JP2004100524A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯ_Ｘ触媒での良好な排気浄化作用を維持しながら、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを正確に判断する。
【解決手段】互いに時間間隔を隔てた２点において、流入排気ガスの空燃比がリッチに切り替えられたときのＮＯ_Ｘ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率であるリッチ時浄化率ＰＥＲ（１），ＰＥＲ（２）と、燃料消費量ＳＱＦ（１），（２）とを検出し、燃料消費量に対するリッチ時浄化率の変化率であるリッチ時浄化率変化率ＤＰＥを算出する。リッチ時浄化率変化率ＤＰＥと、現在の燃料消費量ＳＱＦとから、現在のリッチ時浄化率ＰＥを推定し、推定されたリッチ時浄化率ＰＥから蓄積ＳＯ_Ｘ量を推定する。蓄積ＳＯ_Ｘ量がＳＯ_Ｘ許容量よりも多いときには、ＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるために、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。
【選択図】　　　図３

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する。
【０００２】
【従来の技術】
リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチからリーンに切り替えられてから、ＮＯ_Ｘ触媒から排出される排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度がしきい値を越えるまでの所要時間に基づいて、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を求めるようにした内燃機関が公知である（特許文献１参照）。
【０００３】
即ち、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量が少ないときにはＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられ得るＮＯ_Ｘの量が多いので、上述した所要時間は長くなり、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量が多くなるとＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられ得るＮＯ_Ｘの量が少なくなるので、所要時間が短くなる。そこで、この内燃機関ではこの所要時間に基づいて、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を求めるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−７４７２７号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２９８５８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の内燃機関は結局のところ、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯ_Ｘ触媒から流出する排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度に基づくものである。このため、検出精度を高めるためには、上述したしきい値を大きくする必要があり、従ってＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリーンに維持されている時間を長くする必要がある。その結果、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を頻繁にリッチに切り替えることができず、斯くしてＮＯ_Ｘ触媒から多量のＮＯ_Ｘが流出する恐れがあるという問題点がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、ＮＯ_Ｘ触媒での良好な排気浄化作用を維持しながら、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを正確に判断することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる内燃機関において、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチに切り替えられたときのＮＯ_Ｘ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率であるリッチ時浄化率を検出し、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを該リッチ時浄化率に基づいて判断し、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきと判断されたときには、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるためにＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの平均空燃比を一時的にリッチに切り替えるようにしている。
【０００８】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が時間間隔を隔てて繰り返し一時的にリッチに切り替えられるようになっており、前記リッチ時浄化率を、互いに時間間隔を隔てた２点においてそれぞれ検出すると共に、これら２点間の燃料消費量を検出し、これら２点におけるリッチ時浄化率と該燃料消費量とから、燃料消費量に対するリッチ時浄化率の変化率であるリッチ時浄化率変化率を求め、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを該リッチ時浄化率変化率に基づいて判断するようにしている。
【０００９】
また、３番目の発明によれば２番目の発明において、基準時期から判断時期までの燃料消費量を求め、該燃料消費量と、前記リッチ時浄化率変化率とから、該判断時期におけるリッチ時浄化率を推定し、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を判断時期に減少させるべきか否かを該推定された判断時期におけるリッチ時浄化率に基づいて判断するようにしている。
【００１０】
また、４番目の発明によれば３番目の発明において、前記判断時期においてＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を、前記推定された判断時期におけるリッチ時浄化率に基づいて推定し、該推定されたＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量が予め定められた設定量よりも多いときに、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を判断時期に減少させるべきと判断するようにしている。
【００１１】
また、５番目の発明によれば２番目の発明において、燃料中のイオウ含有量を前記リッチ時浄化率変化率に基づいて推定すると共に、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を該推定された燃料中のイオウ含有量に基づいて推定し、該推定されたＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量が予め定められた設定量よりも多いときに、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきと判断するようにしている。
【００１２】
また、６番目の発明によれば４番目又は５番目の発明において、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量が前記設定量のときに、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるためにＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの平均空燃比が一時的にリッチに切り替えられると、このとき生ずるイオウ臭の程度がほぼ許容限界になるように、前記設定量を設定している。
【００１３】
また、７番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチに切り替えられたときにＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘ量である流入ＮＯ_Ｘ量を、機関運転状態に基づいて推定すると共に、該推定された流入ＮＯ_Ｘ量を吸入空気又は混合気の状態量に基づいて補正し、該補正された流入ＮＯ_Ｘ量を用いて前記リッチ時浄化率を検出するようにしている。
【００１４】
また、８番目の発明によれば１番目の発明において、前記検出されたリッチ時浄化率を、ＮＯ_Ｘ触媒の状態が予め定められた基準状態のときのリッチ時浄化率に換算し、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを該換算されたリッチ時浄化率に基づいて判断するようにしている。
【００１５】
また、９番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯ_Ｘ触媒下流の排気通路内にＮＯ_Ｘセンサを配置して該ＮＯ_Ｘセンサにより、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチに切り替えられたときにＮＯ_Ｘ触媒から流出する排気ガス中のＮＯ_Ｘ量である流出ＮＯ_Ｘ量を検出し、該検出された流出ＮＯ_Ｘ量を用いて前記リッチ時浄化率を検出するようにし、該検出された流出ＮＯ_Ｘ量が予め定められた下限量よりも少ないときには、該検出された流出ＮＯ_Ｘ量を用いて検出されたリッチ時浄化率に基づく、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かの判断を禁止するようにしている。
【００１６】
また、１０番目の発明によれば９番目の発明において、前記ＮＯ_Ｘセンサにより検出される流出ＮＯ_Ｘ量が下限量以上になるように、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯ_Ｘ量である排出ＮＯ_Ｘ量を一時的に増大させるようにしている。
【００１７】
また、１１番目の発明によれば１０番目の発明において、前記ＮＯ_Ｘセンサにより検出される流出ＮＯ_Ｘ量が下限量又は下限量よりもわずかばかり多い量に一致するように、前記排出ＮＯ_Ｘ量を制御している。
【００１８】
また、１２番目の発明によれば１０番目の発明において、前記排出ＮＯ_Ｘ量を増大させたときに機関制御パラメータが許容範囲を越えて変動したときにはこのときの機関運転状態を記憶し、機関運転状態が該記憶された機関運転状態にあるときには排出ＮＯ_Ｘ量の増大作用を禁止するようにしている。
【００１９】
また、１３番目の発明によれば１０番目の発明において、吸気通路とＮＯ_Ｘ触媒上流の排気通路とを互いに連結するＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスが供給されるようになっており、前記排出ＮＯ_Ｘ量を一時的に増大させるために、ＥＧＲガス量を一時的に減少させるようにしている。
【００２０】
また、１４番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が時間間隔を隔てて繰り返し一時的にリッチに切り替えられるようになっており、前記リッチ時浄化率を、互いに時間間隔を隔てた３点においてそれぞれ検出すると共に、先の２点間の燃料消費量と、後の２点間の燃料消費量とをそれぞれ検出し、先の２点におけるリッチ時浄化率と先の２点間の燃料消費量とから先のリッチ時浄化率変化率を求めると共に、後の２点におけるリッチ時浄化率と後の２点間の燃料消費量とから後のリッチ時浄化率変化率を求め、先のリッチ時浄化率変化率に対する後のリッチ時浄化率変化率の変化量が予め定められた許容値よりも大きいときには、先のリッチ時浄化率変化率に基づく、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かの判断を禁止するようにしている。
【００２１】
また、１５番目の発明によれば１４番目の発明において、前記リッチ時浄化率変化率の変化量が前記許容値よりも小さいときには、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを先のリッチ時浄化率変化率と後のリッチ時浄化率変化率との平均値に基づいて判断するようにしている。
【００２２】
また、１６番目の発明によれば２番目の発明において、給油が行われたときには、給油前に求められたリッチ時浄化率変化率に基づく、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かの判断を禁止し、給油が行われた後リッチ時浄化率変化率が新たに求められるまでは、給油された燃料が予め定められた設定燃料であると仮定した上で、給油前に求められたリッチ時浄化率変化率と、燃料が設定燃料であるときのリッチ時浄化率変化率と、給油直後の燃料タンク内の全燃料量に対する設定燃料の量の割合とから、仮のリッチ時浄化率変化率を求め、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを該仮のリッチ時浄化率変化率に基づいて判断するようにしている。
【００２３】
また、１７番目の発明によれば１６番目の発明において、前記設定燃料が、市場で入手可能な燃料のうちイオウ含有量が最も多い燃料である。
【００２４】
また、１８番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯ_Ｘ触媒が新品であるか否かを判断し、ＮＯ_Ｘ触媒が新品であると判断されたときには、前記リッチ時浄化率に基づく、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かの判断を禁止するようにしている。
【００２５】
また、１９番目の発明によれば１８番目の発明において、ＮＯ_Ｘ触媒の温度の積算値を求め、該温度の積算値が予め定められた設定値よりも小さいときには、ＮＯ_Ｘ触媒が新品であると判断するようにしている。
【００２６】
また、２０番目の発明によれば１８番目の発明において、前記リッチ時浄化率に基づく、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かの判断が禁止されているときには、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを燃料消費量に基づいて判断するようにしている。
【００２７】
また、２１番目の発明によれば１番目の発明において、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘの量を減少させるためにＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチに切り替えられたときに、前記リッチ時浄化率を検出するようにしている。
【００２８】
なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯのような還元剤との比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００３０】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は筒内に燃料を直接噴射するための電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５の出口に連結される。コンプレッサ１５の入口には吸気管１３ａが連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更にコンプレッサ１５下流の吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。
【００３１】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１の入口に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２０ａを介して触媒コンバータ２２に接続される。触媒コンバータ２２内には、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ２２ａが収容され、パティキュレートフィルタ２２ａ上には後述するようにＮＯ_Ｘ触媒２３が担持されている。また、触媒コンバータ２２は排気管２０ｂに接続される。
【００３２】
更に図１を参照すると、排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ制御弁２５上流のＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。
【００３３】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。なお、図１において３０は燃料タンクを示している。
【００３４】
排気マニホルド１９には排気マニホルド１９内に還元剤を供給するための電気制御式還元剤供給弁３１が取り付けられている。本発明による実施例では燃料が還元剤として使用され、還元剤供給弁３１は還元剤供給管３１ａを介してコモンレール２７に連結される。
【００３５】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。吸気管１３ａには吸入空気質量流量を検出するためのエアフロメータ４９が取り付けられ、冷却装置１８下流の吸気ダクト１３内には吸入空気の温度ＴＨＡを検出するための温度センサ５０が取り付けられる。ＮＯ_Ｘ触媒２３下流の排気管２０ｂには、ＮＯ_Ｘ触媒２３から排出された排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度を検出するためのＮＯ_Ｘセンサ５１と、ＮＯ_Ｘ触媒２３から排出された排気ガスの温度を検出するための温度センサ５２とが取り付けられる。温度センサ５２により検出される排気ガスの温度はＮＯ_Ｘ触媒２３の温度ＴＣを表している。また、燃料タンク３０には燃料タンク３０内の燃料残量ＱＦＲを検出するための燃料量センサ５３が取り付けられる。燃料圧センサ２９、エアフロメータ４９、温度センサ５０、ＮＯ_Ｘセンサ５１、温度センサ５２、及び燃料量センサ５３の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００３６】
更に、アクセルペダル５４にはアクセルペダル５４の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５５が接続され、負荷センサ５５の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。ここで、アクセルペダル５４の踏み込み量は要求負荷Ｌを表している。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５６が接続される。ＣＰＵ４４ではこの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出される。
【００３７】
一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、燃料ポンプ２８、及び還元剤供給弁３１にそれぞれ接続される。
【００３８】
パティキュレートフィルタ２２ａの隔壁の両側面及び細孔内壁面上にはＮＯ_Ｘ触媒２３がそれぞれ担持されている。このＮＯ_Ｘ触媒２３は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。
【００３９】
ＮＯ_Ｘ触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【００４０】
ＮＯ_Ｘ触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００４１】
即ち、ＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（ＮＯ＋Ｏ_２→ＮＯ_２＋Ｏ^＊、ここでＯ^＊は活性酸素）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ触媒内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ＮＯ_Ｘ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられる。
【００４２】
これに対し、ＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ_２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ＋２Ｏ^＊）に進み、斯くしてＮＯ_Ｘ触媒内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯの形でＮＯ_Ｘ触媒から放出される。この放出されたＮＯ_Ｘは排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ_Ｘが存在しなくなるとＮＯ_Ｘ触媒から次から次へとＮＯ_Ｘが放出されて還元され、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘの量が次第に減少する。
【００４３】
なお、硝酸塩を形成することなくＮＯ_Ｘを蓄え、ＮＯ_Ｘを放出することなくＮＯ_Ｘを還元することも可能であると考えられている。また、活性酸素Ｏ^＊に着目すれば、ＮＯ_Ｘ触媒はＮＯ_Ｘの蓄積及び放出に伴って活性酸素Ｏ^＊を生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。
【００４４】
図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、従ってＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されている。その結果、排気ガス中のＮＯ_ＸはＮＯ_Ｘ触媒２３内に蓄えられる。
【００４５】
時間の経過と共にＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＮＯ_Ｘ量は次第に増大する。そこで本発明による実施例では、例えばＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＮＯ_Ｘ量がＮＯ_Ｘ許容量ＱＮＡを越えたときには、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるために、還元剤供給弁３１から還元剤を供給してＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるリッチ処理を行うようにしている。
【００４６】
ところが、排気ガス中にはイオウ分がＳＯ_Ｘの形で含まれており、ＮＯ_Ｘ触媒２３内にはＮＯ_ＸばかりでなくＳＯ_Ｘも蓄えられる。このＳＯ_ＸのＮＯ_Ｘ触媒２３内への蓄積メカニズムはＮＯ_Ｘの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、ＮＯ_Ｘ触媒２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気ガス中のＳＯ_２は白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＳＯ_３となる。次いで生成されたＳＯ_３は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ触媒２３内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ_４ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒２３内に拡散する。この硫酸イオンＳＯ_４ ⁻は次いでバリウムイオンＢａ^＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。
【００４７】
この硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解しにくく、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもＮＯ_Ｘ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてＮＯ_Ｘ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量が増大し、その結果ＮＯ_Ｘ触媒２３が蓄えうるＮＯ_Ｘの量が減少することになる。
【００４８】
ところが、ＮＯ_Ｘ触媒２３の温度を例えば６００℃以上に維持しつつＮＯ_Ｘ触媒２３に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチにすると、ＮＯ_Ｘ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ_４が分解してＳＯ_３の形でＮＯ_Ｘ触媒２３から放出される。この放出されたＳＯ_３は排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応してＳＯ_２に還元せしめられる。このようにしてＮＯ_Ｘ触媒２３内に硫酸塩ＢａＳＯ_４の形で蓄えられているＳＯ_Ｘの量が次第に減少し、このときＮＯ_Ｘ触媒２３からＳＯ_ＸがＳＯ_３の形で流出することがない。
【００４９】
そこで本発明による実施例では、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に蓄えられているＳＯ_Ｘの量である蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳを求め、この蓄積ＳＯ_Ｘ量が予め定められたＳＯ_Ｘ許容量ＱＳＡを越えたときには、ＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるために、ＮＯ_Ｘ触媒２３の温度を例えば６００℃以上に維持しながら、還元剤供給弁３１から還元剤を供給してＮＯ_Ｘ触媒２３に流入する排気ガスの平均空燃比を一時的にわずかばかりリッチに切り替える昇温リッチ処理を行うようにしている。
【００５０】
ＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を直接求めることは困難である。そこで本発明による実施例では、蓄積ＳＯ_Ｘ量を推定するようにしている。次に、本発明による実施例の蓄積ＳＯ_Ｘ量推定方法を説明する。
【００５１】
本発明による実施例では、時間間隔を隔てた２点において、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＮがリッチに切り替えられたときのＮＯ_Ｘ触媒２３のＮＯ_Ｘ浄化率であるリッチ時浄化率ＰＥＲが検出される。この場合、ＮＯ_Ｘ触媒２３のＮＯ_Ｘ浄化率ＥＦＦは一般に次式により表される。
ＥＦＦ＝（ＣＮＩ−ＣＮＯ）／ＣＮＩ
ここで、ＣＮＩはＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度である流入ＮＯ_Ｘ濃度を、ＣＮＯはＮＯ_Ｘ触媒２３から流出する排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度である流出ＮＯ_Ｘ濃度をそれぞれ表している。
【００５２】
図２（Ａ）に示されるように、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＮが一時的にリッチに切り替えられると、ＮＯ_Ｘ触媒２３のＮＯ_Ｘ浄化率ＥＦＦは一時的に上昇した後に大幅に低下し、次いでピークＭに達した後に次第に上昇する。即ち、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＮが一時的にリッチに切り替えられると、ＮＯ_Ｘ浄化率ＥＦＦにピークＭが発生する。
【００５３】
本明細書では、このピークＭにおけるＮＯ_Ｘ浄化率ＰＥＲをリッチ時浄化率と称している。このリッチ時浄化率ＰＥＲはＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＮがリッチに切り替えられたときの流入ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＩ及び流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯを用いて検出される。
【００５４】
本発明による実施例では、流入ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＩは機関運転状態に基づいて推定され、流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯはＮＯ_Ｘセンサ５１により検出される。このようにＮＯ_Ｘセンサ５１による実測値を用いてリッチ時浄化率ＰＥＲが求められ、即ち検出される。
【００５５】
図１に示される内燃機関では、図２（Ｂ）に示されるように、ＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮがＮＯ_Ｘ許容量ＱＮＡを越える毎に上述したリッチ処理が行われ、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＮが一時的にリッチに切り替えられる。言い換えると、流入排気ガスの空燃比ＡＦＮが時間間隔を隔てて繰り返しリッチに切り替えられる。
【００５６】
図２（Ｂ）に示される例では、例えば第１の時期Ｘ１において第１のリッチ時浄化率ＰＥＲ（１）が検出され、第１の時期Ｘ１から時間間隔を隔てた第２の時期Ｘ２において第２のリッチ時浄化率ＰＥＲ（２）が検出される。本発明による実施例では、第１の時期Ｘ１から燃料が一定量ｑｆだけ消費され、次いで流入排気ガスの空燃比ＡＦＮがリッチに切り替えられたときに、第２のリッチ時浄化率ＰＥＲ（２）が検出される。即ち、概略的に言うと、基準時期例えば給油時からの燃料消費量ＳＱＦがｑｆだけ増大する毎にリッチ時浄化率ＰＥＲが検出される。なお、燃料消費量ＳＱＦは燃料噴射弁６から噴射される燃料の量と、還元剤供給弁３１から供給される還元剤即ち燃料の量とを合計したものである。また、同一のリッチ処理中に第１及び第２のリッチ時浄化率ＰＥＲ（１），ＰＥＲ（２）が検出されることはない。
【００５７】
任意の時期においてＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＮがリッチに切り替えられたと仮定したときのリッチ時浄化率をＰＥで表すとすると、図３はＮＯ_Ｘ触媒２３のリッチ時浄化率ＰＥと燃料消費量をＳＱＦとの関係を表しており、図３の白丸（○）は上述のように検出された第１及び第２のリッチ時浄化率ＰＥＲ（１），ＰＥＲ（２）を表している。なお、図３において、ＳＱＦ（１）は第１の時期Ｘ１における燃料消費量、ＳＱＦ（２）は第２の時期Ｘ２における燃料消費量をそれぞれ表している。
【００５８】
これら２つのプロットを結んで得られる直線ｍは例えばＳＱＦ（２），ＰＥＲ（２）を用いて次式で表される。
ＰＥ＝ＤＰＥ・（ＳＱＦ−ＳＱＦ（２））＋ＰＥＲ（２）
ここで、直線ｍの勾配ＤＰＥは燃料消費量に対するリッチ時浄化率ＰＥの変化率であり、以下ではリッチ時浄化率変化率と称する。
【００５９】
直線ｍによって表される燃料消費量ＳＱＦとリッチ時浄化率ＰＥとの関係は燃料の種類が変わらない限り、即ち給油されない限り、変わらない。これは次の理由による。
【００６０】
リッチ時浄化率変化率ＤＰＥは結局のところ、単位燃料消費量当たりのリッチ時浄化率ＰＥの低下量を表している。ここで、ＮＯ_Ｘ触媒２３のＮＯ_Ｘ浄化率ＥＦＦは一般に、ＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＮＯ_Ｘ量が増大すると低下し、蓄積ＳＯ_Ｘ量が増大しても低下する。ところが、本発明による実施例におけるリッチ時浄化率ＰＥＲは、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＮがリッチのときのＮＯ_Ｘ浄化率であり、従ってＮＯ_Ｘ浄化率ＥＦＦに対するＮＯ_Ｘの影響が排除されている。即ち、リッチ時浄化率ＰＥが低下したのはＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが増大したからであり、リッチ時浄化率ＰＥの低下量は蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳの増大量を表している。
【００６１】
一方、蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳの単位時間当たりの増大量はＮＯ_Ｘ触媒２３内に単位時間当たり流入するＳＯ_Ｘの量に依存し、この流入ＳＯ_Ｘ量は単位時間当たりの燃料消費量に依存する。
【００６２】
従って、燃料の種類、具体的には燃料中のイオウ濃度が変わらない限り、単位燃料消費量当たりの蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳの増大量は一定に維持され、単位燃料消費量当たりのリッチ時浄化率ＰＥの低下量、即ちリッチ時浄化率変化率ＤＰＥも一定に維持されるということになる。
【００６３】
そうすると、上述した直線ｍないしリッチ時浄化率変化率ＤＰＥを求めておけば、任意の時期におけるリッチ時浄化率ＰＥを推定できることになる。即ち、図３に示される例では、例えば現在の燃料消費量ＳＱＦがｆであるとすると、現在のリッチ時浄化率ＰＥはｐであると推定できる。
【００６４】
一方、リッチ時浄化率ＰＥは蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳに依存し、具体的には蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが多くなるにつれて小さくなる。このリッチ時浄化率ＰＥと蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳとの関係はＮＯ_Ｘ触媒２３の種類に応じて変動しうるが、ＮＯ_Ｘ触媒２３の種類が決まればこの関係を予め実験により求めておくことができる。図４はリッチ時浄化率ＰＥと蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳとの関係を示す一例であり、予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００６５】
即ち、リッチ時浄化率ＰＥから蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳを推定することができ、このリッチ時浄化率ＰＥは上述したようにリッチ時浄化率変化率ＤＰＥ及び燃料消費量ＳＱＦから推定することができる。従って、リッチ時浄化率変化率ＤＰＥ及び燃料消費量ＳＱＦを求めれば、任意の時期の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳを推定できることになる。これが本発明による実施例の基本的な考え方である。図３及び図４に示される例では、現在の燃料消費量ＳＱＦがｆであるとすると、現在の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳがｓであると推定できる。
【００６６】
従って、一般的に言うと、検出されたリッチ時浄化率ＰＥＲ又はリッチ時浄化率変化率ＤＰＥに基づいて、任意の時期におけるリッチ時浄化率ＰＥ又は蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳを求めているということになる。
【００６７】
上述したように、本発明による実施例ではリッチ時浄化率ＰＥＲが繰り返し検出される。その上で、連続する２点のリッチ時浄化率ＰＥＲからリッチ時浄化率変化率ＤＰＥが算出され、これらリッチ時浄化率変化率ＤＰＥの平均値ＤＡＶＥが算出される。
【００６８】
図５に示される例では、リッチ時浄化率ＰＥＲ（２）が検出されると、リッチ時浄化率ＰＥＲ（１），ＰＥＲ（２）及び燃料消費量ＳＱＦ（１），ＳＱＦ（２）からリッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（１）が算出される。次いで、リッチ時浄化率ＰＥＲ（３）が検出されると、リッチ時浄化率ＰＥＲ（２），ＰＥＲ（３）及び燃料消費量ＳＱＦ（２），ＳＱＦ（３）からリッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（２）が算出される。更に、リッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（１）とリッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（２）の平均値ＤＡＶＥが算出される。
【００６９】
本発明による実施例では、このリッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥを用いてリッチ時浄化率ＰＥを推定するようにしている。即ち、ｉ回目（ｉ＝２，３，…）に検出されたリッチ時浄化率をＰＥＲ（ｉ）、このときの燃料消費量をＳＱＦ（ｉ）でそれぞれ表すと、燃料消費量がＳＱＦのときのリッチ時浄化率ＰＥは次式を用いて推定される。
ＰＥ＝ＤＡＶＥ・（ＳＱＦ−ＳＱＦ（ｉ））＋ＰＥＲ（ｉ）
この場合、リッチ時浄化率ＰＥＲが検出される毎に、リッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥの検出精度が高められることになり、蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳの推定精度が高められることになる。もっとも、リッチ時浄化率ＰＥＲを２回だけ検出すれば、リッチ時浄化率変化率ＤＰＥないし直線ｍを決定することができる。
【００７０】
上述したリッチ処理は比較的頻繁に行われるので、リッチ時浄化率ＰＥＲを検出しうる機会は頻繁にある。このことは、リッチ時浄化率ＰＥＲを検出するためだけに、流入排気ガスの空燃比ＡＦＮをリッチに切り替える必要がないことを意味している。当然、流入排気ガスの空燃比ＡＦＮがリーンである期間を延長する必要は全くない。即ち、通常の機関運転を行いながら、高精度で蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳを推定することができる。
【００７１】
このようにして蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが推定されると、推定された蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳがＳＯ_Ｘ許容値ＱＳＡよりも多いか否かが判断され、ＱＳ＞ＱＳＡのときにはＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるために上述した昇温リッチ処理が行われる。
【００７２】
従って、一般的に言うと、ＮＯ_Ｘ触媒２３の蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるべきか否かを、検出されたリッチ時浄化率ＰＥＲもしくは推定されたリッチ時浄化率ＰＥ又はリッチ時浄化率変化率ＤＰＥに基づいて判断しているということになる。
【００７３】
昇温リッチ処理が開始されるとＮＯ_Ｘ触媒２３からＳＯ_Ｘが一気に排出され、好ましくないイオウ臭が生ずる。このイオウ臭の程度はＮＯ_Ｘ触媒２３から排出されるＳＯ_Ｘの量が多くなるにつれて強くなる。一方、昇温リッチ処理が開始されたときにＮＯ_Ｘ触媒２３から排出されるＳＯ_Ｘの量はＳＯ_Ｘ許容量ＱＳＡが多くなるにつれて多くなる。
【００７４】
そこで本発明による実施例では、昇温リッチ処理が行われたときに生ずるイオウ臭の程度がほぼ許容限界になるように、ＳＯ_Ｘ許容量ＱＳＡを設定している。その結果、許容限界を越えた程度のイオウ臭が発生するのを阻止することができる。
【００７５】
次に、図６から図８に示されるＤＡＶＥの算出ルーチンを参照して本発明による実施例を更に詳しく説明する。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００７６】
図６から図８を参照すると、まずステップ１００では、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＮがリッチであるか否かが判別される。流入排気ガスの空燃比ＡＦＮがリーン又は理論空燃比のときには処理サイクルを終了し、リッチのときにはステップ１０１に進み、リッチ時浄化率ＰＥＲを検出すべきか否かが判別される。例えば、リッチ時浄化率ＰＥＲが検出されてから燃料消費量ＳＱＦが一定量ｑｆだけ消費されていないときにはリッチ時浄化率ＰＥＲを検出すべきでないと判断され、一定量ｑｆだけ消費されるとリッチ時浄化率ＰＥＲを検出すべきと判断される。リッチ時浄化率ＰＥＲを検出すべきないと判断されたときには処理サイクルを終了し、検出すべきと判断されたときには次いでステップ１０２に進み、流入ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＩの算出ルーチンが実行される。このＣＮＩ算出ルーチンは図９に示されている。
【００７７】
図９を参照すると、まずステップ１２０では内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯ_Ｘ濃度、即ち排出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＥＸが算出され、続くステップ１２１では補正係数ｋＮが算出される。続くステップ１２２では、排出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＥＸに補正係数ｋＮを乗算することによって流入ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＩが算出される（ＣＮＩ＝ＣＮＥＸ・ｋＮ）。
【００７８】
排出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＥＸは機関運転状態に応じて定まり、例えば機関回転数Ｎが高くなるにつれて多くなり、要求負荷Ｌが高くなるにつれて多くなる。本発明による実施例では、排出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＥＸがが予め実験により求められ、図１０に示されるマップの形で機関回転数Ｎ及び要求負荷Ｌの関数として予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００７９】
排出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＥＸがは燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気中の酸素濃度や、燃焼室５内の燃焼温度にも依存する。この酸素濃度は例えば燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比ＡＦＣに依存し、燃焼温度は例えば吸気温度ＴＡや筒内温度に依存する。そこで、図１１（Ａ）に示されるように、混合気の空燃比ＡＦＣがリーンになるにつれて大きくなり、吸気温度ＴＡが高くなるにつれて大きくなる補正係数ｋＮを予め求めておき、この補正係数ｋＮを排出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＥＸに乗算することにより、流入ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＩを算出するようにしている。言い換えると、機関運転状態に基づいて推定された排出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＥＸを、吸入空気又は混合気の状態量に基づいて補正するようにしている。
【００８０】
その結果、流入ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＩを正確に求めることができる。なお、補正係数ｋＮは混合気の空燃比ＡＦＣ及び吸気温度ＴＡの関数として図１１（Ｂ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００８１】
再び図６から図８を参照すると、ステップ１０２からステップ１０３に進み、ＮＯ_Ｘセンサ５１の出力電圧Ｖが下限値ＶＬ以上か否かが判別される。Ｖ≧ＶＬのときにはステップ１０４に進み、Ｖ＜ＶＬのときには処理サイクルを終了する。ステップ１０４以降では後述するように、リッチ時浄化率ＰＥＲが検出される。従って、Ｖ＜ＶＬのときには、このときのセンサ出力電圧Ｖを用いたリッチ時浄化率ＰＥＲの検出が禁止され、或いはこのときのセンサ出力電圧Ｖを用いて求められるリッチ時浄化率ＰＥＲに基づく、ＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳを減少させるべきか否かの判断が禁止されるということになる。ここで、センサ出力電圧Ｖを用いたリッチ時浄化率ＰＥＲの検出が禁止されると、リッチ時浄化率変化率ＤＰＥの算出が禁止され、或いはリッチ時浄化率変化率ＤＰＥに基づく、ＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳを減少させるべきか否かの判断が禁止される。
【００８２】
本発明による実施例で検出しようとする流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯは流入排気ガスの空燃比ＡＦＮがリッチのときの流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯであるので、かなり低くなっている。ところが、図１２に示されるように、流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯがかなり低くなるとＮＯ_Ｘセンサ５１の出力電圧Ｖが不安定になる。即ち、ＮＯ_Ｘセンサ５１の出力電圧Ｖが下限値ＶＬよりも低くなると、もはや流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯを正確に検出することができない。そこで本発明による実施例では、Ｖ＜ＶＬのときにはこのときのセンサ出力電圧Ｖを用いてリッチ時浄化率ＰＥＲを検出しないようにしている。
【００８３】
再び図６から図８を参照すると、ステップ１０４では、リッチ時浄化率ＰＥＲの検出回数を表すパラメータｉ（ｉ＝０，１，…）が１だけインクリメントされる。続くステップ１０５では、流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯが図１２のマップから算出される。本発明による実施例では、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＮがリッチに切り替えられている時間がかなり短いので、このとき及びこの前後の流入ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＩは一定と考えることができ、そうするとリッチ時浄化率ＰＥの増減は流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯの増減に依存することになる。そこで、ステップ１０５では、流入排気ガスの空燃比ＡＦＮがリッチに切り替えられた後、ピークに達したときのＮＯ_Ｘセンサ５１の出力電圧Ｖから流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯを算出するようにしている。
【００８４】
続くステップ１０６では、ｉ番目のリッチ時浄化率ＰＥＲ（ｉ）の算出ルーチンが実行される。このルーチンは図１３に示されている。
【００８５】
図１３を参照すると、ステップ１３０では流入ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＩ及び流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯを用いて一次的なリッチ時浄化率ＰＥＲが検出される（ＰＥＲ＝（ＣＮＩ−ＣＮＯ）／ＣＮＩ）。続くステップ１３１では、ＮＯ_Ｘ触媒２３のＮＯ_Ｘ浄化率特性を表す特性係数ｋＰが図１４から算出される。続くステップ１３２では、一次的なリッチ時浄化率ＰＥＲを特性係数ｋＰで除算することにより、ｉ番目のリッチ時浄化率ＰＥＲ（ｉ）が算出される（ＰＥＲ（ｉ）＝ＰＥＲ／ｋＰ）。
【００８６】
即ち、ＮＯ_Ｘ触媒２３のＮＯ_Ｘ浄化率ＥＦＦないしリッチ時浄化率ＰＥはＮＯ_Ｘ触媒２３の状態、例えばＮＯ_Ｘ触媒２３の温度ＴＣや、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの量を表す吸入空気量Ｇａに依存する。具体的には、図１４の特性係数ｋＰで表されるように、触媒温度ＴＣが低いときには触媒温度ＴＣが高くなるにつれてＮＯ_Ｘ浄化率ＥＦＦないしリッチ時浄化率ＰＥが高くなり、触媒温度ＴＣが高いときには触媒温度ＴＣが高くなるにつれてＮＯ_Ｘ浄化率ＥＦＦないしリッチ時浄化率ＰＥが低くなり、吸入空気量Ｇａが多くなるにつれてＮＯ_Ｘ浄化率ＥＦＦないしリッチ時浄化率ＰＥが低くなる。
【００８７】
ステップ１３０で検出される一次的なリッチ時浄化率ＰＥＲはこのようなＮＯ_Ｘ触媒２３の状態の影響を含んでいる。ところが、リッチ時浄化率変化率ＤＰＥをより正確に求めるためには、ＮＯ_Ｘ触媒２３の状態の影響を除去し、即ちＮＯ_Ｘ触媒２３の状態が同一のときの二つのリッチ時浄化率ＰＥＲ（ｉ）からリッチ時浄化率変化率ＤＰＥを求めるべきである。
【００８８】
一方、一次的なリッチ時浄化率ＰＥＲを特性係数ｋＰで除算した結果ＰＥＲ／ｋＰは予め定められた基準状態におけるリッチ時浄化率変化率ＤＰＥを表している。そこで本発明による実施例では、一次的なリッチ時浄化率ＰＥＲを特性係数ｋＰで除算することにより、ＰＥＲ（ｉ）を求めるようにしている。言い換えると、一次的なリッチ時浄化率ＰＥＲを、ＮＯ_Ｘ触媒２３の状態が基準状態のときのリッチ時浄化率ＰＥＲに換算しているということになる。なお、特性係数ｋＰは図１４に示されるマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００８９】
再び図６から図８を参照すると、続くステップ１０７ではこのときの燃料消費量ＳＱＦがＳＱＦ（ｉ）として記憶される。続くステップ１０８では、パラメータｉが２以上であるか否か、即ちリッチ時浄化率ＰＥＲが２回以上検出されたか否かが判別される。ｉ＜２のときには処理サイクルを終了し、ｉ≧２のときには次いでステップ１０９に進み、次式からｉ番目のリッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（ｉ）が算出される
ＤＰＥ（ｉ）＝（ＰＥＲ（ｉ）−ＰＥＲ（ｉ−１））／（ＳＱＦ（ｉ）−ＳＱＦ（ｉ−１））
続くステップ１１０ではリッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（ｉ）の平均値ＤＡＶＥが算出される。続くステップ１１１では、フラグＸＤがセットされる（ＸＤ＝１）。このフラグＸＤはリッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（ｉ）ないし平均値ＤＡＶＥが算出されていないときにはリセットされており（ＸＤ＝０）、ＤＰＥ（ｉ）ないしＤＡＶＥが算出されるとセットされる。
【００９０】
次に、図１５に示されるＳＯ_Ｘ制御ルーチンを参照して本発明による実施例を更に詳しく説明する。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００９１】
図１５を参照すると、まずステップ１４０では、前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの燃料消費量ＱＦが算出される。続くステップ１４１では、燃料消費量ＱＦの積算値、即ち現在の燃料消費量ＳＱＦが算出される（ＳＱＦ＝ＳＱＦ＋ＱＦ）。続くステップ１４２では、現在のＮＯ_Ｘ触媒２３の温度ＴＣの積算値、即ち温度積算値ＳＴＣが算出される（ＳＴＣ＝ＳＴＣ＋ＴＣ）。
【００９２】
続くステップ１４３では温度積算値ＳＴＣが予め定められた設定値ＳＴＣＳよりも大きいか否かが判別される。温度積算値ＳＴＣはＮＯ_Ｘ触媒２３の使用期間が短いときには小さく、ＮＯ_Ｘ触媒２３の使用期間が長くなると大きくなり、更にＮＯ_Ｘ触媒２３が高温になっている時間が長くなると大きくなる。従って、温度積算値ＳＴＣはＮＯ_Ｘ触媒２３の熱履歴を考慮しながらＮＯ_Ｘ触媒２３が新品であるか否かを判断する指標となりうる。
【００９３】
そこで本発明による実施例では、温度積算値ＳＴＣが設定値ＳＴＣＳよりも大きいときにはＮＯ_Ｘ触媒２３が新品でないと判断し、温度積算値ＳＴＣが設定値ＳＴＣＳ以下のときにはＮＯ_Ｘ触媒２３が新品であると判断するようにしている。
【００９４】
ＳＴＣ＞ＳＴＣＳのとき、即ちＮＯ_Ｘ触媒２３が新品でないときには次いでステップ１４４に進み、上述したフラグＸＤがセットされている（ＸＤ＝１）か否かが判別される。フラグＸＤがセットされているとき、即ちリッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥの算出が完了しているときには次いでステップ１４５に進み、リッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥと現在の燃料消費量ＳＱＦとから、次式により現在のリッチ時浄化率ＰＥが推定される。
ＰＥ＝ＤＡＶＥ・（ＳＱＦ−ＳＱＦ（ｉ））＋ＰＥＲ（ｉ）
続くステップ１４６では、ステップ１４５で推定された現在のリッチ時浄化率ＰＥを用いて図４のマップから、現在の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが推定される。
【００９５】
続くステップ１４７では、推定された蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳがＳＯ_Ｘ許容量ＱＳＡよりも多いか否かが判別される。ＱＳ≦ＱＳＡのときには処理サイクルを終了し、ＱＳ＞ＱＳＡのときには次いでステップ１４８に進んで昇温リッチ処理が行われる。
【００９６】
これに対し、ＳＴＣ≦ＳＴＣＳのとき、即ちＮＯ_Ｘ触媒２３が新品のときにはステップ１４３からステップ１４９に進み、次式により蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが推定される。
ＱＳ＝ｋＦ・ＳＱＦ
ここで、ｋＦは一定値である。即ち、ＮＯ_Ｘ触媒２３が新品のときには、蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳはリッチ時浄化率ＰＥＲ又はリッチ時浄化率変化率ＤＰＥに基づいて推定されず、燃料消費量ＳＱＦに基づいて推定される。次いでステップ１４７に進む。
【００９７】
このようにしているのは、ＮＯ_Ｘ触媒２３が新品のときにはＮＯ_Ｘ触媒２３内に蓄えられ得るＮＯ_Ｘの量が多いので、蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが多くなってもリッチ時浄化率ＰＥはさほど低下せず、従ってリッチ時浄化率変化率ＤＰＥを正確に算出することができないからである。
【００９８】
そうすると、ＮＯ_Ｘ触媒２３が新品のときには、リッチ時浄化率ＰＥＲ又はリッチ時浄化率変化率ＤＰＥに基づく、蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳの推定が禁止され、このとき燃料消費量ＳＱＦに基づいて蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが推定されるということになる。
【００９９】
或いは、ＮＯ_Ｘ触媒２３が新品のときには、リッチ時浄化率ＰＥＲ又はリッチ時浄化率変化率ＤＰＥに基づく、ＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳを減少させるべきか否かの判断が禁止され、このとき燃料消費量ＳＱＦに基づいてＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳを減少させるべきか否かが判断されるということにもなる。
【０１００】
一方、時間が経過するにつれて、リッチ時浄化率ＰＥに対する蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳの影響は次第に大きくなる。これは時間が経過するにつれて、触媒粒子が互いに付着し合ういわゆるシンタリングが進行するからである。このシンタリングの程度は例えば車両走行距離の積算値や燃料消費量ＳＱＦなどでも表すことができるけれども、ＮＯ_Ｘ触媒２３が高温になっている時間が長くなるにつれてシンタリングが進行することを考えると、シンタリングの程度はＮＯ_Ｘ触媒２３の熱履歴を表す温度積算値ＳＴＣで表すのが好ましい。実際、図１６に示されるように、温度積算値ＳＴＣが小さいときには、蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが増大してもリッチ時浄化率ＰＥはさほど低下せず、温度積算値ＳＴＣが大きくなると、蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳの増大に対してリッチ時浄化率ＰＥが大幅に低下する。そこで本発明による実施例では、ＮＯ_Ｘ触媒２３の温度積算値ＳＴＣが設定値ＳＴＣＳ小さいときに、ＮＯ_Ｘ触媒２３が新品であると判断するようにしている。
【０１０１】
再び図１５を参照すると、ステップ１４４においてフラグＸＤがセットされていないときには、このときリッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥが未だ算出されていないので、ステップ１４９に進み、燃料消費量ＳＱＦに基づいて蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが推定される。次いでステップ１４７に進む。
【０１０２】
なお、燃料消費量ＳＱＦに基づく蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳの推定はリッチ時浄化率変化率ＤＰＥに基づく推定よりも、確かに精度が高いとは言えない。しかしながら、リッチ時浄化率変化率ＤＰＥに基づく蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳの推定が禁止されているときに、蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが一切推定されず従って蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが一切行われないならば、ＮＯ_Ｘ触媒２３内にＮＯ_Ｘを蓄えることができなくなるほど、蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが過度に多くなる恐れがある。従って、それほど正確ではないとしても、燃料消費量ＳＱＦに基づいて蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳを行うことにより、ＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒２３に蓄えられることなくＮＯ_Ｘ触媒２３を通過するのを阻止することができる。
【０１０３】
次に、図１７から図１９を参照して本発明による第２実施例を説明する。
【０１０４】
図１２を参照して上述したように、流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯが低くなるとＮＯ_Ｘセンサ５１の検出精度が低下する。そこで上述した実施例では、ＮＯ_Ｘセンサ５１の出力電圧Ｖが下限値ＶＬよりも低いときには、このときのセンサ出力電圧Ｖからのリッチ時浄化率ＰＥＲの検出を禁止し、リッチ時浄化率変化率ＤＰＥの算出を禁止するようにしている。
【０１０５】
しかしながら、リッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥをより正確に求めるためには、リッチ時浄化率ＰＥＲをできるだけ多く検出するのが好ましい。
【０１０６】
そこで本発明による第２実施例では、センサ出力電圧Ｖが下限値ＶＬよりも低いときには、センサ出力電圧Ｖが下限値ＶＬ以上になるように、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比ＡＦＮがリッチに切り替えられたときの流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯを一時的に増大させている。
【０１０７】
流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯを増大させるには流入ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＩを増大させればよく、この流入ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＩを増大させるには排出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＥＸを増大させればよい。更に、排出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＥＸを増大させるには例えばＥＧＲガス量ＱＥＧＲを減少させればよく、ＥＧＲガス量ＱＥＧＲを減少させるには例えばＥＧＲ制御弁２５の開度ＯＰを減少させたり、スロットル開度を減少させたりすればよい。或いは、排気管２０内に排気絞り弁が配置されている場合には、排気絞り弁の開度を一増大させることもできる。
【０１０８】
ところが、流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯを増大させるために例えばＥＧＲ制御弁開度ＯＰを制御すると、このときのＥＧＲ制御弁開度ＯＰはもはや、機関運転状態により定まる最適な開度ではない。
【０１０９】
そこで本発明による別の実施例では、最適開度からのＥＧＲ制御弁開度ＯＰのずれを最小限に抑制しつつ、センサ出力電圧Ｖが下限値ＶＬ以上になるようにしている。
【０１１０】
これを達成するために、センサ出力電圧Ｖが下限値ＶＬに一致するように、ＥＧＲ制御弁開度ＯＰがフィードバック制御される。図１７を参照して具体的に説明すると、矢印Ｙで示されるように、流入排気ガスの空燃比ＡＦＮがリッチに切り替えられたときのセンサ出力電圧Ｖが下限値ＶＬよりも小さいときには、流入排気ガスの空燃比ＡＦＮがリッチに切り替えられる毎に、このときのセンサ出力電圧Ｖが下限値ＶＬに一致するように、ＥＧＲ制御弁開度ＯＰが少しずつ減少される。次いで、矢印Ｚで示されるように、センサ出力電圧Ｖが下限値ＶＬに一致すると、このとき流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯが検出される。
【０１１１】
このようにすると、最適開度に対するＥＧＲ制御弁開度ＯＰのずれを最小限に抑制することができる。なお、センサ出力電圧Ｖが下限値ＶＬよりもわずかばかり大きい値に一致するようにＥＧＲ制御弁開度ＯＰを制御することもできる。
【０１１２】
ところが、ＥＧＲ制御弁開度ＯＰのフィードバック制御の途中で、センサ出力電圧Ｖが下限値ＶＬに一致する前に、ＥＧＲ制御弁開度ＯＰが最適開度から大きくずれてしまう場合もあり得る。このような場合には、ＥＧＲ制御弁開度ＯＰを更に変更するよりも、流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯの検出を禁止してＥＧＲ制御弁開度ＯＰを最適開度に維持する方が好ましい。
【０１１３】
そこで本発明による第２実施例では、ＥＧＲ制御弁開度ＯＰのフィードバック制御の途中でＥＧＲ制御弁開度ＯＰが許容範囲を越えて変動したときには、このときの機関運転状態を記憶しておき、機関運転状態がこの記憶された機関運転状態にあるときには、ＥＧＲ制御弁開度ＯＰのフィードバック制御を禁止するようにしている。即ち、この場合にはＥＧＲ制御弁開度ＯＰは最適開度に維持され、流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯの増大作用が禁止される。
【０１１４】
具体的には、本発明による第２実施例では、図１８に示されるように、例えば機関回転数Ｎ及び要求負荷Ｌにより定まる機関運転領域が例えば９つの領域ＯＲｊｋ（ｊ＝１，２，３，ｋ＝１，２，３）に分割されており、機関運転状態が運転領域ＯＲｊｋにあるときにＥＧＲ制御弁開度ＯＰが許容範囲を越えて変動したときには、フラグＸ（ＯＲｊｋ）がセットされる（Ｘ（ＯＲｊｋ）＝１）。その後、フラグ　Ｘ（ＯＲｊｋ）がセットされている運転領域ＯＲｊｋでは、流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯの増大作用が行われない。
【０１１５】
更に、本発明による第２実施例では、流入排気ガスの空燃比ＡＦＮがリッチに切り替えられたときのセンサ出力電圧Ｖを下限値ＶＬに一致させるのに必要なＥＧＲ制御弁開度ＯＰｊｋが領域ＯＲｊｋ毎に記憶されている。従って、センサ出力電圧Ｖを下限値ＶＬに一致させるのに必要なＥＧＲ制御弁開度ＯＰｊｋが一旦見つかれば、その後は直ちに流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯを検出することができる。
【０１１６】
図１９は本発明による第２実施例のＤＡＶＥ算出ルーチンの一部を示している。このルーチンの一部は図６から図８に示されるルーチンのステップ１０３の代わりに実行することができる。
【０１１７】
図１９を参照すると、ステップ１５０では、ＮＯ_Ｘセンサ５１の出力電圧Ｖが下限値ＶＬ以上か否かが判別される。Ｖ≧ＶＬのときにはステップ１０４に進み、Ｖ＜ＶＬのときには次いでステップ１５１に進み、現在の機関運転領域ＯＲｊｋがどの運転領域であるかが決定される。続くステップ１５２では、現在の機関運転領域ＯＲｊｋのフラグＸ（ＯＲｊｋ）がリセットされている（Ｘ（ＯＲｊｋ）＝０）か否かが判別される。Ｘ（ＯＲｊｋ）がセットされている（Ｘ（ＯＲｊｋ）＝１）ときには処理サイクルを終了し、Ｘ（ＯＲｊｋ）がリセットされているときには次いでステップ１５３に進み、センサ出力電圧Ｖが下限値ＶＬに一致するように、ＥＧＲ制御弁開度ＯＰｊｋがフィードバック制御される。続くステップ１５４では、フィードバック制御されたＥＧＲ制御弁開度ＯＰｊｋが許容範囲外か否かが判別される。ＥＧＲ制御弁開度ＯＰｊｋが許容範囲内のときには次いでステップ１０４以降に進んで流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯが検出される。これに対し、ＥＧＲ制御弁開度ＯＰｊｋが許容範囲外のときには次いでステップ１５５に進み、フラグＸ（ＯＲｊｋ）をセットした後に、処理サイクルを終了する。
【０１１８】
なお、排気浄化装置のその他の構成及び作用は上述の実施例と同様であるので説明を省略する。
【０１１９】
次に、図２０及び図２１を参照して本発明による第３実施例を説明する。
【０１２０】
図３を参照して上述したように、燃料の種類が変わらない限り、リッチ時浄化率変化率ＤＰＥは一定に維持される。そうすると、リッチ時浄化率変化率ＤＰＥが変動したときには、燃料の種類が変わった、即ち給油が行われたということになる。
【０１２１】
図２０に示される例では、リッチ時浄化率ＰＥＲ（１），ＰＥＲ（２）及び燃料消費量ＳＱＦ（１），ＳＱＦ（２）からリッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（１）が算出されている状態でリッチ時浄化率ＰＥＲ（３）が検出されると、リッチ時浄化率ＰＥＲ（２），ＰＥＲ（３）及び燃料消費量ＳＱＦ（２），ＳＱＦ（３）からリッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（２）が算出される。次いで、リッチ時浄化率変化率ＤＰＥの変化量ΔＤ（＝｜ＤＰＥ（２）−ＤＰＥ（１）｜）が算出され、この変化量ΔＤが許容値ｄよりも大きいときには、リッチ時浄化率ＰＥＲ（２）が検出されてからリッチ時浄化率ＰＥＲ（３）が検出されるまでの間に給油が行われたことがわかる。
【０１２２】
この場合、本発明による第３実施例では、リッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（１）に基づく蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳの推定、及び蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳを減少させるべきか否かの判断が禁止される。リッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（１）は給油前の燃料におけるリッチ時浄化率変化率だからである。その結果、給油が行われ燃料の種類が変化したとしても、蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳの推定、及び蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳを減少させるべきか否かの判断を正確に行うことができる。
【０１２３】
従って、一般的に言うと、リッチ時浄化率を、互いに時間間隔を隔てた３点においてそれぞれ検出すると共に、先の２点におけるリッチ時浄化率ＰＥＲ（ｉ−２），ＰＥＲ（ｉ−１）と先の２点間の燃料消費量（ＳＱＦ（ｉ−１）−ＳＱＦ（ｉ−２））とから先のリッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（ｉ−１）を求めると共に、後の２点におけるリッチ時浄化率（ｉ−１），ＰＥＲ（ｉ）と後の２点間の燃料消費量（ＳＱＦ（ｉ）−ＳＱＦ（ｉ−１））とから後のリッチ時浄化率変化率ＤＰＥを求め、先のリッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（ｉ−１）に対する後のリッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（ｉ）の変化量ΔＤ（＝｜ＤＰＥ（ｉ）−ＤＰＥ（ｉ−１）｜）が許容値ｄよりも大きいときには、先のリッチ時浄化率変化率ＤＰＥ（ｉ−１）に基づく、蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳの推定、及びＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かの判断を禁止しているということになる。
【０１２４】
図２１は本発明による第３実施例のＤＡＶＥ算出ルーチンの一部を示している。このルーチンの一部は図６から図８に示されるルーチンのステップ１１０及び１１１の代わりに実行することができる。
【０１２５】
図２１を参照すると、ステップ１６０では、リッチ時浄化率変化率の変化量ΔＤ（＝｜ＤＰＥ（ｉ）−ＤＰＥ（ｉ−１）｜）が算出される。続くステップ１６１では変動量ΔＤが設定値ｄよりも大きいか否かが判別される。ΔＤ≦ｄのときには給油が行われていないと判断し、次いでステップ１６２に進んでリッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥが算出される。続くステップ１６３ではフラグＸＤがセットされる（ＸＤ＝１）。
【０１２６】
これに対し、ΔＤ＞ｄのときには給油が行われたと判断し、ステップ１６１からステップ１６４に進んで燃料消費量ＳＱＦ及びパラメータｉがそれぞれクリアされる。続くステップ１６５ではフラグＸＤがリセットされる（ＸＤ＝０）。この場合、図１５のＳＯ_Ｘ制御ルーチンではステップ１４４からステップ１４９に進むことになり、従って新たにリッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥが算出されるまでは、燃料消費量ＳＱＦに基づいて蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが推定され、燃料消費量ＳＱＦに基づいて蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるべきか否かが判断される。
【０１２７】
なお、排気浄化装置のその他の構成及び作用は上述の実施例と同様であるので説明を省略する。
【０１２８】
次に、図２２及び図２３を参照して本発明による第４実施例を説明する。
【０１２９】
給油が行われた後の燃料タンク３０内の燃料は給油前の燃料と、給油された燃料との混合体と見ることができる。給油前の燃料を用いたときに得られるリッチ時浄化率変化率をＤＯＬＤで表すと、このＤＯＬＤは既に求められている。従って、給油された燃料を用いたときに得られるリッチ時浄化率変化率が分かれば、給油直後の燃料タンク３０内に占める給油直前の燃料残量の割合と、給油された燃料の量の割合とに応じて、給油後のリッチ時浄化率変化率を推定できることになる。
【０１３０】
そこで本発明による第４実施例では、予め定められた設定燃料を用いたときに得られるリッチ時浄化率変化率ＤＭＡＸを予め求めておき、給油が行われてからリッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥが新たに算出されるまでは、給油された燃料がこの設定燃料であると仮定して仮のＤＡＶＥを算出し、この仮のＤＡＶＥに基づいて蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳを推定するようにしている。
【０１３１】
設定燃料にはどのような燃料を用いてもよいが、本発明による第４実施例では、市場で入手可能な燃料のうちイオウ含有量が最も多い燃料を設定燃料として用いている。このようにすると、実際の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳがＳＯ_Ｘ許容値ＱＳＡを越えることがない。
【０１３２】
ここで、給油直前の燃料残量をＲＱＦＯＬＤで表すと、給油直後の燃料タンク３０内の全燃料量をＲＱＦに対する設定燃料量の割合ＲＡＴＩＯは次のようになる。
ＲＡＴＩＯ＝（ＲＱＦ−ＲＱＦＯＬＤ）／ＲＱＦ
仮のＤＡＶＥは割合がゼロのときのＤＯＬＤと、割合がＲＡＴＩＯが１．０のときのＤＭＡＸとを、割合ＲＡＴＩＯに応じて比例配分することにより求められる。即ち、仮のＤＡＶＥは図２２の直線ｈで示される。図２２に示される例では、ＲＡＴＩＯがｒであるときの仮のＤＡＶＥがａであることがわかる。
【０１３３】
このようにして算出される仮のＤＡＶＥは、給油前に算出されたリッチ時浄化率変化率ＤＯＬＤを加味して求められるものであり、或る程度の正確性を期待できる。
【０１３４】
図２３は本発明による第３実施例のＤＡＶＥ算出ルーチンの一部を示している。このルーチンの一部は図６から図８に示されるルーチンのステップ１１０及び１１１の代わりに実行することができる。
【０１３５】
図２３を参照すると、ステップ１７０では、リッチ時浄化率変化率の変化量ΔＤ（＝｜ＤＰＥ（ｉ）−ＤＰＥ（ｉ−１）｜）が算出される。続くステップ１７１では変動量ΔＤが設定値ｄよりも大きいか否かが判別される。ΔＤ≦ｄのときには給油が行われていないと判断し、次いでステップ１７２に進んでリッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥが算出される。続くステップ１７３ではフラグＸＤがセットされる（ＸＤ＝１）。続くステップ１７４ではフラグＸＤがセットされる（ＸＤ＝１）。
【０１３６】
これに対し、ΔＤ＞ｄのときには給油が行われたと判断し、ステップ１７１からステップ１７５に進み、給油された燃料の割合ＲＡＴＩＯが算出される（ＲＡＴＩＯ＝（ＲＱＦ−ＲＱＦＯＬＤ）／ＲＱＦ）。続くステップ１７６では図２２のマップから、仮のＤＡＶＥが算出される。続くステップ１７７では燃料消費量ＳＱＦ及びパラメータｉがそれぞれクリアされる。続くステップ１７４ではフラグＸＤがセットされる（ＸＤ＝１）。
【０１３７】
なお、排気浄化装置のその他の構成及び作用は上述の実施例と同様であるので説明を省略する。
【０１３８】
次に、図２４及び図２５を参照して本発明による第５実施例を説明する。
【０１３９】
図３を参照した説明からわかるように、リッチ時浄化率変化率ＤＰＥは燃料中のイオウ濃度を表している。即ち、燃料中のイオウ濃度が高くなるにつれて、リッチ時浄化率変化率ＤＰＥが小さくなり即ち直線ｍ（図３）の勾配が大きくなる。
【０１４０】
従って、リッチ時浄化率変化率ＤＰＥがわかれば燃料中のイオウ濃度ＣＦＳがわかることになる。燃料中のイオウ濃度ＣＦＳがわかれば、燃料消費量ＳＱＦにイオウ濃度ＣＦＳを乗算した結果は蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳを概ね表している。
【０１４１】
そこで本発明による第５実施例では、リッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥと燃料中のイオウ濃度ＣＦＳとの関係を図２４に示されるマップの形で予め求めておき、リッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥから燃料中のイオウ濃度ＣＦＳを推定するようにしている。次いで、このイオウ濃度ＣＦＳを用いて次式から蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが推定される。
ＱＳ＝ｋＳ・ＳＱＦ・ＣＦＳ
ここでｋＳは一定値である。
【０１４２】
図２５は本発明による第５実施例のＳＯ_Ｘ制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【０１４３】
図２５を参照すると、まずステップ１８０では、前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの燃料消費量ＱＦが算出される。続くステップ１８１では、燃料消費量ＱＦの積算値、即ち現在の燃料消費量ＳＱＦが算出される（ＳＱＦ＝ＳＱＦ＋ＱＦ）。続くステップ１８２では、現在のＮＯ_Ｘ触媒２３の温度ＴＣの積算値、即ち温度積算値ＳＴＣが算出される（ＳＴＣ＝ＳＴＣ＋ＴＣ）。
【０１４４】
続くステップ１８３では温度積算値ＳＴＣが予め定められた設定値ＳＴＣＳよりも大きいか否かが判別される。ＳＴＣ＞ＳＴＣＳのときには次いでステップ１８４に進み、上述したフラグＸＤがセットされている（ＸＤ＝１）か否かが判別される。フラグＸＤがセットされているとき、即ちリッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥの算出が完了しているときには次いでステップ１８５に進み、図２４のマップから燃料中のイオウ濃度ＣＦＳが推定される。続くステップ１８６では現在の蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが推定される（ＱＳ＝ｋＳ・ＳＱＦ・ＣＦＳ）。
【０１４５】
続くステップ１８７では、推定された蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳがＳＯ_Ｘ許容量ＱＳＡよりも多いか否かが判別される。ＱＳ≦ＱＳＡのときには処理サイクルを終了し、ＱＳ＞ＱＳＡのときには次いでステップ１８８に進んで昇温リッチ処理が行われる。
【０１４６】
これに対し、ステップ１８３においてＳＴＣ≦ＳＴＣＳのとき、及びステップ１８４においてフラグＸＤがセットされていないときにはステップ１８９に進み、燃料消費量ＳＱＦに基づいて蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが推定される（ＱＳ＝ｋＦ・ＳＱＦ）。次いでステップ１８７に進む。
【０１４７】
なお、排気浄化装置のその他の構成及び作用は上述の実施例と同様であるので説明を省略する。
【０１４８】
【発明の効果】
ＮＯ_Ｘ触媒での良好な排気浄化作用を維持しながら、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを正確に判断する。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯ_Ｘ浄化率ＥＦＦ及びリッチ時浄化率ＰＥＲの検出時期を説明するためのタイムチャートである。
【図３】リッチ時浄化率変化率ＤＰＥを説明するための図である。
【図４】リッチ時浄化率ＰＥと蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳとの関係を示す線図である。
【図５】リッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥを説明するための図である。
【図６】ＤＡＶＥ算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】ＤＡＶＥ算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】ＤＡＶＥ算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】ＣＮＩ算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】排出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＥＸを示す線図である。
【図１１】補正係数ｋＮを示す線図である。
【図１２】ＮＯ_Ｘセンサの出力電圧と、流出ＮＯ_Ｘ濃度ＣＮＯとの関係を示す線図である。
【図１３】ＰＥＲ（ｉ）算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】特性係数ｋＰを示す線図である。
【図１５】ＳＯ_Ｘ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】リッチ時浄化率ＰＥと蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳとの関係を示す線図である。
【図１７】本発明による第２実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図１８】機関運転領域ＯＲｊｋを説明するための図である。
【図１９】本発明による第２実施例のＤＡＶＥ算出ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図２０】本発明による第３実施例を説明するための図である。
【図２１】本発明による第３実施例のＤＡＶＥ算出ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図２２】本発明による第４実施例を説明するための図である。
【図２３】本発明による第４実施例のＤＡＶＥ算出ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図２４】リッチ時浄化率変化率の平均値ＤＡＶＥと燃料中イオウ濃度ＣＦＳとの関係を示す図である。
【図２５】本発明による第５実施例のＳＯ_Ｘ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２０ａ，２０ｂ…排気管
２３…ＮＯ_Ｘ触媒
３０…燃料タンク
３１…還元剤供給弁
５１…ＮＯ_Ｘセンサ

Claims (21)

1. リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる内燃機関において、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチに切り替えられたときのＮＯ_Ｘ触媒のＮＯ_Ｘ浄化率であるリッチ時浄化率を検出し、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを該リッチ時浄化率に基づいて判断し、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきと判断されたときには、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるためにＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの平均空燃比を一時的にリッチに切り替えるようにした内燃機関の排気浄化装置。
2. ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が時間間隔を隔てて繰り返し一時的にリッチに切り替えられるようになっており、前記リッチ時浄化率を、互いに時間間隔を隔てた２点においてそれぞれ検出すると共に、これら２点間の燃料消費量を検出し、これら２点におけるリッチ時浄化率と該燃料消費量とから、燃料消費量に対するリッチ時浄化率の変化率であるリッチ時浄化率変化率を求め、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを該リッチ時浄化率変化率に基づいて判断するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 基準時期から判断時期までの燃料消費量を求め、該燃料消費量と、前記リッチ時浄化率変化率とから、該判断時期におけるリッチ時浄化率を推定し、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を判断時期に減少させるべきか否かを該推定された判断時期におけるリッチ時浄化率に基づいて判断するようにした請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記判断時期においてＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を、前記推定された判断時期におけるリッチ時浄化率に基づいて推定し、該推定されたＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量が予め定められた設定量よりも多いときに、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を判断時期に減少させるべきと判断するようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 燃料中のイオウ含有量を前記リッチ時浄化率変化率に基づいて推定すると共に、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を該推定された燃料中のイオウ含有量に基づいて推定し、該推定されたＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量が予め定められた設定量よりも多いときに、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきと判断するようにした請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量が前記設定量のときに、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるためにＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの平均空燃比が一時的にリッチに切り替えられると、このとき生ずるイオウ臭の程度がほぼ許容限界になるように、前記設定量を設定した請求項４又は５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチに切り替えられたときにＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘ量である流入ＮＯ_Ｘ量を、機関運転状態に基づいて推定すると共に、該推定された流入ＮＯ_Ｘ量を吸入空気又は混合気の状態量に基づいて補正し、該補正された流入ＮＯ_Ｘ量を用いて前記リッチ時浄化率を検出するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記検出されたリッチ時浄化率を、ＮＯ_Ｘ触媒の状態が予め定められた基準状態のときのリッチ時浄化率に換算し、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを該換算されたリッチ時浄化率に基づいて判断するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. ＮＯ_Ｘ触媒下流の排気通路内にＮＯ_Ｘセンサを配置して該ＮＯ_Ｘセンサにより、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチに切り替えられたときにＮＯ_Ｘ触媒から流出する排気ガス中のＮＯ_Ｘ量である流出ＮＯ_Ｘ量を検出し、該検出された流出ＮＯ_Ｘ量を用いて前記リッチ時浄化率を検出するようにし、該検出された流出ＮＯ_Ｘ量が予め定められた下限量よりも少ないときには、該検出された流出ＮＯ_Ｘ量を用いて検出されたリッチ時浄化率に基づく、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かの判断を禁止するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記ＮＯ_Ｘセンサにより検出される流出ＮＯ_Ｘ量が下限量以上になるように、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯ_Ｘ量である排出ＮＯ_Ｘ量を一時的に増大させるようにした請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 前記ＮＯ_Ｘセンサにより検出される流出ＮＯ_Ｘ量が下限量又は下限量よりもわずかばかり多い量に一致するように、前記排出ＮＯ_Ｘ量を制御する請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置。
12. 前記排出ＮＯ_Ｘ量を増大させたときに機関制御パラメータが許容範囲を越えて変動したときにはこのときの機関運転状態を記憶し、機関運転状態が該記憶された機関運転状態にあるときには排出ＮＯ_Ｘ量の増大作用を禁止するようにした請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置。
13. 吸気通路とＮＯ_Ｘ触媒上流の排気通路とを互いに連結するＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスが供給されるようになっており、前記排出ＮＯ_Ｘ量を一時的に増大させるために、ＥＧＲガス量を一時的に減少させるようにした請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置。
14. ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が時間間隔を隔てて繰り返し一時的にリッチに切り替えられるようになっており、前記リッチ時浄化率を、互いに時間間隔を隔てた３点においてそれぞれ検出すると共に、先の２点間の燃料消費量と、後の２点間の燃料消費量とをそれぞれ検出し、先の２点におけるリッチ時浄化率と先の２点間の燃料消費量とから先のリッチ時浄化率変化率を求めると共に、後の２点におけるリッチ時浄化率と後の２点間の燃料消費量とから後のリッチ時浄化率変化率を求め、先のリッチ時浄化率変化率に対する後のリッチ時浄化率変化率の変化量が予め定められた許容値よりも大きいときには、先のリッチ時浄化率変化率に基づく、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かの判断を禁止するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
15. 前記リッチ時浄化率変化率の変化量が前記許容値よりも小さいときには、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを先のリッチ時浄化率変化率と後のリッチ時浄化率変化率との平均値に基づいて判断するようにした請求項１４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
16. 給油が行われたときには、給油前に求められたリッチ時浄化率変化率に基づく、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かの判断を禁止し、給油が行われた後リッチ時浄化率変化率が新たに求められるまでは、給油された燃料が予め定められた設定燃料であると仮定した上で、給油前に求められたリッチ時浄化率変化率と、燃料が設定燃料であるときのリッチ時浄化率変化率と、給油直後の燃料タンク内の全燃料量に対する設定燃料の量の割合とから、仮のリッチ時浄化率変化率を求め、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを該仮のリッチ時浄化率変化率に基づいて判断するようにした請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
17. 前記設定燃料が、市場で入手可能な燃料のうちイオウ含有量が最も多い燃料である請求項１６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
18. ＮＯ_Ｘ触媒が新品であるか否かを判断し、ＮＯ_Ｘ触媒が新品であると判断されたときには、前記リッチ時浄化率に基づく、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かの判断を禁止するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
19. ＮＯ_Ｘ触媒の温度の積算値を求め、該温度の積算値が予め定められた設定値よりも小さいときには、ＮＯ_Ｘ触媒が新品であると判断するようにした請求項１８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
20. 前記リッチ時浄化率に基づく、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かの判断が禁止されているときには、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきか否かを燃料消費量に基づいて判断するようにした請求項１８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
21. ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘの量を減少させるためにＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチに切り替えられたときに、前記リッチ時浄化率を検出するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images