JP4803107B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

この発明は、排気通路に触媒を設け、同触媒により排気の浄化を図るようにした内燃機関の排気浄化装置に関する。
例えば、特許文献１等に記載されるような内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気系に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒等の排気浄化触媒を硫黄被毒状態から再生させるために、機関運転状態に基づいて触媒への硫黄堆積量を推定するとともに、硫黄堆積量の推定値が所定の判定値以上であることを条件に、再生処理を実行するようにしている。この再生処理では、燃料添加弁による排気通路への燃料噴射やポスト燃料噴射の実行を通じて触媒の温度を所定温度にまで上昇させるとともに排気の空燃比をストイキ又はストイキよりもリッチにすることにより、硫黄を触媒から放出させるようにしている。
特開２００５―８３２９８号公報
ところで、硫黄堆積量の推定値を機関運転状態に基づいて推定する際には、同推定値と実際の硫黄堆積量との間には乖離が生じることがある。従って、内燃機関の運転に伴って触媒への硫黄の堆積及び触媒からの硫黄の放出が繰り返されると、硫黄堆積量の推定値と実際の硫黄堆積量との間の乖離が徐々に増大するがある。このため、実際の硫黄堆積量は再生処理の実行条件である判定値以上であるにもかかわらず、硫黄堆積量の推定値がこれを下回っているため、再生処理が実行されないといった状況が生じることとなる。そしてこの場合には、再生処理を通じて触媒の排気浄化機能を回復させることができないため、エミッションを悪化させるといった問題が生じることとなる。
また、こうした不都合は、硫黄が堆積した場合に限らず、芳香族化合物、塩素化合物、リン化合物、珪素化合物等々、触媒の排気浄化機能を低下させる、いわゆる被毒物質が触媒に堆積した場合においても同様に生じ得る。
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、実際の被毒物質堆積量とその推定値との間の乖離が大きくなった場合であっても、これを適切に修正することができ、エミッションの悪化を抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられて排気を浄化する触媒と、機関運転状態に基づいて前記触媒の被毒物質堆積量を推定する推定手段と、前記被毒物質堆積量の推定値が所定の判定値以上であることを条件に、前記触媒の温度を第１の所定温度にまで上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を放出させる第１の再生処理を実行する再生手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記再生手段は、所定の実行条件が成立したときに、前記触媒の温度を前記第１の温度よりも高い温度にまで上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を完全に放出させる第２の再生処理を前記第１の再生処理と各別に実行するものであり、前記推定手段は、前記再生手段による前記第１の再生処理が完了したときには前記被毒物質堆積量の推定値を減少させることとしてリセットせず、前記再生手段による前記第２の再生処理が完了したときに前記被毒物質堆積量の推定値をリセットし、前記再生手段は、前記第１の再生処理が完了してから前記第２の再生処理が実行される間の期間を前記第１の再生処理が完了してから次の第１の再生処理が実行される間の期間よりも短くしたことをその要旨とする。
同構成では、被毒物質堆積量の推定値が所定の判定値以上であることを条件に、第１の再生処理を実行することにより、触媒に堆積した被毒物質を放出させる。これにより、触媒の排気浄化機能が回復するようになる。
但し、被毒物質堆積量の推定値を機関運転状態に基づいて推定する際には、同推定値と実際の被毒物質堆積量との間には乖離が生じることがあるため、内燃機関の運転に伴って触媒への被毒物質の堆積及び触媒からの被毒物質の放出が繰り返されると、被毒物質堆積量の推定値と実際の被毒物質堆積量との間の乖離が徐々に増大することとなる。このため、実際の被毒物質堆積量は第１の再生処理の実行条件である判定値以上であるにもかかわらず、被毒物質堆積量の推定値がこれを下回っているため、適切な時期に第１の再生処理が実行されないといった状況が生じることとなる。そしてこの場合には、第１の再生処理が実行されないことによって触媒の排気浄化機能を回復させることができず、エミッションを悪化させるといった問題が生じることとなる。この点上記構成によれば、所定の実行条件が成立したときに、触媒の温度を第１の温度よりも高い温度にまで上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を完全に放出させる第２の再生処理が実行されるとともに、この第２の再生処理が完了したときには被毒物質堆積量の推定値がリセットされることとなる。これにより、実際の被毒物質堆積量とその推定値との間の乖離が大きくなった場合であっても、これを適切に修正することができ、エミッションの悪化を抑制することができるようになる。
なお、第１，第２の再生処理に際して触媒の温度を上昇させる際には、その再生処理中の温度を触媒の熱劣化が進行しない程度の温度範囲に設定することが望ましい。但し、触媒の温度が低い場合には、被毒物質の放出が促進されず、被毒物質が触媒から完全に放出される前に再生処理が中断されてしまう懸念がある。そこで、例えば、第１の再生処理においては、こうした触媒の熱劣化回避を優先して、触媒温度を上昇させる際にその最高温度を触媒の熱劣化が生じない温度範囲に設定する一方、第２の再生処理においては、触媒の早期再生を優先して、触媒の熱劣化が懸念される温度にまで触媒を温度上昇させることにより、再生処理期間の短縮を図るようにすることもできる。なお、このように触媒の熱劣化が懸念される温度にまで触媒を温度上昇させたとしても、触媒の再生処理期間が短縮されることになるため、その熱害は最小限に抑えられるこことなる。
請求項２に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられて排気を浄化する触媒と、機関運転状態に基づいて前記触媒の被毒物質堆積量を推定する推定手段と、前記被毒物質堆積量の推定値が所定の判定値以上であることを条件に、第１の所定期間にわたって前記触媒の温度を上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を放出させる第１の再生処理を実行する再生手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記再生手段は、所定の実行条件が成立したときに、前記第１の所定期間よりも長い期間にわたって前記触媒の温度を上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を完全に放出させる第２の再生処理を前記第１の再生処理と各別に実行するものであり、前記推定手段は、前記再生手段による前記第１の再生処理が完了したときには前記被毒物質堆積量の推定値を減少させることとしてリセットせず、前記再生手段による前記第２の再生処理が完了したときに前記被毒物質堆積量の推定値をリセットし、前記再生手段は、前記第１の再生処理が完了してから前記第２の再生処理が実行される間の期間を前記第１の再生処理が完了してから次の第１の再生処理が実行される間の期間よりも短くしたことをその要旨とする。
同構成では、被毒物質堆積量の推定値が所定の判定値以上であることを条件に、第１の再生処理を実行することにより、触媒に堆積した被毒物質を放出させる。これにより、触媒の排気浄化機能が回復するようになる。
但し、被毒物質堆積量の推定値を機関運転状態に基づいて推定する際には、同推定値と実際の被毒物質堆積量との間には乖離が生じることがあるため、内燃機関の運転に伴って触媒への被毒物質の堆積及び触媒からの被毒物質の放出が繰り返されると、被毒物質堆積量の推定値と実際の被毒物質堆積量との間の乖離が徐々に増大することとなる。このため、実際の被毒物質堆積量は第１の再生処理の実行条件である判定値以上であるにもかかわらず、被毒物質堆積量の推定値がこれを下回っているため、適切な時期に第１の再生処理が実行されないといった状況が生じることとなる。そしてこの場合には、第１の再生処理が実行されないことによって触媒の排気浄化機能を回復させることができず、エミッションを悪化させるといった問題が生じることとなる。この点上記構成によれば、所定の実行条件が成立したときに、第１の所定期間よりも長い期間にわたって触媒の温度を上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を完全に放出させる第２の再生処理が実行されるとともに、この第２の再生処理が完了したときには被毒物質堆積量の推定値がリセットされることとなる。これにより、実際の被毒物質堆積量とその推定値との間の乖離が大きくなった場合であっても、これを適切に修正することができ、エミッションの悪化を抑制することができるようになる。
請求項３に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられて排気を浄化する触媒と、機関運転状態に基づいて前記触媒の被毒物質堆積量を推定する推定手段と、前記被毒物質堆積量の推定値が所定の判定値以上であることを条件に、第１の所定期間にわたって前記触媒の温度を第１の所定温度にまで上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を放出させる第１の再生処理を実行する再生手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記再生手段は、所定の実行条件が成立したときに、前記第１の所定期間よりも長い期間にわたって前記触媒の温度を前記第１の温度よりも高い温度にまで上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を完全に放出させる第２の再生処理を前記第１の再生処理と各別に実行するものであり、前記推定手段は、前記再生手段による前記第１の再生処理が完了したときには前記被毒物質堆積量の推定値を減少させることとしてリセットせず、前記再生手段による前記第２の再生処理が完了したときに前記被毒物質堆積量の推定値をリセットし、前記再生手段は、前記第１の再生処理が完了してから前記第２の再生処理が実行される間の期間を前記第１の再生処理が完了してから次の第１の再生処理が実行される間の期間よりも短くしたことをその要旨とする。
同構成では、被毒物質堆積量の推定値が所定の判定値以上であることを条件に、第１の再生処理を実行することにより、触媒に堆積した被毒物質を放出させる。これにより、触媒の排気浄化機能が回復するようになる。
但し、被毒物質堆積量の推定値を機関運転状態に基づいて推定する際には、同推定値と実際の被毒物質堆積量との間には乖離が生じることがあるため、内燃機関の運転に伴って触媒への被毒物質の堆積及び触媒からの被毒物質の放出が繰り返されると、被毒物質堆積量の推定値と実際の被毒物質堆積量との間の乖離が徐々に増大することとなる。このため、実際の被毒物質堆積量は第１の再生処理の実行条件である判定値以上であるにもかかわらず、被毒物質堆積量の推定値がこれを下回っているため、適切な時期に第１の再生処理が実行されないといった状況が生じることとなる。そしてこの場合には、第１の再生処理が実行されないことによって触媒の排気浄化機能を回復させることができず、エミッションを悪化させるといった問題が生じることとなる。この点上記構成によれば、所定の実行条件が成立したときに、第１の所定期間よりも長い期間にわたって触媒の温度を第１の温度よりも高い温度にまで上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を完全に放出させる第２の再生処理が実行されるとともに、この第２の再生処理が完了したときには被毒物質堆積量の推定値がリセットされることとなる。これにより、実際の被毒物質堆積量とその推定値との間の乖離が大きくなった場合であっても、これを適切に修正することができ、エミッションの悪化を抑制することができるようになる。
なお、第２の再生処理において触媒を温度上昇させる際の温度及びその期間については、それぞれ以下のように設定するのが望ましい。すなわち、実際の被毒物質堆積量と推定量との乖離程度が大きいと判断されるときほど、第２の再生処理における触媒温度が高くなるように、また第２の再生処理の実行期間についてはこれが長くなるように設定する。また、実際の被毒物質堆積量と推定量との乖離程度が同じである場合には、第２の再生処理における触媒温度を高く設定したときほど、第２の再生処理の実行期間が短くなるようにこれを設定するのが望ましい。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関は車両に搭載されるものであり、前記再生手段は、以下の（１）〜（４）の論理和条件が成立したときに前記所定の実行条件が成立したとして、第２の再生処理を実行することをその要旨とする。
（１）第２の再生処理が実行された後における第１の再生処理の実行回数が判定回数以上である。
（２）第２の再生処理が実行された後の車両の走行距離が判定距離以上である。
（３）第２の再生処理が実行された後の機関運転時間が判定時間以上である。
（４）第２の再生処理が実行された後の燃料噴射量積算値が所定量以上である。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関は車両に搭載されるものであり、前記再生手段は、以下の（１）〜（４）の論理積条件が成立したときに前記所定の実行条件が成立したとして、第２の再生処理を実行することをその要旨とする。
（１）第２の再生処理が実行された後における第１の再生処理の実行回数が判定回数以上である。
（２）第２の再生処理が実行された後の車両の走行距離が判定距離以上である。
（３）第２の再生処理が実行された後の機関運転時間が判定時間以上である。
（４）第２の再生処理が実行された後の燃料噴射量積算値が所定量以上である。
実際の被毒物質堆積量と推定量との乖離は、燃料性状、排気温度、排気流量、空燃比等々、機関運転状態によって変化するため、これを正確に把握することは実際上難しく、また被毒物質が堆積することよる触媒の浄化機能低下度合についても同様の困難を伴う。
この点、請求項４に記載の構成によれば、上記各条件（１）〜（４）のうち、少なくとも一つが成立する場合に、第２の再生処理を実行するようにしているため、実際の被毒物質堆積量と推定量とが過度に乖離する前に確実に触媒に堆積した被毒物質を放出させることができ、触媒の排気浄化機能の低下を早期に解消することができるようになる。
一方、請求項５に記載の構成では、上記各条件（１）〜（４）の全てが成立する場合に、第２の再生処理を実行するようにしているため、実際の被毒物質堆積量と推定量とが乖離が小さく、触媒の排気浄化機能の低下が問題のないレベルである場合に、実効性のない第２の再生処理が実行されてしまうことを好適に回避することができる。従って、第２の再生処理を実行することに伴って機関制御において何らかの制限が課されてしまうような状況も未然に回避することができるようになる。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記被毒物質は硫黄であることをその要旨とする。
同構成によれば、被毒物質として硫黄を対象として触媒を温度上昇させる際の温度や実行期間等、第２の再生処理を実行する際の各種パラーメータが設定されることとなり、同第２の再生処理を通じて硫黄堆積物を好適に触媒から放出させることができるようになる。ここで、硫黄にはその化合物も含むものとする。なお、被毒物質としては、硫黄及びその化合物の他、芳香族化合物、塩素化合物、リン化合物、珪素化合物等々、触媒の機能を低下させる物質であって触媒温度を上昇させることにより触媒から放出することのできるものについても、請求項１〜５に記載の各構成を通じて、これを触媒から除去することができる。
以下、この発明を、車載ディーゼルエンジンの排気浄化装置に適用した一実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、この実施の形態にかかる排気浄化装置を備えるディーゼルエンジンの制御装置、これが適用されるエンジン、並びにそれらの周辺構成を示すブロック図である。
エンジン１には、複数の気筒＃Ｎ（Ｎ＝１〜４）が設けられるとともに、各気筒＃Ｎにそれぞれ対応した燃料噴射弁４１が複数取り付けられている。外気を気筒＃Ｎ内に導入するための吸気ポート２１と、燃焼ガスを気筒＃Ｎ外へ排出するための排気ポート３１とはこのエンジン１の各気筒＃Ｎにそれぞれ接続されている。
吸気ポート２１には、同吸気ポート２１を開閉するための吸気バルブ２２が設けられている。また、吸気ポート２１には、吸気マニホールドを介して吸気通路２３が接続されている。この吸気通路２３には、吸気を調量するためのスロットル弁２４が設けられている。このスロットル弁２４はモータ２５によって開閉駆動される。
排気ポート３１には、同排気ポート３１を開閉するための排気バルブ３２が設けられている。また、排気ポート３１には、排気マニホールドを介して排気通路３３が接続されている。この排気通路３３には、排気を浄化するコンバータ３４が設けられている。このコンバータ３４の内部には、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する多孔質のセラミック構造体と、同セラミック構造体の表面に担持されるＮＯｘ吸蔵還元触媒とによって構成されるフィルタ３５が設けられている。排気中のＰＭは多孔質の壁を通過する際にフィルタ３５に捕集される。また、排気の空燃比が理論空燃比よりも高いとき、すなわち酸化雰囲気にあるときに、排気中のＮＯｘはフィルタ３５に吸蔵される一方、排気の空燃比が理論空燃比或いは理論空燃比よりも低いとき、すなわち還元雰囲気にあるときに、フィルタ３５に吸蔵されていたＮＯｘはＮＯとして脱離し、その後、ＨＣやＣＯにより還元される。
各燃料噴射弁４１は、燃料供給管４１ａを介してコモンレール４２に接続されている。このコモンレール４２には、燃料ポンプ４３が接続されており、この燃料ポンプ４３によってコモンレール４２には高圧燃料が供給される。そして、コモンレール４２に供給された高圧燃料は、燃料噴射弁４１の開弁を通じて各気筒＃Ｎの燃焼室５に噴射供給される。また、燃料ポンプ４３からは別途、低圧燃料が燃料供給管４４ａを介して燃料添加弁４４に供給されている。この燃料添加弁４４は、排気通路３３に燃料を噴射してその燃料をフィルタ３５（詳しくはそのＮＯｘ吸蔵還元触媒）に供給するものである。
エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサが設けられている。例えば、吸気通路２３の上流側に設けられたエアフロメータ２６によって吸気量ＧＡが検出される。また、スロットル弁２４を開閉するモータ２５に設けられたスロットル開度センサ２７によってスロットル弁２４の開度（スロットル開度ＴＡ）が検出される。また、フィルタ３５の排気上流側に設けられた排気温度センサ３６によって同フィルタ３５に流入する排気温度Ｔｅが検出されるとともに、同じくフィルタ３５の排気上流側に設けられた空燃比センサ３７によって同フィルタ３５に流入する排気の空燃比Ａ／Ｆが検出される。また、コモンレール４２には燃料圧センサ４５が取り付けられており、同燃料圧センサ４５によってコモンレール４２内の燃料圧力、換言すれば燃料噴射圧が検出される。また、エンジン１のクランクシャフト近傍に設けられたクランク角センサ６１によってクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度が検出され、アクセルペダルに設けられたアクセルセンサ６２によってアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰが検出される。
これら各種センサの出力は電子制御装置６に入力される。この電子制御装置６は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。
そして、この電子制御装置６により、例えば燃料噴射弁４１の燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御、燃料ポンプ４３の吐出圧力制御、スロットル弁２４の開度制御等、エンジン１の各種制御が行われる。また、上記フィルタ３５から硫黄を放出させる第１の再生処理等といった各種の排気浄化制御も同電子制御装置６によって行われる。
この第１の再生処理では、フィルタ３５を硫黄被毒状態から再生させるために、機関運転状態に基づいてフィルタ３５の硫黄堆積量を推定するとともに、硫黄堆積量の推定値Ｓｘが所定の判定値Ｓｍａｘ以上であることを条件に、燃料添加弁４４から排気通路３３に燃料を噴射してその燃料をフィルタ３５に供給することにより、同フィルタ３５の触媒床温を所定温度αにまで上昇させるとともに、排気の空燃比Ａ／Ｆをストイキ又はストイキよりもリッチにすることにより、触媒から硫黄を放出させるようにしている。
ここで、電子制御装置６を通じて実行される硫黄堆積量の推定値Ｓｘの算出処理について説明する。
まず、第１の再生処理が実行されていないときには、硫黄堆積量の推定値Ｓｘは（式１）により算出される。
（式１）
Ｓｘ ＝ Ｓｘｏｌｄ ＋ Ｓｉｎｃ
右辺の前回推定値Ｓｘｏｌｄは、前回の制御周期にて算出された硫黄堆積量の推定値Ｓｘである。また、推定値増加量Ｓｉｎｃは、前回の制御周期から今回の制御周期までの期間にフィルタ３５に堆積する硫黄の量に相当する。この推定値増加量Ｓｉｎｃは燃料噴射弁４１からの燃料噴射量と燃料添加弁４４からの燃料添加量とに基づいて算出される。ちなみに、燃料噴射弁４１からの燃料噴射量が多いときほど、また燃料添加弁４４からの燃料添加量が多いときほど、推定値増加量Ｓｉｎｃは多くなる。なお、第１の再生処理が実行されていないときには、通常、燃料添加弁４４の燃料添加量は「０」であるとして推定値増加量Ｓｉｎｃが算出されるが、例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒におけるＮＯｘを還元するための還元剤として燃料添加弁４４の燃料添加が実行される場合にはその添加量に基づいて推定値増加量Ｓｉｎｃが算出される。
次に、第１の再生処理が実行されているときには、硫黄堆積量の推定値Ｓｘは（式２）により算出される。
（式２）
Ｓｘ ＝ Ｓｘｏｌｄ ＋ Ｓｉｎｃ − Ｓｄｅｃ
右辺の前回推定値Ｓｘｏｌｄ及び推定値増加量Ｓｉｎｃは上記（式１）と同様である。また、推定値減少量Ｓｄｅｃは前回の制御周期から今回の制御周期までの期間に、フィルタ３５から放出される硫黄の量に相当する。この推定値減少量Ｓｄｅｃは排気の空燃比Ａ／Ｆと排気温度Ｔｅ、換言すればフィルタ３５の触媒床温とに基づいて算出される。ちなみに、排気の空燃比Ａ／Ｆがリッチ側であるときほど、また排気温度Ｔｅが高いときほど、推定値減少量Ｓｄｅｃは多くなる傾向を有している。なお、第１の再生処理が実行されているときには、推定値減少量Ｓｄｅｃが推定値増加量Ｓｉｎｃよりも大きくなり（Ｓｄｅｃ＞Ｓｉｎｃ）、硫黄堆積量の推定値Ｓｘは減少することとなる。
ところで、硫黄堆積量の推定値Ｓｘをこのように機関運転状態に基づいて推定する際には、同推定値Ｓｘと実際の硫黄堆積量Ｓｃとの間には乖離が生じることがあるため、エンジン１の運転に伴ってフィルタ３５への硫黄の堆積及びフィルタ３５からの硫黄の放出が繰り返されると、硫黄堆積量の推定値Ｓｘと実際の硫黄堆積量Ｓｃとの間の乖離が徐々に増大することとなる。このため、実際の硫黄堆積量Ｓｃは再生処理の実行条件である判定値Ｓｍａｘ以上であるにもかかわらず、硫黄堆積量の推定値Ｓｘがこれを下回っているため、再生処理が実行されないといった状況が生じることとなる。
そこで、第１の再生処理の実行回数Ｎが判定回数Ａとなったときに、フィルタ３５の温度を第１の再生処理におけるそれよりも高いβ（＞α）にまで上昇させるとともに排気の空燃比Ａ／Ｆを低下させてフィルタから硫黄を完全に放出させる第２の再生処理を第１の再生処理と各別に実行し、同第２の再生処理が完了したときに硫黄堆積量の推定値Ｓｘをリセットするようにしている。
図２は、電子制御装置６を通じて実行される上述した２つのフィルタ再生処理を行う際の具体的な処理手順を示したフローチャートである。なおこの一連の処理は、電子制御装置６によって所定の周期をもって繰り返し実行される。
同図２に示されるように、この一連の処理では、まず、第２の再生処理が実行中であることを示す実行フラグＦが「ＯＦＦ」であるか否かが判定される（ステップＳ１）。そしてこの結果、実行フラグＦが「ＯＦＦ」である場合（ステップＳ１：「ＹＥＳ」）には、次に、硫黄堆積量の推定値Ｓｘが所定の判定値Ｓｍａｘ以上であるか否かが判定される（ステップＳ２）。そしてこの結果、硫黄堆積量の推定値Ｓｘが判定値Ｓｘｍａｘ以上である場合（ステップＳ２：「ＹＥＳ」）には、次に、第１の再生処理が実行される（ステップＳ３）。
一方、硫黄堆積量の推定値Ｓｘが判定値Ｓｘｍａｘよりも小さい場合（ステップＳ２：「ＮＯ」）には、この処理を一旦終了する。
ステップ３の第１の再生処理では、燃料添加弁４４により排気通路３３に燃料を噴射してその燃料をフィルタ３５に供給することにより、フィルタ３５の温度をαにまで上昇させるとともに、排気の空燃比Ａ／Ｆをストイキ又はストイキよりもリッチにすることにより、フィルタ３５から硫黄を放出する。こうして第１の再生処理が実行されると、次に、第１の再生処理が完了したか否かが判断される（ステップＳ４）。ここでは例えば、硫黄堆積量の推定値Ｓｘが、フィルタ３５の排気浄化機能が十分に回復した状態に対応する判定値Ｓｍｉｎにまで低下していることをもって第１の再生処理が完了したものと判断される。そして上記判断の結果、第１の再生処理が完了している場合（ステップＳ４：「ＹＥＳ」）には、前回の第２の再生処理が行われた後における第１の再生処理の実行回数Ｎがカウントアップされ（ステップＳ５）、次にステップＳ６へ移行する。一方、第１の再生処理が完了していない場合（ステップＳ４：「ＮＯ」）には、第１の再生処理の実行回数ＮがカウントアップされることなくステップＳ６へ移行する。
ステップＳ６では、第１の再生処理の実行回数Ｎが判定回数Ａであるか否かが判定される。そしてこの結果、第１の再生処理の実行回数Ｎが判定回数Ａである場合（ステップＳ６：「ＹＥＳ」）には、次に、第２の再生処理の実行フラグＦが「ＯＮ」とされるとともに、第１の再生処理の実行回数Ｎが「０」にリセットされて（ステップＳ６）、この一連の処理を一旦終了する。なお、実際の硫黄堆積量Ｓｃとその推定値Ｓｘとの間の乖離は、第１の再生処理の実行回数の増大に伴って増加するため、上記判定回数Ａは、この第１の再生処理の実行に伴って生じる実際の硫黄堆積量Ｓｃとその推定値Ｓｘとの乖離が無視できない程度に増大していると想定される回数に設定されている。ここで、第１の再生処理の実行回数Ｎが判定回数Ａよりも少ない場合（ステップＳ６：「ＮＯ」）には、この一連の処理を一旦終了する。
一方、第２の再生処理が実行中であることを示す実行フラグＦが「ＯＮ」である場合（ステップＳ１：「ＮＯ」）には、次に、第２の再生処理へ移行する（ステップＳ８）。この第２の再生処理では、所定期間Ｔにわたってフィルタ３５の温度をβにまで上昇させるとともに排気の空燃比Ａ／Ｆをストイキ又はストイキよりもリッチにすることにより、フィルタ３５から硫黄を完全に放出する。なお、フィルタ３５を温度上昇させる際の温度β及び所定期間Ｔは、フィルタ３５から硫黄を完全に放出することのできる値となるように、実験等を通じて設定されている。そして、次に、第２の再生処理が完了したか否かが判定される（ステップＳ９）。ここでは、第２の再生処理の実行期間が所定期間Ｔに達することをもって第２の再生処理が完了したものとする。そして上記判定の結果、第２の再生処理が完了している場合（ステップＳ９：「ＹＥＳ」）には、実行フラグＦを「ＯＦＦ」として（ステップＳ１０）、この一連の処理を一旦終了する。一方、第２の再生処理が完了していない場合（ステップＳ９：「ＮＯ」）には、この一連の処理を一旦終了する。
次に、図３のタイミングチャートを参照して図２に示される一連の処理が実行された場合における第１の再生処理の実行回数Ｎの推移、フィルタ３５の実際の硫黄堆積量Ｓｃ及びその推定値Ｓｘの推移等について説明する。
同図３（ａ）に示されるように、時刻ｔ１においてフィルタ３５の硫黄堆積量の推定値Ｓｘが判定値Ｓｍａｘに判定値Ｓｍａｘ以上となると、第１の再生処理が実行されるようになる。そして、時刻ｔ２において硫黄堆積量の推定値Ｓｘが判定値Ｓｍｉｎにまで低下すると、第１の再生処理が完了してその後は停止状態とされる。このとき、図３（ｄ）に実線で示されるように、硫黄堆積量の推定値ＳｘＳｃは、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間には増加し、第１の再生処理の実行中（時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間）には減少するようになる。また、図３（ｂ）に示されるように、時刻ｔ２において、第１の再生処理の実行回数Ｎがカウントアップされて「１」となる。その後、図３（ａ）に示されるように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間と同様にして、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間、・・・に第１の再生処理が実行されるようになる。このとき、図３（ｄ）に実線で示されるように、硫黄堆積量の推定値Ｓｘは、第１の再生処理が停止状態の期間には増加し、第１の再生処理が実行状態の期間には減少する。また、図３（ｂ）に示されるように、第１の再生処理の実行回数Ｎが「２」、「３」、「４」、・・・とカウントアップされる。ここで、上述したように、第１の再生処理は、硫黄堆積量の推定値Ｓｘが判定値Ｓｘｍａｘ以上とならないように実行されるが、推定値Ｓｘと実際の硫黄堆積量Ｓｃとの間には乖離が生じる。このため、第１の再生処理の実行及び停止が繰り返される、すなわち硫黄の堆積及び硫黄の放出が繰り返されると、図３（ｄ）に破線で示されるように、実際の硫黄堆積量Ｓｃは増加、減少を繰り返しながらも徐々に増加し、上記判定値Ｓｘｍａｘ以上となる。しかし、時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの期間に実行された第１の再生処理、すなわち「Ａ−１」回目の第１の再生処理が完了して、時刻ｔ１０において実行回数Ｎが「Ａ」となると、図３（ｃ）に示されるように、時刻１１において第２の再生処理が実行されるようになる。これにより、図３（ｄ）に破線で示されるように、実際の硫黄堆積量Ｓｃは減少し、時刻ｔ１２において「０」となる、すなわちフィルタ３５から完全に硫黄が放出されるようになる。なお、時刻ｔ１１において第２の再生処理が実行されると、図３（ｂ）に示されるように、実行回数Ｎは「０」とされる。
以上説明したこの実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）硫黄堆積量の推定値Ｓｘが判定値Ｓｘｍａｘ以上であることを条件に、フィルタ３５の温度をαにまで上昇させるとともに排気の空燃比Ａ／Ｆを低下させてフィルタ３５から硫黄を放出させる第１の再生処理を実行することとした。これにより、フィルタ３５の排気浄化機能が回復するようになる。
（２）第２の再生処理が実行された後における第１の再生処理の実行回数Ｎが判定回数Ａ以上であることを条件に、フィルタ３５の温度をβにまで上昇させるとともに排気の空燃比を低下させてフィルタ３５から硫黄を完全に放出させる第２の再生処理を第１の再生処理と各別に実行することとした。また、第２の再生処理が完了したときに硫黄堆積量の推定値Ｓｘを「０」にリセットすることとした。これにより、実際の硫黄堆積量Ｓｃとその推定値Ｓｘとの間の乖離が大きくなった場合であっても、これを適切に修正することができ、エミッションの悪化を抑制することができるようになる。
（３）第１，第２の再生処理に際してフィルタ３５の温度を上昇させる際には、その再生処理中の温度をフィルタ３５の熱劣化が進行しない程度の温度範囲に設定することが望ましい。但し、フィルタ３５の温度が低い場合には、硫黄の放出が促進されず、硫黄がフィルタ３５から完全に放出される前に再生処理が中断されてしまう懸念がある。
この点上記実施の形態では、第１の再生処理においては、こうした触媒の熱劣化回避を優先して、フィルタ３５の温度を上昇させる際にその最高温度をフィルタ３５の熱劣化が生じない温度（α）に設定する一方、第２の再生処理においては、フィルタ３５の早期再生を優先して、フィルタ３５の熱劣化が懸念される温度（β）にまでフィルタ３５を温度上昇させることとした。これにより、再生処理期間の短縮を図ることができるようになる。なお、このようにフィルタ３５の熱劣化が懸念される温度（β）にまでフィルタ３５を温度上昇させたとしても、フィルタ３５の再生処理期間が短縮されることになるため、その熱害を最小限に抑えることができるようになる。
なお、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、上記実施の形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記実施の形態では、燃料添加弁４４による排気通路３３への燃料噴射によりフィルタ３５の温度を上昇させるようにしているが、こうした燃料添加弁４４を省略し、排気行程中に燃料を噴射するポスト燃料噴射を実行することにより、フィルタ３５の温度を上昇させるようにしてもよい。
・上記実施の形態では、（Ａ）第２の再生処理が実行された後における第１の再生処理の実行回数Ｎが判定回数Ａ以上であるといった条件が成立したときに、第２の再生処理を実行するようにしているが、第２の再生処理を実行するための所定の条件はこれに限られるものではなく、他に例えば、（Ｂ）第２の再生処理が実行された後の車両の走行距離が判定距離以上である、（Ｃ）第２の再生処理が実行された後の機関運転時間が判定時間以上である、（Ｄ）第２の再生処理が実行された後の燃料噴射量積算値が判定値以上であるといった条件の少なくとも１つが成立する場合、すなわち上記（Ａ）〜（Ｄ）の論理和条件が成立する場合に第２の再生処理を実行するようにしてもよい。この場合、実際の硫黄堆積量Ｓｃと推定値Ｓｘとが過度に乖離する前に確実にフィルタ３５に堆積した硫黄を放出させることができ、フィルタ３５の排気浄化機能の低下を早期に解消することができるようになる。また、上記（Ａ）〜（Ｄ）の全てが成立する場合、すなわち上記（Ａ）〜（Ｄ）の論理積条件が成立する場合に第２の再生処理を実行するようにしてもよい。この場合には、実際の硫黄堆積量Ｓｃと推定値Ｓｘとが乖離が小さく、フィルタ３５の排気浄化機能の低下が問題のないレベルである場合に、実効性のない第２の再生処理が実行されてしまうことを好適に回避することができる。従って、第２の再生処理を実行することに伴って機関制御において何らかの制限が課されてしまうような状況も未然に回避することができるようになる。
・上記実施の形態では、第１の再生処理に際してフィルタ３５の温度をαにまで上昇させる一方、第２の再生処理に際してフィルタ３５の温度をβにまで上昇させることとしたが、特に第２の再生処理にてフィルタ３５の温度を上昇させる際の温度βをフィルタ３５の熱劣化が進行しない温度範囲で最も高い温度に設定することもできる。この場合には、第２の再生処理においてフィルタ３５から硫黄を完全に放出させるために、同再生処理に要する所定期間を必要に応じてより長く設定する等の処理を行うようにしてもよい。
・上記実施の形態では、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する多孔質のセラミック構造体と、同セラミック構造体の表面に担持されるＮＯｘ吸蔵還元触媒とによって構成されるフィルタ３５について例示したが、この発明にかかる触媒はこれに限られるものではなく、排気を浄化する触媒であればこれを任意に変更することができる。
・上記実施の形態では、上記（式１）及び（式２）に示されるように燃料噴射弁４１からの燃料噴射量と燃料添加弁４４からの燃料添加量とに基づいて推定値増加量Ｓｉｎｃを算出するとともに、排気の空燃比Ａ／Ｆと排気温度Ｔｅとに基づいて推定値減少量Ｓｄｅｃを算出することにより、触媒の硫黄堆積量を推定するようにしているが、推定手段はこれに限られるものではなく、機関運転状態に基づいて触媒の硫黄堆積量を推定できるものであればこれを任意に変更することができる。
・上記実施の形態では、第２の再生処理として、触媒の温度を第１の温度よりも高い温度にまで上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から硫黄を完全に放出させる第２の再生処理を第１の再生処理と各別に実行する構成について例示したが、第２の再生処理の構成はこれに限られるものではない。例えば、第１の所定期間にわたって触媒の温度を上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から硫黄を放出させる第１の再生処理を実行する構成を採用する場合には、第１の所定期間よりも長い期間にわたって触媒の温度を上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から硫黄を完全に放出させる第２の再生処理を第１の再生処理と各別に実行する構成を採用することもできる。この場合であっても、実際の硫黄堆積量とその推定値との間の乖離が大きくなった場合であっても、これを適切に修正することができ、エミッションの悪化を抑制することができるようになる。また例えば、第１の所定期間にわたって触媒の温度を第１の所定温度にまで上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から硫黄を放出させる第１の再生処理を実行する構成を採用する場合には、第１の所定期間よりも長い期間にわたって触媒の温度を第１の温度よりも高い温度にまで上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から硫黄を完全に放出させる第２の再生処理を第１の再生処理と各別に実行する構成を採用することもできる。この場合であっても、実際の硫黄堆積量とその推定値との間の乖離が大きくなった場合であっても、これを適切に修正することができ、エミッションの悪化を抑制することができるようになる。
・上記実施の形態では、被毒物質として硫黄及びその化合物について例示したが、この他、芳香族化合物、塩素化合物、リン化合物、珪素化合物等々、触媒の機能を低下させる物質であって触媒温度を上昇させることにより触媒から放出することのできるものについても、この発明の内燃機関の排気浄化装置を通じて、これを触媒から除去することができる。
この発明の一実施の形態にかかるディーゼルエンジン及びその制御装置の概略構成を示すブロック図。 同実施の形態における電子制御装置を通じて実行されるフィルタ再生処理を行う際の具体的な処理手順を示すフローチャート。 （ａ）第１の再生処理の実行状態の推移、（ｂ）第１の再生処理の実行回数の推移、（ｃ）第２の再生処理の実効状態の推移、並びに（ｄ）フィルタの実際の硫黄堆積量及びその推定値の推移を併せ示すタイミングチャート。
符号の説明
１…エンジン、５…燃焼室、６…電子制御装置、２１…吸気ポート、２２…吸気バルブ、２３…吸気通路、２４…スロットル弁、２５…モータ、２６…吸気量センサ、２７…スロットル開度センサ、３１…排気ポート、３２…排気バルブ、３３…排気通路、３４…コンバータ、３５…フィルタ、３６…排気温度センサ、３７…空燃比センサ、４１…燃料噴射弁、４１ａ，４４ａ…燃料供給管、４２…コモンレール、４３…燃料ポンプ、４４…燃料添加弁、４５…燃料圧センサ、６１…クランク角センサ、６２…アクセル開度センサ。

Claims (6)

  1. 内燃機関の排気系に設けられて排気を浄化する触媒と、機関運転状態に基づいて前記触媒の被毒物質堆積量を推定する推定手段と、前記被毒物質堆積量の推定値が所定の判定値以上であることを条件に、前記触媒の温度を第１の所定温度にまで上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を放出させる第１の再生処理を実行する再生手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
    前記再生手段は、所定の実行条件が成立したときに、前記触媒の温度を前記第１の温度よりも高い温度にまで上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を完全に放出させる第２の再生処理を前記第１の再生処理と各別に実行するものであり、
    前記推定手段は、前記再生手段による前記第１の再生処理が完了したときには前記被毒物質堆積量の推定値を減少させることとしてリセットせず、前記再生手段による前記第２の再生処理が完了したときに前記被毒物質堆積量の推定値をリセットし、前記再生手段は、前記第１の再生処理が完了してから前記第２の再生処理が実行される間の期間を前記第１の再生処理が完了してから次の第１の再生処理が実行される間の期間よりも短くした
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 内燃機関の排気系に設けられて排気を浄化する触媒と、機関運転状態に基づいて前記触媒の被毒物質堆積量を推定する推定手段と、前記被毒物質堆積量の推定値が所定の判定値以上であることを条件に、第１の所定期間にわたって前記触媒の温度を上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を放出させる第１の再生処理を実行する再生手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
    前記再生手段は、所定の実行条件が成立したときに、前記第１の所定期間よりも長い期間にわたって前記触媒の温度を上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を完全に放出させる第２の再生処理を前記第１の再生処理と各別に実行するものであり、
    前記推定手段は、前記再生手段による前記第１の再生処理が完了したときには前記被毒物質堆積量の推定値を減少させることとしてリセットせず、前記再生手段による前記第２の再生処理が完了したときに前記被毒物質堆積量の推定値をリセットし、前記再生手段は、前記第１の再生処理が完了してから前記第２の再生処理が実行される間の期間を前記第１の再生処理が完了してから次の第１の再生処理が実行される間の期間よりも短くした
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  3. 内燃機関の排気系に設けられて排気を浄化する触媒と、機関運転状態に基づいて前記触媒の被毒物質堆積量を推定する推定手段と、前記被毒物質堆積量の推定値が所定の判定値以上であることを条件に、第１の所定期間にわたって前記触媒の温度を第１の所定温度にまで上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を放出させる第１の再生処理を実行する再生手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
    前記再生手段は、所定の実行条件が成立したときに、前記第１の所定期間よりも長い期間にわたって前記触媒の温度を前記第１の温度よりも高い温度にまで上昇させるとともに排気の空燃比を低下させて同触媒から被毒物質を完全に放出させる第２の再生処理を前記第１の再生処理と各別に実行するものであり、
    前記推定手段は、前記再生手段による前記第１の再生処理が完了したときには前記被毒物質堆積量の推定値を減少させることとしてリセットせず、前記再生手段による前記第２の再生処理が完了したときに前記被毒物質堆積量の推定値をリセットし、前記再生手段は、前記第１の再生処理が完了してから前記第２の再生処理が実行される間の期間を前記第１の再生処理が完了してから次の第１の再生処理が実行される間の期間よりも短くした
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
    前記内燃機関は車両に搭載されるものであり、
    前記再生手段は、以下の（１）〜（４）の論理和条件が成立したときに前記所定の実行条件が成立したとして、第２の再生処理を実行する
    （１）第２の再生処理が実行された後における第１の再生処理の実行回数が判定回数以上である
    （２）第２の再生処理が実行された後の車両の走行距離が判定距離以上である
    （３）第２の再生処理が実行された後の機関運転時間が判定時間以上である
    （４）第２の再生処理が実行された後の燃料噴射量積算値が所定量以上である
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
    前記内燃機関は車両に搭載されるものであり、
    前記再生手段は、以下の（１）〜（４）の論理積条件が成立したときに前記所定の実行条件が成立したとして、第２の再生処理を実行する
    （１）第２の再生処理が実行された後における第１の再生処理の実行回数が判定回数以上である
    （２）第２の再生処理が実行された後の車両の走行距離が判定距離以上である
    （３）第２の再生処理が実行された後の機関運転時間が判定時間以上である
    （４）第２の再生処理が実行された後の燃料噴射量積算値が所定量以上である
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
    前記被毒物質は硫黄である
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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