JP2001349230A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の排気浄化装置において、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
とする。 【解決手段】 高温状態で排気空燃比をリッチ化して吸
蔵型ＮＯｘ触媒２５からイオウ成分を放出させる場合
に、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がイオウ成分を放出する状態
になった頻度（Ｓ再生頻度）に応じて硫化水素の生成を
抑制するように吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度あるいは昇
温速度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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−Ｎ
Ｏ₃ ）として吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）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ＳＯ ₂ 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所定の
高温領域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排気空燃比がリッチまたは
ストイキので触媒が所定の高温領域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において上記指
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１
８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１
９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１
１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１
９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ＮＯ
ｘ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ＮＯ
ｘ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、Ｒ
ＡＭ、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１
４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Ｓ
Ｏｘ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ＮＯ
ｘ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２
５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ＮＯ
ｘ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。 ７００℃換算Ｓ再生時間_(n) ＝７００℃換算Ｓ再生時間_(n-1) ＋Ｓ再生速度係数×計算周期×Ａ／Ｆ係数 ・・（２） 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（７０
０＋２７３）（Ｋ）である。なお、本実施形態では、Ｅ
ＣＵ２８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、ＺＳＴＥ
ＭＰ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Ｎ
Ｏｘ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ＮＯ
ｘ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。 点火時期＝ベース点火時期−ＺＳＳＡ×反映係数 ×反映係数Ａ×反映係数Ｂ ・・（４） 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ＮＯ
ｘ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Ｈ₂
Ｓ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、Ｈ
₂Ｓ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Ｔca
t 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２
５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Ｈ
₂Ｓ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ＥＣ
Ｕ２８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６０
０℃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Ｏ
Ｎ（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Ｙｅ
ｓ）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２
５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Ｎ
Ｏｘ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ＳＯ
ｘ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Ｈ₂
Ｓ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ＮＯ
ｘ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Ｎ
Ｏｘ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、Δ
Ｑｆ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Ｎ
Ｏｘ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Ｈ₂
Ｓ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Ｔc
atH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Ｔ
cat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Ｓ
１４、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Ｔca
t、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１
１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２
２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、排気
空燃比がリッチまたはストイキで触媒が所定の高温領域
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）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｅ ３０１Ｊ Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA12 AA17 AA24 AA28 AB03 AB06 BA05 BA11 CB02 DA02 DC01 EA01 EA07 EA17 EA38 FB03 FB10 FB11 GA06 HA09 HA10 HA36 HA37 HA42 3G301 HA04 HA16 JA15 JA25 KA12 LB04 MA11 NA09 NE01 PA11Z PB03Z PB08Z PC01Z PD01Z PD11Z PE01Z PE03Z PF03Z

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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所定の高温領域で且つ排
   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、排気空燃比がリ
   ッチまたはストイキで前記触媒が前記所定の高温領域と
   なる特定運転状態を検出する特定運転状態検出手段と、
   該特定運転状態において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。