JP4314833B2 - 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】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を保持（吸蔵、吸収、吸着を含む）する機能があるＳＯｘ保持材やＮＯｘ保持材を内燃機関の排気通路に設けた場合、これらのＳＯｘ保持材やＮＯｘ保持材には、燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯｘ）が保持される。特に、ＮＯｘ保持材では、ＮＯｘを保持する場合と同様のメカニズムでＳＯｘの保持が生じるが、保持されたＳＯｘはＮＯｘよりも離脱されにくく、酸素濃度が低下した還元雰囲気でＮＯｘの放出が行われてもＳＯｘは離脱せず、次第にＮＯｘ触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒（ＳＯｘ被毒）といい、ＮＯｘ浄化率が低下するため、適宜の時期にＳＯｘ被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。
【０００３】
このようにして、ＳＯｘ保持材やＮＯｘ保持材に保持されたＳＯｘを離脱させるには、ＳＯｘ保持材やＮＯｘ保持材を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ、酸素濃度を低下させた排気をこれらに流通させることで可能となる。
【０００４】
ところが希薄燃焼が可能な内燃機関では、希薄燃焼運転時の排気の温度が低いため、ＳＯｘ放出に必要とされる温度までこれらの保持材を昇温させることが必要である。
【０００５】
そこで、排気中へ燃料の供給を行うことにより保持材の温度を上昇させつつ、排気の酸素濃度を低下させる制御を実行する。このような制御では、通常、保持材におけるＳＯｘの推定蓄積量が所定の設定値に達すると、そのＳＯｘを除去するためにＳＯｘ被毒回復処理が実行されるが、その前提として蓄積したＳＯｘ量を正確に推定することが重要である。
【０００６】
このような推定を正確に行うことを目的としたものとして、例えば、ＮＯｘ保持材からの離脱ＳＯｘ量を、その放出処理の連続時間を考慮に入れて推定するものがある。特に、離脱処理の連続時間に基いて、ＮＯｘ保持材を、ＳＯｘが完全に除去された完全除去領域と、部分的に除去された部分除去領域と、全く除去されていない未除去領域とに区分し、各領域毎に放出されたＳＯｘ量を推定したのち、その合計を算出することにより、ＳＯｘ被毒回復処理でＮＯｘ保持材から放出されたＳＯｘの総量を推定するエンジンの排気浄化装置が公知である（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１５２８３８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１１５５３６号公報
【特許文献３】
特開２００２−８１３１２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の排気浄化装置では、ＳＯｘ放出量を保持材の温度条件と還元剤の添加時の排気の空燃比が理論空燃比以下である条件が成立している時間に基づいて算出しており、前記条件の成立時間がＳＯｘ放出時間（放出量）とされているので、このような成立時間が短いとＳＯｘ放出量が少なく、逆に成立時間が長いと放出量が多いと算出される。
【０００９】
上記のような構成では、吸入空気量や燃料噴射量のばらつきに起因して、ＮＯｘ保持材等に流入する排気の空燃比が変動することがカウンタに反映されていない。例えば、ＮＯｘ保持材の温度が所定温度を下回るか、あるいは排気の空燃比が瞬間的にリーンになる等の事態によって条件の成立時間カウンタがクリアされてしまうので、再度条件の成立時間を０からカウントする。したがって、実際にはＳＯｘ放出がされているにもかかわらず、計算上のＳＯｘ放出量が少なくなり、必要以上に長い時間にわたりＳＯｘ被毒回復処理が行われる。このような事態となれば効率的なＳＯｘ被毒回復処理は望めず、燃費の悪化を招く。
【００１０】
また、上記の条件成立時間が短い場合は、ＳＯｘ放出が実際に開始されるまでの時差のために、ＳＯｘの実放出量が少ないもの関わらず、放出量が多く算出される事態が生じる。
【００１１】
したがって、ＮＯｘ保持材等におけるＳＯｘ蓄積量が正確に推定されず、適切な時期にＳＯｘ被毒回復処理が実行されない虞がある。
【００１２】
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、正確なＳＯｘ放出量を把握することで、適切な時期にＳＯｘ被毒回復処理の実行が可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを技術的課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明は、実際にＳＯｘが離脱される時間とＳＯｘ離脱条件を満たしている時間との間のずれを修正するために、離脱ＳＯｘ量の推定において、所定のＳＯｘ離脱条件を満たしてもＳＯｘ離脱時間のカウントを行わず、また、ＳＯｘ離脱条件を満たさなくてもＳＯｘ離脱時間のカウントを停止しない場合を含むようにした。
【００１４】
すなわち、第１の発明は、排気に含まれるＳＯｘを保持するＳＯｘ保持材と、このＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘ量を推定するＳＯｘ保持量推定手段とを備え、この推定されたＳＯｘ保持量が所定量以上となった時に前記ＳＯｘ保持材に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記ＳＯｘ保持材の温度を所定温度以上であるＳＯｘ離脱条件を満たしたとき、前記ＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘが離脱する内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＳＯｘ離脱条件を満たした期間をカウントし、前記ＳＯｘ保持材から離脱したＳＯｘ量を推定する離脱ＳＯｘ量推定手段を有し、この離脱ＳＯｘ量推定手段は、実際にＳＯｘが離脱する時期と前記ＳＯｘ離脱条件を満たしている時期とのずれを修正するために、ＳＯｘ離脱条件を満たすようになってから所定時間以上経過していない場合には、補正によって前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間のカウントを短縮し、この短縮された前記時間に基づいて前記ＳＯｘ保持剤から離脱したＳＯｘ量を推定し、また、ＳＯｘ離脱条件を満たさなくなってから一定時間以上経過していない場合には、前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間のカウントを停止しないことを特徴とする。
【００１５】
第１の発明では、排気の空燃比の変動を考慮して、ＳＯｘ離脱条件が短い期間にわたり満足され、又は瞬間的にＳＯｘ離脱条件が不満足になった場合などに、ＳＯｘ離脱時間のカウントを、実際のＳＯｘ離脱に合致させるように適切にコントロールすることで、実際のＳＯｘ離脱状況と一致しない離脱ＳＯｘ量推定がされることを抑制する。
【００１６】
第２の発明は、排気に含まれるＳＯｘを保持するＳＯｘ保持材と、このＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘ量を推定するＳＯｘ保持量推定手段と、この推定されたＳＯｘ保持量が所定量以上となった時に前記ＳＯｘ保持材に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記ＳＯｘ保持材の温度を所定温度以上であるＳＯｘ離脱条件を満たしたとき、前記ＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘを離脱させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間をカウントし、前記ＳＯｘ保持材から離脱したＳＯｘ量を推定する離脱ＳＯｘ量推定手段を有し、この離脱ＳＯｘ量推定手段は、前記ＳＯｘ離脱条件を満たさなくなっても、前記ＳＯｘ保持材に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとする制御が継続している間は、前記カウントを停止しないことを特徴とする。
【００１７】
このようにすれば、瞬間的に排気の空燃比がリーンになりＳＯｘ離脱条件を満たさなくなった場合でも、排気中への還元剤の添加等、排気の空燃比をストイキまたはリッチとする制御が継続している間は、ＳＯｘ離脱条件が満たした時間がカウントが持続され、ＳＯｘ離脱時間を、実際のＳＯｘ離脱に合致させるように適切にコントロールされる。
【００１８】
第３の発明では、排気に含まれるＳＯｘを保持するＳＯｘ保持材と、このＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘ量を推定するＳＯｘ保持量推定手段とを備え、この推定されたＳＯｘ保持量が所定量以上となった時に前記ＳＯｘ保持材に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記ＳＯｘ保持材の温度を所定温度以上であるＳＯｘ離脱条件を満たしたとき、前記ＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘを離脱させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間をカウントして前記ＳＯｘ保持材から離脱したＳＯｘ量を推定する離脱ＳＯｘ量推定手段を有し、この離脱ＳＯｘ量推定手段は、前記ＳＯｘ離脱条件を満たす範囲に入った後の第１の所定時間は、補正によって前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間のカウントを短縮し、この短縮された前記時間に基づいて前記ＳＯｘ保持剤から離脱したＳＯｘ量を推定することを特徴とする。
【００１９】
この場合、前記第１の所定時間は、前記ＳＯｘ離脱条件を満たした後、実際にＳＯｘ離脱が開始されるまでの期間とすることができる。
【００２０】
第４の発明は、排気に含まれるＳＯｘを保持するＳＯｘ保持材と、このＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘ量を推定するＳＯｘ保持量推定手段と、この推定されたＳＯｘ保持量が所定量以上となった時に前記ＳＯｘ保持材に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記ＳＯｘ保持材の温度を所定温度以上であるＳＯｘ離脱条件を満たしたとき、前記ＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘを離脱させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間をカウントし、前記ＳＯｘ保持材から離脱したＳＯｘ量を推定する離脱ＳＯｘ量推定手段を有し、この離脱ＳＯｘ量推定手段は、前記ＳＯｘ離脱条件を満たさない時間が第２の所定期間未満であるときは、前記カウントを停止しないことを特徴とする。
【００２１】
この場合、前記第２の所定時間は、前記ＳＯｘ離脱条件を満たさなくなった後、実際にＳＯｘ離脱がされなくなるまでの期間とすることができる。
【００２２】
本発明によれば、実際にＳＯｘが離脱する期間とＳＯｘ離脱条件を満たしている期間との間のずれが修正されるので、正確な離脱ＳＯｘ量が把握され、適切な時期にＳＯｘ被毒回復処理の実行が可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気浄化装置の具体的な実施態様を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２４】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２５】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２６】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａが内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２７】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２８】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２９】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００３０】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続されている。吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１が取り付けられている。
【００３１】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００３２】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。
【００３３】
このように構成された吸気系では、吸気は、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００３４】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮された吸気は、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３５】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３６】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にて大気へと通じている。
【００３７】
前記排気管１９の途中には、ＮＯｘ保持材を含む吸蔵還元型ＮＯx触媒２０（以下、単にＮＯx触媒とする。）が設けられている。ＮＯx触媒２０は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ2ストレージ）能のある例えばセリア（ＣｅＯ2）等の遷移金属が添加されている。
【００３８】
このＮＯx触媒２０は、このＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を保持し、一方、このＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは保持していたＮＯxを離脱させる。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯx触媒２０から離脱したＮＯxが還元される。また、セリア（ＣｅＯ2）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。
【００３９】
ＮＯx触媒２０より上流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４が取り付けられている。また、ＮＯx触媒２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気中のＮＯx濃度に対応した電気信号を出力するＮＯxセンサ２２及び排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３が取り付けられている。
【００４０】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１ｂを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００４１】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介してＮＯx触媒２０へ流入し、排気中のＮＯxが保持される。その後、排気は排気管１９を流通して大気中へと放出される。
【００４２】
ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気中の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるＮＯxがＮＯx触媒に保持されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長時間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx保持能力が飽和し、排気中のＮＯxがＮＯx触媒にて保持されずに大気中へ放出されてしまう。
【００４３】
特に、内燃機関１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯx触媒のＮＯx保持能力が飽和し易い。なお、ここでいうリーン空燃比とは、ディーゼル機関にあっては、例えば２０から５０の範囲であり、三元触媒ではＮＯxを浄化できない領域を意味する。
【００４４】
従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒のＮＯx保持能力が飽和する前にＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に保持されたＮＯxを還元させる必要がある。
【００４５】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号参照）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法が考えられる。例えば、排気中の燃料添加では、ＮＯx触媒２０より上流の排気管１９を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めることができる。
【００４６】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けられ、後述するＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、を備えている。
【００４７】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号により該還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００４８】
還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させると共に、ＮＯx触媒２０に到達し、ＮＯx触媒２０に保持されていたＮＯxを還元することになる。
【００４９】
その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止されることになる。
【００５０】
また、内燃機関１には、クランクシャフトの回転位置に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ３３が設けられている。
【００５１】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００５２】
ＥＣＵ３５には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号の他、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ３６の出力信号が入力されるようになっている。
【００５３】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、還元剤噴射弁２８等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００５４】
例えば、ＮＯx浄化制御では、ＥＣＵ３５は、ＮＯx触媒２０に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００５５】
リッチスパイク制御では、ＥＣＵ３５は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、ＮＯx触媒２０が活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒解消制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【００５６】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８を制御することにより、ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００５７】
具体的には、ＥＣＵ３５は、記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサ２３の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００５８】
ＥＣＵ３５は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【００５９】
続いて、ＥＣＵ３５は、前記目標添加量をパラメータとして還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００６０】
還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出されると、ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８を開弁させる。
【００６１】
ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【００６２】
このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してＮＯx触媒２０に流入する。
【００６３】
この結果、ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、ＮＯx触媒２０がＮＯxの保持と還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【００６４】
このように、ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元型ＮＯx触媒に保持されたＮＯxを還元することが可能となる。
【００６５】
次に、ＳＯx被毒解消制御では、ＥＣＵ３５は、ＮＯx触媒２０のＳＯxによる被毒を解消すべくＳＯx被毒解消処理を行う。
【００６６】
ここで、内燃機関１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料が内燃機関１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）などの硫黄酸化物（ＳＯx）が生成される。
【００６７】
ＳＯxは、排気とともにＮＯx触媒２０に流入し、ＮＯxと同様のメカニズムによって吸蔵還元型ＮＯx触媒に保持される。
【００６８】
具体的には、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）等のＳＯxが白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ4 2-）の形でＮＯx触媒２０に保持される。更に、ＮＯx触媒２０に吸収された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ4）を形成する。
【００６９】
ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ4）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）に比して安定していて分解し難く、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにＮＯx触媒２０内に残留してしまう。
【００７０】
ＮＯx触媒２０における硫酸塩（ＢａＳＯ4）の量が増加すると、それに応じてＮＯxの保持に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、ＮＯx触媒２０のＮＯx保持能力が低下する、いわゆるＳＯx被毒が発生する。
【００７１】
ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒を解消する方法としては、ＮＯx触媒２０の雰囲気温度をおよそ６００乃至６５０℃の高温域まで昇温させるとともに、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、ＮＯx触媒２０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）をＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解し、次いでＳＯ3 -やＳＯ4 -を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ2 -に還元する方法を例示することができる。
【００７２】
ＥＣＵ３５は、例えば、還元剤噴射弁２８から排気中へ燃料を添加することにより、それらの未燃燃料成分をＮＯx触媒２０において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってＮＯx触媒２０の床温を高めるようにする。同時に、各気筒の膨張行程若しくは排気行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させても良い。
【００７３】
上記したような燃料添加により、ＮＯx触媒２０の床温が６００℃から６５０℃程度の高温域まで上昇する。その後も、引き続きＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるべくＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８から燃料を噴射させる。
【００７４】
このように被毒回復処理が実行されると、ＮＯx触媒２０の床温が高い状況下で、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、ＮＯx触媒２０に保持されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）がＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解され、それらＳＯ3 -やＳＯ4 -が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が回復されることになる。
【００７５】
なお、上述のＳＯx被毒回復処理には前記リッチスパイクを実行して排気の酸素濃度を低下させる。
【００７６】
さらに、１回のリッチスパイクを複数回の燃料噴射により形成し、空燃比が過剰なリッチとならないようにする。ここで、一度に多量の燃料を噴射する空燃比が過リッチとなる虞があり、ＮＯx触媒２０で反応しきれない燃料の一部が下流へ流出することがある。そこで、本実施の形態では、少量の燃料を複数回に分割して噴射することにより、過リッチを抑制しつつリッチ雰囲気を形成するようにした。
【００７７】
ここで、従来のＳＯｘ被毒回復処理における問題点を図２及び図３に基づいて詳説する。
【００７８】
従来の排気系燃料添加を間欠的に実施するＳＯｘ被毒回復処理では、離脱ＳＯｘ量を触媒床温条件（Ｔ℃以上）と、燃料添加時の空燃比（ストイキ以下）が成立している時間から算出していた。離脱ＳＯｘ量は上記の条件が成立している間は継続して所定量が離脱されているものとされていたので、この条件の成立時間の長短が、そのまま離脱ＳＯｘ量に反映されていた。
【００７９】
図２のように、従来のＳＯｘ被毒回復処理では、吸入空気量や燃料噴射量のばらつき等によって排気の空燃比が瞬間的にリーン状態（符号５０で示す）になったとき、ＳＯｘ離脱成立時間カウンタが０（ゼロ）にリセット（符号５１で示す）されてしまい、再度、ＳＯｘ離脱成立時間を０（ゼロ）からカウントすることになる。したがって、実際にはＳＯｘ離脱が継続しているにもかかわらず、離脱ＳＯｘ量が実際よりも少なく算出される結果、必要以上にＳＯｘ被毒回復処理が行われる。このような事態は燃費の悪化をも招くので、好ましいことではない。
【００８０】
他方、図３に示すように、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮの時間（ＳＯｘ離脱成立時間）が短い場合は、実際の離脱ＳＯｘ量が少ないにも関わらず、算出される離脱ＳＯｘ量は実際の離脱量よりも多く算出される。例えば、実際にはＳＯｘ離脱時間が１秒間しかないにもかかわらず、ＳＯｘ離脱成立時間が、２秒、３秒または４秒として算出されてしまう（符号５２で示す）。これは還元剤がＮＯｘ触媒に行き渡り、ＳＯｘが前述した所定の反応によって離脱が開始されるまでに、ある程度の時間を要するためである。
【００８１】
このような場合は、実際に離脱されないＳＯｘ量が離脱されたものとして算出され、ＮＯｘ触媒に蓄積されたＳＯｘ量が正確に推定されないので、ＳＯｘ被毒回復処理を適切な時期に実行できない虞がある。
【００８２】
本発明は、かかる事態を回避するため、瞬間的に、排気の空燃比または／及び触媒床温がＳＯｘ離脱条件から外れることがあっても、離脱ＳＯｘ量カウンタをリセットしない一方、同様に、排気の空燃比または／及び触媒床温がＳＯｘ離脱条件を満たす範囲に入っても、その後の数秒間は条件の成立時間カウンタを作動させない。また、ＳＯｘ保持材に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとする制御が継続している間は、前記カウントを停止しないことで、ＳＯｘが離脱される時間とＳＯｘ離脱条件を満たしている時間とのずれを修正する。
【００８３】
次に、本実施の形態によるＳＯx被毒回復制御について説明する。この制御は、瞬間的にＳＯｘ離脱条件を外れたとしても、還元剤として燃料を添加して排気の空燃比をストイキまたはリッチにする制御が継続している間は、離脱ＳＯｘ量カウンタをリセットしないことで、ＳＯｘが離脱される時間とＳＯｘ離脱条件を満たしている時間とのずれを修正するものである。
【００８４】
図２を参照すれば、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮで、燃料排気添加フラグもＯＮであるとき、排気の空燃比（Ａ／Ｆ）はストイキ（１４．５）より小さい。しかし、図示のように、瞬間的に空燃比がストイキより大きくなり、リーン側に変化したとき、一旦、ＳＯｘ離脱判定フラグはＯＦＦとなるが、燃料排気添加フラグがＯＮのままであり排気中への燃料の添加が継続していれば、図２に示す場合と異なり、ＳＯｘ離脱成立時間を０（ゼロ）にすることなく、このカウントを継続する。
【００８５】
このようにすれば、意図しない状況での瞬間的なＳＯｘ離脱判定フラグのＯＦＦに対しても離脱ＳＯｘ量を誤算出することはなくなる。
【００８６】
次に、この制御を図４に示すＳＯx被毒回復のフローを示したフローチャート図に基づいて説明する。
【００８７】
ステップＳ１０１では、ＳＯx被毒回復条件が成立しているか否か判定する。条件としては、ＮＯx触媒２０に保持されたＳＯx量が所定量を超えたか等を例示することができる。ここで、ＳＯx保持量は、機関回転数ＮＥ × 燃料噴射量Ｑの二次元マップに基づいて算出することができる。
【００８８】
その他、燃料消費量やＮＯxセンサ２２からの出力信号、車両走行距離等により求めることができる。燃料中の硫黄成分によりＮＯx触媒２０が被毒するので、燃料の消費量を積算してＥＣＵ３５に記憶させ、この燃料の消費量によりＳＯx保持量を求めても良い。
【００８９】
また、ＳＯx被毒が進行すると吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯxの保持量が減少し、ＮＯx触媒２０下流に流通するＮＯxの量が増大する。したがって、ＮＯx触媒２０の下流にＮＯxセンサ２２を設け、この出力信号に基づいてＳＯx保持量を求めても良い。更に、車両走行距離に応じてＳＯx保持量が増加するとして、この車両走行距離に基づいてＳＯx保持量を求めることも可能である。
【００９０】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはこのルーチンを終了させる。
【００９１】
ステップＳ１０２では、燃料添加判定条件が成立しているか否か判定する。条件としては、内燃機関１がＳＯx被毒回復に適した運転状態であるか、ＮＯx触媒２０の温度がＳＯx被毒回復に適した温度Ａ℃からＢ℃の範囲（例えば、５５０〜７００℃の範囲）であるか、また排気の空燃比がストイキより小さいか否か等を例示することができる。
【００９２】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはＳ１０７に進む。
【００９３】
ステップＳ１０３では、ＳＯｘ離脱判定フラグをＯＮにする。
【００９４】
次に、ステップＳ１０４では、ＳＯｘ離脱成立時間のカウントを開始し、ステップＳ１０５ではＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮであり、かつＳＯｘ離脱成立時間Ｔ１が０（ゼロ）でないことが成立するか否かを判断する。ここで肯定判定がされたときはステップＳ１０６に進み、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ１から離脱ＳＯｘ量を算出する。この算出は、あらかじめ実験等により求めたＳＯｘ離脱成立時間Ｔ１と離脱ＳＯｘ量Ａの関係を示すマップに基づいて行われる。
【００９５】
一方、ステップＳ１０２で否定判定がされたときは、ステップＳ１０７に進み、ＳＯｘ離脱判定フラグをＯＦＦにする。次に、ステップＳ１０８に進み、燃料排気添加フラグがＯＦＦ であるか否かを判断する。これが肯定判定されたときはステップＳ１０９に進み、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ１を０（ゼロ）にしてこのルーチンを終了する。
【００９６】
ステップＳ１０８で否定判定がされたとき、すなわち燃料排気添加フラグがＯＮで、燃料添加が継続しているときは、ＳＯｘ離脱成立時間を０（ゼロ）にリセットすることなく、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮでＳＯｘ離脱成立時間Ｔ１がカウントがされている状態に戻り、上述したステップＳ１０５からステップＳ１０６に進み、このルーチンを終了する。
【００９７】
したがって、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＦＦにされても、燃料添加が継続されている限りは、ＳＯｘ離脱成立時間カウンタをクリアすることなくそのカウントを継続するので、正確に実際の離脱ＳＯｘ量Ａを算出することができる。
【００９８】
次に、他の本実施の形態によるＳＯx被毒回復制御について説明する。
【００９９】
この実施の形態では、排気の空燃比または／及び触媒床温がＳＯｘ離脱条件を満たす範囲に入っても、その後の所定時間、例えば数秒間は、ＳＯｘ離脱成立時間カウンタを作動させない一方、同様に、所定時間、例えば数秒間にわたり、排気の空燃比または／及び触媒床温がＳＯｘ離脱条件から外れることがあっても、所定の期間は、離脱ＳＯｘ量カウンタをリセットしないことで、ＳＯｘが離脱される時間とＳＯｘ離脱条件を満たしている時間とのずれを修正するものである。
【０１００】
図３を参照して前者の制御について説明すると、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮでＳＯｘ離脱成立時間が０（ゼロ）より大きいとき、図３に示すようにＳＯｘ離脱成立時間のカウントに基づいて離脱ＳＯｘ量の算出を実行している。これに対して、この実施の形態では、そのままのＳＯｘ離脱成立時間に対応して前記算出をするのではなく、ＳＯｘ離脱判定フラグＯＮ時間が所定時間以上経過していない場合には、補正によってＳＯｘ離脱成立時間を短縮する。この短縮された前記時間に基づいて離脱ＳＯｘ量を算出する。
【０１０１】
このような場合の離脱ＳＯｘ量Ｂは、次式で求められる。
【０１０２】
離脱ＳＯｘ量Ｂ＝ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２×補正係数Ｅ
ここで、補正係数Ｅは、ＮＯx触媒２０に還元剤が行き渡り、ＳＯｘの離脱開始までの時間を予め実験等で求め、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮとなった後、前記離脱開始までの時間の経過後に離脱される離脱ＳＯｘ量が算出されるように求められた値である。
【０１０３】
このようにすれば、ＳＯｘ離脱判定フラグＯＮ時間が短いときでも、その時間に見合った実際の離脱ＳＯｘ量Ｂを正確に算出できる。
【０１０４】
また、先の実施の形態と同様に、意図しない状況での瞬間的なＳＯｘ離脱判定フラグのＯＦＦに対しても、離脱ＳＯｘ量を誤算出することはなくなる。
【０１０５】
次に、この制御を図５に示すＳＯx被毒回復のフローを示したフローチャート図に基づいて説明する。
【０１０６】
ステップＳ２０１では、ＳＯx被毒回復条件が成立しているか否か判定する。
【０１０７】
ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはこのルーチンを終了する。
【０１０８】
ステップＳ２０２では、燃料添加判定条件が成立しているか否か判定する。条件としては、内燃機関１がＳＯx被毒回復に適した運転状態であるか、ＮＯx触媒２０の温度がＳＯx被毒回復に適した温度Ａ℃からＢ℃の範囲（例えば、６００〜６５０℃の範囲）であるか、また排気の空燃比がストイキより小さいか否か等を例示することができる。
【０１０９】
ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはＳ２０８に進む。
【０１１０】
ステップＳ２０３では、ＳＯｘ離脱判定フラグをＯＮにし、次に、Ｓ２０４では、ＳＯｘ離脱不成立時間Ｔ４を０（ゼロ）にする。
【０１１１】
次に、Ｓ２０５で、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２のカウントを開始する。
【０１１２】
Ｓ２０６ではＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮであり、かつＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２が０（ゼロ）でないことが成立するか否かを判断する。ここで肯定判定がされたときはＳ２０７に進み、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２がＤｓｅｃよりも小さいか否かを判断する。一方、否定判定がされたときは、このルーチンを終了する。
【０１１３】
前記ステップＳ２０７において肯定判定がされたときは、ステップＳ２０８に進み、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２に補正係数Ｅを掛けてこれを補正して、補正されたＳＯｘ離脱時間Ｔ３に基づいて離脱ＳＯｘ量を算出する。したがって、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２が短いときでも正確な離脱ＳＯｘ量が算出できる。
【０１１４】
一方、ステップＳ２０７で否定的判定がされたときは、ステップＳ２０９に進み、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２を補正せずに、そのままの時間に基づいてＳＯｘ量を算出する。
【０１１５】
なお、前記ステップＳ２０２で否定判定がされたときは、ステップＳ２１０に進み、ＳＯｘ離脱判定フラグをＯＦＦにする。次に、ステップＳ２１１に進みＳＯｘ離脱不成立時間Ｔ４のカウントを開始する。
【０１１６】
次いで、ステップＳ２１２に進み、ＳＯｘ離脱不成立時間Ｔ４がＣｓｅｃより大きいか否かが判断される。肯定的判定がされればＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２を０（ゼロ）にしてこのルーチンを終了する。
【０１１７】
ステップＳ２１２で否定判定がされたときは、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２を０（ゼロ）にリセットすることなく、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮでＳＯｘ離脱成立時間カウントがされている状態に戻り、前記ステップＳ２０６からステップＳ２０９に進み、このルーチンを終了する。
【０１１８】
したがって、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＦＦにされても、ＳＯｘ離脱不成立時間Ｔ４がＣｓｅｃより小さければ、ＳＯｘ離脱成立時間カウンタをクリアすることなくそのカウントを継続するので、正確に実際の離脱ＳＯｘ量を算出することができる。
【０１１９】
以上説明したように、上記の実施の形態によれば、ＳＯｘが離脱される時間とＳＯｘ離脱条件を満たしている時間との間のずれが修正されるので、実際よりもＳＯｘ離脱成立時間が短く算出されて必要以上にＳＯｘ被毒回復処理が継続される状態と、反対に、実際よりもＳＯｘ離脱成立時間が長く算出されて必要な時間のＳＯｘ被毒回復処理が行われない状態の双方を回避することができる。
【０１２０】
この実施の形態のように、還元剤に機関燃料が使用されている場合には、必要以上のＳＯｘ被毒回復処理による燃費の悪化を抑制することができる。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明によれば、実際にＳＯｘが離脱される時間と、ＳＯｘ離脱条件を満たしている時間との間のずれを修正することができるので、ＮＯｘ触媒等における正確なＳＯｘ蓄積量及びその離脱量を把握することが可能である。したがって、効率的で無駄のないＳＯｘ被毒回復処理が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２】従来のＳＯｘ被毒回復制御における問題点を示す図である。
【図３】従来のＳＯｘ被毒回復制御における他の問題点を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるＳＯｘ被毒回復制御の実行フローを示すフローチャート図である。
【図５】本発明の他の実施の形態におけるＳＯｘ被毒回復制御の実行フローを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
４ａ・・・コモンレール圧センサ
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
６ａ・・・ポンププーリ
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・ＮＯｘ触媒
２２・・・ＮＯｘセンサ
２３・・・空燃比センサ
２４・・・排気温度センサ
２８・・・還元剤噴射弁
２９・・・還元剤供給路
３３・・・クランクポジションセンサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を保持（吸蔵、吸収、吸着を含む）する機能があるＳＯｘ保持材やＮＯｘ保持材を内燃機関の排気通路に設けた場合、これらのＳＯｘ保持材やＮＯｘ保持材には、燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯｘ）が保持される。特に、ＮＯｘ保持材では、ＮＯｘを保持する場合と同様のメカニズムでＳＯｘの保持が生じるが、保持されたＳＯｘはＮＯｘよりも離脱されにくく、酸素濃度が低下した還元雰囲気でＮＯｘの放出が行われてもＳＯｘは離脱せず、次第にＮＯｘ触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒（ＳＯｘ被毒）といい、ＮＯｘ浄化率が低下するため、適宜の時期にＳＯｘ被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。
【０００３】
このようにして、ＳＯｘ保持材やＮＯｘ保持材に保持されたＳＯｘを離脱させるには、ＳＯｘ保持材やＮＯｘ保持材を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ、酸素濃度を低下させた排気をこれらに流通させることで可能となる。
【０００４】
ところが希薄燃焼が可能な内燃機関では、希薄燃焼運転時の排気の温度が低いため、ＳＯｘ放出に必要とされる温度までこれらの保持材を昇温させることが必要である。
【０００５】
そこで、排気中へ燃料の供給を行うことにより保持材の温度を上昇させつつ、排気の酸素濃度を低下させる制御を実行する。このような制御では、通常、保持材におけるＳＯｘの推定蓄積量が所定の設定値に達すると、そのＳＯｘを除去するためにＳＯｘ被毒回復処理が実行されるが、その前提として蓄積したＳＯｘ量を正確に推定することが重要である。
【０００６】
このような推定を正確に行うことを目的としたものとして、例えば、ＮＯｘ保持材からの離脱ＳＯｘ量を、その放出処理の連続時間を考慮に入れて推定するものがある。特に、離脱処理の連続時間に基いて、ＮＯｘ保持材を、ＳＯｘが完全に除去された完全除去領域と、部分的に除去された部分除去領域と、全く除去されていない未除去領域とに区分し、各領域毎に放出されたＳＯｘ量を推定したのち、その合計を算出することにより、ＳＯｘ被毒回復処理でＮＯｘ保持材から放出されたＳＯｘの総量を推定するエンジンの排気浄化装置が公知である（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１５２８３８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１１５５３６号公報
【特許文献３】
特開２００２−８１３１２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の排気浄化装置では、ＳＯｘ放出量を保持材の温度条件と還元剤の添加時の排気の空燃比が理論空燃比以下である条件が成立している時間に基づいて算出しており、前記条件の成立時間がＳＯｘ放出時間（放出量）とされているので、このような成立時間が短いとＳＯｘ放出量が少なく、逆に成立時間が長いと放出量が多いと算出される。
【０００９】
上記のような構成では、吸入空気量や燃料噴射量のばらつきに起因して、ＮＯｘ保持材等に流入する排気の空燃比が変動することがカウンタに反映されていない。例えば、ＮＯｘ保持材の温度が所定温度を下回るか、あるいは排気の空燃比が瞬間的にリーンになる等の事態によって条件の成立時間カウンタがクリアされてしまうので、再度条件の成立時間を０からカウントする。したがって、実際にはＳＯｘ放出がされているにもかかわらず、計算上のＳＯｘ放出量が少なくなり、必要以上に長い時間にわたりＳＯｘ被毒回復処理が行われる。このような事態となれば効率的なＳＯｘ被毒回復処理は望めず、燃費の悪化を招く。
【００１０】
また、上記の条件成立時間が短い場合は、ＳＯｘ放出が実際に開始されるまでの時差のために、ＳＯｘの実放出量が少ないもの関わらず、放出量が多く算出される事態が生じる。
【００１１】
したがって、ＮＯｘ保持材等におけるＳＯｘ蓄積量が正確に推定されず、適切な時期にＳＯｘ被毒回復処理が実行されない虞がある。
【００１２】
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、正確なＳＯｘ放出量を把握することで、適切な時期にＳＯｘ被毒回復処理の実行が可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを技術的課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明は、実際にＳＯｘが離脱される時間とＳＯｘ離脱条件を満たしている時間との間のずれを修正するために、離脱ＳＯｘ量の推定において、所定のＳＯｘ離脱条件を満たしてもＳＯｘ離脱時間のカウントを行わず、また、ＳＯｘ離脱条件を満たさなくてもＳＯｘ離脱時間のカウントを停止しない場合を含むようにした。
【００１４】
すなわち、第１の発明は、排気に含まれるＳＯｘを保持するＳＯｘ保持材と、このＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘ量を推定するＳＯｘ保持量推定手段とを備え、この推定されたＳＯｘ保持量が所定量以上となった時に前記ＳＯｘ保持材に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記ＳＯｘ保持材の温度を所定温度以上であるＳＯｘ離脱条件を満たしたとき、前記ＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘが離脱する内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＳＯｘ離脱条件を満たした期間をカウントし、前記ＳＯｘ保持材から離脱したＳＯｘ量を推定する離脱ＳＯｘ量推定手段を有し、この離脱ＳＯｘ量推定手段は、実際にＳＯｘが離脱する時期と前記ＳＯｘ離脱条件を満たしている時期とのずれを修正するために、ＳＯｘ離脱条件を満たすようになってから所定時間以上経過していない場合には、補正によって前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間のカウントを短縮し、この短縮された前記時間に基づいて前記ＳＯｘ保持剤から離脱したＳＯｘ量を推定し、また、ＳＯｘ離脱条件を満たさなくなってから一定時間以上経過していない場合には、前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間のカウントを停止しないことを特徴とする。
【００１５】
第１の発明では、排気の空燃比の変動を考慮して、ＳＯｘ離脱条件が短い期間にわたり満足され、又は瞬間的にＳＯｘ離脱条件が不満足になった場合などに、ＳＯｘ離脱時間のカウントを、実際のＳＯｘ離脱に合致させるように適切にコントロールすることで、実際のＳＯｘ離脱状況と一致しない離脱ＳＯｘ量推定がされることを抑制する。
【００１６】
第２の発明は、排気に含まれるＳＯｘを保持するＳＯｘ保持材と、このＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘ量を推定するＳＯｘ保持量推定手段と、この推定されたＳＯｘ保持量が所定量以上となった時に前記ＳＯｘ保持材に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記ＳＯｘ保持材の温度を所定温度以上であるＳＯｘ離脱条件を満たしたとき、前記ＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘを離脱させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間をカウントし、前記ＳＯｘ保持材から離脱したＳＯｘ量を推定する離脱ＳＯｘ量推定手段を有し、この離脱ＳＯｘ量推定手段は、前記ＳＯｘ離脱条件を満たさなくなっても、前記ＳＯｘ保持材に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとする制御が継続している間は、前記カウントを停止しないことを特徴とする。
【００１７】
このようにすれば、瞬間的に排気の空燃比がリーンになりＳＯｘ離脱条件を満たさなくなった場合でも、排気中への還元剤の添加等、排気の空燃比をストイキまたはリッチとする制御が継続している間は、ＳＯｘ離脱条件が満たした時間がカウントが持続され、ＳＯｘ離脱時間を、実際のＳＯｘ離脱に合致させるように適切にコントロールされる。
【００１８】
第３の発明では、排気に含まれるＳＯｘを保持するＳＯｘ保持材と、このＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘ量を推定するＳＯｘ保持量推定手段とを備え、この推定されたＳＯｘ保持量が所定量以上となった時に前記ＳＯｘ保持材に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記ＳＯｘ保持材の温度を所定温度以上であるＳＯｘ離脱条件を満たしたとき、前記ＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘを離脱させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間をカウントして前記ＳＯｘ保持材から離脱したＳＯｘ量を推定する離脱ＳＯｘ量推定手段を有し、この離脱ＳＯｘ量推定手段は、前記ＳＯｘ離脱条件を満たす範囲に入った後の第１の所定時間は、補正によって前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間のカウントを短縮し、この短縮された前記時間に基づいて前記ＳＯｘ保持剤から離脱したＳＯｘ量を推定することを特徴とする。
【００１９】
この場合、前記第１の所定時間は、前記ＳＯｘ離脱条件を満たした後、実際にＳＯｘ離脱が開始されるまでの期間とすることができる。
【００２０】
第４の発明は、排気に含まれるＳＯｘを保持するＳＯｘ保持材と、このＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘ量を推定するＳＯｘ保持量推定手段と、この推定されたＳＯｘ保持量が所定量以上となった時に前記ＳＯｘ保持材に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記ＳＯｘ保持材の温度を所定温度以上であるＳＯｘ離脱条件を満たしたとき、前記ＳＯｘ保持材に保持されたＳＯｘを離脱させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間をカウントし、前記ＳＯｘ保持材から離脱したＳＯｘ量を推定する離脱ＳＯｘ量推定手段を有し、この離脱ＳＯｘ量推定手段は、前記ＳＯｘ離脱条件を満たさない時間が第２の所定期間未満であるときは、前記カウントを停止しないことを特徴とする。
【００２１】
この場合、前記第２の所定時間は、前記ＳＯｘ離脱条件を満たさなくなった後、実際にＳＯｘ離脱がされなくなるまでの期間とすることができる。
【００２２】
本発明によれば、実際にＳＯｘが離脱する期間とＳＯｘ離脱条件を満たしている期間との間のずれが修正されるので、正確な離脱ＳＯｘ量が把握され、適切な時期にＳＯｘ被毒回復処理の実行が可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気浄化装置の具体的な実施態様を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２４】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２５】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２６】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａが内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２７】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２８】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２９】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００３０】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続されている。吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１が取り付けられている。
【００３１】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００３２】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。
【００３３】
このように構成された吸気系では、吸気は、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００３４】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮された吸気は、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３５】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３６】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にて大気へと通じている。
【００３７】
前記排気管１９の途中には、ＮＯｘ保持材を含む吸蔵還元型ＮＯx触媒２０（以下、単にＮＯx触媒とする。）が設けられている。ＮＯx触媒２０は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ2ストレージ）能のある例えばセリア（ＣｅＯ2）等の遷移金属が添加されている。
【００３８】
このＮＯx触媒２０は、このＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を保持し、一方、このＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは保持していたＮＯxを離脱させる。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯx触媒２０から離脱したＮＯxが還元される。また、セリア（ＣｅＯ2）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。
【００３９】
ＮＯx触媒２０より上流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４が取り付けられている。また、ＮＯx触媒２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気中のＮＯx濃度に対応した電気信号を出力するＮＯxセンサ２２及び排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３が取り付けられている。
【００４０】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１ｂを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００４１】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介してＮＯx触媒２０へ流入し、排気中のＮＯxが保持される。その後、排気は排気管１９を流通して大気中へと放出される。
【００４２】
ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気中の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるＮＯxがＮＯx触媒に保持されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長時間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx保持能力が飽和し、排気中のＮＯxがＮＯx触媒にて保持されずに大気中へ放出されてしまう。
【００４３】
特に、内燃機関１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯx触媒のＮＯx保持能力が飽和し易い。なお、ここでいうリーン空燃比とは、ディーゼル機関にあっては、例えば２０から５０の範囲であり、三元触媒ではＮＯxを浄化できない領域を意味する。
【００４４】
従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒のＮＯx保持能力が飽和する前にＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に保持されたＮＯxを還元させる必要がある。
【００４５】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号参照）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法が考えられる。例えば、排気中の燃料添加では、ＮＯx触媒２０より上流の排気管１９を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めることができる。
【００４６】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けられ、後述するＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、を備えている。
【００４７】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号により該還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００４８】
還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させると共に、ＮＯx触媒２０に到達し、ＮＯx触媒２０に保持されていたＮＯxを還元することになる。
【００４９】
その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止されることになる。
【００５０】
また、内燃機関１には、クランクシャフトの回転位置に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ３３が設けられている。
【００５１】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００５２】
ＥＣＵ３５には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号の他、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ３６の出力信号が入力されるようになっている。
【００５３】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、還元剤噴射弁２８等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００５４】
例えば、ＮＯx浄化制御では、ＥＣＵ３５は、ＮＯx触媒２０に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００５５】
リッチスパイク制御では、ＥＣＵ３５は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、ＮＯx触媒２０が活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒解消制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【００５６】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８を制御することにより、ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００５７】
具体的には、ＥＣＵ３５は、記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサ２３の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００５８】
ＥＣＵ３５は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【００５９】
続いて、ＥＣＵ３５は、前記目標添加量をパラメータとして還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００６０】
還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出されると、ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８を開弁させる。
【００６１】
ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【００６２】
このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してＮＯx触媒２０に流入する。
【００６３】
この結果、ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、ＮＯx触媒２０がＮＯxの保持と還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【００６４】
このように、ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元型ＮＯx触媒に保持されたＮＯxを還元することが可能となる。
【００６５】
次に、ＳＯx被毒解消制御では、ＥＣＵ３５は、ＮＯx触媒２０のＳＯxによる被毒を解消すべくＳＯx被毒解消処理を行う。
【００６６】
ここで、内燃機関１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料が内燃機関１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）などの硫黄酸化物（ＳＯx）が生成される。
【００６７】
ＳＯxは、排気とともにＮＯx触媒２０に流入し、ＮＯxと同様のメカニズムによって吸蔵還元型ＮＯx触媒に保持される。
【００６８】
具体的には、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）等のＳＯxが白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ4 2-）の形でＮＯx触媒２０に保持される。更に、ＮＯx触媒２０に吸収された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ4）を形成する。
【００６９】
ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ4）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）に比して安定していて分解し難く、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにＮＯx触媒２０内に残留してしまう。
【００７０】
ＮＯx触媒２０における硫酸塩（ＢａＳＯ4）の量が増加すると、それに応じてＮＯxの保持に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、ＮＯx触媒２０のＮＯx保持能力が低下する、いわゆるＳＯx被毒が発生する。
【００７１】
ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒を解消する方法としては、ＮＯx触媒２０の雰囲気温度をおよそ６００乃至６５０℃の高温域まで昇温させるとともに、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、ＮＯx触媒２０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）をＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解し、次いでＳＯ3 -やＳＯ4 -を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ2 -に還元する方法を例示することができる。
【００７２】
ＥＣＵ３５は、例えば、還元剤噴射弁２８から排気中へ燃料を添加することにより、それらの未燃燃料成分をＮＯx触媒２０において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってＮＯx触媒２０の床温を高めるようにする。同時に、各気筒の膨張行程若しくは排気行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させても良い。
【００７３】
上記したような燃料添加により、ＮＯx触媒２０の床温が６００℃から６５０℃程度の高温域まで上昇する。その後も、引き続きＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるべくＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８から燃料を噴射させる。
【００７４】
このように被毒回復処理が実行されると、ＮＯx触媒２０の床温が高い状況下で、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、ＮＯx触媒２０に保持されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）がＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解され、それらＳＯ3 -やＳＯ4 -が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が回復されることになる。
【００７５】
なお、上述のＳＯx被毒回復処理には前記リッチスパイクを実行して排気の酸素濃度を低下させる。
【００７６】
さらに、１回のリッチスパイクを複数回の燃料噴射により形成し、空燃比が過剰なリッチとならないようにする。ここで、一度に多量の燃料を噴射する空燃比が過リッチとなる虞があり、ＮＯx触媒２０で反応しきれない燃料の一部が下流へ流出することがある。そこで、本実施の形態では、少量の燃料を複数回に分割して噴射することにより、過リッチを抑制しつつリッチ雰囲気を形成するようにした。
【００７７】
ここで、従来のＳＯｘ被毒回復処理における問題点を図２及び図３に基づいて詳説する。
【００７８】
従来の排気系燃料添加を間欠的に実施するＳＯｘ被毒回復処理では、離脱ＳＯｘ量を触媒床温条件（Ｔ℃以上）と、燃料添加時の空燃比（ストイキ以下）が成立している時間から算出していた。離脱ＳＯｘ量は上記の条件が成立している間は継続して所定量が離脱されているものとされていたので、この条件の成立時間の長短が、そのまま離脱ＳＯｘ量に反映されていた。
【００７９】
図２のように、従来のＳＯｘ被毒回復処理では、吸入空気量や燃料噴射量のばらつき等によって排気の空燃比が瞬間的にリーン状態（符号５０で示す）になったとき、ＳＯｘ離脱成立時間カウンタが０（ゼロ）にリセット（符号５１で示す）されてしまい、再度、ＳＯｘ離脱成立時間を０（ゼロ）からカウントすることになる。したがって、実際にはＳＯｘ離脱が継続しているにもかかわらず、離脱ＳＯｘ量が実際よりも少なく算出される結果、必要以上にＳＯｘ被毒回復処理が行われる。このような事態は燃費の悪化をも招くので、好ましいことではない。
【００８０】
他方、図３に示すように、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮの時間（ＳＯｘ離脱成立時間）が短い場合は、実際の離脱ＳＯｘ量が少ないにも関わらず、算出される離脱ＳＯｘ量は実際の離脱量よりも多く算出される。例えば、実際にはＳＯｘ離脱時間が１秒間しかないにもかかわらず、ＳＯｘ離脱成立時間が、２秒、３秒または４秒として算出されてしまう（符号５２で示す）。これは還元剤がＮＯｘ触媒に行き渡り、ＳＯｘが前述した所定の反応によって離脱が開始されるまでに、ある程度の時間を要するためである。
【００８１】
このような場合は、実際に離脱されないＳＯｘ量が離脱されたものとして算出され、ＮＯｘ触媒に蓄積されたＳＯｘ量が正確に推定されないので、ＳＯｘ被毒回復処理を適切な時期に実行できない虞がある。
【００８２】
本発明は、かかる事態を回避するため、瞬間的に、排気の空燃比または／及び触媒床温がＳＯｘ離脱条件から外れることがあっても、離脱ＳＯｘ量カウンタをリセットしない一方、同様に、排気の空燃比または／及び触媒床温がＳＯｘ離脱条件を満たす範囲に入っても、その後の数秒間は条件の成立時間カウンタを作動させない。また、ＳＯｘ保持材に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとする制御が継続している間は、前記カウントを停止しないことで、ＳＯｘが離脱される時間とＳＯｘ離脱条件を満たしている時間とのずれを修正する。
【００８３】
次に、本実施の形態によるＳＯx被毒回復制御について説明する。この制御は、瞬間的にＳＯｘ離脱条件を外れたとしても、還元剤として燃料を添加して排気の空燃比をストイキまたはリッチにする制御が継続している間は、離脱ＳＯｘ量カウンタをリセットしないことで、ＳＯｘが離脱される時間とＳＯｘ離脱条件を満たしている時間とのずれを修正するものである。
【００８４】
図２を参照すれば、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮで、燃料排気添加フラグもＯＮであるとき、排気の空燃比（Ａ／Ｆ）はストイキ（１４．５）より小さい。しかし、図示のように、瞬間的に空燃比がストイキより大きくなり、リーン側に変化したとき、一旦、ＳＯｘ離脱判定フラグはＯＦＦとなるが、燃料排気添加フラグがＯＮのままであり排気中への燃料の添加が継続していれば、図２に示す場合と異なり、ＳＯｘ離脱成立時間を０（ゼロ）にすることなく、このカウントを継続する。
【００８５】
このようにすれば、意図しない状況での瞬間的なＳＯｘ離脱判定フラグのＯＦＦに対しても離脱ＳＯｘ量を誤算出することはなくなる。
【００８６】
次に、この制御を図４に示すＳＯx被毒回復のフローを示したフローチャート図に基づいて説明する。
【００８７】
ステップＳ１０１では、ＳＯx被毒回復条件が成立しているか否か判定する。条件としては、ＮＯx触媒２０に保持されたＳＯx量が所定量を超えたか等を例示することができる。ここで、ＳＯx保持量は、機関回転数ＮＥ × 燃料噴射量Ｑの二次元マップに基づいて算出することができる。
【００８８】
その他、燃料消費量やＮＯxセンサ２２からの出力信号、車両走行距離等により求めることができる。燃料中の硫黄成分によりＮＯx触媒２０が被毒するので、燃料の消費量を積算してＥＣＵ３５に記憶させ、この燃料の消費量によりＳＯx保持量を求めても良い。
【００８９】
また、ＳＯx被毒が進行すると吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯxの保持量が減少し、ＮＯx触媒２０下流に流通するＮＯxの量が増大する。したがって、ＮＯx触媒２０の下流にＮＯxセンサ２２を設け、この出力信号に基づいてＳＯx保持量を求めても良い。更に、車両走行距離に応じてＳＯx保持量が増加するとして、この車両走行距離に基づいてＳＯx保持量を求めることも可能である。
【００９０】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはこのルーチンを終了させる。
【００９１】
ステップＳ１０２では、燃料添加判定条件が成立しているか否か判定する。条件としては、内燃機関１がＳＯx被毒回復に適した運転状態であるか、ＮＯx触媒２０の温度がＳＯx被毒回復に適した温度Ａ℃からＢ℃の範囲（例えば、５５０〜７００℃の範囲）であるか、また排気の空燃比がストイキより小さいか否か等を例示することができる。
【００９２】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはＳ１０７に進む。
【００９３】
ステップＳ１０３では、ＳＯｘ離脱判定フラグをＯＮにする。
【００９４】
次に、ステップＳ１０４では、ＳＯｘ離脱成立時間のカウントを開始し、ステップＳ１０５ではＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮであり、かつＳＯｘ離脱成立時間Ｔ１が０（ゼロ）でないことが成立するか否かを判断する。ここで肯定判定がされたときはステップＳ１０６に進み、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ１から離脱ＳＯｘ量を算出する。この算出は、あらかじめ実験等により求めたＳＯｘ離脱成立時間Ｔ１と離脱ＳＯｘ量Ａの関係を示すマップに基づいて行われる。
【００９５】
一方、ステップＳ１０２で否定判定がされたときは、ステップＳ１０７に進み、ＳＯｘ離脱判定フラグをＯＦＦにする。次に、ステップＳ１０８に進み、燃料排気添加フラグがＯＦＦ であるか否かを判断する。これが肯定判定されたときはステップＳ１０９に進み、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ１を０（ゼロ）にしてこのルーチンを終了する。
【００９６】
ステップＳ１０８で否定判定がされたとき、すなわち燃料排気添加フラグがＯＮで、燃料添加が継続しているときは、ＳＯｘ離脱成立時間を０（ゼロ）にリセットすることなく、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮでＳＯｘ離脱成立時間Ｔ１がカウントがされている状態に戻り、上述したステップＳ１０５からステップＳ１０６に進み、このルーチンを終了する。
【００９７】
したがって、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＦＦにされても、燃料添加が継続されている限りは、ＳＯｘ離脱成立時間カウンタをクリアすることなくそのカウントを継続するので、正確に実際の離脱ＳＯｘ量Ａを算出することができる。
【００９８】
次に、他の本実施の形態によるＳＯx被毒回復制御について説明する。
【００９９】
この実施の形態では、排気の空燃比または／及び触媒床温がＳＯｘ離脱条件を満たす範囲に入っても、その後の所定時間、例えば数秒間は、ＳＯｘ離脱成立時間カウンタを作動させない一方、同様に、所定時間、例えば数秒間にわたり、排気の空燃比または／及び触媒床温がＳＯｘ離脱条件から外れることがあっても、所定の期間は、離脱ＳＯｘ量カウンタをリセットしないことで、ＳＯｘが離脱される時間とＳＯｘ離脱条件を満たしている時間とのずれを修正するものである。
【０１００】
図３を参照して前者の制御について説明すると、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮでＳＯｘ離脱成立時間が０（ゼロ）より大きいとき、図３に示すようにＳＯｘ離脱成立時間のカウントに基づいて離脱ＳＯｘ量の算出を実行している。これに対して、この実施の形態では、そのままのＳＯｘ離脱成立時間に対応して前記算出をするのではなく、ＳＯｘ離脱判定フラグＯＮ時間が所定時間以上経過していない場合には、補正によってＳＯｘ離脱成立時間を短縮する。この短縮された前記時間に基づいて離脱ＳＯｘ量を算出する。
【０１０１】
このような場合の離脱ＳＯｘ量Ｂは、次式で求められる。
【０１０２】
離脱ＳＯｘ量Ｂ＝ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２×補正係数Ｅ
ここで、補正係数Ｅは、ＮＯx触媒２０に還元剤が行き渡り、ＳＯｘの離脱開始までの時間を予め実験等で求め、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮとなった後、前記離脱開始までの時間の経過後に離脱される離脱ＳＯｘ量が算出されるように求められた値である。
【０１０３】
このようにすれば、ＳＯｘ離脱判定フラグＯＮ時間が短いときでも、その時間に見合った実際の離脱ＳＯｘ量Ｂを正確に算出できる。
【０１０４】
また、先の実施の形態と同様に、意図しない状況での瞬間的なＳＯｘ離脱判定フラグのＯＦＦに対しても、離脱ＳＯｘ量を誤算出することはなくなる。
【０１０５】
次に、この制御を図５に示すＳＯx被毒回復のフローを示したフローチャート図に基づいて説明する。
【０１０６】
ステップＳ２０１では、ＳＯx被毒回復条件が成立しているか否か判定する。
【０１０７】
ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはこのルーチンを終了する。
【０１０８】
ステップＳ２０２では、燃料添加判定条件が成立しているか否か判定する。条件としては、内燃機関１がＳＯx被毒回復に適した運転状態であるか、ＮＯx触媒２０の温度がＳＯx被毒回復に適した温度Ａ℃からＢ℃の範囲（例えば、６００〜６５０℃の範囲）であるか、また排気の空燃比がストイキより小さいか否か等を例示することができる。
【０１０９】
ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはＳ２０８に進む。
【０１１０】
ステップＳ２０３では、ＳＯｘ離脱判定フラグをＯＮにし、次に、Ｓ２０４では、ＳＯｘ離脱不成立時間Ｔ４を０（ゼロ）にする。
【０１１１】
次に、Ｓ２０５で、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２のカウントを開始する。
【０１１２】
Ｓ２０６ではＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮであり、かつＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２が０（ゼロ）でないことが成立するか否かを判断する。ここで肯定判定がされたときはＳ２０７に進み、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２がＤｓｅｃよりも小さいか否かを判断する。一方、否定判定がされたときは、このルーチンを終了する。
【０１１３】
前記ステップＳ２０７において肯定判定がされたときは、ステップＳ２０８に進み、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２に補正係数Ｅを掛けてこれを補正して、補正されたＳＯｘ離脱時間Ｔ３に基づいて離脱ＳＯｘ量を算出する。したがって、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２が短いときでも正確な離脱ＳＯｘ量が算出できる。
【０１１４】
一方、ステップＳ２０７で否定的判定がされたときは、ステップＳ２０９に進み、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２を補正せずに、そのままの時間に基づいてＳＯｘ量を算出する。
【０１１５】
なお、前記ステップＳ２０２で否定判定がされたときは、ステップＳ２１０に進み、ＳＯｘ離脱判定フラグをＯＦＦにする。次に、ステップＳ２１１に進みＳＯｘ離脱不成立時間Ｔ４のカウントを開始する。
【０１１６】
次いで、ステップＳ２１２に進み、ＳＯｘ離脱不成立時間Ｔ４がＣｓｅｃより大きいか否かが判断される。肯定的判定がされればＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２を０（ゼロ）にしてこのルーチンを終了する。
【０１１７】
ステップＳ２１２で否定判定がされたときは、ＳＯｘ離脱成立時間Ｔ２を０（ゼロ）にリセットすることなく、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＮでＳＯｘ離脱成立時間カウントがされている状態に戻り、前記ステップＳ２０６からステップＳ２０９に進み、このルーチンを終了する。
【０１１８】
したがって、ＳＯｘ離脱判定フラグがＯＦＦにされても、ＳＯｘ離脱不成立時間Ｔ４がＣｓｅｃより小さければ、ＳＯｘ離脱成立時間カウンタをクリアすることなくそのカウントを継続するので、正確に実際の離脱ＳＯｘ量を算出することができる。
【０１１９】
以上説明したように、上記の実施の形態によれば、ＳＯｘが離脱される時間とＳＯｘ離脱条件を満たしている時間との間のずれが修正されるので、実際よりもＳＯｘ離脱成立時間が短く算出されて必要以上にＳＯｘ被毒回復処理が継続される状態と、反対に、実際よりもＳＯｘ離脱成立時間が長く算出されて必要な時間のＳＯｘ被毒回復処理が行われない状態の双方を回避することができる。
【０１２０】
この実施の形態のように、還元剤に機関燃料が使用されている場合には、必要以上のＳＯｘ被毒回復処理による燃費の悪化を抑制することができる。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明によれば、実際にＳＯｘが離脱される時間と、ＳＯｘ離脱条件を満たしている時間との間のずれを修正することができるので、ＮＯｘ触媒等における正確なＳＯｘ蓄積量及びその離脱量を把握することが可能である。したがって、効率的で無駄のないＳＯｘ被毒回復処理が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２】従来のＳＯｘ被毒回復制御における問題点を示す図である。
【図３】従来のＳＯｘ被毒回復制御における他の問題点を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるＳＯｘ被毒回復制御の実行フローを示すフローチャート図である。
【図５】本発明の他の実施の形態におけるＳＯｘ被毒回復制御の実行フローを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
４ａ・・・コモンレール圧センサ
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
６ａ・・・ポンププーリ
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・ＮＯｘ触媒
２２・・・ＮＯｘセンサ
２３・・・空燃比センサ
２４・・・排気温度センサ
２８・・・還元剤噴射弁
２９・・・還元剤供給路
３３・・・クランクポジションセンサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ
Claims (5)
- 排気に含まれるＳＯｘを保持するＳＯｘ保持剤と、このＳＯｘ保持剤に保持されたＳＯｘ量を推定するＳＯｘ保持量推定手段とを備え、この推定されたＳＯｘ保持量が所定量以上となった時に前記ＳＯｘ保持剤に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記ＳＯｘ保持剤の温度を所定温度以上であるＳＯｘ離脱条件を満たしたとき、前記ＳＯｘ保持剤に保持されたＳＯｘが離脱する内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間をカウントし、前記ＳＯｘ保持剤から離脱したＳＯｘ量を推定する離脱ＳＯｘ量推定手段を有し、この離脱ＳＯｘ量推定手段は、実際にＳＯｘが放出される時期と前記ＳＯｘ離脱条件を満たしている時期とのずれを修正するために、ＳＯｘ離脱条件を満たすようになってから所定時間以上経過していない場合には、補正によって前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間のカウントを短縮し、この短縮された前記時間に基づいて前記ＳＯｘ保持剤から離脱したＳＯｘ量を推定し、また、ＳＯｘ離脱条件を満たさなくなってから一定時間以上経過していない場合には、前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間のカウントを停止しないことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 排気に含まれるＳＯｘを保持するＳＯｘ保持剤と、このＳＯｘ保持剤に保持されたＳＯｘ量を推定するＳＯｘ保持量推定手段とを備え、この推定されたＳＯｘ保持量が所定量以上となった時に前記ＳＯｘ保持剤に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチとし、かつ前記ＳＯｘ保持剤の温度を所定温度以上であるＳＯｘ離脱条件を満たしたとき、前記ＳＯｘ保持剤に保持されたＳＯｘを離脱させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間をカウントして前記ＳＯｘ保持剤から離脱したＳＯｘ量を推定する離脱ＳＯｘ量推定手段を有し、この離脱ＳＯｘ量推定手段は、前記ＳＯｘ離脱条件を満たす範囲に入った後の第１の所定時間は、補正によって前記ＳＯｘ離脱条件を満たした時間のカウントを短縮し、この短縮された前記時間に基づいて前記ＳＯｘ保持剤から離脱したＳＯｘ量を推定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記第１の所定時間は、前記ＳＯｘ離脱条件を満たした後、実際にＳＯｘ離脱が開始されるまでの時間であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記離脱ＳＯｘ量推定手段は、前記ＳＯｘ離脱条件を満たさない時間が第２の所定時間以下であるときは、前記カウントを停止しないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記第２の所定時間は、前記ＳＯｘ離脱条件を満たさなくなった後、実際にＳＯｘ離脱がされなくなるまでの時間であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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2003
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