(57)【要約】【課題】ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合をより正確に推定することのできる排気浄化装置の硫黄堆積量推定装置を提供する。【解決手段】酸化雰囲気では排気の窒素酸化物を吸蔵し、還元雰囲気ではその吸蔵した窒素酸化物を還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える排気浄化装置１６の硫黄堆積度合を、床温センサＳ１〜Ｓｎにより検出された、還元剤の導入に伴うＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒床温の昇温度合に基づいて推定するようにした。これにより、その時点の触媒床温の昇温度合の検出結果から硫黄堆積度合が直接推定されるようになり、積算処理による誤差の積み上げを生じさせずに、より正確に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合を推定することができるようにした。【選択図】図１
2009138525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える排気浄化装置における前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合を推定する装置であって、
還元剤の導入に伴う前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒床温の昇温度合を検出する検出手段と、
その検出手段により検出された前記昇温度合に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄推定度合を推定する推定手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記排気浄化装置に導入される排気の温度の検出値と前記触媒床温の検出値との偏差に基づいて前記昇温度合を検出する
請求項１に記載の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置。
【請求項３】
前記推定手段による前記硫黄堆積度合の推定は、前記排気浄化装置に導入される排気の温度が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のライトオフ温度域にあるときの前記検出手段による前記昇温度合の検出結果に基づいて行なわれる
請求項１又は２に記載の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置。
【請求項４】
前記推定手段による前記硫黄堆積度合の推定は、前記触媒床温を昇温させる制御の実施中における前記検出手段の前記昇温度合の検出結果に基づいて行われる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置。
【請求項５】
前記推定手段による前記硫黄堆積度合の推定は、前記排気浄化装置に捕集された微粒子物質を除去するためのＰＭ再生制御の実施中における前記検出手段の前記昇温度合の検出結果に基づいて行われる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置。
【請求項６】
前記推定手段は、前記昇温度合が規定の被毒判定値以下であるときに前記排気浄化装置の硫黄堆積度合が大きいと推定する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置。
【請求項７】
前記被毒判定値は、前記排気浄化装置に導入される排気の流量が多いときほど、小さい値に設定される
請求項６に記載の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置。
【請求項８】
前記被毒判定値は、前記排気浄化装置に導入される排気の温度が高いときほど、大きい値に設定される
請求項６又は７に記載の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置。
【請求項９】
前記検出手段は、前記排気浄化装置の各部位の前記触媒床温の昇温度合をそれぞれ検出し、
前記推定手段は、それらの検出された各部位の前記触媒床温の昇温度合にそれぞれ基づいて前記排気浄化装置の各部位の硫黄堆積度合をそれぞれ個別に推定する
請求項１〜８のいずれか１項に記載の硫黄堆積度合推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合を推定する排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
希薄燃焼を行う内燃機関に適用される排気浄化装置として、排気の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える排気浄化装置が知られている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、従来の三元触媒にＮＯｘ吸蔵材としてアルカリ性の物質を加えたもので、例えばモノリス担体にアルミナをコートして、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、及び種々のアルカリ類、アルカリ土類、希土類酸化物を担持したものが用いられる。
【０００３】
こうしたＮＯｘ吸蔵還元触媒でのＮＯｘ浄化は、次の態様で行われる。酸化雰囲気では、排気中のＮＯｘは、触媒の貴金属上で酸化され、それに隣接するＮＯｘ吸蔵物質と結合して硝酸塩を形成して触媒中に吸蔵される。一方、当量点、及び還元雰囲気では、触媒中に吸蔵された硝酸塩が分解して、貴金属上で炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などの還元性ガスと反応して窒素に還元される。そこでＮＯｘ吸蔵還元触媒を排気浄化装置に採用する希薄燃焼機関では、排気空燃比をリッチとして触媒中に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元制御を間欠的に行うことで、吸蔵と還元を繰り返してＮＯｘを浄化するようにしている。
【０００４】
ところで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、酸化雰囲気では、ＮＯｘと同様に排気の硫黄酸化物（ＳＯｘ）も吸蔵する。触媒中に硫酸塩として吸蔵されたＳＯｘは、ＮＯｘ還元制御時の触媒床温（２５０℃程度）では放出されないため、次第に触媒中に堆積されてしまい、触媒のＮＯｘ吸蔵能力を劣化させてしまうようになる。そのため、ＳＯｘの堆積による触媒のＮＯｘ吸蔵能力の劣化、いわゆる触媒の硫黄被毒を解消するため、硫黄分を放出可能となる温度（６００℃以上）まで触媒床温を上昇させた状態で、還元剤となる燃料を排気に添加して、触媒に堆積した硫黄分を放出させる硫黄放出制御を定期的に行うことが必要となる。
【０００５】
従来、例えば特許文献１、２に見られるように、こうした硫黄放出制御の実施のタイミング等を知るため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合を推定する装置が提案されている。こうした従来の硫黄堆積度合推定装置では、単位時間当りの車両走行距離から、その単位時間においてＮＯｘ吸蔵還元触媒に新規に堆積した硫黄分の量（単位時間当りの新規硫黄堆積量）を求めるとともに、その求められた量の積算値として現在のＮＯｘ吸蔵還元触媒に堆積している硫黄分の量（硫黄堆積量）を推定するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−３６４３４９号公報
【特許文献２】特開２００３−３４３２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記従来のような推定手法では、単位時間当りの新規硫黄堆積量の推定誤差が僅かでもあると、その誤差が積み上げられてしまうため、最終的に求められる硫黄堆積量の推定誤差が大きくなってしまう。そして硫黄堆積量の推定誤差が大きくなると、硫黄放出制御の実行タイミングが不適切となってしまう、硫黄放出に過不足が生じてしまう等の不具合を招いてしまうようになる。
【０００７】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合をより正確に推定することのできる排気浄化装置の硫黄堆積量推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える排気浄化装置における前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合を推定する装置であって、還元剤の導入に伴う前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒床温の昇温度合を検出する検出手段と、その検出手段により検出された前記触媒床温の昇温度合に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄推定度合を推定する推定手段と、を備えることをその要旨としている。
【０００９】
排気浄化装置に設けられるＮＯｘ吸蔵還元触媒は、酸化雰囲気下では排気中のＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気下ではその吸蔵したＮＯｘを還元して浄化する。こうしたＮＯｘ吸蔵還元触媒には、ＮＯｘと共に排気中のＳＯｘが次第に堆積してしまう。そしてＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積量が多くなると、触媒の低温活性能が低下するため、未燃燃料成分などの還元剤が導入されたときの触媒床温の昇温度合が低下する。そのため、還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温度合により、排気浄化装置の硫黄堆積度合を推定することができる。具体的には、還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温度合が小さいときほど、排気浄化装置の硫黄堆積度合が大きいと推定することができる。こうした推定手法によれば、その時点の触媒床温の昇温度合の検出結果から硫黄堆積度合が直接推定されるため、積算処理は行われず、またその積算処理の結果として誤差が積み上げられることもない。したがって上記構成によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合をより正確に推定することができるようになる。
【００１０】
なおＮＯｘ吸蔵還元触媒の本来のＮＯｘ吸蔵能（吸蔵可能なＮＯｘの量）から硫黄堆積によるＮＯｘ吸蔵能の低下分を差し引いたものが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の現時点のＮＯｘ吸蔵能となる。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積量からは、現時点のＮＯｘ吸蔵能を一義的に求めることができる。したがって、上記構成において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合の指標値として、硫黄堆積量の代わりに現時点のＮＯｘ吸蔵能を推定するようにすることも可能である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置において、前記検出手段は、前記排気浄化装置に導入される排気の温度の検出値と前記触媒床温の検出値との偏差に基づいて前記昇温度合を検出することをその要旨とする。
【００１２】
還元剤導入時の触媒床温の昇温度合は、排気浄化装置に導入される排気の温度の検出値と触媒床温の検出値との偏差に基づいて容易に検出することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置において、前記推定手段による前記硫黄堆積度合の推定は、前記排気浄化装置に導入される排気の温度が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のライトオフ温度域にあるときの前記検出手段による前記昇温度合の検出結果に基づいて行なわれることをその要旨としている。
【００１３】
排気浄化装置に導入される排気の温度を徐々に上昇させていくと、導入される排気の温度がある温度域となると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が活性化して触媒床温が急激に上昇する。上記のＮＯｘ吸蔵還元触媒のライトオフ温度域とは、こうした温度域のことを言う。ところで、こうしたライトオフ温度域では、還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温が顕著となる。そのため、排気浄化装置に導入される排気の温度がＮＯｘ吸蔵還元触媒のライトオフ温度域にあるときの還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温度合に基づくこととすれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合をより的確に推定することができるようになる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置において、前記推定手段による前記硫黄堆積度合の推定は、前記触媒床温を昇温させる制御の実施中における前記検出手段の前記昇温度合の検出結果に基づいて行われることをその要旨としている。
【００１５】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える排気浄化装置では、例えば排気浄化装置に捕集された微粒子物質（ＰＭ）を除去するためのＰＭ再生制御、触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するためのＮＯｘ還元制御などの制御が実施される。こうした制御の実施中には、還元剤の導入による触媒床温の昇温がなされるため、それに併せて上述した態様での硫黄堆積度合の推定を行うことが可能となる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置において、前記推定手段による前記硫黄堆積度合の推定は、前記排気浄化装置に捕集された微粒子物質を除去するためのＰＭ再生制御の実施中における前記検出手段の前記昇温度合の検出結果に基づいて行われることをその要旨としている。
【００１７】
上記のようなＰＭ再生制御の実施中には、還元剤の導入による触媒床温の昇温が積極的に行われる。そのため、こうしたＰＭ再生制御の実施に併せて上述した態様での硫黄堆積度合の推定を好適に行うことができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置において、前記推定手段は、前記昇温度合が規定の被毒判定値以下であるときに前記排気浄化装置の硫黄堆積度合が大きいと推定することをその要旨としている。
【００１９】
上述したように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積量が多くなると、触媒の低温活性能が低下するため、未燃燃料成分などの還元剤が導入されたときの触媒床温の昇温度合が低下する。そのため、還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温度合が規定の判定値以下であるか否かによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合が大きいか否かを推定することができるようになる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置において、前記被毒判定値は、前記排気浄化装置に導入される排気の流量が多いときほど、小さい値に設定されることをその要旨としている。
【００２１】
排気浄化装置に導入される排気の温度が同じでも、導入される排気の流量が多いときほど、触媒床温は昇温し難くなる。したがって、排気浄化装置に導入される排気の流量が多いときほど、上記被毒判定値を小さい値に設定することで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合が大きいか否かの推定をより適切に行うことができるようになる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置において、前記被毒判定値は、前記排気浄化装置に導入される排気の温度が高いときほど、大きい値に設定されることをその要旨としている。
【００２３】
排気浄化装置に導入される排気の温度が高いときほど、触媒床温は高くなる。したがって、排気浄化装置に導入される排気の温度が高いときほど、上記被毒判定値を大きい値に設定することで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合が大きいか否かの推定をより適切に行うことができるようになる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の硫黄堆積度合推定装置において、前記検出手段は、前記排気浄化装置の各部位の前記触媒床温の昇温度合をそれぞれ検出し、前記推定手段は、それらの検出された各部位の前記触媒床温の昇温度合にそれぞれ基づいて前記排気浄化装置の各部位の硫黄堆積度合をそれぞれ個別に推定することをその要旨としている。
【００２５】
上記構成では、硫黄堆積度合の推定が、排気浄化装置の部位毎に個別に行われる。したがって、硫黄堆積度合を排気浄化装置の部位毎に推定することが、ひいては排気浄化装置の硫黄堆積分布を推定することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置を具体化した一実施の形態を、図１〜図６を参照して詳細に説明する。
図１に、本実施の形態に係る排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置の適用されるディーゼル機関の構成を模式的に示す。同図に示すようにディーゼル機関は、吸気通路１０、燃焼室１１及び排気通路１２を備えて構成されている。吸気通路１０を通じて外気が導入される燃焼室１１には、インジェクタ１３が設置され、このインジェクタ１３より噴射された燃料がその内部で燃焼されるようになっている。そしてその燃焼により発生した排気は、排気通路１２へと排出されるようになっている。排気通路１２には、その上流側から順に、排気中に燃料を添加するための燃料添加弁１４、排気の温度を検出する排気温センサ１５、及び排気浄化装置１６が設置されている。なお排気浄化装置１６の上流に設けられた排気温センサ１５によっては、排気浄化装置１６に導入される排気の温度が検出されることになる。
【００２７】
排気浄化装置１６には、その内部にＮＯｘ吸蔵還元触媒が担持されており、このＮＯｘ吸蔵還元触媒は、酸化雰囲気では、排気中のＮＯｘをその内部に吸蔵し、当量点及び還元雰囲気では、吸蔵したＮＯｘを還元するものとなっている。なおこの排気浄化装置１６は、排気中の微粒子物質（ＰＭ）を捕集するフィルタとしても機能するように構成されている。
【００２８】
こうした排気浄化装置１６の内部には、複数（ｎ個）の温度センサ（床温センサＳ１〜Ｓｎ）が、その内部における排気の流れ方向に等間隔に配置されている。そしてそれらの床温センサＳ１〜Ｓｎにより、排気浄化装置１６の各部位の触媒床温がそれぞれ個別に検出されるようになっている。
【００２９】
こうしたディーゼル機関の制御は、電子制御ユニット１７により行われる。電子制御ユニット１７は、機関制御に係る各種演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、機関制御用のプログラムやデータが予め記憶されたリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、信号の入出力を行う入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を備えて構成されている。こうした電子制御ユニット１７の入力ポートには、上記排気温センサ１５や床温センサＳ１〜Ｓｎに加え、例えば機関回転速度を検出するＮＥセンサ１８やアクセル操作量を検出するアクセルセンサ１９等のディーゼル機関の運転状況を検出する各種のセンサが接続されている。電子制御ユニット１７は、こらセンサの検出結果に基づいて、インジェクタ１３の燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御等の各種制御を実施する。
【００３０】
なおこのディーゼル機関では、電子制御ユニット１７は、排気浄化装置１６に係る制御として、ＮＯｘ還元制御、ＰＭ再生制御、硫黄放出制御等を実施する。ＮＯｘ還元制御は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するための制御であり、燃料添加弁１４からの燃料添加を通じて還元剤となる未燃燃料成分を排気に供給することで行われる。またＰＭ再生制御は、排気浄化装置１６に捕集されたＰＭを除去するための制御であり、燃料添加弁１４からの燃料添加を通じてＰＭを除去可能な温度まで触媒床温を上昇させ、捕集されたＰＭを燃焼させることで行われる。更に硫黄放出制御は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に堆積されたＳＯｘを放出させるための制御であり、ＳＯｘを放出可能な温度（６００℃以上）まで触媒床温を上昇させて、燃料添加弁１４からの燃料添加を通じて還元剤となる未燃燃料成分を排気に供給することで行われる。
【００３１】
さて本実施の形態では、上記のような硫黄放出制御の実施タイミングや実施期間等を決定するため、排気浄化装置１６のＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合の推定を行うようにしている。本実施の形態では、こうした硫黄堆積度合の推定を、還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温度合に基づいて行うようにしている。
【００３２】
こうした推定の原理は、次の通りである。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、還元剤（ＨＣやＣＯといった未燃燃料成分）が導入されると、還元反応により発熱する。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒床温は、還元剤の導入に伴い上昇するようになる。ここでＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積量が多くなると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の低温活性能が低下してしまうようになり、還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温が鈍くなる。したがって、図２に示すように、還元剤導入時の触媒床温の昇温代（昇温量）が小さくなるほど、硫黄堆積量が多いと推定することができる。
【００３３】
なお、こうした還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温度合に基づく硫黄堆積度合の推定は、以下のような排気温度条件のもとで行うことが望ましい。図３は、排気温度と触媒床温との関係を示している。同図に示すように、排気浄化装置１６に導入される排気の温度を徐々に上昇させていくと、導入される排気の温度がある温度（例えば２００℃）を超えると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が活性化して触媒床温が急激に上昇する。こうした触媒床温の急激な上昇が生じる温度域（例えば２００〜３００℃の温度域）は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のライトオフ温度域と呼ばれる。こうしたライトオフ温度域では、還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温が顕著となる。そのため、排気浄化装置１６に導入される排気の温度がＮＯｘ吸蔵還元触媒のライトオフ温度域にあるときの還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温度合に基づくこととすれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合をより的確に推定することができるようになる。
【００３４】
また上記のような硫黄堆積度合の推定は、触媒床温を大きく昇温させる制御が実施されているときに行うことが好ましい。こうした制御の実施中には、還元剤の導入による触媒床温の昇温がなされるため、それに併せて上述した態様での硫黄堆積度合の推定を行うことが可能となる。またこのような制御の実施中であれば、硫黄堆積度合による触媒床温の床温度合の差異が顕著に現われる。例えば上述したＰＭ再生制御の実施中には、還元剤の導入による触媒床温の昇温が積極的に行われるため、触媒床温の昇温度合に基づく硫黄堆積度合の推定を的確に行うことができる。
【００３５】
そこで本実施の形態では、排気浄化装置１６に導入される排気の温度がＮＯｘ吸蔵還元触媒のライトオフ温度域にあり、且つＰＭ再生制御が実施されているときに、上記態様での触媒床温の昇温度合に基づく硫黄堆積度合の推定を行うようにしている。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合を的確に推定することができるようになっている。
【００３６】
なお、上述したように本実施の形態では、上記各床温センサＳ１〜Ｓｎによって排気浄化装置１６の各部位の触媒床温の昇温度合をそれぞれ検出するようにしている。そして本実施の形態では、それらの検出された各部位の触媒床温の昇温度合にそれぞれ基づいて排気浄化装置１６の部位毎の硫黄堆積度合をそれぞれ個別に推定し、それらの推定結果から、排気浄化装置１６の硫黄堆積分布を推定するようにしている。図４は、硫黄堆積度合が小さいとき、及び大きいときのそれぞれにおける排気浄化装置１６の各部位における触媒床温の昇温代の分布態様の例が示されている。なお同図のグラフ横軸における「Ｐ１」、「Ｐ２」、「Ｐ３」、…「Ｐｎ−１」、「Ｐｎ」はそれぞれ、床温センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…Ｓｎ−１、Ｓｎの設置位置を示している。同図の例では、硫黄堆積の進行に応じて、排気浄化装置１６の前端側の部位における触媒床温の昇温代が顕著に低下しており、そうした前端側の部位において硫黄堆積が特に進行した状態となっている。
【００３７】
また本実施の形態では、こうした硫黄堆積量の推定結果に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の現時点のＮＯｘ吸蔵能（吸蔵可能なＮＯｘの量）の推定も併せ行うようにしている。現時点のＮＯｘ吸蔵能は、硫黄堆積が無い状態でのＮＯｘ吸蔵還元触媒の本来のＮＯｘ吸蔵能から硫黄堆積によるＮＯｘ吸蔵能の低下分を差し引いたものとして求めることができる。そのため、硫黄堆積量の推定結果からは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の現時点のＮＯｘ吸蔵能を併せ推定することが可能である。
【００３８】
なお本実施の形態では、上記のような排気浄化装置１６各部位の触媒床温の昇温代に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積が許容可能なレベルを超えて進行しているか否かを判定するようにしている。この判定は、各部位の触媒床温の昇温代が規定の被毒判定値以下であるか否かにより行うようにしている。より具体的には、排気浄化装置１６の各部位のいずれかにおける触媒床温の昇温代が上記被毒判定値以下であれば、許容可能なレベルを超えた硫黄堆積が発生していると判定するようにしている。
【００３９】
ちなみに本実施の形態では、上記被毒判定値を、排気浄化装置１６に導入される排気の温度及び流量に応じて可変設定するようにしている。ここでの被毒判定値の設定は、図５に示されるような、排気浄化装置１６に導入される排気の温度及び流量に基づく演算マップを用いて行なわれる。なお本実施の形態では、排気浄化装置１６に導入される排気の流量は、上記ＮＥセンサ１８により検出される機関回転速度と上記インジェクタ１３の燃料噴射量から把握される機関負荷とに基づいて推定して求めるようにしている。
【００４０】
この演算マップは、排気浄化装置１６に導入される排気の温度が低いときほど、或いは排気浄化装置１６に導入される排気の流量が多いときほど、被毒判定値が小さい値となるように設定されている。触媒床温は、排気浄化装置１６に導入される排気の温度が高いときほど高くなり易く、また導入される排気の流量が多いときほど高くなり難くなる。そのため、上記態様で被毒判定値を設定すれば、排気浄化装置１６に導入される排気の温度や流量に応じて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合が大きいか否かの、すなわち硫黄被毒が進行した状態にあるか否かの推定を適切に行うことができるようになる。
【００４１】
なお触媒床温の昇温傾向は、排気浄化装置１６の部位により異なることがある。そうした部位毎の昇温傾向の差異が顕著な場合には、上記のような演算マップを排気浄化装置１６の部位毎にそれぞれ設け、被毒判定値を排気浄化装置１６の部位毎に個別に設定するようにするようにしても良い。
【００４２】
さて本実施の形態では、上記のような判定により、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積が許容可能なレベルを超えて進行していることが確認されたときには、ＮＯｘ還元制御やＰＭ再生制御、硫黄放出制御といった各排気浄化制御の実施態様を変更するようにしている。例えば硫黄堆積によってＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能が低下したときには、ＮＯｘ還元制御の実施間隔を短くするようにしている。また硫黄堆積が進行するとＮＯｘ吸蔵還元触媒の低温活性能が低下してＮＯｘの還元反応が低下するため、硫黄堆積量が多いと推定されたときには、ＮＯｘ還元制御の実行時間を長くしたり、ＮＯｘ還元制御中の排気への燃料の添加量や添加回数を増加させたりするようにもしている。更にＰＭ再生制御においては、硫黄堆積量が多いと推定されたときには、制御中の触媒床温の目標温度をより高くして、制御中の硫黄放出を促すようにしている。加えて硫黄堆積量が多いと推定されたときには、硫黄放出制御の実施時期を早めたり、同制御の実行時間を長くしたり、といった同制御の実施態様の変更を行うようにもしている。
【００４３】
また本実施の形態では、排気浄化装置１６の前端側の部位の硫黄堆積量が特に多いことが推定されたときには、触媒端面焼き尽し制御を実施するようにもしている。この触媒端面焼き尽し制御は本来、ＰＭによる排気浄化装置１６の前端面の詰りを解消するために行われる制御であり、排気中への燃料添加の間隔を適宜に調整することで、排気浄化装置１６の前端面を集中的に昇温させることで行われる。ここでは、こうした制御により、排気浄化装置１６の前端面及びその近傍の触媒床温を高め、そうして部位に堆積した硫黄を放出させるようにしている。
【００４４】
図６は、こうした本実施の形態での硫黄堆積度合の推定を行うための硫黄堆積度合推定ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、ディーゼル機関の運転中、電子制御ユニット１７により、周期的に繰り返し実施されるようになっている。
【００４５】
さて本ルーチンが開始されると、電子制御ユニット１７はまずステップＳ１０及びＳ２０において、硫黄堆積度合の推定の実施条件が成立しているか否かを確認する。より詳しくは、このときの電子制御ユニット１７は、排気浄化装置１６に導入される排気の温度がＮＯｘ吸蔵還元触媒のライトオフ温度域に有り、且つＰＭ再生制御の実施中であるか否かを確認する。ここで上記排気の温度がライトオフ温度域に無かったり（Ｓ１０：ＮＯ）、ＰＭ再生制御の実施中で無かったり（Ｓ２０：ＮＯ）したときには、電子制御ユニット１７はそのまま今回の本ルーチンの処理を終了する。
【００４６】
一方、硫黄堆積度合の推定の実施条件が成立していれば（Ｓ１０：ＹＥＳ、且つＳ２０：ＹＥＳ）、電子制御ユニット１７は、ステップＳ３０において、そのときの上記各床温センサＳ１〜Ｓｎの検出する排気浄化装置１６の各部位の触媒床温Ｔ１〜Ｔｎを取得する。そしてその取得した各部位の触媒床温Ｔ１〜Ｔｎと排気浄化装置１６に導入される排気の温度Ｔｅｘとの差をそれぞれ求め、各部位の触媒床温の昇温代ΔＴ１〜ΔＴｎ（＝Ｔｉ−Ｔｅｘ：「ｉ」は「１」から「ｎ」までの整数）を算出する。
【００４７】
続いて電子制御ユニット１７はステップＳ４０において、図５に示したような演算マップを用いて、排気浄化装置１６に導入される排気の温度及び流量に基づいて、被毒判定値を算出する。そしてステップＳ５０において電子制御ユニット１７は、先に算出した各部位の触媒床温の昇温代ΔＴｉ（ΔＴ１〜ΔＴｎ）とこの被毒判定値との比較により、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積が許容可能なレベルを超えて進行しているか否かを確認する。より具体的には、ここでは電子制御ユニット１７は、排気浄化装置１６各部位の触媒床温の昇温代ΔＴ１〜ΔＴｎのうち、被毒判定値以下のものがいずれか１つでもあれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積が許容可能なレベルを超えて進行していると判定するようにしている。
【００４８】
ここで電子制御ユニット１７は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積が許容可能な範囲に留まっているのであれば（Ｓ５０：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理を一旦終了する。一方、そうでなければ（Ｓ５０：ＹＥＳ）、電子制御ユニット１７はステップＳ６０において、先に算出した触媒床温の昇温代ΔＴｉ（ΔＴ１〜ΔＴｎ）に基づいて、排気浄化装置１６の各部位の硫黄堆積量、硫黄堆積分布、及び現時点のＮＯｘ吸蔵能を算出して本ルーチンの処理を終了する。なおこうして算出された硫黄堆積量、硫黄堆積分布、及び現時点のＮＯｘ吸蔵能によっては、上述したようにＮＯｘ還元制御やＰＭ再生制御、硫黄放出制御といった各排気浄化制御の実施態様が変更されることになる。
【００４９】
なお、こうした本実施の形態では、排気温センサ１５及び床温センサＳ１〜Ｓｎが、還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温度合を検出する上記「検出手段」に対応する構成となっている。また電子制御ユニット１７により実施される上記硫黄堆積度合推定ルーチンのステップＳ５０，Ｓ６０の処理が、上記「推定手段」の行う処理に相当している。
【００５０】
以上説明した本実施形態の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置によれば、次の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、還元剤の導入に伴うＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒床温の昇温度合を検出するとともに、その検出された触媒床温の昇温度合に基づいて、より具体的には排気浄化装置１６に導入される排気の温度の検出値と触媒床温の検出値との偏差に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄推定度合を推定するようにしている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積量が多くなると、触媒の低温活性能が低下するため、未燃燃料成分などの還元剤が導入されたときの触媒床温の昇温度合が低下する。そのため、還元剤導入時の触媒床温の昇温度合により、排気浄化装置１６の硫黄堆積度合を推定することができる。具体的には、還元剤導入時の触媒床温の昇温度合が小さいときほど、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合が大きいと推定することができる。こうした推定手法によれば、その時点の触媒床温の昇温度合の検出結果から硫黄堆積度合が直接推定されるため、積算処理は行われず、またその積算処理の結果として誤差が積み上げられることもない。したがって本実施の形態によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合をより正確に推定することができるようになる。
【００５１】
（２）本実施の形態では、排気浄化装置１６に導入される排気の温度がＮＯｘ吸蔵還元触媒のライトオフ温度域にあるときの触媒床温の昇温度合の検出結果に基づいて、上記態様での硫黄堆積度合の推定を行うようにしている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒のライトオフ温度域では、還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温が顕著となる。そのため、そうしたライトオフ温度域での触媒床温の昇温度合に基づいて硫黄堆積度合の推定を行う本実施の形態の排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合をより的確に推定することができるようになる。
【００５２】
（３）本実施の形態では、触媒床温を昇温させる制御、具体的にはＰＭ再生制御の実施中における触媒床温の昇温度合の検出結果に基づいて、上記態様での硫黄堆積度合の推定を行うようにしている。上述した態様での硫黄堆積度合の推定は、ＰＭ再生制御のような、還元剤の導入による触媒床温の昇温がなされる制御の実施に併せて行うことができる。特にＰＭ再生制御の実施中には、還元剤の導入による触媒床温の昇温が積極的に行われるため、硫黄堆積度合の推定を好適に行うことができる。
【００５３】
（４）本実施の形態では、触媒床温の昇温代ΔＴ１〜ΔＴｎが規定の被毒判定値以下であるときに排気浄化装置１６の硫黄堆積度合が許容されるレベルを超えて大きいと推定するようにしている。上述したように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積量が多くなると、触媒の低温活性能が低下するため、未燃燃料成分などの還元剤が導入されたときの触媒床温の昇温度合が低下する。そのため、還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温度合が規定の判定値以下であるか否かによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合が大きいか否かを推定することができるようになる。
【００５４】
（５）本実施の形態では、排気浄化装置１６に導入される排気の流量が多いときほど、被毒判定値を小さい値に設定するようにしている。排気浄化装置１６に導入される排気の温度が同じでも、導入される排気の流量が多いときほど、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒床温は昇温し難くなる。そのため、排気浄化装置１６に導入される排気の流量が多いときほど、上記被毒判定値を小さい値に設定することで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合が大きいか否かの推定をより適切に行うことができるようになる。
【００５５】
（６）本実施の形態では、排気浄化装置に導入される排気の温度が高いときほど、被毒判定値を大きい値に設定するようにしている。排気浄化装置１６に導入される排気の温度が高いときほど、触媒床温は高くなる。そのため、排気浄化装置１６に導入される排気の温度が高いときほど、上記被毒判定値を大きい値に設定することで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合が大きいか否かの推定をより適切に行うことができるようになる。
【００５６】
（７）本実施の形態では、各床温センサＳ１〜Ｓｎによって排気浄化装置１６の各部位の触媒床温の昇温度合をそれぞれ検出し、それらの検出された各部位の触媒床温の昇温度合にそれぞれ基づいて排気浄化装置１６の部位毎の硫黄堆積度合をそれぞれ個別に推定するようにしている。そのため、硫黄堆積度合を排気浄化装置１６の部位毎に推定することが、ひいては排気浄化装置１６の硫黄堆積分布を推定することができるようになる。
【００５７】
（８）本実施の形態では、推定された硫黄堆積度合に応じて、ＮＯｘ還元制御やＰＭ再生制御、硫黄放出制御といった各排気浄化制御の実施態様を変更するようにしている。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合に応じて各排気浄化制御を的確に実施することができるようになり、エミッションの悪化の回避や、触媒床温の制御性の悪化の抑制、触媒の機能不全の防止を図ることができるようになる。
【００５８】
（９）本実施の形態では、硫黄堆積によりＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能が低下したと推定されたときには、ＮＯｘ還元制御の実施間隔を短くするようにしている。そのため、硫黄堆積によりＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能が低下したときにも、それ以上のＮＯｘを吸蔵不能となる前にＮＯｘ還元制御を実施することができるようになる。
【００５９】
（１０）本実施の形態では、硫黄堆積量が多いと推定されたときには、ＮＯｘ還元制御の実行時間を長くしたり、ＮＯｘ還元制御中の排気への燃料の添加量や添加回数を増加させたりするようにしている。そのため、硫黄堆積によるＮＯｘ吸蔵還元触媒の低温活性能の低下に拘わらず、触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元浄化を的確に行うことができるようになる。
【００６０】
（１１）本実施の形態では、硫黄堆積量が多いと推定されたときには、ＰＭ再生制御における触媒床温の目標温度をより高くするようにしている。これにより、ＰＭ再生制御の実施中に硫黄放出を促すことができ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に堆積した硫黄成分をＰＭ再生制御中にも好適に放出させることができるようになる。
【００６１】
（１２）本実施の形態では、硫黄堆積量が多いと推定されたときには、硫黄放出制御の実施時期を早めたり、同制御の実行時間を長くしたり、するようにしている。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の過剰な硫黄堆積を好適に抑制することができるようになる。
【００６２】
なお上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、各床温センサＳ１〜Ｓｎによって排気浄化装置１６の各部位の触媒床温の昇温度合をそれぞれ検出し、それらの検出された各部位の触媒床温の昇温度合にそれぞれ基づいて排気浄化装置１６の各部位における硫黄堆積度合をそれぞれ個別に推定するようにしていた。もっとも、排気浄化装置１６の硫黄堆積分布まで推定する必要がないのであれば、床温センサを排気浄化装置１６に一つだけ設置し、排気浄化装置１６全体の硫黄堆積量の推定のみを行うようにしても良い。
【００６３】
・上記実施の形態では、排気浄化装置１６に導入される排気の温度及び流量に基づいて被毒判定値を可変設定するようにしていたが、上記排気の温度又は流量が触媒床温の床温傾向に与える影響が小さい場合には、影響の小さい方を除いた、排気の温度及び流量のいずれか一方のみに基づいて被毒判定値の設定を行うようにしても良い。また双方の影響が小さい場合には、被毒判定値を可変設定せずに、固定値としても良い。
【００６４】
・上記実施の形態では、還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温度合から、硫黄堆積量や硫黄堆積分布、現時点のＮＯｘ吸蔵能、及び許容可能なレベルを超えた硫黄堆積の発生の推定をそれぞれ行うようにしていた。もっとも、必要がないのであれば、上記推定のいずれか１つ若しくは複数を省略し、必要な推定のみを行うようにしても良い。例えば、上記実施の形態では、硫黄堆積量を推定し、その推定結果に基づいて現時点のＮＯｘ吸蔵能を推定するようにしていたが、硫黄堆積量の推定を行わずに、還元剤の導入に伴う触媒床温の昇温度合から現時点のＮＯｘ吸蔵能を直接推定するようにしても良い。
【００６５】
・上記実施の形態では、ＰＭ再生制御の実施中に、排気浄化装置１６の硫黄堆積度合の推定を行うようにしていた。もっとも、還元剤の導入により触媒床温が昇温される状況であれば、同様の態様での硫黄堆積度合の推定を行うことが可能である。例えばＮＯｘ還元制御の実施中にも、制御中の触媒床温の目標温度は、ＰＭ再生制御時よりも低いものの、還元剤の導入による触媒床温の昇温が図られるため、そのときの触媒床温の昇温度合に基づく硫黄堆積度合の推定を行うことが可能ではある。
【００６６】
・上記実施の形態では、排気浄化装置１６に導入される排気の温度がＮＯｘ吸蔵還元触媒のライトオフ温度域にあるときに、硫黄堆積度合の推定を行うようにしていた。ただし、硫黄堆積度合に応じた触媒床温の昇温傾向の差異が、上記ライトオフ温度域ほど顕著ではないものの、他の温度域において硫黄堆積度合の推定を行うことも可能ではある。したがって、排気浄化装置１６に導入される排気の温度が上記ライトオフ温度域となる頻度が少ないような場合には、ライトオフ温度域以外の温度域においても硫黄堆積度合の推定を行うようにしても良い。
【００６７】
・上記実施の形態では、排気浄化装置１６に導入される排気の温度の検出値（Ｔｅｘ）と触媒床温の検出値（Ｔ１〜Ｔｎ）との偏差として触媒床温の昇温代ΔＴ１〜ΔＴｎを算出し、その算出した昇温代ΔＴ１〜ΔＴｎに基づいてＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄堆積度合を推定するようにしていた。もっとも、推定を行うときの排気浄化装置１６に導入される排気の温度をほぼ一定とすれば、検出した触媒床温から硫黄堆積度合を直接推定することも可能である。
【００６８】
・上記実施の形態では、ディーゼル機関に設置される排気浄化装置に本発明を適用した場合を説明したが、酸化雰囲気では排気の窒素酸化物を吸蔵し、還元雰囲気ではその吸蔵した窒素酸化物を還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える排気浄化装置であれば、ディーゼル機関以外の内燃機関に設置される排気浄化装置にも本発明は同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係る排気浄化装置の硫黄堆積度合推定装置の一実施形態についてその適用されるディーゼル機関の構成を模式的に示す略図。
【図２】還元剤導入時のＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒床温の昇温代と硫黄堆積量との関係を示すグラフ。
【図３】排気浄化装置に導入される排気の温度とＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒床温との関係を示すグラフ。
【図４】硫黄堆積度合が小のときと大のときとのそれぞれにおける排気浄化装置各部位の触媒床温の昇温代の分布を示すグラフ。
【図５】上記実施形態に採用される被毒判定値の演算マップにおける排気流量及び排気温度と硫黄被毒判定値との関係を示すグラフ。
【図６】上記実施形態に採用される硫黄堆積度合推定ルーチンの処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７０】
１０…吸気通路、１１…燃焼室、１２…排気通路、１３…インジェクタ、１４…燃料添加弁、１５…排気温センサ、１６…排気浄化装置、１７…電子制御ユニット、１８…ＮＥセンサ、１９…アクセルセンサ、Ｓ１〜Ｓｎ…床温センサ。
【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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