JP4167871B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気ガスを浄化する触媒を備えた内燃機関に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、希薄（リーン）燃焼型の内燃機関の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯＸ）を浄化するべくＮＯＸ触媒が実用化されている。ＮＯＸ触媒は、例えばアルミナを担体としてバリウム（Ｂａ）などのアルカリ土類と白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持されたものであり、排気ガス中のＮＯＸは硝酸イオン（ＮＯ３ −）の形でＮＯＸ触媒内に吸蔵される。そして、ＮＯＸ触媒は内燃機関がリーン空燃比にて運転中にあるときにはその排気ガス中のＮＯＸを吸蔵する一方、内燃機関の排気空燃比が理論空燃比以下のリッチ空燃比で運転されるときにはその吸蔵したＮＯＸを放出し還元する機能を有している。
【０００３】
ところが、燃料および機関の潤滑油内にはイオウ（Ｓ）が含まれているので、排気ガス中にもイオウが含まれる。このため、ＮＯＸ触媒は排ガス中のイオウ成分をＢａＳＯ４などの硫酸塩として吸蔵してしまい、イオウ成分により被毒（Ｓ被毒）される性質を有する。ＮＯＸ触媒に吸蔵されたイオウ成分はＮＯＸに比べて安定性が高いため、排気空燃比を燃料リッチにしてもＮＯＸ触媒から放出されず、ＮＯＸ触媒中に次第に蓄積される。そして、ＮＯＸ触媒内のイオウ成分の量が増大するとＮＯＸ触媒が吸収しうるＮＯＸの量が次第に低下し、ＮＯＸ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が低下するという問題を生ずる。
【０００４】
そこで、Ｓ被毒されたＮＯＸ触媒の温度を高めるとともにＮＯＸ触媒を還元雰囲気下におくことにより、吸蔵されたイオウ成分をイオウ酸化物（ＳＯＸ）としてＮＯＸ触媒から離脱させ、ＮＯＸの吸蔵能力を回復させることが知られている。しかし、Ｓ被毒したＮＯＸ触媒を再生する際には、例えば下記の化学反応式により脱離したＳＯＸが排ガス中の水素（Ｈ２）と反応し、硫化水素（Ｈ２Ｓ）が一時的に多量に生成される。
ＢａＳＯ４＋ＣＯ→ＢａＣＯ３＋ＳＯ２
ＳＯ２＋Ｈ２→Ｈ２Ｓ＋Ｏ２
このような硫化水素は強い臭気を発生させる性質があり、大気中に放出されると車両の周囲で異臭を放つため、好ましいものではない。
【０００５】
ＮＯＸ触媒がＳＯＸ脱離温度域にあるとき、排気空燃比が燃料リッチであるほどＳＯＸが多く排出される。また、ＮＯＸ触媒へのＳ付着量が多いほどＳＯＸは大量に排出される。そして、ＳＯＸの排出量が増えると、結果的に多量のＨ２Ｓが生成されてしまう。
【０００６】
このようなＨ２Ｓによる異臭を防止するため、例えば特開２０００−１６１１０７号公報には、ＮＯＸ触媒のＳ被毒量が大きいほどリッチ化度合いを小さくして目標Ａ／Ｆをストイキ（空燃比：Ａ／Ｆ＝１４．６）寄りに設定し、Ｈ２Ｓの発生量を少なく抑える方法が記載されている。
【０００７】
また、特開２０００−２７４２３２号公報には、ＮＯＸ触媒のＳ被毒が検出されたときには、基準のリッチ空燃比を中心として排気空燃比を変動させて、ＮＯＸ触媒から除々にＳＯＸを脱離させる方法が開示されている。
【０００８】
また、特開２００１−８２１３７号公報には、エンジン運転状態に基づいて推定したＨ２Ｓ放出速度が判定値を上回ると、目標空燃比がリッチ側の値とリーン側の値を交互にとるように変調する方法が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１６１１０７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２７４２３２号公報
【特許文献３】
特開２００１−８２１３７号公報
【特許文献４】
特開２００１−３０４０１１号公報
【特許文献５】
特開２００１−３０４０２０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｈ２ＳはＮＯＸ触媒に吸蔵されたイオウ成分を還元する際に発生するため、上述した従来の方法では、Ｈ２Ｓの発生を抑制すると、必然的にＳＯＸの排出量が低下するという問題が生じる。すなわち、ＳＯＸの排出量の低下を防止しつつ、Ｈ２Ｓの排出量を抑えることは困難である。このため、Ｓ被毒したＮＯＸ触媒を十分に再生することができず、吸蔵能力を回復させることができないという問題が生じていた。
【００１１】
例えば、特開２００１−１６１１０７号公報に記載された方法では、Ｓ被毒量が大きいほどリッチ化度合いを小さくしているが、リッチ化度合いを小さくするとＮＯＸ触媒からイオウ成分を十分に脱離させることができないという問題が生じる。
【００１２】
また、特開２０００−２７４２３２号公報に記載された方法では、Ｈ２Ｓの排出を抑制するために、理論空燃比と所定のリッチ空燃比との間で所定時間（例えば５秒）毎に交互に排気空燃比を切り換えている。しかし、この方法では、排気空燃比を理論空燃比に設定している時間帯でＨ２ＳとともにＳＯＸの排出が抑制されてしまう。このため、ＮＯＸ触媒のＳ被毒再生を十分に行うことは困難である。
【００１３】
また、特開２００１−８２１３７号公報に記載された方法では、エンジン運転状態をエンジン回転数、吸入空気量、車速、触媒温度、排気温度、冷却水温などの関数で表し、エンジン運転状態に基づいてＨ２Ｓ放出速度を推定している。しかし、ＮＯＸ触媒のＳ被毒量は常時変化しており、Ｈ２Ｓが臭気を発するレベルに達するまでには時間がかかるため、これらの特性値からＨ２Ｓ発生量を推定することは難しい。このため、推定したＨ２Ｓ放出速度と実際に発生するＨ２Ｓ濃度との間の誤差が大きくなり、適正なタイミングでリーンスパイクを実施することができないという問題が生じる。
【００１４】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、イオウ被毒再生制御の際にＨ２Ｓの排出量を最小限に抑えるとともに、ＮＯＸ触媒からイオウ成分を確実に脱離させることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒のイオウ成分付着量を検知するイオウ成分付着量検知手段と、前記排気浄化触媒のイオウ被毒再生時に、排気空燃比を燃料リッチに制御する空燃比燃料リッチ化手段と、前記燃料リッチな排気空燃比にリーンスパイクを実施するリーンスパイク実施手段と、前記イオウ成分付着量に基づいて前記リーンスパイクの諸元を設定するリーンスパイク制御手段とを備え、前記リーンスパイク制御手段は、前記イオウ成分付着量の減少に伴ってリーンスパイク間隔を長くすることを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒のイオウ成分付着量を検知するイオウ成分付着量検知手段と、前記排気浄化触媒のイオウ被毒再生時に、排気空燃比を燃料リッチに制御する空燃比燃料リッチ化手段と、前記燃料リッチな排気空燃比にリーンスパイクを実施するリーンスパイク実施手段と、前記イオウ成分付着量に基づいて前記リーンスパイクの諸元を設定するリーンスパイク制御手段とを備え、前記リーンスパイク制御手段は、前記イオウ成分付着量の減少に伴ってリーンスパイク実行時間を短くすることを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒のイオウ被毒再生時に、排気空燃比を燃料リッチに制御する空燃比燃料リッチ化手段と、前記排気浄化触媒の下流側に設けられた前記排気空燃比を検出するセンサと、前記センサの出力に基づいて前記燃料リッチな排気空燃比にリーンスパイクを実施するリーンスパイク実施手段と、前記センサの燃料リッチ側出力の積算値を求める積算手段と、内燃機関の負荷に基づいて前記積算値を補正して補正値を求める補正手段とを備え、前記リーンスパイク実施手段は、前記補正値が所定の判定値に達した時点で前記リーンスパイクを開始することを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記センサの出力を含む所定の特性値に基づいて前記排気浄化触媒から放出される硫化水素量を検知する硫化水素検知手段を更に備え、前記リーンスパイク実施手段は、前記硫化水素量が所定の判定値に達した時点で前記リーンスパイクを開始することを特徴とする。
【００２２】
請求項５記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記硫化水素検知手段は、少なくとも前記センサの燃料リッチ側出力の積算値を用いて前記硫化水素量を検知することを特徴とする。
【００２３】
請求項６記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記硫化水素検知手段は、少なくとも前記センサの燃料リッチ側出力の積算値を用い、且つ、イオウ被毒再生時間、内燃機関の吸入空気量、前記排気浄化触媒の触媒温度、前記排気浄化触媒のイオウ成分付着量及び排気空燃比の少なくとも１つを用いて前記硫化水素量を検知することを特徴とする。
【００２４】
請求項７記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項４〜６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、内燃機関の負荷に基づいて前記判定値を補正する補正手段を更に備えたことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００２６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の排気浄化装置及びその周辺の構造を説明するための図である。本実施形態の内燃機関１０は希薄燃焼型の内燃機関である。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温ＴＨＡ（すなわち外気温）を検出する吸気温センサ１８が組みつけられている。
【００２７】
エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０は、吸気通路１２を流れる空気流入量Ｇａを検出するセンサである。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。
【００２８】
スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。また、サージタンク２８の更に下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁３０が配置されている。
【００２９】
排気通路１４には、上流側触媒（スタートキャタリスト）３２と下流側触媒（ＮＯＸ吸蔵触媒）３４とが直列に配置されている。上流側触媒３２は比較的小容量の触媒とされ、内燃機関１０に近い位置に配置されていることから、機関冷間始動時等に短時間で活性化温度まで昇温し、主として始動直後の排気浄化を行う。
【００３０】
また、本実施形態において、下流側触媒３４は流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸着、吸収またはその両方にて選択的に保持（吸蔵）し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵しているＮＯＸを排気中の還元成分（ＨＣ，ＣＯ）を用いて還元浄化するものである。
【００３１】
排気通路１４には、上流側触媒３２の上流に空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）３５が配置されている。空燃比センサ３５は排気ガス中の酸素濃度を検出するセンサであって、上流側触媒３２に流入する排気ガス中の酸素濃度に基づいて内燃機関１０で燃焼に付された混合気の空燃比を検出するものである。
【００３２】
また、下流側触媒３４の下流に、サブＯ２センサ３８が配置されている。サブＯ２センサ３８は、排気ガス中の酸素濃度が所定値より大きいか小さいかを検出するためのセンサであって、センサ位置の排気空燃比がストイキよりも燃料リッチになると０．４５Ｖ以上の出力を発生し、排気空燃比がストイキよりも燃料リーンになると０．４５Ｖ以下の出力を発生する。酸素濃度が所定値よりも大きいか小さいかの判定は、サブＯ２センサ３８の出力と所定の判定電圧を比較して行う。通常、判定電圧は０．４５Ｖに設定されており、サブＯ２センサ３８の出力が０．４５Ｖ以上のときは酸素濃度が所定値より大きいものとして判定出力“１”が出力される。出力が０．４５Ｖより小さいときは酸素濃度が所定値より小さいものとして判定出力“０”が出力される。
【００３３】
サブＯ２センサ３８によれば、下流側触媒３４の下流に、燃料リッチな排気ガス（ＨＣ，ＣＯを含む排気ガス）、或いは燃料リーンな排気ガス（ＮＯＸを含む排気ガス）が流出してきたかを判断することができる。
【００３４】
図１に示すように、本実施形態の排気浄化装置はＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサおよび燃料噴射弁３０に加えて、内燃機関１０の冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ４２や、車速ＳＰＤを検出する車速センサ４４などが接続されている。
【００３５】
図１に示すシステムにおいて、内燃機関１０から排出される排気ガスは、先ず、上流側触媒３２で浄化される。そして、下流側触媒３４では、上流側触媒３２で浄化し切れなかった排気ガスの浄化処理が行われる。上流側触媒３２は、燃料リッチな排気ガス中に酸素を放出し、また、燃料リーンな排気ガス中の過剰酸素を吸蔵することで排気ガスの浄化を図る。また、下流側触媒３４は、上流側触媒３２からの排気ガスの排気空燃比がリーン空燃比であるときにはその排気ガス中のＮＯＸを吸蔵する一方、排気空燃比が理論空燃比以下のリッチ空燃比であるときにはその吸蔵したＮＯＸを放出して還元する。
【００３６】
従来の技術の欄で述べたように、下流側触媒３４は、ＮＯＸのみならず、排ガス中に含まれるイオウ成分の酸化物ＳＯＸを硫酸バリウムＢａＳＯ４などの硫酸塩Ｘ−ＳＯ４として保持し、硫酸塩Ｘ−ＳＯ４で被毒（Ｓ被毒）される性質を有している。このため、下流側触媒３４がＳ被毒された場合は、下流側触媒３４の温度を高め、還元雰囲気下におくことでイオウ成分を脱離させる制御（Ｓ回復制御）が行われる。本実施形態の排気浄化装置は、Ｓ回復制御の際にＳＯＸを確実に排出し、かつＨ２Ｓの発生を最小限に抑える制御を行う。
【００３７】
図２は、Ｓ回復制御を実施している際の各波形を示すタイミングチャートである。ここで、図２（Ａ）は下流側触媒３４のイオウ成分付着量（Ｓ付着量）を示す波形を、図２（Ｂ）は、サブＯ２センサ３８の出力波形を示している。また、図２（Ｃ）は下流側触媒３４に流入する排気ガスの目標空燃比を示しており、図２（Ｄ）は下流側触媒３４から排出された排気ガスのＨ２Ｓ濃度を示している。
【００３８】
本実施の形態の排気浄化装置は、図２（Ｃ）に示すようにＳ回復制御の際に目標空燃比を燃料リッチにし、かつ所定のタイミングで空燃比を燃料リーンにするリーンスパイクを実施する。
【００３９】
図２（Ｄ）に示すように、Ｓ回復制御の際に排気空燃比を燃料リッチにすると排出されるＨ２Ｓの濃度も増加していくが、時刻ｔ１でリーンスパイクを実施するとＨ２Ｓ濃度は低下する。リーンスパイクが終了すると再びＨ２Ｓ濃度は増加するが、時刻ｔ２でリーンスパイクを実施するとＨ２Ｓ濃度は再び低下する。このように適切な間隔でリーンスパイクを実施することで、図２（Ｄ）に示すように排出されるＨ２Ｓの濃度を人が臭気を感じるレベル（通常０．５ｐｐｍ程度）以下に低減できる。
【００４０】
一方、リーンスパイクを実施していない時間帯では、排気空燃比が燃料リッチに保たれるため、下流側触媒３４からイオウ成分を確実に脱離させることができる。
【００４１】
このように、本実施の形態の排気浄化装置は、所定間隔でリーンスパイクを実施することによってＨ２Ｓの発生を許容レベル以下に抑制し、リーンスパイクを実施していない時間帯ではＳＯＸを最大限に排出して下流側触媒３４の浄化能力を回復排出させるものである。図３に基づいて、Ｈ２Ｓの発生のみを抑制する原理を説明する。図３は、Ｓ回復制御時におけるＳＯＸ、Ｈ２Ｓの発生量と時間との関係を示す特性図である。
【００４２】
Ｓ回復処理のために空燃比を燃料リッチにすると、図３に示すように、先ずＳＯＸが先に発生し、時間の経過とともにＳＯＸの発生量は低下する。その後、Ｈ２Ｓの発生量が増加してピークを迎え、やがてＨ２Ｓの発生量も低下する。このように、Ｈ２Ｓの発生時期はＳＯＸの発生時期に対して時間遅れが生じている。
【００４３】
Ｈ２Ｓの排出時期に遅れが生じる要因として、以下に挙げるものが想定できる。
（１）反応速度の違い
ＳＯＸ発生、Ｈ２Ｓ発生の際には以下の還元反応が生じていると考えられる。
ＢａＳＯ４＋ＣＯ→ＢａＣＯ３＋ＳＯ２
ＳＯ２＋３Ｈ２→Ｈ２Ｓ＋２Ｈ２Ｏ
このような反応が生じている場合、Ｈ２による還元速度はＣＯによる還元速度に比べて１／３程度である。従って、Ｈ２Ｓの発生に遅れが生じると考えられる。
（２）安定度
下流側触媒３４から排気ガス中に脱離したＳＯＸは、排気ガス中の他のガス成分に比較して安定している。従って、排気ガス中のＨ２はＳＯＸよりも他の成分と優先的に反応する。このため、Ｈ２Ｓの発生に遅れが生じると考えられる。
（３）濃度の違い
Ｓ回復制御中、Ｈ２はＣＯに比較して１／１０程度しか排気ガス中に存在しない。従って、Ｈ２による還元反応の機会がＣＯによる還元反応よりも少ない。このため、Ｈ２Ｓの発生に遅れが生じると考えられる。
（４）Ｈ２Ｓの酸化反応
下流側触媒３４は燃料リーンな排ガス中の過剰酸素を吸蔵している。このため、下流側触媒３４の前端部の反応でＳＯ２からＨ２Ｓが生成されても、下流側触媒３４が吸蔵する酸素によって以下の反応が生じ、Ｈ２Ｓが後端部に流れついた際にＳＯ２に戻る。
Ｈ２Ｓ＋Ｏ２→Ｈ２Ｏ＋ＳＯ２
Ｈ２ＳがＳＯ２に戻らないためには吸蔵した酸素が下流側触媒３４から完全に脱離してしまうことが必要であるが、吸蔵している酸素が還元雰囲気下で消費されるまでにはある程度の時間を要する。このため、Ｈ２Ｓの発生に遅れが生じると考えられる。
【００４４】
本実施形態では、Ｈ２Ｓの発生時期の遅れを利用して、Ｈ２Ｓの発生量が許容レベルを超える直前に図２（Ｃ）に示す時刻ｔ１のリーンスパイクを実施する。図３に示すように、時刻ｔ１の時点では既にＳＯＸが多量に発生しているため、リーンスパイクを実施したことによるＳＯＸ発生量の低減は最小限に抑えられる。従って、時刻ｔ１以前に下流側触媒３４から脱離したＳＯＸを確実に排出することができる。
【００４５】
同様に、時刻ｔ２以降のリーンスパイクもＨ２Ｓの発生量が許容レベルを超える直前に実施する。時刻ｔ２以降のリーンスパイクを行う際も、Ｈ２Ｓよりも早い時期にＳＯＸが発生しているため、リーンスパイクを行う以前に発生したＳＯＸを確実に排出することができる。
【００４６】
また、図２（Ａ）に示すように、Ｓ回復制御により下流側触媒３４中のＳ付着量は時間の経過とともに低下し、Ｓ付着量が少ないほどＳＯＸ発生量、Ｈ２Ｓ発生量は少なくなる。従って、リーンスパイクを終了して目標空燃比を燃料リッチに戻した後、Ｈ２Ｓ濃度が許容レベル（０．５ｐｐｍ）に到達するまでの時間は、リーンスパイクを実施する毎に長くなる。このため、本実施形態では、図２（Ｃ）に示すように、Ｓ回復制御の時間の経過に伴ってリーンスパイク間隔を長くすることとしている。これにより、排気空燃比を燃料リッチにしている時間をより長くできるため、ＳＯＸをより多く排出することが可能となる。
【００４７】
また、Ｓ付着量が少なくなるほどＨ２Ｓの発生量は少なくなるため、図２（Ｃ）に示すように、Ｓ回復制御の時間の経過に伴ってリーンスパイクを実行している時間を短くできる。これにより、排気空燃比を燃料リッチにしている時間をより長くすることができ、ＳＯＸをより多く排出することが可能となる。
【００４８】
更に、Ｓ付着量が少なくなるほどＨ２Ｓの発生量は少なくなるため、図２（Ｃ）に示すように、Ｓ回復制御の時間の経過に伴って目標空燃比の燃料リッチの度合いをより燃料リッチ側にすることができる。これにより、ＳＯＸをより多く排出することが可能となる。なお、目標空燃比を燃料リッチ側へ可変することで、図２（Ｂ）に示すようにＳ付着量の低下に伴ってサブＯ２センサ３８の出力は次第に増加する。
【００４９】
このように、Ｓ付着量の低下に伴ってリーンスパイク間隔、実行時間、空燃比を可変していくことで、Ｈ２Ｓの排出量を許容レベル以下に抑えることができ、かつ下流側触媒３４に付着したイオウ成分をより短時間で効率良く排出できる。従って、下流側触媒３４のＮＯＸ浄化能力を確実に回復させることができる。
【００５０】
次に、図４〜図９に基づいて、Ｓ付着量に応じてリーンスパイクの諸元を設定する具体的な方法について説明する。
【００５１】
図４は、本実施形態の排気浄化装置の制御に関わる各波形を示すタイミングチャートである。ここで、図４（Ａ）はＳ回復制御実施フラグ（XSPARGE）の波形を、図４（Ｂ）はリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の波形を、図４（Ｃ）はＳ付着量（soxcnt）の波形を、図４（Ｄ）はリーンスパイク間隔カウンタ（leansoffcnt）の波形を、図４（Ｅ）はリーンスパイク実施カウンタ（leansoncnt）の波形を、図４（Ｆ）は目標空燃比の波形をそれぞれ示している。なお、図４（Ｆ）の目標空燃比の波形は、図２（Ｃ）と同一である。
【００５２】
また、図５は、図４（Ｂ）に示すリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態を“０”または“１”に設定する手順を示すフローチャートである。ここで、リーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態が“０”の場合は、図４（Ｆ）に示すように目標空燃比はストイキよりも燃料リッチ側に設定される。一方、リーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態が“１”の場合は、図４（Ｆ）に示すようにリーンスパイクが実施される。
【００５３】
最初に、図２（Ａ）及び図４（Ｃ）に示す触媒中のＳ付着量（soxcnt）を求める方法について説明する。イオウ成分は燃料、オイルに含まれるため、Ｓ付着量（soxcnt）は燃料量、オイル消費量、Ｓ回復制御の実行履歴などから求めることができる。
【００５４】
先ず、Ｓ回復制御を実施していない通常の燃料制御の場合、又は下流側触媒３４の触媒温度＜所定温度の場合、又はＡ／Ｆ＞１４．７の場合、は下式に従ってＳ付着量（soxcnt）を求める。なお、所定温度は、下流側触媒３４からイオウ成分が脱離する温度であって、通常６５０℃程度である。
今回Ｓ付着量（soxcnt）＝前回Ｓ付着量（soxcnt）＋瞬時Ｓ付着量
ここで、上述のようにイオウ成分の供給源は燃料、オイルであるため、瞬時Ｓ付着量は燃料量、オイル消費量と相関がある。従って、上式の瞬時Ｓ付着量は燃料量、オイル消費量の関数で表される。
【００５５】
一方、Ｓ回復制御中、又はＮＯＸ触媒温度≧所定温度かつＡ／Ｆ≦１４．７のときは下式に従ってＳ付着量（soxcnt）を求める。
今回Ｓ付着量（soxcnt）＝前回Ｓ付着量（soxcnt）−瞬時Ｓ脱離量
ここで、瞬時Ｓ脱離量はＳ付着量（soxcnt）、触媒温度、空燃比（Ａ／Ｆ）、吸入空気量により異なるため、これらの関数で表される。
【００５６】
このように、Ｓ回復制御を行っている場合、又は、ＮＯＸ触媒温度≧所定値でありかつＡ／Ｆ≦１４．７の場合はイオウ成分が脱離するため、前回計測時のＳ付着量（soxcnt）から瞬時Ｓ脱離量を減算する。一方、これ以外の場合はイオウ成分が付着するため前回計測時のＳ付着量（soxcnt）に瞬時Ｓ付着量を加算する。このような場合分けをすることでＳ付着量（soxcnt）を求めることができる。
【００５７】
次に、図５のフローチャートに基づいてリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態を設定する手順について説明する。先ず、ステップＳ１ではＳ回復制御実施フラグ（XSPARGE）が立ち上がっているか否かを判定する。Ｓ回復制御実施フラグ（XSPARGE）は、下流側触媒３４のＳ被毒量が多く、再生処理が必要な場合に立ち上がる。具体的には、図２（Ａ）及び図４（Ｃ）に示すＳ付着量（soxcnt）が増加して所定のしきい値に達した場合に立ち上がる。ステップＳ１でＳ回復制御実施フラグが立ち上がっている場合（XSPARGE=1のとき）はステップＳ２へ進み、現時点でのリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態を検出する。リーンスパイク実施フラグが立ち上がっている場合（XLEANSON=1のとき）はステップＳ４へ進み、リーンスパイク実施フラグが立ち上がっていない場合（XLEANSON≠1のとき）はステップＳ３へ進む。
【００５８】
ステップＳ３では、リーンスパイク間隔カウンタ（leansoffcnt）を１だけ増加させる。次のステップＳ５では、上述の方法でＳ付着量（soxcnt）を検出する。次のステップＳ６では、マップよりリーンスパイク間隔（kLEANSOFF）を算出する。
【００５９】
図６はステップＳ６で参照するマップを示している。このマップはＳ付着量（soxcnt）とリーンスパイク間隔（kLEANSOFF）の関係を規定するもので、Ｓ付着量（soxcnt）が少なくなるとリーンスパイク間隔（kLEANSOFF）が長くなるように両者の関係を規定している。下流側触媒３４からのＨ２Ｓ発生量はＳ付着量（soxcnt）と相関があるため、このマップを参照することで、排出されたＨ２Ｓ濃度が許容レベルに達する直前にリーンスパイクを実施することが可能となる。同時に、Ｓ付着量（soxcnt）が少ない場合は、リーンスパイク間隔（kLEANSOFF）を長くする制御が実現できる。
【００６０】
次のステップＳ７では、リーンスパイク間隔カウンタ（leansoffcnt）とリーンスパイク間隔（kLEANSOFF）を比較する。leansoffcnt＞kLEANSOFFのときはステップＳ８へ進み、リーンスパイク実施フラグを立ち上げる（XLEANSON=1）。leansoffcnt＞kLEANSOFFでないときは初期状態に戻る（RETURN）。
【００６１】
ステップＳ２でリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）が立ち上がっている場合は、ステップＳ４でリーンスパイク実施カウンタ（leansoncnt）を１だけ加算する。次のステップＳ９では、Ｓ付着量（soxcnt）を検出する。次のステップＳ１０では、マップよりリーンスパイク実行時間（kLEANSON）を算出する。
【００６２】
図７はステップＳ１０で参照するマップを示している。このマップはＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）とリーンスパイク実行時間（ｋＬＥＡＮＳＯＮ）の関係を規定するもので、Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）が少なくなるとリーンスパイク実行時間（ｋＬＥＡＮＳＯＮ）が短くなるように両者の関係を規定している。これにより、Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）が少ない場合はリーンスパイク実行時間（ｋＬＥＡＮＳＯＮ）を短くする制御が実現できる。
【００６３】
次のステップＳ１１ではリーンスパイク実施カウンタ（leansoncnt）とリーンスパイク実行時間（kLEANSON）を比較する。leansoncnt＞kLEANSONのときはステップＳ１２へ進み、リーンスパイク実施フラグを立ち下げる（XLEANSON=0）。leansoncnt＞kLEANSONでないときは初期に戻る（RET）。
【００６４】
このように図５のフローチャートの処理では、ステップＳ８でリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）が“１”に設定されるまでは、ステップＳ１〜ステップＳ７の処理が繰り返し行われるため、図４（Ｄ）に示すようにリーンスパイク間隔カウンタ（leansoffcnt）の値は１づつ増加する。そして、リーンスパイク間隔カウンタ（leansoffcnt）の値がリーンスパイク間隔（kLEANSOFF）より大きくなるまでXLEANSON=0の状態が維持される。
【００６５】
一方、リーンスパイク間隔カウンタ（leansoffcnt）の値がリーンスパイク間隔（kLEANSOFF）より大きくなると、ステップＳ８でリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）が“１”に設定される。そして、ステップＳ１２でリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）が“０”に設定されるまでは、ステップＳ１〜ステップＳ１１の処理が繰り返し行われるため、図４（Ｅ）に示すようにリーンスパイク実施カウンタ（leansoncnt）の値は１づつ増加する。そして、リーンスパイク実施カウンタ（leansoncnt）の値がリーンスパイク実行時間（XLEANSON）より大きくなるまでXLEANSON=1の状態が維持される。
【００６６】
次に、図６及び図７に示すマップの作成方法を説明する。これらのマップは、Ｓ付着量の異なる下流側触媒３４を複数用意し、それぞれを内燃機関１０に接続して機関を運転し、下流側触媒３４から排出されたＨ２Ｓ量、ＳＯＸ量を測定することで作成できる。図８は図６のマップの作成方法を示す模式図である。ここで、図８（Ａ）の縦軸は下流側触媒３４から排出された排気ガス中のＨ２Ｓ量を、図８（Ｂ）の縦軸は下流側触媒３４から排出された排ガス中のＳＯＸ量を示している。また、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）の横軸はリーンスパイク間隔（kLEANSOFF）を示している。
【００６７】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）において、曲線５０、曲線５２、曲線５４は、下流側触媒３４のＳ付着量が異なる場合のそれぞれの特性を示しており、曲線５０、曲線５２、曲線５４の順にＳ付着量は大きくなる。これらの特性はＳ付着量、リーンスパイク間隔以外のパラメータを固定した状態で求めた測定値である。
【００６８】
図８（Ａ）の限界値は、Ｈ２Ｓ量の許容レベルの上限値を示しており、人が異臭を感じる濃度０．５ｐｐｍのレベルを示している。要求値は余裕分を見込んで限界値よりも小さく設定されており、実際のマップの作成は要求値を用いて行う。また、図８（Ｂ）の要求値は、ＳＯＸ排出量の下限値を示しており、下流側触媒３４のＳ被毒を十分に解消するためには要求値以上のＳＯＸを排出することが必要である。
【００６９】
図８（Ａ）に示すように、Ｈ２Ｓ排出量を要求値以下にするためには、リーンスパイク間隔を短くする必要がある。一方、図８（Ｂ）に示すように、ＳＯＸの排出量を要求値以上とするためには、リーンスパイク間隔を長くする必要がある。従って、それぞれのＳ付着量毎にＨ２Ｓ、ＳＯＸ双方の要求値を満たすようにマップを作成する。例えばＳ付着量が最も多い曲線５０の場合は、リーンスパイク間隔を図８に示す時間ｔＡの中間の値とし、他の曲線５２，５４の場合についてもリーンスパイク間隔をそれぞれ求める。これにより、図８（Ｃ）に示すようにＳ付着量とリーンスパイク間隔の関係を求めることができる。
【００７０】
なお、図６のマップを作成する際には、図８（Ａ）における曲線５０，５２，５４と要求値の交点でのリーンスパイク間隔を用い、曲線５０，５２，５４に対応するＳ付着量に当てはめてマップを作成してもよい。この方法で作成したマップを使用することで、排出されたＨ２Ｓ濃度が許容レベルに達する直前までリーンスパイク間隔を長くすることができ、より多量のＳＯＸをリーンスパイク直前まで排出できる。
【００７１】
図９は図７のマップの作成方法を示す模式図である。図８（Ａ），（Ｂ）と同様、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）の縦軸は排出されたＨ２Ｓ量、ＳＯＸ量をそれぞれ示している。また、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）の横軸はリーンスパイク実行時間（kLEANSON）を示している。
【００７２】
図８と同様に、図９（Ａ）中の曲線５０、曲線５２、曲線５４は、Ｓ付着量が異なる場合のそれぞれの特性を示しており、これらの特性はＳ付着量、リーンスパイク実行時間以外のパラメータを固定して求めた測定値である。また、図９（Ａ）に示す限界値、要求値、図９（Ｂ）に示す要求値は、図８（Ａ）、図８（Ｂ）と同様である。
【００７３】
図９（Ａ）に示すように、Ｈ２Ｓの排出量を要求値以下にするためにはリーンスパイク実行時間を長くする必要がある。一方、図９（Ｂ）に示すように、ＳＯＸの排出量を要求値以上とするためにはリーンスパイク実行時間を短くする必要がある。従って、それぞれのＳ付着量毎にＨ２Ｓ、ＳＯＸ双方の要求値を満たすようにマップを作成する。例えば曲線５０の場合は、リーンスパイク実行時間を時間ｔＢの中間の値とし、他の曲線５２，５４の場合についてもリーンスパイク実行時間をそれぞれ求める。これにより、図９（Ｃ）に示すようにＳ付着量とリーンスパイク実行時間の関係を求めることができる。
【００７４】
次に、Ｓ付着量（soxcnt）に応じて目標空燃比を燃料リッチ側へ可変する方法について説明する。図１０はＳ付着量に応じて目標空燃比を補正する手順を示すフローチャートである。この制御では、リーン補正量（kLEAN）とリッチ補正量（kRICH）を使用して、リーンスパイク時の目標空燃比とリーンスパイク時以外の目標空燃比を制御する。
【００７５】
先ず、ステップＳ２１では、リーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態を参照して、XLEANSON=1であればステップＳ２２へ進む。XLEANSON=1でなければステップＳ２３へ進む。
【００７６】
ステップＳ２２では、マップを参照してリーン補正量（kLEAN）を算出する。図１１は、図１０のステップＳ２２で参照するマップを示す模式図である。図１１に示すように、リーン補正量（kLEAN）は１．０より大きい値であり、Ｓ付着量の減少に伴って減少する。次のステップＳ２４ではリッチ補正量（kRICH）を１．０に設定し、次のステップＳ２５では目標空燃比をストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．６）に設定する。次のステップＳ２６では、下式を用いて目標空燃比を補正する。
今回目標空燃比＝前回目標空燃比×kLEAN×kRICH
この際、目標空燃比の初期値はステップＳ２５で設定したストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．６）であり、kLEAN＞1.0，kRICH=1.0であるため、目標空燃比は燃料リーンの値（Ａ／Ｆ＝１４．６以上）となる。
【００７７】
ステップＳ２１でkLEANSON=1でない場合、ステップＳ２３ではマップを参照してリッチ補正量（kRICH）を算出する。図１２はステップＳ２３で参照するマップを示す模式図である。図１２に示すように、リッチ補正量（kRICH）は１．０より小さい値であり、Ｓ付着量の減少に伴って減少する。次のステップＳ２７ではリーン補正量（kLEAN）を１．０に設定し、次のステップＳ２８では目標空燃比をストイキの１４．６に設定する。
【００７８】
次のステップＳ２６では、上式を用いて目標空燃比を補正する。この際、目標空燃比の初期値はステップＳ２７で設定したストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．６）であり、kRICH＜1.0，kLEAN=1.0であるため、算出された目標空燃比は燃料リッチな値（Ａ／Ｆ＝１４．６以下）となる。
【００７９】
このように、リーンスパイクを実施している場合はXLEANSON=1であり、ステップＳ２２〜Ｓ２６の処理が繰り返される。この際、Ｓ付着量が減少していくと図１１のマップからより１．０に近いリーン補正量（kLEAN）が求められる。従って、図４（Ｆ）に示すように、リーンスパイク時の目標空燃比をリッチ側へ可変していく制御が実現できる。
【００８０】
一方、リーンスパイクを実施していない場合はXLEANSON=0であり、ステップＳ２３〜Ｓ２６の処理が繰り返される。この際、Ｓ付着量が減少していくと図１２のマップからより小さなリッチ補正量（kRICH）が求められる。従って、図４（Ｆ）に示すように、リーンスパイクを実施していない場合の目標空燃比をリッチ側へ可変していく制御が実現できる。
【００８１】
図１１及び図１２のマップは、図６及び図７のマップと同様の方法で作成できる。図１１のマップを求める場合は、Ｓ付着量とリーン補正量以外のパラメータを固定し、異なるＳ付着量毎にリーン補正量を可変してＳＯＸ、Ｈ２Ｓの排出量を求め、ＳＯＸ、Ｈ２Ｓの排出量が適正となるリーン補正量を求めればよい。図１２のマップについても同様である。
【００８２】
リーンスパイクの諸元、目標空燃比を求めた後の排気空燃比の制御は、空燃比センサ３５の検出値を燃料噴射弁３０における燃料噴射量にフィードバックするメインフィードバック（メインＦ／Ｂ）、サブＯ２センサ３８の検出値を燃料噴射弁３０における燃料噴射量にフィードバックするサブフィードバック（サブＦ／Ｂ）を用いて行う。
【００８３】
以上説明したように実施の形態１によれば、下流側触媒３４のＳ付着量に基づいてリーンスパイクを実施し、Ｓ付着量の低下に伴ってリーンスパイク間隔、実行時間、空燃比を可変するようにしたため、Ｈ２Ｓの排出量を許容レベル以下に抑えることができ、かつ下流側触媒３４に付着したイオウ成分を最大限に排出することができる。従って、Ｈ２Ｓの発生を抑制した状態で下流側触媒３４のＮＯＸ浄化能力を効率良く回復させることができる。
【００８４】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、下流側触媒３４の触媒内空燃比時系列変化からＨ２Ｓ発生量を予測してリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態を設定するものである。
【００８５】
図１３は下流側触媒３４の触媒内空燃比時系列変化を説明するための模式図であって、触媒の内面を模式的に示す図である。上述のように下流側触媒３４は排気ガス中のＮＯＸを吸蔵し、放出する。図１３（Ａ）は、下流側触媒３４に燃料リーンな排気ガスを流し、下流側触媒３４の全域にＮＯＸなどのリーン成分が吸蔵された状態を示している。便宜上、リーン成分が吸蔵された領域を触媒内リーン領域と称する。
【００８６】
図１３（Ｂ）〜図１３（Ｄ）は、図１３（Ａ）の状態からＳ回復制御によって下流側触媒３４内に燃料リッチな排気ガスを通過させ、前側からリーン成分が順次に脱離していく様子を時系列的に示したものである。便宜上、リーン成分が脱離した領域を触媒内リッチ領域と称する。
【００８７】
図１３（Ｂ）〜図１３（Ｄ）に示すように、燃料リッチな排気ガスを流して触媒内を還元雰囲気にすると、下流側触媒３４が吸蔵していたリーン成分が前側から順に脱離していく。還元雰囲気下では下流側触媒３４に吸蔵されたＳＯＸも還元されるため、触媒内リッチ領域の拡大とともに触媒内のＳＯＸが脱離していき、排気ガス中の水素と反応してＨ２Ｓが発生する。
【００８８】
この際、排気空燃比が燃料リッチであるほど排気ガス中の還元剤が多くなるため、触媒内リッチ領域が拡大する速度も大きくなる。そして、触媒内リッチ領域が拡大するほど下流側触媒３４から排出されるＳＯＸ量、Ｈ２Ｓ量は多くなる。触媒内リッチ領域の拡がる度合いは、下流側触媒３４から排出される排気ガスの排気空燃比から予測できるため、サブＯ２センサ３８の出力をモニタすることで触媒内空燃比の時系列変化を予測することができ、これに基づいてＨ２Ｓ発生量を求めることができる。
【００８９】
一方で、触媒内時系列変化は下流側触媒３４を流れる排気ガス量に応じて変動し、空燃比が同じ場合であっても排気ガス流量が多いほど触媒内リッチ領域は拡大する。サブＯ２センサ３８の出力のみで触媒内時系列変化の傾向は判別できるが、より精度の高い制御を行うためには、エンジン負荷に応じてサブＯ２センサ３８の出力を補正することが好ましい。この際、エンジン負荷は内燃機関１０の吸入空気量と同等であるため、吸入空気量に応じて補正を行うことが望ましい。これにより、より高い精度でＨ２Ｓ発生量を求めることができる。
【００９０】
同様に、燃料リーンな排気ガスによって触媒内リーン領域が拡大する様子もサブＯ２センサ３８の出力から予測することができる。
【００９１】
具体的な方法を以下に説明する。図１４は、触媒内空燃比時系列変化を考慮してリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）を立ち上げる方法を示すタイミングチャートである。ここで、図１４（Ａ）は、サブＯ２センサ３８の出力波形を示している。図１４（Ｂ）中の破線は、図１４（Ａ）に示す出力波形のリッチ側出力の積算値（以下、積算（Ｒ）と称する）を示している。積算（Ｒ）は、図１４（Ａ）のリッチ側（０．４５Ｖ以上）の出力を時間で積算して得た値であり、空燃比を燃料リッチに制御している間に下流側触媒３４から排出されたＳＯＸ量、Ｈ２Ｓ量を間接的に示す値である。また、図１４（Ｂ）中の実線は、エンジン負荷（吸入空気量）に応じて補正した積算（Ｒ）の値を示している。積算（Ｒ）を補正する際は、例えば吸入空気量が多いほど積算（Ｒ）に大きな補正係数を乗じて補正する。
【００９２】
図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）に示す出力波形のリーン側出力の積算値（以下、積算（Ｌ）と称する）を示している。また、図１４（Ｄ）はリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の波形を示している。積算（Ｌ）は、図１４（Ａ）のリーン側（０．４５Ｖ以下）の出力を時間で積算して得た値であり、排気空燃比を燃料リーンにするとＳＯＸ量、Ｈ２Ｓ量は低下するため、積算（Ｌ）はリーンスパイクによるＳＯＸ、Ｈ２Ｓの低下量に応じた値である。
【００９３】
図１４（Ａ）に示すようにＳ回復制御の実施中、排気空燃比は燃料リッチに制御される。そして、図１４（Ｂ）に示すように、積算（Ｒ）とその補正値は時間の経過とともに増加し、補正値が所定値に達した時点（時刻ｔ１０）で図１４（Ｄ）のリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）を立ち上げる。これにより、リーンスパイクが実施される。ここで、所定値はＨ２Ｓ発生量の許容レベルに対応した値である。このように、サブＯ２センサ３８の出力から積算（Ｒ）を求め、エンジン負荷で補正することで、触媒内空燃比時系列変化に基づいたＨ２Ｓ発生量を求めることができ、触媒内の状態を考慮して適性なタイミングでリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）を立ち上げることが可能となる。
【００９４】
図１４（Ａ）に示すように、リーンスパイクを実施している間のサブＯ２サンサ３８の出力は０．４５Ｖ以下となる。そして、図１４（Ｄ）に示すように積算（Ｌ）は増加していく。上述したように、積算（Ｌ）はリーン時のＨ２Ｓ濃度の低下量に相当する。従って、積算（Ｌ）の値が所定値に達した時点で、Ｈ２Ｓ濃度が十分に低下したもの判断し、リーンスパイクを終了する。その後、再び空燃比を燃料リッチにしてＳ回復制御を行う。
【００９５】
次に、より高い精度でＨ２Ｓ発生量を求める方法を説明する。図１５は、Ｈ２Ｓ放出速度に関係する各特性値を示す模式図である。図１５（Ａ）の横軸はＳ回復制御時間（Ｔｉｍｅ）、図１５（Ｂ）の横軸は内燃機関１０の吸入空気量（Ｇａ）、図１５（Ｃ）の横軸は下流側触媒３４の触媒温度（Ｔｅｍｐ）、図１５（Ｄ）の横軸は下流側触媒３４のＳ付着量（Ｓ）、図１５（Ｅ）の横軸は排気空燃比（Ａ／Ｆ）をそれぞれ示している。また、図１５（Ｆ）の横軸は積算（Ｒ）を示している。
【００９６】
図１５（Ａ）〜（Ｆ）の縦軸はＨ２Ｓ放出のし易さ（Ｈ２Ｓ発生量）を示している。Ｈ２Ｓ発生量は、Ｓ回復制御時間、吸入空気量、触媒温度、Ｓ付着量、積算（Ｒ）の増加に伴って増加する。また、Ｈ２Ｓ発生量は、排気空燃比の増加に伴って減少する。Ｈ２Ｓの放出速度は、図１５（Ａ）〜（Ｆ）に示す各特性の関数として求めることができる。
【００９７】
図１６は、図１５に示す各特性値からＨ２Ｓ放出速度を求め、Ｈ２Ｓ放出速度に基づいてリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態を設定する手順を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ３１ではＳ回復制御の実施中であるか否かを判別する。Ｓ回復制御実施中の場合はステップＳ３２へ進む。Ｓ回復制御実施中でない場合は、リーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）を設定する必要がないため、初期状態に戻る（RETURN）。ステップＳ３２では、サブＯ２センサ３８の出力を検出する。
【００９８】
次のステップＳ３３では、サブＯ２センサ３８の出力が０．４５Ｖ以上であるか否かを判別する。出力が０．４５Ｖ以上の場合は排気空燃比が燃料リッチであり、この場合はステップＳ３４へ進む。ステップＳ３４ではリーン側出力積算値（積算（Ｌ））をクリアにし（積算（Ｌ）＝０）、次のステップＳ３５ではリッチ側出力積算値（積算（Ｒ））を求める。ここで、積算（Ｒ）は（サブＯ２センサ出力−０．４５）の積算によって求められる。
【００９９】
次のステップＳ３６ではＳ付着量（soxcnt）を求める。実施の形態１で説明したように、Ｓ回復制御中のＳ付着量は下式から求められる。
今回Ｓ付着量（soxcnt）＝前回Ｓ付着量（soxcnt）−瞬時Ｓ脱離量
ここで、瞬時Ｓ脱離量は、Ｓ付着量（soxcnt）、触媒温度、排気空燃比（Ａ／Ｆ）、吸入空気量の関数である。
【０１００】
次のステップＳ３７では、Ｈ２Ｓ放出速度を算出する。ここでは、図１５に示す各特性値、Ｈ２Ｓ生成時間などの特性値の少なくとも１つを用いてＨ２Ｓ放出速度を算出する。ここで、積算（Ｒ）は下流側触媒３４から実際に排出されたＳＯＸ量、Ｈ２Ｓ量に応じた値であるため、図１５の各特性値のうち、積算（Ｒ）だけは必ず用いてＨ２Ｓ放出速度を算出する。これにより、Ｈ２Ｓ放出速度を高い精度で算出することが可能となる。なお、積算（Ｒ）、Ｓ付着量（soxcnt）については、ステップＳ３５，Ｓ３６で求めた値を用いる。また、Ｈ２Ｓ生成時間は、ＳＯＸが生成された後、水素と反応してＨ２Ｓが生成されるまでの時間である。
【０１０１】
次のステップＳ３８では、マップから仮判定値を求める。図１７はステップＳ３８で参照するマップを示す模式図である。図１７に示すように、下流側触媒３４のＳ付着量（soxcnt）が多い場合、より多くのＨ２Ｓが排出されるため、Ｓ付着量（soxcnt）が多くなるほど仮判定値を低くする。これにより、ステップＳ３９で用いる最終判定値を小さくすることができ、より早い段階からリーンスパイクを実施することが可能となる。
【０１０２】
次のステップＳ３９では、ステップＳ３８で求めた仮判定値に補正値（ｆ（ＮＥ，ＰＭ））を乗じて最終判定値を求める。ここで、補正値（ｆ（ＮＥ，ＰＭ））はエンジン回転数（ＮＥ）と吸気管圧力（ＰＭ）の関数であり、吸入空気量に応じた値である。
【０１０３】
上述のように触媒内リッチ領域は燃料リッチな排気ガスの流量に応じて拡大し、Ｈ２Ｓ発生量は排気ガス流量、すなわち吸入空気量に応じて増加する。図１６のフローでは、Ｈ２Ｓ放出速度を算出する際に吸入空気量を用い、さらに吸入空気量に応じた補正値（ｆ（ＮＥ，ＰＭ））で仮判定値を補正しているため、運転状態に応じて吸入空気量が変動し、内燃機関１０の負荷が変動した場合であっても、適切なタイミングでリーンスパイクを実施することができる。
【０１０４】
次のステップＳ４０では、Ｈ２Ｓ放出速度と最終判定値を比較する。そして、Ｈ２Ｓ放出速度≧最終判定値の場合はステップＳ４１へ進み、リーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）を立ち上げる。これにより、リーンスパイクが実施される。ステップＳ４０でＨ２Ｓ放出速度≧最終判定値でない場合は初期に戻る（RETURN）。
【０１０５】
一方、ステップＳ３３でサブＯ２センサ出力が０．４５Ｖ未満のとき、すなわち、排気空燃比が燃料リーンの場合はステップＳ４２へ進む。そして、ステップＳ４２では積算（Ｒ）の値をクリアにする。次のステップＳ４３では、積算（Ｌ）を求める。ここで、積算（Ｌ）は（０．４５−サブＯ２センサ出力）の積算によって求められる。
【０１０６】
次のステップＳ４４では、積算（Ｌ）と所定値を比較する。積算（Ｌ）≧所定値の場合はＨ２Ｓ放出速度が十分に低下しているためステップＳ４５へ進み、リーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）を立ち下げる。これにより、リーンスパイクが終了する。ステップＳ４４で積算（Ｌ）≧所定値でない場合は、ステップＳ４１へ進み、引き続きリーンスパイクを実施する。
【０１０７】
以上説明したように実施の形態２によれば、触媒内空燃比時系列変化をサブＯ２センサ３８のリッチ側出力積算値から求め、積算値を運転状態に応じて補正するようにしたため、触媒内のＳ被毒状態に応じて適切なタイミングでリーンスパイクを実施することが可能となる。
【０１０８】
更に、Ｈ２Ｓ放出速度に関係する各特性値を考慮してＨ２Ｓ放出速度を求め、これに基づいてリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態を設定するようにしたため、より適正なタイミングでリーンスパイクを実施することができる。従って、Ｈ２Ｓ排出量が許容レベルを超える直前にリーンスパイクを実施することができ、Ｈ２Ｓ排出量を低減するとともにＳＯＸの排出を効率良く行うことができる。
【０１０９】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【０１１１】
請求項１記載の発明によれば、排気浄化触媒のイオウ成分付着量に基づいて適正なリーンスパイクを実施できるため、イオウ被毒再生時の硫化水素の発生を抑えるとともに、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
また、請求項１記載の発明によれば、イオウ成分付着量の減少に伴ってリーンスパイク間隔を長くするため、排気空燃比を燃料リッチにしている時間をより長くすることができる。従って、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
【０１１２】
請求項２記載の発明によれば、排気浄化触媒のイオウ成分付着量に基づいて適正なリーンスパイクを実施できるため、イオウ被毒再生時の硫化水素の発生を抑えるとともに、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
また、請求項２記載の発明によれば、イオウ成分付着量の減少に伴ってリーンスパイク実行時間を短くするため、排気空燃比を燃料リッチにしている時間をより長くすることができる。従って、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
【０１１５】
請求項３記載の発明によれば、排気浄化触媒の下流側に設けられたセンサの出力に基づいてリーンスパイクを実施するため、触媒内空燃比時系列変化に基づいて適正なタイミングでリーンスパイクを実施できる。
また、請求項３記載の発明によれば、センサの燃料リッチ側出力積算値を内燃機関の負荷に応じて補正するため、触媒内空燃比時系列変化を正確に求めることができ、適正なタイミングでリーンスパイクを実施できる。
【０１１６】
請求項４記載の発明によれば、硫化水素量が所定の判定値に達した時点でリーンスパイクを実施するため、イオウ被毒再生時の硫化水素の発生を抑えるとともに、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
【０１１７】
請求項５記載の発明によれば、センサの燃料リッチ側出力の積算値を用いて硫化水素量を検知するため、精度良く硫化水素量を検知することができる。
【０１１８】
請求項６記載の発明によれば、少なくともセンサの燃料リッチ側出力の積算値を用い、且つ、イオウ被毒再生時間、内燃機関の吸入空気量、排気浄化触媒の触媒温度、排気浄化触媒のイオウ成分付着量及び排気空燃比の少なくとも１つを用いて硫化水素量を検知するため、精度良く硫化水素量を検知することができる。
【０１１９】
請求項７記載の発明によれば、内燃機関の負荷に基づいて判定値を補正するため、内燃機関の負荷に応じて適正なタイミングでリーンスパイクを実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１にかかる内燃機関の排気浄化装置及びその周辺の構造を説明するための図である。
【図２】 Ｓ回復制御を実施している際の各波形を示すタイミングチャートである。
【図３】 Ｓ回復制御の際に発生するＳＯＸ量とＨ２Ｓ量を示す特性図である。
【図４】 実施の形態１の排気浄化装置の制御に関わる各波形を示すタイミングチャートである。
【図５】 リーンスパイク実施フラグの状態を設定する手順を示すフローチャートである。
【図６】 Ｓ付着量とリーンスパイク間隔のマップを示す模式図である。
【図７】 Ｓ付着量とリーンスパイク実行時間のマップを示す模式図である。
【図８】 図６のマップの作成方法を示す模式図である。
【図９】 図７のマップの作成方法を示す模式図である。
【図１０】 Ｓ付着量に応じて目標空燃比を補正する手順を示すフローチャートである。
【図１１】 Ｓ付着量とリーン補正量のマップを示す模式図である。
【図１２】 Ｓ付着量とリッチ補正量のマップを示す模式図である。
【図１３】 触媒内空燃比時系列変化を説明するための模式図である。
【図１４】 実施の形態２の排気浄化装置の制御に関わる各波形を示すタイミングチャートである。
【図１５】 Ｈ２Ｓ放出速度に関係する各特性値を示す模式図である。
【図１６】 Ｈ２Ｓ放出速度に基づいてリーンスパイク実施フラグの状態を設定する手順を示すフローチャートである。
【図１７】 図１６のフローチャートにおいて、仮判定値を求めるマップを示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
３０ 燃料噴射弁
３２ 上流側触媒
３４ 下流側触媒（ＮＯＸ吸蔵触媒）
３５ 空燃比センサ
３８ サブＯ２センサ
４０ ＥＣＵ
４２ 水温センサ
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気ガスを浄化する触媒を備えた内燃機関に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、希薄（リーン）燃焼型の内燃機関の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯＸ）を浄化するべくＮＯＸ触媒が実用化されている。ＮＯＸ触媒は、例えばアルミナを担体としてバリウム（Ｂａ）などのアルカリ土類と白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持されたものであり、排気ガス中のＮＯＸは硝酸イオン（ＮＯ３ −）の形でＮＯＸ触媒内に吸蔵される。そして、ＮＯＸ触媒は内燃機関がリーン空燃比にて運転中にあるときにはその排気ガス中のＮＯＸを吸蔵する一方、内燃機関の排気空燃比が理論空燃比以下のリッチ空燃比で運転されるときにはその吸蔵したＮＯＸを放出し還元する機能を有している。
【０００３】
ところが、燃料および機関の潤滑油内にはイオウ（Ｓ）が含まれているので、排気ガス中にもイオウが含まれる。このため、ＮＯＸ触媒は排ガス中のイオウ成分をＢａＳＯ４などの硫酸塩として吸蔵してしまい、イオウ成分により被毒（Ｓ被毒）される性質を有する。ＮＯＸ触媒に吸蔵されたイオウ成分はＮＯＸに比べて安定性が高いため、排気空燃比を燃料リッチにしてもＮＯＸ触媒から放出されず、ＮＯＸ触媒中に次第に蓄積される。そして、ＮＯＸ触媒内のイオウ成分の量が増大するとＮＯＸ触媒が吸収しうるＮＯＸの量が次第に低下し、ＮＯＸ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が低下するという問題を生ずる。
【０００４】
そこで、Ｓ被毒されたＮＯＸ触媒の温度を高めるとともにＮＯＸ触媒を還元雰囲気下におくことにより、吸蔵されたイオウ成分をイオウ酸化物（ＳＯＸ）としてＮＯＸ触媒から離脱させ、ＮＯＸの吸蔵能力を回復させることが知られている。しかし、Ｓ被毒したＮＯＸ触媒を再生する際には、例えば下記の化学反応式により脱離したＳＯＸが排ガス中の水素（Ｈ２）と反応し、硫化水素（Ｈ２Ｓ）が一時的に多量に生成される。
ＢａＳＯ４＋ＣＯ→ＢａＣＯ３＋ＳＯ２
ＳＯ２＋Ｈ２→Ｈ２Ｓ＋Ｏ２
このような硫化水素は強い臭気を発生させる性質があり、大気中に放出されると車両の周囲で異臭を放つため、好ましいものではない。
【０００５】
ＮＯＸ触媒がＳＯＸ脱離温度域にあるとき、排気空燃比が燃料リッチであるほどＳＯＸが多く排出される。また、ＮＯＸ触媒へのＳ付着量が多いほどＳＯＸは大量に排出される。そして、ＳＯＸの排出量が増えると、結果的に多量のＨ２Ｓが生成されてしまう。
【０００６】
このようなＨ２Ｓによる異臭を防止するため、例えば特開２０００−１６１１０７号公報には、ＮＯＸ触媒のＳ被毒量が大きいほどリッチ化度合いを小さくして目標Ａ／Ｆをストイキ（空燃比：Ａ／Ｆ＝１４．６）寄りに設定し、Ｈ２Ｓの発生量を少なく抑える方法が記載されている。
【０００７】
また、特開２０００−２７４２３２号公報には、ＮＯＸ触媒のＳ被毒が検出されたときには、基準のリッチ空燃比を中心として排気空燃比を変動させて、ＮＯＸ触媒から除々にＳＯＸを脱離させる方法が開示されている。
【０００８】
また、特開２００１−８２１３７号公報には、エンジン運転状態に基づいて推定したＨ２Ｓ放出速度が判定値を上回ると、目標空燃比がリッチ側の値とリーン側の値を交互にとるように変調する方法が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１６１１０７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２７４２３２号公報
【特許文献３】
特開２００１−８２１３７号公報
【特許文献４】
特開２００１−３０４０１１号公報
【特許文献５】
特開２００１−３０４０２０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｈ２ＳはＮＯＸ触媒に吸蔵されたイオウ成分を還元する際に発生するため、上述した従来の方法では、Ｈ２Ｓの発生を抑制すると、必然的にＳＯＸの排出量が低下するという問題が生じる。すなわち、ＳＯＸの排出量の低下を防止しつつ、Ｈ２Ｓの排出量を抑えることは困難である。このため、Ｓ被毒したＮＯＸ触媒を十分に再生することができず、吸蔵能力を回復させることができないという問題が生じていた。
【００１１】
例えば、特開２００１−１６１１０７号公報に記載された方法では、Ｓ被毒量が大きいほどリッチ化度合いを小さくしているが、リッチ化度合いを小さくするとＮＯＸ触媒からイオウ成分を十分に脱離させることができないという問題が生じる。
【００１２】
また、特開２０００−２７４２３２号公報に記載された方法では、Ｈ２Ｓの排出を抑制するために、理論空燃比と所定のリッチ空燃比との間で所定時間（例えば５秒）毎に交互に排気空燃比を切り換えている。しかし、この方法では、排気空燃比を理論空燃比に設定している時間帯でＨ２ＳとともにＳＯＸの排出が抑制されてしまう。このため、ＮＯＸ触媒のＳ被毒再生を十分に行うことは困難である。
【００１３】
また、特開２００１−８２１３７号公報に記載された方法では、エンジン運転状態をエンジン回転数、吸入空気量、車速、触媒温度、排気温度、冷却水温などの関数で表し、エンジン運転状態に基づいてＨ２Ｓ放出速度を推定している。しかし、ＮＯＸ触媒のＳ被毒量は常時変化しており、Ｈ２Ｓが臭気を発するレベルに達するまでには時間がかかるため、これらの特性値からＨ２Ｓ発生量を推定することは難しい。このため、推定したＨ２Ｓ放出速度と実際に発生するＨ２Ｓ濃度との間の誤差が大きくなり、適正なタイミングでリーンスパイクを実施することができないという問題が生じる。
【００１４】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、イオウ被毒再生制御の際にＨ２Ｓの排出量を最小限に抑えるとともに、ＮＯＸ触媒からイオウ成分を確実に脱離させることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒のイオウ成分付着量を検知するイオウ成分付着量検知手段と、前記排気浄化触媒のイオウ被毒再生時に、排気空燃比を燃料リッチに制御する空燃比燃料リッチ化手段と、前記燃料リッチな排気空燃比にリーンスパイクを実施するリーンスパイク実施手段と、前記イオウ成分付着量に基づいて前記リーンスパイクの諸元を設定するリーンスパイク制御手段とを備え、前記リーンスパイク制御手段は、前記イオウ成分付着量の減少に伴ってリーンスパイク間隔を長くすることを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒のイオウ成分付着量を検知するイオウ成分付着量検知手段と、前記排気浄化触媒のイオウ被毒再生時に、排気空燃比を燃料リッチに制御する空燃比燃料リッチ化手段と、前記燃料リッチな排気空燃比にリーンスパイクを実施するリーンスパイク実施手段と、前記イオウ成分付着量に基づいて前記リーンスパイクの諸元を設定するリーンスパイク制御手段とを備え、前記リーンスパイク制御手段は、前記イオウ成分付着量の減少に伴ってリーンスパイク実行時間を短くすることを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒のイオウ被毒再生時に、排気空燃比を燃料リッチに制御する空燃比燃料リッチ化手段と、前記排気浄化触媒の下流側に設けられた前記排気空燃比を検出するセンサと、前記センサの出力に基づいて前記燃料リッチな排気空燃比にリーンスパイクを実施するリーンスパイク実施手段と、前記センサの燃料リッチ側出力の積算値を求める積算手段と、内燃機関の負荷に基づいて前記積算値を補正して補正値を求める補正手段とを備え、前記リーンスパイク実施手段は、前記補正値が所定の判定値に達した時点で前記リーンスパイクを開始することを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記センサの出力を含む所定の特性値に基づいて前記排気浄化触媒から放出される硫化水素量を検知する硫化水素検知手段を更に備え、前記リーンスパイク実施手段は、前記硫化水素量が所定の判定値に達した時点で前記リーンスパイクを開始することを特徴とする。
【００２２】
請求項５記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記硫化水素検知手段は、少なくとも前記センサの燃料リッチ側出力の積算値を用いて前記硫化水素量を検知することを特徴とする。
【００２３】
請求項６記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記硫化水素検知手段は、少なくとも前記センサの燃料リッチ側出力の積算値を用い、且つ、イオウ被毒再生時間、内燃機関の吸入空気量、前記排気浄化触媒の触媒温度、前記排気浄化触媒のイオウ成分付着量及び排気空燃比の少なくとも１つを用いて前記硫化水素量を検知することを特徴とする。
【００２４】
請求項７記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項４〜６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、内燃機関の負荷に基づいて前記判定値を補正する補正手段を更に備えたことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００２６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の排気浄化装置及びその周辺の構造を説明するための図である。本実施形態の内燃機関１０は希薄燃焼型の内燃機関である。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温ＴＨＡ（すなわち外気温）を検出する吸気温センサ１８が組みつけられている。
【００２７】
エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０は、吸気通路１２を流れる空気流入量Ｇａを検出するセンサである。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。
【００２８】
スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。また、サージタンク２８の更に下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁３０が配置されている。
【００２９】
排気通路１４には、上流側触媒（スタートキャタリスト）３２と下流側触媒（ＮＯＸ吸蔵触媒）３４とが直列に配置されている。上流側触媒３２は比較的小容量の触媒とされ、内燃機関１０に近い位置に配置されていることから、機関冷間始動時等に短時間で活性化温度まで昇温し、主として始動直後の排気浄化を行う。
【００３０】
また、本実施形態において、下流側触媒３４は流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯＸを吸着、吸収またはその両方にて選択的に保持（吸蔵）し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵しているＮＯＸを排気中の還元成分（ＨＣ，ＣＯ）を用いて還元浄化するものである。
【００３１】
排気通路１４には、上流側触媒３２の上流に空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）３５が配置されている。空燃比センサ３５は排気ガス中の酸素濃度を検出するセンサであって、上流側触媒３２に流入する排気ガス中の酸素濃度に基づいて内燃機関１０で燃焼に付された混合気の空燃比を検出するものである。
【００３２】
また、下流側触媒３４の下流に、サブＯ２センサ３８が配置されている。サブＯ２センサ３８は、排気ガス中の酸素濃度が所定値より大きいか小さいかを検出するためのセンサであって、センサ位置の排気空燃比がストイキよりも燃料リッチになると０．４５Ｖ以上の出力を発生し、排気空燃比がストイキよりも燃料リーンになると０．４５Ｖ以下の出力を発生する。酸素濃度が所定値よりも大きいか小さいかの判定は、サブＯ２センサ３８の出力と所定の判定電圧を比較して行う。通常、判定電圧は０．４５Ｖに設定されており、サブＯ２センサ３８の出力が０．４５Ｖ以上のときは酸素濃度が所定値より大きいものとして判定出力“１”が出力される。出力が０．４５Ｖより小さいときは酸素濃度が所定値より小さいものとして判定出力“０”が出力される。
【００３３】
サブＯ２センサ３８によれば、下流側触媒３４の下流に、燃料リッチな排気ガス（ＨＣ，ＣＯを含む排気ガス）、或いは燃料リーンな排気ガス（ＮＯＸを含む排気ガス）が流出してきたかを判断することができる。
【００３４】
図１に示すように、本実施形態の排気浄化装置はＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサおよび燃料噴射弁３０に加えて、内燃機関１０の冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ４２や、車速ＳＰＤを検出する車速センサ４４などが接続されている。
【００３５】
図１に示すシステムにおいて、内燃機関１０から排出される排気ガスは、先ず、上流側触媒３２で浄化される。そして、下流側触媒３４では、上流側触媒３２で浄化し切れなかった排気ガスの浄化処理が行われる。上流側触媒３２は、燃料リッチな排気ガス中に酸素を放出し、また、燃料リーンな排気ガス中の過剰酸素を吸蔵することで排気ガスの浄化を図る。また、下流側触媒３４は、上流側触媒３２からの排気ガスの排気空燃比がリーン空燃比であるときにはその排気ガス中のＮＯＸを吸蔵する一方、排気空燃比が理論空燃比以下のリッチ空燃比であるときにはその吸蔵したＮＯＸを放出して還元する。
【００３６】
従来の技術の欄で述べたように、下流側触媒３４は、ＮＯＸのみならず、排ガス中に含まれるイオウ成分の酸化物ＳＯＸを硫酸バリウムＢａＳＯ４などの硫酸塩Ｘ−ＳＯ４として保持し、硫酸塩Ｘ−ＳＯ４で被毒（Ｓ被毒）される性質を有している。このため、下流側触媒３４がＳ被毒された場合は、下流側触媒３４の温度を高め、還元雰囲気下におくことでイオウ成分を脱離させる制御（Ｓ回復制御）が行われる。本実施形態の排気浄化装置は、Ｓ回復制御の際にＳＯＸを確実に排出し、かつＨ２Ｓの発生を最小限に抑える制御を行う。
【００３７】
図２は、Ｓ回復制御を実施している際の各波形を示すタイミングチャートである。ここで、図２（Ａ）は下流側触媒３４のイオウ成分付着量（Ｓ付着量）を示す波形を、図２（Ｂ）は、サブＯ２センサ３８の出力波形を示している。また、図２（Ｃ）は下流側触媒３４に流入する排気ガスの目標空燃比を示しており、図２（Ｄ）は下流側触媒３４から排出された排気ガスのＨ２Ｓ濃度を示している。
【００３８】
本実施の形態の排気浄化装置は、図２（Ｃ）に示すようにＳ回復制御の際に目標空燃比を燃料リッチにし、かつ所定のタイミングで空燃比を燃料リーンにするリーンスパイクを実施する。
【００３９】
図２（Ｄ）に示すように、Ｓ回復制御の際に排気空燃比を燃料リッチにすると排出されるＨ２Ｓの濃度も増加していくが、時刻ｔ１でリーンスパイクを実施するとＨ２Ｓ濃度は低下する。リーンスパイクが終了すると再びＨ２Ｓ濃度は増加するが、時刻ｔ２でリーンスパイクを実施するとＨ２Ｓ濃度は再び低下する。このように適切な間隔でリーンスパイクを実施することで、図２（Ｄ）に示すように排出されるＨ２Ｓの濃度を人が臭気を感じるレベル（通常０．５ｐｐｍ程度）以下に低減できる。
【００４０】
一方、リーンスパイクを実施していない時間帯では、排気空燃比が燃料リッチに保たれるため、下流側触媒３４からイオウ成分を確実に脱離させることができる。
【００４１】
このように、本実施の形態の排気浄化装置は、所定間隔でリーンスパイクを実施することによってＨ２Ｓの発生を許容レベル以下に抑制し、リーンスパイクを実施していない時間帯ではＳＯＸを最大限に排出して下流側触媒３４の浄化能力を回復排出させるものである。図３に基づいて、Ｈ２Ｓの発生のみを抑制する原理を説明する。図３は、Ｓ回復制御時におけるＳＯＸ、Ｈ２Ｓの発生量と時間との関係を示す特性図である。
【００４２】
Ｓ回復処理のために空燃比を燃料リッチにすると、図３に示すように、先ずＳＯＸが先に発生し、時間の経過とともにＳＯＸの発生量は低下する。その後、Ｈ２Ｓの発生量が増加してピークを迎え、やがてＨ２Ｓの発生量も低下する。このように、Ｈ２Ｓの発生時期はＳＯＸの発生時期に対して時間遅れが生じている。
【００４３】
Ｈ２Ｓの排出時期に遅れが生じる要因として、以下に挙げるものが想定できる。
（１）反応速度の違い
ＳＯＸ発生、Ｈ２Ｓ発生の際には以下の還元反応が生じていると考えられる。
ＢａＳＯ４＋ＣＯ→ＢａＣＯ３＋ＳＯ２
ＳＯ２＋３Ｈ２→Ｈ２Ｓ＋２Ｈ２Ｏ
このような反応が生じている場合、Ｈ２による還元速度はＣＯによる還元速度に比べて１／３程度である。従って、Ｈ２Ｓの発生に遅れが生じると考えられる。
（２）安定度
下流側触媒３４から排気ガス中に脱離したＳＯＸは、排気ガス中の他のガス成分に比較して安定している。従って、排気ガス中のＨ２はＳＯＸよりも他の成分と優先的に反応する。このため、Ｈ２Ｓの発生に遅れが生じると考えられる。
（３）濃度の違い
Ｓ回復制御中、Ｈ２はＣＯに比較して１／１０程度しか排気ガス中に存在しない。従って、Ｈ２による還元反応の機会がＣＯによる還元反応よりも少ない。このため、Ｈ２Ｓの発生に遅れが生じると考えられる。
（４）Ｈ２Ｓの酸化反応
下流側触媒３４は燃料リーンな排ガス中の過剰酸素を吸蔵している。このため、下流側触媒３４の前端部の反応でＳＯ２からＨ２Ｓが生成されても、下流側触媒３４が吸蔵する酸素によって以下の反応が生じ、Ｈ２Ｓが後端部に流れついた際にＳＯ２に戻る。
Ｈ２Ｓ＋Ｏ２→Ｈ２Ｏ＋ＳＯ２
Ｈ２ＳがＳＯ２に戻らないためには吸蔵した酸素が下流側触媒３４から完全に脱離してしまうことが必要であるが、吸蔵している酸素が還元雰囲気下で消費されるまでにはある程度の時間を要する。このため、Ｈ２Ｓの発生に遅れが生じると考えられる。
【００４４】
本実施形態では、Ｈ２Ｓの発生時期の遅れを利用して、Ｈ２Ｓの発生量が許容レベルを超える直前に図２（Ｃ）に示す時刻ｔ１のリーンスパイクを実施する。図３に示すように、時刻ｔ１の時点では既にＳＯＸが多量に発生しているため、リーンスパイクを実施したことによるＳＯＸ発生量の低減は最小限に抑えられる。従って、時刻ｔ１以前に下流側触媒３４から脱離したＳＯＸを確実に排出することができる。
【００４５】
同様に、時刻ｔ２以降のリーンスパイクもＨ２Ｓの発生量が許容レベルを超える直前に実施する。時刻ｔ２以降のリーンスパイクを行う際も、Ｈ２Ｓよりも早い時期にＳＯＸが発生しているため、リーンスパイクを行う以前に発生したＳＯＸを確実に排出することができる。
【００４６】
また、図２（Ａ）に示すように、Ｓ回復制御により下流側触媒３４中のＳ付着量は時間の経過とともに低下し、Ｓ付着量が少ないほどＳＯＸ発生量、Ｈ２Ｓ発生量は少なくなる。従って、リーンスパイクを終了して目標空燃比を燃料リッチに戻した後、Ｈ２Ｓ濃度が許容レベル（０．５ｐｐｍ）に到達するまでの時間は、リーンスパイクを実施する毎に長くなる。このため、本実施形態では、図２（Ｃ）に示すように、Ｓ回復制御の時間の経過に伴ってリーンスパイク間隔を長くすることとしている。これにより、排気空燃比を燃料リッチにしている時間をより長くできるため、ＳＯＸをより多く排出することが可能となる。
【００４７】
また、Ｓ付着量が少なくなるほどＨ２Ｓの発生量は少なくなるため、図２（Ｃ）に示すように、Ｓ回復制御の時間の経過に伴ってリーンスパイクを実行している時間を短くできる。これにより、排気空燃比を燃料リッチにしている時間をより長くすることができ、ＳＯＸをより多く排出することが可能となる。
【００４８】
更に、Ｓ付着量が少なくなるほどＨ２Ｓの発生量は少なくなるため、図２（Ｃ）に示すように、Ｓ回復制御の時間の経過に伴って目標空燃比の燃料リッチの度合いをより燃料リッチ側にすることができる。これにより、ＳＯＸをより多く排出することが可能となる。なお、目標空燃比を燃料リッチ側へ可変することで、図２（Ｂ）に示すようにＳ付着量の低下に伴ってサブＯ２センサ３８の出力は次第に増加する。
【００４９】
このように、Ｓ付着量の低下に伴ってリーンスパイク間隔、実行時間、空燃比を可変していくことで、Ｈ２Ｓの排出量を許容レベル以下に抑えることができ、かつ下流側触媒３４に付着したイオウ成分をより短時間で効率良く排出できる。従って、下流側触媒３４のＮＯＸ浄化能力を確実に回復させることができる。
【００５０】
次に、図４〜図９に基づいて、Ｓ付着量に応じてリーンスパイクの諸元を設定する具体的な方法について説明する。
【００５１】
図４は、本実施形態の排気浄化装置の制御に関わる各波形を示すタイミングチャートである。ここで、図４（Ａ）はＳ回復制御実施フラグ（XSPARGE）の波形を、図４（Ｂ）はリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の波形を、図４（Ｃ）はＳ付着量（soxcnt）の波形を、図４（Ｄ）はリーンスパイク間隔カウンタ（leansoffcnt）の波形を、図４（Ｅ）はリーンスパイク実施カウンタ（leansoncnt）の波形を、図４（Ｆ）は目標空燃比の波形をそれぞれ示している。なお、図４（Ｆ）の目標空燃比の波形は、図２（Ｃ）と同一である。
【００５２】
また、図５は、図４（Ｂ）に示すリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態を“０”または“１”に設定する手順を示すフローチャートである。ここで、リーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態が“０”の場合は、図４（Ｆ）に示すように目標空燃比はストイキよりも燃料リッチ側に設定される。一方、リーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態が“１”の場合は、図４（Ｆ）に示すようにリーンスパイクが実施される。
【００５３】
最初に、図２（Ａ）及び図４（Ｃ）に示す触媒中のＳ付着量（soxcnt）を求める方法について説明する。イオウ成分は燃料、オイルに含まれるため、Ｓ付着量（soxcnt）は燃料量、オイル消費量、Ｓ回復制御の実行履歴などから求めることができる。
【００５４】
先ず、Ｓ回復制御を実施していない通常の燃料制御の場合、又は下流側触媒３４の触媒温度＜所定温度の場合、又はＡ／Ｆ＞１４．７の場合、は下式に従ってＳ付着量（soxcnt）を求める。なお、所定温度は、下流側触媒３４からイオウ成分が脱離する温度であって、通常６５０℃程度である。
今回Ｓ付着量（soxcnt）＝前回Ｓ付着量（soxcnt）＋瞬時Ｓ付着量
ここで、上述のようにイオウ成分の供給源は燃料、オイルであるため、瞬時Ｓ付着量は燃料量、オイル消費量と相関がある。従って、上式の瞬時Ｓ付着量は燃料量、オイル消費量の関数で表される。
【００５５】
一方、Ｓ回復制御中、又はＮＯＸ触媒温度≧所定温度かつＡ／Ｆ≦１４．７のときは下式に従ってＳ付着量（soxcnt）を求める。
今回Ｓ付着量（soxcnt）＝前回Ｓ付着量（soxcnt）−瞬時Ｓ脱離量
ここで、瞬時Ｓ脱離量はＳ付着量（soxcnt）、触媒温度、空燃比（Ａ／Ｆ）、吸入空気量により異なるため、これらの関数で表される。
【００５６】
このように、Ｓ回復制御を行っている場合、又は、ＮＯＸ触媒温度≧所定値でありかつＡ／Ｆ≦１４．７の場合はイオウ成分が脱離するため、前回計測時のＳ付着量（soxcnt）から瞬時Ｓ脱離量を減算する。一方、これ以外の場合はイオウ成分が付着するため前回計測時のＳ付着量（soxcnt）に瞬時Ｓ付着量を加算する。このような場合分けをすることでＳ付着量（soxcnt）を求めることができる。
【００５７】
次に、図５のフローチャートに基づいてリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態を設定する手順について説明する。先ず、ステップＳ１ではＳ回復制御実施フラグ（XSPARGE）が立ち上がっているか否かを判定する。Ｓ回復制御実施フラグ（XSPARGE）は、下流側触媒３４のＳ被毒量が多く、再生処理が必要な場合に立ち上がる。具体的には、図２（Ａ）及び図４（Ｃ）に示すＳ付着量（soxcnt）が増加して所定のしきい値に達した場合に立ち上がる。ステップＳ１でＳ回復制御実施フラグが立ち上がっている場合（XSPARGE=1のとき）はステップＳ２へ進み、現時点でのリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態を検出する。リーンスパイク実施フラグが立ち上がっている場合（XLEANSON=1のとき）はステップＳ４へ進み、リーンスパイク実施フラグが立ち上がっていない場合（XLEANSON≠1のとき）はステップＳ３へ進む。
【００５８】
ステップＳ３では、リーンスパイク間隔カウンタ（leansoffcnt）を１だけ増加させる。次のステップＳ５では、上述の方法でＳ付着量（soxcnt）を検出する。次のステップＳ６では、マップよりリーンスパイク間隔（kLEANSOFF）を算出する。
【００５９】
図６はステップＳ６で参照するマップを示している。このマップはＳ付着量（soxcnt）とリーンスパイク間隔（kLEANSOFF）の関係を規定するもので、Ｓ付着量（soxcnt）が少なくなるとリーンスパイク間隔（kLEANSOFF）が長くなるように両者の関係を規定している。下流側触媒３４からのＨ２Ｓ発生量はＳ付着量（soxcnt）と相関があるため、このマップを参照することで、排出されたＨ２Ｓ濃度が許容レベルに達する直前にリーンスパイクを実施することが可能となる。同時に、Ｓ付着量（soxcnt）が少ない場合は、リーンスパイク間隔（kLEANSOFF）を長くする制御が実現できる。
【００６０】
次のステップＳ７では、リーンスパイク間隔カウンタ（leansoffcnt）とリーンスパイク間隔（kLEANSOFF）を比較する。leansoffcnt＞kLEANSOFFのときはステップＳ８へ進み、リーンスパイク実施フラグを立ち上げる（XLEANSON=1）。leansoffcnt＞kLEANSOFFでないときは初期状態に戻る（RETURN）。
【００６１】
ステップＳ２でリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）が立ち上がっている場合は、ステップＳ４でリーンスパイク実施カウンタ（leansoncnt）を１だけ加算する。次のステップＳ９では、Ｓ付着量（soxcnt）を検出する。次のステップＳ１０では、マップよりリーンスパイク実行時間（kLEANSON）を算出する。
【００６２】
図７はステップＳ１０で参照するマップを示している。このマップはＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）とリーンスパイク実行時間（ｋＬＥＡＮＳＯＮ）の関係を規定するもので、Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）が少なくなるとリーンスパイク実行時間（ｋＬＥＡＮＳＯＮ）が短くなるように両者の関係を規定している。これにより、Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）が少ない場合はリーンスパイク実行時間（ｋＬＥＡＮＳＯＮ）を短くする制御が実現できる。
【００６３】
次のステップＳ１１ではリーンスパイク実施カウンタ（leansoncnt）とリーンスパイク実行時間（kLEANSON）を比較する。leansoncnt＞kLEANSONのときはステップＳ１２へ進み、リーンスパイク実施フラグを立ち下げる（XLEANSON=0）。leansoncnt＞kLEANSONでないときは初期に戻る（RET）。
【００６４】
このように図５のフローチャートの処理では、ステップＳ８でリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）が“１”に設定されるまでは、ステップＳ１〜ステップＳ７の処理が繰り返し行われるため、図４（Ｄ）に示すようにリーンスパイク間隔カウンタ（leansoffcnt）の値は１づつ増加する。そして、リーンスパイク間隔カウンタ（leansoffcnt）の値がリーンスパイク間隔（kLEANSOFF）より大きくなるまでXLEANSON=0の状態が維持される。
【００６５】
一方、リーンスパイク間隔カウンタ（leansoffcnt）の値がリーンスパイク間隔（kLEANSOFF）より大きくなると、ステップＳ８でリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）が“１”に設定される。そして、ステップＳ１２でリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）が“０”に設定されるまでは、ステップＳ１〜ステップＳ１１の処理が繰り返し行われるため、図４（Ｅ）に示すようにリーンスパイク実施カウンタ（leansoncnt）の値は１づつ増加する。そして、リーンスパイク実施カウンタ（leansoncnt）の値がリーンスパイク実行時間（XLEANSON）より大きくなるまでXLEANSON=1の状態が維持される。
【００６６】
次に、図６及び図７に示すマップの作成方法を説明する。これらのマップは、Ｓ付着量の異なる下流側触媒３４を複数用意し、それぞれを内燃機関１０に接続して機関を運転し、下流側触媒３４から排出されたＨ２Ｓ量、ＳＯＸ量を測定することで作成できる。図８は図６のマップの作成方法を示す模式図である。ここで、図８（Ａ）の縦軸は下流側触媒３４から排出された排気ガス中のＨ２Ｓ量を、図８（Ｂ）の縦軸は下流側触媒３４から排出された排ガス中のＳＯＸ量を示している。また、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）の横軸はリーンスパイク間隔（kLEANSOFF）を示している。
【００６７】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）において、曲線５０、曲線５２、曲線５４は、下流側触媒３４のＳ付着量が異なる場合のそれぞれの特性を示しており、曲線５０、曲線５２、曲線５４の順にＳ付着量は大きくなる。これらの特性はＳ付着量、リーンスパイク間隔以外のパラメータを固定した状態で求めた測定値である。
【００６８】
図８（Ａ）の限界値は、Ｈ２Ｓ量の許容レベルの上限値を示しており、人が異臭を感じる濃度０．５ｐｐｍのレベルを示している。要求値は余裕分を見込んで限界値よりも小さく設定されており、実際のマップの作成は要求値を用いて行う。また、図８（Ｂ）の要求値は、ＳＯＸ排出量の下限値を示しており、下流側触媒３４のＳ被毒を十分に解消するためには要求値以上のＳＯＸを排出することが必要である。
【００６９】
図８（Ａ）に示すように、Ｈ２Ｓ排出量を要求値以下にするためには、リーンスパイク間隔を短くする必要がある。一方、図８（Ｂ）に示すように、ＳＯＸの排出量を要求値以上とするためには、リーンスパイク間隔を長くする必要がある。従って、それぞれのＳ付着量毎にＨ２Ｓ、ＳＯＸ双方の要求値を満たすようにマップを作成する。例えばＳ付着量が最も多い曲線５０の場合は、リーンスパイク間隔を図８に示す時間ｔＡの中間の値とし、他の曲線５２，５４の場合についてもリーンスパイク間隔をそれぞれ求める。これにより、図８（Ｃ）に示すようにＳ付着量とリーンスパイク間隔の関係を求めることができる。
【００７０】
なお、図６のマップを作成する際には、図８（Ａ）における曲線５０，５２，５４と要求値の交点でのリーンスパイク間隔を用い、曲線５０，５２，５４に対応するＳ付着量に当てはめてマップを作成してもよい。この方法で作成したマップを使用することで、排出されたＨ２Ｓ濃度が許容レベルに達する直前までリーンスパイク間隔を長くすることができ、より多量のＳＯＸをリーンスパイク直前まで排出できる。
【００７１】
図９は図７のマップの作成方法を示す模式図である。図８（Ａ），（Ｂ）と同様、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）の縦軸は排出されたＨ２Ｓ量、ＳＯＸ量をそれぞれ示している。また、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）の横軸はリーンスパイク実行時間（kLEANSON）を示している。
【００７２】
図８と同様に、図９（Ａ）中の曲線５０、曲線５２、曲線５４は、Ｓ付着量が異なる場合のそれぞれの特性を示しており、これらの特性はＳ付着量、リーンスパイク実行時間以外のパラメータを固定して求めた測定値である。また、図９（Ａ）に示す限界値、要求値、図９（Ｂ）に示す要求値は、図８（Ａ）、図８（Ｂ）と同様である。
【００７３】
図９（Ａ）に示すように、Ｈ２Ｓの排出量を要求値以下にするためにはリーンスパイク実行時間を長くする必要がある。一方、図９（Ｂ）に示すように、ＳＯＸの排出量を要求値以上とするためにはリーンスパイク実行時間を短くする必要がある。従って、それぞれのＳ付着量毎にＨ２Ｓ、ＳＯＸ双方の要求値を満たすようにマップを作成する。例えば曲線５０の場合は、リーンスパイク実行時間を時間ｔＢの中間の値とし、他の曲線５２，５４の場合についてもリーンスパイク実行時間をそれぞれ求める。これにより、図９（Ｃ）に示すようにＳ付着量とリーンスパイク実行時間の関係を求めることができる。
【００７４】
次に、Ｓ付着量（soxcnt）に応じて目標空燃比を燃料リッチ側へ可変する方法について説明する。図１０はＳ付着量に応じて目標空燃比を補正する手順を示すフローチャートである。この制御では、リーン補正量（kLEAN）とリッチ補正量（kRICH）を使用して、リーンスパイク時の目標空燃比とリーンスパイク時以外の目標空燃比を制御する。
【００７５】
先ず、ステップＳ２１では、リーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態を参照して、XLEANSON=1であればステップＳ２２へ進む。XLEANSON=1でなければステップＳ２３へ進む。
【００７６】
ステップＳ２２では、マップを参照してリーン補正量（kLEAN）を算出する。図１１は、図１０のステップＳ２２で参照するマップを示す模式図である。図１１に示すように、リーン補正量（kLEAN）は１．０より大きい値であり、Ｓ付着量の減少に伴って減少する。次のステップＳ２４ではリッチ補正量（kRICH）を１．０に設定し、次のステップＳ２５では目標空燃比をストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．６）に設定する。次のステップＳ２６では、下式を用いて目標空燃比を補正する。
今回目標空燃比＝前回目標空燃比×kLEAN×kRICH
この際、目標空燃比の初期値はステップＳ２５で設定したストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．６）であり、kLEAN＞1.0，kRICH=1.0であるため、目標空燃比は燃料リーンの値（Ａ／Ｆ＝１４．６以上）となる。
【００７７】
ステップＳ２１でkLEANSON=1でない場合、ステップＳ２３ではマップを参照してリッチ補正量（kRICH）を算出する。図１２はステップＳ２３で参照するマップを示す模式図である。図１２に示すように、リッチ補正量（kRICH）は１．０より小さい値であり、Ｓ付着量の減少に伴って減少する。次のステップＳ２７ではリーン補正量（kLEAN）を１．０に設定し、次のステップＳ２８では目標空燃比をストイキの１４．６に設定する。
【００７８】
次のステップＳ２６では、上式を用いて目標空燃比を補正する。この際、目標空燃比の初期値はステップＳ２７で設定したストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．６）であり、kRICH＜1.0，kLEAN=1.0であるため、算出された目標空燃比は燃料リッチな値（Ａ／Ｆ＝１４．６以下）となる。
【００７９】
このように、リーンスパイクを実施している場合はXLEANSON=1であり、ステップＳ２２〜Ｓ２６の処理が繰り返される。この際、Ｓ付着量が減少していくと図１１のマップからより１．０に近いリーン補正量（kLEAN）が求められる。従って、図４（Ｆ）に示すように、リーンスパイク時の目標空燃比をリッチ側へ可変していく制御が実現できる。
【００８０】
一方、リーンスパイクを実施していない場合はXLEANSON=0であり、ステップＳ２３〜Ｓ２６の処理が繰り返される。この際、Ｓ付着量が減少していくと図１２のマップからより小さなリッチ補正量（kRICH）が求められる。従って、図４（Ｆ）に示すように、リーンスパイクを実施していない場合の目標空燃比をリッチ側へ可変していく制御が実現できる。
【００８１】
図１１及び図１２のマップは、図６及び図７のマップと同様の方法で作成できる。図１１のマップを求める場合は、Ｓ付着量とリーン補正量以外のパラメータを固定し、異なるＳ付着量毎にリーン補正量を可変してＳＯＸ、Ｈ２Ｓの排出量を求め、ＳＯＸ、Ｈ２Ｓの排出量が適正となるリーン補正量を求めればよい。図１２のマップについても同様である。
【００８２】
リーンスパイクの諸元、目標空燃比を求めた後の排気空燃比の制御は、空燃比センサ３５の検出値を燃料噴射弁３０における燃料噴射量にフィードバックするメインフィードバック（メインＦ／Ｂ）、サブＯ２センサ３８の検出値を燃料噴射弁３０における燃料噴射量にフィードバックするサブフィードバック（サブＦ／Ｂ）を用いて行う。
【００８３】
以上説明したように実施の形態１によれば、下流側触媒３４のＳ付着量に基づいてリーンスパイクを実施し、Ｓ付着量の低下に伴ってリーンスパイク間隔、実行時間、空燃比を可変するようにしたため、Ｈ２Ｓの排出量を許容レベル以下に抑えることができ、かつ下流側触媒３４に付着したイオウ成分を最大限に排出することができる。従って、Ｈ２Ｓの発生を抑制した状態で下流側触媒３４のＮＯＸ浄化能力を効率良く回復させることができる。
【００８４】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、下流側触媒３４の触媒内空燃比時系列変化からＨ２Ｓ発生量を予測してリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態を設定するものである。
【００８５】
図１３は下流側触媒３４の触媒内空燃比時系列変化を説明するための模式図であって、触媒の内面を模式的に示す図である。上述のように下流側触媒３４は排気ガス中のＮＯＸを吸蔵し、放出する。図１３（Ａ）は、下流側触媒３４に燃料リーンな排気ガスを流し、下流側触媒３４の全域にＮＯＸなどのリーン成分が吸蔵された状態を示している。便宜上、リーン成分が吸蔵された領域を触媒内リーン領域と称する。
【００８６】
図１３（Ｂ）〜図１３（Ｄ）は、図１３（Ａ）の状態からＳ回復制御によって下流側触媒３４内に燃料リッチな排気ガスを通過させ、前側からリーン成分が順次に脱離していく様子を時系列的に示したものである。便宜上、リーン成分が脱離した領域を触媒内リッチ領域と称する。
【００８７】
図１３（Ｂ）〜図１３（Ｄ）に示すように、燃料リッチな排気ガスを流して触媒内を還元雰囲気にすると、下流側触媒３４が吸蔵していたリーン成分が前側から順に脱離していく。還元雰囲気下では下流側触媒３４に吸蔵されたＳＯＸも還元されるため、触媒内リッチ領域の拡大とともに触媒内のＳＯＸが脱離していき、排気ガス中の水素と反応してＨ２Ｓが発生する。
【００８８】
この際、排気空燃比が燃料リッチであるほど排気ガス中の還元剤が多くなるため、触媒内リッチ領域が拡大する速度も大きくなる。そして、触媒内リッチ領域が拡大するほど下流側触媒３４から排出されるＳＯＸ量、Ｈ２Ｓ量は多くなる。触媒内リッチ領域の拡がる度合いは、下流側触媒３４から排出される排気ガスの排気空燃比から予測できるため、サブＯ２センサ３８の出力をモニタすることで触媒内空燃比の時系列変化を予測することができ、これに基づいてＨ２Ｓ発生量を求めることができる。
【００８９】
一方で、触媒内時系列変化は下流側触媒３４を流れる排気ガス量に応じて変動し、空燃比が同じ場合であっても排気ガス流量が多いほど触媒内リッチ領域は拡大する。サブＯ２センサ３８の出力のみで触媒内時系列変化の傾向は判別できるが、より精度の高い制御を行うためには、エンジン負荷に応じてサブＯ２センサ３８の出力を補正することが好ましい。この際、エンジン負荷は内燃機関１０の吸入空気量と同等であるため、吸入空気量に応じて補正を行うことが望ましい。これにより、より高い精度でＨ２Ｓ発生量を求めることができる。
【００９０】
同様に、燃料リーンな排気ガスによって触媒内リーン領域が拡大する様子もサブＯ２センサ３８の出力から予測することができる。
【００９１】
具体的な方法を以下に説明する。図１４は、触媒内空燃比時系列変化を考慮してリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）を立ち上げる方法を示すタイミングチャートである。ここで、図１４（Ａ）は、サブＯ２センサ３８の出力波形を示している。図１４（Ｂ）中の破線は、図１４（Ａ）に示す出力波形のリッチ側出力の積算値（以下、積算（Ｒ）と称する）を示している。積算（Ｒ）は、図１４（Ａ）のリッチ側（０．４５Ｖ以上）の出力を時間で積算して得た値であり、空燃比を燃料リッチに制御している間に下流側触媒３４から排出されたＳＯＸ量、Ｈ２Ｓ量を間接的に示す値である。また、図１４（Ｂ）中の実線は、エンジン負荷（吸入空気量）に応じて補正した積算（Ｒ）の値を示している。積算（Ｒ）を補正する際は、例えば吸入空気量が多いほど積算（Ｒ）に大きな補正係数を乗じて補正する。
【００９２】
図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）に示す出力波形のリーン側出力の積算値（以下、積算（Ｌ）と称する）を示している。また、図１４（Ｄ）はリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の波形を示している。積算（Ｌ）は、図１４（Ａ）のリーン側（０．４５Ｖ以下）の出力を時間で積算して得た値であり、排気空燃比を燃料リーンにするとＳＯＸ量、Ｈ２Ｓ量は低下するため、積算（Ｌ）はリーンスパイクによるＳＯＸ、Ｈ２Ｓの低下量に応じた値である。
【００９３】
図１４（Ａ）に示すようにＳ回復制御の実施中、排気空燃比は燃料リッチに制御される。そして、図１４（Ｂ）に示すように、積算（Ｒ）とその補正値は時間の経過とともに増加し、補正値が所定値に達した時点（時刻ｔ１０）で図１４（Ｄ）のリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）を立ち上げる。これにより、リーンスパイクが実施される。ここで、所定値はＨ２Ｓ発生量の許容レベルに対応した値である。このように、サブＯ２センサ３８の出力から積算（Ｒ）を求め、エンジン負荷で補正することで、触媒内空燃比時系列変化に基づいたＨ２Ｓ発生量を求めることができ、触媒内の状態を考慮して適性なタイミングでリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）を立ち上げることが可能となる。
【００９４】
図１４（Ａ）に示すように、リーンスパイクを実施している間のサブＯ２サンサ３８の出力は０．４５Ｖ以下となる。そして、図１４（Ｄ）に示すように積算（Ｌ）は増加していく。上述したように、積算（Ｌ）はリーン時のＨ２Ｓ濃度の低下量に相当する。従って、積算（Ｌ）の値が所定値に達した時点で、Ｈ２Ｓ濃度が十分に低下したもの判断し、リーンスパイクを終了する。その後、再び空燃比を燃料リッチにしてＳ回復制御を行う。
【００９５】
次に、より高い精度でＨ２Ｓ発生量を求める方法を説明する。図１５は、Ｈ２Ｓ放出速度に関係する各特性値を示す模式図である。図１５（Ａ）の横軸はＳ回復制御時間（Ｔｉｍｅ）、図１５（Ｂ）の横軸は内燃機関１０の吸入空気量（Ｇａ）、図１５（Ｃ）の横軸は下流側触媒３４の触媒温度（Ｔｅｍｐ）、図１５（Ｄ）の横軸は下流側触媒３４のＳ付着量（Ｓ）、図１５（Ｅ）の横軸は排気空燃比（Ａ／Ｆ）をそれぞれ示している。また、図１５（Ｆ）の横軸は積算（Ｒ）を示している。
【００９６】
図１５（Ａ）〜（Ｆ）の縦軸はＨ２Ｓ放出のし易さ（Ｈ２Ｓ発生量）を示している。Ｈ２Ｓ発生量は、Ｓ回復制御時間、吸入空気量、触媒温度、Ｓ付着量、積算（Ｒ）の増加に伴って増加する。また、Ｈ２Ｓ発生量は、排気空燃比の増加に伴って減少する。Ｈ２Ｓの放出速度は、図１５（Ａ）〜（Ｆ）に示す各特性の関数として求めることができる。
【００９７】
図１６は、図１５に示す各特性値からＨ２Ｓ放出速度を求め、Ｈ２Ｓ放出速度に基づいてリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態を設定する手順を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ３１ではＳ回復制御の実施中であるか否かを判別する。Ｓ回復制御実施中の場合はステップＳ３２へ進む。Ｓ回復制御実施中でない場合は、リーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）を設定する必要がないため、初期状態に戻る（RETURN）。ステップＳ３２では、サブＯ２センサ３８の出力を検出する。
【００９８】
次のステップＳ３３では、サブＯ２センサ３８の出力が０．４５Ｖ以上であるか否かを判別する。出力が０．４５Ｖ以上の場合は排気空燃比が燃料リッチであり、この場合はステップＳ３４へ進む。ステップＳ３４ではリーン側出力積算値（積算（Ｌ））をクリアにし（積算（Ｌ）＝０）、次のステップＳ３５ではリッチ側出力積算値（積算（Ｒ））を求める。ここで、積算（Ｒ）は（サブＯ２センサ出力−０．４５）の積算によって求められる。
【００９９】
次のステップＳ３６ではＳ付着量（soxcnt）を求める。実施の形態１で説明したように、Ｓ回復制御中のＳ付着量は下式から求められる。
今回Ｓ付着量（soxcnt）＝前回Ｓ付着量（soxcnt）−瞬時Ｓ脱離量
ここで、瞬時Ｓ脱離量は、Ｓ付着量（soxcnt）、触媒温度、排気空燃比（Ａ／Ｆ）、吸入空気量の関数である。
【０１００】
次のステップＳ３７では、Ｈ２Ｓ放出速度を算出する。ここでは、図１５に示す各特性値、Ｈ２Ｓ生成時間などの特性値の少なくとも１つを用いてＨ２Ｓ放出速度を算出する。ここで、積算（Ｒ）は下流側触媒３４から実際に排出されたＳＯＸ量、Ｈ２Ｓ量に応じた値であるため、図１５の各特性値のうち、積算（Ｒ）だけは必ず用いてＨ２Ｓ放出速度を算出する。これにより、Ｈ２Ｓ放出速度を高い精度で算出することが可能となる。なお、積算（Ｒ）、Ｓ付着量（soxcnt）については、ステップＳ３５，Ｓ３６で求めた値を用いる。また、Ｈ２Ｓ生成時間は、ＳＯＸが生成された後、水素と反応してＨ２Ｓが生成されるまでの時間である。
【０１０１】
次のステップＳ３８では、マップから仮判定値を求める。図１７はステップＳ３８で参照するマップを示す模式図である。図１７に示すように、下流側触媒３４のＳ付着量（soxcnt）が多い場合、より多くのＨ２Ｓが排出されるため、Ｓ付着量（soxcnt）が多くなるほど仮判定値を低くする。これにより、ステップＳ３９で用いる最終判定値を小さくすることができ、より早い段階からリーンスパイクを実施することが可能となる。
【０１０２】
次のステップＳ３９では、ステップＳ３８で求めた仮判定値に補正値（ｆ（ＮＥ，ＰＭ））を乗じて最終判定値を求める。ここで、補正値（ｆ（ＮＥ，ＰＭ））はエンジン回転数（ＮＥ）と吸気管圧力（ＰＭ）の関数であり、吸入空気量に応じた値である。
【０１０３】
上述のように触媒内リッチ領域は燃料リッチな排気ガスの流量に応じて拡大し、Ｈ２Ｓ発生量は排気ガス流量、すなわち吸入空気量に応じて増加する。図１６のフローでは、Ｈ２Ｓ放出速度を算出する際に吸入空気量を用い、さらに吸入空気量に応じた補正値（ｆ（ＮＥ，ＰＭ））で仮判定値を補正しているため、運転状態に応じて吸入空気量が変動し、内燃機関１０の負荷が変動した場合であっても、適切なタイミングでリーンスパイクを実施することができる。
【０１０４】
次のステップＳ４０では、Ｈ２Ｓ放出速度と最終判定値を比較する。そして、Ｈ２Ｓ放出速度≧最終判定値の場合はステップＳ４１へ進み、リーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）を立ち上げる。これにより、リーンスパイクが実施される。ステップＳ４０でＨ２Ｓ放出速度≧最終判定値でない場合は初期に戻る（RETURN）。
【０１０５】
一方、ステップＳ３３でサブＯ２センサ出力が０．４５Ｖ未満のとき、すなわち、排気空燃比が燃料リーンの場合はステップＳ４２へ進む。そして、ステップＳ４２では積算（Ｒ）の値をクリアにする。次のステップＳ４３では、積算（Ｌ）を求める。ここで、積算（Ｌ）は（０．４５−サブＯ２センサ出力）の積算によって求められる。
【０１０６】
次のステップＳ４４では、積算（Ｌ）と所定値を比較する。積算（Ｌ）≧所定値の場合はＨ２Ｓ放出速度が十分に低下しているためステップＳ４５へ進み、リーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）を立ち下げる。これにより、リーンスパイクが終了する。ステップＳ４４で積算（Ｌ）≧所定値でない場合は、ステップＳ４１へ進み、引き続きリーンスパイクを実施する。
【０１０７】
以上説明したように実施の形態２によれば、触媒内空燃比時系列変化をサブＯ２センサ３８のリッチ側出力積算値から求め、積算値を運転状態に応じて補正するようにしたため、触媒内のＳ被毒状態に応じて適切なタイミングでリーンスパイクを実施することが可能となる。
【０１０８】
更に、Ｈ２Ｓ放出速度に関係する各特性値を考慮してＨ２Ｓ放出速度を求め、これに基づいてリーンスパイク実施フラグ（XLEANSON）の状態を設定するようにしたため、より適正なタイミングでリーンスパイクを実施することができる。従って、Ｈ２Ｓ排出量が許容レベルを超える直前にリーンスパイクを実施することができ、Ｈ２Ｓ排出量を低減するとともにＳＯＸの排出を効率良く行うことができる。
【０１０９】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【０１１１】
請求項１記載の発明によれば、排気浄化触媒のイオウ成分付着量に基づいて適正なリーンスパイクを実施できるため、イオウ被毒再生時の硫化水素の発生を抑えるとともに、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
また、請求項１記載の発明によれば、イオウ成分付着量の減少に伴ってリーンスパイク間隔を長くするため、排気空燃比を燃料リッチにしている時間をより長くすることができる。従って、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
【０１１２】
請求項２記載の発明によれば、排気浄化触媒のイオウ成分付着量に基づいて適正なリーンスパイクを実施できるため、イオウ被毒再生時の硫化水素の発生を抑えるとともに、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
また、請求項２記載の発明によれば、イオウ成分付着量の減少に伴ってリーンスパイク実行時間を短くするため、排気空燃比を燃料リッチにしている時間をより長くすることができる。従って、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
【０１１５】
請求項３記載の発明によれば、排気浄化触媒の下流側に設けられたセンサの出力に基づいてリーンスパイクを実施するため、触媒内空燃比時系列変化に基づいて適正なタイミングでリーンスパイクを実施できる。
また、請求項３記載の発明によれば、センサの燃料リッチ側出力積算値を内燃機関の負荷に応じて補正するため、触媒内空燃比時系列変化を正確に求めることができ、適正なタイミングでリーンスパイクを実施できる。
【０１１６】
請求項４記載の発明によれば、硫化水素量が所定の判定値に達した時点でリーンスパイクを実施するため、イオウ被毒再生時の硫化水素の発生を抑えるとともに、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
【０１１７】
請求項５記載の発明によれば、センサの燃料リッチ側出力の積算値を用いて硫化水素量を検知するため、精度良く硫化水素量を検知することができる。
【０１１８】
請求項６記載の発明によれば、少なくともセンサの燃料リッチ側出力の積算値を用い、且つ、イオウ被毒再生時間、内燃機関の吸入空気量、排気浄化触媒の触媒温度、排気浄化触媒のイオウ成分付着量及び排気空燃比の少なくとも１つを用いて硫化水素量を検知するため、精度良く硫化水素量を検知することができる。
【０１１９】
請求項７記載の発明によれば、内燃機関の負荷に基づいて判定値を補正するため、内燃機関の負荷に応じて適正なタイミングでリーンスパイクを実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１にかかる内燃機関の排気浄化装置及びその周辺の構造を説明するための図である。
【図２】 Ｓ回復制御を実施している際の各波形を示すタイミングチャートである。
【図３】 Ｓ回復制御の際に発生するＳＯＸ量とＨ２Ｓ量を示す特性図である。
【図４】 実施の形態１の排気浄化装置の制御に関わる各波形を示すタイミングチャートである。
【図５】 リーンスパイク実施フラグの状態を設定する手順を示すフローチャートである。
【図６】 Ｓ付着量とリーンスパイク間隔のマップを示す模式図である。
【図７】 Ｓ付着量とリーンスパイク実行時間のマップを示す模式図である。
【図８】 図６のマップの作成方法を示す模式図である。
【図９】 図７のマップの作成方法を示す模式図である。
【図１０】 Ｓ付着量に応じて目標空燃比を補正する手順を示すフローチャートである。
【図１１】 Ｓ付着量とリーン補正量のマップを示す模式図である。
【図１２】 Ｓ付着量とリッチ補正量のマップを示す模式図である。
【図１３】 触媒内空燃比時系列変化を説明するための模式図である。
【図１４】 実施の形態２の排気浄化装置の制御に関わる各波形を示すタイミングチャートである。
【図１５】 Ｈ２Ｓ放出速度に関係する各特性値を示す模式図である。
【図１６】 Ｈ２Ｓ放出速度に基づいてリーンスパイク実施フラグの状態を設定する手順を示すフローチャートである。
【図１７】 図１６のフローチャートにおいて、仮判定値を求めるマップを示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
３０ 燃料噴射弁
３２ 上流側触媒
３４ 下流側触媒（ＮＯＸ吸蔵触媒）
３５ 空燃比センサ
３８ サブＯ２センサ
４０ ＥＣＵ
４２ 水温センサ
Claims (7)
- 内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒のイオウ成分付着量を検知するイオウ成分付着量検知手段と、
前記排気浄化触媒のイオウ被毒再生時に、排気空燃比を燃料リッチに制御する空燃比燃料リッチ化手段と、
前記燃料リッチな排気空燃比にリーンスパイクを実施するリーンスパイク実施手段と、
前記イオウ成分付着量に基づいて前記リーンスパイクの諸元を設定するリーンスパイク制御手段と
を備え、
前記リーンスパイク制御手段は、前記イオウ成分付着量の減少に伴ってリーンスパイク間隔を長くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒のイオウ成分付着量を検知するイオウ成分付着量検知手段と、
前記排気浄化触媒のイオウ被毒再生時に、排気空燃比を燃料リッチに制御する空燃比燃料リッチ化手段と、
前記燃料リッチな排気空燃比にリーンスパイクを実施するリーンスパイク実施手段と、
前記イオウ成分付着量に基づいて前記リーンスパイクの諸元を設定するリーンスパイク制御手段と
を備え、
前記リーンスパイク制御手段は、前記イオウ成分付着量の減少に伴ってリーンスパイク実行時間を短くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒のイオウ被毒再生時に、排気空燃比を燃料リッチに制御する空燃比燃料リッチ化手段と、
前記排気浄化触媒の下流側に設けられた前記排気空燃比を検出するセンサと、
前記センサの出力に基づいて前記燃料リッチな排気空燃比にリーンスパイクを実施するリーンスパイク実施手段と、
前記センサの燃料リッチ側出力の積算値を求める積算手段と、
内燃機関の負荷に基づいて前記積算値を補正して補正値を求める補正手段と
を備え、
前記リーンスパイク実施手段は、前記補正値が所定の判定値に達した時点で前記リーンスパイクを開始することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記センサの出力を含む所定の特性値に基づいて前記排気浄化触媒から放出される硫化水素量を検知する硫化水素検知手段を更に備え、
前記リーンスパイク実施手段は、前記硫化水素量が所定の判定値に達した時点で前記リーンスパイクを開始することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記硫化水素検知手段は、少なくとも前記センサの燃料リッチ側出力の積算値を用いて前記硫化水素量を検知することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記硫化水素検知手段は、少なくとも前記センサの燃料リッチ側出力の積算値を用い、且つ、イオウ被毒再生時間、内燃機関の吸入空気量、前記排気浄化触媒の触媒温度、前記排気浄化触媒のイオウ成分付着量及び排気空燃比の少なくとも１つを用いて前記硫化水素量を検知することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関の負荷に基づいて前記判定値を補正する補正手段を更に備えたことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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