JP6597683B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

排気通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える内燃機関が知られている。こうした内燃機関では、理論空燃比よりもリーンな空燃比で燃焼が行われている間は、排気中のＮＯｘを上記触媒に吸蔵し、内燃機関で燃焼する混合気の空燃比が一時的にリッチな空燃比とされたときには、上記触媒が吸蔵したＮＯｘを還元浄化することで、外気へのＮＯｘの排出を抑えている。

上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒には、ＮＯｘと共に排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）が、硫化塩などの硫黄化合物のかたちで吸蔵される。そして、硫黄化合物の堆積に応じて触媒のＮＯｘ吸蔵能力の低下、いわゆる硫黄被毒が発生する。

そのため、上記触媒を備える内燃機関では、例えば特許文献１等に記載されているように、触媒に堆積した硫黄化合物を減少させる被毒回復制御が行われる。この被毒回復制御では、触媒の温度を硫黄化合物の脱離に必要な温度（例えば６００°Ｃ）に高めた状態で、排気に還元剤としての燃料を供給することにより上記触媒に堆積した硫黄化合物を脱離させて還元する脱離処理が行われる。また、還元反応による触媒の過剰な温度上昇を抑えるために、脱離処理を規定時間行った後は、排気への燃料供給を休止する休止処理が行われる。被毒回復制御では、こうした脱離処理と休止処理とが交互に繰り返されることにより、触媒に堆積した硫黄化合物が減少していく。

上記脱離処理では、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁から排気に燃料が供給されることにより、触媒に流入する排気の空燃比は理論空燃比よりもリッチ化される。
ここで、被毒回復制御の実施中は、硫黄化合物の脱離に必要な温度にまで排気の温度が高められるため、排気通路に設けられた添加弁が高温化し、同添加弁に熱害が生じるおそれがある。そこで、例えば特許文献２に記載されている装置と同様に、上記排気浄化装置においても、添加弁の高温化が懸念されるときには、添加弁から燃料を噴射することにより当該添加弁の冷却を行う、いわゆる冷却添加を実行することが好ましい。

国際公開第２０１０／１１６５３５号 特許第４９２２８９９号公報

しかしながら、脱離処理の実行中に上記の冷却添加を実行すると、排気に含まれる燃料の量が過剰になって触媒に流入する排気の空燃比が過剰にリッチ化するため、排気中の未燃燃料が触媒をすり抜ける現象、いわゆるＨＣスリップが発生するおそれがある。他方、脱離処理の実行中に冷却添加を実行しないと、添加弁が高温化して同添加弁に熱害が生じるおそれがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、被毒回復制御の脱離処理実行中における添加弁の熱害を抑えつつ、ＨＣスリップの発生を抑え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。

上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型の触媒と、前記触媒よりも上流側の排気通路に設けられて排気に機関燃料を添加する添加弁と、を備える内燃機関に適用される。この制御装置は、前記触媒に堆積した硫黄化合物が脱離する脱離可能温度に同触媒の温度を高めた状態で前記筒内噴射弁から排気への燃料供給を実施することにより前記触媒に堆積した硫黄化合物を脱離させる脱離処理と、前記筒内噴射弁から排気への燃料供給を休止する休止処理と、を交互に繰り返すことにより前記触媒に堆積した硫黄化合物を減少させる被毒回復制御を実行する被毒回復制御部と、前記添加弁から機関燃料を添加することにより同添加弁を冷却する冷却添加を前記休止処理の実行中に実施するとともに前記脱離処理の実行中における前記冷却添加を禁止する冷却添加制御を実行する被毒回復時冷却添加部と、を備えている。そして、前記被毒回復時冷却添加部は、前記脱離処理実行中の前記添加弁の温度が予め定められた許容上限温度を超えないように前記脱離処理開始時の前記添加弁の目標温度を算出する目標温度算出部と、前記休止処理の実行中における前記冷却添加の実施中に前記添加弁から添加する燃料量を冷却添加量としたときに、前記脱離処理開始時における前記添加弁の温度が前記目標温度になるように前記冷却添加量を算出する添加量算出部と、を備えている。

同構成によれば、脱離処理実行中の冷却添加が禁止されることにより、脱離処理の実行中における排気の空燃比の過剰なリッチ化が抑えられるようになるため、ＨＣスリップの発生を抑えることができるようになる。

他方、このようにして脱離処理の実行中における冷却添加を禁止すると、脱離処理の実行中には添加弁の温度が上昇していく。この点、同構成では、休止処理の実行中に冷却添加を実施することにより、脱離処理実行中の添加弁の温度が許容上限温度を超えない温度となるように脱離処理開始時の添加弁の温度が予め低下される。このようにして脱離処理の開始前に添加弁の温度が十分に低下されるため、脱離処理の実行中に添加弁の温度が上昇しても許容上限温度を超えないようになる。従って、脱離処理の実行中における添加弁の熱害発生も抑えることができる。

また、上記制御装置において、前記被毒回復時冷却添加部は、前記脱離処理実行中の前記添加弁の最高温度を予測する温度予測部と、前記温度予測部で予測された前記添加弁の最高温度が前記許容上限温度を超えるか否かを判定する判定部と、をさらに備えており、前記判定部にて前記添加弁の最高温度が前記許容上限温度を超えると判定されるときに、前記被毒回復時冷却添加部は前記冷却添加制御を実行するようにしてもよい。

同構成によれば、脱離処理の実行中に添加弁の温度が許容上限温度を超える可能性がある場合に上記冷却添加制御が実行される。従って、冷却添加制御を実行しなければならない状況を適切に判定することができる。

上記温度予測部で予測された添加弁の最高温度から許容上限温度を減じた値が大きいときほど、脱離処理開始時の添加弁の温度をより低くすることにより、脱離処理実行中に添加弁の温度が許容上限温度に達しないようにすることが好ましい。また、休止処理の実行中における冷却添加量が多いほど、脱離処理開始時の添加弁の温度は低くなる。

そこで、上記制御装置において、前記目標温度算出部は、前記温度予測部で予測された前記添加弁の最高温度から前記許容上限温度を減じた値が大きいときほど、前記目標温度が低くなるように同目標温度を算出し、前記添加量算出部は、前記目標温度が低いときほど、前記冷却添加量が多くなるように同冷却添加量を算出することが望ましい。

同構成によれば、脱離処理実行中の添加弁の温度が許容上限温度を超えないようにするために必要な冷却添加量を適切に算出することができる。
また、上記制御装置において、前記被毒回復時冷却添加部は、前記被毒回復制御の実施中における前記脱離処理の実行回数が予め定められた回数に達するまで、前記目標温度算出部による前記目標温度の更新を保留するとともに前記添加量算出部による前記冷却添加量の更新を保留するようにしてもよい。

同構成によれば、脱離処理を１回実行するたびに上記目標温度及び上記冷却添加量を算出する場合と比較して、目標温度及び冷却添加量の演算負荷を低減することができる。

内燃機関の制御装置の一実施形態の構成を示す模式図。 同実施形態における被毒回復制御の実施態様を示すタイムチャート。 同実施形態において冷却添加を行うための一連の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態における目標温度の設定態様を示すグラフ。 同実施形態における冷却添加量の設定態様を示すグラフ。 同実施形態における添加弁の駆動信号を示すタイムチャート。 同実施形態における添加弁の温度の推移を示すタイムチャート。

以下、内燃機関の制御装置の一実施形態を、図１〜図７を参照して説明する。本実施形態の制御装置は、気筒内に噴射した燃料を圧縮による自己着火により燃焼させる圧縮着火式の内燃機関、いわゆるディーゼルエンジンに適用されるものとなっている。

図１に示すように、内燃機関１０には、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁１１が複数設けられている。また、内燃機関１０の吸気通路には、気筒内に吸入される空気の量を調整する吸気絞り弁が設けられている。

内燃機関１０の排気通路１４には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下、ＮＳＲ触媒という）２０が設けられている。このＮＳＲ触媒２０は、酸化雰囲気下において周囲の窒素酸化物を吸蔵する一方でその吸蔵した窒素酸化物を還元雰囲気下において放出して還元浄化する。

排気通路１４におけるＮＳＲ触媒２０よりも上流側の部分には、内燃機関１０の燃料を排気に添加する電磁駆動式の添加弁３５が設置されている。添加弁３５には、内燃機関１０の冷却水を共用する水冷式の冷却装置６０が設けられている。

排気通路１４におけるＮＳＲ触媒２０の排気流入口の近傍の部分には、ＮＳＲ触媒２０に流入する排気の温度（以下、排気温度ＴＨＥという）を検出する温度センサ７３や、ＮＳＲ触媒２０に流入する排気の空燃比（以下、触媒前排気空燃比ＡＦ１という）を検出する空燃比センサ７４が設置されている。

内燃機関１０には、上記センサ以外にも各種のセンサが設けられている。例えば、吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ７０や、機関回転速度ＮＥを検出するクランク角センサ７１や、内燃機関１０を冷却する冷却水の温度である冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ７２などが設けられている。

内燃機関１０は制御装置８０を備えている。この制御装置８０は、各種演算処理を行う中央演算処理装置、制御用のプログラムやデータが記憶された読出専用メモリ、中央演算処理装置の演算結果などを一時的に記憶するメモリ、入力ポート及び出力ポートなどを備えている。制御装置８０の入力ポートには、上述した各種センサの出力信号が入力される。また、制御装置８０の出力ポートには、筒内噴射弁１１や添加弁３５などといった各種デバイス用の駆動回路が接続されている。

この制御装置８０は、筒内噴射弁１１から排気への燃料供給を実施することによりＮＳＲ触媒２０に堆積した硫黄化合物を脱離させる脱離処理と、筒内噴射弁１１から排気への燃料供給を休止する休止処理と、を交互に繰り返すことによりＮＳＲ触媒２０に堆積した硫黄化合物を減少させる被毒回復制御を実行する被毒回復制御部８０Ａを備えている。

また、制御装置８０は、添加弁３５から燃料を添加することにより同添加弁３５を冷却する冷却添加を上記休止処理の実行中に実施するとともに上記脱離処理の実行中における冷却添加を禁止する冷却添加制御を実行する被毒回復時冷却添加部８０Ｂを備えている。

この被毒回復時冷却添加部８０Ｂは、脱離処理開始時の添加弁３５の目標温度Ｔｄを算出する目標温度算出部８０Ｃを備えている。
また、被毒回復時冷却添加部８０Ｂは、上記休止処理の実行中における冷却添加の実施中に添加弁３５から添加する燃料量を冷却添加量としたときに、脱離処理開始時における添加弁３５の温度が目標温度Ｔｄになるように冷却添加量ＣＡを算出する添加量算出部８０Ｄを備えている。

また、被毒回復時冷却添加部８０Ｂは、脱離処理実行中の添加弁３５の最高温度を予測する温度予測部８０Ｅと、温度予測部８０Ｅで予測された添加弁３５の最高温度が許容上限温度Ｔｃを超えるか否かを判定する判定部８０Ｆを備えている。

そして制御装置８０は、筒内噴射弁１１の燃料噴射量や燃料噴射時期を制御する燃料噴射制御や、ＮＳＲ触媒２０による排気浄化を好適に行うための排気浄化制御といった各種制御を実行する。

内燃機関１０において、混合気の空燃比が理論空燃比ＳＴよりも大きい状態で燃焼が行われている間は、触媒前排気空燃比ＡＦ１の値が理論空燃比ＳＴの値よりも大きい値となり、このときのＮＳＲ触媒２０では、排気中のＮＯｘが吸蔵されることにより、外気へのＮＯｘの放出が抑えられる。ただし、ＮＳＲ触媒２０に吸蔵可能なＮＯｘの量には限界がある。そのため、本実施形態の排気浄化装置では、ＮＳＲ触媒２０のＮＯｘの吸蔵量が限界に達する前に、筒内噴射弁１１からポスト噴射を行って同筒内噴射弁１１から排気に燃料を供給することにより、ＮＳＲ触媒２０に流入する排気の空燃比を理論空燃比ＳＴよりもリッチ化させてＮＳＲ触媒２０に還元剤（燃料）を供給する。そして、この供給された還元剤を利用して、吸蔵したＮＯｘをＮＳＲ触媒２０から放出させて還元浄化するＮＯｘ還元処理を行う。なお、ポスト噴射による排気への燃料供給が不足する場合には、添加弁３５からの燃料添加も併用される。

他方、燃料中には硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれており、ＮＳＲ触媒２０は、酸化雰囲気下においてＮＯｘと共に燃料由来の硫黄酸化物（ＳＯｘ）も吸蔵する。このときのＳＯｘは、硫酸塩などの硫黄化合物のかたちでＮＳＲ触媒２０に吸蔵される。ＮＳＲ触媒２０に吸蔵された硫黄化合物は、ＮＯｘ還元処理時の条件では、ＮＳＲ触媒２０から脱離しない。そのため、ＮＳＲ触媒２０には、硫黄化合物が次第に堆積していき、これを放置すれば、ＮＳＲ触媒２０のＮＯｘ吸蔵能力が低下する現象、いわゆる硫黄被毒が発生してしまう。そこで、被毒回復制御部８０Ａを備える制御装置８０は、ＮＳＲ触媒２０に堆積した硫黄化合物を脱離させるための硫黄回復制御を実施する。

図２に、硫黄回復制御の実施態様を示す。
制御装置８０は、排気に供給された燃料量、排気温度ＴＨＥ等から求められたＮＳＲ触媒２０の温度、吸入空気量ＧＡなどから求められた排気流量などに基づいてＮＳＲ触媒２０に堆積している硫黄化合物の量（以下、硫黄堆積量という）を算出している。

そして、同図の時刻ｔ１において、硫黄堆積量Ｓが予め定められた開始判定値Ｓ１に達すると、被毒回復制御が開始される。被毒回復制御が開始されると、まず、添加弁３５からの燃料添加が実行されることにより、ＮＳＲ触媒２０に堆積した硫黄化合物が脱離する脱離可能温度にＮＳＲ触媒２０の温度を高めるための昇温処理が実施される。

時刻ｔ２において、ＮＳＲ触媒２０の温度が上記脱離可能温度以上になって昇温処理が終了すると、引き続き脱離処理が開始される。この脱離処理は、予め定められた実行期間ＤＴが経過する時刻ｔ３に一旦終了する。そしてその後、予め定められた休止期間ＲＴが経過した時刻ｔ４に、再び脱離処理が開始される。以後、脱離処理は、被毒回復制御が終了するまで、休止期間ＲＴを挟んで繰り返し実行される。

上記脱離処理が開始されると、筒内噴射弁１１からのポスト噴射が実行されることにより、上記昇温処理によってＮＳＲ触媒２０の温度が上記脱離可能温度にまで高められた状態で触媒前排気空燃比ＡＦ１が理論空燃比ＳＴよりもリッチ側の値になり、ＮＳＲ触媒２０には還元剤としての燃料が供給される。こうしたＮＳＲ触媒２０への燃料供給により、ＮＳＲ触媒２０からの硫黄化合物の脱離が開始される。また、上記休止期間ＲＴの間は筒内噴射弁１１からのポスト噴射を休止する上記休止処理（以下、ポスト噴射休止処理という）が実行されることにより、筒内噴射弁１１から排気への燃料供給が休止されるため、触媒前排気空燃比ＡＦ１は理論空燃比ＳＴよりもリーン側の値になる。

なお、脱離処理の実行中において、触媒前排気空燃比ＡＦ１のリッチ化度合を高めるほど、ＮＳＲ触媒２０に供給する燃料量を増やすことができる。しかし、触媒前排気空燃比ＡＦ１を過剰にリッチ化すると、ＮＳＲ触媒２０においてＨＣスリップが発生するようになり、例えば排気通路１４の末端から外気へと白煙が放出されるおそれがある。そのため、ＮＳＲ触媒２０においてＨＣスリップの発生を抑えることのできる空燃比の最小値を限界空燃比ＬＴとしたときに、脱離処理の実行中は、そうした限界空燃比ＬＴを超えて排気の空燃比がリッチ化しないように、排気に含まれる燃料の量を調量する必要がある。そのために本実施形態では、ＮＳＲ触媒２０に流入する排気の空燃比が限界空燃比ＬＴになるときのポスト噴射量が予めの実験等を通じて求められており、そうして求められたポスト噴射量が、脱離処理実行中のポスト噴射量として設定される。

そして、各脱離処理の実行期間（ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７、ｔ８〜ｔ９）には、ＮＳＲ触媒２０からの硫黄化合物の脱離量に応じて硫黄堆積量Ｓの値は減少される。そして、硫黄堆積量Ｓの値が終了判定値Ｓ３（例えば本実施形態では「０」に設定）まで減少する時刻ｔ９において、被毒回復制御は終了される。

他方、脱離処理の実行中は、硫黄化合物の脱離に必要な脱離可能温度にまで排気の温度が高められているため、排気通路１４に設けられた添加弁３５が高温化し、同添加弁３５に熱害が生じるおそれがある。そこで、添加弁３５の高温化が懸念されるときには、添加弁３５から燃料を添加することにより当該添加弁３５の冷却を行う、いわゆる冷却添加を実行することが好ましい。

しかしながら、脱離処理の実行中に上記の冷却添加をそのまま実行すると、排気に含まれる燃料の量が過剰になってＮＳＲ触媒２０に流入する排気の空燃比が過剰にリッチ化するため、ＨＣスリップが発生するおそれがある。また、ＮＳＲ触媒２０に流入する排気の空燃比が過剰にリッチ化すると被毒回復の効率が低下するおそれもある。他方、脱離処理の実行中に冷却添加を実行しないと、添加弁３５が高温化して同添加弁３５に熱害が生じるおそれがある。

そこで、被毒回復時冷却添加部８０Ｂを備える制御装置８０は、図３に示す一連の処理手順を実行することにより、そうした不都合の発生を抑えるようにしている。なお、制御装置８０は、図３に示す処理手順を、内燃機関１０の始動時に開始して同内燃機関１０が停止するまで実施する。

図３に示すように、被毒回復時冷却添加部８０Ｂは、本処理を開始するとまず、被毒回復制御の実行要求があるか否かを判定する（Ｓ１００）。このステップＳ１００では、硫黄堆積量Ｓが上記開始判定値Ｓ１に達している場合に、被毒回復制御の実行要求があると判定される。そして、被毒回復制御の実行要求がないときには（Ｓ１００：ＮＯ）、ステップＳ１００の処理を繰り返し実行する。

一方、被毒回復制御の実行要求があるときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、温度予測部８０Ｅは、上記脱離処理の実行に先立って、脱離処理の実行中における添加弁３５の予測最高温度Ｔｍを算出する（Ｓ１１０）。このステップＳ１１０では、現在の冷却水温ＴＨＷ、現在の排気温度ＴＨＥ、現在の吸入空気量、脱離処理実行中の目標排気温度、脱離処理実行中の目標吸入空気量などから上記予測最高温度Ｔｍが算出される。なお、上記予測最高温度Ｔｍは、脱離処理の実行中に添加弁３５の冷却添加を行わない状態での予測温度になっている。

次に、判定部８０Ｆは、算出された予測最高温度Ｔｍが許容上限温度Ｔｃを超えているか否かを判定する（Ｓ１２０）。この許容上限温度Ｔｃは、添加弁３５の高温化による熱害の発生を抑えることのできる最高温度が設定されている。そして、予測最高温度Ｔｍが許容上限温度Ｔｃを超えているときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、目標温度算出部８０Ｃは、脱離処理実行中の添加弁３５の温度が上記許容上限温度Ｔｃを超えないように脱離処理開始時の添加弁３５の温度を予め低下させておくために、脱離処理開始時の添加弁３５の目標温度Ｔｄを算出する（Ｓ１３０）。

図４に示すように、ステップＳ１３０では、添加弁３５の予測最高温度Ｔｍから許容上限温度Ｔｃを減じた温度差ΔＴＨ（＝Ｔｍ−Ｔｃ）が算出される。そして、この温度差ΔＴＨの値が大きいときほど、目標温度Ｔｄは低くなるように同目標温度Ｔｄは算出される。

次に、添加量算出部８０Ｄは、目標温度Ｔｄに基づいて上記冷却添加量ＣＡを算出する（Ｓ１４０）。この冷却添加量ＣＡは、ポスト噴射休止処理の実行中に冷却添加を行うことにより、脱離処理開始時における添加弁３５の温度をポスト噴射休止処理の実行中に目標温度Ｔｄにまで低下させるために必要な燃料量であり、ポスト噴射休止処理を１回実行している間に添加弁３５から添加する燃料量の総量である。換言すれば、１つの休止期間ＲＴ中に添加弁３５から添加する燃料量の総量である。そして、目標温度Ｔｄと必要になる冷却添加量ＣＡとの関係は予め求められている。

図５に示すように、本実施形態では、目標温度Ｔｄが低いときほど冷却添加量ＣＡは多くなるように同冷却添加量ＣＡは算出される。
次に、被毒回復時冷却添加部８０Ｂは、ポスト噴射休止処理の開始タイミングか否かを判定する（Ｓ１５０）。そして、ポスト噴射休止処理の開始タイミングではないときには（Ｓ１５０：ＮＯ）、ステップＳ１５０の処理を繰り返し実行する。

一方、ポスト噴射休止処理の開始タイミングであるときには（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、被毒回復時冷却添加部８０Ｂは、ポスト噴射休止処理の実行中に添加弁３５の冷却添加を実施する（Ｓ１６０）。

図６に示すように、ステップＳ１６０において冷却添加が実行されると、添加弁３５から排気に対して燃料を周期的に繰り返し噴射する間欠添加が実施される。この間欠添加の実行時には、駆動インターバル時間Ｔｉｎｔ毎に、予め定められた駆動時間τの間だけ添加弁３５には通電が行われる。なお、駆動時間τは、制御装置８０から添加弁３５の駆動回路に向けて出力される駆動信号を「ＯＮ」状態に保持することにより添加弁３５に開弁動作を行わせる時間であり、添加弁３５の冷却効果を確保しつつ燃料の消費量をできる限り抑えることの可能な時間（例えば添加弁３５の駆動時間として設定可能な最小値など）が設定されている。また、上記駆動時間τ内に添加弁３５から噴射される燃料量で冷却添加量ＣＡを除することにより、１つの休止期間ＲＴ中における添加弁３５の燃料添加回数が求められる。そして、１つの休止期間ＲＴの時間を燃料添加回数で除した値が、ポスト噴射休止処理実行中の冷却添加実行時における上記駆動インターバル時間Ｔｉｎｔとして設定される。

本処理手順では、上記ステップＳ１５０にて肯定判定されるまで冷却添加が行われないため、脱離処理の実行中は冷却添加が禁止される。従って、本実施形態では、上記ステップＳ１５０及びステップＳ１６０の処理を通じて、ポスト噴射休止処理の実行中に添加弁３５の冷却添加を実施するとともに、脱離処理の実行中における添加弁３５の冷却添加を禁止する冷却添加制御が実行される。

上記ステップＳ１６０の処理が実行されると、または上記ステップＳ１２０にて否定判定されるときには、被毒回復時冷却添加部８０Ｂは、次に、被毒回復制御が終了したか否かを判定する（Ｓ１７０）。このステップＳ１７０では、硫黄堆積量Ｓが上記終了判定値Ｓ３にまで減少している場合に、被毒回復制御が終了したと判定される。そして、被毒回復制御が終了したと判定されるときには（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、上記ステップＳ１００の処理に戻る。

一方、被毒回復制御が終了していないときには（Ｓ１７０：ＮＯ）、被毒回復時冷却添加部８０Ｂは、脱離処理が予め定められた規定回数Ｎだけ実行されたか否かを判定する（Ｓ１８０）。この規定回数Ｎとしては、上述した予測最高温度Ｔｍの算出に影響を与える程度に冷却水温ＴＨＷが変化するのに要する時間に相当する脱離処理の実行回数が設定されている。

そして、脱離処理がまだ規定回数Ｎだけ実行されていないときには（Ｓ１８０：ＮＯ）、被毒回復時冷却添加部８０Ｂは、ステップＳ１６０以降の処理を再び実行する。つまり、この場合には、現在設定されている冷却添加量ＣＡによる冷却添加が再び実行される。

一方、脱離処理が規定回数Ｎだけ実行されたときには（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、被毒回復時冷却添加部８０Ｂは、ステップＳ１１０以降の処理を再び実行する。つまり、この場合には、予測最高温度Ｔｍの算出が再度行われることにより予測最高温度Ｔｍの更新が行われる。そして、更新された予測最高温度Ｔｍが許容上限温度Ｔｃ以下であるときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、添加弁３５の冷却添加制御は実行されない。また、更新された予測最高温度Ｔｍが許容上限温度Ｔｃを超えているときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、更新された予測最高温度Ｔｍに基づいて温度差ΔＴＨの算出が再度行われ、目標温度Ｔｄが更新される（Ｓ１３０）。そして、更新された目標温度Ｔｄに基づいて冷却添加量ＣＡの更新が行われ（Ｓ１４０）、その更新された冷却添加量ＣＡによる添加弁３５の冷却添加が実行される（Ｓ１６０）。

以上説明した本実施形態によれば、以下の作用及び効果を得ることができる。
（１）被毒回復制御の実行要求があるときに（図３のＳ１００：ＹＥＳ）、上記予測最高温度Ｔｍが許容上限温度Ｔｃを超えると判定される場合には（図３のＳ１２０）、ポスト噴射休止処理実行中に添加弁３５の冷却添加を実施するとともに脱離処理実行中の冷却添加を禁止する冷却添加制御が実施される（図３のＳ１５０及びＳ１６０）。

図７に、添加弁３５の予測最高温度Ｔｍが許容上限温度Ｔｃを超えると判定される場合の添加弁３５の温度推移について一例を示す。
この図７に示すように、脱離処理の実施中には添加弁３５の冷却添加が禁止されることにより（時刻ｔ１〜時刻ｔ２、時刻ｔ３〜時刻ｔ４）、脱離処理の実行中における排気の空燃比の過剰なリッチ化が抑えられるため、ＨＣスリップの発生を抑えることができる。また、脱離処理の実行中における排気の空燃比の過剰なリッチ化が抑えられるため、被毒回復制御を実施するときの被毒回復の効率低下も抑えることができる。

他方、このようにして脱離処理の実行中における冷却添加を禁止すると、脱離処理の実行中には添加弁３５の温度が上昇していく。この点、本実施形態では、脱離処理実行中の添加弁３５の温度が許容上限温度Ｔｃを超えない温度となるように、ポスト噴射休止処理の実施中に添加弁３５の冷却添加を実施することにより、脱離処理開始時の添加弁３５の温度は、目標温度Ｔｄにまで予め低下される（時刻ｔ１、時刻ｔ３）。このようにして脱離処理の開始前に添加弁３５の温度が十分に低下されるため、脱離処理の実行中に添加弁３５の温度が上昇しても（時刻ｔ１〜時刻ｔ２、時刻ｔ３〜時刻ｔ４）、添加弁３５の温度は許容上限温度Ｔｃを超えないようになる。従って、脱離処理の実行中における添加弁３５の熱害発生も抑えることができる。

（２）脱離処理実行中の添加弁３５の予測最高温度Ｔｍを算出し、その算出された予測最高温度Ｔｍが許容上限温度Ｔｃを超えると判定されるときに（図３のＳ１２０：ＹＥＳ）、冷却添加制御が実行される（図３のＳ１５０及びＳ１６０）。従って、脱離処理の実行中に添加弁３５の温度が許容上限温度Ｔｃを超える可能性がある場合に冷却添加制御が実行されるようになり、冷却添加制御を実行しなければならない状況を適切に判定することができる。

（３）上記温度予測部で予測された添加弁３５の予測最高温度Ｔｍから許容上限温度Ｔｃを減じた温度差ΔＴＨが大きいときほど、脱離処理開始時の添加弁３５の温度をより低くすることにより、脱離処理実行中に添加弁３５の温度が許容上限温度Ｔｃに達しないようにすることが好ましい。また、ポスト噴射休止処理の実行中における冷却添加量ＣＡが多いほど、脱離処理開始時の添加弁３５の温度は低くなる。

そこで、先の図４に示したように、上記温度差ΔＴＨが大きいときほど上記目標温度がＴｄが低くなるように同目標温度Ｔｄが算出される。また、先の図５に示したように、目標温度Ｔｄが低いときほど上記冷却添加量ＣＡが多くなるように同冷却添加量ＣＡは算出される。従って、脱離処理実行中の添加弁３５の温度が許容上限温度Ｔｃを超えないようにするために必要な冷却添加量ＣＡを適切に算出することができる。

（４）脱離処理が規定回数Ｎだけ実行されていないときには（図３のＳ１８０：ＮＯ）、ステップＳ１５０以降の処理が再び実行されることにより、現在算出されている目標温度Ｔｄや冷却添加量ＣＡの更新を行うことなく、添加弁３５の冷却添加制御が実施される。このように被毒回復制御の実施中における脱離処理の実行回数が予め定められた規定回数Ｎに達するまで、目標温度算出部８０Ｃによる目標温度Ｔｄの更新が保留されるとともに添加量算出部８０Ｄによる冷却添加量ＣＡの更新が保留される。従って、脱離処理を１回実行するたびに目標温度Ｔｄ及び冷却添加量ＣＡを算出する場合と比較して、目標温度Ｔｄ及び冷却添加量ＣＡの演算負荷を低減することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・先の図３に示したステップＳ１８０の処理を省略する。そして、ステップＳ１７０にて否定判定されるときには、ステップＳ１１０以降の処理を実行するようにしてもよい。つまり、脱離処理を１回実行する毎に目標温度Ｔｄ及び冷却添加量ＣＡを算出してもよい。この場合でも、上記（４）以外の作用効果を得ることができる。

・上記実施形態では、ポスト噴射休止処理の休止期間ＲＴ内において、添加弁３５から冷却添加量ＣＡに相当する分の燃料を噴射するために、当該冷却添加量ＣＡに応じて駆動インターバル時間Ｔｉｎｔを変化させるようにした。この他、駆動インターバル時間Ｔｉｎｔを固定値とし、冷却添加量ＣＡに応じて添加弁３５の駆動時間τを変化させることにより、ポスト噴射休止処理の休止期間ＲＴ内において、添加弁３５から冷却添加量ＣＡに相当する分の燃料が噴射されるようにしてもよい。

・脱離処理実行中の添加弁３５の温度が許容上限温度Ｔｃを超えないように脱離処理開始時の添加弁３５の目標温度Ｔｄを算出する際には、上記温度差ΔＴＨに基づいて当該目標温度Ｔｄを算出するようにしたが、他の態様で同目標温度Ｔｄを算出してもよい。例えば、温度差ΔＴＨの値が大きいときには、同温度差ΔＴＨの値が小さいときに比べて予測最高温度Ｔｍの値は高くなっている。そのため、温度差ΔＴＨを算出することなく、予測最高温度Ｔｍの値から目標温度Ｔｄを直接算出するようにしてもよい。なお、この場合には、予測最高温度Ｔｍの値が高いときほど目標温度Ｔｄが低くなるように同目標温度Ｔｄを算出する。

・上記ステップＳ１２０にて否定判定されるときには、添加弁３５の冷却添加制御が実行されないようにした。この他、同ステップＳ１２０にて否定判定されるときには、上記冷却添加量ＣＡよりも少ない冷却添加量にてポスト噴射休止処理の実行中に添加弁３５の冷却添加を行うとともに脱離処理の実行中における添加弁３５の冷却添加を禁止する冷却添加制御を実施してもよい。この場合には、予測最高温度Ｔｍが許容上限温度Ｔｃ以下の場合であっても、ポスト噴射休止処理の実行中には添加弁３５の温度が低下するようになる。

・上記実施形態では、脱離処理の実行に際して、筒内噴射弁１１から排気に燃料を供給するためにポスト噴射を実施した。この他、混合気の空燃比を一時的にリッチ化するリッチスパイクなどを実施することにより筒内噴射弁１１から排気に燃料を供給してもよい。なお、リッチスパイクを実施する場合には、上記休止期間ＲＴの間、リッチスパイクを注視する処理を実行することにより、筒内噴射弁１１から排気への燃料供給を休止する上記休止処理を実施することができる。

１０…内燃機関、１１…筒内噴射弁、１４…排気通路、２０…ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）、３５…添加弁、６０…冷却装置、７０…エアフロメータ、７１…クランク角センサ、７２…水温センサ、７３…温度センサ、７４…空燃比センサ、８０…制御装置、８０Ａ…被毒回復制御部、８０Ｂ…被毒回復時冷却添加部、８０Ｃ…目標温度算出部、８０Ｄ…添加量算出部、８０Ｅ…温度予測部、８０Ｆ…判定部。

Claims (4)

1. 気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型の触媒と、前記触媒よりも上流側の排気通路に設けられて排気に機関燃料を添加する添加弁と、を備える内燃機関の制御装置であって、
   当該制御装置は、
   前記触媒に堆積した硫黄化合物が脱離する脱離可能温度に同触媒の温度を高めた状態で前記筒内噴射弁から排気への燃料供給を実施することにより前記触媒に堆積した硫黄化合物を脱離させる脱離処理と、前記筒内噴射弁から排気への燃料供給を休止する休止処理と、を交互に繰り返すことにより前記触媒に堆積した硫黄化合物を減少させる被毒回復制御を実行する被毒回復制御部と、
   前記添加弁から機関燃料を添加することにより同添加弁を冷却する冷却添加を前記休止処理の実行中に実施するとともに前記脱離処理の実行中における前記冷却添加を禁止する冷却添加制御を実行する被毒回復時冷却添加部と、を備え、
   前記被毒回復時冷却添加部は、
   前記脱離処理実行中の前記添加弁の温度が予め定められた許容上限温度を超えないように前記脱離処理開始時の前記添加弁の目標温度を算出する目標温度算出部と、
   前記休止処理の実行中における前記冷却添加の実施中に前記添加弁から添加する燃料量を冷却添加量としたときに、前記脱離処理開始時における前記添加弁の温度が前記目標温度になるように前記冷却添加量を算出する添加量算出部と、を備える
   内燃機関の制御装置。
2. 前記被毒回復時冷却添加部は、
   前記脱離処理実行中の前記添加弁の最高温度を予測する温度予測部と、
   前記温度予測部で予測された前記添加弁の最高温度が前記許容上限温度を超えるか否かを判定する判定部と、をさらに備えており、
   前記判定部にて前記添加弁の最高温度が前記許容上限温度を超えると判定されるときに、前記被毒回復時冷却添加部は前記冷却添加制御を実行する
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記目標温度算出部は、前記温度予測部で予測された前記添加弁の最高温度から前記許容上限温度を減じた値が大きいときほど、前記目標温度が低くなるように同目標温度を算出し、
   前記添加量算出部は、前記目標温度が低いときほど、前記冷却添加量が多くなるように同冷却添加量を算出する
   請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記被毒回復時冷却添加部は、前記被毒回復制御の実施中における前記脱離処理の実行回数が予め定められた回数に達するまで、前記目標温度算出部による前記目標温度の更新を保留するとともに前記添加量算出部による前記冷却添加量の更新を保留する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。