(57)【要約】【課題】ＮＯｘ吸蔵還元触媒と酸素吸蔵剤とが担持された触媒装置を硫黄被毒から回復するための被毒回復制御を適切な期間行うことのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】ＮＳＲ触媒と酸素吸蔵剤とが担持された触媒装置１２を排気通路１１に備える内燃機関１０の排気浄化装置において、触媒装置１２の被毒回復制御を行う被毒回復制御部１７は、触媒装置１２の酸素吸蔵量を推定する酸素吸蔵量推定部１９と、被毒回復制御における脱離処理の開始後、酸素吸蔵量の推定値が脱離開始判定値以下となったときを脱離開始時期であると判定する判定部２０と、脱離処理の実行中の脱離開始時期以降の期間において触媒装置１２に供給された還元剤の量に基づき、被毒回復制御の終了時期を決定する終了時期決定部２２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ＮＯｘ吸蔵還元触媒と、酸化雰囲気下において周囲の酸素を吸蔵する一方で吸蔵した酸素を還元雰囲気下において放出する酸素吸蔵剤とが担持された触媒装置を排気通路に備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記触媒装置に堆積した硫黄化合物を脱離可能な温度に同触媒装置の温度を高める昇温処理と、前記触媒装置の温度が前記硫黄化合物を脱離可能な温度となった状態で、同触媒装置に還元剤を供給する脱離処理と、を通じて前記触媒装置に堆積した硫黄化合物を脱離させる被毒回復制御を実行する被毒回復制御部と、
前記触媒装置に流入するときの排気の空燃比を検出する触媒前空燃比センサと、
を備え、
且つ前記被毒回復制御部は、
前記触媒前空燃比センサの検出値に基づき、前記触媒装置に吸蔵されている酸素の量である酸素吸蔵量を推定する酸素吸蔵量推定部と、
前記脱離処理の開始後、前記酸素吸蔵量の推定値が既定の脱離開始判定値以下となったときを、前記触媒装置に堆積した硫黄化合物の脱離が開始した脱離開始時期であると判定する判定部と、
前記脱離処理の実行中の前記脱離開始時期以降の期間を脱離期間としたとき、同脱離期間において前記触媒装置に供給された前記還元剤の量に基づき、前記被毒回復制御の終了時期を決定する終了時期決定部と、
を備えるとともに、前記終了時期となったときに前記硫黄化合物を脱離するための前記還元剤の供給を終了して前記被毒回復制御を完了する
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
当該排気浄化装置は、前記触媒装置から流出したときの排気の空燃比を検出する触媒後空燃比センサを備えており、
且つ、前記判定部は、
前記脱離処理の開始時における前記触媒装置の前記硫黄化合物の堆積量が既定値を超えている場合には、前記酸素吸蔵量の推定値が前記脱離開始判定値以下となったときを前記脱離開始時期であると判定し、
前記脱離処理の開始時における前記触媒装置の前記硫黄化合物の堆積量が前記既定値以下の場合には、前記触媒前空燃比センサの検出値と前記触媒後空燃比センサの検出値との差が既定のブレークスルー判定値以下となったときを前記脱離開始時期であると判定する
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記脱離処理の実行中における前記触媒装置からの前記硫黄化合物の単位時間当たりの脱離量を脱離速度としたとき、
前記被毒回復制御部は、前記脱離期間中に、規定の演算周期毎に同演算周期における前記還元剤の供給量から前記脱離速度を演算する脱離速度演算部を備えるとともに、
前記終了時期決定部は、前記脱離期間における前記演算周期毎の前記脱離速度の演算値を積算した積算値に基づき前記被毒回復制御の終了時期を決定する
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】
前記酸素吸蔵量推定部は、前記被毒回復制御の開始時における前記触媒装置が吸蔵可能な酸素の量の最大値である最大酸素吸蔵量を同開始時における前記酸素吸蔵量の値として設定するとともに、規定の演算周期毎に、前記触媒前空燃比センサの検出値から同演算周期における前記酸素吸蔵量の変化量を演算して、前記酸素吸蔵量の値を同変化量の分増減していくことで同酸素吸蔵量の推定を行う
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。
【請求項５】
前記被毒回復制御部は、前記脱離処理の継続時間が規定の制限時間に達したときには同脱離処理を一旦終了し、その後、規定の休止期間が経過したときに同脱離処理を再開するものであって、１回の前記被毒回復制御における前記脱離処理の繰り返し回数が、規定の上限値に達した場合には、前記終了時期決定部が決定する前記終了時期となっていなくても、前記硫黄化合物を脱離するための前記還元剤の供給を終了して前記被毒回復制御を完了する
請求項１〜４のいずれか１項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】
内燃機関の排気浄化装置として、酸化雰囲気下において排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵する一方で、その吸蔵したＮＯｘを還元雰囲気下において放出して還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）が担持されたＮＯｘ吸蔵還元型の触媒装置を備えたものがある。こうした排気浄化装置は、内燃機関において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を上記触媒装置に吸蔵し、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、同触媒装置が吸蔵した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。
【０００３】
上記のようなＮＯｘ吸蔵還元型の触媒装置には、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装置の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、上記のような排気浄化装置では、触媒装置に堆積した硫黄化合物を脱離させる被毒回復制御を行う必要がある。被毒回復制御では、触媒装置の温度を、硫黄化合物の脱離に必要な温度（例えば６００℃）に高めた上で、硫黄化合物の脱離反応に必要な還元剤を触媒装置に供給する脱離処理が行われる。
【０００４】
そして従来、特許文献１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、触媒装置の硫黄化合物の堆積量が既定値を超えたとき、硫黄被毒の回復に必要な期間、上記脱離処理を実施することで、硫黄被毒回復制御を行っている。なお、同文献の排気浄化装置では、脱離処理中に、触媒装置からの硫黄化合物の脱離速度を演算するとともに、同脱離速度が規定の下限脱離速度よりも小さくなったときには、上記必要な期間が経過する前に被毒回復制御を終了するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１１６５３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、脱離処理中の触媒装置からの硫黄化合物の脱離量は、還元剤の供給量から推定することができる。そして、推定した脱離量に基づき被毒回復制御の終了時期を定めれば、触媒装置の硫黄化合物の堆積量が十分に減少するまでの期間、過不足なく硫黄回復制御を行うことが可能となる。
【０００７】
一方、酸化雰囲気下において周囲の酸素を吸蔵する一方でその吸蔵した酸素を還元雰囲気下において放出する酸素吸蔵剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒と共に担持された酸素吸蔵機能付きのＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置が知られている。酸素吸蔵剤の酸素放出反応は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄酸化物の脱離反応よりも反応性が高いため、この種の触媒装置を備える排気浄化装置では、触媒装置が酸素を吸蔵した状態で脱離処理を開始した場合、触媒装置の酸素吸蔵量がある程度以下に減少するまでは、還元剤が酸素の放出反応に費やされてしまう。そのため、硫黄化合物の脱離が開始する時期が不確かとなり、還元剤の供給量からは、脱離処理中の硫黄化合物の脱離量を正確に推定できなくなる。したがって、脱離処理中の還元剤の脱離量の推定結果から被毒回復制御の終了時期を決定する場合には、脱離量の推定結果が実状から乖離して、適切な時期に被毒回復制御を終了できないことがある。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒と酸素吸蔵剤とが担持された触媒装置を硫黄被毒から回復するための被毒回復制御を適切な期間行う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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する内燃機関の排気浄化装置は、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ＮＯｘ吸蔵還元触媒と、酸化雰囲気下において周囲の酸素を吸蔵する一方で吸蔵した酸素を還元雰囲気下において放出する酸素吸蔵剤とが担持された触媒装置を排気通路に備える。また、同排気浄化装置は、触媒装置に堆積した硫黄化合物を脱離可能な温度に同触媒装置の温度を高める昇温処理と、触媒装置の温度が硫黄化合物を脱離可能な温度となった状態で、同触媒装置に還元剤を供給する脱離処理と、を通じて、触媒装置に堆積した硫黄化合物を脱離させる被毒回復制御を実行する被毒回復制御部を備える。
【００１０】
こうした内燃機関の排気浄化装置では、触媒装置の温度を十分に高めた上で、同触媒装置に還元剤を供給して触媒装置内を還元雰囲気とすることで、同触媒装置に堆積した硫黄化合物を脱離させることができる。ただし、ＮＯｘ吸蔵還元触媒と共に酸素吸蔵剤が担持された触媒装置では、脱離処理の開始時に酸素を吸蔵した状態にあると、触媒装置が吸蔵している酸素の量が一定量を下回るまでは、供給した還元剤が酸素の放出反応に費やされてしまい、硫黄化合物の脱離反応が殆ど生じなくなってしまう。
【００１１】
これに対して、上記内燃機関の排気浄化装置は、触媒装置に流入するときの排気の空燃比を検出する触媒前空燃比センサと、同触媒前空燃比センサの検出値に基づき、触媒装置に吸蔵されている酸素の量である酸素吸蔵量を推定する酸素吸蔵量推定部と、脱離処理の開始後、酸素吸蔵量の推定値が既定の脱離開始判定値以下となったときを、触媒装置に堆積した硫黄化合物の脱離が開始した脱離開始時期であると判定する判定部と、を備えている。酸素吸蔵剤は、同触媒装置に流入する排気の空燃比がリーンとなっていて、触媒装置の内部が酸化雰囲気となるときには、排気中の酸素を吸蔵する。また、酸素吸蔵剤は、同触媒装置に流入する排気の空燃比がリッチとなっていて、触媒装置の内部が還元雰囲気となるときには、吸蔵している酸素を放出する。よって、触媒装置に流入するときの排気の空燃比を検出する触媒前空燃比センサの検出結果から、同触媒装置の酸素吸蔵量を推定することができ、また酸素吸蔵量の推定値からは、脱離処理の開始後に触媒装置に堆積した硫黄化合物の脱離が開始する時期（脱離開始時期）を判定することができる。
【００１２】
そして、上記内燃機関の排気浄化装置は、脱離処理の実行中の脱離開始時期以降の期間を脱離期間としたとき、同脱離期間において触媒装置に供給された還元剤の量に基づき、被毒回復制御の終了時期を決定する終了時期決定部を備えるようにしている。そして、被毒回復制御部は、そうした終了時期決定部が決定した終了時期となったときに、硫黄化合物を脱離するための還元剤の供給を終了して被毒回復制御を完了している。上記脱離期間における触媒装置からの硫黄化合物の脱離量（硫黄脱離量）は、同脱離期間に触媒装置に供給した還元剤の量から推定することができる。そのため、上記構成によれば、被毒回復制御中の硫黄脱離量を適切に把握して同被毒回復制御の終了時期を定めることが可能となる。したがって、上記内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒と酸素吸蔵剤とが担持された触媒装置を硫黄被毒から回復するための被毒回復制御を適切な期間行うことができる。
【００１３】
なお、脱離処理中の触媒装置に流入する排気は、同触媒装置に供給する還元剤を含んでおり、同排気の空燃比はリッチとなっている。また、脱離処理の開始後、酸素の放出が続いている間は、触媒装置から流出する排気の空燃比は、放出された酸素のため、理論空燃比に近い値となる。酸素の放出が終わり、硫黄化合物の脱離が開始しても、触媒装置の硫黄堆積量が多い場合には、同触媒装置に供給した還元剤の殆どが硫黄化合物の脱離に消費されるため、触媒装置から流出する排気の空燃比は、脱離開始前からあまり大きく変化しない。一方、触媒装置の硫黄堆積量が少ない場合には、同触媒装置に供給した還元剤の多くが硫黄化合物の脱離に費やされずに触媒装置から流出するため、触媒装置から流出する排気の空燃比は脱離開始の前後で大きく変化する。すなわち、触媒装置の硫黄堆積量が少ない場合に限っては、触媒装置に流入する排気の空燃比と同触媒装置から流出する排気の空燃比との差（以下、触媒装置前後の排気空燃比差と記載する）から脱離開始時期を確認することが可能である。
【００１４】
一方、上述のような酸素吸蔵量の推定値には誤差が含まれる。よって、触媒装置の硫黄堆積量がある程度よりも少ない場合には、酸素吸蔵量の推定値に基づくよりも、触媒装置前後の排気空燃比差に基づいた方が、より正確に脱離開始時期を判定できる。そこで、上記内燃機関の排気浄化装置において、触媒装置から流出したときの排気の空燃比を検出する触媒後空燃比センサを当該排気浄化装置に設けるとともに、上記判定部が下記（Ａ）、（Ｂ）のように脱離開始時期の判定を行えば、脱離開始時期をより正確に判定できるようになる。すなわち、（Ａ）脱離処理の開始時における触媒装置の硫黄化合物の堆積量が既定値を超えている場合、上記判定部は、酸素吸蔵量の推定値が脱離開始判定値以下となったときを脱離開始時期であると判定する。（Ｂ）脱離処理の開始時における触媒装置の硫黄化合物の堆積量が上記既定値以下の場合、上記判定部は、触媒前空燃比センサの検出値と触媒後空燃比センサの検出値との差が既定のブレークスルー判定値以下となったときを脱離開始時期であると判定する。
【００１５】
なお、脱離処理中の脱離開始時期以降の期間（脱離期間）において触媒装置に供給する還元剤の量が多いほど、同触媒装置から脱離する硫黄化合物の量も多くなる。そのため、脱離期間における触媒装置からの硫黄化合物の単位時間当たりの脱離量（脱離速度）は、触媒装置に供給した還元剤の量から求めることができる。そして、そうした脱離速度を積算した積算値は、脱離処理中に触媒装置から脱離した硫黄化合物の総量となる。よって、上記内燃機関の排気浄化装置における被毒回復制御の終了時期の決定は、例えば下記のように行うことができる。すなわち、上記内燃機関の排気浄化装置における被毒回復制御部に、脱離期間中に、規定の演算周期毎に同演算周期における還元剤の供給量から上記脱離速度を演算する脱離速度演算部を備える。そして、終了時期決定部が、脱離期間における上記演算周期毎の脱離速度の演算値を積算した積算値に基づき被毒回復制御の終了時期を決定するようにする。こうした場合、被毒回復制御の実行中に触媒装置から脱離した硫黄化合物の量に応じて同被毒回復制御の終了時期が決定されることになる。そのため、触媒装置から脱離した硫黄化合物の量に応じた適宜な期間、被毒回復制御を実行できるようになる。
【００１６】
上記のようなＮＯｘ吸蔵還元型の触媒装置を備える排気浄化装置は、基本的に、理論空燃比よりもリーンな空燃比で燃焼を行う内燃機関に適用される。そうした場合、被毒回復制御の開始前は、理論空燃比よりもリーンな空燃比で燃焼が行われており、同被毒回復制御の開始時点の触媒装置には、限度一杯まで酸素が吸蔵されていると考えられる。そこで、上記内燃機関の排気浄化装置における酸素吸蔵量推定部は、次のように構成するとよい。すなわち、酸素吸蔵量推定部は、被毒回復制御の開始時における触媒装置が吸蔵可能な酸素の量の最大値である最大酸素吸蔵量を同開始時における酸素吸蔵量の値として設定する。そして、同酸素吸蔵量推定部は、規定の演算周期毎に、触媒前空燃比センサの検出値から同演算周期における酸素吸蔵量の変化量を演算して、酸素吸蔵量の値を同変化量の分増減していくことで同酸素吸蔵量の推定を行うものとする。こうした場合、被毒回復制御の実行中以外は、酸素吸蔵量推定部による酸素吸蔵量の推定のための演算処理を行う必要がなくなるため、演算負荷が軽減される。
【００１７】
なお、脱離処理の実施期間が長くなると、硫黄化合物の還元反応による発熱のため、触媒装置の過熱が生じる虞がある。そこで、上記内燃機関の排気浄化装置における被毒回復制御部を、脱離処理の継続時間が規定の制限時間に達したときには同脱離処理を一旦終了し、その後、規定の休止期間が経過したときに同脱離処理を再開するように構成することがある。一方、内燃機関の運転状況によっては、脱離処理を始めてから硫黄化合物の脱離が開始するまでに時間がかかることがあり、こうした場合には、上記制御時間内の脱離処理で脱離可能な硫黄化合物の量が少なくなり、十分な量の硫黄化合物を触媒装置から脱離するためには、脱離処理を幾度も繰り返す必要があるため、被毒回復制御の実施期間が長くなる。
【００１８】
こうした場合の被毒回復制御の実施期間の長期化は、上記内燃機関の排気浄化装置における被毒回復制御部を下記のように構成することで抑えることができる。すなわち、上記のように制限時間を設定して脱離処理を行う被毒回復制御部において、１回の被毒回復制御における脱離処理の繰り返し回数が規定の上限値に達した場合には、終了時期決定部が決定する終了時期となっていなくても、硫黄化合物を脱離するための還元剤の供給を終了して被毒回復制御を完了するようにする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】内燃機関の排気浄化装置の一実施形態の構成を模式的に示す略図。
【図２】上記実施形態の排気浄化装置に設けられた被毒回復制御部が行う被毒回復制御のフローチャート。
【図３】上記被毒回復制御部に設けられた酸素吸蔵量推定部が行う酸素吸蔵量推定ルーチンのフローチャート。
【図４】上記被毒回復制御部に設けられた判定部が行う脱離開始時期判定ルーチンのフローチャート。
【図５】上記被毒回復制御部の硫黄堆積量推定部に設けられた脱離速度演算部が行う脱離速度演算ルーチンのフローチャート。
【図６】脱離処理開始時の硫黄堆積量が少ない場合の同脱離処理中の硫黄堆積量、酸素吸蔵量、及び排気空燃比の推移を示すタイムチャート。
【図７】脱離処理開始時の硫黄堆積量が多い場合の同脱離処理中の硫黄堆積量、酸素吸蔵量、及び排気空燃比の推移を示すタイムチャート。
【図８】上記実施形態の排気浄化装置における硫黄被毒制御の実施態様の一例を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、内燃機関の排気浄化装置の一実施形態を、図１〜図８を参照して詳細に説明する。本実施形態の排気浄化装置は、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。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の排気浄化装置が適用される内燃機関１０の排気通路１１には、酸素吸蔵機能を備えたＮＯｘ吸蔵還元型の触媒装置１２が設けられている。触媒装置１２は、アルミナなどの多孔質材からなる担体を備えている。そして、触媒装置１２の担体には、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ＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒と記載する）と、酸化雰囲気下において周囲の酸素を吸蔵する一方で吸蔵した酸素を還元雰囲気下において放出する酸素吸蔵剤とが担持されている。ＮＳＲ触媒は、貴金属（Ｐｔ、Ｒｈなど）からなる貴金属触媒と、アルカリ金属（Ｋ、Ｎａ、Ｃｓなど）、アルカリ土類（Ｂａ、Ｃａなど）及び希土類（Ｌａ、Ｙなど）のうちの一つ以上からなるＮＯｘ吸蔵剤とにより構成されている。酸素吸蔵剤は、酸化セリウム（セリア）や、セリアを含む複合化合物（セリア−ジルコニア複合化合物など）などにより構成されている。なお、触媒装置１２には、同触媒装置１２の内部の温度（以下、ＮＳＲ温度ＴＨＮと記載する）を検出するＮＳＲ温度センサ１３が設置されている。
【００２２】
排気通路１１における触媒装置１２よりも上流側の部分には、排気中に燃料を添加する燃料添加弁１４が設置されている。また、排気通路１１における触媒装置１２の排気流入口の近傍の部分には、触媒装置１２に流入するときの排気の空燃比（以下、触媒前排気空燃比ＡＦ１と記載する）を検出する触媒前空燃比センサ１５が設置されている。さらに、排気通路１１における触媒装置１２の排気流出口の近傍の部分には、触媒装置１２から流出したときの排気の空燃比（以下、触媒後排気空燃比ＡＦ２と記載する）を検出する触媒後空燃比センサ１６が設置されている。
【００２３】
なお、上記内燃機関１０では、燃料添加弁１４による排気への燃料添加が行われていない場合には、触媒装置１２に流入する排気の成分は、内燃機関１０の燃焼室から排出された時点の排気の成分と殆ど同じとなる。触媒前空燃比センサ１５は、燃料添加弁１４による排気への燃料添加が行われていない場合に、内燃機関１０で燃焼した混合気の空燃比と同じ値を出力するように構成されている。よって、燃料添加弁１４による燃料添加が行われていない場合において、内燃機関１０で燃焼した混合気の空燃比が理論空燃比（以下、ストイキ値ＳＴと記載する）となっていれば、触媒前排気空燃比ＡＦ１の値もストイキ値ＳＴとなる。
【００２４】
触媒前排気空燃比ＡＦ１の値がストイキ値ＳＴよりも大きい場合、触媒装置１２の内部は、酸化雰囲気となる。よって、このときの触媒装置１２では、ＮＳＲ触媒による排気中のＮＯｘの吸蔵と、酸素吸蔵剤による排気中の酸素の吸蔵とが行われる。一方、触媒前排気空燃比ＡＦ１の値がストイキ値ＳＴよりも小さい場合、触媒装置１２の内部は、還元雰囲気となる。よって、このときの触媒装置１２では、吸蔵したＮＯｘの放出及び還元と、吸蔵した酸素の放出とが行われる。
【００２５】
ちなみに、触媒後空燃比センサ１６は触媒前空燃比センサ１５と同様の構成のセンサであるが、触媒装置１２の内部では、ＮＳＲ触媒や酸素吸蔵剤の作用で排気の組成が変化するため、触媒後排気空燃比ＡＦ２の値は、必ずしも触媒前排気空燃比ＡＦ１の値と一致しない。例えば、触媒装置１２において酸素吸蔵剤が排気中の酸素を吸蔵しているときには、触媒後排気空燃比ＡＦ２は、触媒前排気空燃比ＡＦ１よりもリッチ側の値となる。一方、触媒装置１２において酸素吸蔵剤が排気中に酸素を放出しているときには、触媒後排気空燃比ＡＦ２は、触媒前排気空燃比ＡＦ１よりもリーン側の値となる。
【００２６】
こうした内燃機関１０において、混合気の空燃比をストイキ値ＳＴよりも大きい値としてのリーン燃焼が行われている間は、燃料添加弁１４による排気への燃料添加を行わない限り、触媒前排気空燃比ＡＦ１もストイキ値ＳＴよりも大きい値となる。よって、このときの触媒装置１２では、排気中のＮＯｘ及び酸素の吸蔵が行われる。そして、このときのＮＯｘの吸蔵により、外気へのＮＯｘの放出が抑えられる。ただし、触媒装置１２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、触媒装置１２のＮＯｘの吸蔵量が限界に達する前に、燃料添加弁１４による排気への燃料添加や燃焼のリッチ化等により、触媒装置１２に還元剤を供給することで、吸蔵したＮＯｘを放出して還元浄化するＮＯｘ還元処理を行っている。
【００２７】
一方、こうした触媒装置１２のＮＳＲ触媒は、酸化雰囲気下において、ＮＯｘと共に排気中の硫黄酸化物（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触媒装置１２に吸蔵される。触媒装置１２に吸蔵された硫黄化合物は、ＮＯｘ還元処理時の条件では、触媒装置１２から脱離しない。そのため、触媒装置１２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、触媒装置１２のＮＯｘ吸蔵能力の低下、いわゆる硫黄被毒が発生してしまう。なお、触媒装置１２に堆積した硫黄化合物は、触媒装置１２の内部の温度（ＮＳＲ温度ＴＨＮ）を、硫黄化合物の脱離に必要な温度に高めた上で、触媒装置１２の内部を還元雰囲気とすることで、同触媒装置１２から脱離させることができる。以下の説明では、触媒装置１２に堆積した硫黄化合物の脱離が可能となるＮＳＲ温度ＴＨＮの下限値（例えば６００℃）を、脱離可能温度Ｔ１と記載する。
【００２８】
本実施形態の排気浄化装置は、触媒装置１２に堆積した硫黄化合物を脱離させるための被毒回復制御を行う被毒回復制御部１７を備えている。被毒回復制御部１７は、内燃機関１０を制御する電子制御ユニット１８に設けられており、燃料添加弁１４を制御している。また、被毒回復制御部１７には、ＮＳＲ温度センサ１３が検出したＮＳＲ温度ＴＨＮ、触媒前空燃比センサ１５が検出した触媒前排気空燃比ＡＦ１、及び触媒後空燃比センサ１６が検出した触媒後排気空燃比ＡＦ２が入力されている。さらに、被毒回復制御部１７には、触媒装置１２に流入する排気の流量（以下、排気流量ＧＡと記載する）が入力されている。排気流量ＧＡは、電子制御ユニット１８が、内燃機関１０の吸入空気量や燃料噴射量等から演算して求められている。
【００２９】
被毒回復制御部１７は、ＮＳＲ温度ＴＨＮを脱離可能温度Ｔ１以上に高めるための昇温処理と、ＮＳＲ温度ＴＨＮが脱離可能温度Ｔ１以上となった状態で触媒装置１２に還元剤を供給する脱離処理と、を通じて被毒回復制御を行っている。そして、被毒回復制御部１７は、被毒回復制御のための制御構造として、酸素吸蔵量推定部１９、判定部２０、硫黄堆積量推定部２１、及び終了時期決定部２２を備えている。
【００３０】
酸素吸蔵量推定部１９は、触媒装置１２に吸蔵されている酸素の量（以下、酸素吸蔵量ＯＳＣと記載する）を推定し、判定部２０は、上記脱離処理の実施中に、触媒装置１２に堆積した硫黄化合物の脱離が開始した時期（以下、脱離開始時期と記載する）を判定する。また、硫黄堆積量推定部２１は、触媒装置１２に堆積している硫黄化合物の量（硫黄堆積量Ｓ）を推定する。さらに、終了時期決定部２２は、被毒回復制御の終了時期を決定する。なお、硫黄堆積量推定部２１は、触媒装置１２の硫黄化合物の堆積速度Ｖ１を演算する堆積速度演算部２３と、同触媒装置１２からの硫黄化合物の脱離速度Ｖ２を演算する脱離速度演算部２４と、を備えており、それらの演算結果から硫黄堆積量の推定値を演算している。
【００３１】
（被毒回復制御）
図２に、被毒回復制御にかかる被毒回復制御部１７の処理手順のフローチャートを示す。
被毒回復制御部１７は、同フローチャートの処理を、内燃機関１０の始動時に開始し、同内燃機関１０の停止まで続ける。
【００３２】
被毒回復制御部１７は、硫黄堆積量推定部２１が推定した硫黄堆積量Ｓが規定の開始判定値Ｓ１以上となった場合に（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０において被毒回復制御実施フラグＦ１をセットして、被毒回復制御を開始する。被毒回復制御実施フラグＦ１は、被毒回復制御が実施中であるか否かを表すためのフラグである。また、開始判定値Ｓ１には、排気浄化装置のＮＯｘ浄化能力が許容範囲の下限まで低下するときの硫黄堆積量Ｓの値よりも小さい値が設定されている。
【００３３】
被毒回復制御を開始すると、被毒回復制御部１７は、ステップＳ１２０〜Ｓ１５０を通じて昇温処理を実施する。昇温処理は、触媒装置１２を昇温するための燃料添加弁１４の燃料添加である昇温添加を実施することで行われる。昇温添加では、間欠的に排気への燃料添加が行われ、これにより触媒装置１２に供給した還元剤の酸化反応による発熱で、同触媒装置１２を昇温するようにしている。
【００３４】
こうした昇温処理での被毒回復制御部１７の具体的な処理手順は次の通りである。すなわち、被毒回復制御部１７は、ステップＳ１２０において昇温添加を開始することで、昇温処理を開始する。昇温処理の開始後、被毒回復制御部１７は、規定の制御周期毎に、ステップＳ１３０においてＮＳＲ温度センサ１３が検出したＮＳＲ温度ＴＨＮを読み込むとともに、ステップＳ１４０において同ＮＳＲ温度ＴＨＮが上記脱離可能温度Ｔ１以上となったか否かを判定する。そして、被毒回復制御部１７は、ＮＳＲ温度ＴＨＮが脱離可能温度Ｔ１以上となると（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、ステップＳ１５０において昇温添加を終了して、昇温処理を完了する。
【００３５】
昇温処理が完了すると、被毒回復制御部１７は、ステップＳ１６０〜ステップＳ２００を通じて脱離処理を実施する。脱離処理は、硫黄化脱離添加では、昇温添加時よりも長い間隔を空けて、間欠的な排気への燃料添加が行われ、これにより触媒装置１２に供給した還元剤との還元反応により、同触媒装置１２に堆積している硫黄化合物を脱離させるようにしている。なお、このときの硫黄化合物の還元反応による発熱による触媒装置１２の過熱を避けるため、脱離処理の継続時間には上限となる制限時間が設定されている。
【００３６】
こうした脱離処理での被毒回復制御部１７の具体的な処理手順は次の通りである。すなわち、被毒回復制御部１７は、ステップＳ１６０において、脱離添加を開始するとともに、脱離処理実施フラグＦ２をセットすることで脱離処理を開始する。脱離処理実施フラグＦ２は、脱離処理の実施中であるか否かを示すためのフラグである。昇温処理の開始後、被毒回復制御部１７は、規定の制御周期毎に、ステップＳ１７０において硫黄堆積量推定部２１が推定した硫黄堆積量Ｓを読み込むとともに、ステップＳ１８０において同硫黄堆積量Ｓが規定の終了判定値Ｓ３以下となったか否かを判定する。さらに、被毒回復制御部１７は、同制御周期毎に、ステップＳ１９０において、脱離処理の継続時間が、上記制限時間に達したか否かを判定する。そして、被毒回復制御部１７は、硫黄堆積量Ｓが終了判定値Ｓ３以下となるか（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、脱離処理の継続時間が制限時間に到達するか（Ｓ１９０：ＹＥＳ）の何れかとなるまで、脱離処理を継続する。なお、本実施形態では、終了判定値Ｓ３の値は「０」に設定されている。
【００３７】
脱離処理中に、硫黄堆積量Ｓが終了判定値Ｓ３以下となった場合（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、被毒回復制御部１７は、ステップＳ２２０において、脱離添加を終了するとともに、被毒回復制御実施フラグＦ１及び脱離処理実施フラグＦ２をクリアして、被毒回復制御を終了する。その後、被毒回復制御部１７は、ステップＳ１００において硫黄堆積量Ｓが再び開始判定値Ｓ１以上となったと判定したときに次回の被毒回復制御を実施する。こうした本実施形態では、脱離処理の実施中のステップＳ１８０の判定処理により、被毒回復制御の終了時期が決定されている。
【００３８】
一方、脱離処理中に、同脱離処理の継続時間が制限時間に到達した場合（Ｓ１９０：ＹＥＳ）、被毒回復制御部１７は、ステップＳ２００において、脱離添加を終了するとともに、脱離処理実施フラグＦ２をクリアして、脱離処理を一旦終了する。そして、被毒回復制御部１７は、ステップＳ２１０において規定の休止期間が経過するのを待ってから、ステップＳ１６０に戻って脱離処理を再開する。すなわち、被毒回復制御では、硫黄堆積量Ｓが終了判定値Ｓ３以下となるまで、休止期間を置いて、繰り返し脱離処理が実施される。ただし、被毒回復制御の実施期間の長期化を避けるため、１回の被毒回復制御における脱離処理の繰り返しの回数には上限値が設定されている。そのため、脱離処理の回数が上限値に達した場合には、硫黄堆積量Ｓが終了判定値Ｓ３以下とならなくても、被毒回復制御は終了となる。
【００３９】
（酸素吸蔵量の推定）
続いて、酸素吸蔵量推定部１９による酸素吸蔵量ＯＳＣの推定処理の詳細を説明する。
図３に、酸素吸蔵量推定ルーチンのフローチャートを示す。酸素吸蔵量推定部１９は、内燃機関１０の運転中、規定の演算周期毎に本ルーチンの処理を繰り返し実行することで、酸素吸蔵量の推定値（ＯＳＣ）を求めている。
【００４０】
本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ３００において、上述の被毒回復制御実施フラグＦ１がセットされているか否かが、すなわち被毒回復制御の実施中であるか否かが判定される。被毒回復制御実施フラグＦ１がセットされてなければ（Ｓ３００：ＮＯ）、ステップＳ３１０において、ＯＳＣ推定実施フラグＦ３がセットされているか否かが判定される。そして、ＯＳＣ推定実施フラグＦ３がセットされていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ３２０において、同ＯＳＣ推定実施フラグＦ３がクリアされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。また、ＯＳＣ推定実施フラグＦ３がクリアされていれば（ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。こうしたステップＳ３１０及びステップＳ３２０の処理は、被毒回復制御の終了と共にＯＳＣ推定実施フラグＦ３をクリアするための処理となっている。
【００４１】
一方、被毒回復制御実施フラグＦ１がセットされていれば（Ｓ３００：ＹＥＳ）、ステップＳ３３０に処理が進められ、そのステップＳ３３０において、触媒前排気空燃比ＡＦ１、ＮＳＲ温度ＴＨＮ、及び排気流量ＧＡが読み込まれる。そして、続くステップＳ３４０において、現状の触媒装置１２が吸蔵可能な酸素量の最大値である最大酸素吸蔵量ＯＳＣＭＡＸが、ＮＳＲ温度ＴＨＮから算出される。このときの最大酸素吸蔵量ＯＳＣＭＡＸの算出は、予め実験等により求められたＮＳＲ温度ＴＨＮと最大酸素吸蔵量ＯＳＣＭＡＸとの関係を記憶した演算マップを用いて行われる。
【００４２】
続いて、ステップＳ３５０において、ＯＳＣ推定実施フラグＦ３がセットされているか否かが判定される。ここで、ＯＳＣ推定実施フラグＦ３がセットされていれば（ＹＥＳ）、そのままステップＳ３８０に処理が進められる。一方、ＯＳＣ推定実施フラグＦ３がセットされていなければ（ＮＯ）、ステップＳ３６０において、ステップＳ３４０において算出された最大酸素吸蔵量ＯＳＣＭＡＸの値が酸素吸蔵量ＯＳＣの値として設定され、続くステップＳ３７０において、ＯＳＣ推定実施フラグＦ３がセットされた後、ステップＳ３８０に処理が進められる。
【００４３】
なお、上述のように、ＯＳＣ推定実施フラグＦ３は、被毒回復制御の終了と共にクリアされる。そのため、被毒回復制御の開始後に本ルーチンが始めて実行されたときには、ＯＳＣ推定実施フラグＦ３はクリアされており、上記ステップＳ３７０の処理後にセットされる。よって、ステップＳ３５０からステップＳ３７０の処理は、被毒回復制御の開始時における酸素吸蔵量ＯＳＣの値として、そのときの最大酸素吸蔵量ＯＳＣＭＡＸを設定するための処理となっている。
【００４４】
ステップＳ３８０に処理が進められると、そのステップＳ３８０において、触媒前排気空燃比ＡＦ１がストイキ値ＳＴ以下の値であるか否かが判定される。
触媒前排気空燃比ＡＦ１がストイキ値ＳＴ以下の場合、すなわち触媒前排気空燃比ＡＦ１がストイキ値ＳＴであるか、同ストイキ値ＳＴよりもリッチ側の値となっている場合（Ｓ３８０：ＹＥＳ）、下記の態様で酸素吸蔵量ＯＳＣの値の更新が行われた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。すなわち、この場合には、ステップＳ３９０において、下式（１）に従って酸素吸蔵量ＯＳＣの値が更新される。式（１）における「ＧＡ×（１／ＡＦ１−１／ＳＴ）」は、触媒装置１２に対する単位時間当たりの還元剤の供給量を表している。また、式（１）における「Ｋ１」は、規定の定数であり、その値は、実験より求められた上記還元剤の供給量と酸素吸蔵量ＯＳＣの減少量との関係に基づいて設定されている。なお、更新後の酸素吸蔵量ＯＳＣの値が０未満である場合には（Ｓ４００：ＹＥＳ）、酸素吸蔵量ＯＳＣの値は０とされる（Ｓ４１０）。
【００４５】
【数１】
2018105156.tif 000003
【００４６】
一方、触媒前排気空燃比ＡＦ１がストイキ値ＳＴよりも大きい値（リーン側の値）となっている場合には（Ｓ３８０：ＮＯ）、下記の態様で酸素吸蔵量ＯＳＣの値の更新が行われた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。すなわち、この場合には、ステップＳ４２０において、下式（２）に従って酸素吸蔵量ＯＳＣの値が更新される。式（２）における「ＧＡ×（１／ＳＴ−１／ＡＦ１）」は、触媒装置１２に対する単位時間当りの酸素の供給量を表している。また、式（２）における「Ｋ２」は、規定の定数であり、その値は、実験より求められた酸素の供給量と酸素吸蔵量ＯＳＣの増加量との関係に基づいて設定されている。なお、更新後の酸素吸蔵量ＯＳＣの値が、最大酸素吸蔵量ＯＳＣＭＡＸを超える場合には（Ｓ４３０：ＹＥＳ）、酸素吸蔵量ＯＳＣの値は最大酸素吸蔵量ＯＳＣＭＡＸとされる（Ｓ４４０）。
【００４７】
【数２】
2018105156.tif 000004
【００４８】
こうした酸素吸蔵量推定ルーチンでは、被毒回復制御の開始時における触媒装置１２の最大酸素吸蔵量ＯＳＣＭＡＸが、同開始時における酸素吸蔵量ＯＳＣの値として設定される。そして、その後、被毒回復制御の終了までの期間、規定の演算周期毎に触媒前排気空燃比ＡＦ１から同演算周期における酸素吸蔵量ＯＳＣの変化量を演算して、同酸素吸蔵量ＯＳＣの値を同変化量の分増減していくことで同酸素吸蔵量ＯＳＣの推定が行われる。
【００４９】
本実施形態の排気浄化装置が適用される内燃機関１０は、基本的には、理論空燃比（ストイキ値ＳＴ）よりもリーンな空燃比で燃焼を行っている。そのため、被毒回復制御の開始時点の触媒装置１２には、限度一杯まで酸素が吸蔵されていると考えられる。よって、上記態様で酸素吸蔵量ＯＳＣの推定を行えば、被毒回復制御の実行中以外は酸素吸蔵量ＯＳＣの推定のための演算処理を行わずとも、被毒回復制御中の酸素吸蔵量ＯＳＣを推定することが可能となる。
【００５０】
（脱離開始時期の判定）
続いて、判定部２０による脱離処理中の脱離開始時期の判定の詳細を説明する。触媒装置１２における酸素吸蔵剤の酸素放出反応は、ＮＳＲ触媒の硫黄酸化物の脱離反応よりも反応性が高い。そのため、触媒装置１２が酸素を吸蔵した状態で脱離処理を開始した場合、触媒装置１２の酸素吸蔵量ＯＳＣがある程度以下に減少するまでは、還元剤が酸素の放出反応に費やされてしまい、硫黄化合物の脱離は開始されない。判定部２０は、こうした脱離処理の開始後における硫黄化合物の脱離が開始する時期（脱離開始時期）を判定している。
【００５１】
図４に、脱離開始時期の判定にかかる脱離開始時期判定ルーチンのフローチャートを示す。判定部２０は、内燃機関１０の実行中、規定の制御周期毎に本ルーチンの処理を実行している。
【００５２】
本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ５００において、脱離処理実施フラグＦ２がセットされているか否かが判定される。なお、上述のように脱離処理実施フラグＦ２は、被毒回復制御における脱離処理の開始時にセットされ、同脱離処理の終了時にクリアされる。
【００５３】
ここで、脱離処理実施フラグＦ２がセットされていなければ（Ｓ５００：ＮＯ）、すなわち、脱離処理の実施中でなければ、ステップＳ５１０において、後述の判定実施フラグＦ４、及びＯＳＣ判定選択フラグＦ５のクリア処理が行われた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。なお、このときのクリア処理では、判定実施フラグＦ４、及びＯＳＣ判定選択フラグＦ５のいずれか、又は双方がセットされている場合、セットされているフラグをクリアする処理が行われる。
【００５４】
一方、脱離処理実施フラグＦ２がセットされており、脱離処理の実施中であれば（Ｓ５００：ＹＥＳ）、ステップＳ５２０において、判定実施フラグＦ４がセットされているか否かが判定される。ここで、判定実施フラグＦ４がセットされていれば（ＹＥＳ）、そのままステップＳ５７０に処理が進められる。一方、判定実施フラグＦ４がセットされていなければ（ＮＯ）、ステップＳ５３０に処理が進められる。
【００５５】
ステップＳ５３０に処理が進められると、そのステップＳ５３０において、硫黄堆積量推定部２１が推定した硫黄堆積量Ｓの値が読み込まれ、続くステップＳ５４０においてその硫黄堆積量Ｓの値が既定値Ｓ２以上であるか否かが判定される。ここで、硫黄堆積量Ｓの値が既定値Ｓ２以上であれば（Ｓ５４０：ＹＥＳ）、ステップＳ５５０においてＯＳＣ判定選択フラグＦ５がセットされ、更にステップＳ５６０において判定実施フラグがセットされた後、ステップＳ５７０に処理が進められる。一方、硫黄堆積量Ｓの値が既定値Ｓ２未満であれば（Ｓ５４０：ＮＯ）、ＯＳＣ判定選択フラグＦ５がセットされることなく、ステップＳ５６０にて判定実施フラグがセットされた後、ステップＳ５７０に処理が進められる。
【００５６】
ステップＳ５７０に処理が進められると、そのステップＳ５７０において、ＯＳＣ判定選択フラグＦ５がセットされているか否かが判定される。そして、ＯＳＣ判定選択フラグＦ５の状態に応じて、下記態様で脱離開始時期の判定が行われる。
【００５７】
ＯＳＣ判定選択フラグＦ５がセットされている場合（Ｓ５７０：ＹＥＳ）、続くステップＳ５８０において、酸素吸蔵量推定部１９が推定した酸素吸蔵量ＯＳＣの値が読み込まれ、ステップＳ５９０にて、その酸素吸蔵量ＯＳＣの値が規定の脱離開始判定値Ｘ１以下であるか否かが判定される。そして、酸素吸蔵量ＯＳＣの値が脱離開始判定値Ｘ１より大きい場合には（Ｓ５９０：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、酸素吸蔵量ＯＳＣの値が脱離開始判定値Ｘ１以下であれば（Ｓ５９０：ＹＥＳ）、ステップＳ６００において、脱離開始フラグＦ６がセットされ、判定実施フラグＦ４及びＯＳＣ判定選択フラグＦ５がクリアされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。なお、脱離開始フラグＦ６は、脱離処理の開始後に触媒装置１２からの硫黄化合物の脱離が開始しているか否かを表すためのフラグであり、判定部２０が脱離開始時期であると判定したときにセットされる。
【００５８】
これに対して、ＯＳＣ判定選択フラグＦ５がセットされていない場合（Ｓ５７０：ＮＯ）、ステップＳ６１０において、触媒前排気空燃比ＡＦ１及び触媒後排気空燃比ＡＦ２の値が読み込まれ、続くステップＳ６２０においてそれらの差（ＡＦ２−ＡＦ１）が規定のブレークスルー判定値（ＢＴ判定値）Ｘ２以下であるか否かが判定される。そして、触媒前後の排気空燃比の差（ＡＦ２−ＡＦ１）がブレークスルー判定値Ｘ２を超えている場合には（Ｓ６２０：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、触媒前後の排気空燃比の差（ＡＦ２−ＡＦ１）がブレークスルー判定値Ｘ２以下の場合には（Ｓ６２０：ＹＥＳ）、上述のステップＳ６００において、脱離開始フラグＦ６がセットされ、判定実施フラグＦ４及びＯＳＣ判定選択フラグＦ５がクリアされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００５９】
以上説明した脱離開始時判定ルーチンにおいて判定実施フラグＦ４は、脱離処理の終了後に本ルーチンの処理が始めて実行されたときにクリアされ、脱離処理の開始後に本ルーチンの処理が始めて実行されたときにセットされる。よって、上記ステップＳ５３０からステップＳ５６０までの処理は、脱離処理の開始後に本ルーチンの処理が始めて実行されたときにのみ実行される。
【００６０】
また、上記脱離開始時期判定ルーチンでは、ＯＳＣ判定選択フラグＦ５がセットされている場合には、酸素吸蔵量ＯＳＣに基づき、脱離開始時期の判定が行われ、同ＯＳＣ判定選択フラグＦ５がセットされている場合には、触媒前後の排気空燃比の差に基づき、脱離開始時期の判定が行われる。そして、ＯＳＣ判定選択フラグＦ５は、ステップＳ５４０での硫黄堆積量Ｓの値が既定値Ｓ２以上であるか否かが判定により、セットされるか否かが決定される。したがって、上記脱離開始時期判定ルーチンでは、脱離処理の開始後に同ルーチンの処理が始めて実行されたときに、そのときの硫黄堆積量Ｓの値に基づいて、酸素吸蔵量ＯＳＣ、触媒前後の排気空燃比の差（ＡＦ２−ＡＦ１）のいずれにより脱離開始時期の判定を行うかが決定される。
【００６１】
（硫黄堆積量Ｓの推定）
次に、硫黄堆積量推定部２１による硫黄堆積量Ｓの推定の詳細について説明する。上述のように、硫黄堆積量推定部２１は、堆積速度演算部２３による堆積速度Ｖ１の演算結果、及び脱離速度演算部２４による脱離速度Ｖ２の演算結果に基づいて硫黄堆積量Ｓを算出している。より具体的には、硫黄堆積量推定部２１は、堆積速度演算部２３が堆積速度Ｖ１を演算する都度、硫黄堆積量Ｓの値を同堆積速度Ｖ１の値分加増し、脱離速度演算部２４が脱離速度Ｖ２を演算する都度、硫黄堆積量Ｓの値を同脱離速度Ｖ２の値分減少することで、硫黄堆積量Ｓを算出している。
【００６２】
堆積速度演算部２３は、内燃機関１０の運転中、規定の演算周期毎に、排気中のＳＯｘの量や、触媒前排気空燃比ＡＦ１、排気流量ＧＡ、ＮＳＲ温度ＴＨＮから、化学反応の反応速度を予測するアレニウスの式に従って堆積速度Ｖ１を演算する。堆積速度Ｖ１は、触媒装置１２への単位時間当たりの硫黄化合物の堆積量を表している。
【００６３】
一方、脱離速度演算部２４は、図５に示す脱離速度演算ルーチンの処理を通じて、触媒装置１２からの硫黄化合物の単位時間当たりの脱離量である脱離速度Ｖ２の演算を行う。脱離速度演算部２４は、内燃機関１０の運転中、規定の演算周期毎に、同ルーチンの処理を実行する。
【００６４】
本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ７００において、脱離開始フラグＦ６がセットされているか否かが判定される。そして、脱離開始フラグＦ６がセットされていれば（Ｓ７００：ＹＥＳ）、ステップＳ７１０に処理が進められ、同脱離開始フラグＦ６がセットされていなければ（Ｓ７００：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００６５】
ステップＳ７１０に処理が進められると、そのステップＳ７１０において触媒後排気空燃比ＡＦ２の値が読み込まれ、続くステップＳ７２０において、同触媒後排気空燃比ＡＦ２の値がストイキ値ＳＴよりも大きいか否かが、すなわちストイキ値ＳＴよりもリーン側の値であるか否かが判定される。
【００６６】
ここで、触媒後排気空燃比ＡＦ２がストイキ値ＳＴよりもリーン側の値となっていれば（Ｓ７２０：ＹＥＳ）、ステップＳ７３０において脱離開始フラグＦ６がクリアされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、触媒後排気空燃比ＡＦ２がストイキ値ＳＴよりもリーン側の値となっていなければ（Ｓ７２０：ＮＯ）、ステップＳ７４０に処理が進められる。
【００６７】
ステップＳ７４０に処理が進められると、そのステップＳ７４０において、触媒前排気空燃比ＡＦ１、ＮＳＲ温度ＴＨＮ、及び排気流量ＧＡが読み込まれる。そして、続くステップＳ７５０において、下式（３）に従って、上記演算周期における触媒装置１２への還元剤の供給量Ｐが算出される。そして、続くステップＳ７６０において、還元剤の供給量Ｐ及びＮＳＲ温度ＴＨＮから、アレニウスの式に従って脱離速度Ｖ２が演算された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００６８】
【数３】
2018105156.tif 000005
【００６９】
こうした脱離速度演算ルーチンの処理では、判定部２０が、脱離処理の開始後に脱離開始時期であると判定した時点から触媒後排気空燃比ＡＦ２の値がリーン側の値となるまでの期間、規定の演算周期毎に、同演算周期における触媒装置１２への還元剤の供給量に基づき脱離速度Ｖ２の演算が行われる。脱離開始時期以降において触媒後排気空燃比ＡＦ２の値がリーン側の値となるのは、脱離処理が終了して、触媒装置１２への還元剤の供給が停止された時点となる。よって、脱離速度Ｖ２の演算は、脱離処理の実行中における脱離開始時期以降の期間（以下、脱離期間と記載する）に行われる。そして、脱離期間における上記演算周期毎の脱離速度Ｖ２の演算値を積算した積算値は、同脱離期間に触媒装置１２から脱離した硫黄化合物の量を表す。
【００７０】
一方、上述のように終了時期決定部２２は、硫黄堆積量Ｓの値が終了判定値Ｓ３以下となったときを被毒回復制御の終了時期としている。そして、そうした被毒回復制御の終了時期の決定に用いられる硫黄堆積量Ｓの値は、脱離期間において触媒装置１２に供給された還元剤の量に基づく脱離速度Ｖ２の演算結果を用いて算出されている。したがって、本実施形態の排気浄化装置における終了時期決定部２２による被毒回復制御の終了時期の決定は、脱離期間において触媒装置１２に供給された還元剤の量に基づいて行われている。
【００７１】
（作用効果）
続いて、以上のように構成された本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の作用効果を説明する。
【００７２】
上述のように、ＮＳＲ触媒と共に酸素吸蔵剤が担持された触媒装置１２では、脱離処理が開始されても、触媒装置１２に吸蔵された酸素の放出が終了するまでは、硫黄化合物の脱離が開始しない。そのため、脱離処理の実行期間の終始に亘り、脱離速度Ｖ２の演算を行うと共に、その演算結果を硫黄堆積量Ｓの値に反映すると、被毒回復制御中の硫黄堆積量Ｓの値が実状から乖離して適切な時期に被毒回復制御を終了できない虞がある。これに対して、本実施形態では、脱離処理の開始後における硫黄化合物の脱離の開始時期を判定するとともに、脱離処理の実行中における脱離開始時期以降の期間に脱離速度Ｖ２の演算を行って、上記硫黄堆積量Ｓの値の乖離を抑えることで、被毒回復制御が適切な期間行われるようにしている。
【００７３】
図６に、脱離処理の開始時の触媒装置１２の硫黄堆積量Ｓが少ない状態にあるときの、脱離処理中における触媒装置１２の硫黄堆積量、同触媒装置１２の酸素吸蔵量、触媒前排気空燃比ＡＦ１、及び触媒後排気空燃比ＡＦ２の推移を示す。なお、同図では、時刻ｔａから時刻ｔｃまでの期間、脱離処理が行われている。
【００７４】
同図に示すように、時刻ｔａにおいて脱離処理が開始されると、燃料添加弁１４による排気への燃料添加により、触媒装置１２に流入する排気の空燃比は、酸素に対して還元剤が過多なリッチ空燃比となる。そして、供給された還元剤により、触媒装置１２に吸蔵された酸素が放出されるため、同触媒装置１２の酸素吸蔵量が減少していく。このときの触媒前排気空燃比ＡＦ１の値は、ストイキ値ＳＴよりもリッチ側の（小さい）値となるが、触媒後排気空燃比ＡＦ２は、触媒装置１２から放出された酸素のため、ストイキ値ＳＴの近傍の値に留まる。
【００７５】
その後の時刻ｔｂにおいて、触媒装置１２の酸素吸蔵量がほぼ零となるまで酸素が放出されると、同触媒装置１２からの硫黄化合物の脱離が開始される。このときの硫黄化合物の脱離に費やされる還元剤の量が、触媒装置１２に流入する排気中の還元剤の量よりも少なければ、触媒装置１２から余剰した還元剤が排気と共に排出される。よって、脱離処理の開始時の触媒装置１２の硫黄堆積量がある程度よりも少ない場合には、硫黄化合物の脱離が開始した時刻ｔｂにおいて、触媒後排気空燃比ＡＦ２の値が、ストイキ値ＳＴの近傍の値から、同ストイキ値ＳＴよりもリッチ側の（小さい）値に変化することになる。そして、脱離処理の開始と共に乖離した値となった触媒前排気空燃比ＡＦ１及び触媒後排気空燃比ＡＦ２が、この時点でほぼ等しい値となる。よって、この場合には、脱離処理の開始後に、触媒前排気空燃比ＡＦ１と触媒後排気空燃比ＡＦ２の差が十分に縮小したときを、脱離開始時期と判定することができる。
【００７６】
図７には、脱離処理の開始時の触媒装置１２の硫黄堆積量Ｓが多い状態にあるときの、脱離処理中における触媒装置１２の硫黄堆積量、同触媒装置１２の酸素吸蔵量、触媒前排気空燃比ＡＦ１、及び触媒後排気空燃比ＡＦ２の推移を示す。なお、同図においても、脱離処理は時刻ｔｂにから時刻ｔｃまでの期間行われている。また、時刻ｔａと時刻ｔｃとの間の時刻ｔｂに硫黄化合物の脱離が開始されている。
【００７７】
硫黄化合物の脱離開始時における触媒装置１２の硫黄堆積量がある程度よりも多い場合には、同触媒装置１２に流入した還元剤のほぼ全てが硫黄化合物の脱離に費やされてしまう。そのため、この場合には、酸素の放出が終了しても、触媒装置１２の下流側には還元剤は殆ど排出されなくなる。したがって、脱離処理の開始時における触媒装置１２の硫黄堆積量Ｓが一定の値を超える場合には、触媒前排気空燃比ＡＦ１と触媒後排気空燃比ＡＦ２との差からは脱離開始時期を判定できなくなる。
【００７８】
これに対して、本実施形態の排気浄化装置における判定部２０は、下記の態様で脱離開始時期を判定している。すなわち、判定部２０は、脱離処理の開始時の硫黄堆積量Ｓの値が既定値Ｓ２以下の場合には、触媒前排気空燃比ＡＦ１と触媒後排気空燃比ＡＦ２との差（ＡＦ２−ＡＦ１）がブレークスルー判定値Ｘ２以下となったときを、脱離開始時期であると判定している。また、判定部２０は、脱離処理の開始時の硫黄堆積量Ｓの値が既定値Ｓ２を超えている場合には、酸素吸蔵量推定部１９が推定した酸素吸蔵量ＯＳＣが脱離開始判定値Ｘ１以下となったときを、脱離開始時期であると判定している。なお、ブレークスルー判定値Ｘ２の値は、脱離処理の実行中において、触媒装置１２に供給された還元剤の多くが触媒装置１２内での還元反応に費やされずに触媒装置１２から排出される状態となったときの上記触媒前後の排気空燃比の差の値が設定されている。また、本実施形態では、脱離開始判定値Ｘ１の値は０に設定されている。
【００７９】
ちなみに、脱離処理の開始時の硫黄堆積量Ｓが少ない場合にも、酸素吸蔵量ＯＳＣに基づいて脱離開始時期を判定することは可能である。ただし、酸素吸蔵量推定部１９が推定する酸素吸蔵量ＯＳＣの値にはある程度の誤差が含まれるため、脱離処理の開始時の硫黄堆積量Ｓが一定の量よりも少ない場合には、触媒前後の排気空燃比の差に基づく方が、脱離開始時期をより正確に判定することができる。このように本実施形態では、脱離処理の開始時の硫黄堆積量Ｓに応じて、酸素吸蔵量ＯＳＣ、及び触媒前後の排気空燃比の差のうちから、より正確な判定が可能な方を選択して脱離開始時期の判定を行うようにしている。
【００８０】
図８に、本実施形態の排気浄化装置における硫黄被毒制御の実施態様の一例を示す。
同図の時刻ｔ０に、硫黄堆積量Ｓが開始判定値Ｓ１に達すると、被毒回復制御実施フラグＦ１がセットされて、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、燃料添加弁１４の昇温添加を通じて、ＮＳＲ温度ＴＨＮを脱離可能温度Ｔ１以上に高めるための昇温添加が実施される。
【００８１】
時刻ｔ１に昇温処理が終了すると、脱離処理実施フラグＦ２がセットされて脱離処理が開始される。このときの脱離処理は、実行時間が制限時間に達する時刻ｔ３に終了し、その後、規定の休止期間が経過した時刻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、休止期間を挟んで繰り返し実行される。なお、同図の場合、被毒回復制御の終了までに、脱離処理は４回実行されている。
【００８２】
脱離処理が開始されると、燃料添加弁１４の脱離添加を通じて、触媒装置１２に還元剤が供給される。これにより、触媒装置１２に吸蔵された酸素が放出され、更に酸素の放出が終了すると、触媒装置１２からの硫黄化合物の脱離が開始する。なお、各脱離処理の間の休止期間中は、脱離添加が休止されて、触媒装置１２に流入する排気の空燃比がストイキ値ＳＴよりもリーン側の値となるため、触媒装置１２に酸素が吸蔵される。そのため、２回目以降の脱離処理の開始時にも、触媒装置１２にある程度の酸素が吸蔵された状態となっている。
【００８３】
時刻ｔ１から時刻ｔ３までの１回目の脱離処理、及び時刻ｔ４から時刻ｔ６までの２回目の脱離処理では、開始時の硫黄堆積量Ｓが既定値Ｓ２以上となっている。そのため、１回目、２回目の脱離処理では、酸素吸蔵量推定部１９が推定した触媒装置１２の酸素吸蔵量ＯＳＣが脱離開始判定値Ｘ１以下となったときを、脱離開始時期であると判定している。なお、１回目の脱離処理では時刻ｔ２に、２回目の脱離処理では時刻ｔ５に、それぞれ脱離開始時期であると判定されている。
【００８４】
一方、時刻ｔ７から時刻ｔ９までの３回目の脱離処理、及び時刻ｔ１０から時刻ｔ１２までの４回目の脱離処理では、開始時の硫黄堆積量Ｓが既定値Ｓ２未満となっている。そのため、３回目、４回目の脱離処理では、触媒前後の排気空燃比の差（ＡＦ２−ＡＦ１）がブレークスルー判定値Ｘ２以下となったときを脱離開始時期であると判定している。なお、３回目の脱離処理では時刻ｔ８に、４回目の脱離処理では時刻ｔ１１に、それぞれ脱離開始時期であると判定されている。
【００８５】
そして、各脱離処理の実行中における脱離開始時期以降の期間（ｔ２〜ｔ３、ｔ５〜ｔ６、ｔ８〜ｔ９、ｔ１１〜ｔ１２）には、規定の演算周期毎に脱離速度演算部２４による脱離速度Ｖ２の演算が行われ、その演算の都度、脱離速度Ｖ２の値ずつ硫黄堆積量Ｓの値が減少される。そして、４回目の脱離処理が実行されている時刻ｔ１２において、硫黄堆積量Ｓの値が終了判定値Ｓ３まで減少すると、被毒回復制御実施フラグＦ１がクリアされて、今回の被毒回復制御が終了される。
【００８６】
こうした本実施形態では、脱離処理開始後に触媒装置１２の酸素放出が終了して硫黄化合物の脱離が開始される脱離開始時期を、酸素吸蔵量推定部１９が推定した酸素吸蔵量ＯＳＣや触媒前後の排気空燃比の差（ＡＦ２−ＡＦ１）に基づき判定している。そして、脱離処理の実行中における脱離開始時期以降の期間（脱離期間）に脱離速度Ｖ２の演算を行うとともに、その脱離速度Ｖ２の演算値に応じて触媒装置１２の硫黄堆積量Ｓを算出している。こうして算出された硫黄堆積量Ｓの値は、実際に硫黄化合物の脱離が生じている期間の、同硫黄化合物の脱離量を適切に反映した値となる。本実施形態の排気浄化装置では、そうした硫黄堆積量Ｓの値に基づき終了時期が決定されるため、被毒回復制御は、同制御中の硫黄化合物の脱離量に応じた適切な期間行われることになる。
【００８７】
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。
・上記実施形態における酸素吸蔵量推定部１９は、被毒回復制御の実行中に限って、酸素吸蔵量ＯＳＣの推定を行っていたが、それ以外の期間にも、酸素吸蔵量ＯＳＣの推定を行うようにしてもよい。
【００８８】
・上記実施形態では、脱離期間に脱離速度Ｖ２の演算を行うとともに、その脱離速度Ｖ２の演算値に応じて算出した触媒装置１２の硫黄堆積量Ｓから、被毒回復制御の終了時期を決定していた。そして、これにより、触媒装置１２の硫黄堆積量Ｓが規定の値（終了判定値Ｓ３）となるまで、被毒回復制御を行うようにしていた。これに対して、被毒回復制御での硫黄化合物の脱離量が規定の値に達したときに被毒回復制御を終了する場合には、脱離期間における脱離速度Ｖ２の積算値として硫黄化合物の脱離量を求め、その値が上記規定の値となったときに被毒回復制御を終了するようにすればよい。
【００８９】
・上記実施形態では、脱離期間において、規定の演算周期毎に脱離速度Ｖ２を演算するとともに、その脱離速度Ｖ２の演算値を積算した積算値を、被毒回復制御中の硫黄化合物の脱離量として求めていた。これに対して、脱離期間において触媒装置１２に供給された還元剤の総量を、被毒回復制御中の硫黄化合物の脱離量の指標値として用いることとし、同還元剤の総量が規定の値に達したときに被毒回復制御を終了するようにしてもよい。
【００９０】
・上記実施形態では、脱離処理の開始時における触媒装置１２の硫黄堆積量Ｓが既定値Ｓ２を超える場合には、酸素吸蔵量ＯＳＣに基づき脱離開始時期を判定し、同硫黄堆積量Ｓが既定値Ｓ２以下の場合には、触媒前後の排気空燃比の差に基づき脱離開始時期を判定するようにしていた。これに対して、脱離処理の開始時における触媒装置１２の硫黄堆積量Ｓに関わらず、常に酸素吸蔵量ＯＳＣに基づいて脱離開始時期を判定するようにしてもよい。
【００９１】
・上記実施形態では、１回当たりの脱離処理の実施期間に時間制限を設けることで、硫黄化合物の脱離時の反応熱による触媒装置１２の過熱を防止するようにしていたが、脱離処理中のＮＳＲ温度ＴＨＮにより、上記反応熱による触媒装置１２の過熱を防止するようにしてもよい。この場合、脱離処理の実施中にＮＳＲ温度ＴＨＮが規定の温度に上昇したときには、一旦、脱離処理を休止し、冷却のための休止期間を置いてから脱離処理を再開することになる。また、触媒装置１２の過熱が生じるほど、脱離処理中の硫黄化合物の脱離時の反応熱が大きくない場合には、被毒回復制御の終了まで、休止することなく、脱離処理を継続して実施するようにすることもできる。
【００９２】
・上記実施形態では、脱離処理における触媒装置１２への還元剤の供給を、燃料添加弁１４による排気への燃料添加を通じて行うようにしていた。これに対して、例えば燃焼室での燃焼終了後の燃料噴射（アフター噴射）や、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、それ以外の方法で脱離処理における触媒装置１２への還元剤の供給を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１０…内燃機関、１１…排気通路、１２…触媒装置、１３…ＮＳＲ温度センサ、１４…燃料添加弁、１５…触媒前空燃比センサ、１６…触媒後空燃比センサ、１７…被毒回復制御部、１８…電子制御ユニット、１９…酸素吸蔵量推定部、２０…判定部、２１…硫黄堆積量推定部、２２…終了時期決定部、２３…堆積速度演算部、２４…脱離速度演算部、ＴＨＮ…ＮＳＲ温度（触媒装置の温度）、ＡＦ１…触媒前排気空燃比、ＡＦ２…触媒後排気空燃比、ＯＳＣ…酸素吸蔵量、Ｓ…硫黄堆積量。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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