。この場合、前述したように、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて設定された温度差マップに基づいて、高温センサ２４と実際の触媒温度との誤差が補正される。
【００３０】
次に、ステップＳ２にて、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のＳ被毒からの再生（Ｓ再生）度合を表すＳ再生頻度を算出（頻度算定手段）するが、以下にその算出方法について説明する。このＳ再生頻度は下記式（１）に基づいて算出する。
Ｓ再生頻度（ｓ／km）＝７００℃換算Ｓ再生時間／走行距離 ・・（１）
ここで、７００℃換算Ｓ再生時間とは、推定された触媒温度Ｔcat におけるＳ再生時間を吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat が７００℃のときのＳ再生時間に換算した時間の合計であり、この７００℃換算Ｓ再生時間を走行距離で除算することで、走行距離１kmあたりのＳ再生時間、つまり、Ｓ再生頻度を求めることができ、このＳ再生頻度が大きくなるとＳＯｘが良く放出（パージ）されており、Ｓ被毒から良く再生されているということである。
【００３１】
この７００℃換算Ｓ再生時間の具体的な算出方法としては、下記式（２）に基づいて算出する。
ここで、Ｓ再生速度係数は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度によりＳ再生速度が異なることを補正するためのもので、各触媒温度でのＳ再生時間を７００℃相当のＳ再生時間に換算するためのものである。Ｓ再生速度は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度が高くなるにつれて指数関数的に増加するので、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat が５８０℃以下の低温時では０とし、それよりも高温時では、指数関数により近似した下式（３）をもって算出する。
Ｓ再生速度係数＝exp ｛−ｋｋ×（１／Ｔ1 ）−（１／Ｔ0 ）｝・・（３）
ここで、ｋｋは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のＳ再生反応に応じて設定される所定の係数、Ｔ1 は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat （Ｋ）、Ｔ0 は、９７３（７００＋２７３）（Ｋ）である。
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２８内では指数関数による計算は行わずに予め計算した値を記憶した触媒温度に対するＳ再生速度係数マップから求めるようにしている。また、前述したＡ／Ｆ係数は、Ａ／ＦによるＳ再生度合を示すもので、空燃比がリーンモードまたは燃料カット時では０とし、それ以外のモードでは１とする。なお、より細かく分類して、Ａ／Ｆ係数を空燃比がリーンモードまたは燃料カット時では０とし、ストイキＦ／Ｂモードでは２／３とし、リッチ（Ｏ／Ｌ）モードでは１としてよい。
【００３２】
なお、Ｓ再生頻度は、所定値Ｄ（例えば、１．５ｓ／km）以上でリセットされ、７００℃換算Ｓ再生時間を０ｓ、走行距離を０kmとする。つまり、Ｓ再生頻度が所定値Ｄ以上であれば、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は十分にパージされているとして再生を停止する。Ｓ再生頻度をリセットする際のしきい値Ｄの設定方法としては、次のようにすればよい。即ち、図４に示すように、Ｓ再生頻度が高いほどＮＯｘ排出値は小さくなることがわかっており、ＮＯｘの排出規制値以下となるようにＳ再生頻度を設定すればよい。このしきい値Ｄは、触媒特性やＮＯｘ量の目標値にも影響されるが、一般的に概ね１．５ｓ／km以上に設定すればよいことがわかっている。
【００３３】
このようにＳ再生頻度が求められたら、ステップＳ３にて、昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰ（℃）を算出する。この場合、図５に示すように、Ｓ再生頻度に対するＺＳＴＥＭＰのマップが予め設定されている。このマップによれば、Ｓ再生頻度が低いときには、ＺＳＴＥＭＰは６００℃に設定され、Ｓ再生頻度の上昇に伴ってＺＳＴＥＭＰが上昇し、所定値Ｄで８００℃としている。即ち、昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰはＳ再生頻度に基づいて変更されるようになっている。
【００３４】
そして、ステップＳ４において、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰ以上であるかどうかを判定し、触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰ以上であれば、Ｓ再生頻度がある程度低いと同時に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がある程度昇温されており、Ｓパージしやすい状態にあると推定されるため、ステップＳ５に移行し、制御モードをＳパージモードに切り換える。これにより吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘの除去（Ｓパージ制御）が開始される。
【００３５】
即ち、ステップＳ６では、点火時期を制御、つまり、リタード（遅角）させることで吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温する。つまり、点火時期リタードにより吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に流入する排気を十分に昇温させることにより、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５はＳパージ制御に適した温度（例えば、６５０℃〜８００℃）まで昇温されることになる。この場合、Ｓパージ制御によって放出されるＳＯ2 は、上述したように、還元雰囲気のもとで反応してＨ2Ｓを発生するのであるが、この際にＳ再生度合い（Ｓ再生頻度）に応じて点火時期リタードのリタード量を小さくし、あるいは変化速度を遅くして吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温最高温度を低くし、あるいは昇温速度を遅くすると、このＳＯ2 の放出量が一気に増加してＨ2Ｓが多量に発生し易いＳパージ制御の開始時において、ＳＯ2 の放出量を抑制してＨ2Ｓの発生濃度を低く抑えることができる。一般に、Ｈ2Ｓのピーク濃度が高いほど、Ｈ2Ｓの臭気が問題となりやすいが、本制御は特にＨ2Ｓのピーク濃度を低く抑えるのに有効である。
【００３６】
そして、この点火時期は下記式（４）によりリタードするように設定される。
ここで、ＺＳＳＡは、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて設定されたリタードマップに基づいて設定されるものであり、燃焼限界となるリタード量に余裕量を考慮した量として設定される。また、反映係数は、図６に示すように、触媒温度推定値、つまり、触媒温度Ｔcat に対応したマップに基づいて設定され、燃料のカット時やスロットル開度が所定値以上のときは０としている。更に、反映係数Ａは、０から１まで所定時間（所定行程数）かけて変化させるものであり、Ｓパージ制御の開始時のＳ再生頻度が小さいほど所定時間を長くし、触媒昇温速度を低下させて吸蔵型ＮＯｘ触媒２５をゆっくり昇温させる。また、反映係数Ｂは、Ｓパージ制御の開始時のＳ再生頻度のマップから求めるものであり、Ｓパージ制御の開始時のＳ再生頻度が小さいほど反映係数Ｂを小さくして最終的な点火時期リタード量を小さくし、触媒最高温度を低下させる。
【００３７】
つまり、図７に、ステップＳ１からステップＳ４の実施結果、ステップＳ５以降でのＳパージ制御の実施時における点火時期の変化（ａ）に基づいた触媒温度の時間変化（ｂ）とＨ2Ｓの発生濃度の時間変化（ｃ）とがタイムチャートとして示してある。この場合、従来のように点火時期をＳパージ制御の開始から直ぐ（もしくは徐々に変化させている場合においても、数サイクル程度の速い変化）に大きな量でリタードした場合を破線で示し、本実施形態のようにＳ再生頻度に応じて点火時期を徐々に所定の小さなリタード量に向けて移行させた場合を実線で示してある。このタイムチャートからわかるように、従来の制御（破線）では、Ｓパージ制御の開始直後に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が昇温されて触媒温度が直ちに所定の高温度まで上昇することで、一時的に大量のＨ2Ｓが発生していたが、本実施形態の制御（実線）では、Ｓパージ制御の開始直後から吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が徐々に昇温されて触媒温度がゆっくりと従来より低い所定の温度まで上昇することで、大量のＨ2Ｓの発生現象はなく、Ｓパージ開始直後のＨ2Ｓの発生濃度を低くすると共にこのまま保持することができ、Ｈ2Ｓ濃度を低く抑えて排気ガスが異臭を放つことを確実に防止することができる。
【００３８】
また、特に、点火時期を徐々にリタードさせて吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を徐々に昇温すると共に触媒温度を抑制することにより、Ｈ2Ｓの発生濃度を低い値のまま保持してＳＯ2 の放出を効率よく促進することができる。これにより、Ｓパージ制御の長期化を極力防止し、燃費の悪化を好適に防止しながら、Ｈ2Ｓ濃度を低く抑えることができる。
【００３９】
なお、上述の実施形態においては、反映係数Ａ及び反映係数Ｂは予めマップ等により定められた値を用いてオープンループ的な制御としたが、フィードバック的な制御としてもよい。即ち、Ｓ再生頻度に応じてまず目標とする触媒昇温速度及び触媒最高温度を設定し、それらから求まる設定目標温度と現時点での触媒水底温度（高温センサ２４の出力に基づいて推定）との偏差から、触媒推定温度が設定目標温度となるように点火時期リタード量をフィードバック制御により変化させるのである。このフィードバック制御方法としては、一般的な積分制御、比例制御、微分制御等を組み合わせて用いればよい。
【００４０】
なお、Ｓパージを行うときに点火時期リタードに応じてスロットル弁１７を作動してベーススロットル開度に対してスロットル開度θthを調整し、吸入空気量を操作しており、これによって点火時期リタードによるトルク低下分を補いトルクがほぼ一定となるように制御している。この場合、スロットル開度は下記式（５）により設定される。
スロットル開度＝ベーススロットル開度−ＺＳＥＴＶ×反映係数・・（５）
ここで、ＺＳＥＴＶは、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて設定されたスロットル開度補正マップに基づいて設定されるものであり、また、反映係数は、前述したように、図６に示すマップに基づいて設定される。なお、この場合、補正された点火時期（リタード後の点火時期）に対するスロットル開度θthのマップにより設定してもよい。
【００４１】
続いて、ステップＳ７では、空燃比が所定のリッチＡ／Ｆとなるように制御する。即ち、リーン運転を禁止し、ストイキＦ／Ｂ（リッチシフトを含む）もしくはオープンループのリッチ運転のみとし、空燃比がストイキもしくはリッチとなるようにする。
【００４２】
そして、図２に戻り、ステップＳ８では、触媒温度Ｔcat が所定値Ｋ（例えば、６５０℃）よりも低い状態が所定の設定時間Ｃ（例えば、４５sec ）経過したら、ステップＳ９にて、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温をやめると共に空燃比をリーン化してこのルーチンを抜ける。つまり、Ｓパージモードにしても触媒温度Ｔcat がイオウ成分の脱離に最適な温度（例えば、６５０℃以上）へなかなか近づかない場合に、燃費悪化を抑制するためにＳパージモードを停止させるようにしている。一方、触媒温度Ｔcat が所定時間Ｃが経過するまでに所定値Ｋ以上になれば、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温及び空燃比のリッチ化を継続する。
【００４３】
このようにしてＳパージモードでは、Ｓパージ制御のルーチンを繰り返すが、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘが放出されると、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のＳ再生頻度が大きくなり、図５のマップに基づいてＺＳＴＥＭＰも上昇する。そして、ＺＳＴＥＭＰが触媒温度Ｔcat を越えると、ステップＳ４において、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰより低くなって制御のルーチンを抜けてステップＳ９に進み、Ｓパージ制御を停止する。
【００４４】
なお、三元触媒２６がセリア、ジルコニア等のＯ2 ストレージ剤を含有している場合は内部に酸素を貯留する機能を有しているため、吸蔵型ＮＯｘ 触媒２５において発生したＨ2Ｓは、この三元触媒２６の内部の酸素によって良好に酸化処理される。これによっても排気ガスが異臭を放つことが確実に防止される。
【００４５】
ところで、上述した実施形態では、Ｓパージ制御時において、点火時期を徐々にリタードさせて吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を徐々に昇温すると共にリタード量を制限して触媒最高温度を抑制するようにしたが、例えば、上記ステップＳ６において、Ｓパージ制御が開始された時点で、Ｓパージ制御の点火時期を徐々にリタードさせて触媒最高温度については従来と同様の触媒温度まで昇温したり、また、Ｓパージ制御のリタード量を従来より低めの固定値として求め、この目標リタード量に応じてリタード量変化速度については一義に設定するようにしてもよい。この場合であっても、ＳＯ2 の放出時間は長くなるものの、従来、Ｓパージ制御の開始直後にＨ2Ｓが一時的に大量に発生していたのを抑えてＨ2Ｓの発生濃度を十分に低くするようにでき、Ｈ2Ｓ濃度を低く抑えて排ガスが異臭を放つことを確実に防止することができる。
【００４６】
なお、上述した実施形態では、Ｓパージ制御時にＳ再生頻度に応じてリタード量を所定値に向けて連続して滑らかに移行させたが、複数に分けて段階的（段階状）に移行させてもよい。また、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温方法も、点火時期リタードに限定されるものではなく、例えば、主燃料噴射後に膨張行程で追加燃料噴射を行う２段噴射でもよく、この場合、Ｓ再生頻度が小さいほど追加燃料噴射量を徐々に増やすことにより触媒昇温温度を制御すればよい。また、Ｓ再生頻度が小さいほど最終的な追加燃料噴射量を少なくすれば触媒最高温度を低くすることができる。その他、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の上流の排気管２１内に直接燃料を噴射するようなものであってもよく、更に、電気加熱触媒やバーナーを利用する等の加熱手段を用いてもよい。
【００４７】
また、触媒温度の求め方としては、上述の実施形態のように、高温センサ２４から求める方法の他に、目標平均有効圧Ｐｅ（エンジン負荷）とエンジン回転速度Ｎｅのマップとして予め実験的に触媒温度をＥＣＵ２８にメモリさせた値から求めてもよい。また、より簡略化して車速に対するマップとして予め実験的に触媒温度をＥＣＵ２８にメモリさせた値から求めてもよい。この場合、精度は多少低下するが、高温センサ２４を用いる必要がないためにコストが低減されるメリットがある。
【００４８】
ここで、上述したＳパージモードへの切換制御を図３のタイムチャートに基づいて具体的に説明する。図３に示すように、ＳパージモードがＯＦＦで、Ｓ再生頻度が低いとき、昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰは６００℃に設定されている。そして、ドライバの運転状態、例えば、加速時あるいは郊外道路、高速道路や山岳道路などを走行して触媒温度Ｔcat が上昇し、この触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰを越えると、ＳパージモードがＯＮ（ステップＳ４でＹｅｓと）なる。すると、点火時期をリタードして吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温すると共に空燃比をリッチ化するため、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘが放出される。そして、Ｓパージモードが継続するとＳ再生が進み、７００℃換算Ｓ再生時間が増加してＳ再生頻度が大きくなり、このＳ再生頻度が大きくなると、図４のマップに基づいてＺＳＴＥＭＰが上昇し、触媒温度Ｔcat を越える。
【００４９】
すると、ＳパージモードがＯＦＦ（ステップＳ４でＮｏ）となり、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温をやめるため、触媒温度Ｔcat が低下する。その後、触媒温度Ｔcat が低い状態で走行距離が延びると、Ｓ再生頻度が小さくなると共に、ＺＳＴＥＭＰが低下して６００℃に戻る。
【００５０】
また、ドライバの運転状態により触媒温度Ｔcat が再び上昇し、触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰを越えるとＳパージモードがＯＮ（ステップＳ４でＹｅｓ）される。このとき、例えば、ドライバが市街地のような場所で加減速を繰り返す運転状態を行っていると、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５はＳＯｘを放出するのに必要な高温状態になりにくい。即ち、この場合、触媒温度Ｔcat は最初ＺＳＴＥＭＰ（６００℃）を越えたものの６５０℃よりも低い状態が継続することとなり、この温度域ではＳ再生はされるもののＳ再生効率が低く、燃費悪化度合が多いわりにあまりＳ再生されない。そのため、この状態の継続時間が設定時間Ｃを経過したら、ＳパージモードをＯＦＦ（ステップＳ４でＮｏ）とすることで、点火時期リタード及びリッチ化を中止しＳ再生効率が低い温度域では燃費の悪化を抑制できる。
【００５１】
なお、Ｓパージモードにて、空燃比をリッチ空燃比モードとしてリーン空燃比モードへの移行を禁止しているが、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が高温であるときには、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の熱劣化対策のために既にリーン空燃比モードは禁止となっている場合もある。
【００５２】
このように本実施形態では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＳＯｘを放出する再生度合が所定範囲に保たれるように制御、つまり、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat が活性温度（例えば、２５０〜３５０℃）より高く、且つ、吸蔵されたＳＯｘを脱離するのに適した温度（例えば、６５０℃〜８００℃）あるいはそれより低く設定された昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰ以上となった場合に、点火時期をリタードして吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温させると共に空燃比をリッチ化してＳＯｘを放出する。
【００５３】
そして、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が強制Ｓパージ制御にてイオウ成分を放出する状態になった頻度は、この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＨ2Ｓが生成される特性と相関があることを発見し、このイオウ成分を放出する状態になった頻度（Ｓ再生頻度）に応じて点火時期を徐々に所定の小さなリタード量に向けて移行させ、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を徐々に昇温して触媒温度を従来より低い温度まで上昇させるように、触媒温度及びまたは昇温速度を制御している。
【００５４】
上述したように本実施形態では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がある程度高温状態にあるときに、アシスト的に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温してＳＯｘ放出に適した触媒温度域においてＳＯｘを放出して再生している。そのため、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が低温状態でＳＯｘの放出に最適な温度まで昇温するのに長時間を要するような場合に無理にＳ再生を実施するものではない。これによって長時間のリッチ化及び点火時期リタード、及び低温から大きく昇温しなければならないための大幅なリタードを行う必要がなく、燃費の悪化を抑制できる。
【００５５】
そして、このＳ再生時に、点火時期リタード直後に大量のＨ2Ｓの発生現象はなく、このときのＨ2Ｓの発生濃度を低くすると共にＨ2Ｓを低い濃度のまま保持することができ、Ｈ2Ｓ濃度を低く抑えて排気ガスが異臭を放つことを確実に防止する一方で、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の再生時間の長時間化を抑制して安定した触媒の再生が可能となる。
【００５６】
また、Ｓパージモードで触媒温度Ｔcat がイオウ成分の脱離に最適な温度（例えば、６５０℃以上）へ近づかない場合、設定時間Ｃを経過した後にＳパージモードを停止させるようにしている。従って、例えば、車両が市街地のような場所で加減速を繰り返す運転状態のときは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がＳＯｘを放出するのに最適な高温状態になりにくいため、設定時間Ｃの経過を待ってＳパージモードを中止させており、これによってＳ再生効率が良くない温度帯ではリッチ化及び昇温の継続に制限を設けることにより燃費の悪化を抑制できる。
【００５７】
なお、本実施形態では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度が活性温度を２５０℃〜３５０℃とし、吸蔵されたＳＯｘを脱離するのに適した温度を６５０℃から８００℃（より好ましくは７００℃以上）、昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰを６００℃から開始してＳ再生頻度により変化させるようにしたが、各温度は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の特性、あるいはエンジン形態や排気温度などにより適宜設定すればよいものである。
【００５８】
また、上述の実施形態では、強制Ｓパージ制御時に、排気空燃比がリッチまたはストイキのときに吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が所定の温度領域になるように昇温する特定運転状態にて、Ｓ再生頻度に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の昇温最高温度あるいはその昇温速度を制御したが、Ｓ再生頻度に代えて吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳ吸蔵量を推定し、このＳ吸蔵量に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の昇温最高温度あるいはその昇温速度を制御するようにしてもよいので、簡単に説明しておく。
【００５９】
ここで、吸蔵型ＮＯx触媒２５に吸蔵されたＳＯｘの吸蔵量（被毒Ｓ量Ｑｓ）の推定方法について説明する。この被毒Ｓ量Ｑｓは、基本的には燃料噴射積算量Ｑｆに基づき設定されるものであり、燃料噴射制御ルーチン（図示せず）の実行周期毎に次式により演算される。
Ｑｓ＝Ｑｓ（ｎ−１）＋ΔＱｆ・Ｋ−Ｒｓ ・・・（６）
ここに、Ｑｓ（ｎ−１）は被毒Ｓ量の前回値であり、ΔＱｆは実行周期当たりの燃料噴射積算量、Ｋは補正係数、Ｒｓは実行周期当たりの放出Ｓ量を示している。つまり、現在の被毒Ｓ量Ｑｓは、実行周期当たりの燃料噴射積算量ΔＱｆを補正係数Ｋで補正して積算するとともに、該積算値から実行周期当たりの放出Ｓ量Ｒｓを減算することで求められる。
【００６０】
この補正係数Ｋは、例えば、次式に示すように、空燃比Ａ／Ｆに応じたＳ被毒係数Ｋ１、燃料中のＳ含有量に応じたＳ被毒係数Ｋ２及び触媒温度Ｔcatに応じたＳ被毒係数Ｋ３の３つの補正係数の積からなっている。
Ｋ＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３ ・・・（７）
また、実行周期当たりの放出Ｓ量Ｒｓは次式から演算される。
Ｒｓ＝α・Ｒ１・Ｒ２・ｄＴ ・・・（８）
ここに、αは単位時間当たりの放出率（設定値）であり、ｄＴは燃料噴射制御ルーチンの実行周期を示しており、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ触媒温度Ｔcatに応じた放出能力係数及び空燃比Ａ／Ｆに応じた放出能力係数を示している。
【００６１】
従って、このＳ吸蔵量（被毒Ｓ量Ｑｓ）に応じて点火時期リタードの変化速度を遅くして吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温最高温度及び昇温速度を遅くすると、ＳＯ2 の放出量が一気に増加してＨ2Ｓが多量に発生し易いＳパージ制御の開始時において、ＳＯ2 の放出量を抑制してＨ2Ｓの発生濃度を低く抑えることができる。
【００６２】
また、空燃比をリッチ化させる手法はオープンループで目標Ａ／Ｆを変更する方式に限られるものではなく、例えば、Ｏ2 センサを利用したストイキフィードバック制御において、フィードバック制御用の積分ゲイン（係数）をリッチ側に大きくリーン側に小さく変更する方法を用いてもよい。そして、この場合は積分ゲインや比例ゲインの速度をＳ再生頻度に応じて設定することで平均空燃比をＳ再生頻度に応じて徐々にリッチ化させたり、ゲイン値そのものをＳ再生頻度に応じて設定することで平均空燃比自体がＳ再生頻度に応じてリッチ空燃比になるように制御すればよい。また、リッチ化手段として前述の２段噴射あるいは排気管２１内への直接燃料噴射を用いてもよい。
【００６３】
また、本発明は、Ｓ再生時に、イオウ放出頻度またはイオウ吸蔵量に関連する指標に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の温度あるいは昇温速度を制御することが特徴であるため、上述した実施形態のように、Ｓパージ制御を開始する条件としてＳ再生頻度を用いなくてもよい。例えば、ＮＯｘ吸蔵能力を再生するために吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳ吸蔵量（被毒Ｓ量Ｑｓ）が所定量以上になったことを条件としてＳパージ制御を開始するようにしてもよい。
【００６４】
ところで、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５における車両の加速時などに伴うリッチ化及び触媒温度による自然Ｓパージ時にも、ＳＯｘはＳＯ2 として放出されることから排気ガスが高温で且つ水素や一酸化炭素や炭化水素等が多く存在する還元雰囲気のもとでは、硫化水素（Ｈ2Ｓ）が発生して臭気を放ってしまう。そして、触媒が直ちに昇温され（触媒昇温温度が早い）、触媒温度が高温であるほど水素等の還元剤も多くＳＯ2 からＨ2Ｓが急激に多量に生成される。図８及び図９は、本発明の他の実施形態を示すものであり、自然Ｓパージ時、つまり、触媒温度が高い状態でリッチ化する場合は、そのリッチ度合を更に大きくして排気空燃比のリッチ化による燃料冷却効果により触媒の温度あるいは昇温速度を抑制するようにしたものである。
【００６５】
即ち、この自然Ｓパージ制御について、図８のフローチャートに示すように、ステップＳ１１では、高温センサ２４により検出された排気温度情報から吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat を推定する。ステップＳ１２では、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとに応じて決定される最終目標Ａ／Ｆがリーン空燃比からリッチ空燃比（ストイキ空燃比を含んでもよい）に切り換わった否か、即ち、運転者の加速操作に伴って機関運転状態に対応した最終目標Ａ／Ｆがリッチ空燃比に切り換わった否かが判定され、そうでない場合はそのままリターンし、リッチ空燃比に切り換わった場合は、ステップＳ１３に進む。
【００６６】
このステップＳ１３では、推定された触媒温度Ｔcatが所定の高温度ＴcatH（例えば、６５０℃）以上であるか否かを判定し、触媒温度Ｔcatが高温度ＴcatHより低ければステップＳ１４に進んで通常パターンでリッチ化して最終目標Ａ／Ｆとする一方、触媒温度Ｔcatが高温度ＴcatH以上であればステップＳ１５に進み、最終目標Ａ／Ｆより大きな目標Ａ／Ｆに向けてリッチ化する。このときの大きな目標Ａ／Ｆは、現時点での触媒温度Ｔcat、エンジン負荷、エンジン回転数等の運転条件に基づいて設定すればよい。そして、ステップＳ１４、Ｓ１５を経過した後はリターンする。ここで、前述のステップＳ１２、Ｓ１３では、エンジン１１の運転状態がエンリッチ運転とされ、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が吸蔵したイオウ成分を放出可能な高温状態に達しているか否かを判別している。
【００６７】
触媒温度Ｔcatが所定の高温度ＴcatHを超えているときにリッチ空燃比化されると、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘはＳＯ2として放出されると同時にＨ2Ｓが大量発生してしまう。そのため、車両の加速時などのエンリッチ運転のもとでは、前述のステップＳ１５のように、最終目標Ａ／Ｆより大きな目標のリッチ空燃比に向けてリッチ化するようにし、この燃料冷却効果により吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度あるいは昇温速度を低く抑えることで、Ｈ2Ｓが多量に発生し易い自然Ｓパージの開始時において、Ｈ2Ｓの発生量を少なく抑えるようにする。これによってＨ2Ｓが多量に発生しやすい自然Ｓパージ開始時のＨ2Ｓ濃度を低く抑えることができる。
【００６８】
つまり、図９に、加速運転時における目標Ａ／Ｆの時間変化（ａ）に基づいた触媒温度の時間変化（ｂ）とＨ2Ｓ発生量の時間変化（ｃ）とがタイムチャートとして示してある。この場合、従来（通常のリッチ化）のように最終目標Ａ／Ｆの切換時から所定のリッチ空燃比ＡＦ1（例えば、値１４）とした場合を破線で示し、本実施形態のように最終目標Ａ／Ｆより大きな目標のリッチ空燃比に向けてリッチ化させた場合を実線で示してある。このタイムチャートからわかるように、従来の制御（破線）では、最終目標Ａ／Ｆの切換直後に一時的に大量にＨ2Ｓが発生していたが、本実施形態の制御（実線）では、切換直後のＨ2Ｓの発生濃度を低くすると共にこのまま保持するようにでき、エンリッチ運転の場合においてもＨ2Ｓ濃度を低く抑えて排ガスが異臭を放つことを確実に防止することができる。
【００６９】
なお、上述実施形態においては、ステップＳ１１にて、現時点の吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat を推定し、ステップＳ１３にて、触媒温度Ｔcatと高温度ＴcatHとを比較して目標Ａ／Ｆ以上にリッチするかどうかを判定するようにしたが、制御の遅れ、排気系の遅れ、触媒の熱容量が大きいことによる昇温の遅れ等があるため、現時点での触媒温度Ｔcatに基づいた制御では触媒昇温に対して目標Ａ／Ｆ増大による冷却が間に合わない場合がある。そこで、ステップＳ１３での判定条件をステップＳ１１で算出した現在の触媒温度Ｔcat、目標Ａ／Ｆ、運転条件（負荷・回転数、あるいは車速、水温等）に基づいて、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度最高温度予測値を算出し、その触媒最高温度予測値が所定値以上のとき、ステップＳ１５で目標Ａ／Ｆ以上にリッチ化するように変更してもよい。また、ステップＳ１３にて、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒最高温度予測値に代えて、ステップＳ１１で算出した現在の触媒温度Ｔcat、目標Ａ／Ｆ、運転条件（負荷・回転数、あるいは車速、水温等）に基づいて、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度上昇率予測値を算出し、その触媒温度上昇率予測値が所定値以上のとき、ステップＳ１５で目標Ａ／Ｆ以上にリッチ化するようにしてもよい。
【００７０】
更に、ステップＳ１３にて、触媒最高温度予測値が所定値以上で且つ触媒温度上昇率予測値が所定値以上のとき、ステップＳ１５で目標Ａ／Ｆ以上にリッチ化するようにしてもよいし、ステップＳ１３にて、触媒最高温度予測値が所定値以上または触媒温度上昇率予測値が所定値以上のとき、ステップＳ１５で目標Ａ／Ｆ以上にリッチ化するようにしてもよい。また、ステップＳ１３の判定条件として、「Ｓ再生頻度が所定値以下のとき」を追加してもよい。このときは、ステップＳ１５での「目標Ａ／Ｆ以上にリッチ化」の終了条件として、「Ｓ再生頻度が所定値以上になったとき」としてもよい。更に、ステップＳ１３での判定条件として、「目標Ａ／Ｆが所定Ａ／Ｆ（燃料冷却効果の大きなＡ／Ｆ、例えば、Ａ／Ｆ＝１３）を追加してもよい。
【００７１】
なお、リッチ化による燃料冷却効果で吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度あるいは昇温速度を低く抑えるようにしたが、この手法以外に、エンジン冷却水を触媒の周辺に流動させたり、別途触媒のための冷却手段を設けてもよい。
【００７２】
このように本実施形態では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が高温状態でリッチ化されて自然に触媒から吸蔵したイオウ成分が放出される場合には、空燃比を目標Ａ／Ｆよりも大きな値でリッチ化させるようにする。従って、自然Ｓパージに伴って大量のＨ2Ｓが急激に発生する現象はなく、このＨ2Ｓの発生濃度を小さくすると共にＨ2Ｓ濃度を小さい値のまま保持することができ、Ｈ2Ｓ濃度を低く抑えて排気ガスが異臭を放つことを確実に防止することができ、このＨ2Ｓの大量発生の防止制御は、車両の加速時などに伴うリッチ化で自然にＳパージする場合に適用すると有効的である。
【００７３】
なお、上述の実施形態においては、Ｓ再生頻度またはＳ吸蔵量に基づいて触媒温度あるいは昇温速度を制御することでＨ2Ｓの放出を制御するようにしたが、これらの方法とＳ再生頻度またはＳ吸蔵量に基づいてＳパージ時のＡ／Ｆを徐々に変更させる方法、あるいはＳ再生頻度またはＳ吸蔵量に基づいてＳパージ時のＡ／Ｆのリッチ度合を変化させる方法を組み合わせてもよい。
【００７４】
また、上述の各実施形態では、エンジン１１を筒内噴射型ガソリンエンジンとしたが、これに限られず、吸気管噴射型ガソリンエンジンであってもよく、また、上記実施形態では、三元触媒２２を設けて排気ガスの浄化効率を向上させているが、必ずしも三元触媒２２を設けなくてもよく、三元触媒２２がなくても本発明を好適に実現可能である。また、イオウ成分を吸蔵して放出する触媒としては吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を上述の実施形態において取り上げたが、触媒としてはその他のものであってもよく、吸着したＮＯｘを直接接触還元する吸着型ＮＯｘ触媒やイオウ成分を吸蔵しやすいタイプの三元触媒であってもよい。更には、エンジンとしては、ディーゼルエンジンに適用することも可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒の温度が所定の触媒昇温設定温度以上となる特定運転状態において、触媒におけるイオウ放出頻度またはイオウ吸蔵量に関連する指標に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の温度あるいは昇温速度を制御するようにしたので、触媒からＨ2Ｓが一度に大量に発生するのを防止して放出濃度を低く抑え、排気ガスの異臭を防止する一方で、触媒の再生時間の長時間化を抑制して安定した触媒装置の再生を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態の排気浄化装置による強制Ｓパージ制御のフローチャートである。
【図３】Ｓパージ制御のタイムチャートである。
【図４】Ｓ再生頻度とＮＯｘ排出量との関係を表すグラフである。
【図５】Ｓ再生頻度に対する昇温設定温度を表すグラフである。
【図６】触媒温度推定値に対する反映係数を表すグラフである。
【図７】強制Ｓパージ制御における点火時期リタード量及び触媒温度の時間変化に対するＨ2Ｓ発生濃度の時間変化を表すタイムチャートである。
【図８】本発明の他の実施形態による自然Ｓパージ制御のフローチャートである。
【図９】自然Ｓパージ制御における目標Ａ／Ｆ及び触媒温度の時間変化に対するＨ2Ｓ発生濃度の時間変化を表すタイムチャートである。
【符号の説明】
１１ エンジン（内燃機関）
２１ 排気管（排気通路）
２２ 三元触媒
２３ 排気浄化触媒装置
２４ 高温センサ
２５ 吸蔵型ＮＯｘ触媒（触媒）
２６ 三元触媒
２７ ＮＯｘセンサ
２８ 電子コントロールユニット，ＥＣＵ（触媒状態検知手段、特定運転状態検出手段、温度制御手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気通路に排気中のイオウ成分を吸蔵すると共に高温で且つ排気空燃比がリッチまたはストイキのときに吸蔵されたイオウ成分を放出する特性を持つ触媒を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関をリーン空燃比で運転して燃費の向上を図るようにした希薄燃焼内燃機関が実用化されている。この希薄燃焼内燃機関では、リーン空燃比で運転すると、三元触媒がその浄化特性から排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を充分に浄化できないという問題があり、最近では、リーン空燃比で運転中に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、ストイキまたはリッチ空燃比で運転中に吸蔵されたＮＯｘを放出還元する吸蔵型ＮＯｘ触媒が採用されてきている。
【０００３】
この吸蔵型ＮＯｘ触媒は、内燃機関の酸素の過剰状態で排気ガス中のＮＯｘを硝酸塩（Ｘ−ＮＯ3 ）として吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを一酸化炭素（ＣＯ）の過剰状態で放出して窒素（Ｎ2 ）に還元させる特性（同時に炭酸塩Ｘ−ＣＯ3 が生成される）を有した触媒である。ところが、燃料中にはイオウ（Ｓ）成分が含まれており、このＳ成分は酸素と反応して硫黄酸化物（ＳＯｘ）となり、このＳＯｘがＮＯｘの代わりに硫酸塩として硝酸塩の代わりに吸蔵型ＮＯｘ触媒に吸蔵されてしまい、触媒の浄化効率が低下してしまうという問題がある。しかしながら、触媒に吸蔵されたＳＯｘは、空燃比をリッチまたはストイキ状態にして触媒を高温状態にすることで、ＳＯ2 として放出（Ｓパージ）されることがわかっている。例えば、特開平７−２１７４７４号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＳＯ2 が放出されると、排気ガスが高温で且つ一酸化炭素や炭化水素等が多く存在する還元雰囲気のもとでは、例えば、下記各化学反応式に従って硫化水素（Ｈ2Ｓ）が発生する。
ＳＯ2 ＋３Ｈ2 →Ｈ2Ｓ＋２Ｈ2Ｏ
ＳＯ2 ＋２ＣＯ＋Ｈ2 →Ｈ2Ｓ＋ＣＯ2
３ＳＯ2 ＋Ｃ3Ｈ6→３Ｈ2Ｓ＋３ＣＯ2
このＨ2Ｓは、一般に知られるように強い臭気を発するために極力発生しないようにすることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、前述した公報に開示された技術では、吸蔵されたＳＯｘがＳＯ2 として瞬時に多量に放出されることになるため、この放出されたＳＯ2 と触媒周辺のＨ2 、ＣＯ、ＨＣ等との化学反応が急速に進行することになり、Ｈ2Ｓが急激に大量に生成されてしまうことになる。このようにＨ2Ｓが急激に大量に生成されると、Ｈ2Ｓ濃度が局所的に高まることになり、大気中に排出された排気ガスが極めて強い臭気を放ち好ましいことではない。
【０００６】
なお、特開平１１−１０７８０９号公報に開示された「エンジンの制御装置」には、ＮＯｘ触媒の再生制御に関して、Ｈ2Ｓは排気ガス温度が高いときに発生するために、温度が高いときは排気空燃比のリッチ化の度合をストイキ程度に小さくしてＨ2Ｓの精整を抑制する技術が開示されている。ところが、本発明者らの研究では、Ｈ2Ｓの生成特性は、温度に対して指数関数的に増大する特性を示すことがわかった。そのため、前述した公報に記載された技術のように、温度を基準にリッチ化の度合を弱めるだけでは、Ｈ2Ｓの生成を効率よく抑制する事はできない。即ち、触媒温度が特に高い領域では、Ｓを放出しながらＨ2Ｓの生成を抑制するのは困難であり、Ｈ2Ｓの生成を抑制できる空燃比にするとＳ放出時間が極端に長くなってしまい、一方で、Ｓ放出時間が長くならない程度の空燃比を設定するとＨ2Ｓの生成を十分に抑制することができないという問題がある。このため、上述したような制御のみでＨ2Ｓの大気への放出を抑制する手法には限界があり、十分な効果が得られないという問題がある。また、このような触媒のＳ放出時におけるＨ2Ｓ生成特性は、温度以外の触媒状態によっても変化するが、上述した公報にはこのような点は何ら考慮されておらず、改良の余地が十分にある。
【０００７】
このような点について、本発明者らは研究を進めた結果、触媒からのイオウ成分の放出時におけるＨ2Ｓの生成特性は、触媒がイオウ成分を放出する状態になった頻度や触媒のイオウ吸蔵量にも相関があるとの知見が得られた。従って、本発明は上述した問題を解決するために、イオウ成分を放出可能な状態になった頻度やイオウ吸蔵量に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の温度あるいは昇温速度を制御することで、触媒からのＳＯｘの放出に伴って生成されるＨ2Ｓの濃度を低く抑えて排気ガスの異臭を防止する一方で、触媒の再生時間の長時間化を抑制して安定した触媒装置の再生を可能とした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路に排気中のイオウ成分を吸蔵すると共にその温度が所定の触媒昇温設定温度以上で且つ排気空燃比がリッチまたはストイキのときに吸蔵したイオウ成分を放出する特性を有する触媒を設け、触媒状態検知手段が触媒におけるイオウ放出頻度またはイオウ吸蔵量に関連する指標を検出または推定し、特定運転状態検出手段が触媒の温度が所定の触媒昇温設定温度以上となる特定運転状態を検出し、温度制御手段は特定運転状態検出手段が特定運転状態を検出したときに上記指標に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の温度あるいは昇温速度を制御するようにしている。
【０００９】
触媒におけるイオウ放出頻度やイオウ吸蔵量は、触媒からの硫黄放出時における硫化水素の生成特性と相関があり、このイオウ放出頻度あるいはイオウ吸蔵量に関連する指標に応じて、イオウが放出される特定運転状態における触媒の温度あるいは昇温速度を硫化水素の生成を抑制するように制御するので、イオウ成分の放出による触媒再生と硫化水素の抑制とを両立できる温度あるいは昇温速度で触媒の再生を行うことができ、硫化水素の放出濃度を低く抑えて排気ガスの異臭を防止する一方で、触媒の再生時間の長時間化を抑制して安定した触媒装置の再生が可能となる。
【００１０】
この場合、触媒状態検知手段は、触媒からイオウ成分が放出される頻度を検出または推定し、温度制御手段は、この頻度が低いほど触媒の温度あるいは昇温速度が小さくなるように制御するように作動することが望ましい。また、触媒状態検知手段は、触媒に吸蔵されたイオウ成分の量を検出または推定し、温度制御手段は、このイオウ吸蔵量が多いほど触媒の温度あるいは昇温速度が小さくなるように制御するように作動することが望ましい。更に、特定運転状態は、触媒からイオウ成分を放出させるように触媒を強制的に昇温させる運転状態であり、温度制御手段は触媒の最高温度あるいは昇温速度を制御するものであってもよい。また、特定運転状態検出手段は、内燃機関の加速等に伴う特定運転状態への移行を検出し、温度制御手段は排気空燃比のリッチ化による燃料冷却効果により触媒の温度あるいは昇温速度を制御するものであってもよい。更に、温度制御手段は、特定運転状態において指標に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の温度と昇温速度のいずれか一方、または両方を制御するようにしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１に本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成、図２に本実施形態の排気浄化装置による強制Ｓパージ制御のフローチャート、図３にＳパージ制御のタイムチャート、図４にＳ再生頻度とＮＯｘ排出量との関係を表すグラフ、図５にＳ再生頻度に対する昇温設定温度を表すグラフ、図６に触媒温度推定値に対する反映係数を表すグラフ、図７に強制Ｓパージ制御における点火時期リタード量及び触媒温度の時間変化に対するＨ2Ｓ発生濃度の時間変化を表すタイムチャート、図８に本発明の他の実施形態による自然Ｓパージ制御のフローチャート、図９に自然Ｓパージ制御における目標Ａ／Ｆ及び触媒温度の時間変化に対するＨ2Ｓ発生濃度の時間変化を表すタイムチャートを示す。
【００１３】
本実施形態の内燃機関（以下、エンジンと称する。）は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）を切換えることで、吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンである。そして、この筒内噴射型のエンジン１１は、理論空燃比（ストイキ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能となっており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空燃比での運転が可能となっている。
【００１４】
本実施形態において、図１に示すように、エンジン１１のシリンダヘッド１２には、各気筒毎に点火プラグ１３と共に電磁式の燃料噴射弁１４が取付けられており、この燃料噴射弁１４によって燃焼室１５内に燃料を直接噴射可能となっている。この燃料噴射弁１４には、図示しない燃料パイプを介して燃料供給装置（燃料ポンプ）が接続されており、燃料タンク内の燃料が高燃圧で供給され、この燃料を燃料噴射弁１４から燃焼室１５内に向けて所望の燃圧で噴射する。この際、燃料噴射量は燃料ポンプの燃料吐出圧と燃料噴射弁１４の開弁時間（燃料噴射時間）とから決定される。
【００１５】
シリンダヘッド１２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１６の一端がそれぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド１６の他端にはドライブバイワイヤ（ＤＢＷ）方式の電動スロットル弁１７が接続されており、このスロットル弁１７にはスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ１８が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１９の一端がそれぞれ接続されている。
【００１６】
そして、エンジン１１には、クランク角を検出するクランク角センサ２０が設けられており、このクランク角センサ２０はエンジン回転速度Ｎｅを検出可能となっている。なお、上述した筒内噴射型エンジン１１は既に公知のものであり、その構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
【００１７】
また、エンジン１１の排気マニホールド１９には排気管（排気通路）２１が接続されており、この排気管２１にはエンジン１１に近接した小型の三元触媒２２及び排気浄化触媒装置２３を介して図示しないマフラーが接続されている。そして、この排気管２１における三元触媒２２と排気浄化触媒装置２３との間の部分には、排気浄化触媒装置２３の直上流、即ち、後述する吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の直上流に位置して排気温度を検出する高温センサ２４が設けられている。
【００１８】
この排気浄化触媒装置２３は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５と三元触媒２６との２つの触媒を有して構成されており、三元触媒２６の方が吸蔵型ＮＯｘ触媒２５よりも下流側に配設されている。なお、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が三元触媒の機能を十分に有している場合には、この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５だけとした三元触媒機能一体型吸蔵型ＮＯｘ触媒であってもよい。この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、酸化雰囲気においてＮＯｘを一旦吸蔵させ、主としてＣＯの存在する還元雰囲気中においてＮＯｘを放出してＮ2 （窒素）等に還元させる機能を持つものである。詳しくは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、貴金属として白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）等を有した触媒として構成されており、吸蔵剤としてはバリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採用されている。そして、排気浄化触媒装置２３の下流にはＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ２７が設けられている。
【００１９】
更に、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を有するＥＣＵ（電子コントロールユニット）２８が設けられており、このＥＣＵ２８によりエンジン１１を含めた本実施形態の排気浄化装置の総合的な制御が行われる。即ち、ＥＣＵ２８の入力側には、上述した高温センサ２４やＮＯｘセンサ２７等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。一方、ＥＣＵ２８の出力側には、点火コイルを介して上述した点火プラグ１３や燃料噴射弁１４等が接続されており、これら点火コイル、燃料噴射弁１４等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力される。これにより、燃料噴射弁１４から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ１３によって適正なタイミングで点火が実施される。
【００２０】
実際に、ＥＣＵ２８では、図示しないアクセル開度センサからのアクセル開度情報とクランク角センサ２０からのエンジン回転速度情報Ｎｅとに基づいてエンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち目標平均有効圧Ｐｅを求めるようにされており、更に、この目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じてマップ（図示せず）より燃料噴射モードを設定するようにされている。例えば、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとが共に小さいときには、燃料噴射モードは圧縮行程噴射モードとされて燃料が圧縮行程で噴射され、一方、目標平均有効圧Ｐｅが大きくなり、あるいはエンジン回転速度Ｎｅが大きくなると燃料噴射モードは吸気行程噴射モードとされ、燃料が吸気行程で噴射される。
【００２１】
そして、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標Ａ／Ｆに基づいて決定される。また、高温センサ２４により検出された排気温度情報からは触媒温度Ｔcat が推定される。詳しくは、高温センサ２４と吸蔵型ＮＯｘ触媒２５とが多少なりとも離れて配置されていることに起因する誤差を補正するために、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて温度差マップが予め実験等により設定されており、触媒温度Ｔcat は、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとが決まると一義に推定されるようにされている。
【００２２】
以下、このように構成された本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。
【００２３】
排気浄化触媒装置２３の吸蔵型ＮＯｘ触媒２５では、リーンモードにおける超リーン燃焼運転時のような酸素濃度過剰雰囲気で、排気中のＮＯｘから硝酸塩が生成され、これによりＮＯｘが吸蔵されて排気の浄化が行われる。一方、酸素濃度が低下した雰囲気で、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵した硝酸塩と排気中のＣＯとが反応して炭酸塩が生成されると共にＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘは排気中の還元剤や三元触媒２６により還元される。従って、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５へのＮＯｘの吸蔵が進むと、空燃比のリッチ化あるいは追加の燃料噴射を行うなどして酸素濃度を低下させてＣＯを排気中に供給し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘを放出させて機能を維持する。
【００２４】
ところで、燃料や潤滑油内に含まれるイオウ成分（ＳＯｘ）も排気中に存在し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、酸素濃度過剰雰囲気で、ＮＯｘの吸蔵とともにＳＯｘも吸蔵する。つまり、イオウ成分は酸化されてＳＯｘになり、このＳＯｘの一部は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５上でさらに元来ＮＯｘ吸蔵用である吸蔵剤と反応して硫酸塩となってＮＯｘに代わって吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵される。
【００２５】
また、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、酸素濃度が低下すると吸蔵されたＳＯｘを放出する傾向を有している。つまり、酸素濃度が低下してＣＯが過剰となった雰囲気では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵した硫酸塩の一部と排気中のＣＯとが反応して炭酸塩が生成され易くなると共にＳＯｘが脱離され易くなる。しかし、硫酸塩は硝酸塩よりも塩としての安定度が高く、酸素濃度が低下した雰囲気になっただけではその一部しか分解されないので、同時に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を所定の高温状態とする必要がある。そのため、触媒温度が高くならない運転が続いた場合には、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に残留する硫酸塩の量は時間とともに増加する。これにより、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の吸蔵能力が時間と共に低下し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５としての性能が悪化することになる（Ｓ被毒）。
【００２６】
本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵能力を再生するために、触媒状態検知手段がＳ再生頻度に相関する指標としての触媒昇温設定温度を推定し、触媒温度Ｔcat がこの触媒昇温設定温度以上となった場合（特定運転状態）に、触媒を昇温させ且つ空燃比をリッチ化して吸蔵したＳＯｘを放出し、ＮＯｘ吸蔵能力を回復するようにしている。なお、本実施形態においては、この触媒状態検知手段が、触媒におけるイオウ放出頻度に関連する指標を検出または推定するものとしているが、Ｓ再生頻度に代えて吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘ量を推定するものとしてもよく、この場合は吸蔵ＳＯｘ量が所定値以上（Ｓ被毒状況がある程度以上進行）になると、触媒を昇温させ且つ空燃比をリッチ化してＳＯｘを放出するようにすればよい。
【００２７】
そして、この触媒再生制御は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＳＯｘを放出する再生度合が所定範囲に保たれるように実行される。即ち、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度が活性温度（例えば、２５０〜３５０℃）より高く、且つ、吸蔵されたＳＯｘを脱離するのに適した温度（例えば、６５０〜８００℃）あるいはそれより低く設定された設定温度（例えば、６００℃）以上となった場合に、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温させると共に空燃比をリッチ化してＳＯｘを放出するようにしている。つまり、ある程度もともとの触媒温度が高いときにアシスト的に僅かに触媒を昇温させることによりＳ再生速度の速い触媒温度域に到達させ、少ない昇温度合（少ない燃費悪化度合）で効率よくＳＯｘを放出させるものである。
【００２８】
また、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘに対して、この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温させると共に空燃比をリッチ化にしてＳＯｘを放出するとき、ＳＯｘはＳＯ2 として放出されることから排気ガスが高温で且つ水素や一酸化炭素や炭化水素等が多く存在する還元雰囲気、特に水素が多い雰囲気（水素は空燃比がリッチである程比例的に増大）のもとでは、硫化水素（Ｈ2Ｓ）が発生して臭気を放ってしまう。そして、触媒の昇温最高温度が高いほど、あるいはその昇温速度が大きいほどＳＯ2 の放出量も多く、ＳＯ2 からＨ2Ｓが急激に多量に生成される。このため、本実施形態では、排気空燃比がリッチまたはストイキのときに吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が前述した所定の温度領域になるように昇温する特定運転状態にて、温度制御手段がＳ再生頻度に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の昇温最高温度あるいはその昇温速度を制御するようにしている。
【００２９】
ここで、Ｓパージ制御について、図２に示すフローチャート及び図３に示すタイムチャートに基づいて詳細に説明する。図２に示すように、まず、ステップＳ１では、高温センサ２４により検出された排気温度情報から吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat を推定する。この場合、前述したように、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて設定された温度差マップに基づいて、高温センサ２４と実際の触媒温度との誤差が補正される。
【００３０】
次に、ステップＳ２にて、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のＳ被毒からの再生（Ｓ再生）度合を表すＳ再生頻度を算出（頻度算定手段）するが、以下にその算出方法について説明する。このＳ再生頻度は下記式（１）に基づいて算出する。
Ｓ再生頻度（ｓ／km）＝７００℃換算Ｓ再生時間／走行距離 ・・（１）
ここで、７００℃換算Ｓ再生時間とは、推定された触媒温度Ｔcat におけるＳ再生時間を吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat が７００℃のときのＳ再生時間に換算した時間の合計であり、この７００℃換算Ｓ再生時間を走行距離で除算することで、走行距離１kmあたりのＳ再生時間、つまり、Ｓ再生頻度を求めることができ、このＳ再生頻度が大きくなるとＳＯｘが良く放出（パージ）されており、Ｓ被毒から良く再生されているということである。
【００３１】
この７００℃換算Ｓ再生時間の具体的な算出方法としては、下記式（２）に基づいて算出する。
Ｓ再生速度係数＝exp ｛−ｋｋ×（１／Ｔ1 ）−（１／Ｔ0 ）｝・・（３）
ここで、ｋｋは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のＳ再生反応に応じて設定される所定の係数、Ｔ1 は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat （Ｋ）、Ｔ0 は、９７３（７００＋２７３）（Ｋ）である。
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２８内では指数関数による計算は行わずに予め計算した値を記憶した触媒温度に対するＳ再生速度係数マップから求めるようにしている。また、前述したＡ／Ｆ係数は、Ａ／ＦによるＳ再生度合を示すもので、空燃比がリーンモードまたは燃料カット時では０とし、それ以外のモードでは１とする。なお、より細かく分類して、Ａ／Ｆ係数を空燃比がリーンモードまたは燃料カット時では０とし、ストイキＦ／Ｂモードでは２／３とし、リッチ（Ｏ／Ｌ）モードでは１としてよい。
【００３２】
なお、Ｓ再生頻度は、所定値Ｄ（例えば、１．５ｓ／km）以上でリセットされ、７００℃換算Ｓ再生時間を０ｓ、走行距離を０kmとする。つまり、Ｓ再生頻度が所定値Ｄ以上であれば、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は十分にパージされているとして再生を停止する。Ｓ再生頻度をリセットする際のしきい値Ｄの設定方法としては、次のようにすればよい。即ち、図４に示すように、Ｓ再生頻度が高いほどＮＯｘ排出値は小さくなることがわかっており、ＮＯｘの排出規制値以下となるようにＳ再生頻度を設定すればよい。このしきい値Ｄは、触媒特性やＮＯｘ量の目標値にも影響されるが、一般的に概ね１．５ｓ／km以上に設定すればよいことがわかっている。
【００３３】
このようにＳ再生頻度が求められたら、ステップＳ３にて、昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰ（℃）を算出する。この場合、図５に示すように、Ｓ再生頻度に対するＺＳＴＥＭＰのマップが予め設定されている。このマップによれば、Ｓ再生頻度が低いときには、ＺＳＴＥＭＰは６００℃に設定され、Ｓ再生頻度の上昇に伴ってＺＳＴＥＭＰが上昇し、所定値Ｄで８００℃としている。即ち、昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰはＳ再生頻度に基づいて変更されるようになっている。
【００３４】
そして、ステップＳ４において、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰ以上であるかどうかを判定し、触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰ以上であれば、Ｓ再生頻度がある程度低いと同時に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がある程度昇温されており、Ｓパージしやすい状態にあると推定されるため、ステップＳ５に移行し、制御モードをＳパージモードに切り換える。これにより吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘの除去（Ｓパージ制御）が開始される。
【００３５】
即ち、ステップＳ６では、点火時期を制御、つまり、リタード（遅角）させることで吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温する。つまり、点火時期リタードにより吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に流入する排気を十分に昇温させることにより、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５はＳパージ制御に適した温度（例えば、６５０℃〜８００℃）まで昇温されることになる。この場合、Ｓパージ制御によって放出されるＳＯ2 は、上述したように、還元雰囲気のもとで反応してＨ2Ｓを発生するのであるが、この際にＳ再生度合い（Ｓ再生頻度）に応じて点火時期リタードのリタード量を小さくし、あるいは変化速度を遅くして吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温最高温度を低くし、あるいは昇温速度を遅くすると、このＳＯ2 の放出量が一気に増加してＨ2Ｓが多量に発生し易いＳパージ制御の開始時において、ＳＯ2 の放出量を抑制してＨ2Ｓの発生濃度を低く抑えることができる。一般に、Ｈ2Ｓのピーク濃度が高いほど、Ｈ2Ｓの臭気が問題となりやすいが、本制御は特にＨ2Ｓのピーク濃度を低く抑えるのに有効である。
【００３６】
そして、この点火時期は下記式（４）によりリタードするように設定される。
【００３７】
つまり、図７に、ステップＳ１からステップＳ４の実施結果、ステップＳ５以降でのＳパージ制御の実施時における点火時期の変化（ａ）に基づいた触媒温度の時間変化（ｂ）とＨ2Ｓの発生濃度の時間変化（ｃ）とがタイムチャートとして示してある。この場合、従来のように点火時期をＳパージ制御の開始から直ぐ（もしくは徐々に変化させている場合においても、数サイクル程度の速い変化）に大きな量でリタードした場合を破線で示し、本実施形態のようにＳ再生頻度に応じて点火時期を徐々に所定の小さなリタード量に向けて移行させた場合を実線で示してある。このタイムチャートからわかるように、従来の制御（破線）では、Ｓパージ制御の開始直後に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が昇温されて触媒温度が直ちに所定の高温度まで上昇することで、一時的に大量のＨ2Ｓが発生していたが、本実施形態の制御（実線）では、Ｓパージ制御の開始直後から吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が徐々に昇温されて触媒温度がゆっくりと従来より低い所定の温度まで上昇することで、大量のＨ2Ｓの発生現象はなく、Ｓパージ開始直後のＨ2Ｓの発生濃度を低くすると共にこのまま保持することができ、Ｈ2Ｓ濃度を低く抑えて排気ガスが異臭を放つことを確実に防止することができる。
【００３８】
また、特に、点火時期を徐々にリタードさせて吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を徐々に昇温すると共に触媒温度を抑制することにより、Ｈ2Ｓの発生濃度を低い値のまま保持してＳＯ2 の放出を効率よく促進することができる。これにより、Ｓパージ制御の長期化を極力防止し、燃費の悪化を好適に防止しながら、Ｈ2Ｓ濃度を低く抑えることができる。
【００３９】
なお、上述の実施形態においては、反映係数Ａ及び反映係数Ｂは予めマップ等により定められた値を用いてオープンループ的な制御としたが、フィードバック的な制御としてもよい。即ち、Ｓ再生頻度に応じてまず目標とする触媒昇温速度及び触媒最高温度を設定し、それらから求まる設定目標温度と現時点での触媒水底温度（高温センサ２４の出力に基づいて推定）との偏差から、触媒推定温度が設定目標温度となるように点火時期リタード量をフィードバック制御により変化させるのである。このフィードバック制御方法としては、一般的な積分制御、比例制御、微分制御等を組み合わせて用いればよい。
【００４０】
なお、Ｓパージを行うときに点火時期リタードに応じてスロットル弁１７を作動してベーススロットル開度に対してスロットル開度θthを調整し、吸入空気量を操作しており、これによって点火時期リタードによるトルク低下分を補いトルクがほぼ一定となるように制御している。この場合、スロットル開度は下記式（５）により設定される。
スロットル開度＝ベーススロットル開度−ＺＳＥＴＶ×反映係数・・（５）
ここで、ＺＳＥＴＶは、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて設定されたスロットル開度補正マップに基づいて設定されるものであり、また、反映係数は、前述したように、図６に示すマップに基づいて設定される。なお、この場合、補正された点火時期（リタード後の点火時期）に対するスロットル開度θthのマップにより設定してもよい。
【００４１】
続いて、ステップＳ７では、空燃比が所定のリッチＡ／Ｆとなるように制御する。即ち、リーン運転を禁止し、ストイキＦ／Ｂ（リッチシフトを含む）もしくはオープンループのリッチ運転のみとし、空燃比がストイキもしくはリッチとなるようにする。
【００４２】
そして、図２に戻り、ステップＳ８では、触媒温度Ｔcat が所定値Ｋ（例えば、６５０℃）よりも低い状態が所定の設定時間Ｃ（例えば、４５sec ）経過したら、ステップＳ９にて、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温をやめると共に空燃比をリーン化してこのルーチンを抜ける。つまり、Ｓパージモードにしても触媒温度Ｔcat がイオウ成分の脱離に最適な温度（例えば、６５０℃以上）へなかなか近づかない場合に、燃費悪化を抑制するためにＳパージモードを停止させるようにしている。一方、触媒温度Ｔcat が所定時間Ｃが経過するまでに所定値Ｋ以上になれば、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温及び空燃比のリッチ化を継続する。
【００４３】
このようにしてＳパージモードでは、Ｓパージ制御のルーチンを繰り返すが、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘが放出されると、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のＳ再生頻度が大きくなり、図５のマップに基づいてＺＳＴＥＭＰも上昇する。そして、ＺＳＴＥＭＰが触媒温度Ｔcat を越えると、ステップＳ４において、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰより低くなって制御のルーチンを抜けてステップＳ９に進み、Ｓパージ制御を停止する。
【００４４】
なお、三元触媒２６がセリア、ジルコニア等のＯ2 ストレージ剤を含有している場合は内部に酸素を貯留する機能を有しているため、吸蔵型ＮＯｘ 触媒２５において発生したＨ2Ｓは、この三元触媒２６の内部の酸素によって良好に酸化処理される。これによっても排気ガスが異臭を放つことが確実に防止される。
【００４５】
ところで、上述した実施形態では、Ｓパージ制御時において、点火時期を徐々にリタードさせて吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を徐々に昇温すると共にリタード量を制限して触媒最高温度を抑制するようにしたが、例えば、上記ステップＳ６において、Ｓパージ制御が開始された時点で、Ｓパージ制御の点火時期を徐々にリタードさせて触媒最高温度については従来と同様の触媒温度まで昇温したり、また、Ｓパージ制御のリタード量を従来より低めの固定値として求め、この目標リタード量に応じてリタード量変化速度については一義に設定するようにしてもよい。この場合であっても、ＳＯ2 の放出時間は長くなるものの、従来、Ｓパージ制御の開始直後にＨ2Ｓが一時的に大量に発生していたのを抑えてＨ2Ｓの発生濃度を十分に低くするようにでき、Ｈ2Ｓ濃度を低く抑えて排ガスが異臭を放つことを確実に防止することができる。
【００４６】
なお、上述した実施形態では、Ｓパージ制御時にＳ再生頻度に応じてリタード量を所定値に向けて連続して滑らかに移行させたが、複数に分けて段階的（段階状）に移行させてもよい。また、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温方法も、点火時期リタードに限定されるものではなく、例えば、主燃料噴射後に膨張行程で追加燃料噴射を行う２段噴射でもよく、この場合、Ｓ再生頻度が小さいほど追加燃料噴射量を徐々に増やすことにより触媒昇温温度を制御すればよい。また、Ｓ再生頻度が小さいほど最終的な追加燃料噴射量を少なくすれば触媒最高温度を低くすることができる。その他、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の上流の排気管２１内に直接燃料を噴射するようなものであってもよく、更に、電気加熱触媒やバーナーを利用する等の加熱手段を用いてもよい。
【００４７】
また、触媒温度の求め方としては、上述の実施形態のように、高温センサ２４から求める方法の他に、目標平均有効圧Ｐｅ（エンジン負荷）とエンジン回転速度Ｎｅのマップとして予め実験的に触媒温度をＥＣＵ２８にメモリさせた値から求めてもよい。また、より簡略化して車速に対するマップとして予め実験的に触媒温度をＥＣＵ２８にメモリさせた値から求めてもよい。この場合、精度は多少低下するが、高温センサ２４を用いる必要がないためにコストが低減されるメリットがある。
【００４８】
ここで、上述したＳパージモードへの切換制御を図３のタイムチャートに基づいて具体的に説明する。図３に示すように、ＳパージモードがＯＦＦで、Ｓ再生頻度が低いとき、昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰは６００℃に設定されている。そして、ドライバの運転状態、例えば、加速時あるいは郊外道路、高速道路や山岳道路などを走行して触媒温度Ｔcat が上昇し、この触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰを越えると、ＳパージモードがＯＮ（ステップＳ４でＹｅｓと）なる。すると、点火時期をリタードして吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温すると共に空燃比をリッチ化するため、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘが放出される。そして、Ｓパージモードが継続するとＳ再生が進み、７００℃換算Ｓ再生時間が増加してＳ再生頻度が大きくなり、このＳ再生頻度が大きくなると、図４のマップに基づいてＺＳＴＥＭＰが上昇し、触媒温度Ｔcat を越える。
【００４９】
すると、ＳパージモードがＯＦＦ（ステップＳ４でＮｏ）となり、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温をやめるため、触媒温度Ｔcat が低下する。その後、触媒温度Ｔcat が低い状態で走行距離が延びると、Ｓ再生頻度が小さくなると共に、ＺＳＴＥＭＰが低下して６００℃に戻る。
【００５０】
また、ドライバの運転状態により触媒温度Ｔcat が再び上昇し、触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰを越えるとＳパージモードがＯＮ（ステップＳ４でＹｅｓ）される。このとき、例えば、ドライバが市街地のような場所で加減速を繰り返す運転状態を行っていると、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５はＳＯｘを放出するのに必要な高温状態になりにくい。即ち、この場合、触媒温度Ｔcat は最初ＺＳＴＥＭＰ（６００℃）を越えたものの６５０℃よりも低い状態が継続することとなり、この温度域ではＳ再生はされるもののＳ再生効率が低く、燃費悪化度合が多いわりにあまりＳ再生されない。そのため、この状態の継続時間が設定時間Ｃを経過したら、ＳパージモードをＯＦＦ（ステップＳ４でＮｏ）とすることで、点火時期リタード及びリッチ化を中止しＳ再生効率が低い温度域では燃費の悪化を抑制できる。
【００５１】
なお、Ｓパージモードにて、空燃比をリッチ空燃比モードとしてリーン空燃比モードへの移行を禁止しているが、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が高温であるときには、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の熱劣化対策のために既にリーン空燃比モードは禁止となっている場合もある。
【００５２】
このように本実施形態では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＳＯｘを放出する再生度合が所定範囲に保たれるように制御、つまり、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat が活性温度（例えば、２５０〜３５０℃）より高く、且つ、吸蔵されたＳＯｘを脱離するのに適した温度（例えば、６５０℃〜８００℃）あるいはそれより低く設定された昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰ以上となった場合に、点火時期をリタードして吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温させると共に空燃比をリッチ化してＳＯｘを放出する。
【００５３】
そして、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が強制Ｓパージ制御にてイオウ成分を放出する状態になった頻度は、この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＨ2Ｓが生成される特性と相関があることを発見し、このイオウ成分を放出する状態になった頻度（Ｓ再生頻度）に応じて点火時期を徐々に所定の小さなリタード量に向けて移行させ、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を徐々に昇温して触媒温度を従来より低い温度まで上昇させるように、触媒温度及びまたは昇温速度を制御している。
【００５４】
上述したように本実施形態では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がある程度高温状態にあるときに、アシスト的に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温してＳＯｘ放出に適した触媒温度域においてＳＯｘを放出して再生している。そのため、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が低温状態でＳＯｘの放出に最適な温度まで昇温するのに長時間を要するような場合に無理にＳ再生を実施するものではない。これによって長時間のリッチ化及び点火時期リタード、及び低温から大きく昇温しなければならないための大幅なリタードを行う必要がなく、燃費の悪化を抑制できる。
【００５５】
そして、このＳ再生時に、点火時期リタード直後に大量のＨ2Ｓの発生現象はなく、このときのＨ2Ｓの発生濃度を低くすると共にＨ2Ｓを低い濃度のまま保持することができ、Ｈ2Ｓ濃度を低く抑えて排気ガスが異臭を放つことを確実に防止する一方で、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の再生時間の長時間化を抑制して安定した触媒の再生が可能となる。
【００５６】
また、Ｓパージモードで触媒温度Ｔcat がイオウ成分の脱離に最適な温度（例えば、６５０℃以上）へ近づかない場合、設定時間Ｃを経過した後にＳパージモードを停止させるようにしている。従って、例えば、車両が市街地のような場所で加減速を繰り返す運転状態のときは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がＳＯｘを放出するのに最適な高温状態になりにくいため、設定時間Ｃの経過を待ってＳパージモードを中止させており、これによってＳ再生効率が良くない温度帯ではリッチ化及び昇温の継続に制限を設けることにより燃費の悪化を抑制できる。
【００５７】
なお、本実施形態では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度が活性温度を２５０℃〜３５０℃とし、吸蔵されたＳＯｘを脱離するのに適した温度を６５０℃から８００℃（より好ましくは７００℃以上）、昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰを６００℃から開始してＳ再生頻度により変化させるようにしたが、各温度は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の特性、あるいはエンジン形態や排気温度などにより適宜設定すればよいものである。
【００５８】
また、上述の実施形態では、強制Ｓパージ制御時に、排気空燃比がリッチまたはストイキのときに吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が所定の温度領域になるように昇温する特定運転状態にて、Ｓ再生頻度に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の昇温最高温度あるいはその昇温速度を制御したが、Ｓ再生頻度に代えて吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳ吸蔵量を推定し、このＳ吸蔵量に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の昇温最高温度あるいはその昇温速度を制御するようにしてもよいので、簡単に説明しておく。
【００５９】
ここで、吸蔵型ＮＯx触媒２５に吸蔵されたＳＯｘの吸蔵量（被毒Ｓ量Ｑｓ）の推定方法について説明する。この被毒Ｓ量Ｑｓは、基本的には燃料噴射積算量Ｑｆに基づき設定されるものであり、燃料噴射制御ルーチン（図示せず）の実行周期毎に次式により演算される。
Ｑｓ＝Ｑｓ（ｎ−１）＋ΔＱｆ・Ｋ−Ｒｓ ・・・（６）
ここに、Ｑｓ（ｎ−１）は被毒Ｓ量の前回値であり、ΔＱｆは実行周期当たりの燃料噴射積算量、Ｋは補正係数、Ｒｓは実行周期当たりの放出Ｓ量を示している。つまり、現在の被毒Ｓ量Ｑｓは、実行周期当たりの燃料噴射積算量ΔＱｆを補正係数Ｋで補正して積算するとともに、該積算値から実行周期当たりの放出Ｓ量Ｒｓを減算することで求められる。
【００６０】
この補正係数Ｋは、例えば、次式に示すように、空燃比Ａ／Ｆに応じたＳ被毒係数Ｋ１、燃料中のＳ含有量に応じたＳ被毒係数Ｋ２及び触媒温度Ｔcatに応じたＳ被毒係数Ｋ３の３つの補正係数の積からなっている。
Ｋ＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３ ・・・（７）
また、実行周期当たりの放出Ｓ量Ｒｓは次式から演算される。
Ｒｓ＝α・Ｒ１・Ｒ２・ｄＴ ・・・（８）
ここに、αは単位時間当たりの放出率（設定値）であり、ｄＴは燃料噴射制御ルーチンの実行周期を示しており、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ触媒温度Ｔcatに応じた放出能力係数及び空燃比Ａ／Ｆに応じた放出能力係数を示している。
【００６１】
従って、このＳ吸蔵量（被毒Ｓ量Ｑｓ）に応じて点火時期リタードの変化速度を遅くして吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温最高温度及び昇温速度を遅くすると、ＳＯ2 の放出量が一気に増加してＨ2Ｓが多量に発生し易いＳパージ制御の開始時において、ＳＯ2 の放出量を抑制してＨ2Ｓの発生濃度を低く抑えることができる。
【００６２】
また、空燃比をリッチ化させる手法はオープンループで目標Ａ／Ｆを変更する方式に限られるものではなく、例えば、Ｏ2 センサを利用したストイキフィードバック制御において、フィードバック制御用の積分ゲイン（係数）をリッチ側に大きくリーン側に小さく変更する方法を用いてもよい。そして、この場合は積分ゲインや比例ゲインの速度をＳ再生頻度に応じて設定することで平均空燃比をＳ再生頻度に応じて徐々にリッチ化させたり、ゲイン値そのものをＳ再生頻度に応じて設定することで平均空燃比自体がＳ再生頻度に応じてリッチ空燃比になるように制御すればよい。また、リッチ化手段として前述の２段噴射あるいは排気管２１内への直接燃料噴射を用いてもよい。
【００６３】
また、本発明は、Ｓ再生時に、イオウ放出頻度またはイオウ吸蔵量に関連する指標に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の温度あるいは昇温速度を制御することが特徴であるため、上述した実施形態のように、Ｓパージ制御を開始する条件としてＳ再生頻度を用いなくてもよい。例えば、ＮＯｘ吸蔵能力を再生するために吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳ吸蔵量（被毒Ｓ量Ｑｓ）が所定量以上になったことを条件としてＳパージ制御を開始するようにしてもよい。
【００６４】
ところで、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５における車両の加速時などに伴うリッチ化及び触媒温度による自然Ｓパージ時にも、ＳＯｘはＳＯ2 として放出されることから排気ガスが高温で且つ水素や一酸化炭素や炭化水素等が多く存在する還元雰囲気のもとでは、硫化水素（Ｈ2Ｓ）が発生して臭気を放ってしまう。そして、触媒が直ちに昇温され（触媒昇温温度が早い）、触媒温度が高温であるほど水素等の還元剤も多くＳＯ2 からＨ2Ｓが急激に多量に生成される。図８及び図９は、本発明の他の実施形態を示すものであり、自然Ｓパージ時、つまり、触媒温度が高い状態でリッチ化する場合は、そのリッチ度合を更に大きくして排気空燃比のリッチ化による燃料冷却効果により触媒の温度あるいは昇温速度を抑制するようにしたものである。
【００６５】
即ち、この自然Ｓパージ制御について、図８のフローチャートに示すように、ステップＳ１１では、高温センサ２４により検出された排気温度情報から吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat を推定する。ステップＳ１２では、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとに応じて決定される最終目標Ａ／Ｆがリーン空燃比からリッチ空燃比（ストイキ空燃比を含んでもよい）に切り換わった否か、即ち、運転者の加速操作に伴って機関運転状態に対応した最終目標Ａ／Ｆがリッチ空燃比に切り換わった否かが判定され、そうでない場合はそのままリターンし、リッチ空燃比に切り換わった場合は、ステップＳ１３に進む。
【００６６】
このステップＳ１３では、推定された触媒温度Ｔcatが所定の高温度ＴcatH（例えば、６５０℃）以上であるか否かを判定し、触媒温度Ｔcatが高温度ＴcatHより低ければステップＳ１４に進んで通常パターンでリッチ化して最終目標Ａ／Ｆとする一方、触媒温度Ｔcatが高温度ＴcatH以上であればステップＳ１５に進み、最終目標Ａ／Ｆより大きな目標Ａ／Ｆに向けてリッチ化する。このときの大きな目標Ａ／Ｆは、現時点での触媒温度Ｔcat、エンジン負荷、エンジン回転数等の運転条件に基づいて設定すればよい。そして、ステップＳ１４、Ｓ１５を経過した後はリターンする。ここで、前述のステップＳ１２、Ｓ１３では、エンジン１１の運転状態がエンリッチ運転とされ、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が吸蔵したイオウ成分を放出可能な高温状態に達しているか否かを判別している。
【００６７】
触媒温度Ｔcatが所定の高温度ＴcatHを超えているときにリッチ空燃比化されると、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘはＳＯ2として放出されると同時にＨ2Ｓが大量発生してしまう。そのため、車両の加速時などのエンリッチ運転のもとでは、前述のステップＳ１５のように、最終目標Ａ／Ｆより大きな目標のリッチ空燃比に向けてリッチ化するようにし、この燃料冷却効果により吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度あるいは昇温速度を低く抑えることで、Ｈ2Ｓが多量に発生し易い自然Ｓパージの開始時において、Ｈ2Ｓの発生量を少なく抑えるようにする。これによってＨ2Ｓが多量に発生しやすい自然Ｓパージ開始時のＨ2Ｓ濃度を低く抑えることができる。
【００６８】
つまり、図９に、加速運転時における目標Ａ／Ｆの時間変化（ａ）に基づいた触媒温度の時間変化（ｂ）とＨ2Ｓ発生量の時間変化（ｃ）とがタイムチャートとして示してある。この場合、従来（通常のリッチ化）のように最終目標Ａ／Ｆの切換時から所定のリッチ空燃比ＡＦ1（例えば、値１４）とした場合を破線で示し、本実施形態のように最終目標Ａ／Ｆより大きな目標のリッチ空燃比に向けてリッチ化させた場合を実線で示してある。このタイムチャートからわかるように、従来の制御（破線）では、最終目標Ａ／Ｆの切換直後に一時的に大量にＨ2Ｓが発生していたが、本実施形態の制御（実線）では、切換直後のＨ2Ｓの発生濃度を低くすると共にこのまま保持するようにでき、エンリッチ運転の場合においてもＨ2Ｓ濃度を低く抑えて排ガスが異臭を放つことを確実に防止することができる。
【００６９】
なお、上述実施形態においては、ステップＳ１１にて、現時点の吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat を推定し、ステップＳ１３にて、触媒温度Ｔcatと高温度ＴcatHとを比較して目標Ａ／Ｆ以上にリッチするかどうかを判定するようにしたが、制御の遅れ、排気系の遅れ、触媒の熱容量が大きいことによる昇温の遅れ等があるため、現時点での触媒温度Ｔcatに基づいた制御では触媒昇温に対して目標Ａ／Ｆ増大による冷却が間に合わない場合がある。そこで、ステップＳ１３での判定条件をステップＳ１１で算出した現在の触媒温度Ｔcat、目標Ａ／Ｆ、運転条件（負荷・回転数、あるいは車速、水温等）に基づいて、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度最高温度予測値を算出し、その触媒最高温度予測値が所定値以上のとき、ステップＳ１５で目標Ａ／Ｆ以上にリッチ化するように変更してもよい。また、ステップＳ１３にて、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒最高温度予測値に代えて、ステップＳ１１で算出した現在の触媒温度Ｔcat、目標Ａ／Ｆ、運転条件（負荷・回転数、あるいは車速、水温等）に基づいて、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度上昇率予測値を算出し、その触媒温度上昇率予測値が所定値以上のとき、ステップＳ１５で目標Ａ／Ｆ以上にリッチ化するようにしてもよい。
【００７０】
更に、ステップＳ１３にて、触媒最高温度予測値が所定値以上で且つ触媒温度上昇率予測値が所定値以上のとき、ステップＳ１５で目標Ａ／Ｆ以上にリッチ化するようにしてもよいし、ステップＳ１３にて、触媒最高温度予測値が所定値以上または触媒温度上昇率予測値が所定値以上のとき、ステップＳ１５で目標Ａ／Ｆ以上にリッチ化するようにしてもよい。また、ステップＳ１３の判定条件として、「Ｓ再生頻度が所定値以下のとき」を追加してもよい。このときは、ステップＳ１５での「目標Ａ／Ｆ以上にリッチ化」の終了条件として、「Ｓ再生頻度が所定値以上になったとき」としてもよい。更に、ステップＳ１３での判定条件として、「目標Ａ／Ｆが所定Ａ／Ｆ（燃料冷却効果の大きなＡ／Ｆ、例えば、Ａ／Ｆ＝１３）を追加してもよい。
【００７１】
なお、リッチ化による燃料冷却効果で吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度あるいは昇温速度を低く抑えるようにしたが、この手法以外に、エンジン冷却水を触媒の周辺に流動させたり、別途触媒のための冷却手段を設けてもよい。
【００７２】
このように本実施形態では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が高温状態でリッチ化されて自然に触媒から吸蔵したイオウ成分が放出される場合には、空燃比を目標Ａ／Ｆよりも大きな値でリッチ化させるようにする。従って、自然Ｓパージに伴って大量のＨ2Ｓが急激に発生する現象はなく、このＨ2Ｓの発生濃度を小さくすると共にＨ2Ｓ濃度を小さい値のまま保持することができ、Ｈ2Ｓ濃度を低く抑えて排気ガスが異臭を放つことを確実に防止することができ、このＨ2Ｓの大量発生の防止制御は、車両の加速時などに伴うリッチ化で自然にＳパージする場合に適用すると有効的である。
【００７３】
なお、上述の実施形態においては、Ｓ再生頻度またはＳ吸蔵量に基づいて触媒温度あるいは昇温速度を制御することでＨ2Ｓの放出を制御するようにしたが、これらの方法とＳ再生頻度またはＳ吸蔵量に基づいてＳパージ時のＡ／Ｆを徐々に変更させる方法、あるいはＳ再生頻度またはＳ吸蔵量に基づいてＳパージ時のＡ／Ｆのリッチ度合を変化させる方法を組み合わせてもよい。
【００７４】
また、上述の各実施形態では、エンジン１１を筒内噴射型ガソリンエンジンとしたが、これに限られず、吸気管噴射型ガソリンエンジンであってもよく、また、上記実施形態では、三元触媒２２を設けて排気ガスの浄化効率を向上させているが、必ずしも三元触媒２２を設けなくてもよく、三元触媒２２がなくても本発明を好適に実現可能である。また、イオウ成分を吸蔵して放出する触媒としては吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を上述の実施形態において取り上げたが、触媒としてはその他のものであってもよく、吸着したＮＯｘを直接接触還元する吸着型ＮＯｘ触媒やイオウ成分を吸蔵しやすいタイプの三元触媒であってもよい。更には、エンジンとしては、ディーゼルエンジンに適用することも可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒の温度が所定の触媒昇温設定温度以上となる特定運転状態において、触媒におけるイオウ放出頻度またはイオウ吸蔵量に関連する指標に応じて硫化水素の生成を抑制するように触媒の温度あるいは昇温速度を制御するようにしたので、触媒からＨ2Ｓが一度に大量に発生するのを防止して放出濃度を低く抑え、排気ガスの異臭を防止する一方で、触媒の再生時間の長時間化を抑制して安定した触媒装置の再生を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態の排気浄化装置による強制Ｓパージ制御のフローチャートである。
【図３】Ｓパージ制御のタイムチャートである。
【図４】Ｓ再生頻度とＮＯｘ排出量との関係を表すグラフである。
【図５】Ｓ再生頻度に対する昇温設定温度を表すグラフである。
【図６】触媒温度推定値に対する反映係数を表すグラフである。
【図７】強制Ｓパージ制御における点火時期リタード量及び触媒温度の時間変化に対するＨ2Ｓ発生濃度の時間変化を表すタイムチャートである。
【図８】本発明の他の実施形態による自然Ｓパージ制御のフローチャートである。
【図９】自然Ｓパージ制御における目標Ａ／Ｆ及び触媒温度の時間変化に対するＨ2Ｓ発生濃度の時間変化を表すタイムチャートである。
【符号の説明】
１１ エンジン（内燃機関）
２１ 排気管（排気通路）
２２ 三元触媒
２３ 排気浄化触媒装置
２４ 高温センサ
２５ 吸蔵型ＮＯｘ触媒（触媒）
２６ 三元触媒
２７ ＮＯｘセンサ
２８ 電子コントロールユニット，ＥＣＵ（触媒状態検知手段、特定運転状態検出手段、温度制御手段）
Claims (1)
- 内燃機関の排気通路に設けられて排気中のイオウ成分を吸蔵すると共に、その温度が所定の触媒昇温設定温度以上で且つ排気空燃比がリッチまたはストイキのときに吸蔵したイオウ成分を放出する特性を有する触媒と、
該触媒におけるイオウ放出頻度またはイオウ吸蔵量に関連する指標を検出または推定する触媒状態検知手段と、
前記触媒の温度が前記所定の触媒昇温設定温度以上となる特定運転状態を検出する特定運転状態検出手段と、
前記特定運転状態検出手段が特定運転状態を検出したときに、前記指標に応じて硫化水素の生成を抑制するように前記触媒の温度あるいは昇温速度を制御する温度制御手段とを具えた
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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