JP2005291130A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化触媒から硫黄を放出させる硫黄放出制御の異常の有無を迅速且つ正確に判断することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】Ｓ放出制御中においては、リッチ期間とリーン期間とが交互に繰り返され、リッチ期間での添加弁６８からの燃料添加により、排気の空燃比が目標空燃比（１４．３）へと制御される。そして、添加弁６８からの燃料添加が終了するリッチ期間の終了時点毎に、空燃比センサ４８から検出される実際の排気空燃比が理論空燃比に達しているか否かが判断される。そして、実際の排気空燃比が理論空燃比に達している旨判断された回数をカウンタＣによってカウントし、同カウンタＣが許容値以上になることに基づき、Ｓ放出制御で異常が発生している旨の判断がなされる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

ディーゼルエンジンの如く希薄燃焼が行われる内燃機関の排気浄化触媒、特にＮＯx 吸蔵還元触媒については、燃料中に含まれる硫黄成分により被毒され、この被毒の程度が大きくなるとＮＯx 吸蔵還元能力が低下する。このため、ある程度の硫黄成分がＮＯx 吸蔵還元触媒に蓄積されると、同触媒から硫黄成分を放出させるための硫黄放出制御が行われる。同制御においては、触媒床温を高温化した状態で、空燃比センサによって検出される排気の空燃比に基づき、同空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチである目標空燃比へとフィードバック制御される。そして、こうした触媒床温の高い状態での空燃比のリッチ化により、ＮＯx 吸蔵還元触媒からの硫黄成分の放出が行われる。

ここで、硫黄放出制御の具体的な実行手順について特許文献１を例に説明する。
特許文献１では、硫黄放出制御によるＮＯx 吸蔵還元触媒からの硫黄成分の放出が完了したか否かを判断する指標として、以下の式（１）から算出される７００℃換算Ｓ再生時間Ｔreという値が用いられている。

Ｔre(i)＝Ｔre(i-1)＋Ｋｙ・Ｔcal …（１）
Ｔre(i) ：今回の７００℃換算Ｓ再生時間
Ｔre(i-1) ：前回の７００℃換算Ｓ再生時間
Ｋｙ ：硫黄放出速度係数
Ｔcal ：燃料噴射量算出周期
式（１）に基づく７００℃換算Ｓ再生時間Ｔreの算出は、硫黄放出制御中であるか否かに関係なく、排気の空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときに行われる。

なお、ここで算出される７００℃換算Ｓ再生時間Ｔreとは、排気の空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチになって硫黄成分の放出が行われた時間を、触媒床温を７００℃にして硫黄放出制御を実施した場合の硫黄放出時間に換算して累計したものである。また、式（１）で用いられる硫黄放出速度係数Ｋｙは、触媒床温７００℃での硫黄成分の放出速度と今回計算時の触媒床温での硫黄成分の放出速度との比であって、触媒床温に基づき求められるものである。更に、燃料噴射量算出周期Ｔcal とは、前回の内燃機関の燃料噴射量の算出から今回の燃料噴射量の算出までの時間間隔を表している。

そして、硫黄放出制御の開始後、上記７００℃換算Ｓ再生時間Ｔreが、触媒床温７００℃での硫黄成分の放出完了時間に対応した値である基準値Ｔreo に達すると、硫黄放出制御が完了したものと判断される。

特許文献１の硫黄放出制御においては、その制御中の内燃機関の運転モードとして、触媒床温の上昇速度の異なる低速昇温モードと高速昇温モードとのいずれか一方が選択される。具体的には、硫黄放出制御の開始直後には、まず運転モードとして低温昇温モードが選択される。そして、低速昇温モードでの硫黄放出制御の実行時間ＴL が基準値ＴLO以上になっても、７００℃換算Ｓ再生時間Ｔreが基準値Ｔreo に達しない場合には、低速昇温モードよりも触媒床温を上昇させ易い運転モードである高速昇温モードに切り換えられ、ＮＯx 吸蔵還元触媒からの硫黄放出の促進が図られる。

ところで、硫黄放出制御での空燃比の目標空燃比へのフィードバック制御時、例えば空燃比センサが故障してリーン側の信号しか出力しなくなると、排気の空燃比が実際にはリッチであるにもかかわらずリーンであると認識されるため、７００℃換算Ｓ再生時間Ｔreの加算が行われないという状況になる。この場合、硫黄放出制御を幾ら続けても７００℃換算Ｓ再生時間Ｔreが基準値Ｔreo に達しないため、硫黄放出制御を終了できなくなるという不具合が生じる。

このことを考慮して、特許文献１では、低速昇温モードの実行時間ＴL が基準値ＴLOに達し、その後に行われる高速昇温モードの実行時間ＴH が基準値ＴhOに達しても、７００℃換算Ｓ再生時間Ｔreが基準値Ｔreo に達しない場合には、硫黄放出制御が異常である旨判断するようにしている。このように硫黄放出制御での異常の有無を判断することで、その異常についての対策を講じることができるようになる。
特開２００１−５９４１５公報

しかし、特許文献１の異常診断では、硫黄放出制御の開始から「ＴLO＋ＴHO」という時間が経過したということだけで同制御が異常である旨判断しており、その異常から影響を受ける排気の空燃比を直接的に考慮して異常の有無を判断しているわけではない。言い換えれば、上記異常診断では、硫黄放出制御の開始から「ＴLO＋ＴHO」という時間が経過したという、硫黄放出制御の異常によって間接的に生じる現象に基づき当該異常の有無を判断していることになる。

このように硫黄放出制御の異常から間接的にしか影響を受けないパラメータ、即ち硫黄放出制御の実行時間のみに基づき当該異常の有無を判断する場合、その診断に用いられる「ＴLO＋ＴHO」という時間が短い値に設定されていると、硫黄放出制御が異常であるか否かの判断に誤りが生じるおそれがある。例えば、触媒床温が上昇しにくい状況や、燃料噴射量の計算周期が長くなる機関低回転時といった状況では、７００℃換算Ｓ再生時間Ｔreの増加が遅くなる。この場合、硫黄放出制御に異常がなくても、７００℃換算Ｓ再生時間Ｔreが基準値Ｔreo に達する前に硫黄放出制御の実行時間が「ＴLO＋ＴHO」に達する可能性があり、それに起因して同制御が異常である旨の誤判断がなされるおそれがある。

また、上記のような誤判断を回避するため、硫黄放出制御の開始から「ＴLO＋ＴHO」という時間が経過したことが確実に硫黄放出制御の異常を意味するものとなるよう、「ＴLO＋ＴHO」という時間を長い値に設定することも考えられる。しかし、このように「ＴLO＋ＴHO」という値を長い時間に設定すると、実際に硫黄放出制御が異常であるときにその旨の判断がなされるのに時間がかかり、同判断の結果に基づきなされる上記異常への対策が遅れることになる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気浄化触媒から硫黄を放出させる硫黄放出制御の異常の有無を迅速且つ正確に判断することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、希薄燃焼が行われる内燃機関の排気浄化触媒から硫黄を放出させる硫黄放出制御を実行するに際し、同機関の排気の空燃比をリッチ側に補正するための補正値を当該空燃比に応じて増減させることで、その空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチである目標空燃比へとフィードバック制御する排気浄化装置において、内燃機関の排気の空燃比を検出する検出手段と、前記フィードバック制御中の所定タイミング毎に、前記検出手段によって検出される空燃比が前記排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達しているか否かを判断する判断手段と、前記判断手段によって前記空燃比が前記排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達していない旨判断された回数をカウントし、その回数が許容値以上になったとき硫黄放出制御が異常である旨判断する異常診断手段とを備えた。

こうした硫黄放出制御での異常の有無の判断においては、上記許容値を大きくするほど、当該判断に要する時間が長くはなるが、同判断の正確さは増すようになる。上記構成によれば、硫黄放出制御の異常から直接的に影響を受ける排気の空燃比に基づき同異常の有無が判断されるため、その判断に要する時間を長くとらずとも、即ち許容値を大きくせずとも同判断を正確なものとすることができる。従って、硫黄放出制御の異常の有無を迅速且つ正確に判断することができる。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記判断手段は、前記空燃比が前記排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達しているか否かの判断を、前記補正値がリッチ側の限界付近にあることを条件に行うものとした。

上記補正値がリッチ側の限界付近にあるということは、空燃比を目標空燃比に向けて最大限に制御しようとしていることになる。このような状況でも、空燃比が排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達していないなら、硫黄放出制御に異常が生じている可能性が高くなる。従って、補正値がリッチ側の限界付近にあることを、空燃比が排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達しているか否かの判断を行う条件とすることで、空燃比が排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達していないとの判断回数が許容値以上になることに基づく異常発生の旨の判断を、一層正確なものとすることができる。

請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記硫黄放出制御は、前記空燃比を理論空燃比以下とするリッチ期間と前記空燃比をリーンとするリーン期間とを繰り返し、前記リッチ期間中に前記フィードバック制御を実行するものであって、前記判断手段は、前記リッチ期間から前記リーン期間への切り換え時に、前記空燃比が前記排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達しているか否かを判断するものとした。

上記構成によれば、空燃比が排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達しているか否かの判断は、リッチ期間からリーン期間への切り換え時、即ちフィードバック制御が十分に行われた後の同制御の終了時になされるため、その判断結果がより信頼性の高いものとなる。従って、空燃比が排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達していないとの判断回数が許容値以上になることに基づく異常発生の旨の判断を、一層正確なものとすることができる。

請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記異常診断手段によって硫黄放出制御が異常である旨判断されたとき、硫黄放出制御を中止して排気の空燃比を通常の値に戻す復帰手段を更に備えるものとした。

上記構成によれば、硫黄放出制御が異常である旨判断されると、同制御が中止されて排気の空燃比が通常の値に戻されるため、空燃比の目標空燃比への無駄なリッチ化が続けられ、これにより燃費が悪化したり排気浄化触媒が過度に昇温されたりするのを抑制することができる。

請求項５記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記異常診断手段は、前記硫黄放出制御が行われているとき、前記空燃比が前記排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達すると、前記硫黄放出制御が正常である旨判断するとともに、前記判断手段によって前記空燃比が前記排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達していない旨判断された回数をクリアするものとした。

硫黄放出制御が行われているとき、空燃比が排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達するということは、いずれは排気浄化触媒からの硫黄が放出が完了して硫黄放出制御が終了することを意味する。上記構成によれば、このような場合に硫黄放出制御が正常である旨の判断がなされるため、同制御における異常の有無の判断が無駄に続けられるのを抑制することができる。

以下、本発明を車両用ディーゼルエンジンの排気浄化装置に具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１に示されるように、ディーゼルエンジン２は複数気筒、ここでは４気筒＃１，＃２，＃３，＃４からなる。各気筒＃１〜＃４の燃焼室４は吸気弁６にて開閉される吸気ポート８及び吸気マニホールド１０を介してサージタンク１２に連結されている。そしてサージタンク１２は、吸気経路１３を介して、インタークーラ１４及び過給機、ここでは排気ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａの出口側に連結されている。コンプレッサ１６ａの入口側はエアクリーナ１８に連結されている。サージタンク１２には、排気再循環（以下、「ＥＧＲ」と称する）経路２０のＥＧＲガス供給口２０ａが開口している。そしてサージタンク１２とインタークーラ１４との間の吸気経路１３には、スロットル弁２２が配置され、コンプレッサ１６ａとエアクリーナ１８との間には吸入空気量センサ２４及び吸気温センサ２６が配置されている。

各気筒＃１〜＃４の燃焼室４は排気弁２８にて開閉される排気ポート３０及び排気マニホールド３２を介して排気ターボチャージャ１６の排気タービン１６ｂの入口側に連結され、排気タービン１６ｂの出口側は排気経路３４に接続されている。尚、排気タービン１６ｂは排気マニホールド３２において第４気筒＃４側から排気を導入している。

この排気経路３４には、排気浄化触媒が収納されている３つの触媒コンバータ３６，３８，４０が配置されている。最上流の第１触媒コンバータ３６にはＮＯx 吸蔵還元触媒３６ａが収納されている。ディーゼルエンジン２の通常の運転時において排気が酸化雰囲気（リーン）にある時には、ＮＯx はこのＮＯx 吸蔵還元触媒３６ａに吸蔵される。そして還元雰囲気（ストイキあるいはストイキよりも低い空燃比）ではＮＯx 吸蔵還元触媒３６ａに吸蔵されたＮＯx がＮＯとして離脱しＨＣやＣＯにより還元される。このことによりＮＯx の浄化を行っている。

そして２番目に配置された第２触媒コンバータ３８にはモノリス構造に形成された壁部を有するフィルタ３８ａが収納され、この壁部の微小孔を排気が通過するように構成されている。この基体としてのフィルタ３８ａの微小孔表面にコーティングにてＮＯx 吸蔵還元触媒の層が形成されているので、前述したごとくにＮＯx の浄化が行われる。更にフィルタ壁部には排気中の粒子状物質（以下「ＰＭ」と称する）が捕捉されるので、高温の酸化雰囲気でＮＯx 吸蔵時に発生する活性酸素によりＰＭの酸化が開始され、更に周囲の過剰酸素によりＰＭ全体が酸化される。このことによりＮＯx の浄化と共にＰＭの浄化を実行している。尚、ここでは第１触媒コンバータ３６と第２触媒コンバータ３８とは一体に形成されている。

最下流の第３触媒コンバータ４０は、酸化触媒４０ａが収納され、ここではＨＣやＣＯが酸化されて浄化される。
尚、ＮＯx 吸蔵還元触媒３６ａとフィルタ３８ａとの間には第１排気温センサ４４が配置されている。又、フィルタ３８ａと酸化触媒４０ａとの間において、フィルタ３８ａの近くには第２排気温センサ４６が、酸化触媒４０ａの近くには空燃比センサ４８が配置されている。

上記空燃比センサ４８は、排気成分に基づいて排気の空燃比を検出し、空燃比に比例した電圧信号をリニアに出力するセンサである。又、第１排気温センサ４４と第２排気温センサ４６とはそれぞれの位置で排気温Ｔｅｘｉｎ，Ｔｅｘｏｕｔを検出するものである。

尚、排気マニホールド３２には、ＥＧＲ経路２０のＥＧＲガス吸入口２０ｂが開口している。このＥＧＲガス吸入口２０ｂは第１気筒＃１側で開口しており、排気タービン１６ｂが排気を導入している第４気筒＃４側とは反対側である。

ＥＧＲ経路２０の途中にはＥＧＲガス吸入口２０ｂ側から、ＥＧＲガスを改質するための鉄系ＥＧＲ触媒５２が配置され、更にＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５４が設けられている。尚、ＥＧＲ触媒５２はＥＧＲクーラ５４の詰まりを防止する機能も有している。そしてＥＧＲガス供給口２０ａ側にはＥＧＲ弁５６が配置されている。このＥＧＲ弁５６の開度調節によりＥＧＲガス供給口２０ａから吸気系へのＥＧＲガス供給量の調節が可能となる。

各気筒＃１〜＃４に配置されて、各燃焼室４内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁５８は、燃料供給管５８ａを介してコモンレール６０に連結されている。このコモンレール６０内へは電気制御式の吐出量可変燃料ポンプ６２から燃料が供給され、燃料ポンプ６２からコモンレール６０内に供給された高圧燃料は各燃料供給管５８ａを介して各燃料噴射弁５８に分配供給される。

更に、燃料ポンプ６２からは別途、低圧燃料が燃料供給管６６を介して添加弁６８に供給されている。この添加弁６８は第４気筒＃４の排気ポート３０に設けられて、排気タービン１６ｂ側に向けて燃料を噴射することにより排気中に燃料添加するものである。この燃料添加により後述する触媒制御モードが実行される。

電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と称する）７０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたデジタルコンピュータと、各種装置を駆動するための駆動回路とを主体として構成されている。そしてＥＣＵ７０は前述した吸入空気量センサ２４、吸気温センサ２６、第１排気温センサ４４、第２排気温センサ４６、空燃比センサ４８、ＥＧＲ弁５６内のＥＧＲ開度センサ、及びスロットル開度センサ２２ａの信号を読み込んでいる。更にアクセルペダル７２の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ７４、及びディーゼルエンジン２の冷却水温ＴＨＷを検出する冷却水温センサ７６から信号を読み込んでいる。更に、クランク軸７８の回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ８０、クランク軸７８の回転位相あるいは吸気カムの回転位相を検出して気筒判別を行う気筒判別センサ８２から信号を読み込んでいる。

そしてこれらの信号から得られるエンジン運転状態に基づいて、ＥＣＵ７０は燃料噴射弁５８による燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御を実行する。更にＥＧＲ弁５６の開度制御、モータ２２ｂによるスロットル開度制御、燃料ポンプ６２の吐出量制御、及び後述するＰＭ再生制御や硫黄被毒（以下「Ｓ被毒」と称する）回復制御等の各処理を実行する。

ＥＣＵ７０が実行する燃焼モード制御としては、通常燃焼モードと低温燃焼モードとの２種類から選択した燃焼モードを、運転状態に応じて実行する。ここで低温燃焼モードとは、低温燃焼モード用ＥＧＲ弁開度マップを用いて大量の排気再循環量により燃焼温度の上昇を緩慢にしてＮＯx とスモークとを同時低減させる燃焼モードである。低温燃焼モードは本実施の形態では低負荷低中回転領域にて実行し、空燃比センサ４８が検出する空燃比ＡＦに基づいてスロットル開度ＴＡの調節による空燃比フィードバック制御がなされている。これ以外の燃焼モードが通常燃焼モード用ＥＧＲ弁開度マップを用いて通常のＥＧＲ制御（ＥＧＲしない場合も含める）を実行する通常燃焼モードである。

そして排気浄化触媒に対する制御処理を実行する触媒制御モードとしては、ＰＭ再生制御モード、Ｓ被毒回復制御モード、ＮＯx 還元制御モード、及び通常制御モードの４種類のモードが存在する。ＰＭ再生制御モードとは、特に第２触媒コンバータ３８内のフィルタ３８ａに堆積しているＰＭを高温化により前述したごとく燃焼させてＣＯ2とＨ2Ｏにして排出するモードである。このモードでは、ストイキ(理論空燃比)よりも高い空燃比状態で添加弁６８からの燃料添加を繰り返して触媒床温を高温化（例えば６００〜７００℃）することとなる。

Ｓ被毒回復制御モードとは、ＮＯx 吸蔵還元触媒３６ａ及びフィルタ３８ａがＳ被毒してＮＯx 吸蔵能力が低下した場合に硫黄成分（以下「Ｓ成分」と称する）を放出させてＳ被毒から回復させるモードである。このモードでは、添加弁６８からの燃料添加を繰り返して触媒床温を高温化（例えば６５０℃）し、更に添加弁６８からの間欠的な燃料添加により空燃比をストイキ又はストイキよりもわずかに低い空燃比とする処理を行う。

ＮＯx 還元制御モードとは、ＮＯx 吸蔵還元触媒３６ａ及びフィルタ３８ａに吸蔵されたＮＯx を、Ｎ2、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏに還元して放出するモードである。このモードでは、添加弁６８からの比較的時間をおいた間欠的な燃料添加により、触媒床温は比較的低温（例えば２５０〜５００℃）で空燃比をストイキ又はストイキよりも低下させる処理を行う。

次に、ＥＣＵ７０を通じて実行されるＳ被毒回復制御モードでのＳ被毒回復制御処理について説明する。
このＳ被毒回復制御処理では、触媒床温を目標床温（例えば６５０℃）まで上昇させる昇温制御、及び、触媒床温を目標床温とした上で空燃比が理論空燃比よりも若干リッチになるよう添加弁６８による燃料添加を行って触媒からＳ成分を放出させるＳ放出制御が行われる。こうしたＳ被毒回復制御処理の実行条件としては、ＮＯx 吸蔵還元触媒３６ａ及びフィルタ３８ａのＳ被毒量Ｓi が予定められた上限値以上であること等があげられる。そして、このＳ被毒量Ｓi は、例えば、ディーゼルエンジン２の燃料噴射タイミング毎に以下の式（１）に基づき算出される。

Ｓi ＝Ｓi-1 ＋ＳＵ＋ＳＤ …（１）
Ｓi ：今回のＳ被毒量
Ｓi-1 ：前回のＳ被毒量
ＳＵ ：Ｓ増加量
ＳＤ ：Ｓ減少量
式（１）において、前回のＳ被毒量Ｓi-1 は、燃料噴射タイミング毎に算出されるＳ被毒量において、今回のＳ被毒量Ｓi を算出する一回前の算出タイミングで算出されたものであり、初回のＳ被毒量Ｓi の算出時には「０」に設定されるものである。

式（１）のＳ増加量ＳＵは、燃料噴射弁５８からの一回の燃料噴射での燃料に含まれる硫黄（Ｓ）によるＳ被毒量の増加分を表している。このＳ増加量ＳＵを算出するために、まず所定周期毎に算出される燃料噴射量の指令値Ｑfin 、即ち一回の燃料噴射で噴射される燃料量の指令値に対し、予め定められた値である燃料中の硫黄濃度Ｎを「１００」で除算した値（「Ｎ／１００」）が乗算される。その結果として得られる値（Ｑfin ・（Ｎ／１００））は、上記一回の燃料噴射で噴射される燃料に含まれる硫黄量に対応した値となる。この値（Ｑfin ・（Ｎ／１００））に対し硫黄量というパラメータをＳ被毒量というパラメータに変換するための係数Ｋを乗算することで、上記Ｓ増加量ＳＵが求められる。なお、上記係数Ｋは、空燃比と触媒床温とに基づきマップを参照して求められるものであって、空燃比が理論空燃比（ここでは１４．５）であるときには「０」となり、空燃比が理論空燃比よりもリーン側の値であるときにはリーンになるほど且つ触媒床温が高くなるほど大きくなる。

式（１）のＳ減少量ＳＤは、空燃比及び触媒床温に基づきマップから求められ、その空燃比及び触媒床温であるときのＳ被毒量の減少分を表している。そして、Ｓ減少量ＳＤは、空燃比が理論空燃比（ここでは１４．５）よりもリッチ側の値であるときには触媒床温が高く且つリッチになるほど「０」よりも小さい値になり、空燃比が理論空燃比よりもリーン側の値であるときには「０」に維持される。

そして、Ｓ被毒回復制御処理の実行条件が成立すると、触媒床温が目標床温（例えば６５０℃）に達していない場合には、添加弁６８から予め定められた量の燃料を間欠的に添加して触媒床温を目標床温まで上昇させる昇温制御が実行される。そして、触媒床温が目標床温に達した状態で、空燃比を理論空燃比よりも若干リッチな目標空燃比（ここでは１４．３）となるよう添加弁６８からの燃料添加を制御して触媒からＳを放出させるＳ放出制御が実行される。

このＳ放出制御により、触媒床温の高い状態で空燃比が理論空燃比（１４．５）以下の値になると、触媒からＳ成分が放出されるようになるとともに、式（１）に基づき算出されるＳ被毒量Ｓi がＳ減少量ＳＤによって減少させられる。そして、Ｓ被毒量Ｓi が予め定められた終了判定値（例えば「０」）まで減少すると、Ｓ被毒回復制御処理（Ｓ放出制御）が終了させられる。

次に、Ｓ被毒回復制御処理の一環として実行されるＳ放出制御の概要について、図２のタイムチャートを参照して詳しく説明する。
Ｓ放出制御では、図２（ａ）に示されるように、添加弁６８からの集中的な間欠燃料添加が行われ、これにより排気の空燃比が目標空燃比（１４．３）に向けて制御されるようになる。ただし、上記のような集中的な間欠燃料添加を行うと触媒床温の上昇も顕著になるため、当該添加を行うリッチ期間と当該添加を停止するリーン期間とを設定し、それらリッチ期間とリーン期間とを繰り返すことで、触媒床温の過上昇を抑制するようにしている。その結果、集中的な間欠燃料添加（リッチ期間）及び同燃料添加の停止（リーン期間）が繰り返され、図２（ｂ）に実線で示されるように排気空燃比がリッチとリーンとの間で反転するようになる。

リーン期間からリッチ期間への切り換えに伴い添加弁６８からの添加が開始されると、始めのうちは添加された燃料が触媒に吸着されている酸素と反応することから、その間は触媒に流入するガス中の酸素の多くが添加燃料と反応せずに触媒下流に流され、空燃比センサ４８によって検出される排気の空燃比が理論空燃比に達しなくなる。そして、触媒に吸着された酸素が添加燃料と反応しきった後、触媒に流入されるガス中の酸素が添加燃料と反応するようになり、排気の空燃比が理論空燃比以下に低下するようになる。なお、こうしたリッチ期間開始から、触媒に吸着された酸素が添加燃料と反応しきる間までの期間を、以下では「Ｏ2 ストレージ期間Ｐ」と称する。

ここで、リッチ期間中に添加弁６８から添加される燃料の量を制御するのに用いられる最終添加量ｑｆについて説明する。添加弁６８の燃料添加量制御は、一回の燃料添加で上記最終添加量ｑｆに対応した量の燃料が添加されるよう、ＥＣＵ７０により添加弁６８を駆動することによって実現される。そして、最終添加量ｑｆは以下の式（２）に基づき算出される。

ｑｆ＝ｇｂ・ｋ＋ｑｉ／ｎ …（２）
ｑｆ：最終添加量
ｑｂ：ベース添加量
ｋ ：前回ｑｆ（ｑｆi-1 ）と前々回ｑｆ（ｑｆi-2 ）との比（ｑｆi-1 ／ｑｆi-2 ）
ｑｉ：積分項（ｑｉ＝前回ｑｉ＋可変値Ａ）
ｎ：積分項を反映させる添加回数
式（１）で用いられるベース添加量ｑｂは、空燃比を目標空燃比とするための一回の燃料添加量の理論上の値として、予め定められたものである。

式（１）の積分項ｑｉは、空燃比を目標空燃比へとフィードバック制御すべく、燃料添加ｎ回分を１セットとして当該燃料添加１セット毎に増減される値である。この積分項ｑｉは、燃料添加１セット分の燃料添加量の補正値として算出される。こうした積分項ｑｉによる空燃比の目標空燃比へのフィードバック制御は、リッチ期間中であって且つＯ2 ストレージ期間Ｐの終了後であること（以下、フィードバック制御期間Ｆと称する）を条件に行われる。そして、上記フィードバック制御期間Ｆ中でないとき、積分項ｑｉは「０」に設定されることとなる。一方、フィードバック制御期間Ｆ中、積分項ｑｉは、燃料添加１セット（ｎ回の燃料添加）を行う毎に、前回の算出時の積分項ｑｉに対し可変値Ａを加算することによって算出される。この可変値Ａについては、目標空燃比に対し空燃比センサ４８から求められる実際の空燃比がリーン側の値になるほど、正の値であって且つ大きい値とされるようになる。逆に、目標空燃比に対し実際の空燃比がリッチ側の値になるほど、可変値Ａは負の値であって且つ小さい値とされるようになる。こうした可変値Ａの可変を通じて積分項ｑｉが、排気の空燃比を理論空燃比へとフィードバック制御するための値として増減する。なお、上記のように増減される積分項ｑｉは、最終添加量ｑｆを過度に大きい値としないよう予め定められた上限値以下にガードされるとともに、最終添加量ｑｆを過度に小さい値としないよう予め定められた下限値以上にガードされる。また、積分項ｑｉは燃料添加１セット（燃料添加ｎ回）に対応する燃料添加量の補正値として算出されるものであることから、最終添加量ｑｆには燃料添加回数ｎで除算したかたち（ｑｉ／ｎ）で反映されている。

式（１）の比Ｋは、前回のリッチ期間終了時点での最終添加量ｑｆ（ｑｆi-1 ）と前々回のリッチ期間終了時点での最終添加量ｑｆ（ｑｆi-2 ）との比である。この比Ｋをベース添加量ｑｂに乗算することで、前回のリッチ期間中でのフィードバック制御を通じての積分項ｑｉによる燃料添加量の補正分が、今回のリッチ期間中での最終添加量ｑｆの算出に用いられるベース添加量ｑｂに反映されるようになる。従って、式（１）の比Ｋは、Ｓ放出制御中において過去に行われてきたフィードバック制御による燃料添加量の補正分を、今回のリッチ期間中における最終添加量ｑｆ（ベース添加量ｑｂ）に反映させるための値ということになる。なお、上記のように設定される比Ｋについても、最終添加量ｑｆを過度に大きい値としないよう予め定められた上限値以下にガードされるとともに、最終添加量ｑｆを過度に小さい値としないよう予め定められた下限値以上にガードされる。

ところで、Ｓ放出制御においては、同制御時の異常に伴い、添加弁６８からの燃料添加を行っても、空燃比センサ４８からの検出信号に基づき求められる排気の空燃比がリーンにしかならなくなることがある。こうした異常としては、（Ａ）空燃比センサ４８が故障してリーン側の信号しか出力しなくなったり、（Ｂ）添加弁６８の詰まり等に起因して実際の燃料添加量が最終添加量ｑｆよりも少なくなったりすることがあげられる。

このような異常が発生している状況下では、Ｏ2 ストレージ期間Ｐの終了後にフィードバック制御が実行されるとき、上記排気の空燃比を目標空燃比（１４．３）に近づけようとして、積分項ｑｉが大きくなってゆく。そして、リッチ期間からリーン期間に移行するときには、今回のリッチ期間でのフィードバック制御中に積分項ｑｉによって燃料添加量が増量した分だけ、比Ｋが「１．０」よりも大きい値に設定され、次回のリッチ期間中の燃料添加量の増量に用いられる。そして、こうしたことが続けられ、積分項ｑｉが図２（ｄ）に示されるようにフィードバック制御期間Ｆ毎に常に大きくされるとともに、比Ｋが図２（ｃ）に示されるようにリッチ期間からリーン期間への移行毎に段階的に大きくされてゆく。

以上のように、積分項ｑｉ及び比Ｋによる最終添加量ｑｆの増量補正は進んでゆくものの、排気の空燃比は上記（Ａ）や（Ｂ）の原因により触媒からＳ成分が放出される値（１４．５）には達しないという状態、例えば図２（ｂ）の破線に示される状態になる。この場合、空燃比センサ４８からの検出信号に基づき求められる排気の空燃比が１４．５よりもリーンにしかならないため、Ｓ減少量ＳＤによるＳ被毒量Ｓi の減量が行われず、このＳ被毒量Ｓi が終了判定値（「０」）まで減少しなくなる。従って、Ｓ被毒回復制御処理（Ｓ放出制御）を終了できなくなり、その処理が終了しないことに伴う燃費悪化や触媒床温の過上昇といった不具合が生じる。

こうした不具合を回避すべく、Ｓ放出制御における異常の有無を判断するとともに同異常についての対策を講じることが考えられるが、上記異常の有無の判断を行うのに時間がかかると、同判断の結果に基づきなされる上記異常への対策が遅れることになる。このことを考慮して、本実施形態では、上記異常が生じたときに直接的に影響を受ける排気の空燃比（空燃比センサ４８によって検出される空燃比）に基づき同異常の有無を判断することで、同判断を迅速且つ正確に行えるようにするとともに、上記異常への対策に遅れが生じないようにする。

次に、本実施形態におけるＳ放出制御の異常の有無を判断する手順、及び同異常の対策を実行する手順について、異常判定ルーチンを示す図３のフローチャートを参照して説明する。この異常判定ルーチンは、Ｓ放出制御の実行中に所定時間毎の時間割り込みによって実行される。

同ルーチンにおいては、Ｓ放出制御のリッチ期間中であるとき（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、同制御の異常の有無を判断するための判定条件が成立しているか否かが判断される（Ｓ１０２）。こうした判定条件が成立しているか否かの判断は、例えば以下に示される各条件が全て成立しているか否かに基づいて行われる。

（条件１）Ｏ2 ストレージ期間Ｐではない。
（条件２）フィードバック制御期間Ｆになってから所定時間以上が経過している。
（条件３）比Ｋが上限値（リッチ側の限界）でガードされた状態である。

（条件４）積分項ｑｉが上限値（リッチ側の限界）でガードされた状態である。
なお、上記（条件１）において、現在Ｏ2 ストレージ期間Ｐでない旨の判断は、例えばリッチ期間の開始後に触媒に吸着された酸素が消費しきるのに必要な時間が経過していないことに基づいて行うことができる。

これら各条件が全て成立してステップＳ１０２で肯定判定がなされると、Ｓ放出制御の異常の有無を判断するための処理（Ｓ１０３〜Ｓ１０６）が実行される。
この一連の処理においては、リッチ期間での燃料添加の終了時（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、空燃比センサ４８によって検出される実際の排気空燃比と目標空燃比（１４．３）との差が「０．２」以上であるか否かが判断される（Ｓ１０４）。言い換えれば、実際の排気空燃比が触媒からＳ成分を放出可能な値である理論空燃比（１４．５）に達していない状態か否かが判断される。ここで肯定判定であれば、カウンタＣが「１」だけカウントアップされる（Ｓ１０５）。このカウンタＣは、リッチ期間の終了時点で実際の排気空燃比が理論空燃比に達していない旨判断された回数を表すことになる。そして、カウンタＣが許容値以上であるか否かが判断され（Ｓ１０６）、ここで肯定判定であるればＳ放出制御に異常が発生している旨判断される（Ｓ１０７）。更に、Ｓ放出制御で異常があるの旨判断されたときには、続いて当該異常への対策としてＳ放出制御（Ｓ被毒回復処理）が中止され（Ｓ１０８）、排気の空燃比が通常の値に戻されるようになる。

一方、ステップＳ１０４において、実際の排気空燃比と目標空燃比（１４．３）との差が「０．２」以上でなく、実際の排気空燃比が触媒からＳ成分を放出可能な値である理論空燃比（１４．５）に達している旨判断された場合には、Ｓ放出制御に異常は発生していないことになる。これは、実際の排気空燃比が理論空燃比に達していれば、いずれはＳ被毒量Ｓi がＳ減少量ＳＤによって終了判定値（「０」）まで減量され、Ｓ放出制御が正常に終了するためである。この場合、ステップＳ１１０でＳ放出制御は正常である旨判断され、続くステップＳ１１１でカウンタＣがクリアされる。

また、ステップＳ１０２やステップＳ１０３で否定判定がなされたときは、実際の排気空燃比と目標空燃比との差が「０．２」未満であるか否かが判断される（Ｓ１０９）。言い換えれば、実際の排気空燃比が理論空燃比以下となっているか否かが判断される。ここで肯定判定がなされる場合、添加弁６８からの燃料添加により、いずれはＳ被毒量Ｓi が終了判定値（「０」）まで減量されてＳ放出制御が正常に終了するようになることは、ステップＳ１０３〜Ｓ１０６の処理を行わずとも明らかである。従って、この場合もステップＳ１１０でＳ放出制御は正常である旨判断され、続くステップＳ１１１でカウンタＣがクリアされる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）Ｓ放出制御中においては、添加弁６８からの燃料添加が終了するリッチ期間の終了時点毎に、空燃比センサ４８から検出される実際の排気空燃比が理論空燃比に達しているか否かが判断される。そして、実際の排気空燃比が理論空燃比に達している旨判断された回数をカウンタＣによってカウントし、同カウンタＣが許容値以上になることに基づき、Ｓ放出制御で異常が発生している旨の判断がなされるようになる。こうしたＳ放出制御での異常の有無の判断においては、上記許容値を大きくするほど当該判断に要する時間が長くはなるが、同判断の正確さは増すようになる。本実施形態では、空燃比センサ４８の故障や添加弁６８の詰まりといったＳ放出制御の異常から直接的に影響を受ける排気の空燃比（空燃比センサ４８によって検出される空燃比）に基づき、同異常の有無を判断するようにしている。この排気の空燃比は、上記Ｓ放出制御の異常が生じたとき、直ぐにフィードバック制御期間Ｆでの目標空燃比への収束性悪化という反応を示すパラメータである。このため、上記のようにＳ放出制御での異常の有無を判断するに際し、その判断に要する時間を長くとらずとも、即ち上記許容値を大きくせずとも同判断を正確なものとすることができる。従って、Ｓ放出制御の異常の有無を迅速且つ正確に判断することができる。

（２）上記空燃比センサ４８から検出される実際の排気空燃比が理論空燃比に達しているか否かの判断は、比Ｋが上限値でガードされている状態、及び積分項ｑｉが上限値でガードされている状態であることを条件に行われる。これら比Ｋ及び積分項ｑｉが上限値でガードされた状態にあるということは、実際の排気空燃比を目標空燃比（１４．３）に向けて最大限に制御しようとしていることになる。このような状況でも、実際の空燃比が理論空燃比（１４．５）に達していないなら、Ｓ放出制御に異常が生じている可能性が高くなる。従って、比Ｋ及び積分項ｑｉが上限値でガードされた状態であることを条件に、実際の排気空燃比が理論空燃比に達しているか否かの判断を行うことで、上記カウンタＣが許容値以上であることに基づくＳ放出制御での異常発生の旨の判断を、一層正確なものとすることができる。

（３）実際の排気空燃比が理論空燃比に達しているか否かが判断されるのは、添加弁６８からの燃料添加が終了するリッチ期間の終了時点、即ちフィードバック制御が十分に行われた時点ということになるため、その判断結果がより信頼性の高いものとなる。従って、上記カウンタＣが許容値以上であることに基づくＳ放出制御での異常発生の旨の判断を、一層正確なものとすることができる。

（４）Ｓ放出制御が異常である旨判断されると、同制御が中止されて排気の空燃比が通常の値に戻されるため、排気の空燃比の目標空燃比に向けての無駄なリッチ化が続けられ、これにより燃費が悪化したり触媒の過度に昇温されたりするのを抑制することができる。

（５）また、Ｓ放出制御のリッチ期間中、排気の空燃比が理論空燃比に達すると、Ｓ放出制御が正常である旨判断され、カウンタＣがクリアされる。リッチ期間中に排気の空燃比が理論空燃比に達するということは、いずれはＳ被毒量Ｓi がＳ減少量ＳＤによって終了判定値（「０」）まで減量され、触媒からのＳ成分の放出が完了してＳ放出制御が終了することを意味する。このような場合には上述したようにＳ放出制御が正常である旨判断されるため、同制御における異常の有無の判断が無駄に続けられるのを抑制することができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・Ｓ放出制御で異常のある旨判断されたとき、その異常への対策として、同制御を中止する代わりに警告ランプ等により運転者に異常を表示するようにしてもよい。

・排気の空燃比が理論空燃比に達しているか否かの判断を、リッチ期間の終了時点ではなく、その終了時点よりも前であって且つフィードバック制御期間Ｆがある程度経過した時点で行うようにしてもよい。

・上記（条件３）を「比Ｋが上限値に近い所定値に達していること」という条件に変更してもよい。
・上記（条件４）を「積分項ｑｉが上限値に近い所定値に達していること」という条件に変更してもよい。

・Ｓ放出制御での目標空燃比を「１４．３」としたが、この目標空燃比を理論空燃比以下の他の値としてもよい。
・Ｓ放出制御の終了判定値を「０」以外の値、例えば「０」よりもやや大きい値に設定してもよい。

・本発明は希薄燃焼式ガソリンエンジンなどについて、同様な触媒構成を採用した場合においても適用できる。

本実施形態の排気浄化装置が適用されるディーゼルエンジン全体を示す略図。 （ａ）〜（ｄ）は、Ｓ放出制御中における添加弁からの燃料添加態様、並びに、排気空燃比、比Ｋ、及び積分項ｑｉの推移を示すタイムチャート。 Ｓ放出制御の異常の有無を判断する手順、及び同異常の対策を実行する手順を示すフローチャート。

符号の説明

２…ディーゼルエンジン、４…燃焼室、６…吸気弁、８…吸気ポート、１０…吸気マニホールド、１２…サージタンク、１３…吸気経路、１４…インタークーラ、１６…ターボチャージャ、１６ａ…コンプレッサ、１６ｂ…排気タービン、１８…エアクリーナ、２０…ＥＧＲ経路、２０ａ…ＥＧＲガス供給口、２０ｂ…ＥＧＲガス吸入口、２２…スロットル弁、２２ａ…スロットル開度センサ、２２ｂ…モータ、２４…吸入空気量センサ、２６…吸気温センサ、２８…排気弁、３０…排気ポート、３２…排気マニホールド、３４…排気経路、３６…第１触媒コンバータ、３６ａ…ＮＯx 吸蔵還元触媒、３８…第２触媒コンバータ、３８ａ…フィルタ、４０…第３触媒コンバータ、４０ａ…酸化触媒、４４…第１排気温センサ、４６…第２排気温センサ、４８…空燃比センサ（検出手段）、５２…ＥＧＲ触媒、５４…ＥＧＲクーラ、５６…ＥＧＲ弁、５８…燃料噴射弁、５８ａ…燃料供給管、６０…コモンレール、６２…燃料ポンプ、６６…燃料供給管、６８…添加弁、７０…ＥＣＵ（判断手段、異常診断手段、復帰手段）、７２…アクセルペダル、７４…アクセル開度センサ、７６…冷却水温センサ、７８…クランク軸、８０…エンジン回転数センサ、８２…気筒判別センサ。

Claims (5)

1. 希薄燃焼が行われる内燃機関の排気浄化触媒から硫黄を放出させる硫黄放出制御を実行するに際し、同機関の排気の空燃比をリッチ側に補正するための補正値を当該空燃比に応じて増減させることで、その空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチである目標空燃比へとフィードバック制御する排気浄化装置において、
   内燃機関の排気の空燃比を検出する検出手段と、
   前記フィードバック制御中の所定タイミング毎に、前記検出手段によって検出される空燃比が前記排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達しているか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段によって前記空燃比が前記排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達していない旨判断された回数をカウントし、その回数が許容値以上になったとき硫黄放出制御が異常である旨判断する異常診断手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記判断手段は、前記空燃比が前記排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達しているか否かの判断を、前記補正値がリッチ側の限界付近にあることを条件に行う
   請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記硫黄放出制御は、前記空燃比を理論空燃比以下とするリッチ期間と前記空燃比をリーンとするリーン期間とを繰り返し、前記リッチ期間中に前記フィードバック制御を実行するものであって、
   前記判断手段は、前記リッチ期間から前記リーン期間への切り換え時に、前記空燃比が前記排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達しているか否かを判断する
   請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記異常診断手段によって硫黄放出制御が異常である旨判断されたとき、硫黄放出制御を中止して排気の空燃比を通常の値に戻す復帰手段を更に備える
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記異常診断手段は、前記硫黄放出制御が行われているとき、前記空燃比が前記排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達すると、前記硫黄放出制御が正常である旨判断するとともに、前記判断手段によって前記空燃比が前記排気浄化触媒から硫黄が放出される値に達していない旨判断された回数をクリアする
   請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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