(57)【要約】内燃機関の排気浄化装置は、機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒２４が配置され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵されたＳＯｘを放出させるべきときに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の触媒温度をＳＯｘ放出温度に昇温させると共に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする硫黄被毒回復制御を行う。硫黄被毒回復制御を実行すべきときに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵されたＳＯｘを放出する速度であるＳＯｘ放出速度を算出し、その値が下限放出速度よりも小さい場合には、硫黄被毒回復制御を停止する。
2010116535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置し、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出させるべきときに、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度をＳＯｘ放出温度に昇温させると共に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする硫黄被毒回復制御を行う硫黄被毒回復制御手段を具備する内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出する速度を算出するＳＯｘ放出速度算出手段を更に具備し、前記硫黄被毒回復制御手段が、硫黄被毒回復制御を実行すべきときに前記ＳＯｘ放出速度算出手段によって算出されたＳＯｘ放出速度が下限放出速度よりも小さい場合には、硫黄被毒回復制御を停止することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＳＯｘ放出速度算出手段が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵されたＳＯｘ量と、供給される還元剤量とのうち少なくとも１つに基づいてＳＯｘ放出速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒から放出されたＳＯｘ量のうち該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に再吸蔵されるＳＯｘ量の割合である再吸蔵率を算出する再吸蔵率算出手段を更に具備し、前記硫黄被毒回復制御手段が、流入する排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ処理をリーン時間だけ隔てて繰り返し実行すると共に、前記各リッチ処理中に前記再吸蔵率算出手段によって算出された再吸蔵率に基づいて前記リッチ処理の停止時期を設定す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気浄化装置。
【請求項４】
前記硫黄被毒回復制御手段は、前記再吸蔵率算出手段によって算出された再吸蔵率が、予め定められた再吸蔵率よりも大きい場合には前記リッチ処理を継続し、前記再吸蔵率が前記予め定められた再吸蔵率よりも小さい場合には前記リッチ処理を停止することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記再吸蔵率算出手段が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度に基づいて再吸蔵率を算出することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれる酸素を蓄え流入する排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えられている酸素を放出する酸素貯蔵触媒を配置すると共にＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘ量の分布を算出するＳＯｘ量分布算出手段を更に具備し、前記再吸蔵率算出手段が、前記各リッチ処理中に、排気ガス量と、酸素貯蔵触媒に蓄えられた酸素がゼロになってからの当該リッチ処理の実行時間と、ＳＯｘ量分布算出手段によって算出されたＳＯｘ量分布とのうち少なくとも１つに基づいて再吸蔵率を算出することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関が公知である。この内燃機関ではリーン空燃比の下で燃焼が行われているときに発生するＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵される。一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和に近づくと排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘが還元浄化される。
ところで燃料及び潤滑油内には硫黄が含まれており、従って排気ガス中には硫黄化合物（ＳＯｘ、例えばＳＯ２）が含まれている。このＳＯｘはＮＯｘと共にＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵される。ところがこのＳＯｘは、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけではＮＯｘ吸蔵還元触媒から放出されず、従ってＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＳＯｘの量が次第に増大していく（以下、「硫黄被毒」という）。その結果としてＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵しうるＮＯｘ量が次第に減少してしまう。
ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＳＯｘを放出させる（即ち、硫黄被毒回復を行う）ために、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度をＳＯｘが放出される温度、即ちＳＯｘ放出温度（例えば、６００℃）にまで昇温させると共に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比にする硫黄被毒回復制御を行う必要がある。
そこで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度をＳＯｘ放出温度まで昇温させると共にＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にする内燃機関の排気浄化装置が公知である（特許文献１参照）。
ところで、上記のように硫黄被毒回復処理を行っても硫黄被毒回復が適切になされない、即ち、吸蔵されたＳＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒から十分に放出されない場合がある。
その原因としては、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は排気通路内で所定の長さを有するため、一旦放出されたＳＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流排気通路内に排出される前に、放出部分よりも下流のＮＯｘ吸蔵還元触媒部分に再び吸蔵されている（以下、「再吸蔵」という）ことが考えられる。また、昇温制御におけるフィードバック制御が正常に行われていない場合等においては、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘの硫黄成分を分解するのに十分なエネルギの供給、即ちＮＯｘ吸蔵還元触媒の十分な昇温が、行われないということも考えられる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒の昇温が十分でない場合には、添加された還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒をすり抜け、車外へ排出され、排気性状が悪化するという問題も生じる。
従って、これら原因を考慮せずに硫黄被毒回復処理を行うと、適切に硫黄被毒回復がなされないばかりか、効果の少ない昇温処理を行うこととなり、エネルギの浪費や排気性状の悪化につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１６１０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明の目的は、エネルギ効率の良い硫黄被毒回復処理を行うようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１番目の態様では、機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置し、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出させるべきときに、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度をＳＯｘ放出温度に昇温させると共に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする硫黄被毒回復制御を行う硫黄被毒回復制御手段を具備する内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出する速度を算出するＳＯｘ放出速度算出手段を更に具備し、前記硫黄被毒回復制御手段が、硫黄被毒回復制御を実行すべきときに前記ＳＯｘ放出速度算出手段によって算出されたＳＯｘ放出速度が下限放出速度よりも小さい場合には、硫黄被毒回復制御を停止することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
本発明の２番目の態様では、前記ＳＯｘ放出速度算出手段が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵されたＳＯｘ量と、供給される還元剤量とのうち少なくとも１つに基づいてＳＯｘ放出速度を算出することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
本発明の３番目の態様では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から放出されたＳＯｘ量のうち該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に再吸蔵されるＳＯｘ量の割合である再吸蔵率を算出する再吸蔵率算出手段を更に具備し、前記硫黄被毒回復制御手段が、流入する排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ処理をリーン時間だけ隔てて繰り返し実行すると共に、前記各リッチ処理中に前記再吸蔵率算出手段によって算出された再吸蔵率に基づいて前記リッチ処理の停止時期を設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
本発明の４番目の態様では、前記硫黄被毒回復制御手段は、前記再吸蔵率算出手段によって算出された再吸蔵率が、予め定められた再吸蔵率よりも大きい場合には前記リッチ処理を継続し、前記再吸蔵率が前記予め定められた再吸蔵率よりも小さい場合には前記リッチ処理を停止することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
本発明の５番目の態様では、前記再吸蔵率算出手段が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度に基づいて再吸蔵率を算出することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
本発明の６番目の態様では、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれる酸素を蓄え流入する排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えられている酸素を放出する酸素貯蔵触媒を配置すると共にＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘ量の分布を算出するＳＯｘ量分布算出手段を更に具備し、前記再吸蔵率算出手段が、前記各リッチ処理中に、排気ガス量と、酸素貯蔵触媒に蓄えられた酸素がゼロになってからの当該リッチ処理の実行時間と、ＳＯｘ量分布算出手段によって算出されたＳＯｘ量分布とのうち少なくとも１つに基づいて再吸蔵率を算出することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のこれらの態様によれば、硫黄被毒回復制御をすべきときであっても、硫黄被毒回復制御を行っても硫黄被毒回復処理の効率が悪く、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の熱による劣化及び燃費悪化の恐れがある場合には、硫黄被毒回復制御を停止し、エネルギ効率の良い硫黄被毒回復処理を行うことが可能となる。
以下、添付図面と本発明の好適な実施形態の記載から本発明を一層十分に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は圧縮着火式内燃機関の全体図、図２Ａ及び図２ＢはＮＯｘ吸蔵還元触媒の構造を示す図、図３Ａ及び図３ＢはＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒担体の表面部分の断面図、図４は単位時間当たりに吸蔵されるＳＯｘ量ＳＯＸＡのマップを示す図、図５Ａ及び図５Ｂは硫黄被毒回復制御実行中にリッチ処理を実行するタイミングを示す図、図６はリッチ処理の実行時間ｔＲ及び停止時間ｔＬのマップを示す図、図７はＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘのＳＯｘ量分布を示す図、図８はＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の触媒温度Ｔと再吸蔵率Ｒとの関係を示す図、図９はリッチ処理中における再吸蔵率Ｒ及びＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比の関係を示す図、図１０はＳＯｘ量分布更新操作のフローチャート、図１１は硫黄被毒回復制御操作のフローチャート、図１２はリッチ時間延長制御操作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式内燃機関に適用することもできる。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量を検出するためのエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。なお、エアフローメータ８によって検出される吸入空気量は排気ガス量ＳＶと等しい。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気後処理装置２０に連結される。
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、「ＥＧＲ」という）通路１２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１３が配置される。また、ＥＧＲ通路１２周りにはＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１４内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１５を介してコモンレール１６に連結される。このコモンレール１６内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７から燃料が供給され、コモンレール１６内に供給された燃料は各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。
排気後処理装置２０は、排気タービン７ｂの出口に連結された排気管２１と、排気管２１に連結された酸素貯蔵触媒２２と、酸素貯蔵触媒２２に連結された排気管２３と、排気管２３に連結されたＮＯｘ吸蔵還元触媒２４と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に連結された排気管２５とを有する。また、排気管２３には酸素貯蔵触媒２２から排出され且つＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２６が配置され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４には、その触媒温度Ｔを検出するための温度センサ２７が取り付けられる。
一方、図１に示されるように排気マニホルド５には燃料添加弁２８が取り付けられる。この燃料添加弁２８にはコモンレール１６から還元剤としての燃料が添加され、燃料添加弁２８から排気マニホルド５５内に燃料が添加される。本発明による実施形態ではこの燃料は軽油からなる。なお、燃料添加弁２８を排気管２１に取り付けることもできる。また、還元剤として、燃料添加弁２８からの燃料添加の代わりにＣＯ（一酸化炭素）を含む排気ガスを生成し、リッチ空燃比の排気ガスを生成するようにしてもよい。ＣＯは、燃料よりも還元性が高く、燃焼室の混合気の空燃比をリッチにし高温で燃焼させることによって生成することができる。
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。エアフローメータ８、空燃比センサ２６、及び温度センサ２７の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４１が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１３、燃料ポンプ１７及び燃料添加弁２８に接続される。
酸素貯蔵触媒２２は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれる酸素を蓄え流入する排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えられている酸素を放出する機能を有する。本実施形態において、酸素貯蔵触媒２２として三元触媒を使用する。しかしながら、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４がその機能を有していてもよい。
ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４は例えばパティキュレートフィルタ２４ａに担持される。図２Ａ及び図２Ｂはパティキュレートフィルタ２４ａの構造を示している。なお、図２Ａはパティキュレートフィルタ２４ａの正面図を示しており、図２Ｂはパティキュレートフィルタ２４ａの側面断面図を示している。図２Ａ及び図２Ｂに示されるようにパティキュレートフィルタ２４ａはハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０、５１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。なお、図２Ａにおいてハッチングを付した部分は栓５３を示している。したがって排気ガス流入通路５０及び排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路５０及び排気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が４つの排気ガス流出通路５１によって包囲され、各排気ガス流出通路５１が４つの排気ガス流入通路５０によって包囲されるように配置される。
パティキュレートフィルタ２４ａ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ており、したがって排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図２Ｂにおいて矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流出する。
本発明による実施例では各排気ガス流入通路５０及び各排気ガス流出通路５１の周壁面、すなわち各隔壁５４の両側表面上及び隔壁５４内の細孔内壁面上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図３Ａ及び図３Ｂはこの触媒担体６０の表面部分の断面を図解的に示している。図３Ａ及び図３Ｂに示されるようにこの触媒担体６０の表面上には例えば白金Ｐｔからなる貴金属触媒６１が分散して担持されており、触媒担体６０の表面上には更にＮＯｘ吸収剤６２の層が形成されている。
本発明による実施例では貴金属触媒６１として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤６２を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
機関吸気通路、燃焼室２及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２４上流の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤６２は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。
即ち、ＮＯｘ吸収剤６２を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図３Ａに示されるように白金Ｐｔ６１上において酸化されてＮＯ２となり、次いでＮＯｘ吸収剤６２内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ３−の形でＮＯｘ吸収剤６２内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６２内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ６１の表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ吸収剤６２のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ２がＮＯｘ吸収剤６２内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３−が生成される。
これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ２）に進み、図３Ｂに示されるようにＮＯｘ吸収剤６２内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯ２の形でＮＯｘ吸収剤６２から放出される。次いで放出されたＮＯｘは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６２内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯｘ吸収剤６２のＮＯｘ吸収能力が飽和してしまい、ＮＯｘ吸収剤６２によってＮＯｘを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施形態ではＮＯｘ吸収剤６２の吸収能力が飽和する前に燃料添加弁２８から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯｘ吸収剤６２からＮＯｘを放出させるようにしている。
ところで排気ガス中にはＳＯｘ（例えばＳＯ２）が含まれており、このＳＯ２がＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に流入するとこのＳＯ２は白金Ｐｔ６１において酸化されてＳＯ３となる。次いでこのＳＯ３はＮＯｘ吸収剤６２内に吸収されて炭酸化バリウムＢａＣＯ３と結合しながら、硫酸イオンＳＯ４２−の形でＮＯｘ吸収剤６２内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ４を生成する。しかしながらＮＯｘ吸収剤６２が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ４は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ４は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯｘ吸収剤６２内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ４が増大（即ち、硫黄被毒）することになり、時間が経過するにつれてＮＯｘ吸収剤６２が吸収しうるＮＯｘ量が低下することになる。
そこでこの場合、吸蔵したＳＯｘを放出すべきとき、即ち、硫黄被毒回復制御をすべきとき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の触媒温度Ｔを６００℃以上のＳＯｘ放出温度まで上昇させた状態で燃料添加弁２８から燃料を添加し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする（以下、「リッチ処理」という）ことによって、ＮＯｘ吸収剤６２からＳＯｘが放出され、ＮＯｘ吸収剤６２が吸収しうるＮＯｘ量が回復する。
ここで、硫黄被毒回復制御をすべきときとは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵された推定ＳＯｘ量ΣＳが予め定められた値ＳＯＸ０を超えたときをいう。燃料中には或る割合で硫黄が含まれており、従って排気ガス中に含まれるＳＯｘ量、即ちＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵されるＳＯｘ量は燃料噴射量に比例する。燃料噴射量は要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎの関数であり、従ってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵されるＳＯｘ量も要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎの関数となる。本発明による実施形態ではＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に単位時間当り吸蔵されるＳＯｘ量ＳＯＸＡが要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎの関数として図４に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。単位時間当たりのＳＯｘ量ＳＯＸＡを積算することによってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵された推定ＳＯｘ量ΣＳが算出される。
図５Ａは、硫黄被毒回復制御実行中にリッチ処理を実行するタイミングを示す図である。硫黄被毒回復制御は、上述のように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の触媒温度ＴをＳＯｘ放出温度まで昇温させた状態でリッチ処理を行うものであるが、リッチ処理は、硫黄被毒回復制御の実行中に常に行われるものではない。本実施形態において、リッチ処理として燃料添加弁２８からの燃料添加を硫黄被毒回復制御の実行中に常に行った場合、添加された燃料の酸化反応による反応熱によってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４が過昇温してしまい、劣化をするからである。
そこで、所定期間リッチ処理を実行することによって、排気ガスの空燃比をリッチにすると共にＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の触媒温度Ｔを昇温させ、所定期間リッチ処理を停止するリーン時間を隔てることによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の過昇温を防止している。従って、硫黄被毒回復制御実行中は、図５Ａに示されるように、リッチ処理の実行と停止とを繰り返すことによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵されたＳＯｘを放出させるようにしている。
定常運転時における最適なリッチ処理の実行時間ｔＲ及び停止時間ｔＬが、要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎの関数として図６に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
しかし、上述のように硫黄被毒回復制御を行っても、運転状態によっては、放出されたＳＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒２４自体に再吸蔵してしまう場合や、リッチ処理中のＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の触媒温度ＴがＳＯｘ放出温度に達していない場合がある。それによって、ＳＯｘを放出させるという観点において効果の少ない昇温処理を行うこととなり、エネルギの浪費や排気性状の悪化という上述の問題がある。
そこで、本発明では、ＳＯｘ放出速度Ｖｔ及び再吸蔵率Ｒに基づいて、エネルギ効率の良い硫黄被毒回復制御を行うようにしている。具体的には、硫黄被毒回復制御を行ってもそれによるデメリットの方が大きくなる場合にはそれを停止したり、図５Ｂに示されるように、リッチ処理の実行時間をΔｔＲだけ延長することによって、より効率的な硫黄被毒回復を行うようにしたりしている。
ＳＯｘ放出速度Ｖｔとは、硫黄被毒回復制御中に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵されたＳＯｘが単位時間当たりにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から放出される量を示す反応速度をいう。
ＳＯｘ放出速度Ｖｔは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の触媒温度Ｔと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵された推定ＳＯｘ量ΣＳと、供給された還元剤の量（即ち本実施形態では燃料添加弁２８から添加された燃料量）とのうちの少なくとも１つに基づいて、アレニウスの式又はその他実験的に求められた関数式若しくはマップにより算出される。
また、再吸蔵率Ｒとは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から放出されたＳＯｘ量のうちＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に再吸蔵されるＳＯｘ量の割合をいう。
「再吸蔵」の考え方について図７を参照しながら詳しく説明する。図７は、排気ガス流れ方向におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒２４内に吸蔵されたＳＯｘ量の分布であるＳＯｘ量分布を示す図である。図７の横軸Ｘは、排気ガス流れ方向において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の上流端を起点ゼロとした下流方向への長さを示す。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排気ガス流れ方向の長さをＬ０（図２Ｂ参照）とすると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の下流端は座標Ｌ０となる。図７の縦軸はＳＯｘの吸蔵量、即ち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の座標Ｘにおける断面内に吸蔵されたＳＯｘ量を示す。
仮に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４にＳＯｘが全く吸蔵されてない状態で、所定時間機関運転を行うと、ＳＯｘ量分布は図７の上のＳＯｘ量分布のようになる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に流入したＳＯｘはその上流側から吸蔵されていくため、上流側の触媒部分の方がより吸蔵量が多くなる。ＳＯｘが吸蔵した斜線で示す領域の面積Ａは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４全体でのＳＯｘの吸蔵量を示す。この状態で硫黄被毒回復制御のリッチ処理を実行すると、吸蔵されたＳＯｘが放出される。このとき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から一旦は放出されたＳＯｘの一部が、下流排気通路内に排出されず、図７の下のＳＯｘ量分布に示されるように、リッチ処理の終了時にＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の下流部分に再び吸蔵される。この現象を再吸蔵といい、また、この場合の再吸蔵率Ｒは、再吸蔵されたＳＯｘ量、即ち図７の下のＳＯｘ量分布における斜線の領域の面積Ａ’を用いて、再吸蔵率Ｒ＝Ａ’／Ａとして算出される。
なお、ＳＯｘ放出速度Ｖｔは、再吸蔵率Ｒ＝０と仮定した場合の放出速度を示す。
ここで、本発明において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から同時期に放出されたＳＯｘは同じ距離だけ移動すると仮定する。従って、図７の上のように吸蔵したＳＯｘ量分布は、その分布傾向を保ったまま、距離Ｋだけ移動する。この移動距離Ｋのことを以下ＳＯｘ移動距離Ｋという。
吸蔵されたＳＯｘが、リッチ処理によって放出され、吸蔵されていた位置からＳＯｘ移動距離Ｋだけ移動した結果、座標Ｌ０を越えた場合には、そのＳＯｘはＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に再吸蔵されることなく、下流排気通路内に排出される。それに対して、吸蔵されたＳＯｘが、リッチ処理によって放出され、吸蔵されていた位置からＳＯｘ移動距離Ｋだけ移動した結果、座標Ｌ０を越えなかった場合には再吸蔵される。従って、再吸蔵率Ｒは、ＳＯｘ移動距離Ｋが大きいほど低くなり、ＳＯｘ移動距離ＫがＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の長さＬ０よりも大きい場合には再吸蔵率Ｒは０となる。
以上より、再吸蔵率Ｒは、ＳＯｘ移動距離ＫとＳＯｘ量分布とに基づいて決定される。
図８は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の触媒温度Ｔと再吸蔵率Ｒとの関係を示す図である。図８から明らかなように、再吸蔵率Ｒは、触媒温度Ｔが高いほど低くなる傾向にあることが分かる。このことは、触媒温度Ｔが高いほどＳＯｘ移動距離Ｋが大きいことを示す。
図９は、リッチ処理中における、再吸蔵率Ｒ及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に流入する排気ガスの空燃比の関係を示す図である。図９を参照すると、時刻ｔ０でリッチ処理が開始されると、燃料添加弁２８から燃料が添加されることによって、排気ガスの空燃比が徐々にリッチ側に移行する。しかし、空燃比の推移が理論空燃比を越えた直後から、燃料添加弁２８からの燃料添加にも関わらず十分リッチな空燃比とならない期間が存在する。その理由は、この期間では、酸素貯蔵触媒２２が、流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたことによって、蓄えていた酸素を放出している状態にあるからである。そしてこの期間では、再吸蔵率Ｒも高いことからＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から、実際に下流の排気通路内に排出されるＳＯｘの放出量も非常に少ない。その後、酸素貯蔵触媒２２に蓄えられていた酸素がすべて放出されゼロとなり、空燃比が十分なリッチへと移行する時刻ｔ１から、再吸蔵率Ｒは減少し始める。それに伴い、実際に下流の排気通路内に排出されるＳＯｘの放出量は増大する。酸素貯蔵触媒２２に蓄えられていた酸素がすべて放出されゼロとなった時刻ｔ１からのリッチ処理の実行時間を、以下、有効リッチ処理時間ｔｘという。
従って、再吸蔵率Ｒは、有効リッチ処理時間ｔｘに応じて低くなる傾向にあることが分かる。このことは、有効リッチ処理時間ｔｘが長いほどＳＯｘ移動距離Ｋが大きいことを示す。なお、酸素貯蔵触媒２２に蓄えられていた酸素がすべて放出されゼロとなるタイミング（時刻ｔ１）は、空燃比センサ２６によって検出された図９に示されるような急激なリッチ化という空燃比の変化によって知ることができる。
なお、当然のことながら排気ガス量ＳＶが大きいほどＳＯｘ移動距離Ｋも大きくなる。
以上より、ＳＯｘ移動距離Ｋは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の触媒温度Ｔと、有効リッチ処理時間ｔｘと、排気ガス量ＳＶとを用いた関数式により算出することができる。
従って、再吸蔵率Ｒは、現時点のＳＯｘ量分布と、これを上述のように算出したＳＯｘ移動距離Ｋだけ移動した後の予想されるＳＯｘ量分布とから、これらの面積比によって算出することが可能となる。しかしながら、図８に示されるようなＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の触媒温度Ｔと再吸蔵率Ｒとの関係から算出してもよい。その他の再吸蔵率Ｒを求める方法として、ＳＯｘ量を検出するＳＯｘセンサをＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の上流排気通路及び下流排気通路に配置し、ＳＯｘの流入と排出を測定することによって、その他実験的又は計算によって求められる関数式又はマップによって算出するようにしてもよい。
ところで、図５Ａに示されるようなリッチ処理の実行と停止との繰り返しを考慮した場合、酸素貯蔵触媒２２に蓄えられていた酸素がすべて放出されゼロとなっても、当該リッチ処理が停止され、空燃比がリーンとなるリーン時間の間には再び酸素貯蔵触媒２２に酸素が蓄えられる。そうすると、リーン時間隔てた次のリッチ処理のときには、再び再吸蔵率が増加しており、蓄えられた酸素が放出されゼロとなってから再吸蔵率Ｒが減少しＳＯｘの放出量が増大するというサイクルになる。従って、各リッチ処理の実行時間、即ち有効リッチ処理は、出来るだけ長い方が効率よく硫黄被毒回復を行うことができ、本発明はそのために以下のような硫黄被毒回復制御を行う。
なお、リッチ処理を開始した時刻ｔ０から酸素貯蔵触媒２２に蓄えられていた酸素がすべて放出されゼロとなった時刻ｔ１までの間の時間というのは、各リッチ処理において略同じ時間である。
図１０は、本発明の実施形態によるＳＯｘ量分布更新操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。
まず、ステップ１００では、現在のＳＯｘ量分布を読み込み、ステップ１０１へと進む。次いで、ステップ１０１では、図４に示されるようなマップに基づいて、単位時間当たりのＳＯｘ量ＳＯＸＡを算出し、ステップ１０２へと進む。次いで、ステップ１０２では、現在、リッチ処理中であるか否かが判定される。現在、リッチ処理中でない場合には、ステップ１０５へと進む。次いで、ステップ１０５では、ステップ１００で読み込んだＳＯｘ量分布及びステップ１０１で算出した単位時間当たりのＳＯＸ量ＳＯＸＡに基づいてＳＯｘ量分布を更新し、ルーチンを終了する。即ち、リッチ処理中でない場合には、吸蔵されたＳＯｘの放出がないため、新たに吸蔵される分のＳＯｘのみを考慮し、ＳＯｘ量分布を更新する。
一方、ステップ１０２において、現在、リッチ処理中である場合には、ステップ１０３へと進む。次いで、ステップ１０３では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の触媒温度Ｔと、有効リッチ処理時間ｔｘと、排気ガス量ＳＶとを読み込み、ステップ１０４へと進む。次いで、ステップ１０４では、ステップ１０３で読み込んだ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の触媒温度Ｔと、有効リッチ処理時間ｔｘと、排気ガス量ＳＶとに基づいて、ＳＯｘ移動距離Ｋを算出し、ステップ１０５へと進む。次いで、ステップ１０５では、ステップ１００で読み込んだＳＯｘ量分布、ステップ１０１で算出した単位時間当たりのＳＯＸ量ＳＯＸＡ及びステップ１０４で算出したＳＯｘ移動距離Ｋに基づいてＳＯｘ量分布を更新し、ルーチンを終了する。即ち、リッチ処理中である場合には、新たに吸蔵される分のＳＯｘのみならず、吸蔵されているＳＯｘの放出による移動分も考慮して、ＳＯｘ量分布を更新する。
図１１は、上述のＳＯｘ放出速度Ｖｔ及び再吸蔵率Ｒに基づいて行う、本発明の実施形態による硫黄被毒回復制御を行うための硫黄被毒回復制御操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。
まず、ステップ２００では、図４に示されるようなマップに基づいて、単位時間当たりのＳＯｘ量ＳＯＸＡを積算することによってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵された推定ＳＯｘ量ΣＳを算出し、ステップ２０１へと進む。次いで、ステップ２０１では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵された推定ＳＯｘ量ΣＳが予め定められた値ＳＯＸ０を超えたか否か、即ち硫黄被毒回復制御をすべきか否かが判定される。推定ＳＯｘ量ΣＳが予め定められた値ＳＯＸ０以下の場合には、まだ硫黄被毒回復を行う必要がないため、以下の処理を行わずにルーチンを終了する。
一方、ステップ２０１において、推定ＳＯｘ量ΣＳが予め定められた値ＳＯＸ０を超えた場合には、ステップ２０２へと進む。次いで、ステップ２０２では、フラグＦに１をセットすると共にカウンタＣＮＴに０をセットし、ステップ２０３へと進む。これらフラグＦ及びカウンタＣＮＴは後の処理で使用する。次いで、ステップ２０３では、図６に示されるようなマップに基づいて、リッチ処理の実行時間ｔＲ及び停止時間ｔＬが算出され、ステップ２０４へと進む。次いで、ステップ２０４では、ステップ２０３で算出された実行時間ｔＲのリッチ処理を実行し、リッチ処理を停止させることなくステップ２０５へと進む。
次いで、ステップ２０５では、リッチ処理を更に継続し延長するか又は停止するか判定するリッチ時間延長制御が実行される。
そこで、図１２を参照しながらリッチ時間延長制御操作について説明する。図１２は、本発明の実施形態によるリッチ時間延長制御操作のフローチャートであり、この操作は、硫黄被毒回復制御操作のステップ２０５において呼び出されるルーチンとして行われる。
まず、ステップ３００では、ＳＯｘ放出速度Ｖｔの下限値である下限放出速度Ｖｍｉｎを設定し、ステップ３０１へと進む。
下限放出速度Ｖｍｉｎは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の劣化防止及び燃費悪化防止の観点から設定される。即ち、ＳＯｘ放出速度Ｖｔが下限放出速度Ｖｍｉｎよりも低い場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵されたＳＯｘの放出に時間がかかり、硫黄被毒回復制御の実行時間が延びる。そうすると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４がＳＯｘ放出温度以上の高温に長時間曝されることにより劣化すると共に、昇温処理に伴う燃費の悪化等の問題が顕著になる。従って、これらが許容される範囲内で排気ガス量ＳＶに応じた下限放出速度Ｖｍｉｎが設定される。
次いで、ステップ３０１では、ＳＯｘ放出速度Ｖｔを上述のようにアレニウスの式又はその他実験的に求められた関数式若しくはマップにより算出し、ステップ３０２へと進む。次いで、ステップ３０２では、ステップ３０１で算出されたＳＯｘ放出速度Ｖｔが、ステップ２０２で設定した下限放出速度Ｖｍｉｎより大きいか否かが判定される。ＳＯｘ放出速度Ｖｔが下限放出速度Ｖｍｉｎ以下の場合には、上述のように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の劣化や燃費の悪化等の問題があるため、ステップ３０３へと進み、フラグＦに０をセットし、ステップ３０７へと進み、リッチ処理を停止してルーチンを終了する。
一方、ステップ３０２において、ＳＯｘ放出速度Ｖｔが下限放出速度Ｖｍｉｎよりも大きい場合には、ステップ３０４へと進む。次いで、ステップ３０４では、リッチ処理を継続し、ステップ３０５へと進む。次いで、ステップ３０５では、再吸蔵率Ｒの算出を行い、ステップ３０６へと進む。本実施形態では、再吸蔵率Ｒの算出は、図１０に示されるＳＯｘ量分布更新操作によって得られた現時点のＳＯｘ量分布と、これがステップ１０４で算出されたＳＯｘ移動距離Ｋだけ移動した後の予想されるＳＯｘ量分布とから、これらの面積比によって算出する。
次いで、ステップ３０６では、再吸蔵率Ｒが予め定められた下限再吸蔵率Ｒｍｉｎよりも小さいか否かが判定される。下限再吸蔵率Ｒｍｉｎは、ＳＯｘの放出過剰を抑制する観点から設定される。即ち、再吸蔵率Ｒが小さいということは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵されたＳＯｘが再吸蔵されることなく大気中に排出される。一度の大量にＳＯｘが排出されると、人間はそれを異臭と感知するため好ましくない。従って、ＳＯｘの放出が許容範囲内となるように下限再吸蔵率Ｒｍｉｎを決定する。
具体的には、再吸蔵されることなく実際にＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から単位時間当たりに排出されるＳＯｘ量をＳＯｘ排出速度Ｖｘとすると、ＳＯｘ排出速度ＶｘはＳＯｘ放出速度Ｖｔ及び再吸蔵率Ｒを用いて、Ｖｘ＝Ｖｔ×（１−Ｒ）と表すことができる。即ち、ＳＯｘ放出速度Ｖｔが再吸蔵率Ｒ＝０の時の放出速度であるのに対して、ＳＯｘ排出速度Ｖｘは、Ｖｔ×（１−Ｒ）の放出速度であるといえる。従って、異臭の観点から、ＳＯｘの放出が許容範囲内となるＳＯｘ排出速度Ｖｘの限界値を限界ＳＯｘ排出速度Ｖｍａｘとすると、下限再吸蔵率Ｒｍｉｎは、Ｒｍｉｎ＝１−Ｖｍａｘ／Ｖｔと表すことができる。
更に、限界ＳＯｘ排出速度Ｖｍａｘは、排気ガス量ＳＶに応じて放出されるＳＯｘ量及び予め予想されるＳＯｘが転換するＨ２Ｓ量に基づいて設定される。即ち、排気ガス中のＣＯとＨ２Ｏとが反応することによって、ＣＯ２とＨ２とが生成され、このＨ２とＳＯ２とが反応することによって、Ｈ２ＯとＨ２Ｓとが生成される。ＳＯｘ及びＨ２Ｓが、異臭の原因であるため、大気中へ排出されるＳＯｘ量及びＨ２Ｓ量が所定値以下となるように、排気ガス量ＳＶに応じて限界ＳＯｘ排出速度Ｖｍａｘが設定される。即ち、排気ガス量ＳＶが大きく、大気中へ排出されるＳＯｘ量及びＨ２Ｓ量がより多くなると予想されるときには、限界ＳＯｘ排出速度Ｖｍａｘは、より低く設定される。
こうして求められた下限再吸蔵率Ｒｍｉｎを用いて、ステップ３０６において、再吸蔵率Ｒが下限再吸蔵率Ｒｍｉｎ以上である場合には、まだリッチ処理を継続しても異臭等の問題が生じないため、ステップ３０１へと進み、上記処理を繰り返す。一方、ステップ３０６において、再吸蔵率Ｒが下限再吸蔵率Ｒｍｉｎよりも小さい場合には、大気中へ排出されるＳＯｘ量及びＨ２Ｓ量が多いと予想されるため、ステップ３０７へと進み、リッチ処理を停止し、ルーチンを終了する。
以上より、図１１のステップ２０５のリッチ時間延長制御操作によれば、図１１のステップ２０４で実行時間ｔＲだけ行われたリッチ処理が、図５ＢのΔｔＲに示されるように更に継続し延長されるか、又は延長されることなく停止されることとなる。
その後、処理は図１１の硫黄被毒回復制御操作にリターンされ、ステップ２０６へと進む。次いで、ステップ２０６では、ステップ２０３で算出された時間ｔＬだけリッチ処理を停止させ、次いで、ステップ２０７へと進む。
次いで、ステップ２０７では、カウンタＣＮＴがインクリメントされ、ステップ２０８へと進む。次いで、ステップ２０８では、カウンタＣＮＴが所定値ＣＮＴ０よりも大きいか否かが判定される。所定値ＣＮＴ０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の硫黄被毒回復に必要なリッチ処理の回数又は実行時間に基づいて決定される。カウンタＣＮＴが所定値ＣＮＴ０よりも大きい場合には、ステップ２０９へと進む。次いで、ステップ２０９では、フラグＦに０をセットし、ステップ２１０へと進む。一方、カウンタＣＮＴが所定値ＣＮＴ０以下の場合には、ステップ２１０へと進む。
次いで、ステップ２１０では、フラグＦが０か否かが判定される。フラグＦが０でない場合、即ち、ステップ２０９又は図１２に示されるリッチ時間延長制御操作のステップ３０３において、フラグＦが０にセットされなかった場合は、硫黄被毒回復制御を継続させる必要があるため、ステップ２０３へと進み、上記処理を繰り返す。
一方、ステップ２１０において、フラグＦが０である場合、即ち、ステップ２０９又は図１２に示されるリッチ時間延長制御操作のステップ３０３において、フラグＦが０にセットされた場合は、ルーチンを終了する。ステップ２０９において、フラグＦが０にセットされた場合は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の硫黄被毒回復が完了したことを意味する。一方、図１２に示されるリッチ時間延長制御操作のステップ３０３において、フラグＦが０にセットされた場合は、上述のようにＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の劣化や燃費の悪化等の問題があるため、硫黄被毒回復が完了していない場合であっても強制的にルーチンを終了する。
以上より、本発明によれば、硫黄被毒回復制御自体を停止すること、又は、各リッチ処理の実行時間、即ち有効リッチ処理時間をＮＯｘ吸蔵還元触媒の熱劣化や燃費悪化の観点等から運転状態に応じて可能な限り延長することによって、エネルギ効率の良い硫黄被毒回復制御を行うことが可能となる。
なお、本発明について特定の実施形態に基づいて記述しているが、当業者であれば本発明の請求の範囲及び思想から逸脱することなく、様々な変更、修正等が可能である。
【符号の説明】
【０００９】
４．．．吸気マニホルド
５．．．排気マニホルド
７．．．排気ターボチャージャ
２２．．．酸素貯蔵触媒
２４．．．ＮＯｘ吸蔵還元触媒
【図１】
2010116535.tif 000003
【図２Ａ】
2010116535.tif 000004
【図２Ｂ】
2010116535.tif 000005
【図３Ａ】
2010116535.tif 000006
【図３Ｂ】
2010116535.tif 000007
【図４】
2010116535.tif 000008
【図５Ａ】
2010116535.tif 000009
【図５Ｂ】
2010116535.tif 000010
【図６】
2010116535.tif 000011
【図７】
2010116535.tif 000012
【図８】
2010116535.tif 000013
【図９】
2010116535.tif 000014
【図１０】
2010116535.tif 000015
【図１１】
2010116535.tif 000016
【図１２】
2010116535.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月3日(2011.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置し、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出させるべきときに、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度をＳＯｘ放出温度に昇温させると共に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする硫黄被毒回復制御を行う硫黄被毒回復制御手段を具備する内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出する速度を算出するＳＯｘ放出速度算出手段を更に具備し、前記硫黄被毒回復制御手段が、硫黄被毒回復制御を実行すべきときに前記ＳＯｘ放出速度算出手段によって算出されたＳＯｘ放出速度が下限放出速度よりも小さい場合には、硫黄被毒回復制御を停止し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から放出されたＳＯｘ量のうち該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に再吸蔵されるＳＯｘ量の割合である再吸蔵率を算出する再吸蔵率算出手段を更に具備し、前記硫黄被毒回復制御手段が、流入する排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ処理をリーン時間だけ隔てて繰り返し実行すると共に、前記各リッチ処理中に前記再吸蔵率算出手段によって算出された再吸蔵率に基づいて前記リッチ処理の停止時期を設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＳＯｘ放出速度算出手段が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘ量と、供給される還元剤量とのうち少なくとも１つに基づいてＳＯｘ放出速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記硫黄被毒回復制御手段は、前記再吸蔵率算出手段によって算出された再吸蔵率が、予め定められた再吸蔵率よりも大きい場合には前記リッチ処理を継続し、前記再吸蔵率が前記予め定められた再吸蔵率よりも小さい場合には前記リッチ処理を停止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記再吸蔵率算出手段が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度に基づいて再吸蔵率を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれる酸素を蓄え流入する排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えられている酸素を放出する酸素貯蔵触媒を配置すると共にＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘ量の分布を算出するＳＯｘ量分布算出手段を更に具備し、前記再吸蔵率算出手段が、前記各リッチ処理中に、排気ガス量と、酸素貯蔵触媒に蓄えられた酸素がゼロになってからの当該リッチ処理の実行時間と、ＳＯｘ量分布算出手段によって算出されたＳＯｘ量分布とのうち少なくとも１つに基づいて再吸蔵率を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
先行技術文献
特許文献
特許文献１  特開２０００−１６１０４５号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
そこで本発明の目的は、エネルギ効率の良い硫黄被毒回復処理を行うようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
本発明の１番目の態様では、機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置し、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出させるべきときに、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度をＳＯｘ放出温度に昇温させると共に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする硫黄被毒回復制御を行う硫黄被毒回復制御手段を具備する内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出する速度を算出するＳＯｘ放出速度算出手段を更に具備し、前記硫黄被毒回復制御手段が、硫黄被毒回復制御を実行すべきときに前記ＳＯｘ放出速度算出手段によって算出されたＳＯｘ放出速度が下限放出速度よりも小さい場合には、硫黄被毒回復制御を停止し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から放出されたＳＯｘ量のうち該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に再吸蔵されるＳＯｘ量の割合である再吸蔵率を算出する再吸蔵率算出手段を更に具備し、前記硫黄被毒回復制御手段が、流入する排気ガスの空燃比をリッチにするリッチ処理をリーン時間だけ隔てて繰り返し実行すると共に、前記各リッチ処理中に前記再吸蔵率算出手段によって算出された再吸蔵率に基づいて前記リッチ処理の停止時期を設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
本発明の２番目の態様では、前記ＳＯｘ放出速度算出手段が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘ量と、供給される還元剤量とのうち少なくとも１つに基
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
づいてＳＯｘ放出速度を算出することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
本発明の４番目の態様では、前記硫黄被毒回復制御手段は、前記再吸蔵率算出手段によって算出された再吸蔵率が、予め定められた再吸蔵率よりも大きい場合には前記リッチ処理を継続し、前記再吸蔵率が前記予め定められた再吸蔵率よりも小さい場合には前記リッチ処理を停止することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
本発明の５番目の態様では、前記再吸蔵率算出手段が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒温度に基づいて再吸蔵率を算出することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
本発明の６番目の態様では、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれる酸素を蓄え流入する排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えられている酸素を放出する酸素貯蔵触媒を配置すると共にＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘ量の分布を算出するＳＯｘ量分布算出手段を更に具備し、前記再吸蔵率算出手段が、前記各リッチ処理中に、排気ガス量と、酸素貯蔵触媒に蓄えられた酸素がゼロになってからの当該リッチ処理の実行時間と、ＳＯｘ量分布算出手
【国際調査報告】
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