JP2016196829A - 触媒再生処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ）の熱劣化の進行を抑制できるようにした触媒再生処理装置を提供する。
【解決手段】再生劣化予測処理部Ｍ２８は、所定時間Ｔ１にわたって硫黄被毒再生処理を実行したと仮定した場合の所定時間Ｔ１内のＮＳＲの熱劣化の進行度合いΔＣａｓを算出する。通常劣化予測処理部Ｍ３０は、所定時間Ｔ１にわたって硫黄被毒再生処理を実行しないと仮定した場合の所定時間Ｔ１内のＮＳＲの熱劣化の進行度合いΔＣａｎを算出する。再生要求判定処理部Ｍ１６は、上記再生処理を実行する場合の進行度合いΔＣａｓと再生処理を実行しない場合の進行度合いΔＣａｎとの乖離が所定の度合い以下である場合、硫黄被毒再生処理要求ありと判定する。これにより、硫黄被毒再生処理部Ｍ１４では、ＮＳＲの硫黄被毒再生処理を実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ触媒の再生処理を行う触媒再生処理装置に関する。

たとえば特許文献１には、ＮＯｘ触媒の再生処理を実行する触媒再生処理装置が記載されている。この装置は、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒による劣化と熱による劣化との双方の劣化に基づき、再生処理を実行するか否かを決定している。

特開２００２−２５６９５１号公報

ところで、上記再生処理が実行される場合、ＮＯｘ触媒が高温となるため、ＮＯｘ触媒の熱劣化が進行する。また、内燃機関の運転状態によっては、再生処理を実行しなくてもＮＯｘ触媒の温度が比較的高温となることがあり、その場合、ＮＯｘ触媒の熱劣化が更に進行する。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘ触媒の熱劣化の進行を抑制できるようにした触媒再生処理装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
１．内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ触媒の再生処理を行う触媒再生処理装置において、前記ＮＯｘ触媒の硫黄被毒量を算出する被毒量算出処理部と、前記硫黄被毒量が許容上限量を超えることを条件に、前記ＮＯｘ触媒の温度を上昇させて硫黄被毒量を低減する再生処理を実行する硫黄被毒再生処理部と、前記再生処理を所定時間にわたって実行したと仮定した場合の前記所定時間内の前記ＮＯｘ触媒の熱劣化の進行度合いと、当該再生処理を実行しないと仮定した場合の前記所定時間内の前記ＮＯｘ触媒の熱劣化の進行度合いとの乖離が所定の度合い以下であるか否かを判定する再生要求判定処理部と、を備え、前記硫黄被毒再生処理部は、前記再生要求判定処理部によって前記乖離が所定の度合い以下であると判定されることを条件に、前記硫黄被毒量が前記許容上限量以下であっても前記再生処理を実行することを特徴とする。

上記構成では、硫黄被毒量が許容上限量を超えることを条件に、硫黄被毒再生処理部によって硫黄被毒の再生処理が実行される。硫黄被毒の再生処理が実行される場合、ＮＯｘ触媒の温度は、再生処理にとって適切な高い温度とされるため、ＮＯｘ触媒の熱劣化が進行しやすい。しかも、仮に再生処理を実行しないと仮定した場合と比較して、ＮＯｘ触媒の熱劣化が大きく進行するおそれがある。

これに対し、上記構成では、再生処理を所定時間にわたって実行した場合としなかった場合とで、ＮＯｘ触媒の熱劣化の進行度合いの乖離が所定の度合い以下となることを条件に、硫黄被毒量が許容上限量以下であっても、再生処理を実行する。上記所定の度合い以下となることで再生処理が実行される場合、再生処理を実行しなかった場合と比較して、ＮＯｘ触媒の劣化の進行度合いに大きな差は生じないものの、硫黄被毒量は低減される。これにより、硫黄被毒量が許容上限量を超える頻度を低下させることができる。そして、硫黄被毒量が許容上限量を超える頻度を低下させることができるため、ＮＯｘ触媒の熱劣化の進行を抑制できる。

２．上記１記載の触媒再生処理装置において、前記再生要求判定処理部は、前記ＮＯｘ触媒の現在の温度に基づき、前記乖離が所定の度合い以下であるか否かを判定する。
再生処理の実行時間程度の期間においては、ＮＯｘ触媒の温度の変化量がさほど大きくならない可能性が高い。このため、現在を始点として再生処理の実行時間程度の期間にわたる近未来のＮＯｘ触媒の温度を、現在のＮＯｘ触媒の温度によって高精度に近似することが可能である。このため、上記構成では、ＮＯｘ触媒の現在の温度に基づき、乖離が所定の度合い以下であるか否かを判定することとした。

３．上記２記載の触媒再生処理装置において、前記ＮＯｘ触媒の現在の温度に基づき、前記再生処理を実行しないと仮定した場合の前記所定時間内の前記ＮＯｘ触媒の熱劣化の進行度合いを予測する通常劣化予測処理部を備え、前記再生要求判定処理部による前記ＮＯｘ触媒の現在の温度に基づいた前記乖離が所定の度合い以下であるか否かの判定は、前記通常劣化予測処理部によって予測された熱劣化の進行度合いに基づいた前記乖離が所定の度合い以下であるか否かの判定である。

再生処理の実行時間程度の期間においては、ＮＯｘ触媒の温度の変化量がさほど大きくならない可能性が高い。このため、現在を始点として再生処理の実行時間程度の期間にわたる近未来のＮＯｘ触媒の温度を、現在のＮＯｘ触媒の温度によって高精度に近似することが可能である。このため、上記構成では、ＮＯｘ触媒の現在の温度に基づき再生処理を実行しないと仮定した場合の前記所定時間内のＮＯｘ触媒の熱劣化度合いを予測することとした。

４．上記３記載の触媒再生処理装置において、前記ＮＯｘ触媒の温度の履歴に基づき、前記ＮＯｘ触媒の劣化度合いを算出する劣化算出処理部を備え、前記通常劣化予測処理部は、前記劣化算出処理部により算出される劣化度合いを加味して前記熱劣化の進行度合いを予測する。

ＮＯｘ触媒の熱劣化の進行度合いは、現時点の劣化度合いに依存する。そこで、上記構成では、現時点の劣化度合いを加味して熱劣化の進行度合いを予測することで、熱劣化の進行度合いが現時点の劣化度合いに依存することを反映した予測を行うことができ、ひいては熱劣化の進行度合いをより高精度に予測することができる。

５．上記１〜４のいずれか１つに記載の触媒再生処理装置において、前記ＮＯｘ触媒の温度の履歴に基づき、前記ＮＯｘ触媒の劣化度合いを算出する劣化算出処理部と、前記劣化算出処理部により算出される劣化度合いに基づき、前記再生処理を前記所定時間にわたって実行したと仮定した場合の前記所定時間内のＮＯｘ触媒の熱劣化の進行度合いを予測する再生劣化予測処理部と、を備え、前記再生要求判定処理部は、前記再生劣化予測処理部によって予測された前記熱劣化の進行度合いに基づき、前記乖離が所定の度合い以下であるか否かを判定する。

ＮＯｘ触媒の熱劣化の進行度合いは、現時点の劣化度合いに依存する。そこで、上記構成では、現時点の劣化度合いを加味して熱劣化の進行度合いを予測することで、熱劣化の進行度合いが現時点の劣化度合いに依存することを反映した予測を行うことができ、ひいては熱劣化の進行度合いをより高精度に予測することができる。

６．上記１〜５のいずれか１つに記載の触媒再生処理装置において、所定期間における前記内燃機関の平均回転速度と平均噴射量とに基づき、前記再生処理を実行する場合に当該再生処理に要する時間を予測する再生時間予測処理部を備え、前記所定時間は、前記再生時間予測処理部によって予測された時間である。

再生処理による再生効率は、内燃機関の回転速度や噴射量に依存する。このため、再生処理に要する時間は、再生処理中の内燃機関の回転速度や噴射量に依存する。一方、内燃機関の回転速度や噴射量は、短期的に見れば変化量が小さい可能性が高い。このため、所定期間の平均回転速度および平均噴射量によって、再生処理中の内燃機関の回転速度や噴射量を近似することができる。したがって、上記構成では、所定期間における平均回転速度および平均噴射量に基づき再生処理に要する時間を予測することで、所定時間内の回転速度や噴射量を予め想定した値と仮定した場合等と比較して、再生処理に要する時間を高精度に予測することができる。

７．上記１〜６のいずれか１つに記載の触媒再生処理装置において、前記ＮＯｘ触媒の温度の履歴に基づき、前記許容上限量を設定する上限量設定処理部を備える。
ＮＯｘ触媒の性能は、熱劣化に依存する。ここで、ＮＯｘ触媒の熱劣化度合いを考慮することなく、硫黄被毒量が許容上限量となることを条件に、再生処理を実行する場合には、熱劣化度合いが大きい場合に併せて許容上限量を設定することとなる。そしてこの場合、熱劣化が進行していないときには、未だ再生処理を実行しなくてもよいときに再生処理が実行される。これに対し、上記構成では、許容上限量をＮＯｘ触媒の温度の履歴に応じて設定することで、ＮＯｘ触媒の熱劣化度合いに応じて許容上限量を可変設定することができる。このため、再生処理が実行されることを抑制することができ、ひいてはＮＯｘ触媒の熱劣化を抑制することができる。

８．上記１〜７のいずれか１項に記載の触媒再生処理装置において、前記再生処理による前記ＮＯｘ触媒の温度は、当該再生処理を実行しない場合における前記ＮＯｘ触媒の温度の最高値よりも高い。

上記構成では、硫黄被毒再生処理部によって再生処理が実行されない限り、ＮＯｘ触媒の温度が再生処理時における温度以上となることはない。このため、上記乖離が所定の度合い以下である場合、再生処理を実行しない場合の方がＮＯｘ触媒の熱劣化の進行度合いは小さいものの、再生処理を実行する場合の熱劣化の進行度合いと大差ない状況となる。

一実施形態にかかる触媒再生処理装置を備えるシステム構成図。 同実施形態にかかる制御装置の実行する処理の一部を示すブロック図。 同実施形態にかかる再生要求判定処理部の処理手順を示す流れ図。

以下、触媒再生処理装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関、すなわち、ディーゼル機関である。内燃機関１０の吸気通路１２には、吸気通路１２の流路断面積を調整するスロットルバルブ１４が設けられている。そして、吸気通路１２は、各気筒＃１〜＃４の燃焼室に接続されている。各気筒＃１〜＃４には、燃料噴射弁１６ａ〜１６ｄのそれぞれが設けられており、燃料噴射弁１６ａ〜１６ｄには、蓄圧配管１８から燃料が供給される。蓄圧配管１８には、高圧燃料ポンプ２０によって加圧された燃料が供給される。燃料噴射弁１６ａ〜１６ｄから噴射された燃料と吸気通路１２から燃焼室に流入した空気との混合気は、燃焼室の容積の縮小に伴って圧縮され、着火する。そして、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路２２に排出される。

排気通路２２には、上流側から順に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ３０）、微粒子補集フィルタ（ＤＰＦ３２）、およびＨ２Ｓスイーパ３４が設けられている。ＮＳＲ３０は、ＮＳＲ３０に流入する排気中の酸素濃度が高い場合には、排気中のＮＯｘを吸収して貯蔵し（吸蔵し）、同排気中の酸素濃度が低い場合には、吸蔵していたＮＯｘを排気中のＣＯやＨＣと反応させて浄化させる。ＮＳＲ３０のＮＯｘ吸蔵機能は、たとえば、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、または希土類元素の化合物（バリウム化合物等）を備えることで実現されている。ＤＰＦ３２は、ＤＰＦ３２に流入する排気中の微粒子物質を捕集する。Ｈ２Ｓスイーパ３４は、酸素を貯蔵するものであり、たとえばセリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属を担持したものである。

上記吸気通路１２と排気通路２２との上流には、過給機４０が設けられている。また、吸気通路１２は、排気還流通路４２を介して排気通路２２に接続されており、排気還流通路４２には、同通路の流路断面積を調整する還流バルブ４４が設けられている。

吸気通路１２のうち過給機４０の上流には、吸入空気量Ｇを検出するエアフローメータ５０が設けられており、スロットルバルブ１４の付近には、スロットルバルブ１４の開口度θを検出する開口度センサ５２が設けられている。また、ＮＳＲ３０の下流であってＤＰＦ３２の上流には、排気の温度を検出する排気温センサ５４が設けられている。アクセルセンサ５６は、アクセルペダルの操作量ＡＣＣＰを検出し、回転速度センサ５８は、内燃機関１０のクランク軸の回転速度を検出する。

制御装置６０は、内燃機関１０を制御対象とする制御装置である。制御装置６０は、上記各種センサの検出値を入力とし、スロットルバルブ１４、燃料噴射弁１６ａ〜１６ｄ、および還流バルブ４４等の各種アクチュエータを操作することによって、内燃機関１０の制御量（トルク、排気特性等）を制御する。特に、制御装置６０は、排気特性の制御性を維持するために、ＮＳＲ３０の再生処理を行う触媒再生処理装置である。

図２に、制御装置６０が行う処理のうち、特に、ＮＳＲ３０やＤＰＦ３２の再生に関する処理を示す。
ＰＭ再生処理部Ｍ１０は、内燃機関１０の回転速度ＮＥおよび噴射量Ｑに基づき、ＤＰＦ３２に補集されたＰＭ量を推定し、推定したＰＭ量が所定量以上となる場合、ＤＰＦ３２中のＰＭを燃焼除去するＰＭ再生処理を行う。具体的には、内燃機関１０のトルクに寄与して且つ最大の噴射量を有するメイン噴射ｍの後にポスト噴射ｐｏを実行することで、ＰＭを燃焼除去する。なお、この際、ＤＰＦ３２における排気温の指令値は、ＰＭ再生用温度Ｔｐｍとされる。なお、図２には、これを、排気温センサ５４によって検出される排気温ＴＥＸがＰＭ再生用温度Ｔｐｍであると表現している。なお、図２には、メイン噴射ｍに先立つタイミングで周知のパイロット噴射ｐｉを行うことを記載している。ちなみに、ＰＭ再生処理部Ｍ１０によって設定されるのは、ポスト噴射ｐｏであり、パイロット噴射ｐｉやメイン噴射ｍは、周知の別のロジックにて設定される。

ＮＯｘ還元処理部Ｍ１２は、吸入空気量Ｇおよび噴射量Ｑに基づき、ＮＳＲ３０のＮＯｘ吸蔵量を推定し、推定したＮＯｘ吸蔵量が所定量以上となる場合、ＮＳＲ３０に吸蔵されているＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理を実行する。これは、ポスト噴射ｐｏを実行する処理となる。これにより、ＮＳＲ３０に流入する排気中に、ＨＣ等の未燃燃料成分やＣＯ等の不完全燃焼成分が多量に含まれるようにして、それらをＮＯｘの還元剤として利用することができる。なお、この際のＮＳＲ３０の温度は、上記ＰＭ再生用温度Ｔｐｍよりも低い。図２には、これを、排気温センサ５４によって検出される排気温ＴＥＸがＰＭ再生用温度Ｔｐｍよりも低いと表現している。ちなみに、ＮＯｘ還元処理部Ｍ１２によって設定されるのは、ポスト噴射ｐｏであり、パイロット噴射ｐｉやメイン噴射ｍは、周知の別のロジックにて設定される。

硫黄被毒再生処理部Ｍ１４は、ＮＳＲ３０が硫黄を吸着することで硫黄被毒が生じた場合に、これを再生する硫黄被毒再生処理を実行する。ここで、硫黄被毒とは、ＮＳＲ３０が硫黄単体を吸着することを必ずしも意味しない。実際には、硫黄原子は、ＮＳＲ３０中のアルカリ金属等と結合することによって、硫酸塩としてＮＳＲ３０内の物質と強く結合している。ＮＳＲ３０の硫黄被毒量が大きくなると、ＮＳＲ３０がＮＯｘを吸蔵する能力が低下する。これに対し、ＮＯｘ還元処理部Ｍ１２によってＮＯｘ還元処理を実行する頻度を上昇させる場合には、燃料消費量が増大する。本実施形態にかかる硫黄被毒再生処理は、ＮＯｘ還元処理の周期を短くする代わりに、ＮＳＲ３０をそのＮＯｘ吸蔵能力の低下から再生させるものである。

詳しくは、硫黄被毒再生処理部Ｍ１４は、硫黄被毒再生処理として、ポスト噴射ｐｏを実行することで、ＮＳＲ３０に流入する排気の温度を上昇させ、また、排気中のＣＯの濃度を上昇させる処理を実行する。具体的には、ポスト噴射ｐｏの噴射時期を大幅に遅らせてＮＳＲ３０にポスト噴射ｐｏの燃料が未燃燃料として到達するようにする第１モードと、ポスト噴射ｐｏの噴射時期を第１モードよりも進角させつつもポスト噴射ｐｏの燃料を不完全燃焼させ、排気中のＣＯの濃度を上昇させるモード２とを交互に繰り返す。このときのＮＳＲ３０の温度（排気温センサ５４によって検出される排気温ＴＥＸ）は、上記ＰＭ再生用温度Ｔｐｍよりも高い被毒再生用温度Ｔｓとされる。図２には、これを、排気温センサ５４によって検出される排気温ＴＥＸが被毒再生用温度Ｔｓであると表現している。なお、本実施形態では、ＰＭ再生処理、ＮＯｘ還元処理、および硫黄被毒再生処理のいずれも行わないときにおける排気温ＴＥＸの最高値は、ＰＭ再生用温度Ｔｐｍ程度となる。このため、硫黄被毒再生処理の実行時の排気温ＴＥＸは、硫黄被毒再生処理を実行していないときの排気温ＴＥＸの最高値よりも高くなっている。

硫黄被毒再生処理部Ｍ１４は、硫黄被毒再生要求が生じることを条件に、硫黄被毒再生処理を実行する。詳しくは、硫黄被毒再生要求が生じた後、内燃機関１０の運転状態が、硫黄被毒再生処理を実行できる状態となることで、硫黄被毒再生処理を実行する。このため、たとえば、硫黄被毒再生要求が生じた場合であっても、内燃機関１０の運転状態がアイドル運転状態等、硫黄被毒再生処理の実行ができない状態である場合には、実行できる運転状態に移行するまで待機する。

被毒量算出処理部Ｍ１８は、燃料噴射弁１６ａ〜１６ｄからの噴射量Ｑに基づき、ＮＳＲ３０の硫黄被毒量Ｓｐを算出する。詳しくは、被毒量算出処理部Ｍ１８は、硫黄被毒量Ｓｐを所定の間隔で繰り返し算出する。これは、たとえば、燃料に含まれる硫黄の含有率についての情報を制御装置６０に予め格納しておくことによって実現することができる。すなわち、硫黄の含有率に所定の間隔の間に噴射される燃料噴射量を乗算することによって排気中の硫黄の量を算出することができ、これに基づきＮＳＲ３０の硫黄被毒量を算出することができる。なお、ここでは、たとえば排気中の硫黄の量のうちＮＳＲ３０に吸着される硫黄の量である吸着率を予め定めておき、これに基づきＮＳＲ３０の硫黄被毒量を算出すればよい。

劣化算出処理部Ｍ２０は、ＮＳＲ３０の温度の履歴に基づき、ＮＳＲ３０の熱劣化度合いＣｄを算出する。具体的には、排気温ＴＥＸをＮＳＲ３０の温度と見なし、排気温ＴＥＸに基づき、劣化度合いＣｄを算出する。劣化算出処理部Ｍ２０は、劣化度合いＣｄを、排気温ＴＥＸが高い場合に低い場合よりも大きい度合いとし、内燃機関１０の総稼働時間が長い場合には短い場合よりも大きい度合いとする。具体的には、劣化算出処理部Ｍ２０は、進行度合い算出処理部Ｍ２０ａにおいて、劣化度合いＣｄと排気温ＴＥＸとに基づき、進行度合いΔＣｄを算出する。ここで、進行度合いΔＣｄは、劣化度合いＣｄの更新量である。進行度合いΔＣｄは、排気温ＴＥＸが高いほど大きい値とされる。また、劣化度合いＣｄは、劣化度合いが小さいほど大きい値とされる。これは、ＮＳＲ３０が新品である場合には、長年使用された後と比較して、熱による劣化の進行速度が速いことを反映した設定である。進行度合い算出処理部Ｍ２０ａにより所定周期で進行度合いΔＣｄを算出する。そして、所定周期で進行度合いΔＣｄが算出される都度、積算処理部Ｍ２０ｂによって進行度合いΔＣｄが積算されて劣化度合いＣｄが算出される。

平均回転速度算出処理部Ｍ２２は、所定期間における回転速度ＮＥの平均値（平均回転速度ＮＥａ）を算出する。ここで、所定期間は、硫黄被毒再生処理に通常要する時間（たとえば数分）程度の長さの時間である。なお、平均回転速度算出処理部Ｍ２２は、所定の間隔で平均回転速度ＮＥａを更新するものであり、この間隔は、上記所定期間よりも短くてもよい。

平均噴射量算出処理部Ｍ２４は、所定期間における噴射量Ｑの平均値（平均噴射量Ｑａ）を算出する。ここで、噴射量Ｑは、ポスト噴射ｐｏを含まないものとする。なお、平均噴射量算出処理部Ｍ２４は、所定の間隔で平均噴射量Ｑａを更新するものであり、この間隔は、上記所定期間よりも短くてもよい。

再生時間予測処理部Ｍ２６は、平均回転速度ＮＥａと平均噴射量Ｑａとに基づき、硫黄被毒再生処理に要する時間である所定時間Ｔ１を予測する。詳しくは、再生時間予測処理部Ｍ２６は、所定周期で最新の平均回転速度ＮＥａと平均噴射量Ｑａとを取り込み、所定時間Ｔ１を所定周期毎に更新する。ここで、硫黄被毒再生処理に要する時間は、硫黄被毒再生処理中の内燃機関１０の運転状態に応じて変動する。そこで、本実施形態では、平均回転速度ＮＥａと平均噴射量Ｑａとを、硫黄被毒再生処理を実際に行った場合の内燃機関１０の運転状態を予測するパラメータとして所定時間Ｔ１を予測する。すなわち、平均回転速度ＮＥａと平均噴射量Ｑａとは、直近の過去の回転速度ＮＥおよび噴射量Ｑを示すものであるため、硫黄被毒再生処理がなされる場合になされている期間における内燃機関１０の運転状態と相関を有する。

再生劣化予測処理部Ｍ２８は、所定時間Ｔ１にわたって硫黄被毒再生処理を実行したと仮定した場合の所定時間Ｔ１内のＮＳＲ３０の熱劣化の進行度合いΔＣａｓを算出する。具体的には、再生劣化予測処理部Ｍ２８は、所定周期で最新の所定時間Ｔ１および劣化度合いＣｄを取り込み、それらに基づき、進行度合いΔＣａｓを所定周期で更新する。進行度合いΔＣａｓは、所定時間Ｔ１が長いほど大きい値に設定される。また、進行度合いΔＣａｓは、劣化度合いＣｄが小さいほど、大きい値に設定される。これは、進行度合い算出処理部Ｍ２０ａが進行度合いΔＣｄを算出する際に劣化度合いＣｄを用いるのと同様の理由である。なお、進行度合いΔＣａｓは、実際の所定時間Ｔ１にわたって硫黄被毒再生処理が実行される場合に劣化度合いＣｄの増量分の予測値である。ただし、本実施形態では、進行度合いΔＣａｓの算出処理において、硫黄被毒再生処理中における排気温ＴＥＸが固定値（被毒再生用温度Ｔｓ）であると想定する近似をしている。

通常劣化予測処理部Ｍ３０は、所定時間Ｔ１にわたって硫黄被毒再生処理を実行しない場合の所定時間Ｔ１内のＮＳＲ３０の熱劣化の進行度合いΔＣａｎを予測する。具体的には、所定周期で、所定時間Ｔ１、排気温ＴＥＸ、および劣化度合いＣｄの最新の値を取り込み、それらに基づき、進行度合いΔＣａｎを所定周期で更新する。ここで、進行度合いΔＣａｎは、所定時間Ｔ１が長いほど大きい値に設定される。また、進行度合いΔＣａｎは、排気温ＴＥＸが高いほど大きい値に設定される。さらに、進行度合いΔＣａｎは、劣化度合いＣｄが小さいほど、大きい値に設定される。これは、進行度合い算出処理部Ｍ２０ａが進行度合いΔＣｄを算出する際に劣化度合いＣｄを用いるのと同様の理由である。

再生要求判定処理部Ｍ１６は、硫黄被毒量Ｓｐ、劣化度合いＣｄ、進行度合いΔＣａｓ、および進行度合いΔＣａｎに基づき、硫黄被毒再生要求の有無を判定する。
図３に、再生要求判定処理部Ｍ１６によって実行される処理の手順を示す。この処理は、再生要求判定処理部Ｍ１６によって、たとえば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理において、再生要求判定処理部Ｍ１６は、まず、劣化算出処理部Ｍ２０によって算出された劣化度合いＣｄを取得する（Ｓ１０）。次に、再生要求判定処理部Ｍ１６は、劣化度合いＣｄに基づき、硫黄被毒量Ｓｐの許容上限量Ｓｔｈを算出する（Ｓ１２）。ここで、許容上限量Ｓｔｈは、硫黄被毒再生処理を実行しなくてもよい硫黄被毒の上限量である。許容上限量Ｓｔｈは、硫黄被毒量Ｓｐが大きい場合に小さい場合よりも小さい量に設定される。これは、ＮＳＲ３０の熱劣化が進行すると、ＮＳＲ３０のＮＯｘ吸蔵能力が低下するためである。すなわち、ＮＳＲ３０のＮＯｘ吸蔵能力の低下要因としては、硫黄被毒と熱劣化とが含まれる。そして、ＮＯｘ吸蔵能力が許容下限値となることで、硫黄被毒再生処理を実行することとする場合、熱劣化が進行するほど、硫黄被毒量Ｓｐが少量であっても硫黄被毒再生処理を実行することが望まれる。

次に、再生要求判定処理部Ｍ１６は、硫黄被毒量Ｓｐが許容上限量Ｓｔｈを超えるか否かを判定する（Ｓ１４）。そして、再生要求判定処理部Ｍ１６は、許容上限量Ｓｔｈを超えると判定する場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、再生要求ありと判定する（Ｓ１６）。

一方、再生要求判定処理部Ｍ１６は、許容上限量以下であると判定する場合（Ｓ１４：ＮＯ）、再生劣化予測処理部Ｍ２８によって算出された進行度合いΔＣａｓから通常劣化予測処理部Ｍ３０によって算出された進行度合いΔＣａｎを減算することによって乖離ΔΔを算出する（Ｓ１８）。

次に、再生要求判定処理部Ｍ１６は、乖離ΔΔが所定の度合いΔΔｔｈ以下であるか否かを判定する（Ｓ２０）。この処理は、硫黄被毒再生処理を実行した場合としなかった場合とでＮＳＲ３０の熱劣化の進行度合いの差が小さいか否かを判定するものである。この処理は、硫黄被毒再生要求の有無を判定するためのものである。すなわち、上記熱劣化の進行度合いの差が小さいなら、硫黄被毒再生処理を実行しても、同処理に起因してＮＳＲ３０の熱劣化が大きく進行することはない。そして、こうした状況において硫黄被毒再生処理を実行する場合、実行しない場合と比較して、硫黄被毒量Ｓｐが許容上限量Ｓｔｈを超えると判定される頻度が低下する。ここで、硫黄被毒量Ｓｐが許容上限量Ｓｔｈを超えると判定されて硫黄被毒再生処理が実行される場合、仮に硫黄被毒再生処理を実行しないと仮定した場合と比較して、ＮＳＲ３０の熱劣化が大きく進行するおそれがある。このため、硫黄被毒再生処理に起因したＮＳＲ３０の熱劣化の進行を抑制するために、硫黄被毒再生要求を、硫黄被毒量Ｓｐが許容上限量Ｓｔｈを超える場合に加えて、乖離ΔΔが所定の度合いΔΔｔｈ以下である場合に生じるとする。

なお上記所定時間Ｔ１は、この判定に用いられるパラメータである。このため、必ずしも硫黄被毒再生処理に要する時間を正確に予測したものである必要はない。たとえば、平均噴射量Ｑａが小さいことに基づき、内燃機関１０が比較的低負荷で運転されると予測される場合には、内燃機関１０を実際に低負荷で運転しつつ硫黄被毒再生処理を実行した場合に同処理に要する時間よりも遙かに長い値に所定時間Ｔ１を意図的に設定してもよい。これにより、硫黄被毒再生処理中に内燃機関１０の運転状態が低負荷となる期間が長くなると予測される場合には、乖離ΔΔが所定の度合いΔΔｔｈを確実に上回るようにすることができる。

再生要求判定処理部Ｍ１６は、乖離ΔΔが所定の度合いΔΔｔｈ以下であると判定する場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、硫黄被毒再生要求ありと判定する（Ｓ１６）。
なお、再生要求判定処理部Ｍ１６は、ステップＳ１６の処理を完了する場合や、ステップＳ２０において否定判定する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以下、本実施形態の作用を説明する。
再生要求判定処理部Ｍ１６によって硫黄被毒量Ｓｐが許容上限量Ｓｔｈを超えると判定される場合、硫黄被毒再生処理部Ｍ１４によって、内燃機関１０の運転状態が硫黄被毒再生処理を実行可能な運転状態であるか否かを判定する。そして、硫黄被毒再生処理部Ｍ１４は、実行可能な運転状態となると判定する場合、硫黄被毒再生処理を実行する。

一方、再生要求判定処理部Ｍ１６は、硫黄被毒量Ｓｐが許容上限量Ｓｔｈを超えないと判定する場合であっても、熱劣化の進行度合いΔＣａｓ，ΔＣａｎの乖離ΔΔが所定の度合いΔΔｔｈ以下であると判定する場合、硫黄被毒再生要求ありと判定する。この場合、内燃機関１０の運転状態が硫黄被毒再生処理を実行可能な運転状態にあるため、硫黄被毒再生処理部Ｍ１４は、硫黄被毒再生処理を直ちに実行する。

以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）制御装置６０は、乖離ΔΔが所定の度合いΔΔｔｈ以下であると判定する場合、硫黄被毒再生処理を実行するため、再生処理を実行しなかった場合と比較して、ＮＳＲ３０の劣化の進行度合いに大きな差は生じないものの、硫黄被毒量は低減される。そして、これにより、硫黄被毒量Ｓｐが許容上限量Ｓｔｈを超える頻度を低下させることができる。硫黄被毒量Ｓｐが許容上限量Ｓｔｈを超えると判定されて硫黄被毒再生処理が実行される場合、仮に硫黄被毒再生処理を実行しないと仮定した場合と比較して、ＮＳＲ３０の熱劣化が大きく進行するおそれがある。したがって、硫黄被毒量Ｓｐが許容上限量Ｓｔｈを超える頻度を低下させることができる本実施形態によれば、ＮＳＲ３０の熱劣化の進行を抑制できる。

（２）ＮＳＲ３０の現在の温度（排気温センサ５４によって検出される排気温ＴＥＸ）に基づき、進行度合いΔＣａｎを予測した。ここで、硫黄被毒再生処理の実行時間程度の期間においては、ＮＳＲ３０の温度の変化量がさほど大きくならない可能性が高い。このため、再生処理の実行時間程度の期間にわたる近未来のＮＳＲ３０の温度を、現在のＮＳＲ３０の温度で高精度に近似することが可能である。したがって、進行度合いΔＣａｎを高精度に予測することができる。

（３）劣化度合いＣｄを加味して、硫黄被毒再生処理を実行しない場合の所定時間Ｔ１内の進行度合いΔＣａｎを予測した。これにより、熱劣化の進行度合いが現時点の劣化度合いに依存することを反映した予測を行うことができるため、進行度合いΔＣａｎをより高精度に予測することができる。

（４）劣化度合いＣｄに基づき、硫黄被毒再生処理を実行した場合の所定時間Ｔ１内の進行度合いΔＣａｓを予測した。これにより、熱劣化の進行度合いが現時点の劣化度合いに依存することを反映した予測を行うことができるため、進行度合いΔＣａｓをより高精度に予測することができる。

（５）平均回転速度ＮＥａと平均噴射量Ｑａとに基づき、硫黄被毒再生処理を実行する場合に当該再生処理に要する時間を所定時間Ｔ１として予測した。これにより、再生処理に要する時間を高精度に予測することができる。

（６）劣化度合いＣｄに基づき、許容上限量Ｓｔｈを設定した。これにより、ＮＳＲ３０の熱劣化度合いに応じて許容上限量Ｓｔｈを可変設定することができる。このため、再生処理が実行されることを抑制することができ、ひいてはＮＳＲ３０の熱劣化を抑制することができる。

＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。以下において、「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と上記実施形態における事項との対応関係を符号等によって例示した部分があるが、これには、例示した対応関係に上記事項を限定する意図はない。

・「被毒量算出処理部（Ｍ１８）について」
上記実施形態では、燃料に含まれている硫黄濃度を予め記憶しておき、都度の噴射量Ｑに硫黄濃度を乗算した値を積算することによって、硫黄被毒量を算出したが、これに限らない。たとえば、排気通路２２のうち、ＮＳＲ３０の上流側に硫黄酸化物の濃度を検出するセンサを備え、同センサの検出値に基づき、硫黄被毒量を算出してもよい。

・「劣化算出処理部（Ｍ２０）について」
上記実施形態において、積算処理部Ｍ２０ｂの出力値を車両の走行距離や内燃機関１０の総稼働時間に応じて補正してもよい。

上記実施形態では、劣化度合いＣｄの更新量ΔＣｄを、現在の劣化度合いＣｄに応じて定めたが、これに限らない。なお、この際、たとえば車両の走行距離や内燃機関１０の総稼働時間を加味して劣化度合いＣｄを算出してもよい。これは、たとえば、劣化度合いＣｄの更新量ΔＣｄを、車両の走行距離や内燃機関１０の総稼働時間に応じて定めることで実現することができる。また、これに代えて、積算処理部Ｍ２０ｂの出力値を車両の走行距離や内燃機関１０の総稼働時間に応じて補正してもよい。

・「通常劣化予測処理部（Ｍ３０）について」
上記実施形態では、排気温ＴＥＸと所定時間Ｔ１と劣化度合いＣｄとから、熱劣化の進行度合いΔＣａｎを算出したが、これに限らず、たとえば、排気温ＴＥＸと所定時間Ｔ１との２つのパラメータのみに基づき、熱劣化の進行度合いΔＣａｎを算出してもよい。

ＮＳＲ３０の温度が、所定時間Ｔ１に渡って維持されると仮定したときの熱劣化の進行度合いΔＣａｎを算出するものに限らない。たとえば、現在から所定時間Ｔ１経過時までの期間におけるＮＳＲ３０の温度の変化を予測し、その予測された温度に基づき、熱劣化の進行度合いΔＣａｎを算出するものであってもよい。ここで、ＮＳＲ３０の温度の予測としては、たとえば、車両の走行経路（目的地）が車載機器に入力されている場合に、所定時間Ｔ１経過時までの走行経路に基づく内燃機関１０の運転状態を予測することで実現することができる。

・「再生劣化予測処理部（Ｍ２８）について」
上記実施形態では、劣化度合いＣｄと所定時間Ｔ１との２つのパラメータに基づき、熱劣化の進行度合いΔＣａｓを算出したが、これに限らない。たとえば、再生処理中のＮＳＲ３０の温度の平均値の予測値等を加味してもよい。なお、予測値は、たとえば、平均回転速度ＮＥａおよび平均噴射量Ｑａによって算出することができる。

また、たとえば、所定時間Ｔ１のみに基づき、熱劣化の進行度合いΔＣａｓを算出してもよい。
さらに、たとえば、熱劣化の進行度合いΔＣａｓを予め定められた値としてもよい。

・「再生要求判定処理部（Ｍ１６）について」
「再生劣化予測処理部について」の欄に記載したように、熱劣化の進行度合いΔＣａｓを予め定められた値とする場合、図３のステップＳ１８の処理を削除し、ステップＳ２０の処理に代えて、熱劣化の進行度合いΔＣａｎが閾値以上であるか否かの判定処理を実行するようにすることもできる。ここで、閾値は、熱劣化の進行度合いΔＣａｓに応じて定められるものとなる。また、熱劣化の進行度合いΔＣａｎと閾値とを比較するものに限らない。たとえば、ステップＳ２０の処理に代えて、現在のＮＳＲ３０の温度（排気温ＴＥＸ）が閾値以上であるか否かの判定処理を実行してもよい。ここでの現在のＮＳＲ３０の温度（排気温ＴＥＸ）は、排気温ＴＥＸと所定時間Ｔ１との２つのパラメータのみに基づき熱劣化の進行度合いΔＣａｎを算出する構成において、所定時間Ｔ１を予め設定された固定値とした場合の熱劣化の進行度合いΔＣａｎに対応する。

図３では、ステップＳ２０において、乖離ΔΔが所定の度合いΔΔｔｈ以下となると、硫黄被毒再生要求ありと判定したがこれに限らない。たとえば、乖離ΔΔが所定の度合いΔΔｔｈ以下となる旨の条件である第１条件と、硫黄被毒量Ｓｐが規定量以上である旨の条件である第２条件との論理積が真となる場合に、硫黄被毒再生要求ありと判定してもよい。またたとえば、上記第２条件を、前回の硫黄被毒再生処理の実行からの走行距離が所定距離以上である旨の条件や、前回の硫黄被毒再生処理の実行からの内燃機関１０の合計稼働時間が規定時間以上となる旨の条件や、前回の硫黄被毒再生処理の実行からの燃料噴射量の積算量が所定量以上である旨の条件に代えてもよい。これらにより、硫黄被毒再生処理が実行される頻度を低減することができる。

・「再生時間予測処理部（Ｍ２６）について」
所定時間Ｔ１の算出に際して、硫黄被毒量Ｓｐを加味してもよい。この場合、硫黄被毒量Ｓｐが多いほど、所定時間Ｔ１を長い値に設定すればよい。

・「硫黄被毒再生処理部（Ｍ１４）について」
ポスト噴射ｐｏの噴射量を操作して排気温ＴＥＸを制御するものに限らない。たとえば、内燃機関の排気通路２２に、排気に燃料を添加する燃料添加弁を備える構成とし、燃料添加弁によって添加される燃料量を操作して排気温ＴＥＸを制御するものであってもよい。

・「ＮＳＲ３０の温度について」
排気温センサ５４によって検出される排気温ＴＥＸをＮＳＲ３０の温度と見なすものに限らない。たとえば、ＮＳＲ３０の上流側の温度を検出するセンサの検出値と、ＮＳＲ３０の熱容量とに基づき推定してもよい。また、回転速度ＮＥおよび負荷に基づき、ＮＳＲ３０の温度を推定してもよい。

・「上限量設定処理部（Ｓ１２）について」
図３において、ステップＳ１０，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１６の処理と、ステップＳ１８，Ｓ２０，Ｓ１６の処理とを、互いに独立に実行される処理としてもよい。この場合、再生用要求判定処理部が上限量設定処理部を備えない構成としてもよい。

また、上限量設定処理部は、必須ではない。すなわち、図３において、ステップＳ１０，Ｓ１２の処理を削除し、ステップＳ１４の処理において、硫黄被毒量Ｓｐが、予め定められた許容上限量Ｓｔｈを超えるか否かを判断してもよい。

・「そのほか」
上記実施形態では、硫黄被毒再生処理時におけるＮＳＲ３０の温度が最高となることを想定したが、これに限らない。硫黄被毒再生処理時よりもＮＳＲ３０の温度が高温となる状況が生じるものであっても、図３の処理を実行することで、硫黄被毒再生処理を実行する場合とされない場合とで熱劣化の進行度合いの乖離が小さいときに硫黄被毒再生処理を実行することができる。

ＮＯｘ触媒としては、ＮＳＲ３０に限らない。
内燃機関としては、圧縮着火式内燃機関に限らない。たとえばガソリン機関等の火花点火式内燃機関であってもよい。

Ｍ１０…ＰＭ再生処理部、Ｍ１２…ＮＯｘ還元処理部、Ｍ１４…硫黄被毒再生処理部、Ｍ１６…再生要求判定処理部、Ｍ１８…被毒量算出処理部、Ｍ２０…劣化算出処理部、Ｍ２２…平均回転速度算出処理部、Ｍ２４…平均噴射量算出処理部、Ｍ２６…再生時間予測処理部、Ｍ２８…再生劣化予測処理部、Ｍ３０…劣化予測処理部、Ｍ２０ａ…進行度合い算出処理部、Ｍ２０ｂ…積算処理部、１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１６ａ〜１６ｄ…燃料噴射弁、１８…蓄圧配管、２０…高圧燃料ポンプ、２２…排気通路、３０…ＮＳＲ、３２…ＤＰＦ、３４…Ｈ２Ｓスイーパ、４０…過給機、４２…排気還流通路、４４…還流バルブ、５０…エアフローメータ、５２…開口度センサ、５４…排気温センサ、５６…アクセルセンサ、５８…回転速度センサ、６０…制御装置。

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ触媒の再生処理を行う触媒再生処理装置において、
   前記ＮＯｘ触媒の硫黄被毒量を算出する被毒量算出処理部と、
   前記硫黄被毒量が許容上限量を超えることを条件に、前記ＮＯｘ触媒の温度を上昇させて硫黄被毒量を低減する再生処理を実行する硫黄被毒再生処理部と、
   前記再生処理を所定時間にわたって実行したと仮定した場合の前記所定時間内の前記ＮＯｘ触媒の熱劣化の進行度合いと、当該再生処理を実行しないと仮定した場合の前記所定時間内の前記ＮＯｘ触媒の熱劣化の進行度合いとの乖離が所定の度合い以下であるか否かを判定する再生要求判定処理部と、を備え、
   前記硫黄被毒再生処理部は、前記再生要求判定処理部によって前記乖離が所定の度合い以下であると判定されることを条件に、前記硫黄被毒量が前記許容上限量以下であっても前記再生処理を実行することを特徴とする触媒再生処理装置。
2. 前記再生要求判定処理部は、前記ＮＯｘ触媒の現在の温度に基づき、前記乖離が所定の度合い以下であるか否かを判定する請求項１記載の触媒再生処理装置。
3. 前記ＮＯｘ触媒の現在の温度に基づき、前記再生処理を実行しないと仮定した場合の前記所定時間内の前記ＮＯｘ触媒の熱劣化の進行度合いを予測する通常劣化予測処理部を備え、
   前記再生要求判定処理部による前記ＮＯｘ触媒の現在の温度に基づいた前記乖離が所定の度合い以下であるか否かの判定は、前記通常劣化予測処理部によって予測された熱劣化の進行度合いに基づいた前記乖離が所定の度合い以下であるか否かの判定である請求項２記載の触媒再生処理装置。
4. 前記ＮＯｘ触媒の温度の履歴に基づき、前記ＮＯｘ触媒の劣化度合いを算出する劣化算出処理部を備え、
   前記通常劣化予測処理部は、前記劣化算出処理部により算出される劣化度合いを加味して前記熱劣化の進行度合いを予測する請求項３記載の触媒再生処理装置。
5. 前記ＮＯｘ触媒の温度の履歴に基づき、前記ＮＯｘ触媒の劣化度合いを算出する劣化算出処理部と、
   前記劣化算出処理部により算出される劣化度合いに基づき、前記再生処理を前記所定時間にわたって実行したと仮定した場合の前記所定時間内のＮＯｘ触媒の熱劣化の進行度合いを予測する再生劣化予測処理部と、を備え、
   前記再生要求判定処理部は、前記再生劣化予測処理部によって予測された前記熱劣化の進行度合いに基づき、前記乖離が所定の度合い以下であるか否かを判定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の触媒再生処理装置。
6. 所定期間における前記内燃機関の平均回転速度と平均噴射量とに基づき、前記再生処理を実行する場合に当該再生処理に要する時間を予測する再生時間予測処理部を備え、
   前記所定時間は、前記再生時間予測処理部によって予測された時間である請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒再生処理装置。
7. 前記ＮＯｘ触媒の温度の履歴に基づき、前記許容上限量を設定する上限量設定処理部を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の触媒再生処理装置。
8. 前記再生処理による前記ＮＯｘ触媒の温度は、当該再生処理を実行しない場合における前記ＮＯｘ触媒の温度の最高値よりも高い請求項１〜７のいずれか１項に記載の触媒再生処理装置。