JP7061146B2 - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排ガスを浄化するためのＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排ガス浄化装置に関し、特に、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＳＯｘを脱離するためのサルファパージ運転を行う排ガス浄化装置に関する。

従来のこの種の内燃機関の排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。内燃機関は例えばディーゼルエンジンであり、排気通路にはＮＯｘ触媒が設けられている。この排ガス浄化装置では、通常運転中、酸化雰囲気の排ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒に捕捉される。また、ＮＯｘ捕捉量が所定量に達したときに、排ガスを還元雰囲気に制御する還元制御を一時的に行うことにより、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘが還元状態で脱離するとともに、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉性能が回復される。

また、通常運転中、ＮＯｘ触媒には、燃料に含まれるＳ（硫黄）成分に由来する排ガス中のＳＯｘ（硫黄酸化物）が付着し、ＮＯｘ捕捉性能を阻害する原因になる。このため、この排ガス浄化装置では、ＳＯｘ付着量が所定量に達したときに、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを脱離するためのサルファパージ運転が行われる。このサルファパージ運転は、排ガスに燃料を還元剤として添加することで、排ガスの温度を上昇させるとともに、排ガスを還元雰囲気に制御することによって、行われる。また、サルファパージ運転の実行に伴うＮＯｘ触媒の過昇温を防止するために、サルファパージ運転の終了に続き、サルファパージ運転を禁止し、通常運転に復帰する禁止時間（期間）が設けられる。この禁止時間は、その開始時における排ガスの温度及びＮＯｘ触媒の温度に応じて設定される。

特許第３８０００８０号公報

上述したように、従来の排ガス浄化装置では、サルファパージ運転の禁止時間は、その開始時における排ガス温度及びＮＯｘ触媒温度に応じて設定される。しかし、禁止時間の開始時の排ガスやＮＯｘ触媒の温度条件が同じであっても、禁止時間中のＮＯｘ触媒温度は必ずしも同じようには推移しない。例えば、直前のサルファパージ運転の実行時間が比較的長かった場合には、サルファパージ運転中、より多量の還元剤がＮＯｘ触媒に供給され、その終了時に多量のＨＣがＮＯｘ触媒に残留することがある。その場合には、その後の禁止時間中に、残留した多量のＨＣが酸化雰囲気の排ガス中のＯ２と酸化反応することによって、ＮＯｘ触媒の温度が上昇し、その昇温分、次回のサルファパージ運転中に、ＮＯｘ触媒が過昇温状態になり、熱劣化を招くおそれがある。

一方、このようなＮＯｘ触媒の過昇温を回避するために、禁止時間を長めに設定した場合には、その分、サルファパージ運転の実行が制限され、高い実行頻度を確保することができない。その結果、ＮＯｘ触媒にＳＯｘが付着している状態が長くなり、高いＮＯｘ捕捉性能を維持できず、排ガス特性が悪化してしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、サルファパージ運転が終了した後の禁止時間を、推定されるＮＯｘ触媒の温度状況に応じて過不足なく設定し、それにより、ＮＯｘ触媒の過昇温を防止するとともに、サルファパージ運転の実行頻度を確保し、排ガス特性を維持することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関の排ガス浄化装置は、内燃機関３の排気通路５に設けられ、酸化雰囲気の排ガス中のＮＯｘ及びＳＯｘを捕捉するとともに、還元剤を含む還元雰囲気の排ガスが供給されることにより、捕捉したＮＯｘを還元し、脱離するＮＯｘ触媒７と、ＮＯｘ触媒７に還元雰囲気の排ガスを供給することにより、ＮＯｘ触媒７に捕捉されたＳＯｘを還元し、脱離するためのサルファパージ運転を実行するとともに、サルファパージ運転が終了した後の禁止時間ＴＲＥＦＩ、サルファパージ運転を禁止するサルファパージ制御手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ＥＣＵ２、図２）と、サルファパージ運転中にＮＯｘ触媒７に供給された還元剤の供給量を表す還元剤供給量パラメータ（サルファパージ運転の実行時間ＴＥＸＥ）を取得する還元剤供給量パラメータ取得手段（ＥＣＵ２、図２のステップ１０）と、ＮＯｘ触媒７の温度（触媒温度ＴＮＳＣ）を検出するＮＯｘ触媒温度検出手段（触媒温度センサ１４）と、取得された還元剤供給量パラメータ、及び検出されたＮＯｘ触媒７の温度に応じて、サルファパージ運転の禁止時間ＴＲＥＦＩを設定する禁止時間設定手段（ＥＣＵ２、ステップ１１）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の排ガス浄化装置では、ＮＯｘ触媒は、酸化雰囲気の排ガスが供給されたときに、排ガス中のＮＯｘとともにＳＯｘを捕捉する。また、ＮＯｘ触媒に還元雰囲気の排ガスを供給することにより、捕捉されたＳＯｘを還元し、脱離するためのサルファパージ運転が実行されるとともに、サルファパージ運転が終了した後の禁止時間、サルファパージ運転が禁止される。本発明によれば、この禁止時間は次のように設定される、すなわち、サルファパージ運転中にＮＯｘ触媒に供給された還元剤の供給量を表す還元剤供給量パラメータを取得するとともに、ＮＯｘ触媒の温度を検出し、これらの還元剤供給量パラメータ及びＮＯｘ触媒の温度に応じて、サルファパージ運転の禁止時間を設定する。

前述したように、サルファパージ運転中にＮＯｘ触媒に供給される還元剤の量が異なると、サルファパージ運転の終了時のＮＯｘ触媒における還元剤の残留量が異なり、それに応じて、禁止時間中、残留した還元剤中のＨＣと酸化雰囲気の排ガス中のＯ２との酸化反応によるＮＯｘ触媒の昇温状態が変化し、禁止時間後のサルファパージ運転中におけるＮＯｘ触媒の昇温状態に影響を及ぼす。

また、サルファパージ運転の開始時の温度は、そのサルファパージ運転中のＮＯｘ触媒の昇温状態に直接的に影響を及ぼす。したがって、取得された還元剤供給量パラメータと検出されたＮＯｘ触媒の温度に応じ、サルファパージ運転の禁止時間を設定することによって、推定されるＮＯｘ触媒の温度状況に応じて、禁止時間を過不足なく設定でき、それにより、ＮＯｘ触媒の過昇温を防止するとともに、サルファパージ運転の実行頻度を確保し、排ガス特性を維持することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置において、禁止時間設定手段は、還元剤供給量パラメータで表される還元剤の供給量が大きいほど、禁止時間ＴＲＥＦＩをより大きな値に設定するとともに、サルファパージ運転の終了時に検出されたＮＯｘ触媒７の温度が高いほど、禁止時間ＴＲＥＦＩをより大きな値に設定すること（ステップ１１、図４）を特徴とする。

前述したＮＯｘ触媒の昇温特性から、サルファパージ運転中にＮＯｘ触媒に供給される還元剤量が大きいほど、また、サルファパージ運転の終了時のＮＯｘ触媒７の温度が高いほど、次回のサルファパージ運転中にＮＯｘ触媒の過昇温が発生しやすい。この構成によれば、これらの場合に、サルファパージ運転の禁止時間をより大きな値に設定するので、ＮＯｘ触媒の過昇温を防止するとともに、サルファパージ運転の実行頻度を確保するという前述した請求項１による作用を良好に得ることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置において、排気通路５のＮＯｘ触媒７よりも下流側に設けられ、サルファパージ運転中、ＮＯｘ触媒７から排出されたＨ２Ｓを捕捉し、禁止時間ＴＲＥＦＩにおいて、捕捉したＨ２Ｓを酸化雰囲気の排ガス中のＯ２によって酸化し、脱離するＨ２Ｓ浄化触媒（ＤＰＦ２８）と、禁止時間ＴＲＥＦＩを下限値ＴＬＭＴによって制限する禁止時間制限手段（ＥＣＵ２、図７のステップ３１～３３）と、をさらに備えることを特徴とする。

この構成では、排気通路のＮＯｘ触媒よりも下流側に、Ｈ２Ｓ浄化触媒が設けられている。このＨ２Ｓ浄化触媒は、サルファパージ運転中、ＮＯｘ触媒から排出されたＨ２Ｓを捕捉し、その後の禁止時間において、捕捉したＨ２Ｓを酸化雰囲気の排ガス中のＯ２によって酸化し、脱離するという特性を有する。このようなＨ２Ｓ浄化触媒の特性から、禁止時間が短い場合には、禁止時間中にＨ２Ｓ浄化触媒に供給されるＯ２供給量が不足し、Ｈ２Ｓとの酸化反応が十分に行われないことで、禁止時間の終了時に、Ｈ２Ｓ浄化触媒に比較的多量のＨ２Ｓが残留することがある。その場合には、その後のサルファパージ運転によってＨ２Ｓが供給されると、Ｈ２ＳがＨ２Ｓ浄化触媒の捕捉能力を超えることで、Ｈ２ＳがＨ２Ｓ浄化触媒においてスリップし、下流側に排出され、排ガス特性が悪化するおそれがある。

このような観点に基づき、この構成によれば、禁止時間を所定の下限値によって制限する。例えば、この下限値は、禁止時間において、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＨ２Ｓを十分に酸化・脱離するのに必要なＯ２供給量が確保されるような時間に設定される。これにより、設定した下限値で禁止時間を制限することで、禁止時間を実質的に延長し、必要なＯ２供給量を確保することによって、Ｈ２Ｓ浄化触媒におけるＨ２Ｓのスリップを抑制し、排ガス特性を向上させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関の排ガス浄化装置において、禁止時間制限手段は、還元剤供給量パラメータで表される還元剤の供給量が大きいほど、下限値ＴＬＭＴをより大きな値に設定するとともに、サルファパージ運転の終了時に検出されたＮＯｘ触媒７の温度が高いほど、下限値ＴＬＭＴをより大きな値に設定すること（ステップ３１、図８）を特徴とする。

前述したＨ２Ｓ浄化触媒の特性から、サルファパージ運転中にＮＯｘ触媒に供給される還元剤量が大きいほど、Ｈ２Ｓ浄化触媒のＨ２Ｓ捕捉量が多くなり、また、サルファパージ運転の終了時のＮＯｘ触媒の温度が高いほど、ＮＯｘ触媒におけるＨ２Ｓのスリップ量大きくなることから、Ｈ２Ｓ浄化触媒でのＨ２Ｓ捕捉量は多くなる。この構成によれば、これらの場合に、下限値をより大きな値に設定することによって、禁止時間を延長し、より大きなＯ２供給量を確保するので、上述した請求項３による作用を良好に得ることができる。

本発明を適用した排ガス浄化装置を内燃機関とともに概略的に示す図である。 第１実施形態によるサルファパージ制御処理を示すフローチャートである。 ＮＯｘ捕捉量の算出サブルーチンを示すフローチャートである。 サルファパージ運転の禁止時間を算出するためのマップである。 図２のサルファパージ制御処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。 第２実施形態のＤＰＦによるＨ２Ｓの浄化特性を示す図である。 第２実施形態によるサルファパージ制御処理を示すフローチャートである。 サルファパージ運転の禁止時間の下限値を算出するためのマップである。 禁止時間を下限値で制限する趣旨を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施形態による排ガス浄化装置１を、内燃機関３とともに示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、例えば、車両（図示せず）に搭載された４気筒のディーゼルエンジンである（１気筒のみ図示）。

各気筒３ａには、吸気通路４及び排気通路５が接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６が取り付けられている。インジェクタ６は、燃料タンク（図示せず）から供給された燃料を燃焼室３ｂ内に直接、噴射する。また、インジェクタ６は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）２に電気的に接続されており、その燃料噴射量ＱＩＮＪ及び燃料噴射時期φＩＮＪは、ＥＣＵ２からの制御信号によって制御される。

エンジン３のクランクシャフト３ｃには、クランク角センサ１０が設けられている。クランク角センサ１０は、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０度）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒３ａにおいて、ピストン３ｄが吸気行程開始時のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、エンジン３が４気筒の場合には、クランク角１８０度ごとに出力される。

吸気通路４には、エアフローセンサ１１が設けられている。エアフローセンサ１１は、吸気通路４を介して気筒３ａに吸入される吸入空気量ＧＡＩＲを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、吸入空気量ＧＡＩＲは、気筒３ａから排出される排ガス流量にほぼ等しいことから、ＥＣＵ２は、入力された吸入空気量ＧＡＩＲから排ガス流量ＱＥＸを算出する。

排気通路５には、上流側から順に、ＮＯｘ触媒７及びＤＰＦ (Diesel Particulate Filter)８が設けられている。

ＮＯｘ触媒７は、ＮＯｘ吸蔵還元型のものであり、酸素貯蔵能を有する。ＮＯｘ触媒７は、酸化雰囲気の排ガス（酸素濃度が理論空燃比（ストイキ）に相当する排ガスの酸素濃度よりも高い排ガス）が流入したときに、排ガス中の酸素を貯蔵するとともに、ＮＯｘを捕捉する一方、還元雰囲気の排ガス（酸素濃度が理論空燃比に相当する排ガスの酸素濃度よりも低い排ガス）が流入したときに、貯蔵した酸素を放出するとともに、捕捉したＮＯｘを還元・脱離し、浄化する。

ＤＰＦ８は、ＮＯｘ触媒７を通過した排ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するとともに、その捕集量が所定量に達したときなどに、再生運転が行われることによって、ＰＭを燃焼させ、浄化する。

排気通路５のＮＯｘ触媒７の上流側及びＤＰＦ８の下流側には、第１ＬＡＦセンサ１２及び第２ＬＡＦセンサ１３がそれぞれ設けられている。これらのＬＡＦセンサ１２、１３はいずれも、ジルコニア及び白金電極などで構成された周知のものであり、理論空燃比（ストイキ）に対するリッチ領域から極リーン領域までの広範囲な空燃比領域において、排ガス中の酸素濃度を検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、第１ＬＡＦセンサ１２の検出信号に基づき、ＮＯｘ触媒７に流入する排ガスの空燃比を算出し、第２ＬＡＦセンサ１３の検出信号に基づき、ＮＯｘ触媒７から流出する排ガスの空燃比を算出する。

また、ＮＯｘ触媒７には、触媒温度センサ１４が設けられている。触媒温度センサ１４は、ＮＯｘ触媒７の温度（以下「触媒温度」という）ＴＮＳＣを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ１５から、車両のアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が入力される。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ１０～１５の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、各種の制御を実行する。

この制御には、インジェクタ６の燃料噴射量ＱＩＮＪなどを制御するエンジン制御の他、ＮＯｘ触媒７に捕捉されたＮＯｘを脱離浄化するために、排ガスを還元雰囲気に制御する還元制御や、ＮＯｘ触媒７に捕捉されたＳＯｘを脱離浄化するとともに、ＮＯｘ触媒７のＮＯｘ捕捉性能を回復させるためのサルファパージ運転（以下、適宜「ＤｅＳＯｘ」という）を実行するサルファパージ制御などが含まれる。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、サルファパージ制御手段、還元剤供給量パラメータ取得手段、及び禁止時間設定手段に相当する。

図２は、第１実施形態によるサルファパージ（ＤｅＳＯｘ）制御処理を示す。本処理は、所定時間ごとに実行される。本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、ＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘを算出する。このＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘは、ＮＯｘ触媒７に捕捉されているＳＯｘ量である。

図３はその算出サブルーチンを示す。この処理では、まずステップ２１において、今回の処理サイクル相当分のＮＯｘ触媒７へのＳＯｘ吸着量ｄＱＡｄＳＯｘを算出する。その算出は、例えば、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量ＱＩＮＪに応じて、今回の処理サイクル相当分のＮＯｘ触媒７へのＳＯｘ流入量を算出するとともに、このＳＯｘ流入量を、ＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘに応じたＳＯｘ捕捉量補正係数や、触媒温度ＴＮＳＣに応じた触媒温度補正係数などを用いて補正することによって、行われる。

次に、今回の処理サイクル相当分のＮＯｘ触媒７からのＳＯｘ脱離量ｄＱＤｅＳＯｘを算出する（ステップ２２）。その算出は、例えば、サルファパージ運転中であることを条件として、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、基本値を算出するとともに、この基本値を、ＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘに応じたＳＯｘ捕捉量補正係数や、触媒温度ＴＮＳＣに応じた触媒温度補正係数などを用いて補正することによって、行われる。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて算出される。

次に、上記のように算出したＳＯｘ吸着量ｄＱＡｄＳＯｘとＳＯｘ脱離量ｄＱＤｅＳＯｘとの差を、今回の処理サイクル相当分のＳＯｘ捕捉量ｄＱＳＯｘとして算出する（ステップ２３）。そして、算出したＳＯｘ捕捉量ｄＱＳＯｘを前回までのＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘに加算することによって、今回のＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘを算出し（ステップ２４）、本処理を終了する。

図２に戻り、前記ステップ１に続くステップ２では、サルファパージフラグＦ＿ＤｅＳＯｘが「１」であるか否かを判別する。この答えがＮＯで、サルファパージ運転中でないときには、ステップ１で算出したＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘが、サルファパージ運転の開始判定用の所定のしきい値ＱＲＥＦＳよりも大きいか否かを判別する（ステップ３）。この答えがＮＯで、ＱＳＯｘ≦ＱＲＥＦＳのときには、サルファパージ運転の実行条件が成立していないとして、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ３の答えがＹＥＳで、ＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘがしきい値ＱＲＥＦＳを上回ったときには、禁止タイマ値ＴＭ＿ＩＮＨが禁止時間ＴＲＥＦＩ以上であるか否かを判別する（ステップ４）。この禁止タイマは、前回のサルファパージ運転の終了時からの経過時間をアップカウント式に計時するものであり、禁止時間ＴＲＥＦＩは後述するように設定される。

このステップ４の答えがＮＯで、禁止タイマ値ＴＭ＿ＩＮＨ＜禁止時間ＴＲＥＦＩのときには、そのまま本処理を終了する。すなわち、前回のサルファパージ運転の終了時から禁止時間ＴＲＥＦＩが経過するまでは、ＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘとしきい値ＱＲＥＦＳとの大小関係にかかわらず、サルファパージ運転が禁止される。

一方、前記ステップ４の答えがＹＥＳで、前回のサルファパージ運転の終了時から禁止時間ＴＲＥＦＩが経過したときには、サルファパージフラグＦ＿ＤｅＳＯｘを「１」にセットし（ステップ５）、サルファパージ運転を開始する。

このサルファパージ運転は、例えばエンジン３の排気行程の初期にインジェクタ６から燃料を噴射するポスト噴射を行うことで、未燃燃料を還元剤として排気通路５に排出させ、排ガスを還元雰囲気に制御することによって、行われる。このサルファパージ運転により、排ガス中の還元剤（ＨＣ）がＮＯｘ触媒７に貯蔵されていたＯ２と酸化反応することで、排ガスの温度が上昇するとともに、ＮＯｘ触媒７に捕捉されていたＳＯｘが還元され、脱離される。

前記ステップ５に続くステップ６では、実行タイマ値ＴＭ＿ＥＸＥを０にリセットし、本処理を終了する。この実行タイマは、サルファパージ運転の実行時間（継続時間）をアップカウント式に計時するものである。

一方、前記ステップ２の答えがＹＥＳで、サルファパージ運転中のときには、ＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘが、サルファパージ運転の終了判定用の所定のしきい値ＱＲＥＦＥよりも小さいか否かを判別する（ステップ７）。この答えがＹＥＳで、ＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘがしきい値ＱＲＥＦＥを下回ったときには、サルファパージ運転を終了するものとし、ステップ９以降に進む。

また、前記ステップ７の答えがＮＯで、ＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘがしきい値ＱＲＥＦＥに達していないときには、サルファパージ運転を終了するための他の終了条件が成立しているか否かを判別する（ステップ８）。この終了条件には、例えば、エンジン３の要求トルクＰＭＣＭＤが急激に増加する加速状態や急激に減少する減速状態などが含まれる。このステップ８の答えがＮＯのときには、そのまま本処理を終了する一方、ＹＥＳで、他の終了条件が成立しているときには、サルファパージ運転を終了するものとし、ステップ９以降に進む。

まずステップ９では、サルファパージフラグＦ＿ＤＥＳＯｘを「０」にリセットし、サルファパージ運転を終了する。次に、そのときの実行タイマ値ＴＭ＿ＥＸＥを、それまでのサルファパージ運転の実行時間ＴＥＸＥとして記憶する（ステップ１０）。この実行時間ＴＥＸＥは、サルファパージ運転中、ＮＯｘ触媒７に供給された還元剤の供給量を表すパラメータとして、取得される。次に、次回のサルファパージ運転までの禁止時間ＴＲＥＦＩを算出する（ステップ１１）とともに、禁止タイマ値ＴＭ＿ＩＮＨを０にリセットし（ステップ１２）、本処理を終了する。

上記のステップ１１における禁止時間ＴＲＥＦＩの算出は、サルファパージ運転の実行時間ＴＥＸＥと、そのときに検出された触媒温度ＴＮＳＣに応じ、図４の禁止時間マップを検索することによって、行われる。同図に示すように、禁止時間マップは、触媒温度のｉ個の所定値ＴＮＳＣ１～ＴＮＳＣｉと実行時間のｊ個の所定値ＴＥＸＥ１～ＴＥＸＥｊとの組合わせに対し、次回のサルファパージ運転中にＮＯｘ触媒７の過昇温を確実に回避できるような最小限の待機時間を実験などによって求め、禁止時間ＴＲＥＦＩｉｊとしてマップ化したものである。

触媒温度ＴＮＳＣが所定値ＴＮＳＣ１～ＴＮＳＣｉのいずれにも一致しない場合、及び／又は実行時間ＴＥＸＥが所定値ＴＥＸＥ１～ＴＥＸＥｊのいずれにも一致しない場合には、禁止時間ＴＲＥＦＩは補間計算によって求められる。

また、この禁止時間マップでは、禁止時間ＴＲＥＦＩは、触媒温度ＴＮＳＣが高いほど、より大きな値に設定されている。その理由は、サルファパージ運転の終了時における触媒温度ＴＮＳＣが高いほど、次回のサルファパージ運転の開始時における触媒温度ＴＮＳＣが高いことで、サルファパージ運転中にＮＯｘ触媒７の過昇温状態が発生しやくなる傾向があり、これを補償するためである。

さらに、禁止時間マップでは、禁止時間ＴＲＥＦＩは、サルファパージ運転の実行時間ＴＥＸＥが長いほど、より大きな値に設定されている。その理由は、実行時間ＴＥＸＥが長いほど、サルファパージ運転中により多量の還元剤がＮＯｘ触媒７に供給され、その終了時に多量のＨＣがＮＯｘ触媒７に残留し、その後の禁止時間中に、残留したＨＣが酸化雰囲気中のＯ２と酸化反応することによって、ＮＯｘ触媒７の温度が上昇し、その昇温分、次回のサルファパージ運転中に、ＮＯｘ触媒７が過昇温状態が発生しやくなる傾向があり、これを補償するためである。

図５は、これまでに説明したサルファパージ制御処理によって得られる動作例を示す。この例では、時点ｔ１までは、エンジン３の通常運転が行われており、この状態では、ＮＯｘ触媒７に、酸化雰囲気の排ガスが供給され、排ガス中のＯ２が貯蔵されるとともに、ＮＯｘ及びＳＯｘが捕捉される。

この状態から、時点ｔ１において、ＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘが開始判定用のしきい値ＱＲＥＦＳを上回る（図２のステップ３：ＹＥＳ）などの実行条件が成立すると、サルファパージフラグＦ＿ＤｅＳＯｘが「１」にセットされ（ステップ５）、サルファパージ運転が開始される。これにより、ポスト噴射などによって還元雰囲気の排ガスがＮＯｘ触媒７に供給され、排ガス中の還元剤（ＨＣ）がＮＯｘ触媒７に貯蔵されていたＯ２と酸化反応するとともに、ＮＯｘ触媒７に捕捉されていたＳＯｘが還元され、脱離される。また、サルファパージ運転の開始時（ｔ１）に、その実行時間を計時する実行タイマがスタートし、タイマ値ＴＭ＿ＥＸＥが増加する。

その後、時点ｔ２において、ＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘが終了判定用のしきい値ＱＲＥＦＥを下回る（ステップ７：ＹＥＳ）ことで、終了条件が成立すると、サルファパージフラグＦ＿ＤｅＳＯｘが「０」にリセットされ（ステップ９）、サルファパージ運転が終了するとともに、禁止時間に移行する。この禁止時間では、サルファパージ運転が禁止され、エンジン３は通常運転に復帰し、ＮＯｘ触媒７に酸化雰囲気の排ガスが供給される。

また、サルファパージ運転の終了時（ｔ２）に、そのときの実行タイマ値ＴＭ＿ＥＸＥが、サルファパージ運転の実行時間ＴＥＸＥとして記憶される（ステップ１０）とともに、禁止時間を計時する禁止タイマがスタートし、タイマ値ＴＭ＿ＩＮＨが増加する。

また、サルファパージ運転の実行時間ＴＥＸＥと、そのときの触媒温度ＴＮＳＣに応じて、禁止時間ＴＲＥＦＩが算出される（ステップ１１）。なお、このｔ１～ｔ２間では、ＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘがしきい値ＱＲＥＦＥを下回った結果、サルファパージ運転が終了しているため、その実行時間ＴＥＸＥが比較的長くなっており、それに応じて、禁止時間ＴＲＥＦＩは比較的大きな値に設定されている。

その後、ＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘが開始判定用のしきい値ＱＲＥＦＳを上回るとともに、禁止タイマ値ＴＭ＿ＩＮＨが禁止時間ＴＲＥＦＩに達すると（時点ｔ３）、サルファパージ運転が再開される。その後、この例では、ＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘ以外の他の終了条件が成立した結果（ステップ８：ＹＥＳ）、サルファパージ運転が終了し、禁止時間に移行している（時点ｔ４）。そのため、実行時間ＴＥＸＥは比較的短く、それに応じて、禁止時間ＴＲＥＦＩは比較的小さな値に設定されている。

そして、禁止時間への移行後、ＳＯｘ捕捉量ＱＳＯｘが開始判定用のしきい値ＱＲＥＦＳを上回るとともに、禁止タイマ値ＴＭ＿ＩＮＨが禁止時間ＴＲＥＦＩに達すると（時点ｔ５）、サルファパージ運転が再開される。以上のように、前回のサルファパージ運転の実行時間ＴＥＸＥが短い場合には、それに応じて、禁止時間ＴＲＥＦＩが比較的小さな値に設定されることによって、次回のサルファパージ運転が早期に開始される。

以上のように、本実施形態によれば、サルファパージ運転が終了した後の禁止時間ＴＲＥＦＩを、サルファパージ運転の実行時間ＴＥＸＥ（サルファパージ運転中のＮＯｘ触媒７への還元剤の供給量を表す）と、そのときの触媒温度ＴＮＳＣに応じて設定する。また、図４のマップにより、サルファパージ運転の実行時間ＴＥＸＥが長いほど、すなわちサルファパージ運転中のＮＯｘ触媒７への還元剤の供給量が大きいほど、また触媒温度ＴＮＳＣが高いほど、禁止時間ＴＲＥＦＩをより大きな値に設定する。

以上により、サルファパージ運転の禁止時間ＴＲＥＦＩを、推定されるＮＯｘ触媒７の温度状況に応じて過不足なく設定でき、したがって、ＮＯｘ触媒７の過昇温を防止するとともに、サルファパージ運転の実行頻度を確保し、排ガス特性を維持することができる。

次に、図６～図９を参照しながら、本発明の第２実施形態について説明する。まず、本実施形態において用いられるＤＰＦ２８は、図６に示すように、表層にＡｇ（銀）及びＰｄ（パラジウム）を担持しており、サルファパージ運転中、ＮＯｘ触媒７から排出されたＨ２Ｓ（硫化水素）のうちのＳ成分（硫黄）をＡｇで捕捉し、Ｈ２を排出するとともに、その後の禁止時間の間、捕捉したＳ成分を酸化雰囲気の排ガス中のＯ２によってＳＯ２に酸化・脱離し、浄化するという特性を有する。この特性により、臭気を有するＨ２ＳがＮＯｘ触媒７から外部に排出されるのを防止できるという利点が得られる。

また、図２と図７の比較から明らかなように、本実施形態によるサルファパージ制御処理は、第１実施形態のステップ１１とステップ１２の間に３つのステップ３１～３３を追加した点が異なる。具体的には、サルファパージ運転中、その終了条件が成立したときに、ステップ１１において、サルファパージ運転の実行時間ＴＥＸＥ及び触媒温度ＴＮＳＣに応じて、禁止時間ＴＲＥＦＩを算出した後、ステップ３１において、同じパラメータ（実行時間ＴＥＸＥ及び触媒温度ＴＮＳＣ）に応じ、図８の下限値マップを検索することによって、実行時間ＴＥＸＥの下限値ＴＬＭＴを算出する。

この下限値ＴＬＭＴは、次の趣旨で設定されている。すなわち、ＤＰＦ２８が図６に示したようなＨ２Ｓの浄化特性を有する場合、図９（ａ）に示すように、禁止時間がＤｅＳＯｘ継続時間に対して短いときには、禁止時間に供給されるＯ２供給量がＤＰＦ２８のＨ２Ｓ捕捉量に対して不足することで、禁止時間の終了時に、ＤＰＦ２８に比較的多量のＨ２Ｓ（Ｓ成分）が残留する。そして、この状態で、その後のサルファパージ運転によってＨ２Ｓが供給されることによって、Ｈ２Ｓ捕捉量がＤＰＦ２８のスリップ限界を超える結果（同図のハッチング部分）、Ｈ２Ｓがスリップし、ＤＰＦ２８の下流側に排出されるおそれがある。

下限値ＴＬＭＴは、このようなＨ２Ｓの排出を抑制すべく、図９（ｂ）に示すように、禁止時間において、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＨ２Ｓを十分に酸化・脱離するのに必要なＯ２供給量が確保されるように設定される。このため、図８の下限値マップでは、下限値ＴＬＭＴは、サルファパージ運転の実行時間ＴＥＸＥが長いほど、サルファパージ運転中のＨ２Ｓ供給量がより多く、ＤＰＦ２８でのＨ２Ｓ捕捉量がより多くなるため、より大きな値に設定されている。

また、下限値ＴＬＭＴは、サルファパージ運転の終了時における触媒温度ＴＮＳＣが高いほど、ＮＯｘ触媒７におけるＨ２Ｓのスリップが発生しやすく、ＤＰＦ２８でのＨ２Ｓ捕捉量がより多くなるため、より大きな値に設定されている。

図７に戻り、ステップ３１に続くステップ３２では、ステップ１１で算出した禁止時間ＴＲＥＦＩが下限値ＴＬＭＴよりも小さいか否かを判別する。この答えがＮＯで、禁止時間ＴＲＥＦＩ≧下限値ＴＬＭＴのときには、そのままステップ１２に進み、禁止タイマ値ＴＭ＿ＩＮＨを０にリセットする。

一方、ステップ３２の答えがＹＥＳで、禁止時間ＴＲＥＦＩが下限値ＴＬＭＴよりも小さいときには、下限値ＴＬＭＴを禁止時間ＴＲＥＦＩとして設定した（ステップ３３）後、ステップ１２に進む。このような下限値ＴＬＭＴによる制限によって、図９（ｂ）に示すように、禁止時間ＴＲＥＦＩが延長され、禁止時間中にＯ２がＤＰＦ２８に過不足なく供給される結果、禁止時間の終了時にＤＰＦ２８でのＨ２Ｓ捕捉量（残留量）が非常に小さくなり、その後のサルファパージ運転中のＨ２Ｓのスリップ・排出が抑制される。

以上のように、本実施形態によれば、ＮＯｘ触媒７の下流側に設けられたＤＰＦ２８は、サルファパージ運転中、ＮＯｘ触媒７から排出されたＨ２Ｓを捕捉し、禁止時間ＴＲＥＦＩにおいて、捕捉したＨ２Ｓを排ガス中のＯ２で酸化・脱離するという特性を有する。このようなＤＰＦ２８の特性を考慮し、禁止時間ＴＲＥＦＩを下限値ＴＬＭＴで制限し、延長することによって、Ｈ２Ｓを過不足なく酸化・脱離するのに必要なＯ２供給量を確保する。これにより、禁止時間ＴＲＥＦＩの終了時に、ＤＰＦ２８に多量のＨ２Ｓが残留することがなくなることで、サルファパージ運転中のＨ２Ｓのスリップ・排出を抑制でき、排ガス特性を向上させることができる。

また、図８のマップにより、サルファパージ運転の実行時間ＴＥＸＥが長いほど、すなわちサルファパージ運転中、ＮＯｘ触媒７への還元剤の供給量が大きいほど、また触媒温度ＴＮＳＣが高いほど、ＤＰＦ２８におけるＨ２Ｓ捕捉量が多いとして、下限値ＴＬＭＴをより大きな値に設定することによって、禁止時間ＴＲＥＦＩを延長するので、上述した効果を良好に得ることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、還元剤供給量パラメータとして、サルファパージ運転の実行時間ＴＥＸＥを用いているが、サルファパージ運転中にＮＯｘ触媒に供給された還元剤の供給量を適切に表す限り、他の任意のパラメータを採用することができる。

例えば、サルファパージ運転中、第１ＬＡＦセンサ１２で検出された排ガス空燃比と、排ガス流量ＱＥＸに基づいて、その処理サイクルにおける還元剤供給量を算出するとともに、その積算値を算出し、還元剤供給量パラメータとして用いてもよい。あるいは、サルファパージ運転中、ストイキ相当の排ガス空燃比と第１ＬＡＦセンサ１２で検出された排ガス空燃比との差分と、排ガス流量ＱＥＸに基づいて、その処理サイクルにおける還元剤供給量を算出するとともに、その積算値を算出し、還元剤供給量パラメータとして用いてもよい。

また、第２実施形態では、Ｈ２Ｓ浄化触媒として、表層にＡｇ及びＰｄを担持したＤＰＦ２８を用いているが、これに限らず、サルファパージ運転中、ＮＯｘ触媒から排出されたＨ２Ｓを捕捉し、禁止時間の間、捕捉したＨ２Ｓを酸化雰囲気の排ガス中のＯ２によって酸化・脱離する機能を有する限り、他の適当な触媒を採用することができる。

さらに、実施形態では、サルファパージ運転を、燃料のポスト噴射によって行っているが、これに限らず、例えば排気通路５に還元剤供給用の燃料噴射弁を設け、この燃料噴射弁から燃料を排気通路５に直接、噴射することによって行ってもよい。

また、実施形態は、本発明をディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明の排ガス浄化装置は、これに限らず、各種の内燃機関、例えばリーンバーン運転が行われるガソリンエンジンに適用してもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 排ガス浄化装置
２ ＥＣＵ（サルファパージ制御手段、還元剤供給量パラメータ取得手段、禁止時間 設定手段、禁止時間制限手段）
３ 内燃機関
５ 排気通路
７ ＮＯｘ触媒
１４ 触媒温度センサ（ＮＯｘ触媒温度検出手段）
２８ ＤＰＦ（Ｈ２Ｓ浄化触媒）
ＴＲＥＦＩ サルファパージ運転の禁止時間
ＴＥＸＥ サルファパージ運転の実行時間（還元剤供給量パラメータ）
ＴＮＳＣ 触媒温度（ＮＯｘ触媒の温度）
ＴＬＭＴ 禁止時間の下限値

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、酸化雰囲気の排ガス中のＮＯｘ及びＳＯｘを捕捉するとともに、還元剤を含む還元雰囲気の排ガスが供給されることにより、前記捕捉したＮＯｘを還元し、脱離するＮＯｘ触媒と、
   当該ＮＯｘ触媒に還元雰囲気の排ガスを供給することにより、当該ＮＯｘ触媒に捕捉されたＳＯｘを還元し、脱離するためのサルファパージ運転を実行するとともに、当該サルファパージ運転が終了した後の禁止時間、前記サルファパージ運転を禁止するサルファパージ制御手段と、
   前記サルファパージ運転中に前記ＮＯｘ触媒に供給された還元剤の供給量を表す還元剤供給量パラメータを取得する還元剤供給量パラメータ取得手段と、
   前記ＮＯｘ触媒の温度を検出するＮＯｘ触媒温度検出手段と、
   前記取得された還元剤供給量パラメータ、及び前記検出された前記ＮＯｘ触媒の温度に応じて、前記サルファパージ運転の前記禁止時間を設定する禁止時間設定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
2. 前記禁止時間設定手段は、前記還元剤供給量パラメータで表される還元剤の供給量が大きいほど、前記禁止時間をより大きな値に設定するとともに、前記サルファパージ運転の終了時に検出された前記ＮＯｘ触媒の温度が高いほど、前記禁止時間をより大きな値に設定することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
3. 前記排気通路の前記ＮＯｘ触媒よりも下流側に設けられ、前記サルファパージ運転中、前記ＮＯｘ触媒から排出されたＨ２Ｓを捕捉し、前記禁止時間において、前記捕捉したＨ２Ｓを酸化雰囲気の排ガス中のＯ２によって酸化し、脱離するＨ２Ｓ浄化触媒と、
   前記禁止時間を所定の下限値によって制限する禁止時間制限手段と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
4. 前記禁止時間制限手段は、前記還元剤供給量パラメータで表される還元剤の供給量が大きいほど、前記下限値をより大きな値に設定するとともに、前記サルファパージ運転の終了時に検出された前記ＮＯｘ触媒の温度が高いほど、前記下限値をより大きな値に設定することを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。

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