JP5665015B2

JP5665015B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP5665015B2
Application number: JP2011241039A
Authority: JP
Inventors: 紘章梅田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2031-11-02
Also published as: DE102012110380A1; JP2013096331A; DE102012110380B4

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

近年の環境保護を重要視する傾向のなかで、自動車等に搭載された内燃機関からの排気を浄化する技術は必須である。例えばディーゼルエンジンにおいては、排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を排気から除去することが必要である。この目的のために、排気管の途中にＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬｅａｎＮＯｘＴｒａｐ，ＬＮＴ）が装備される。

ディーゼルエンジンにおいて基本となるリーン状態の間にＬＮＴにＮＯｘが吸蔵され、時間的な間隔をおいてリッチ状態に変更されたときにＬＮＴに吸蔵されたＮＯｘが燃料成分と反応して還元されて無害な窒素となって排出される。ＮＯｘを吸蔵するための吸蔵剤として例えばバリウムなどがＬＮＴに担持される。

しかしＬＮＴにおいては、本来ＮＯｘを吸蔵するための吸蔵剤が燃料中の硫黄成分と結合してしまい、ＬＮＴのＮＯｘ吸蔵性能が低減する硫黄被毒あるいはＳ被毒と呼ばれる現象が発生する。このＳ被毒からＬＮＴを再生するために、ＬＮＴをリッチ雰囲気にするリッチ制御を間欠的に実行するＳ被毒再生（Ｓ再生）制御を、Ｓ被毒が進行した度ごとに行わなければならない。

Ｓ再生制御ではリッチ雰囲気にするために燃料を消費し、さらにディーゼルエンジンでは排ガス温度も低いのでＳ再生制御中に高温にするためにも余分に燃料を消費する。したがってＳ再生が完了したかどうかを精度よく判定してＳ再生が完了したら迅速にＳ再生制御を終了すれば燃費悪化が抑制できる。

従来のＳ再生の終了判定方法としては、下記特許文献１に開示された方法がある。この方法では、リッチ制御期間中におけるＬＮＴの下流と上流のＡ／Ｆ値を検出し、その差分値が所定値を下回ったらＳ再生制御を終了する。ＬＮＴ下流と上流のＡ／Ｆ差分値を用いることにより、燃料のＳ濃度変化に伴うＳ被毒量のばらつきやＳ再生中のＳ放出量のばらつきの影響を受けずに、適切にＳ再生制御の終了が判定できる。

特開２００９−４７０８６号公報

リッチ制御時にはＬＮＴ内部でＨ２（水素分子）が生成されることが知られている。したがってＬＮＴ下流にリッチガスがすり抜けるとき、ＬＮＴ下流のリッチガスにＨ２が含まれる。発明者の知見によれば、このＨ２がＬＮＴ下流のＡ／Ｆセンサの計測誤差を引き起こす。その誤差の程度はＨ２量により変化する。こうして発生する誤差の影響を低減すれば、例えば上記特許文献１におけるＳ再生終了判定がさらに高精度になると考えられる。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、ＬＮＴ上下流のＡ／Ｆ検出値を用いてＳ再生終了判定を行う際に、リッチ制御中にＬＮＴ内部で生成されるＨ２量に応じてＬＮＴ下流のＡ／Ｆ検出値を補正することにより、高精度にＳ再生制御の終了判定が行える内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記課題を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、高回転数あるいは高負荷であるほどスモーク排出量を減らすように変化させる制御を行う内燃機関の排気通路に備えられてＮＯｘの吸蔵および還元を行う触媒部と、その触媒部に吸蔵された硫黄を放出可能な温度まで触媒部を昇温する昇温制御と、前記触媒部に吸蔵された硫黄が放出されるように前記触媒部を通過する排気を燃料過剰にするリッチ制御と、を交互に繰り返す再生制御を行う再生手段と、前記触媒部の上流および下流における空燃比を検出する検出手段と、前記触媒部の温度を取得する第１取得手段と、前記第１取得手段が取得した触媒部の温度に応じて、前記触媒部で発生するＨ２の影響を打ち消すように、前記検出手段で検出された触媒部下流の空燃比を前記内燃機関が低回転数あるいは低負荷であるほど大きくリーン側に補正する補正手段と、前記リッチ制御期間中における、前記検出手段により検出された触媒部上流の空燃比と、前記補正手段により補正された触媒部下流の空燃比と、を用いて前記再生手段による再生制御の終了を判定する判定手段と、を備え、前記補正手段は、前記内燃機関の回転数と負荷相当量とのうちの少なくとも一方に基づいて前記触媒部で生成されるＨ２量を推定する第１推定手段と、その第１推定手段で推定されたＨ２量に応じて、前記検出手段で検出された触媒部下流の空燃比を補正する第１副補正手段と、を備えたことを特徴とする。

これにより本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯｘの吸蔵と還元を行う触媒部の上下流の空燃比を用いて触媒部の再生制御の終了を判定する際に、触媒部の温度に応じて、触媒部で発生するＨ２の影響を打ち消すように、触媒部下流の空燃比を補正する。したがって適切に補正された触媒部下流の空燃比の検出値を用いて、触媒部の温度により触媒部で発生するＨ２量が異なることの影響を受けることなく高精度に触媒部の再生終了が判定できる。

また前記補正手段は、前記内燃機関の回転数と負荷相当量とのうちの少なくとも一方に基づいて前記触媒部で生成されるＨ２量を推定する第１推定手段と、その第１推定手段で推定されたＨ２量に応じて、前記検出手段で検出された触媒部下流の空燃比を補正する第１副補正手段と、を備えたとしてもよい。

この発明によれば、ＮＯｘの吸蔵と還元を行う触媒部の上下流の空燃比を用いて触媒部の再生制御の終了を判定する際に、内燃機関の回転数あるいは負荷相当量により推定された触媒部でのＨ２生成量に応じて、触媒部下流の空燃比を補正する。したがって適切に補正された触媒部下流の空燃比の検出値を用いて、内燃機関の回転数あるいは負荷相当量により触媒部で発生するＨ２量が異なることの影響を受けることなく高精度に触媒部の再生終了が判定できる。

また前記補正手段は、前記リッチ制御中に前記内燃機関から排出されるＣＯ量およびＨＣ量を取得する第２取得手段と、その第２取得手段で取得されたＣＯ量およびＨＣ量に基づいて、前記触媒部で生成されるＨ２量を推定する第２推定手段と、その第２推定手段で推定されたＨ２量に応じて、前記検出手段で検出された触媒部下流の空燃比を補正する第２副補正手段と、を備えたとしてもよい。

この発明によれば、ＮＯｘの吸蔵と還元を行う触媒部の上下流の空燃比を用いて触媒部の再生制御の終了を判定する際に、内燃機関から排出されるＣＯ量およびＨＣ量により推定された触媒部でのＨ２生成量に応じて、触媒部下流の空燃比を補正する。したがって適切に補正された触媒部下流の空燃比の検出値を用いて、内燃機関から排出されるＣＯ量およびＨＣ量により触媒部で発生するＨ２量が異なることの影響を受けることなく高精度に触媒部の再生終了が判定できる。

また前記補正手段は、前記触媒部を通過する排気量を取得する第３取得手段と、その第３取得手段で取得された排気量に基づいて、前記触媒部で生成されるＨ２量を推定する第３推定手段と、その第３推定手段で推定されたＨ２量に応じて、前記検出手段で検出された触媒部下流の空燃比を補正する第３副補正手段と、を備えたとしてもよい。

この発明によれば、ＮＯｘの吸蔵と還元を行う触媒部の上下流の空燃比を用いて触媒部の再生制御の終了を判定する際に、触媒部を通過する排気量により推定された触媒部でのＨ２生成量に応じて、触媒部下流の空燃比を補正する。したがって適切に補正された触媒部下流の空燃比の検出値を用いて、触媒部を通過する排気量により触媒部で発生するＨ２量が異なることの影響を受けることなく高精度に触媒部の再生終了が判定できる。

また前記補正手段は、前記触媒部の熱劣化程度を取得する第４取得手段と、その第４取得手段で取得された熱劣化程度に基づいて、前記触媒部で生成されるＨ２量を推定する第４推定手段と、その第４推定手段で推定されたＨ２量に応じて、前記検出手段で検出された触媒部下流の空燃比を補正する第４副補正手段と、を備えたとしてもよい。

この発明によれば、ＮＯｘの吸蔵と還元を行う触媒部の上下流の空燃比を用いて触媒部の再生制御の終了を判定する際に、触媒部の熱劣化程度により推定された触媒部でのＨ２生成量に応じて、触媒部下流の空燃比を補正する。したがって適切に補正された触媒部下流の空燃比の検出値を用いて、触媒部の熱劣化程度により触媒部で発生するＨ２量が異なることの影響を受けることなく高精度に触媒部の再生終了が判定できる。

また前記判定手段は、間欠的に実行されるリッチ制御において前記補正手段により補正された触媒部下流の空燃比と前記検出手段により検出された触媒部上流の空燃比との差分値が所定値以下となることが、複数回のリッチ制御で連続して発生した場合に、前記再生制御の終了を判定する副判定手段を備えたとしてもよい。

この発明によれば、触媒部上下流の空燃比の差分値が所定値以下となることが複数回のリッチ制御で連続して起こったら、触媒部の再生制御を終了する。したがって例えば触媒部の下流の空燃比の検出値に定常的なドリフトが生じた場合にも適切に終了判定できる。

本発明における排気浄化システムの一実施例における構成図。ＬＮＴのＳ再生制御の終了判定処理の例を示すフローチャート。図２に続くフローチャート。ＬＮＴで生成されるＨ２量とＬＮＴ下流Ａ／Ｆ値の補正量との関係の例を示す図。ＬＮＴの温度とＬＮＴで生成されるＨ２量との関係の例を示す図。エンジンから排出されるＣＯ量、ＨＣ量とＬＮＴで生成されるＨ２量との関係の例を示す図。エンジンの運転状態とエンジンから排出されるＣＯ量、ＨＣ量との関係の例を示す図。ＬＮＴを通過する排気ガス流速とＬＮＴで生成されるＨ２量との関係の例を示す図。ＬＮＴの熱劣化程度とＬＮＴで生成されるＨ２量との関係の例を示す図。ＬＮＴのＳ再生制御時における各種数値の時間的推移の例を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る排気浄化システム１（以下、システム）の一実施例における概略構成図である。

システム１は、ディーゼルエンジン２（以下、エンジン）に対して構成されているとする。エンジン２に吸気管３が接続されており、吸気管３からエンジン２に空気が供給される。またエンジン２に接続された排気管４へ排気が排出される。電子制御装置６（ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）によりエンジン２の燃料噴射をはじめとする従来からある多様な制御、さらに本発明に関わる制御が行われる。吸気管３にはエアフローメータ３０が装備されて、吸気量（例えば単位時間あたりの吸気流量）が計測される。

排気管４にはＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ）５が装備されている。ＬＮＴ５は、例えば内部に複数の通路が形成され、通路の壁面にＮＯｘの吸蔵のための吸蔵剤、ＮＯｘの還元のための触媒が担持された構造とすればよい。リーン雰囲気において吸蔵剤に排ガス中のＮＯｘが吸蔵され、エンジン２の燃料噴射もしくはＬＮＴ５の上流に装着された添加弁から燃料が添加されてリッチ雰囲気になると吸蔵されたＮＯｘが窒素に還元されて排出されることにより排気浄化を行う。

ＬＮＴ５の上流側と下流側にはＡ／Ｆセンサ４０、４１が配置されている。Ａ／Ｆセンサ４０、４１で検出（計測）されたＡ／Ｆ値（空燃比値）はＥＣＵ６へ送られる。またＬＮＴ５の上流側と下流側には排気温度センサ４２、４３が配置されている。排気温度センサ４２、４３で検出（計測）された排気温度もＥＣＵ６へ送られる。なお本実施例におけるＬＮＴ５の温度とは、排気温度センサ４２、４３のいずれかの計測値、あるいは両数値の平均値、あるいは排気温度センサ４２、４３のいずれか又は両方とＬＮＴ５温度の数学的モデルとから算出（推定）したＬＮＴ５内部温度の数値などとすればよい。

以上の構成のもとで、システム１はＳ再生制御の終了判定処理を実行する。その具体的な処理手順が図２および図３に示されている。図２及び図３の処理手順は予めプログラム化して例えばメモリ６０に記憶しておき、ＥＣＵ６が呼び出して自動的に実行すればよい。

図２および図３の処理の基本的な流れは、ＬＮＴ５のＳ再生中において間欠的にリッチ制御を行うが、各リッチ制御中にＳ２０からＳ１４０でＬＮＴ上流下流のＡ／Ｆ値（平均値）と、下流Ａ／Ｆ値の補正のための各種数値を取得し、各リッチ制御が終了したらＳ１７０以降でリッチ期間中に取得した情報を用いてＳ再生の終了判定を行う。

具体的に図２の処理では、まずＳ１０でＥＣＵ６は、変数Ｎをゼロに初期化する。この変数Ｎは、後述するとおりＡ／Ｆ計測値などの平均値算出に用いた数値の数を示す変数である。次にＳ２０でＥＣＵ６はリッチ制御が許可されているか否かを判別する。リッチ制御が許可されている場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）はＳ３０に進み、許可されていない場合（Ｓ２０：ＮＯ）はＳ１７０に進む。Ｓ３０に進んだらＥＣＵ６は、例えばポスト噴射や添加弁からの燃料添加により排気の雰囲気をリッチに制御する。

次にＳ４０でＥＣＵ６は、ＬＮＴ６の上流のＡ／Ｆ値（ＡＦ１＿ｎｅｗ）および下流のＡ／Ｆ値（ＡＦ２＿ｎｅｗ）を取得する。これらはそれぞれＡ／Ｆセンサ４０、４１で検出すればよい。

次にＳ５０でＥＣＵ６は、Ｓ４０で検出したＡＦ１＿ｎｅｗおよびＡＦ２＿ｎｅｗが理論空燃比未満であるか否かを判別する。ＡＦ１＿ｎｅｗおよびＡＦ２＿ｎｅｗがともに理論空燃比未満の場合、すなわちリッチ制御の結果ＬＮＴ６の上下流が実際にリッチ雰囲気となった場合（Ｓ５０：ＹＥＳ）はＳ６０に進み、ＡＦ１＿ｎｅｗおよびＡＦ２＿ｎｅｗのいずれかが理論空燃比以上の場合、すなわちＬＮＴ６の上下流がまだリッチ雰囲気になっていない場合（Ｓ５０：ＮＯ）はＳ１５０に進む。

Ｓ６０に進んだらＥＣＵ６は、ＡＦ１＿ｎｅｗとＡＦ１＿ｏｌｄの差分の絶対値、およびＡＦ２＿ｎｅｗとＡＦ２＿ｏｌｄの差分の絶対値が所定値よりも小さいか否かを判別する。ここで、ＡＦ１＿ｏｌｄとＡＦ２＿ｏｌｄとはそれぞれ、Ｓ１０からＳ１４０の手順が繰り返し処理される際の１回前の処理におけるＡＦ１＿ｎｅｗとＡＦ２＿ｎｅｗである。

ＡＦ１＿ｎｅｗとＡＦ１＿ｏｌｄの差分の絶対値、およびＡＦ２＿ｎｅｗとＡＦ２＿ｏｌｄの差分の絶対値が所定値よりも小さい場合（Ｓ６０：ＹＥＳ）はＳ７０に進み、それらの絶対値のいずれかが所定値以上の場合（Ｓ６０：ＮＯ）はＳ１５０に進む。すなわちＳ７０に進んだ場合は、ＬＮＴ６上流および下流のＡ／Ｆ値がともに安定している場合である。

Ｓ７０に進んだらＥＣＵ６は、Ａ／Ｆ計測値が安定していることを示すＡ／Ｆ安定カウンタ（Ｃ＿ＡＦ）を１増やす。続いてＳ８０でＥＣＵ６は、Ｃ＿ＡＦが所定値以上であるか否かを判別する。Ｃ＿ＡＦが所定値以上の場合（Ｓ８０：ＹＥＳ）はＳ９０に進み、Ｃ＿ＡＦが所定値未満の場合（Ｓ８０：ＮＯ）はＳ１６０に進む。

Ｓ９０に進んだ場合はＡ／Ｆ値が落ち着いた期間がある程度の期間、持続したとみなせる場合である。したがってＳ９０でＥＣＵ６は、Ａ／Ｆ安定フラグ（Ｘ＿ｓｔａ）をＯＮにする。続いてＳ１００でＥＣＵ６は、Ｓ再生の終了判定のために、ＬＮＴ６の上流のＡ／Ｆ値（ＡＦ１＿ｔｍｐ）および下流のＡ／Ｆ値（ＡＦ２＿ｔｍｐ）を、Ａ／Ｆセンサ４０、４１で検出する。

次にＳ１１０でＥＣＵ６は、Ｓ１００で取得したＡＦ１＿ｔｍｐおよびＡＦ２＿ｔｍｐの平均値ＡＦ１＿ａｖｅおよびＡＦ２＿ａｖｅを算出する（平均化処理）。具体的には例えば次の式を用いればよい。なお周知のとおり←は数値の代入を示す。
ＡＦ１＿ａｖｅ←（Ｎ＊ＡＦ１＿ａｖｅ＋ＡＦ１＿ｔｍｐ）／（Ｎ＋１）
ＡＦ２＿ａｖｅ←（Ｎ＊ＡＦ２＿ａｖｅ＋ＡＦ２＿ｔｍｐ）／（Ｎ＋１）

次にＳ１２０でＥＣＵ６は、ＬＮＴ温度、ＬＮＴ５を通過する排気ガス中のＣＯ量およびＨＣ量、ＬＮＴ５を通過する排気ガスの流速、ＬＮＴ５の熱劣化の度合いに相当する数値を取得する。ここでＬＮＴ５を通過する排気ガスの流速は例えばエアフロメータ３０の検出値とすればよい。またＬＮＴ５の熱劣化の度合いに相当する数値は、ＬＮＴの温度が所定値以上となった積算時間とすればよい（ＥＣＵ６にタイマを備える）。

続いてＳ１３０でＥＣＵ６は、ＬＮＴ温度、ＬＮＴ５を通過する排気ガス中のＣＯ量およびＨＣ量、ＬＮＴ５を通過する排気ガスの流速、ＬＮＴ５の熱劣化の度合いに相当する数値に対して、Ｓ１１０と同様の平均化処理を実行して、Ｘ＿ｓｔａがオンである期間中における、ＬＮＴ温度平均（Ｔ＿ａｖｅ）、ＬＮＴ５を通過する排気ガス中のＣＯ量平均（ＣＯ＿ａｖｅ）およびＨＣ量平均（ＨＣ＿ａｖｅ）、ＬＮＴ５を通過する排気ガスの流速平均（ＳＶ＿ａｖｅ）、ＬＮＴ５の熱劣化の度合い相当値平均（Ｄ＿ａｖｅ）を算出する。

そしてＳ１４０でＥＣＵ６はＮの値を１増分してＳ１０に戻り、Ｓ１０が否定判断（ＮＯ）となるまで上記Ｓ１０からＳ１４０の手順を繰り返す。一方Ｓ１５０に進んだらＥＣＵ６は、Ｃ＿ＡＦをゼロにリセットする。そしてＳ１６０でＡ／Ｆ安定フラグＸ＿ｓｔａをオフにしてＳ１０に戻る。

次に図３に移って、Ｓ１７０に進んだらＥＣＵ６は、Ｎが所定値以上であるか否かを判別する。Ｎが所定値以上の場合（Ｓ１７０：ＹＥＳ）はＳ１８０に進み、Ｎが所定値未満の場合（Ｓ１７０：ＮＯ）はＳ１９０でＮをゼロに初期化した後にＳ１０に戻って、上記処理を繰り返す。Ｓ１８０に進んだらＥＣＵ６は、終了判定演算フラグ（Ｘ＿ｃａｌ）をオンにする。

続いてＳ２００でＥＣＵ６は、Ｓ１３０で算出したＬＮＴ温度平均（Ｔ＿ａｖｅ）、ＬＮＴ５を通過する排気ガス中のＣＯ量平均（ＣＯ＿ａｖｅ）およびＨＣ量平均（ＨＣ＿ａｖｅ）、ＬＮＴ５を通過する排気ガスの流速平均（ＳＶ＿ａｖｅ）、ＬＮＴ５の熱劣化の度合い相当値平均（Ｄ＿ａｖｅ）（のうちの少なくとも１つ）を用いて、ＬＮＴ５で生成されるＨ２量（Ｈ２＿ａｖｅ）を推定する。続いてＳ２１０でＥＣＵ６は、Ｓ２００で推定したＨ２＿ａｖｅを用いて、ＡＦ２＿ａｖｅをＡＦ２＿ｍｏｄに補正する。Ｓ２００およびＳ２１０の処理の詳細は図４から図９を用いて後述する。

続いてＳ２２０でＥＣＵ６はＡＦ２＿ｍｏｄとＡＦ１＿ａｖｅとの差分値をΔＡＦ＿ｄとする。すなわち次式を用いる。
ΔＡＦ＿ｄ←ＡＦ２＿ｍｏｄ−ＡＦ１＿ａｖｅ

次にＳ２３０でＥＣＵ６は、Ｓ２２０で算出したΔＡＦ＿ｄが再生終了上限以下であるか否か、あるいはΔＡＦ＿ｄとΔＡＦ＿ｏｌｄとの差分の絶対値が所定値以下であるか否かを判別する。ここでΔＡＦ＿ｏｌｄは前回のリッチ制御で算出したΔＡＦ＿ｄである。ΔＡＦ＿ｄが再生終了上限以下である、あるいはΔＡＦ＿ｄとΔＡＦ＿ｏｌｄとの差分の絶対値が所定値以下である場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）はＳ２４０に進み、ΔＡＦ＿ｄが再生終了上限より大きく、かつΔＡＦ＿ｄとΔＡＦ＿ｏｌｄとの差分の絶対値が所定値より大きい場合（Ｓ２３０：ＮＯ）はＳ２５０に進む。

Ｓ２４０に進んだ場合は、ΔＡＦ＿ｄが安定した数値であり、かつ十分小さいとみなされる場合である。したがってＳ２４０に進んだらＥＣＵ６は、再生終了カウンタＦの値を１増加する。Ｓ２５０に進んだらＥＣＵ６は、再生終了カウンタＦをゼロにリセットする。続いてＳ２６０でＥＣＵ６は、Ｘ＿ｃａｌをオフにする。

そしてＳ２７０でＥＣＵ６は、Ｆが所定値以上であるか否かを判別する。Ｆが所定値以上の場合（Ｓ２７０：ＹＥＳ）はＳ２８０に進み、Ｆが所定値未満の場合（Ｓ２７０：ＮＯ）はＳ２９０で変数Ｎをゼロに初期化した後にＳ１０に戻る。Ｓ２８０に進んだらＥＣＵ６は再生終了フラグをオンにする。これによりＬＮＴ５のＳ被毒再生処理が終了する。以上が図２および図３の処理手順である。

次に、図４から図９には上記Ｓ２００、Ｓ２１０での処理内容が図示されているので、以下でこれらを説明する。Ｓ２００、Ｓ２１０では以下で述べる処理のうちの少なくとも１つを実行すればよい。

図４には、ＬＮＴ５で生成されるＨ２量とＬＮＴ下流Ａ／Ｆ検出値の補正量との関係の例が示されている。発明者の知見によれば、ＬＮＴ５でのＨ２生成量が多いほど、ＬＮＴ下流Ａ／Ｆセンサ４１の検出値はリッチ側へのずれ量が大きくなる。したがってこの誤差を打ち消すために、図３のＳ２１０では、図４に示されているように、ＬＮＴ５でのＨ２生成量が多いほど、ＬＮＴ下流Ａ／Ｆセンサ４１の検出値をより大きくリーン側に補正する。

図５にはＬＮＴ５の温度とＬＮＴ下流Ａ／Ｆ検出値の補正量との関係の例が示されている。発明者の知見によれば、ＬＮＴ５の内部では、水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）および水蒸気改質反応（Ｃ３Ｈ６＋３Ｈ２Ｏ→２ＣＯ＋６Ｈ２）によりＨ２が生成される。したがってＬＮＴ５の温度が高いほど、ＬＮＴ５でのＨ２生成量が多くなる。

よって、この性質と図４の性質とを組み合わせると、ＬＮＴ５の温度が高いほど、ＬＮＴ下流Ａ／Ｆセンサ４１の検出値はリッチ側へのずれ量が大きくなる。したがってこの誤差を打ち消すために、図３のＳ２１０では、図５に示されているように、ＬＮＴ５の温度が高いほど、ＬＮＴ下流Ａ／Ｆセンサ４１の検出値をより大きくリーン側に補正する。

図６にはエンジン２から排出されるＣＯ（一酸化炭素）量とＨＣ（炭化水素）量とＬＮＴ５で生成されるＨ２量との関係の例が示されている。図６では特にＣＯ量／ＨＣ量（ＣＯ量とＨＣ量との比）を扱っている。発明者の知見によれば、ＣＯを用いる水性ガスシフト反応の方がＨＣを用いる水蒸気改質反応よりも反応が起こりやすいので、エンジンから排出される排気中のＣＯ量がＨＣ量に比して多いほどＨ２生成量が増加すると考えられる。

よって、図６に示されているように、エンジン２から排出されるＣＯ量／ＨＣ量が大きいほど、ＬＮＴ５でのＨ２生成量が多くなる。したがって、この性質と図４の性質とを組み合わせると、エンジン２から排出されるＣＯ量／ＨＣ量が大きいほど、ＬＮＴ下流Ａ／Ｆセンサ４１の検出値はリッチ側へのずれ量が大きくなる。したがってこの誤差を打ち消すために、図３のＳ２１０では、エンジン２から排出されるＣＯ量／ＨＣ量が大きいほど、ＬＮＴ下流Ａ／Ｆセンサ４１の検出値をより大きくリーン側に補正する。

図７には、エンジン２の運転状態を示す平面におけるＣＯ量／ＨＣ量の分布の例が示されている。同図のとおり、高回転数あるいは高負荷（アクセル開度大、燃料噴射量大）の領域ほど、ＣＯ量／ＨＣ量は小さくなる。その理由は、高回転数あるいは高負荷であるほどエンジン２からスモークが発生しやすいので、スモークを減らすように噴射パターンを適合する必要があり、これによりＣＯ量／ＨＣ量が減少することとなるからである。図４、６、７を組み合わせることにより、図３のＳ２１０では、エンジン２が低回転あるいは低負荷であるほど、ＬＮＴ下流Ａ／Ｆセンサ４１の検出値をより大きくリーン側に補正する。

図８にはＬＮＴ５を通過する排気ガス流量（流速）とＬＮＴ５で生成されるＨ２量との関係の例が示されている。発明者の知見によれば、図８に示されているとおり、ＬＮＴ５を通過する排気ガス流量（流速）が大きいほど、ガスとＬＮＴ内の触媒との接触時間が減少し、これにより、ＬＮＴ５でのＨ２生成量が減少すると考えられる。したがって、この性質と図４の性質とを組み合わせると、ＬＮＴ５を通過する排気ガス流量（流速）が小さいほど、ＬＮＴ下流Ａ／Ｆセンサ４１の検出値はリッチ側へのずれ量が大きくなる。

よってこの誤差を打ち消すために、図３のＳ２００では、図８に示されているように、ＬＮＴ５を通過する排気ガス流量（流速）が小さいほど、ＬＮＴ下流Ａ／Ｆセンサ４１の検出値をより大きくリーン側に補正する。なお図２、３の処理では、例えばＬＮＴ５を通過する排気ガス流量（流速）はエアフロメータ３０で検出すればよい。

図９にはＬＮＴ５の熱劣化程度とＬＮＴ５で生成されるＨ２量との関係の例が示されている。発明者の知見によれば、図９に示されているように、ＬＮＴ５が熱劣化するほど、ガスとＬＮＴ内の触媒との接触時間が減少し、これによりＬＮＴ５でのＨ２生成量が減少する。したがって、この性質と図４の性質とを組み合わせると、ＬＮＴ５の熱劣化程度が小さいほど、ＬＮＴ下流Ａ／Ｆセンサ４１の検出値はリッチ側へのずれ量が大きくなる。したがってこの誤差を打ち消すために、図３のＳ２１０では、ＬＮＴ５の熱劣化程度が小さいほど、ＬＮＴ下流Ａ／Ｆセンサ４１の検出値をより大きくリーン側に補正する。なお図２、３の処理では、例えばＬＮＴ温度が所定温度以上となった積算時間をＬＮＴ５の熱劣化程度に相当する量とすればよい。

図２および図３の処理手順を実行した際のシステム１の時間的推移の例が図１０に示されている。

再生要求フラグは、ＬＮＴ５のＳ再生制御が必要だと判断されるときにオンにするフラグ（変数）である。再生要求フラグは、例えばＥＣＵ６において燃料消費量の積算値、あるいは走行距離などからＬＮＴ５に堆積した硫黄の量を推定し、この推定量がＳ被毒回復が必要な量を越えたらオンとすればよい。あるいは、ＮＯｘセンサによって直接ＬＮＴ５の性能劣化の度合いを判定して、これが設定された限度を越えたら再生要求フラグをオンにするとしてもよい。またＡ／Ｆセンサ４０、４１などでＮＯｘ還元中のＬＮＴ５の還元剤消費量からＮＯｘ吸蔵量を推定し、ＮＯｘ吸蔵性能の劣化度合いを観測して、これが悪化したら再生要求フラグをオンにするとしてもよい。

本実施例ではＳ再生制御実行中は、リッチ制御フラグを間欠的にオンにする。リッチ制御フラグがオンの期間（リッチ期間）は、リッチ雰囲気を形成するためにＥＣＵ６からの指令で例えばエンジン２のシリンダ内で燃焼反応が完了した後に再噴射するポスト噴射により、あるいは吸気を絞って燃焼ガスそのものをリッチ化するリッチ燃焼により、あるいは排気管４のＬＮＴ５より上流に燃料添加弁を装備してそこから燃料を添加すること等により、ＬＮＴ５に流入する排気ガスをリッチ（燃料過剰）にする。

なお本実施例ではリッチ制御を行っていない間は、昇温制御フラグをオンにして、ＬＮＴ５の昇温制御を行う。ＬＮＴ５の昇温制御では、ＬＮＴ５に吸蔵された硫黄分が放出可能な温度まで昇温する。

図１０にはＡ／Ｆセンサ４０、４１の計測値の例が、Ａ／Ｆセンサ４０の計測値は太い線で、Ａ／Ｆセンサ４１の計測値は細い線で示されている。一般的な傾向としてリッチ期間中は、ＬＮＴ５の下流側Ａ／Ｆセンサ１１の計測値の方がＬＮＴ５の上流側Ａ／Ｆセンサ１０の計測値よりも高くなる。この理由は、ＬＮＴ５内でＳ再生のために燃料成分のうちの一部が使用されるためであると考えられる。

図２のＳ３０からＳ９０までの処理によって、Ａ／Ｆ計測値が理論空燃比以下（リッチ）となり、かつ計測値が安定したら、Ａ／Ｆ安定フラグＸ＿ｓｔａがオンにされる。そしてＸ＿ｓｔａがオンとなっている期間中に、Ｓ１００からＳ１３０の処理により、ＬＮＴ上下流のＡ／Ｆ計測値、ＬＮＴ温度、ＣＯ量、ＨＣ量、ＬＮＴ通過ガス流量（流速）、ＬＮＴの熱劣化程度の平均値を算出する。

そしてリッチ制御が終了したら、Ｓ１７０以降に進んで、終了判定演算フラグＸ＿ｃａｌをオンにしてＳ再生終了判定のための演算を実行する。そのなかでＳ２１０でＬＮＴ下流Ａ／Ｆ値を補正する。図１０の例において補正前のＬＮＴ下流Ａ／Ｆ値は、上流Ａ／Ｆ値よりも低い場合もあり信頼性が低い数値だと考えられるが、補正後のＬＮＴ下流Ａ／Ｆ値は上流Ａ／Ｆ値よりも高い数値となっており、適切に補正されたと考えられる。

そしてＳ２２０で、補正後のＬＮＴ下流Ａ／Ｆ値と上流Ａ／Ｆ値との差分値を算出し、その差分値が所定値以下である等の条件が満たされたら、再生終了フラグをオンにして、Ｓ再生を終了する。

上記実施例は特許請求の範囲に記載された趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更してよい。また図６、図７ではＣＯ量／ＨＣ量を用いたが、本発明はこれに限定せず、例えばＣＯ量、ＨＣ量それぞれをエンジンの運転条件に応じてマップから算出し、ＣＯ量、ＨＣ量それぞれに対してＬＮＴでのＨ２生成量を算出してもよい。またエンジンの運転条件を用いる場合、回転数と負荷のうちどちらか一方のみを用いた簡易化された処理でもよい。またエンジン２はディーゼルエンジンに限らずリーンバーンガソリンエンジンでもよい。

１排気浄化システム
２ディーゼルエンジン（内燃機関）
４排気管（排気通路）
５ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ）
４０、４１Ａ／Ｆセンサ

Claims

高回転数あるいは高負荷であるほどスモーク排出量を減らすように変化させる制御を行う内燃機関の排気通路に備えられてＮＯｘの吸蔵および還元を行う触媒部と、
その触媒部に吸蔵された硫黄を放出可能な温度まで触媒部を昇温する昇温制御と、前記触媒部に吸蔵された硫黄が放出されるように前記触媒部を通過する排気を燃料過剰にするリッチ制御と、を交互に繰り返す再生制御を行う再生手段と、
前記触媒部の上流および下流における空燃比を検出する検出手段と、
前記触媒部の温度を取得する第１取得手段と、
前記第１取得手段が取得した触媒部の温度に応じて、前記触媒部で発生するＨ２の影響を打ち消すように、前記検出手段で検出された触媒部下流の空燃比を前記内燃機関が低回転数あるいは低負荷であるほど大きくリーン側に補正する補正手段と、
前記リッチ制御期間中における、前記検出手段により検出された触媒部上流の空燃比と、前記補正手段により補正された触媒部下流の空燃比と、を用いて前記再生手段による再生制御の終了を判定する判定手段と、
を備え、
前記補正手段は、
前記内燃機関の回転数と負荷相当量とのうちの少なくとも一方に基づいて前記触媒部で生成されるＨ２量を推定する第１推定手段と、
その第１推定手段で推定されたＨ２量に応じて、前記検出手段で検出された触媒部下流の空燃比を補正する第１副補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記補正手段は、
前記リッチ制御中に前記内燃機関から排出されるＣＯ量およびＨＣ量を取得する第２取得手段と、
その第２取得手段で取得されたＣＯ量およびＨＣ量に基づいて、前記触媒部で生成されるＨ２量を推定する第２推定手段と、
その第２推定手段で推定されたＨ２量に応じて、前記検出手段で検出された触媒部下流の空燃比を補正する第２副補正手段と、
を備えた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記補正手段は、
前記触媒部を通過する排気量を取得する第３取得手段と、
その第３取得手段で取得された排気量に基づいて、前記触媒部で生成されるＨ２量を推定する第３推定手段と、
その第３推定手段で推定されたＨ２量に応じて、前記検出手段で検出された触媒部下流の空燃比を補正する第３副補正手段と、
を備えた請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記補正手段は、
前記触媒部における熱劣化程度を取得する第４取得手段と、
その第４取得手段で取得された熱劣化程度に基づいて、前記触媒部で生成されるＨ２量を推定する第４推定手段と、
その第４推定手段で推定されたＨ２量に応じて、前記検出手段で検出された触媒部下流の空燃比を補正する第４副補正手段と、
を備えた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記判定手段は、間欠的に実行されるリッチ制御において前記補正手段により補正された触媒部下流の空燃比と前記検出手段により検出された触媒部上流の空燃比との差分値が所定値以下となることが、複数回のリッチ制御で連続して発生した場合に、前記再生制御の終了を判定する副判定手段を備えた請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。