JP2009024505A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関からの排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気浄化装置において、エミッションの保証距離を長くする。
【解決手段】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の熱劣化を考慮した通常目標温度でのＳ被毒回復制を一定期間毎（積算Ｓ被毒量が所定量に達する毎）に実施し、これに加えて、制御目標温度を通常目標温度よりも高くしたＳ被毒回復制御を、通常制御よりも大きな間隔毎に実施してＳＯｘの放出性を一時的に向上させる。このように、Ｓ被毒回復制御時の制御目標温度を常に高く設定するのではなく、所定の期間毎に間欠的に高く設定することで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の熱劣化を抑えつつ、長距離走行後のＳＯｘの放出性を確保することが可能となり、長距離走行後のエミッションの悪化を防止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関（以下、エンジンともいう）からの排気を浄化する排気浄化装置に関し、さらに詳しくは、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気浄化装置に関する。

一般に、ディーゼルエンジンや希薄燃焼式ガソリンエンジンのように、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼させる運転領域が全運転領域の大部分を占めるエンジンにおいては、排気中に含まれるＮＯｘを除去することが要求されている。このため、エンジンの排気通路に、排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵（吸収）するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を配置して排気を浄化するようにしている。

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としては、例えばＮＳＲ（ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒や、ＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）触媒などが用いられている。

このようなＮＯｘ吸蔵還元型触媒では、排気空燃比（Ａ／Ｆ）がリーンである場合、つまり、周囲の雰囲気が高酸素濃度状態である場合には排気中のＮＯｘを吸蔵する。一方、排気空燃比がリッチ側になった場合、詳しくは、周囲の雰囲気が低酸素濃度状態となり、かつ、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などの未燃燃料成分を含む状態になった場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は吸蔵しているＮＯｘを放出及び還元する。具体的には、酸素濃度の低下によってＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘが排気に含まれる未燃燃料成分との反応によって還元浄化される。

また、エンジンの燃料（例えばガソリンや軽油）中には、硫黄成分が含まれている場合が多い。このため、エンジンの運転時には、上記ＮＯｘのみならず、ＳＯ₂やＳＯ₃などといった硫黄酸化物（ＳＯｘ）も同時に生成され排気中に含まれる。このようなＳＯｘもＮＯｘと同様にＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸収される。そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸収されたＳＯｘは、エンジン運転時間の経過とともに硫酸塩等の化学的に安定した物質となってＮＯｘ吸蔵還元型触媒に徐々に蓄積されるため、いわゆる硫黄被毒（Ｓ被毒）が生じる。

Ｓ被毒が進行すると、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒によるＮＯｘの吸蔵量の限界値やＮＯｘの吸蔵効率が減少し、結果としてＮＯｘ浄化効率が低下する。これを解消するため、エンジン運転中の所定のタイミングでＳＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出させるＳ被毒回復制御が行われている。

Ｓ被毒回復制御は、エンジンの運転状態の履歴に基づいてＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＳＯｘ吸蔵量（Ｓ被毒量）を算出し、そのＳ被毒量の積算値が許容値に達する毎に実行される（例えば、特許文献１及び２参照）。このＳ被毒回復制御では、例えば、排気通路への燃料添加により、排気温度を上昇させてＮＯｘ吸蔵還元型触媒の床温を目標温度まで昇温させるとともに、その高温下で排気空燃比をリッチにすることにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＳＯｘの放出及びその還元を促進してＮＯｘ吸蔵能力を回復する。

このようなＳ被毒回復制御に用いる制御目標温度（触媒の目標床温）は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の熱劣化、ＳＯｘの放出性、及び、エミッションの保証距離（耐久走行距離（例えば１０万ｋｍ）などを考慮して適合されている。なお、このようにＳ被毒制御時の触媒の熱劣化を考慮して適合された制御目標温度を「通常目標温度」という。
特許第３２０３９３１号明細書 特許第３５５８０１７号明細書 特開２００１−１５２８３６号公報 特開２００４−０９２５２４号公報

ところで、従来のＳ被毒回復制御においては、制御目標温度を走行距離に関係なく一定としている。このため、以下の点が問題となる。

まず、熱劣化を考慮した通常目標温度でＳ被毒回復制御を実行した場合、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＳＯｘの全てを放出することができず、ある程度の量のＳＯｘがＮＯｘ吸蔵還元型触媒に残存する（以下、この残存するＳＯｘの量を「Ｓ被毒残存量」という）。

このようなＳ被毒残存量は、同じ条件（目標温度一定）でＳ被毒回復制御を繰り返していくうちに増加する。例えば、図７に示すように、走行距離が短いときにはＳ被毒残存量は少ないが、目標温度を一定としてＳ被毒回復制御を行うと、走行距離が長くなるにつれてＳＯｘの放出量が減少し、Ｓ被毒残存量が増加していく。ここで、Ｓ被毒残存量と走行距離との関係（Ｓ被毒残存量の増加傾向）を、実験・計算等により求めたところ、走行距離が上記したエミッションの保証距離を超えたあたりからＳ被毒残存量が急増し、長距離走行後のエミッションが悪化することが判明した。

なお、以上のようなＳ被毒残存量の増加を抑えるには、Ｓ被毒回復制御時の制御目標温度を通常目標温度よりも高くすればよいが、目標温度を高くすると、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の熱劣化が生じるので、その熱劣化が問題となる。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、内燃機関からの排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気浄化装置において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の熱劣化を抑えつつ、長距離走行後のエミッション（ＮＯｘ、ＴＨＣ、ＣＯエミッション）の悪化を防止することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明では、Ｓ被毒回復制御を実施する際の制御目標温度を常に一定に設定するのではなく、制御目標温度を間欠的に高くしてＳＯｘの放出性を一時的に高めることで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の熱劣化を抑えつつ、長距離走行後のＳＯｘの放出性を確保してエミッションの悪化を防止する点に特徴がある。

本発明の具体的な構成について説明する。

まず、本発明は、車両に搭載される内燃機関の排気通路に配設されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の床温を通常目標温度に制御して当該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から硫黄成分を放出させるＳ被毒回復制御を一定期間毎または一定走行距離毎に実施するＳ被毒回復制御手段とを備えた排気浄化装置を前提としており、このような排気浄化装置において、制御目標温度を前記通常目標温度よりも高くしたＳ被毒回復制御を、前記一定期間よりも大きな間隔毎、または、前記一定走行距離よりも長い距離毎に実施することを特徴としている。

そして、このような構成の発明によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の熱劣化を考慮した通常目標温度でのＳ被毒回復制御（通常制御）を一定期間毎（または一定走行距離毎）に実施し、これに加えて、制御目標温度を通常目標温度よりも高くしたＳ被毒回復制御を、前記通常制御よりも大きな間隔毎（または長い走行距離毎）に実施して、ＳＯｘの放出性を一時的に高めているので、走行距離が長くなってもＳＯｘの放出性を確保することが可能となり、Ｓ被毒残存量の増加を抑制することができる。しかも、Ｓ被毒回復制御時の制御目標温度を常に高く設定するのではなく、所定の期間毎（所定の走行距離毎）に間欠的に高く設定しているので、一時的な触媒の熱劣化は発生するものの、長距離走行後のトータルの熱劣化量は少なくて済む。これによって触媒の熱劣化を抑えつつ、長距離走行後のＳＯｘの放出性を確保することが可能となり、長距離走行後のエミッションの悪化を防止することができる。その結果として、エミッションの保証距離を従来よりも長くすることができる。

また、本発明は、車両に搭載される内燃機関の排気通路に配設されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の床温を通常目標温度に制御して当該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から硫黄成分を放出させるＳ被毒回復制御を一定期間毎または一定走行距離毎に実施するＳ被毒回復制御手段とを備えた排気浄化装置を前提としており、このような排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の現状のＳ被毒量を推定し、その推定Ｓ被毒量が所定値以上であるときに、制御目標温度を前記通常目標温度よりも高くしてＳ被毒回復制御を実施することを特徴としている。

この発明の具体的な構成として、通常目標温度でのＳ被毒回復制御の実施時に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の床温の温度上昇率を求め、その温度上昇率に基づいてＮＯｘ吸蔵還元型触媒の現状のＳ被毒量を推定するという構成を挙げることができる。

また、通常目標温度でのＳ被毒回復制御の実施時に、当該Ｓ被毒回復制御の開始から終了までのＳ被毒回復完了時間を計時し、そのＳ被毒回復完了時間に基づいてＮＯｘ吸蔵還元型触媒の現状のＳ被毒量を推定するという構成を挙げることができる。

この発明においても、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の熱劣化を考慮した通常目標温度でのＳ被毒回復制御（通常制御）を一定期間毎に実施し、これに加えて、制御目標温度を通常目標温度よりも高くしたＳ被毒回復制御を、通常制御よりも大きな間隔でＳ被毒状態に応じて実施してＳＯｘの放出性を一時的に高めているので、走行距離が長くなっても、ＳＯｘの放出性を確保することが可能となり、Ｓ被毒残存量の増加を抑制することができる。しかも、Ｓ被毒回復制御時の制御目標温度を常に高く設定するのではなく、推定Ｓ被毒量が所定量に達する毎に間欠的に高く設定しているので、一時的な触媒の熱劣化は発生するものの、長距離走行後のトータルの熱劣化量は少なくて済む。これによって、触媒の熱劣化を抑えつつ、長距離走行後のＳＯｘの放出性を確保することが可能となり、長距離走行後のエミッションの悪化を防止することができる。その結果として、エミッションの保証距離を従来よりも長くすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−エンジン−
本発明を適用するディーゼルエンジンの概略構成を図１を参照して説明する。

この例のディーゼルエンジン１（以下、「エンジン１」という）は、例えばコモンレール式筒内直噴４気筒エンジンであって、燃料供給系２、燃焼室３、吸気通路６、及び、排気通路７などを主要部として構成されている。

燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２５、燃圧制御弁２６、燃料調量弁２７、機関燃料通路２８、及び、添加燃料通路２９などを備えている。

サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２８を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は所定電圧が印加されたときに開弁して、燃焼室３内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。

また、サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２９を介して燃料添加弁２５に供給する。燃料添加弁２５は、所定電圧が印加されたときに開弁して、排気通路７（後述するＮＳＲ触媒４１の上流側の排気マニホールド７２）に燃料を添加する電磁駆動式の開閉弁である。遮断弁２４は、緊急時に添加燃料通路２９を遮断して燃料供給を停止する。

吸気通路６は、シリンダヘッドに形成された吸気ポートに接続される吸気マニホールド６３と、この吸気マニホールド６３に接続される吸気管６４とを備えている。また、吸気通路６には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ３２、スロットルバルブ６２、吸気温センサ３３、及び、吸気圧センサ３４が配設されている。

排気通路７は、シリンダヘッドに形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２と、この排気マニホールド７２に接続される排気管７３とを備えている。排気通路７を構成する排気管７３には、ＮＳＲ触媒４１、ＤＰＮＲ触媒４２、及び、酸化触媒４３が配置されている。酸化触媒４３は、排気中のＣＯやＨＣを酸化して浄化するものである。なお、ＮＳＲ触媒４１及びＤＰＮＲ触媒４２の詳細については後述する。

以上のＮＳＲ触媒４１、ＤＰＮＲ触媒４２、酸化触媒４３、燃料添加弁２５、添加燃料通路２９、及び、燃料添加弁２５の開閉制御などを実行するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００等によって排気浄化装置が構成されている。

エンジン１には、ターボチャージャ（過給機）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２及びコンプレッサインペラ５３を備えている。コンプレッサインペラ５３は吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３内部に臨んで配置されている。このようなターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ５３を回転させることにより吸入空気を過給する。この例のターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構５４が設けられており、この可変ノズルベーン機構５４の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。

吸気通路６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１の下流側にスロットルバルブ６２が設けられている。スロットルバルブ６２は、その開度を無段階に調整することが可能な電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。

また、エンジン１には、吸気通路６と排気通路７とを接続するＥＧＲ通路（排気還流通路）８が設けられている。ＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気通路６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、ＥＧＲ通路８には、ＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられており、ＥＧＲバルブ８１の開度を調整することにより、排気通路７から吸気通路６に導入されるＥＧＲ量（排気還流量）を調整することができる。

−ＮＳＲ触媒・ＤＰＮＲ触媒−
次に、排気通路７（排気管７３）に配置されたＮＳＲ触媒４１及びＤＰＮＲ触媒４２について説明する。

ＮＳＲ触媒４１は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒であって、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）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）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成となっている。

ＮＳＲ触媒４１は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気の酸素濃度が低くかつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ₂もしくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ₂やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ₂となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ₂やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ₂ＯやＣＯ₂となる。

ＤＰＮＲ触媒４２は、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気中に含まれるＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）は、多孔質セラミック構造体の壁を通過する際に捕集される。また、排気の空燃比がリーンの場合、排気中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯｘはＮＯｘはＨＣやＣＯ等によって還元・放出される。

なお、以下、ＮＳＲ触媒４１及びＤＰＮＲ触媒４２を総称して「ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０」という場合もある。

−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。

例えば、エアフローメータ３２は、吸気通路６のスロットルバルブ６２の上流側に配置され、吸入空気量に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ３３は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ３４は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。

空燃比センサ３５はＤＰＮＲ触媒４２の下流側に配置され、排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）に応じた検出信号を出力する。第１排気温度センサ３６はＮＳＲ触媒４１の下流側に配置され、ＮＳＲ触媒４１を通過した直後の排気の温度に応じた検出信号を出力する。第２排気温度センサ３７はＤＰＮＲ触媒４２の下流側に配置され、ＤＰＮＲ触媒４２を通過した直後の排気の温度に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ３８はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。

ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

以上のＲＯＭ１０２、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５及び出力インターフェース１０６と接続されている。

入力インターフェース１０５には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ３１、エアフローメータ３２、吸気温センサ３３、吸気圧センサ３４、空燃比センサ３５、第１排気温度センサ３６、第２排気温度センサ３７、レール圧センサ３８、アクセルペダルへの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ３９、及び、エンジン１の出力軸であるクランクシャフトの回転数（エンジン回転数）を検出するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。一方、出力インターフェース１０６には、インジェクタ２３、遮断弁２４、燃料添加弁２５、可変ノズルベーン機構５４、スロットルバルブ６２、及び、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、燃料噴射量制御などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は下記のＳ被毒回復制御を実行する。

−Ｓ被毒回復制御−
まず、従来のＳ被毒回復制御では、上述したように、Ｓ被毒回復制御を実施する際の制御目標温度（目標触媒床温）を、走行距離に関係なく常に一定としているので、走行距離が進むにつれてＳＯｘの放出量が減少し（図７参照）、これに伴ってエミッションが悪化するという課題がある。

これに対し、この例では、Ｓ被毒回復制御を実施する際の制御目標温度を常に一定に設定するのではなく、図４に示すように、制御目標温度を定期的に高くしてＳＯｘの放出性を一時的に高めることで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０の熱劣化を抑えつつ、長距離走行後のＳＯｘの放出性を確保してエミッションの悪化を防止する点に特徴がある。

その具体的な制御の例を以下に示す。ここで、この例において、定期的に高く設定する制御目標温度を「床温向上目標温度」と言い、その床温向上目標温度を、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０の熱劣化を考慮した通常目標温度（例えば６００℃前後）よりも所定量（例えば５０℃）だけ高い値としている。

図３はＳ被毒回復制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図３に示す制御ルーチンはＥＣＵ１００において所定時間毎に繰り返して実行される。

まず、ステップＳＴ１１において、エンジン１の運転履歴に基づいてＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０に吸蔵しているＳＯｘ吸蔵量（Ｓ被毒量）を積算する。具体的には、燃料噴射量（指令値）及び燃料のＳ濃度（ｐｐｍ）に基づいてＳ被毒量［Ｓ被毒量＝燃料噴射量×Ｓ濃度］を算出し、そのＳ被毒量を積算する。

ここで、この例では、図４に示すように、通常目標温度でＳ被毒回復制御（通常制御）を一定期間毎に実施し、これに加えて、床温向上目標温度でＳ被毒回復制御（床温向上制御）を定期的に実施するので、それら通常制御用の積算Ｓ被毒量Ｑａと、床温向上制御用の積算Ｓ被毒量ＱｂとをステップＳＴ１１において算出する。

ステップＳＴ１２では、ステップＳＴ１１で算出した通常制御用の積算Ｓ被毒量Ｑａが所定の閾値Ｔｈａ（例えば１ｇ）に達している否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合はリターンする。ステップＳＴ１２の判定結果が肯定判定である場合はステップＳＴ１３に進み、床温向上制御用の積算Ｓ被毒量Ｑｂが所定の閾値Ｔｈｂ（例えば２０ｇ）に達している否かを判定する。

以上のステップＳＴ１２の判定結果が肯定判定であり、ステップＳＴ１３の判定結果が否定判定である場合は、ステップＳＴ１４において通常目標温度でＳ被毒回復制御を実施する。具体的には、制御目標温度を通常目標温度とし、第１排気温度センサ３６、第２排気温度センサ３７の各出力信号から推定される触媒床温、及び、空燃比センサ３５の出力信号から算出される排気空燃比などに基づいて燃料添加弁２５の開閉を制御し、ＮＳＲ触媒４１の上流側の排気通路７に燃料添加弁２５から燃料を間欠的に添加することにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０からＳＯｘを放出させてＮＯｘ吸蔵能力を回復する。

このＳ被毒回復制御が終了した後、ステップＳＴ１５において通常制御用の積算Ｓ被毒量Ｑａをクリア（Ｑａ←０）してリターンする。

以上の通常目標温度でのＳ被毒回復制御は、通常制御用の積算Ｓ被毒量Ｑａが閾値Ｔｈａに達する毎に順次繰り返して実行される。

そして、床温向上制御用の積算Ｓ被毒量Ｑｂが閾値Ｔｈｂに達したとき（ステップＳＴ１３の判定結果が肯定判定となったとき）には、ステップＳＴ１６において床温向上目標温度でＳ被毒回復制御を実施する。

具体的には、通常目標温度よりも高い床温向上目標温度を制御目標温度とし、第１排気温度センサ３６、第２排気温度センサ３７の各出力信号から推定される触媒床温、及び、空燃比センサ３５の出力信号から算出される排気空燃比などに基づいて燃料添加弁２５の開閉を制御し、ＮＳＲ触媒４１の上流側の排気通路７に燃料添加弁２５から燃料を間欠的に添加することにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０からＳＯｘを放出させてＮＯｘ吸蔵能力を回復する。

このＳ被毒回復制御が終了した後、ステップＳＴ１７において床温向上制御用の積算Ｓ被毒量Ｑｂをクリア（Ｑｂ←０）してリターンする。

以上のように、この例のＳ被毒回復制御によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０の熱劣化を考慮した通常目標温度でのＳ被毒回復制御（通常制御）を一定期間毎（積算Ｓ被毒量Ｑａが閾値Ｔｈａに達する毎）に実施し、これに加えて、制御目標温度を通常目標温度よりも高くしたＳ被毒回復制御を、通常制御よりも大きな間隔毎（積算Ｓ被毒量Ｑｂが閾値Ｔｈｂ（Ｔｈｂ＞Ｔｈａ）に達する毎）に間欠的に実施してＳＯｘの放出性を一時的に高めているので、図４に示すように、走行距離が長くなっても、ＳＯｘの放出性を確保することが可能となり、Ｓ被毒残存量の増加を抑制することができる。

しかも、Ｓ被毒回復制御時の制御目標温度を常に高く設定するのではなく、所定の期間毎に間欠的に高く設定しているので、一時的な触媒の熱劣化は発生するものの、長距離走行後のトータルの熱劣化量は少なくて済む。これによって、触媒の熱劣化を抑えつつ、長距離走行後のＳＯｘの放出性を確保することが可能となり、長距離走行後のエミッション（ＮＯｘ、ＴＨＣ、ＣＯエミッション）の悪化を防止することができる。その結果として、エミッションの保証距離を従来よりも長くすることができる。

ここで、以上のＳ被毒回復制御において、床温向上目標温度、及び、その床温向上目標温度で実施するＳ被毒回復制御の実施タイミング（Ｔｈｂ；図４参照）は、特に限定されず、長距離走行後のトータルの触媒熱劣化量による影響を低く抑えながら、長距離走行後のＳＯｘの放出性を十分に確保することが可能な範囲内の値であれば、他の値を設定してもよい。

また、以上のＳ被毒回復制御では、一定期間毎に通常目標温度でＳ被毒回復制御（通常制御）を実施し、その通常制御よりも大きな間隔毎に制御目標温度を高くして床温向上目標温度でＳ被毒回復制御を実施しているが、これに限られることなく、車両の走行距離が一定距離（例えば１０００ｋｍ）に達する毎に通常目標温度でＳ被毒回復制御（通常制御）を実施し、その通常制御よりも長い距離（例えば２万ｋｍ）に達する毎に、制御目標温度を高くして床温向上目標温度でＳ被毒回復制御を実施するようにしてもよい。

−Ｓ被毒回復制御の他の例−
この例では、床温向上目標温度で実行するＳ被毒回復制御の実施時期を、積算Ｓ被毒量や走行距離に基づいて決定するのではなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０の実際のＳ被毒量を推定し、その推定Ｓ被毒量に基づいて、床温向上目標温度で実行するＳ被毒回復制御の実施時期を決定する。その具体的な制御の例を図５を参照して説明する。図５に示す制御ルーチンはＥＣＵ１００において所定時間毎に繰り返して実行される。

この例において実行するＳ被毒量推定処理について説明する。

まず、Ｓ被毒回復制御を実施する際に、排気温度を上昇させたときのＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０の触媒床温の温度上昇は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０の活性状態つまりＳＯｘ吸蔵量（Ｓ被毒量）に応じて変化する。例えば図６に示すように、排気温度を通常目標温度（例えば６００℃前後）に上昇させたときに、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０が活性状態でありＳ被毒量が少ない場合には触媒床温の温度上昇率は高く、Ｓ被毒量が多くなればなるほど触媒床温の温度上昇率は低くなる（通常目標温度に対する実触媒床温の乖離度が高くなる）。このような点を利用してＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０のＳ被毒量を推定する。

具体的には、通常目標温度でＳ被毒回復制御を実施する際に、ＮＳＲ触媒４１の下流側の排気温度及びＤＰＮ触媒４２の下流側の排気温度をそれぞれ第１排気温度センサ３６及び第２排気温度センサ３７の各出力信号から算出し、それら排気温度に基づいて触媒床温の温度上昇率を求める。そして、そのようにして算出した温度上昇率に基づいてマップ等を参照して実際のＳ被毒量を推定する。

なお、第１排気温度センサ３６及び第２排気温度センサ３７の各出力信号から得られる排気温度が異なる場合（通常は異なる場合が多い）、これら２つの排気温度のうち、低い側の排気温度を用いて触媒床温の温度上昇率を求めてＳ被毒量を推定する。

また、Ｓ被毒量推定に用いるマップとしては、通常目標温度、触媒床温の温度上昇率、Ｓ被毒量などをパラメータとし、それら触媒床温の温度上昇率とＳ被毒量との関係を、予め実験・計算等により経験的に求めてマップ化したものを用いる。このＳ被毒量推定用のマップはＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２に記憶しておく。

次に、この例のＳ被毒回復制御を図５の各ステップ毎に説明する。

まず、ステップＳＴ２１において、前回の処理（後述するステップＳＴ２５）にて推定した推定Ｓ被毒量が所定の閾値Ｔｈｃ以上であるか否かを判定する。ステップＳＴ２１の判定結果が否定判定である場合はステップＳＴ２２に進み、肯定判定である場合はステップＳＴ２７に進む。なお、Ｓ被毒状態を判定する閾値Ｔｈｃは、その閾値Ｔｈｃに達したときのＳ被毒量を、後述するステップＳＴ２７の処理つまり床温向上目標温度でのＳ被毒回復制御によって放出することが可能となるような値を設定する。

ステップＳＴ２２では、エンジン１の運転履歴に基づいてＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０に吸蔵しているＳＯｘ吸蔵量（Ｓ被毒量）を積算する。具体的には、燃料噴射量（指令値）及び燃料のＳ濃度（ｐｐｍ）に基づいてＳ被毒量［Ｓ被毒量＝燃料噴射量×Ｓ濃度］を算出し、そのＳ被毒量を積算して積算Ｓ被毒量をＱａを算出する。

ステップＳＴ２３では、ステップＳＴ２２で算出した積算Ｓ被毒量Ｑａが所定の閾値Ｔｈａ（例えば１ｇ）に達している否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合はリターンする。ステップＳＴ２３の判定結果が肯定判定である場合はステップＳＴ２４に進む。

ステップＳＴ２４においては通常目標温度でＳ被毒回復制御を実施する。具体的には、制御目標温度を通常目標温度とし、第１排気温度センサ３６、第２排気温度センサ３７の各出力信号から推定される触媒床温、及び、空燃比センサ３５の出力信号から算出される排気空燃比などに基づいて燃料添加弁２５の開閉を制御し、ＮＳＲ触媒４１の上流側の排気通路７に燃料添加弁２５から燃料を間欠的に添加することにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０からＳＯｘを放出させてＮＯｘ吸蔵能力を回復する。

また、このような通常目標温度でのＳ被毒回復制御の実施時に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０の現状のＳ被毒量を上記した手法で推定する（ステップＳＴ２５）。このステップＳＴ２５で推定した推定Ｓ被毒量は、次回のステップＳＴ２１での判定処理に用いる。そして、Ｓ被毒回復制御が終了した後、ステップＳＴ２６において積算Ｓ被毒量Ｑａをクリア（Ｑａ←０）してリターンする。

以上の通常目標温度でのＳ被毒回復制御は、通常制御用の積算Ｓ被毒量Ｑａが閾値Ｔｈａに達する毎に順次繰り返して実行される。

そして、ステップＳＴ２５の処理で推定されたＳ被毒推定量が閾値Ｔｈｃ以上になったとき（ステップＳＴ２１の判定結果が肯定判定となったとき）には、ステップＳＴ２７において床温向上目標温度でＳ被毒回復制御を実施する。

具体的には、通常目標温度よりも高い床温向上目標温度を制御目標温度とし、第１排気温度センサ３６、第２排気温度センサ３７の各出力信号から推定される触媒床温、及び、空燃比センサ３５の出力信号から算出される排気空燃比などに基づいて燃料添加弁２５の開閉を制御し、ＮＳＲ触媒４１の上流側の排気通路７に燃料添加弁２５から燃料を間欠的に添加することにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０からＳＯｘを放出させてＮＯｘ吸蔵能力を回復する。このＳ被毒回復制御が終了した後にリターンする。

以上のように、この例のＳ被毒回復制御においても、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０の熱劣化を考慮した通常目標温度でのＳ被毒回復制御（通常制御）を一定期間毎（積算Ｓ被毒量Ｑａが閾値Ｔｈａに達する毎）に実施し、これに加えて、制御目標温度を通常目標温度よりも高くしたＳ被毒回復制御を、通常制御よりも大きな間隔で触媒のＳ被毒状態に応じて実施して、ＳＯｘの放出性を一時的に高めているので、走行距離が長くなってもＳＯｘの放出性を確保することが可能となり、Ｓ被毒残存量の増加を抑制することができる（図４参照）。

しかも、Ｓ被毒回復制御時の制御目標温度を常に高く設定するのではなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０のＳ被毒量が所定量に達する毎に間欠的に高く設定しているので、一時的な触媒の熱劣化は発生するものの、長距離走行後のトータルの熱劣化量は少なくて済む。これによって触媒の熱劣化を抑えつつ、長距離走行後のＳＯｘの放出性を確保することが可能となり、長距離走行後のエミッション（ＮＯｘ、ＴＨＣ、ＣＯエミッション）の悪化を防止することができる。その結果として、エミッションの保証距離を従来よりも長くすることができる。

なお、図５のＳ被毒回復制御では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度上昇率からＳ被毒量を推定しているが、他の方法でＳ被毒量の推定してもよい。

例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０のＳ被毒量が多くなると、触媒活性に要する時間が長くなるという点を利用し、通常目標温度でＳ被毒回復制御を実施するときに、当該Ｓ被毒回復制御の開始から終了までのＳ被毒回復完了時間を計時し、そのＳ被毒回復完了時間に基づいてＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０の現状のＳ被毒量を推定するという方法を採用してもよい。

この場合、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０のＳ被毒量とＳ被毒回復完了時間とをパラメータとするマップを用い、Ｓ被毒回復制御の実施時に計時したＳ被毒回復完了時間に基づいてマップを参照して現状のＳ被毒量を推定し、その推定Ｓ被毒量が閾値Ｔｈｃ以上であるときに、制御目標温度を床温向上目標温度とするＳ被毒回復制御を実施するようにすればよい。

−他の実施形態−
以上の例では、本発明の排気浄化装置を筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒内直噴６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用できる。また、筒内直噴ディーゼルエンジンに限られることなく、他のタイプのディーゼルエンジンにも本発明を適用することは可能である。

さらに、本発明の排気浄化装置は、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼に供して機関運転を行う運転領域が、全運転領域の大部分を占める希薄燃焼式ガソリンエンジンにも適用可能である。

以上の例では、ＮＳＲ触媒及びＤＰＮＲ触媒が排気通路に配置されたエンジンに本発明を適用した例を示したが、これに限られることなく、例えばＮＳＲ触媒及びＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）が排気通路に配置されたエンジン、あるいは、ＮＳＲ触媒及びＤＰＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｒｅａｃｔｏｒ）が排気通路に配置されたエンジンにも本発明を適用することができる。

本発明を適用するディーゼルエンジンの一例を示す概略構成図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 Ｓ被毒回復制御の一例を示すフローチャートである。 Ｓ被毒回復制御の一例を示すタイミングチャートである。 Ｓ被毒回復制御の他の例を示すフローチャートである。 Ｓ被毒回復制御時の触媒床温の昇温状態を示す図である。 制御目標温度を一定にしたＳ被毒回復制御を実施したときの走行距離とＳ被毒残存量との関係を模式的に示すグラフである。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ 燃料供給系
２１ サプライポンプ
２３ インジェクタ
２４ 遮断弁
２５ 燃料添加弁
２９ 添加燃料通路
４１ ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）
４２ ＤＰＮＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）
７ 排気通路
７１ 排気ポート
７２ 排気マニホールド
７３ 排気管
３５ 空燃比センサ
３６ 第１排気温度センサ
３７ 第２排気温度センサ
１００ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 車両に搭載される内燃機関の排気通路に配設されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の床温を通常目標温度に制御して当該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から硫黄成分を放出させるＳ被毒回復制御を一定期間毎または一定走行距離毎に実施するＳ被毒回復制御手段とを備えた排気浄化装置において、
   制御目標温度を前記通常目標温度よりも高くしたＳ被毒回復制御を、前記一定期間よりも大きな間隔毎、または、前記一定走行距離よりも長い距離毎に実施することを特徴とする排気浄化装置。
2. 車両に搭載される内燃機関の排気通路に配設されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の床温を通常目標温度に制御して当該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から硫黄成分を放出させるＳ被毒回復制御を一定期間毎または一定走行距離毎に実施するＳ被毒回復制御手段とを備えた排気浄化装置において、
   前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の現状のＳ被毒量を推定し、その推定Ｓ被毒量が所定値以上であるときに、制御目標温度を前記通常目標温度よりも高くしてＳ被毒回復制御を実施することを特徴とする排気浄化装置。
3. 請求項２記載の排気浄化装置において、
   前記通常目標温度でのＳ被毒回復制御の実施時に、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の床温の温度上昇率を求め、その温度上昇率に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の現状のＳ被毒量を推定することを特徴とする排気浄化装置。
4. 請求項２記載の排気浄化装置において、
   前記通常目標温度でのＳ被毒回復制御の実施時に、当該Ｓ被毒回復制御の開始から終了までのＳ被毒回復完了時間を計時し、そのＳ被毒回復完了時間に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の現状のＳ被毒量を推定することを特徴とする排気浄化装置。

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