JP2005351179A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｈ_２ＳやＳＯｘの濃度を精度良く検出し、濃度検出手段に異常がある場合でもＨ_２Ｓの放出を抑えることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関１の排気通路４に設けられた吸蔵還元型のＮＯｘ触媒８と、前記ＮＯｘ触媒を通過した排気中の硫黄酸化物及び硫化水素の合計濃度と前記硫黄酸化物の濃度とをそれぞれ検出可能な濃度検出手段１０と、前記ＮＯｘ触媒から硫黄酸化物が放出されるように前記内燃機関の運転状態を制御するＳ被毒回復処理を実行可能な被毒回復制御手段１５と、前記ＮＯｘ触媒を通過する排気が前記濃度検出手段のゼロ点を補正可能なゼロ点補正状態であると判断した場合に前記濃度検出手段のゼロ点補正を実施するゼロ点補正手段１５と、を排気浄化装置に設ける。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄成分による被毒を回復する機能を備えた内燃機関の排気浄化装置、及びこの排気浄化装置に適用される異常診断方法に関する。

排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と呼ぶことがある。）が設けられた内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒の硫黄酸化物（ＳＯｘ）による被毒（Ｓ被毒）状態を解消して触媒浄化機能を回復させるため、ＮＯｘ触媒をＳＯｘの放出温度域まで昇温しかつＮＯｘ触媒の付近を還元雰囲気に制御するＳ被毒回復処理が定期的に実施される。このような排気浄化装置としては、ＮＯｘ触媒の下流に設けられたＳＯｘセンサが検出するＳＯｘ濃度に基づいてＮＯｘ触媒のＳＯｘ積算量を算出し、その積算量が所定限度を超えるとＮＯｘ触媒をＳＯｘの放出温度域（概ね６００°Ｃ以上）まで昇温しかつ排気空燃比を所定時間リッチ化してＳ被毒からの回復を図るものが知られている（特許文献１参照）。

また、Ｓ被毒回復処理ではＮＯｘ触媒から放出されたＳＯｘが炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して硫化水素（Ｈ_２Ｓ）が生成される。Ｈ_２Ｓは硫黄臭の原因となるためにその放出量を抑える必要がある。そこで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流にＨ_２Ｓの濃度を検出するセンサを配置し、そのセンサの出力値に基づいてＳ被毒回復処理を制御する排気浄化装置が提案されている（特許文献２参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３〜７が存在する。
特開２０００−０４５７５３号公報 特開２００３−０３５１３２号公報 特開２０００−２７４２３２号公報 特開２００１−０８２１３７号公報 特開２０００−２３０４１９号公報 特開２００１−００３７８２号公報 特開２００１−３０３９３７号公報

従来の装置では、ＳＯｘセンサ等の濃度検出手段の異常を診断する診断手段が設けられていない。濃度検出手段に異常がある場合、Ｓ被毒回復処理時にＮＯｘ触媒の触媒機能を十分に回復させることができなかったり、Ｈ_２Ｓの放出が抑えられないおそれがある。

そこで、本発明は、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）の濃度を精度良く検出し、濃度検出手段に異常がある場合でも硫化水素の放出を抑えることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒を通過した排気中の硫黄酸化物及び硫化水素の合計濃度と前記硫黄酸化物の濃度とをそれぞれ検出可能な濃度検出手段と、前記ＮＯｘ触媒から硫黄酸化物が放出されるように前記内燃機関の運転状態を制御するＳ被毒回復処理を実行可能な被毒回復制御手段と、前記ＮＯｘ触媒を通過する排気が前記濃度検出手段のゼロ点を補正可能なゼロ点補正状態であると判断した場合に前記濃度検出手段のゼロ点補正を実施するゼロ点補正手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の第一の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気が予め設定したゼロ点補正状態であると判断した場合にゼロ点補正を実施するようにしたので、合計濃度と硫黄酸化物濃度の検出精度を向上させることができる。そのため、合計濃度と硫黄酸化物濃度とから硫化水素の濃度を精度良く導き出すことができる。

本発明の第一の内燃機関の排気浄化装置は、前記ＮＯｘ触媒の温度を取得する触媒温度取得手段を備え、前記ゼロ点補正状態として、前記ＮＯｘ触媒の温度が前記ＮＯｘ触媒の活性温度と前記ＮＯｘ触媒から硫黄分が脱離する硫黄分脱離温度との間で、かつ前記ＮＯｘ触媒を通過する排気の空間速度が前記内燃機関の排気に含まれる硫黄酸化物の補足率が低下する空間速度より低い状態が設定されていてもよい（請求項２）。排気がこのような状態であれば、内燃機関から放出された硫黄酸化物がＮＯｘ触媒で殆ど捕捉される。そのためＮＯｘ触媒下流の硫黄酸化物濃度は殆どゼロになる。そこで、このような状態をゼロ点補正状態として設定することで、濃度検出手段のゼロ点を精度良く補正することができる。

本発明の第一の内燃機関の排気浄化装置において、前記ゼロ点補正手段は、前記Ｓ被毒回復処理時以外の時期に前記濃度検出手段が許容上限値以上の検出値を継続して検出していると判断した場合、前記ゼロ点補正状態にて前記濃度検出手段のゼロ点補正を実施してもよい（請求項３）。このような時期に濃度検出手段から検出値が継続して出力される場合、濃度検出手段のゼロ点がずれている可能性がある。そこで、このような場合にゼロ点補正を実施する。

本発明の第二の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒を通過した排気中の硫黄酸化物及び硫化水素の合計濃度と前記硫黄酸化物の濃度とをそれぞれ検出可能な濃度検出手段と、前記ＮＯｘ触媒から硫黄酸化物が放出されるように前記内燃機関の運転状態を制御するＳ被毒回復処理を実行可能な被毒回復制御手段と、前記ＮＯｘ触媒のＳ被毒量が所定量以上であり、かつ前記ＮＯｘ触媒から硫黄酸化物が放出される条件であるときに前記濃度検出手段から異常判定値以上の検出値が出力されない場合、前記濃度検出手段に異常があると診断する異常診断手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項４）。

本発明の第二の内燃機関の排気浄化装置によれば、異常診断手段にて濃度検出手段の異常の有無を簡易に診断することができる。

本発明の第二の内燃機関の排気浄化装置において、前記異常診断手段は、前記ＮＯｘ触媒から硫化水素が放出される硫化水素放出運転領域に前記内燃機関の運転状態を制御し、前記硫化水素放出運転領域において前記濃度検出手段により硫化水素の放出が検出されない場合に前記濃度検出手段に異常があると診断してもよい（請求項５）。このようにＮＯｘ触媒から硫化水素を放出させ、このときの検出結果を調べることでも、濃度検出手段の異常の有無を簡易に診断することができる。

本発明の第二の内燃機関の排気浄化装置において、前記異常診断手段は、前記Ｓ被毒回復処理時に前記濃度検出手段に断続的に酸素が供給されるように前記内燃機関の運転状態を制御し、前記濃度検出手段の検出値の変化が異常範囲内であると判断した場合に前記濃度検出手段に異常があると診断してもよい（請求項６）。濃度検出手段が酸素を利用して合計濃度及び硫黄酸化物濃度を検出している場合、このように濃度検出手段に断続的に酸素を供給することで、濃度検出手段の検出値を変化させることができる。そこで、このように酸素供給を変化させ、このときの検出値の変化が異常範囲内であるか否かを調べることにより、濃度検出手段の異常の有無を簡易に診断することができる。

本発明の第二の内燃機関の排気浄化装置において、前記異常診断手段は、前記内燃機関の排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ域にあるとき、前記合計濃度と前記硫黄酸化物濃度とから導き出される硫化水素の濃度が所定判定時間に亘って負の値であると判断した場合に前記濃度検出手段に異常があると診断してもよい（請求項７）。このように硫化水素の濃度を監視することでも、濃度検出手段の異常の有無を簡易に診断することができる。

本発明の第二の内燃機関の排気浄化装置において、前記濃度検出手段は、前記合計濃度を検出する第一の検出部と、前記硫黄酸化物濃度を検出する第二の検出部と、を有し、前記第一の検出部の温度と前記第二の検出部の温度とを調整する温度調整手段を備え、前記第一の検出部と前記第二の検出部とは温度に応じて検出値が変化し、前記異常診断手段は、前記濃度検出手段に異常があると診断した場合、前記温度調整手段によって前記第一の検出部と前記第二の検出部とを昇温し、前記温度調整手段による昇温に伴う検出値の変化が異常判別範囲内である検出部に異常があると判別する異常箇所判別手段を備えていてもよい（請求項８）。濃度検出手段に異常があると診断した場合、温度調整手段によって各検出部の温度を昇温して検出値を変化させ、この変化が異常判別範囲内であるか否か調べることで異常箇所判別手段によって異常箇所を簡易に判別することができる。

本発明の第二の内燃機関の排気浄化装置において、前記濃度検出手段は、前記合計濃度を検出する第一の検出部と、前記硫黄酸化物濃度を検出する第二の検出部と、を有し、前記異常診断手段は、前記濃度検出手段に異常があると診断した場合、前記濃度検出手段への酸素供給が停止されるように前記内燃機関の運転状態を制御し、酸素供給停止時に検出値が異常箇所判別値以下に低下しない検出部に異常があると判別する異常箇所判別手段を備えていてもよい（請求項９）。濃度検出手段の各検出部が酸素を利用してそれぞれ濃度を検出している場合は、各検出部への酸素供給を停止し、このときの各検出値の変化を監視することで異常箇所を簡易に判別することができる。

本発明の第二の内燃機関の排気浄化装置において、前記濃度検出手段の温度を調整する温度調整手段を備え、前記異常診断手段は、前記濃度検出手段に異常があると診断した場合、前記濃度検出手段が通常時目標温度より高い温度に昇温されるように前記温度調整手段の動作を制御する異常回復手段を備えていてもよい（請求項１０）。排気中のスス、炭化水素（ＨＣ）及び可溶性有機物質（ＳＯＦ）等の被毒物質が付着して濃度検出手段が被毒されると、濃度検出手段が濃度を正常に検出できなくなり異常があると診断されるおそれがある。そこで、温度調整手段により濃度検出手段を通常時目標温度より高い温度に昇温して被毒物質を酸化除去し、濃度検出手段の異常を回復させる。

本発明の第二の内燃機関の排気浄化装置において、前記異常診断手段は、前記濃度検出手段に異常があると診断した場合、前記ＮＯｘ触媒が昇温されるように前記内燃機関の運転状態を制御して前記ＮＯｘ触媒を通過した排気を昇温させる異常回復手段を備えていてもよい（請求項１１）。排気を昇温させ、昇温させた排気を濃度検出手段に導くことでも濃度検出手段を昇温することができる。そこで、排気により濃度検出手段を昇温して濃度検出手段に付着した被毒物質を酸化除去する。

本発明の第二の内燃機関の排気浄化装置において、前記異常回復手段は、前記濃度検出手段の昇温時に前記濃度検出手段に供給される酸素量が増加されるように前記内燃機関の運転状態を制御してもよい（請求項１２）。このように昇温時に濃度検出手段に供給する酸素量を増加させて被毒物質の酸化を促進させ、被毒物質除去性能を向上させる。

本発明において吸蔵還元型のＮＯｘ触媒は、ＮＯｘを触媒にて保持できるものであればよく、吸収又は吸着いずれの態様でＮＯｘが保持されるかは吸蔵の用語によって制限されない。ＳＯｘの被毒についてもその態様を問わないものである。さらに、ＮＯｘやＳＯｘの放出についてもその態様を問わない。本発明において内燃機関の運転状態の制御はシリンダ内における燃焼制御に関するものに限定されることなく、排気通路における燃料添加や空気の添加といったシリンダ外の制御に拘わる事項についてもその範疇に含むものである。

以上に説明したように、本発明によれば、濃度検出手段のゼロ点補正が適宜実施されるので、硫黄酸化物濃度や合計濃度を精度良く検出することができる。また、異常診断手段によって濃度検出手段の異常の有無が診断されるので、異常のある濃度検出手段の検出値に基づく誤った制御を防止することができる。そのため、硫化水素の放出を抑えることができる。

図１は、本発明を内燃機関としてのディーゼルエンジン１に適用した一形態を示している。エンジン１は車両に走行用動力源として搭載されるもので、そのシリンダ２には吸気通路３及び排気通路４が接続され、吸気通路３には吸気濾過用のエアフィルタ５、ターボチャージャ６のコンプレッサ６ａ、吸気量調節用の絞り弁７が、排気通路４にはターボチャージャ６のタービン６ｂがそれぞれ設けられている。排気通路４のタービン６ｂよりも下流側には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、触媒と略称する。）８を含んだ排気浄化ユニット９と、その触媒８の下流にて排気中の硫黄成分の濃度を検出する濃度検出手段としての硫黄濃度センサ１０とが設けられている。排気浄化ユニット９は排気中の粒子状物質を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタにＮＯｘ触媒物質を担持させたものでもよいし、そのようなフィルタとは別に設けられるものでもよい。排気通路４と吸気通路３とはＥＧＲ通路１１で接続され、ＥＧＲ通路１１にはＥＧＲクーラ１２及びＥＧＲ弁１３が設けられている。また、排気通路４には、硫黄濃度センサ１０の反応に必要な酸素を含んだ空気（新気）を供給するエアーポンプ１４が設けられている。

ＮＯｘ触媒８の設置箇所における空燃比（排気空燃比と呼ぶことがある。）やＮＯｘ触媒８の温度はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１５にて制御される。ＥＣＵ１５はシリンダ２に燃料を噴射するための燃料噴射弁１６、燃料噴射弁１６へ供給される燃料圧力を蓄えるコモンレール１７の圧力調整弁、あるいは上述した絞り弁７、ＥＧＲ弁１３といった各種の装置を操作してエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ１５はシリンダ２に吸入される空気と燃料噴射弁１６から添加される燃料との質量比として与えられる空燃比が所定の目標空燃比に制御されるように燃料噴射弁１６の燃料噴射動作を制御する。通常の運転時において、目標空燃比は理論空燃比（ストイキ）よりも空気量が多いリーン状態に制御されるが、ＮＯｘ触媒８からＮＯｘやＳＯｘを放出させる場合には排気空燃比がストイキ又はそれよりも燃料量が多いリッチ側に制御される。また、ＥＣＵ１５は後述する図６〜図９のルーチンを実行することにより、本発明の被毒回復制御手段として機能する。ＥＣＵ１５による制御対象はその他にも種々存在するが、ここでは図示を省略する。また、エンジン１には上述した各種の制御を実行するための検出手段として排気温センサや空燃比センサ等の各種のセンサが設けられるがそれらの図示も省略する。

次に、硫黄濃度センサ１０の一例を図２及び図３を参照して説明する。図２に示すように、硫黄濃度センサ１０は排気中のＳＯｘ濃度を検出するＳＯｘ濃度検出部２０と、排気中のＳＯｘ及びＨ_２Ｓの合計濃度を検出する合計濃度検出部２１と、検出部２０、２１の温度を調整するための温度調整手段としての電気ヒーター２２とを備えている。ヒーター２２の動作はＥＣＵ１５により制御される。図３（ａ）はＳＯｘ濃度検出部２０の検出原理を、同（ｂ）は合計濃度検出部２１の検出原理をそれぞれ示している。なお、図３（ａ）に示した構成、及びこれに関する以下の説明は、「「煙道中のＳＯ_２を測定する全固体型ガスセンサー」工業材料１９９９年８月号（ｖｏｌ．４７ ＮＯ．８）第６３〜６６頁」を出典とするものである。図３（ａ）に示すように、ＳＯｘ濃度検出部２０では、酸素イオン伝導体２３の一方の面に副電極２４及び検知電極２５が、酸素イオン伝導体２３の他方の面に参照電極２６がそれぞれ設けられている。酸素イオン伝導体２３には例えばイットリア安定化ジルコニアが、副電極２４には硫酸塩が、検知電極２５には銀（Ａｇ）が、参照電極２６には白金（Ｐｔ）がそれぞれ使用される。副電極２４の硫酸塩には、好ましくは硫酸銀（Ａｇ_２ＳＯ_４）と硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）の混合塩が使用される。副電極２４の応答反応には硫酸銀が関与するが、その安定化のために硫酸バリウムが添加される。また、検知電極２５の応答反応には金属銀が関与するが、電極強度の向上のためには銀メッキを施した白金が好適に用いられる。

ＳＯｘ濃度検出部２０における検出原理は次の通りである。まず、ＳＯｘ濃度検出部２０に導かれた硫黄酸化物（ＳＯｘ、但し大半は二酸化硫黄（ＳＯ_２））は酸化触媒２８Ａによりその殆どが三酸化硫黄（ＳＯ_３）へと酸化され、そのＳＯ_３が検知電極２５の金属銀と反応して金属銀から電子が放出され、残った銀イオン（Ａｇ^＋）は副電極２４へ移動する。検知電極２５から放出された電子は外部回路２７を経由して参照電極２６に導かれ、その参照電極２６が酸素（Ｏ_２）と結び付いて酸素イオン（Ｏ^２−）が生成され、その酸素イオンは酸素イオン伝導体２３を通過して副電極２４へ移動する。副電極２４では銀イオンと酸素イオンとがＳＯ_３と反応して硫酸銀が生成される。以上の反応により、検知電極２５と参照電極２６との間には、酸素分圧一定の条件下においてＳＯｘの濃度に対応した起電力が発生する。この起電力を測定することにより、ＳＯｘ濃度を検出することができる。なお、酸化触媒２８Ａは酸化力の弱いものであり、Ｈ_２Ｓは殆ど酸化されずにそのまま触媒２８Ａを通過する。従って、ＳＯｘ濃度検出部２０における起電力はＨ_２Ｓ濃度を反映しない。

一方、図３（ｂ）に示すように、合計濃度検出部２１は、酸化力の弱い触媒２８Ａに代えて、Ｈ_２Ｓに対する酸化触媒活性を有する酸化力の強い酸化触媒２８Ｂを備えている。その他の構成はＳＯｘ濃度検出部２０と同様である。つまり、合計濃度検出部２１は、ＳＯ_２及びＨ_２Ｓを酸化触媒２８ＢによりＳＯ_３に変化させ、そこで生成されたＳＯ_３と、排気中に存在していたＳＯ_３とを副電極２４及び検知電極２５で反応させることにより、排気中のＳＯｘとＨ_２Ｓとの合計濃度に対応した起電力を電極２５、２６の間に発生させる点でＳＯｘ濃度検出部２０と相違する。そして、硫黄濃度センサ１０においては、両検出部２０、２１で検出された起電力の差を検出することにより、排気中のＨ_２Ｓの濃度を検出することができる。酸化触媒２８Ａ、２８Ｂの酸化力の差別化は、例えば触媒物質としてのプラチナ（Ｐｔ）の密度の相違、触媒２８Ａ、２８Ｂの容量の相違、触媒物質の相違等によって実現することができる。すなわち、酸化力の弱い触媒２８ＡのＰｔ密度を小さく（Ｐｔ担持量を少なく）、酸化力の強い触媒２７ＢのＰｔ密度を高く（Ｐｔ担持量を大きく）設定してもよいし、触媒２８Ａ、２８ＢのＰｔ密度を同一としつつ触媒２８Ａの容量を小さく、触媒２８Ｂの容量を大きくしてもよい。あるいは、触媒２８Ａについては酸化力の弱い触媒物質（一例としてパラジウム（Ｐｄ））を使用し、触媒２８Ｂについては酸化力の強い触媒物質（一例としてＰｔ）を使用してもよい。酸化力の弱い触媒２８Ａの温度を酸化力の強い触媒２８Ｂの温度よりも相対的に低く制御することによっても、触媒２８Ａ、２８Ｂの酸化力を差別化することができる。さらに、これらの手段を適宜に組み合わせて触媒２８Ａ、２８Ｂの酸化力を差別化してもよい。酸化触媒２８Ｂとしては、Ｈ_２Ｓに対する酸化触媒活性を有する電極を使用してもよい。なお、硫黄濃度センサ１０ではＳＯｘ濃度及び合計濃度のそれぞれの検出に酸素を利用する。従って、ＥＣＵ１５は、排気空燃比がリッチ域に制御されるＳ被毒回復処理中でもそれらの濃度が確実に検出されるように両検出部２０、２１に対して反応に必要な酸素を含んだ空気（新気）が供給されるようにエアーポンプ１４の動作を制御する。また、ＥＣＵ１５は、両検出部２０、２１の電極等の素子が活性化するように、両検出部２０、２１が通常使用時の目標温度（例えば６００°Ｃ）に昇温されるようにヒーター２２の動作を制御している。

次に、図４を参照してＳ被毒回復処理中のＥＣＵ１５による排気空燃比の制御の概要を説明する。図４はＳ被毒回復処理において硫黄濃度センサ１０が検出するＳＯｘ濃度、合計濃度及びそれらの濃度から導き出されるＨ_２Ｓ濃度と、排気空燃比との対応関係の一例を示している。排気空燃比をストイキからリッチ側へと排気空燃比を変化させるとＳＯｘ濃度は直ちに上昇するが、途中の空燃比Ｘでピークを迎え、以降は排気空燃比がリッチ側により深く変化してもＳＯｘ濃度は減少する。一方、合計濃度は破線で示した通り排気空燃比がストイキからリッチ側へ向かうに従って一様に増加する。Ｈ_２Ｓの濃度はこれらの濃度の差分であり、排気空燃比がストイキ付近に制御されている間は検出されず、ＳＯｘ濃度がピークを迎える位置Ｘ付近で検出され始め、以降は排気空燃比がリッチ側に変化するに従ってＨ_２Ｓ濃度が漸次増加する。ＮＯｘ触媒８からのＳＯｘ放出量は排気空燃比がリッチ側に変化するに従って増加するが、排気空燃比が一定レベルを超えてリッチ側に偏った領域ではＳＯｘからＨ_２Ｓへの変化が顕著となり、その結果としてＳＯｘ濃度の検出値が低下するためにこのような特性が生じる。本形態では、Ｈ_２Ｓの濃度について硫黄臭の防止等の観点から許容レベルが設定される。そして、ＥＣＵ１５は、硫黄濃度センサ１０にてＳＯｘが検出され、かつＨ_２Ｓ濃度が許容レベル以下に収まる排気空燃比の範囲Ａ１でＳ被毒回復処理が実行されるようにエンジン１の運転状態を制御する。このような制御により、Ｈ_２Ｓによる硫黄臭を抑えつつＮＯｘ触媒８からＳＯｘを放出させてＳ被毒回復処理を確実に進めることができる。

また、図５に示すようにＳ被毒回復処理中に生成されるＨ_２Ｓの濃度はＮＯｘ触媒８の温度とも相関する。排気空燃比が一定と仮定した場合、触媒温度が下限温度Ｔｌｏｗ（例えば６００°Ｃ付近）を超えるとＨ_２Ｓの生成が始まり、以降は触媒温度が上昇するに従ってＨ_２Ｓ濃度も上昇する。従って、ＮＯｘ触媒８の温度を制御してＨ_２Ｓの濃度を図４の許容レベル以下に抑えることもできる。すなわち、Ｓ被毒回復処理中においてＨ_２Ｓ濃度が許容レベルを超えて上昇しそうな場合に、ＮＯｘ触媒８の温度がＳＯｘの放出温度域内において相対的に低下するようにエンジン１の運転状態を制御すればＨ_２Ｓの濃度を許容レベル以下に制御することができる。ＥＣＵ１５はこのような制御も実行可能である。

次に、図６〜図９を参照してＳ被毒回復処理のためにＥＣＵ１５が実行する各種の制御ルーチンを説明する。図６はＳ被毒回復処理の開始時期を判別するためにＥＣＵ１５が実行するＳ放出開始制御ルーチンを示している。このルーチンはエンジン１の運転中において適当な周期で繰り返し実行される。図６のルーチンにおいて、ＥＣＵ１５はまずステップＳ１でＮＯｘ触媒８のＳ被毒量を判別するためのＳ被毒カウンターの値が所定値以上か否か判断する。ＥＣＵ１５は、別のルーチンにより燃料噴射弁１６から噴射される燃料噴射量と燃料中に含まれる硫黄成分比率の推定値とに基づいてＮＯｘ触媒８に被毒するＳＯｘ量を逐次演算しており、Ｓ被毒カウンターにはその算出値が積算される。ステップＳ１で使用される所定値はＳ被毒回復処理が必要な程にＳＯｘ被毒量が増加したか否かを判別するための閾値として設定される。なお、ＮＯｘ触媒のＳ被毒量はＮＯｘ触媒８の上流側にＳＯｘセンサを配置し、その検出量を積算して判別してもよい。ＮＯｘ触媒８の下流にＮＯｘセンサが配置される場合には、そのＮＯｘセンサが検出するＮＯｘ濃度からＮＯｘ触媒８の劣化度合いを判別してＳ被毒回復処理が必要か否かを判別してもよい。

ステップＳ１にてＳ被毒カウンターの値が所定値以上でなければＳ被毒回復処理が必要なレベルまでＳＯｘ被毒が進行していないと判断して図６のルーチンを終了する。一方、ＥＣＵ１５は、Ｓ被毒カウンターの値が所定値以上のときはＳ被毒量が限界と判断し、ステップＳ２でＳ放出要求フラグをオンにしてルーチンを終了する。

Ｓ放出要求フラグのオンに対応してＳ被毒回復処理を実施するため、ＥＣＵ１５は図７の排気空燃比制御ルーチン及び図８の昇温制御ルーチンを一定の周期で繰り返し実行する。図７の排気空燃比制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１５はまずステップＳ１１でＳ放出要求フラグがオンか否か判断し、オンの場合にステップＳ１２以下に進み、オフであればステップＳ１２以下の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。ステップＳ１２では、排気空燃比がリッチ域（ストイキよりも燃料量が多い領域）に維持され、かつＮＯｘ触媒８がＳＯｘの放出温度域に昇温されるようエンジン１の運転状態を制御してＳ被毒回復処理を実施する。既にＳ被毒回復処理が実施されているときはその状態を継続する。排気空燃比のリッチ化及びＮＯｘ触媒８の昇温は、例えばシリンダ２における燃焼を目的として行われる本来の燃料噴射の後に燃料噴射弁１６から追加的に燃料を噴射するいわゆるポスト噴射により実現すればよい。排気通路４のＮＯｘ触媒８よりも上流に燃料添加弁が設けられる場合にはその燃料添加弁から燃料を添加して排気空燃比をリッチ域に制御してもよい。本発明におけるエンジン１の運転状態の制御は、シリンダ２における燃焼制御に限らず、こうした排気通路４における制御も含む概念である。

ステップＳ１２でＳ被毒回復処理を開始した後はステップＳ１３に進み、硫黄濃度センサ１０が検出するＳＯｘ濃度が所定値以上か否か判断する。ここで使用される所定値はＳ被毒回復処理を適当な期間内で完了させるために最低限必要とされるＳＯｘ放出レベル（最低必要レベル）に設定される。ＳＯｘ濃度が所定値未満の場合にはステップＳ１５へ進んで排気空燃比をリッチ側に所定のステップ量変化させる。ここでいうリッチ側への変化は排気空燃比をステップＳ１５における変更前のそれと比して空気量が減少する側へ変化させることを意味し、ストイキからリッチ域へ変化させることを意味するものではない。排気空燃比のリッチ側への変化は例えば吸入空気量（正確には酸素量）が減少するように絞り弁７やＥＧＲ弁１３を操作することによって実現される。あるいはポスト噴射によって供給する燃料量を増加させてもよい。

ステップＳ１３にてＳＯｘ濃度が所定値以上の場合にはステップＳ１４へ進み、硫黄濃度センサ１０が検出するＨ_２Ｓ濃度、すなわちＳＯｘ濃度検出部２０と合計濃度検出部２１のそれぞれの起電力の差から導き出されるＨ_２Ｓ濃度が所定値以上か否か判断する。ここで使用される所定値は図４の許容レベルに設定される。但し、制御の応答遅れによる一時的なＨ_２Ｓ濃度の許容レベル外への上昇を防ぐため、ステップＳ１４の所定値を許容レベルよりもさらに低く設定してもよい。Ｈ_２Ｓ濃度が所定値未満であればステップＳ１５へ進み、排気空燃比をリッチ側へ変化させる。一方、Ｈ_２Ｓ濃度が所定値以上であればステップＳ１６へ進み、排気空燃比をリーン側に所定のステップ量変化させる。ここでいうリーン側への変化は排気空燃比をステップＳ１４における変更前のそれと比して空気量が増加する側へ変化させることを意味し、ストイキを超えてリーン域へ変化させることを意味するものではない。排気空燃比のリーン側への変化は例えば吸入空気量が増加するように絞り弁７やＥＧＲ弁１３を操作することによって実現される。あるいはポスト噴射によって供給する燃料量を減少させてもよい。ＮＯｘ触媒８の暖機促進等を目的として排気通路４に空気を導入するエアーインジェクション装置が装備されている場合にはそのエアーインジェクション装置から排気通路４に空気を導入して排気空燃比をリーン側に変化させてもよい。ステップＳ１５又はＳ１６にて排気空燃比を変化させた後は今回のルーチンを終了する。

一方、図８の昇温制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１５はまずステップＳ２１でＳ放出要求フラグがオンか否か判断し、オンの場合にステップＳ２２以下に進み、オフであればステップＳ２２以下の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。ステップＳ２２では、排気空燃比がリッチ域に維持され、かつＮＯｘ触媒８がＳＯｘの放出温度域まで昇温されるようエンジン１の運転状態を制御してＳ被毒回復処理を実施する。これらの内容は図７のステップＳ１１及びＳ１２と同じである。続くステップＳ２３及びＳ２４では図７のステップＳ１３及びＳ１４と同じくＳＯｘ濃度が所定値以上か否か、Ｈ_２Ｓ濃度が所定値以上か否かを判断する。これらの所定値はステップＳ１３又はＳ１４のものとそれぞれ同一でよい。そして、ＳＯｘ濃度が所定値未満又はＨ_２Ｓ濃度が所定値未満の場合にステップＳ２５へ進んでＮＯｘ触媒８に対する昇温制御の目標温度を所定のステップ量上昇させ、ＳＯｘ濃度が所定値以上でかつＨ_２Ｓ濃度が所定値以上の場合にステップＳ２６へ進んで昇温制御の目標温度を所定のステップ量低下させる。ＥＣＵ１５はＳ被毒回復処理中に別ルーチンにてＮＯｘ触媒８の温度をＳＯｘの放出温度域内の目標温度に一致するようエンジン１の運転状態を制御しており、ステップＳ２５及びＳ２６の処理はその目標温度を変化させることによりＮＯｘ触媒８の温度を変化させるものである。

ＮＯｘ触媒８の温度調整は例えばポスト噴射にて供給される燃料量の増減によって実現できる。勿論、燃料量が多いほど触媒温度は上昇する。また触媒温度の低下はポスト噴射量の減少によって実現できる。但し、ＮＯｘ触媒８の温度は排気温度と相関するため、例えばシリンダ２における燃焼を目的としたメイン噴射の時期をずらして排気温度を変化させることによっても触媒温度を調整することができる。この場合、燃料噴射時期をリタード（遅角側へ変化）させれば触媒温度が上昇し、リタードされた燃料噴射時期を進角側へ戻せば触媒温度が低下する。ステップＳ２５又はＳ２６で触媒温度の目標温度を変更した後は今回の昇温制御ルーチンを終える。

図９はＳ被毒回復処理の終了時期を判別するためにＥＣＵ１５が実行するＳ放出終了制御ルーチンを示している。このルーチンはエンジン１の運転中において適当な周期で繰り返し実行される。図９のルーチンにおいて、ＥＣＵ１５はまずステップＳ３１でＳ被毒カウンターの値が所定値以上か否か判断する。ここで使用される所定値は図６のステップＳ１で使用される所定値と同じでよい。Ｓ被毒カウンターの値が所定値以上の場合にステップＳ３２以下に進み、所定値未満であればステップＳ３２以下の処理をスキップして今回のルーチンを終える。ステップＳ３２では、Ｓ被毒回復処理が実施されているか否かを判断し、実施されている場合にステップＳ３３へ進む。Ｓ被毒回復処理が実施されていないときはステップＳ３３以下の処理をスキップして今回のルーチンを終える。

ステップＳ３３では硫黄濃度センサが検出するＳＯｘ濃度が所定以上か否かを判断する。ここで使用される所定値はＳ被毒回復処理を終了すべきか否かを判別するための閾値として設定される。Ｓ被毒回復処理を進行させるために必要な最低レベルのＳＯｘが放出されているにも拘わらずＳ被毒回復処理が終了しないよう、ステップＳ３３の所定値は図７のステップＳ１３及び図８のステップＳ２３でそれぞれ使用される所定値よりも小さく設定される。そして、ステップＳ３３にてＳＯｘ濃度が所定値未満と判断した場合にステップＳ３４へ進んでＳ放出要求フラグをオフに切り替えて今回のルーチンを終える。ステップＳ３３でＳＯｘ濃度が所定値以上の場合はステップＳ３４をスキップしてルーチンを終える。

このようにＥＣＵ１５はＨ_２Ｓ濃度及びＳＯｘ濃度に基づいてＳ被毒回復処理を実施しているが、硫黄濃度センサ１０の検出部２０、２１は排気中のＨＣ、ＳＯＦ、スス等の被毒物質による影響でゼロ点がずれる可能性がある。そこで、ＥＣＵ１５は、図１０に示したゼロ点補正制御ルーチンをエンジン１の運転中に適当な周期で繰り返し実行し、検出部２０、２１のゼロ点を補正する。ＥＣＵ１５は、図１０の制御ルーチンを実行することにより、本発明のゼロ点補正手段として機能する。

図１０の制御ルーチンにおいてＥＣＵ１５は、まずステップＳ４１で排気の状態がゼロ点補正可能状態であるか否か判断し、ゼロ点補正可能状態であると判断した場合にステップＳ４２に進む。一方、ゼロ点補正可能状態ではないと判断した場合は、今回のルーチンを終了する。ゼロ点補正可能状態であるか否かは、例えば図１１に示したマップを参照して判断する。図１１のマップは、ＮＯｘ触媒８の温度とＮＯｘ触媒８を通過する排気の空間速度（ＳＶ）との関係を示している。図１１において、温度Ｔ１はＮＯｘ触媒８の活性開始温度を、温度Ｔ２はＮＯｘ触媒８から硫黄分が脱離する硫黄分脱離温度を、それぞれ示している。また、ＳＶＱ１はＮＯｘ触媒８によるエンジン１の排気に含まれるＳＯｘのトラップ率（捕捉率）が低下するＳＶを示している。排気の状態が図１１に示した領域Ａ１にある場合、エンジン１から排出されたＳＯｘはＮＯｘ触媒８によって殆ど捕捉されるので、ＮＯｘ触媒８の下流におけるＳＯｘは殆どゼロになる。なお、この際、排気空燃比はリーンの状態である。そこで、このような領域Ａ１をゼロ点補正可能状態として設定する。なお、ＮＯｘ触媒８の温度は、ＥＣＵ１５がエンジン１の運転状態から推定して取得する。このようにＮＯｘ触媒８の温度を取得することで、ＥＣＵ１５は触媒温度取得手段として機能する。ＮＯｘ触媒８の温度は、ＮＯｘ触媒８に温度センサを設けて取得してもよい。ステップＳ４２においてＥＣＵ１５は、その時点における両検出部２０、２１の検出値をゼロとして両検出部２０、２１のゼロ点補正を実施する。その後、今回のルーチンを終了する。

このように、両検出部２０、２１のゼロ点補正を適宜実施することでＳＯｘ濃度及び合計濃度の検出精度を向上させることができる。そのため、Ｓ被毒回復処理時の制御精度を向上させ、Ｈ_２Ｓの放出を確実に抑えることができる。Ｓ被毒回復処理時以外の時期に両検出部２０、２１が許容上限値以上の検出値を継続して検出した場合は、両検出部２０、２１のゼロ点がずれていると考えられる。そこで、このような場合に図１０のルーチンを実行して両検出部２０、２１をゼロ点補正してもよい。なお、許容上限値としては、例えばＳ被毒回復処理時以外の時期に検出されるＳＯｘ濃度として明らかに誤検出であると判断できる値が設定される。

硫黄濃度センサ１０は、排気中のスス、ＳＯＦ、ＨＣ等の被毒物質によって電極が被毒され、異常が生じるおそれがある。硫黄濃度センサ１０に異常がある場合、誤った合計濃度やＳＯｘ濃度が検出されてＮＯｘ触媒８のＳ被毒回復処理が適正に実行できず、Ｈ_２Ｓが発生したり、ＮＯｘ触媒８からのＳＯｘの放出が不十分になるおそれがある。そこで、ＥＣＵ１５は、エンジン１の運転中に適当な周期で図１２のルーチンを繰り返し実行し、硫黄濃度センサ１０の異常の有無を診断する。

図１２のルーチンにおいてＥＣＵ１５は、まずステップＳ５１でＮＯｘ触媒８のＳ被毒量を判別するためのＳ被毒カウンターの値が所定値以上か否か判断する。Ｓ被毒カウンターが所定値未満であると判断した場合、今回の制御ルーチンを終了する。なおステップＳ５１で使用する所定値は、図６のステップＳ１で使用する所定値と同じでもよいし、ＮＯｘ触媒８をＳＯｘ放出状態にしたときにＮＯｘ触媒８からＳＯｘが放出される程度の所定量が設定されていてもよい。

一方、Ｓ被毒カウンターが所定値以上であると判断した場合はステップＳ５２に進み、ＥＣＵ１５はＮＯｘ触媒８からＳＯｘが放出されるＳＯｘ放出条件が成立しているか否かを判断する。ＳＯｘ放出条件が成立していないと判断した場合、今回のルーチンを終了する。ＮＯｘ触媒８からＳＯｘが放出される条件としては、例えばＮＯｘ触媒８の温度が６００°Ｃ以上で、かつ排気空燃比が理論空燃比（ストイキ）よりもリッチ側である場合が設定される。ＳＯｘ放出条件が成立していると判断した場合はステップＳ５３に進み、ＥＣＵ１５は両検出部２０、２１の検出値が異常判定値以上か否かを判断する。ステップＳ５３で使用される異常判定値には、ＮＯｘ触媒８からのＳＯｘ放出時に硫黄濃度センサ１０によって検出されるＳＯｘ濃度として明らかに誤りであると判断可能な閾値が設定される。図４及び図５に示したように、ＮＯｘ触媒８のＳ被毒量が所定量以上であるとともにＳＯｘ放出条件が成立している場合、ＮＯｘ触媒８からはＳＯｘが放出されていると考えられる。そこで、このような状態で両検出部２０、２１の検出値が異常判定値以上にならない場合は、硫黄濃度センサ１０に異常があると診断できる。ＳＯｘ濃度検出部２０又は合計濃度検出部２１の検出値が異常判定値以上ではないと判断した場合、ステップＳ５４に進み、ＥＣＵ１５は硫黄濃度センサ１０に異常があることを示すセンサ異常フラグをオンの状態にする。その後、今回のルーチンを終了する。一方、両検出部２０、２１の検出値が異常判定値以上であると判断した場合はステップＳ５５に進み、ＥＣＵ１５はセンサ異常フラグをオフの状態にする。その後、今回のルーチンを終了する。

このように、ＮＯｘ触媒８から確実にＳＯｘが放出されている時期における両検出部２０、２１の検出値を調べることにより、硫黄濃度センサ１０の異常の有無を簡易に診断することができる。なお、ＥＣＵ１５が硫黄濃度センサ１０の異常の有無を診断するために実行する診断ルーチンは図１２のルーチンに限定されない。ＥＣＵ１５は、図１３〜図１６に示した診断ルーチンを実行することによって硫黄濃度センサ１０の異常の有無を診断してもよい。

図１３のルーチンでは、ＮＯｘ触媒８からＨ_２Ｓが放出されるようにエンジン１の運転状態を制御し、この時に硫黄濃度センサ１０によりＨ_２Ｓの放出が検出できたか否かを参照して硫黄濃度センサ１０の異常の有無を診断する点が図１２のルーチンと異なる。図１３のルーチンは、エンジン１の運転中に適当な周期で繰り返し実行される。なお、図１３において図１２と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１３のルーチンにおいて、ステップＳ５２までは図１２のルーチンと同様の処理を行う。ステップＳ５２でＳＯｘ放出条件が成立していると判断した場合はステップＳ６１に進み、ＥＣＵ１５はＮＯｘ触媒８からＨ_２Ｓが放出されるように、例えば図４に示したように排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に深く変化するようにエンジン１の運転状態を制御する。次のステップＳ６２においてＥＣＵ１５は、ＮＯｘ触媒８からのＨ_２Ｓの放出が硫黄濃度センサ１０によって検出されたか否かを判断する。Ｈ_２Ｓの放出が検出されなかったと判断した場合はステップＳ５４に進み、ＥＣＵ１５はセンサ異常フラグをオンの状態にする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、Ｈ_２Ｓの放出が検出されたと判断した場合はステップＳ５５に進み、ＥＣＵ１５はセンサ異常フラグをオフの状態にする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図１４の制御ルーチンでは、硫黄濃度センサ１０に断続的に酸素を供給し、この時の硫黄濃度センサ１０の検出値の変化を参照して硫黄濃度センサ１０の異常の有無を診断する点が他の診断ルーチンと異なる。図１４のルーチンは、エンジン１の運転中に適当な周期で繰り返し実行される。なお、図１４において、図１２と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１４のルーチンにおいてＥＣＵ１５は、まずステップＳ７１でＮＯｘ触媒８のＳ被毒回復処理が実施中であるか否かを判断する。実施中ではないと判断した場合は今回のルーチンを終了する。一方、実施中であると判断した場合はステップＳ７２に進み、ＥＣＵ１５は硫黄濃度センサ１０に断続的に酸素を供給する。一方、実施中ではないと判断した場合は、今回のルーチンを終了する。硫黄濃度センサ１０に供給する酸素量は、例えばエアーポンプ１４で供給する新気量によって変化させてもよいし、ＥＧＲ量、吸入空気量によって変化させてもよい。また、燃料噴射量を変化させて酸素量を変化させてもよい。次のステップＳ７３において、ＥＣＵ１５は硫黄濃度センサ１０の検出値の変化が異常範囲内であるか否か判断する。上述した検出原理で説明したように両検出部２０、２１は、酸素を利用してＳＯｘ濃度を検出している。そのため、硫黄濃度センサ１０が正常であれば、検出部２０、２１に供給する酸素量を断続的に変化させることで、両検出部２０、２１の検出値が大きく変化すると考えられる。なお、ステップＳ７３で使用する異常範囲には、両検出部２０、２１が正常であるときに検出部２０、２１に断続的に酸素を供給した場合、各検出部２０、２１の検出値が変化すると推定される範囲が設定される。ＳＯｘ濃度検出部２０又は合計濃度検出部２１の検出値の変化が異常範囲内（正常範囲外）であると判断した場合、ステップＳ５４に進み、ＥＣＵ１５は、センサ異常フラグをオンの状態にする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、両検出部２０、２１の検出値の変化が異常範囲外（正常範囲内）であると判断した場合、ステップＳ５５に進み、ＥＣＵ１５はセンサ異常フラグをオフの状態にする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図１５では、硫黄濃度センサ１０のゼロ点補正実施後も、硫黄濃度センサ１０が所定値以上の検出値を検出しているか否かを参照して硫黄濃度センサ１０の異常の有無を診断する点が他の診断ルーチンとは異なる。図１５のルーチンは、エンジン１の運転中に適当な周期で繰り返し実行される。なお、図１５において、図１２と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１５のルーチンにおいてＥＣＵ１５は、まずステップＳ８１で硫黄濃度センサ１０のゼロ点補正処理が実施されたか否かを判断する。ゼロ点補正処理が実施されていないと判断した場合は今回のルーチンを終了する。一方、ゼロ点補正が実施されたと判断した場合はステップＳ８２に進み、ＥＣＵ１５はエンジン１の運転状態がＮＯｘ触媒８からＳＯｘが放出されるＳＯｘ放出領域であるか否か判断する。ＳＯｘ放出領域であると判断した場合、今回のルーチンを終了する。一方、ＳＯｘ放出領域ではないと判断した場合はステップＳ８３に進み、ＥＣＵ１５は硫黄濃度センサ１０の検出部２０、２１の各検出値が所定値以上であるか否か判断する。ゼロ点補正が実施され、かつＮＯｘ触媒８からＳＯｘが放出されていない場合に硫黄濃度センサ１０が所定値以上の検出値を検出している場合は、硫黄濃度センサ１０に異常があると診断できる。なお、ステップＳ８３で使用される所定値は、例えばＳ被毒回復処理時以外の時期に検出されるＳＯｘ濃度として明らかに誤検出であると判断できる値が設定される。ＳＯｘ濃度検出部２０又は合計濃度検出部２１の検出値が所定値以上であると診断した場合はステップＳ５４の処理を、両検出部２０、２１の検出値が所定値未満であると診断した場合はステップＳ５５の処理を実行する。その後、今回のルーチンを終了する。

図１６のルーチンでは、エンジン１の排気空燃比が理論空燃比よりリッチ側で運転されている場合のＨ_２Ｓ濃度を参照して硫黄濃度センサ１０の異常の有無を診断する点が他の診断ルーチンと異なる。図１６のルーチンは、エンジン１の運転中に適当な周期で繰り返し実行される。なお、図１６において、図１２と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１６のルーチンにおいてＥＣＵ１５は、まずステップＳ９１で排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側であるか否か判断する。リッチ側でないと判断した場合、今回のルーチンを終了する。リッチ側であると判断した場合、ステップＳ９２に進み、ＥＣＵ１５はＨ_２Ｓ濃度が所定時間負の値であったか否かを判断する。なお、硫黄濃度センサ１０においては、ＳＯｘ濃度検出部２０の酸化触媒２８Ａによる酸化反応と比べて、合計濃度検出部２１の酸化触媒２８Ｂによる酸化反応、特にはＨ_２Ｓの酸化反応に関してより多くの時間が必要となる。加えて、触媒２８ＡにおいてはＳＯｘのみを酸化させるのに対して、触媒２８ＢにおいてはＳＯｘとＨ_２Ｓの両者を酸化させる必要があるので、酸化反応により多くの時間を要する。さらに、触媒２８Ａよりも触媒２８Ｂの容量を大きく設定した場合には、容量が大きくなる分、排気が触媒２８Ｂを通過する時間が触媒２８Ａに対するそれよりも長くなる。そこで、ステップＳ９２で使用される所定時間には、酸化触媒２８Ｂにおける酸化反応に必要な時間を考慮しても硫黄濃度センサ１０に異常があると判断可能な時間が設定される。Ｈ_２Ｓ濃度が所定時間負の値であったと判断した場合はステップＳ５４の処理を、Ｈ_２Ｓ濃度が所定時間負の値ではなかったと判断した場合はステップＳ５５の処理を、それぞれ実行する。その後、今回のルーチンを終了する。

このように図１２〜図１６のルーチンを実行することでＥＣＵ１５は異常診断手段として機能する。なお、図１２〜図１６の診断ルーチンは各々個別に実行してもよいし、複数のルーチンを組み合わせて実行してもよい。組み合わせて実行する場合は、優先順位に基づいて各ルーチンを実行してもよいし、複数のルーチンを並列的に実行してもよい。

ＥＣＵ１５は、硫黄濃度センサ１０に異常があると診断した場合、図１７のルーチンを実行して、硫黄濃度センサ１０の異常箇所を判別する。硫黄濃度センサ１０は、ＳＯｘ濃度検出部２０と合計濃度検出部２１とを備えているので、一方の検出部のみに異常がある場合でも、他方の正常な検出部の検出値によってＳＯｘの放出を検出することができる。そこで、ＥＣＵ１５は、異常箇所を判別し、異常箇所に応じた処理を実施する。なお、図１７のルーチンは、エンジン１の運転中に適当な周期で繰り返し実行される。

図１７のルーチンにおいてＥＣＵ１５は、まずステップＳ１０１でセンサ異常フラグがオンであるか否か判断する。センサ異常フラグがオフであると判断した場合、今回のルーチンを終了する。一方、センサ異常フラグがオンであると判断した場合はステップＳ１０２へ進み、ＥＣＵ１５はヒーター２２を制御して両検出部２０、２１を昇温する。続くステップＳ１０３においてＥＣＵ１５は、ＳＯｘ濃度検出部２０の検出値の変化が所定範囲（異常判別範囲）内であるか否か判断する。ＳＯｘ濃度検出値が所定範囲内であると判断した場合はステップＳ１０４でＳＯｘ濃度検出部２０に異常があることを示すＳＯｘ濃度検出部異常フラグをオンの状態にした後ステップＳ１０５に進む。一方、ＳＯｘ濃度検出値が所定範囲外であると判断した場合はステップＳ１０４をスキップしてステップＳ１０５に進む。

図１８は、ＳＯ_２濃度と検出部からの出力（検出値）と検出部の温度との関係の一例を示している。例えば、排気中のＳＯ_２濃度が濃度ｘ１で検出部の温度が温度Ｔ１である場合は、検出部から出力ｙ１が出力される。一方、検出部の温度を温度Ｔ１から温度Ｔ２に昇温させた場合は、ＳＯ_２濃度が同じ濃度ｘ１でも、検出部からは出力ｙ２が出力される。検出部が正常であれば、このように検出部の温度を変化させることで、出力を変化させることができる。そこで、検出部を昇温し、その時の出力の変化を調べて異常箇所を判別する。なお、ステップＳ１０３で使用される所定範囲は、異常箇所判別時に変化させるＳＯｘ濃度検出部２０の温度差によって適宜設定される。例えば、異常箇所判別時にＳＯｘ濃度検出部２０の温度を温度Ｔ１からＴ２に昇温する場合は、温度差Ｔ２−Ｔ１に対応する出力の変化Δｙを所定範囲に設定する。

図１７の説明に戻る。ステップＳ１０５においてＥＣＵ１５は、合計濃度検出部２１の検出値の変化が所定値未満であるか否か判断する。所定範囲内であると判断した場合はステップＳ１０６で合計濃度検出部２１に異常があることを示す合計濃度検出部異常フラグをオンの状態にした後ステップＳ１０７に進む。一方、所定範囲外であると判断した場合はステップＳ１０６をスキップしてステップＳ１０７に進む。上述したように合計濃度検出部２１の電極の構造はＳＯｘ濃度検出部２０と同様である。そのため、合計濃度検出部２１が正常であれば、昇温による温度の変化に応じて出力が変化する。なお、ステップＳ１０５で使用する所定範囲は、異常箇所判別時に変化させる合計濃度検出部２１の温度差によって適宜設定される。

次のステップＳ１０７においてＥＣＵ１５は、異常箇所に応じた処理を実施する。その後、今回のルーチンを終了する。異常箇所に応じた処置としては、例えば、ＳＯｘ濃度検出部２０又は合計濃度検出部２１のいずれか片方のみに異常がある場合は、異常がある方の検出部の検出を禁止させる。両検出部２０、２１に異常がある場合は、例えばインパネ内の異常ランプを点灯して運転者へ硫黄濃度センサ１０に異常があることを警告する。

このように、異常箇所を判別し、異常箇所に応じた処理を実施することで、誤ったＳ被毒回復処理の制御を防止することができる。そのため、Ｈ_２Ｓの放出を抑えることができる。なお、本発明における「検出の禁止」の概念は、検出部２０、２１における濃度の検出を禁止することに限定されない。例えば、検出部２０、２１によって濃度を検出してもよいが、この検出した濃度に基づく制御等検出した濃度を利用して実施する種々の操作を禁止することも検出の禁止の概念に含まれる。

図１９は、異常箇所判別ルーチンの他の実施例を示している。図１９では、硫黄濃度センサ１０への酸素供給を停止して異常箇所を判別する点が図１７のルーチンと異なる。図１９のルーチンはエンジン１の運転中に適当な周期で繰り返し実行される。なお、図１９において図１７と同様の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１９のルーチンにおいてＥＣＵ１５は、まずステップＳ１０１でセンサ異常フラグがオンの状態であるか否か判断する。オンの状態であると診断した場合はステップＳ１１１以下に進み、オフの状態であると診断した場合はステップＳ１１１以下の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。ステップＳ１１１では、両検出部２０、２１への酸素供給を停止する。続くステップＳ１１２においてＥＣＵ１５は、ＳＯｘ濃度検出部２０の検出値が所定値（異常箇所判別値）以下であるか否か判断する。上述したように検出部２０、２１は酸素を利用して起電力を発生させているので、検出部２０への酸素供給が停止されると起電力が発生せず、検出値が低下すると考えられる。そのため、酸素供給停止時の検出値が所定値以下に低下しなければ、その検出部に異常があると判別できる。なお、ステップＳ１１２で使用される所定値には、例えばＳＯｘ濃度検出部２０が正常で、かつ検出部２０への酸素供給が停止された場合に検出部２０から出力される検出値としては明らかに誤りであると判断可能な閾値が設定される。ステップＳ１１２で所定値以下ではないと判断した場合はステップＳ１０４でＳＯｘ濃度検出部異常フラグをオンの状態にした後ステップＳ１１３に進む。一方、所定値以下であると判断した場合はステップＳ１０４をスキップしてステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１３においてＥＣＵ１５は、合計濃度検出部２１の検出値が所定値（異常箇所判別値）以下であるか否か判断する。所定値以下でないと判断した場合はステップＳ１０６で合計濃度検出部異常フラグをオンの状態にした後ステップＳ１０７に進む。一方、所定値以下であると判断した場合はステップＳ１０６をスキップしてステップＳ１０７に進む。合計濃度検出部２１も、ＳＯｘ濃度検出部２０と同様に酸素供給が停止されると起電力が発生できず、検出値が低下する。そのため、ＳＯｘ濃度検出部２０と同様に検出値が所定値以下に低下しなければ、その検出部に異常があると判別できる。なお、ステップＳ１１３で使用される所定値は、ステップＳ１１２で使用される所定値と同じでよい。次のステップＳ１０７においてＥＣＵ１５は、異常箇所に応じた処理を実施する。その後、今回のルーチンを終了する。

両検出部２０、２１への酸素供給を停止させ、その時の両検出部２０、２１の検出値の変化を監視することでも、異常箇所を判別することができる。このように、図１７、図１９のルーチンを実行することでＥＣＵ１５は異常箇所判別手段として機能する。

硫黄濃度センサ１０の検出部２０、２１が排気中の被毒物質に被毒されて劣化していると、それまでの検出部２０、２１の温度では検出部２０、２１を活性化させるために温度が不足している場合がある。そこで、硫黄濃度センサ１０に異常があると診断した場合、ＥＣＵ１５は検出部２０、２１の活性化を促進させるために図２０のルーチンを実行する。図２０のルーチンは、エンジン１の運転中に適当な周期で繰り返し実行される。

図２０のルーチンにおいてＥＣＵ１５は、まずステップＳ１２１でセンサ異常フラグがオンであるか否か判断する。センサ異常フラグがオフであると判断した場合、今回のルーチンを終了する。一方、センサ異常フラグがオンであると判断した場合はステップＳ１２２に進み、ＥＣＵ１５はヒーター２２の動作を制御して検出部２０、２１を昇温する。続くステップＳ１２３においてＥＣＵ１５は、検出部２０、２１の昇温に伴う検出値の補正処理を行う。図１８に示したように検出部２０、２１の検出値は温度によって変化する。そこで、例えば検出部２０、２１の温度を温度Ｔ１から温度Ｔ２に昇温した場合は、検出値から濃度を取得するために使用する検出値と濃度との関係を図１８の線Ｌ１から線Ｌ２に変更する。その後、今回のルーチンを終了する。

このように検出部２０、２１が劣化していた場合は、検出部２０、２１を昇温して検出部２０、２１の活性化を促進させる。また、この昇温に応じて検出値の補正処理を実施することで、合計濃度、ＳＯｘ濃度の検出精度を維持することができる。

硫黄被毒センサ１０に異常があると診断した場合、ＥＣＵ１５は、硫黄濃度センサ１０の異常を回復させるために図２１のルーチンを実行する。図２１のルーチンはエンジン１の運転中に適当な周期で繰り返し実行される。図２１のルーチンを実行することで、ＥＣＵ１５は異常回復手段として機能する。図２１のルーチンにおいてＥＣＵ１５は、まずステップＳ１３１でセンサ異常フラグがオンの状態であるか否か判断する。センサ異常フラグがオフの状態であると判断した場合、今回のルーチンを終了する。一方、センサ異常フラグがオンの状態であると判断した場合はステップＳ１３２へ進み、硫黄濃度センサ１０の異常を回復させるための処理を実施する。その後、今回のルーチンを終了する。

異常回復処理としては、例えば検出部２０、２１の温度が通常使用時の目標温度よりも高く（例えば９００°Ｃ）なるようにヒーター２２の動作を制御する。このように検出部２０、２１を昇温することで、硫黄濃度センサ１０の主に内部に付着した被毒物質を酸化除去することができる。また、ＮＯｘ触媒８の温度が上昇するようにエンジン１の運転状態を制御してもよい。このようにＮＯｘ触媒８を昇温させて排気の温度を上昇させ、この高温の排気を硫黄濃度センサ１０に導くことで、硫黄濃度センサ１０の主に外側に付着した被毒物質を酸化除去することができる。なお、ＮＯｘ触媒８の昇温は、例えばポスト噴射にて供給される燃料量を増加させることで実現できる。また、燃料噴射時期をリタードさせることによってもＮＯｘ触媒８の温度を上昇させることができる。さらに、このように硫黄濃度センサ１０の温度を上昇させる際、硫黄濃度センサ１０に供給する酸素量を増加させてもよい。酸素量は、例えばエンジン１の運転状態を制御して排気の酸素濃度を上昇させて増加させてもよいし、エアーポンプ１４から供給される新気量を調整させて増加させてもよい。このように酸素量を増加させることで、被毒物質の酸化除去を促進させることができる。

硫黄濃度センサ１０に異常があると診断した場合、ＥＣＵ１５は誤って導き出されたＨ_２Ｓ濃度によるＳ被毒回復処理の実施を防止するために図２２のルーチンを実行する。図２２のルーチンは、エンジン１の運転中に適当な周期で繰り返し実行される。

図２２のルーチンにおいてＥＣＵ１５は、まずステップＳ１４１でＳ放出要求フラグがオンの状態であるか否か判断し、オンであると判断した場合はステップＳ１４２以下に進み、オフであると判断した場合はステップＳ１４２以下の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。ステップＳ１４２では、センサ異常フラグがオンの状態であるか否か判断する。センサ異常フラグがオフの状態であると判断した場合は、今回のルーチンを終了する。一方、センサ異常フラグがオンの状態であると判断した場合はステップＳ１４３に進み、ＥＣＵ１５は前回Ｓ被毒回復処理を実施した際の排気空燃比、触媒温度の制御目標値などが学習値としてＥＣＵ１５に保持されているか否か判断する。ＥＣＵ１５は、Ｓ被毒回復処理を実施した際に、その時の排気空燃比や触媒温度の制御目標値等を別ルーチンによって内部のＲＡＭに学習値として保持する。学習値がないと判断した場合はステップＳ１４４に進み、ＥＣＵ１５は以降のＮＯｘ触媒８のＳ被毒回復処理を禁止する。続くステップＳ１４５では、インパネ内の異常ランプを点灯し、運転者に硫黄濃度センサ１０に異常があることを警告する。その後、今回のルーチンを終了する。ステップＳ１４３で学習値があると判断した場合はステップＳ１４６に進み、ＥＣＵ１５は学習値に基づくＳ被毒回復処理を実行する、その後、今回のルーチンを終了する。

このように硫黄濃度センサ１０に異常がある場合でも、硫黄濃度センサ１０が正常であった時の学習値に基づいてＮＯｘ触媒８の温度や排気空燃比等を制御することで、Ｈ_２Ｓの放出を抑制しつつＳ被毒回復処理を実施することができる。

本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。

上記の形態では、硫黄濃度センサ１０を、ＳＯｘ濃度検出部２０によるＳＯｘ濃度の検出と合計濃度検出部２１による合計濃度の検出とが同時並行で行われるものとしたが、これらの濃度の検出が適当な周期で交互に行われるように硫黄濃度センサ１０を構成してもよい。この場合にはＳＯｘ濃度検出部２０と合計濃度検出部２１との間で酸素イオン伝導体２３、副電極２４、検知電極２５、及び参照電極２６を共用し、酸化触媒２８ＢにてＨ_２Ｓを酸化するか否かを周期的に切り替えればよい。

本発明が適用される内燃機関の一形態を示す図。 図１の排気浄化装置で使用される硫黄濃度センサの概略構成を示す図。 図２の硫黄濃度センサの検出原理を示す図で、（ａ）はＳＯｘ濃度検出部における検出原理を、（ｂ）は合計濃度検出部における検出原理をそれぞれ示す。 硫黄濃度センサにて検出されるＳＯｘ濃度、合計濃度及びそれらの濃度から導き出されるＨ_２Ｓ濃度と排気空燃比との対応関係の一例を示す図。 ＮＯｘ触媒の温度とＨ_２Ｓの濃度との対応関係の一例を示す図。 ＥＣＵが実行するＳ放出開始制御ルーチンを示すフローチャート。 ＥＣＵが実行する排気空燃比制御ルーチンを示すフローチャート。 ＥＣＵが実行する昇温制御ルーチンを示すフローチャート。 ＥＣＵが実行するＳ放出終了制御ルーチンを示すフローチャート。 ＥＣＵが実行するゼロ点補正制御ルーチンを示すフローチャート。 触媒の温度とＳＶとゼロ点補正可能領域との関係の一例を示す図。 ＥＣＵが実行するセンサ診断制御ルーチンの第一の実施例を示すフローチャート。 ＥＣＵが実行するセンサ診断制御ルーチンの第二の実施例を示すフローチャート。 ＥＣＵが実行するセンサ診断制御ルーチンの第三の実施例を示すフローチャート。 ＥＣＵが実行するセンサ診断制御ルーチンの第四の実施例を示すフローチャート。 ＥＣＵが実行するセンサ診断制御ルーチンの第五の実施例を示すフローチャート。 ＥＣＵが実行する異常箇所判別ルーチンを示すフローチャート。 ＳＯ_２濃度と検出部からの出力と検出部の温度との関係の一例を示す図。 ＥＣＵが実行する異常箇所判別ルーチンの他の実施例を示すフローチャート。 ＥＣＵが実行する検出部活性化制御ルーチンを示すフローチャート。 ＥＣＵが硫黄濃度センサの異常を回復するために実行する異常回復制御ルーチンを示すフローチャート。 ＥＣＵが実行するＳ被毒回復処理制御ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
２ シリンダ
３ 吸気通路
４ 排気通路
７ 絞り弁
８ 吸蔵還元型のＮＯｘ触媒
１０ 硫黄濃度センサ（濃度検出手段）
１３ ＥＧＲ弁
１５ エンジンコントロールユニット（被毒回復制御手段、ゼロ点補正手段、触媒温度取得手段、異常診断手段、異常箇所判別手段、異常回復手段）
１６ 燃料噴射弁
２０ ＳＯｘ濃度検出部（第二の検出部）
２１ 合計濃度検出部（第一の検出部）
２２ 電気ヒーター（温度制御手段）
２３ 酸素イオン伝導体
２４ 副電極
２５ 検知電極
２６ 参照電極
２７ 外部回路
２８Ａ、２８Ｂ 酸化触媒

Claims (12)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒を通過した排気中の硫黄酸化物及び硫化水素の合計濃度と前記硫黄酸化物の濃度とをそれぞれ検出可能な濃度検出手段と、前記ＮＯｘ触媒から硫黄酸化物が放出されるように前記内燃機関の運転状態を制御するＳ被毒回復処理を実行可能な被毒回復制御手段と、前記ＮＯｘ触媒を通過する排気が前記濃度検出手段のゼロ点を補正可能なゼロ点補正状態であると判断した場合に前記濃度検出手段のゼロ点補正を実施するゼロ点補正手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記ＮＯｘ触媒の温度を取得する触媒温度取得手段を備え、
   前記ゼロ点補正状態として、前記ＮＯｘ触媒の温度が前記ＮＯｘ触媒の活性温度と前記ＮＯｘ触媒から硫黄分が脱離する硫黄分脱離温度との間で、かつ前記ＮＯｘ触媒を通過する排気の空間速度が前記内燃機関の排気に含まれる硫黄酸化物の補足率が低下する空間速度より低い状態が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記ゼロ点補正手段は、前記Ｓ被毒回復処理時以外の時期に前記濃度検出手段が許容上限値以上の検出値を継続して検出していると判断した場合、前記ゼロ点補正状態にて前記濃度検出手段のゼロ点補正を実施することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒を通過した排気中の硫黄酸化物及び硫化水素の合計濃度と前記硫黄酸化物の濃度とをそれぞれ検出可能な濃度検出手段と、前記ＮＯｘ触媒から硫黄酸化物が放出されるように前記内燃機関の運転状態を制御するＳ被毒回復処理を実行可能な被毒回復制御手段と、前記ＮＯｘ触媒のＳ被毒量が所定量以上であり、かつ前記ＮＯｘ触媒から硫黄酸化物が放出される条件であるときに前記濃度検出手段から異常判定値以上の検出値が出力されない場合、前記濃度検出手段に異常があると診断する異常診断手段と、を備えてい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ＮＯｘ触媒から硫化水素が放出される硫化水素放出運転領域に前記内燃機関の運転状態を制御し、前記硫化水素放出運転領域において前記濃度検出手段により硫化水素の放出が検出されない場合に前記濃度検出手段に異常があると診断することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記異常診断手段は、前記Ｓ被毒回復処理時に前記濃度検出手段に断続的に酸素が供給されるように前記内燃機関の運転状態を制御し、前記濃度検出手段の検出値の変化が異常範囲内であると判断した場合に前記濃度検出手段に異常があると診断することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記異常診断手段は、前記内燃機関の排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ域にあるとき、前記合計濃度と前記硫黄酸化物濃度とから導き出される硫化水素の濃度が所定判定時間に亘って負の値であると判断した場合に前記濃度検出手段に異常があると診断することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記濃度検出手段は、前記合計濃度を検出する第一の検出部と、前記硫黄酸化物濃度を検出する第二の検出部と、を有し、
   前記第一の検出部の温度と前記第二の検出部の温度とを調整する温度調整手段を備え、
   前記第一の検出部と前記第二の検出部とは温度に応じて検出値が変化し、
   前記異常診断手段は、前記濃度検出手段に異常があると診断した場合、前記温度調整手段によって前記第一の検出部と前記第二の検出部とを昇温し、前記温度調整手段による昇温に伴う検出値の変化が異常判別範囲内である検出部に異常があると判別する異常箇所判別手段を備えていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記濃度検出手段は、前記合計濃度を検出する第一の検出部と、前記硫黄酸化物濃度を検出する第二の検出部と、を有し、
   前記異常診断手段は、前記濃度検出手段に異常があると診断した場合、前記濃度検出手段への酸素供給が停止されるように前記内燃機関の運転状態を制御し、酸素供給停止時に検出値が異常箇所判別値以下に低下しない検出部に異常があると判別する異常箇所判別手段を備えていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記濃度検出手段の温度を調整する温度調整手段を備え、
    前記異常診断手段は、前記濃度検出手段に異常があると診断した場合、前記濃度検出手段が通常時目標温度より高い温度に昇温されるように前記温度調整手段の動作を制御する異常回復手段を備えていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 前記異常診断手段は、前記濃度検出手段に異常があると診断した場合、前記ＮＯｘ触媒が昇温されるように前記内燃機関の運転状態を制御して前記ＮＯｘ触媒を通過した排気を昇温させる異常回復手段を備えていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
12. 前記異常回復手段は、前記濃度検出手段の昇温時に前記濃度検出手段に供給される酸素量が増加されるように前記内燃機関の運転状態を制御することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
    
    

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