JP2004108176A

JP2004108176A - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP2004108176A
Application number: JP2002268982A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Miyashita; 宮下　茂樹; Hiroshi Tanaka; 田中　比呂志; Jun Hasegawa; 長谷川　純; Masakazu Yamamoto; 山本　正和
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: JP4167871B2

Abstract

【課題】イオウ被毒再生制御の際にＨ_２Ｓの排出量を最小限に抑えるとともに、ＮＯ_Ｘ触媒からイオウ成分を確実に脱離させる。
【解決手段】内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒３４と、排気浄化触媒３４のイオウ成分付着量を検知するイオウ成分付着量検知手段と、排気浄化触媒３４のイオウ被毒再生時に、排気空燃比を燃料リッチに制御する空燃比燃料リッチ化手段と、燃料リッチな排気空燃比にリーンスパイクを実施するリーンスパイク実施手段と、イオウ成分付着量に基づいて前記リーンスパイクの諸元を設定するリーンスパイク制御手段と、を備える。
【選択図】　　　　図２An object of the present invention is to minimize the amount of H ₂ S emitted during sulfur poisoning regeneration control, and to reliably desorb a sulfur component from a NO _X catalyst.
An exhaust gas purifying catalyst for purifying exhaust gas of an internal combustion engine, a sulfur component adhering amount detecting means for detecting a sulfur component adhering amount of the exhaust gas purifying catalyst, and an exhaust air purifying catalyst for sulfur poisoning regeneration of the exhaust purifying catalyst are provided. Air-fuel ratio fuel enrichment means for controlling the fuel ratio to fuel-rich, lean spike execution means for performing a lean spike on the fuel-rich exhaust air-fuel ratio, and lean setting the lean spike specifications based on the sulfur component adhesion amount. And spike control means.
[Selection] Fig. 2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気ガスを浄化する触媒を備えた内燃機関に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、希薄（リーン）燃焼型の内燃機関の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を浄化するべくＮＯ_Ｘ触媒が実用化されている。ＮＯ_Ｘ触媒は、例えばアルミナを担体としてバリウム（Ｂａ）などのアルカリ土類と白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持されたものであり、排気ガス中のＮＯ_Ｘは硝酸イオン（ＮＯ_３ ⁻）の形でＮＯ_Ｘ触媒内に吸蔵される。そして、ＮＯ_Ｘ触媒は内燃機関がリーン空燃比にて運転中にあるときにはその排気ガス中のＮＯ_Ｘを吸蔵する一方、内燃機関の排気空燃比が理論空燃比以下のリッチ空燃比で運転されるときにはその吸蔵したＮＯ_Ｘを放出し還元する機能を有している。
【０００３】
ところが、燃料および機関の潤滑油内にはイオウ（Ｓ）が含まれているので、排気ガス中にもイオウが含まれる。このため、ＮＯ_Ｘ触媒は排ガス中のイオウ成分をＢａＳＯ_４などの硫酸塩として吸蔵してしまい、イオウ成分により被毒（Ｓ被毒）される性質を有する。ＮＯ_Ｘ触媒に吸蔵されたイオウ成分はＮＯ_Ｘに比べて安定性が高いため、排気空燃比を燃料リッチにしてもＮＯ_Ｘ触媒から放出されず、ＮＯ_Ｘ触媒中に次第に蓄積される。そして、ＮＯ_Ｘ触媒内のイオウ成分の量が増大するとＮＯ_Ｘ触媒が吸収しうるＮＯ_Ｘの量が次第に低下し、ＮＯ_Ｘ触媒のＮＯ_Ｘ吸蔵能力が低下するという問題を生ずる。
【０００４】
そこで、Ｓ被毒されたＮＯ_Ｘ触媒の温度を高めるとともにＮＯ_Ｘ触媒を還元雰囲気下におくことにより、吸蔵されたイオウ成分をイオウ酸化物（ＳＯ_Ｘ）としてＮＯ_Ｘ触媒から離脱させ、ＮＯ_Ｘの吸蔵能力を回復させることが知られている。しかし、Ｓ被毒したＮＯ_Ｘ触媒を再生する際には、例えば下記の化学反応式により脱離したＳＯ_Ｘが排ガス中の水素（Ｈ_２）と反応し、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）が一時的に多量に生成される。
ＢａＳＯ_４＋ＣＯ→ＢａＣＯ_３＋ＳＯ_２
ＳＯ_２＋Ｈ_２→Ｈ_２Ｓ＋Ｏ_２
このような硫化水素は強い臭気を発生させる性質があり、大気中に放出されると車両の周囲で異臭を放つため、好ましいものではない。
【０００５】
ＮＯ_Ｘ触媒がＳＯ_Ｘ脱離温度域にあるとき、排気空燃比が燃料リッチであるほどＳＯ_Ｘが多く排出される。また、ＮＯ_Ｘ触媒へのＳ付着量が多いほどＳＯ_Ｘは大量に排出される。そして、ＳＯ_Ｘの排出量が増えると、結果的に多量のＨ_２Ｓが生成されてしまう。
【０００６】
このようなＨ_２Ｓによる異臭を防止するため、例えば特開２０００−１６１１０７号公報には、ＮＯ_Ｘ触媒のＳ被毒量が大きいほどリッチ化度合いを小さくして目標Ａ／Ｆをストイキ（空燃比：Ａ／Ｆ＝１４．６）寄りに設定し、Ｈ_２Ｓの発生量を少なく抑える方法が記載されている。
【０００７】
また、特開２０００−２７４２３２号公報には、ＮＯ_Ｘ触媒のＳ被毒が検出されたときには、基準のリッチ空燃比を中心として排気空燃比を変動させて、ＮＯ_Ｘ触媒から除々にＳＯ_Ｘを脱離させる方法が開示されている。
【０００８】
また、特開２００１−８２１３７号公報には、エンジン運転状態に基づいて推定したＨ_２Ｓ放出速度が判定値を上回ると、目標空燃比がリッチ側の値とリーン側の値を交互にとるように変調する方法が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１６１１０７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２７４２３２号公報
【特許文献３】
特開２００１−８２１３７号公報
【特許文献４】
特開２００１−３０４０１１号公報
【特許文献５】
特開２００１−３０４０２０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｈ_２ＳはＮＯ_Ｘ触媒に吸蔵されたイオウ成分を還元する際に発生するため、上述した従来の方法では、Ｈ_２Ｓの発生を抑制すると、必然的にＳＯ_Ｘの排出量が低下するという問題が生じる。すなわち、ＳＯ_Ｘの排出量の低下を防止しつつ、Ｈ_２Ｓの排出量を抑えることは困難である。このため、Ｓ被毒したＮＯ_Ｘ触媒を十分に再生することができず、吸蔵能力を回復させることができないという問題が生じていた。
【００１１】
例えば、特開２００１−１６１１０７号公報に記載された方法では、Ｓ被毒量が大きいほどリッチ化度合いを小さくしているが、リッチ化度合いを小さくするとＮＯ_Ｘ触媒からイオウ成分を十分に脱離させることができないという問題が生じる。
【００１２】
また、特開２０００−２７４２３２号公報に記載された方法では、Ｈ_２Ｓの排出を抑制するために、理論空燃比と所定のリッチ空燃比との間で所定時間（例えば５秒）毎に交互に排気空燃比を切り換えている。しかし、この方法では、排気空燃比を理論空燃比に設定している時間帯でＨ_２ＳとともにＳＯ_Ｘの排出が抑制されてしまう。このため、ＮＯ_Ｘ触媒のＳ被毒再生を十分に行うことは困難である。
【００１３】
また、特開２００１−８２１３７号公報に記載された方法では、エンジン運転状態をエンジン回転数、吸入空気量、車速、触媒温度、排気温度、冷却水温などの関数で表し、エンジン運転状態に基づいてＨ_２Ｓ放出速度を推定している。しかし、ＮＯ_Ｘ触媒のＳ被毒量は常時変化しており、Ｈ_２Ｓが臭気を発するレベルに達するまでには時間がかかるため、これらの特性値からＨ_２Ｓ発生量を推定することは難しい。このため、推定したＨ_２Ｓ放出速度と実際に発生するＨ_２Ｓ濃度との間の誤差が大きくなり、適正なタイミングでリーンスパイクを実施することができないという問題が生じる。
【００１４】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、イオウ被毒再生制御の際にＨ_２Ｓの排出量を最小限に抑えるとともに、ＮＯ_Ｘ触媒からイオウ成分を確実に脱離させることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒のイオウ成分付着量を検知するイオウ成分付着量検知手段と、前記排気浄化触媒のイオウ被毒再生時に、排気空燃比を燃料リッチに制御する空燃比燃料リッチ化手段と、前記燃料リッチな排気空燃比にリーンスパイクを実施するリーンスパイク実施手段と、前記イオウ成分付着量に基づいて前記リーンスパイクの諸元を設定するリーンスパイク制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記リーンスパイク制御手段は、前記イオウ成分付着量の減少に伴ってリーンスパイク間隔を長くすることを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記リーンスパイク制御手段は、前記イオウ成分付着量の減少に伴ってリーンスパイク実行時間を短くすることを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記イオウ成分付着量の減少に伴って前記イオウ被毒再生時の排気空燃比を燃料リッチ側へ可変する空燃比可変手段を更に備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５記載の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒のイオウ被毒再生時に、排気空燃比を燃料リッチに制御する空燃比燃料リッチ化手段と、前記排気浄化触媒の下流側に設けられた前記排気空燃比を検出するセンサと、前記センサの出力に基づいて前記燃料リッチな排気空燃比にリーンスパイクを実施するリーンスパイク実施手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項６記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記センサの燃料リッチ側出力の積算値を求める積算手段と、内燃機関の負荷に基づいて前記積算値を補正して補正値を求める補正手段とを更に備え、前記リーンスパイク実施手段は、前記補正値が所定の判定値に達した時点で前記リーンスパイクを開始することを特徴とする。
【００２１】
請求項７記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記センサの出力を含む所定の特性値に基づいて前記排気浄化触媒から放出される硫化水素量を検知する硫化水素検知手段を更に備え、前記リーンスパイク実施手段は、前記硫化水素量が所定の判定値に達した時点で前記リーンスパイクを開始することを特徴とする。
【００２２】
請求項８記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記硫化水素検知手段は、少なくとも前記センサの燃料リッチ側出力の積算値を用いて前記硫化水素量を検知することを特徴とする。
【００２３】
請求項９記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項８記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記硫化水素検知手段は、少なくとも前記センサの燃料リッチ側出力の積算値を用い、且つ、イオウ被毒再生時間、内燃機関の吸入空気量、前記排気浄化触媒の触媒温度、前記排気浄化触媒のイオウ成分付着量及び排気空燃比の少なくとも１つを用いて前記硫化水素量を検知することを特徴とする。
【００２４】
請求項１０記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項７〜９のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置であって、内燃機関の負荷に基づいて前記判定値を補正する補正手段を更に備えたことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００２６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の排気浄化装置及びその周辺の構造を説明するための図である。本実施形態の内燃機関１０は希薄燃焼型の内燃機関である。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温ＴＨＡ（すなわち外気温）を検出する吸気温センサ１８が組みつけられている。
【００２７】
エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０は、吸気通路１２を流れる空気流入量Ｇａを検出するセンサである。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。
【００２８】
スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。また、サージタンク２８の更に下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁３０が配置されている。
【００２９】
排気通路１４には、上流側触媒（スタートキャタリスト）３２と下流側触媒（ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒）３４とが直列に配置されている。上流側触媒３２は比較的小容量の触媒とされ、内燃機関１０に近い位置に配置されていることから、機関冷間始動時等に短時間で活性化温度まで昇温し、主として始動直後の排気浄化を行う。
【００３０】
また、本実施形態において、下流側触媒３４は流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_Ｘを吸着、吸収またはその両方にて選択的に保持（吸蔵）し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵しているＮＯ_Ｘを排気中の還元成分（ＨＣ，ＣＯ）を用いて還元浄化するものである。
【００３１】
排気通路１４には、上流側触媒３２の上流に空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）３５が配置されている。空燃比センサ３５は排気ガス中の酸素濃度を検出するセンサであって、上流側触媒３２に流入する排気ガス中の酸素濃度に基づいて内燃機関１０で燃焼に付された混合気の空燃比を検出するものである。
【００３２】
また、下流側触媒３４の下流に、サブＯ_２センサ３８が配置されている。サブＯ_２センサ３８は、排気ガス中の酸素濃度が所定値より大きいか小さいかを検出するためのセンサであって、センサ位置の排気空燃比がストイキよりも燃料リッチになると０．４５Ｖ以上の出力を発生し、排気空燃比がストイキよりも燃料リーンになると０．４５Ｖ以下の出力を発生する。酸素濃度が所定値よりも大きいか小さいかの判定は、サブＯ_２センサ３８の出力と所定の判定電圧を比較して行う。通常、判定電圧は０．４５Ｖに設定されており、サブＯ_２センサ３８の出力が０．４５Ｖ以上のときは酸素濃度が所定値より大きいものとして判定出力“１”が出力される。出力が０．４５Ｖより小さいときは酸素濃度が所定値より小さいものとして判定出力“０”が出力される。
【００３３】
サブＯ_２センサ３８によれば、下流側触媒３４の下流に、燃料リッチな排気ガス（ＨＣ，ＣＯを含む排気ガス）、或いは燃料リーンな排気ガス（ＮＯ_Ｘを含む排気ガス）が流出してきたかを判断することができる。
【００３４】
図１に示すように、本実施形態の排気浄化装置はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサおよび燃料噴射弁３０に加えて、内燃機関１０の冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ４２や、車速ＳＰＤを検出する車速センサ４４などが接続されている。
【００３５】
図１に示すシステムにおいて、内燃機関１０から排出される排気ガスは、先ず、上流側触媒３２で浄化される。そして、下流側触媒３４では、上流側触媒３２で浄化し切れなかった排気ガスの浄化処理が行われる。上流側触媒３２は、燃料リッチな排気ガス中に酸素を放出し、また、燃料リーンな排気ガス中の過剰酸素を吸蔵することで排気ガスの浄化を図る。また、下流側触媒３４は、上流側触媒３２からの排気ガスの排気空燃比がリーン空燃比であるときにはその排気ガス中のＮＯ_Ｘを吸蔵する一方、排気空燃比が理論空燃比以下のリッチ空燃比であるときにはその吸蔵したＮＯ_Ｘを放出して還元する。
【００３６】
従来の技術の欄で述べたように、下流側触媒３４は、ＮＯ_Ｘのみならず、排ガス中に含まれるイオウ成分の酸化物ＳＯ_Ｘを硫酸バリウムＢａＳＯ_４などの硫酸塩Ｘ−ＳＯ_４として保持し、硫酸塩Ｘ−ＳＯ_４で被毒（Ｓ被毒）される性質を有している。このため、下流側触媒３４がＳ被毒された場合は、下流側触媒３４の温度を高め、還元雰囲気下におくことでイオウ成分を脱離させる制御（Ｓ回復制御）が行われる。本実施形態の排気浄化装置は、Ｓ回復制御の際にＳＯ_Ｘを確実に排出し、かつＨ_２Ｓの発生を最小限に抑える制御を行う。
【００３７】
図２は、Ｓ回復制御を実施している際の各波形を示すタイミングチャートである。ここで、図２（Ａ）は下流側触媒３４のイオウ成分付着量（Ｓ付着量）を示す波形を、図２（Ｂ）は、サブＯ_２センサ３８の出力波形を示している。また、図２（Ｃ）は下流側触媒３４に流入する排気ガスの目標空燃比を示しており、図２（Ｄ）は下流側触媒３４から排出された排気ガスのＨ_２Ｓ濃度を示している。
【００３８】
本実施の形態の排気浄化装置は、図２（Ｃ）に示すようにＳ回復制御の際に目標空燃比を燃料リッチにし、かつ所定のタイミングで空燃比を燃料リーンにするリーンスパイクを実施する。
【００３９】
図２（Ｄ）に示すように、Ｓ回復制御の際に排気空燃比を燃料リッチにすると排出されるＨ_２Ｓの濃度も増加していくが、時刻ｔ_１でリーンスパイクを実施するとＨ_２Ｓ濃度は低下する。リーンスパイクが終了すると再びＨ_２Ｓ濃度は増加するが、時刻ｔ_２でリーンスパイクを実施するとＨ_２Ｓ濃度は再び低下する。このように適切な間隔でリーンスパイクを実施することで、図２（Ｄ）に示すように排出されるＨ_２Ｓの濃度を人が臭気を感じるレベル（通常０．５ｐｐｍ程度）以下に低減できる。
【００４０】
一方、リーンスパイクを実施していない時間帯では、排気空燃比が燃料リッチに保たれるため、下流側触媒３４からイオウ成分を確実に脱離させることができる。
【００４１】
このように、本実施の形態の排気浄化装置は、所定間隔でリーンスパイクを実施することによってＨ_２Ｓの発生を許容レベル以下に抑制し、リーンスパイクを実施していない時間帯ではＳＯ_Ｘを最大限に排出して下流側触媒３４の浄化能力を回復排出させるものである。図３に基づいて、Ｈ_２Ｓの発生のみを抑制する原理を説明する。図３は、Ｓ回復制御時におけるＳＯ_Ｘ、Ｈ_２Ｓの発生量と時間との関係を示す特性図である。
【００４２】
Ｓ回復処理のために空燃比を燃料リッチにすると、図３に示すように、先ずＳＯ_Ｘが先に発生し、時間の経過とともにＳＯ_Ｘの発生量は低下する。その後、Ｈ_２Ｓの発生量が増加してピークを迎え、やがてＨ_２Ｓの発生量も低下する。このように、Ｈ_２Ｓの発生時期はＳＯ_Ｘの発生時期に対して時間遅れが生じている。
【００４３】
Ｈ_２Ｓの排出時期に遅れが生じる要因として、以下に挙げるものが想定できる。
（１）反応速度の違い
ＳＯ_Ｘ発生、Ｈ_２Ｓ発生の際には以下の還元反応が生じていると考えられる。
ＢａＳＯ_４＋ＣＯ→ＢａＣＯ_３＋ＳＯ_２
ＳＯ_２＋３Ｈ_２→Ｈ_２Ｓ＋２Ｈ_２Ｏ
このような反応が生じている場合、Ｈ_２による還元速度はＣＯによる還元速度に比べて１／３程度である。従って、Ｈ_２Ｓの発生に遅れが生じると考えられる。
（２）安定度
下流側触媒３４から排気ガス中に脱離したＳＯ_Ｘは、排気ガス中の他のガス成分に比較して安定している。従って、排気ガス中のＨ２はＳＯ_Ｘよりも他の成分と優先的に反応する。このため、Ｈ_２Ｓの発生に遅れが生じると考えられる。
（３）濃度の違い
Ｓ回復制御中、Ｈ２はＣＯに比較して１／１０程度しか排気ガス中に存在しない。従って、Ｈ_２による還元反応の機会がＣＯによる還元反応よりも少ない。このため、Ｈ_２Ｓの発生に遅れが生じると考えられる。
（４）Ｈ_２Ｓの酸化反応
下流側触媒３４は燃料リーンな排ガス中の過剰酸素を吸蔵している。このため、下流側触媒３４の前端部の反応でＳＯ_２からＨ_２Ｓが生成されても、下流側触媒３４が吸蔵する酸素によって以下の反応が生じ、Ｈ_２Ｓが後端部に流れついた際にＳＯ_２に戻る。
Ｈ_２Ｓ＋Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ＋ＳＯ_２
Ｈ_２ＳがＳＯ_２に戻らないためには吸蔵した酸素が下流側触媒３４から完全に脱離してしまうことが必要であるが、吸蔵している酸素が還元雰囲気下で消費されるまでにはある程度の時間を要する。このため、Ｈ_２Ｓの発生に遅れが生じると考えられる。
【００４４】
本実施形態では、Ｈ_２Ｓの発生時期の遅れを利用して、Ｈ_２Ｓの発生量が許容レベルを超える直前に図２（Ｃ）に示す時刻ｔ_１のリーンスパイクを実施する。図３に示すように、時刻ｔ_１の時点では既にＳＯ_Ｘが多量に発生しているため、リーンスパイクを実施したことによるＳＯ_Ｘ発生量の低減は最小限に抑えられる。従って、時刻ｔ_１以前に下流側触媒３４から脱離したＳＯ_Ｘを確実に排出することができる。
【００４５】
同様に、時刻ｔ_２以降のリーンスパイクもＨ_２Ｓの発生量が許容レベルを超える直前に実施する。時刻ｔ_２以降のリーンスパイクを行う際も、Ｈ_２Ｓよりも早い時期にＳＯ_Ｘが発生しているため、リーンスパイクを行う以前に発生したＳＯ_Ｘを確実に排出することができる。
【００４６】
また、図２（Ａ）に示すように、Ｓ回復制御により下流側触媒３４中のＳ付着量は時間の経過とともに低下し、Ｓ付着量が少ないほどＳＯ_Ｘ発生量、Ｈ_２Ｓ発生量は少なくなる。従って、リーンスパイクを終了して目標空燃比を燃料リッチに戻した後、Ｈ_２Ｓ濃度が許容レベル（０．５ｐｐｍ）に到達するまでの時間は、リーンスパイクを実施する毎に長くなる。このため、本実施形態では、図２（Ｃ）に示すように、Ｓ回復制御の時間の経過に伴ってリーンスパイク間隔を長くすることとしている。これにより、排気空燃比を燃料リッチにしている時間をより長くできるため、ＳＯ_Ｘをより多く排出することが可能となる。
【００４７】
また、Ｓ付着量が少なくなるほどＨ_２Ｓの発生量は少なくなるため、図２（Ｃ）に示すように、Ｓ回復制御の時間の経過に伴ってリーンスパイクを実行している時間を短くできる。これにより、排気空燃比を燃料リッチにしている時間をより長くすることができ、ＳＯ_Ｘをより多く排出することが可能となる。
【００４８】
更に、Ｓ付着量が少なくなるほどＨ_２Ｓの発生量は少なくなるため、図２（Ｃ）に示すように、Ｓ回復制御の時間の経過に伴って目標空燃比の燃料リッチの度合いをより燃料リッチ側にすることができる。これにより、ＳＯ_Ｘをより多く排出することが可能となる。なお、目標空燃比を燃料リッチ側へ可変することで、図２（Ｂ）に示すようにＳ付着量の低下に伴ってサブＯ_２センサ３８の出力は次第に増加する。
【００４９】
このように、Ｓ付着量の低下に伴ってリーンスパイク間隔、実行時間、空燃比を可変していくことで、Ｈ_２Ｓの排出量を許容レベル以下に抑えることができ、かつ下流側触媒３４に付着したイオウ成分をより短時間で効率良く排出できる。従って、下流側触媒３４のＮＯ_Ｘ浄化能力を確実に回復させることができる。
【００５０】
次に、図４〜図９に基づいて、Ｓ付着量に応じてリーンスパイクの諸元を設定する具体的な方法について説明する。
【００５１】
図４は、本実施形態の排気浄化装置の制御に関わる各波形を示すタイミングチャートである。ここで、図４（Ａ）はＳ回復制御実施フラグ（ＸＳＰＡＲＧＥ）の波形を、図４（Ｂ）はリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）の波形を、図４（Ｃ）はＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）の波形を、図４（Ｄ）はリーンスパイク間隔カウンタ（ｌｅａｎｓｏｆｆｃｎｔ）の波形を、図４（Ｅ）はリーンスパイク実施カウンタ（ｌｅａｎｓｏｎｃｎｔ）の波形を、図４（Ｆ）は目標空燃比の波形をそれぞれ示している。なお、図４（Ｆ）の目標空燃比の波形は、図２（Ｃ）と同一である。
【００５２】
また、図５は、図４（Ｂ）に示すリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）の状態を“０”または“１”に設定する手順を示すフローチャートである。ここで、リーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）の状態が“０”の場合は、図４（Ｆ）に示すように目標空燃比はストイキよりも燃料リッチ側に設定される。一方、リーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）の状態が“１”の場合は、図４（Ｆ）に示すようにリーンスパイクが実施される。
【００５３】
最初に、図２（Ａ）及び図４（Ｃ）に示す触媒中のＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）を求める方法について説明する。イオウ成分は燃料、オイルに含まれるため、Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）は燃料量、オイル消費量、Ｓ回復制御の実行履歴などから求めることができる。
【００５４】
先ず、Ｓ回復制御を実施していない通常の燃料制御の場合、又は下流側触媒３４の触媒温度＜所定温度の場合、又はＡ／Ｆ＞１４．７の場合、は下式に従ってＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）を求める。なお、所定温度は、下流側触媒３４からイオウ成分が脱離する温度であって、通常６５０℃程度である。
今回Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）＝前回Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）＋瞬時Ｓ付着量
ここで、上述のようにイオウ成分の供給源は燃料、オイルであるため、瞬時Ｓ付着量は燃料量、オイル消費量と相関がある。従って、上式の瞬時Ｓ付着量は燃料量、オイル消費量の関数で表される。
【００５５】
一方、Ｓ回復制御中、又はＮＯ_Ｘ触媒温度≧所定温度かつＡ／Ｆ≦１４．７のときは下式に従ってＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）を求める。
今回Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）＝前回Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）−瞬時Ｓ脱離量
ここで、瞬時Ｓ脱離量はＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）、触媒温度、空燃比（Ａ／Ｆ）、吸入空気量により異なるため、これらの関数で表される。
【００５６】
このように、Ｓ回復制御を行っている場合、又は、ＮＯ_Ｘ触媒温度≧所定値でありかつＡ／Ｆ≦１４．７の場合はイオウ成分が脱離するため、前回計測時のＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）から瞬時Ｓ脱離量を減算する。一方、これ以外の場合はイオウ成分が付着するため前回計測時のＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）に瞬時Ｓ付着量を加算する。このような場合分けをすることでＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）を求めることができる。
【００５７】
次に、図５のフローチャートに基づいてリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）の状態を設定する手順について説明する。先ず、ステップＳ１ではＳ回復制御実施フラグ（ＸＳＰＡＲＧＥ）が立ち上がっているか否かを判定する。Ｓ回復制御実施フラグ（ＸＳＰＡＲＧＥ）は、下流側触媒３４のＳ被毒量が多く、再生処理が必要な場合に立ち上がる。具体的には、図２（Ａ）及び図４（Ｃ）に示すＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）が増加して所定のしきい値に達した場合に立ち上がる。ステップＳ１でＳ回復制御実施フラグが立ち上がっている場合（ＸＳＰＡＲＧＥ＝１のとき）はステップＳ２へ進み、現時点でのリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）の状態を検出する。リーンスパイク実施フラグが立ち上がっている場合（ＸＬＥＡＮＳＯＮ＝１のとき）はステップＳ４へ進み、リーンスパイク実施フラグが立ち上がっていない場合（ＸＬＥＡＮＳＯＮ≠１のとき）はステップＳ３へ進む。
【００５８】
ステップＳ３では、リーンスパイク間隔カウンタ（ｌｅａｎｓｏｆｆｃｎｔ）を１だけ増加させる。次のステップＳ５では、上述の方法でＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）を検出する。次のステップＳ６では、マップよりリーンスパイク間隔（ｋＬＥＡＮＳＯＦＦ）を算出する。
【００５９】
図６はステップＳ６で参照するマップを示している。このマップはＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）とリーンスパイク間隔（ｋＬＥＡＮＳＯＦＦ）の関係を規定するもので、Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）が少なくなるとリーンスパイク間隔（ｋＬＥＡＮＳＯＦＦ）が長くなるように両者の関係を規定している。下流側触媒３４からのＨ_２Ｓ発生量はＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）と相関があるため、このマップを参照することで、排出されたＨ_２Ｓ濃度が許容レベルに達する直前にリーンスパイクを実施することが可能となる。同時に、Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）が少ない場合は、リーンスパイク間隔（ｋＬＥＡＮＳＯＦＦ）を長くする制御が実現できる。
【００６０】
次のステップＳ７では、リーンスパイク間隔カウンタ（ｌｅａｎｓｏｆｆｃｎｔ）とリーンスパイク間隔（ｋＬＥＡＮＳＯＦＦ）を比較する。ｌｅａｎｓｏｆｆｃｎｔ＞ｋＬＥＡＮＳＯＦＦのときはステップＳ８へ進み、リーンスパイク実施フラグを立ち上げる（ＸＬＥＡＮＳＯＮ＝１）。ｌｅａｎｓｏｆｆｃｎｔ＞ｋＬＥＡＮＳＯＦＦでないときは初期状態に戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。
【００６１】
ステップＳ２でリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）が立ち上がっている場合は、ステップＳ４でリーンスパイク実施カウンタ（ｌｅａｎｓｏｎｃｎｔ）を１だけ加算する。次のステップＳ９では、Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）を検出する。次のステップＳ１０では、マップよりリーンスパイク実行時間（ｋＬＥＡＮＳＯＮ）を算出する。
【００６２】
図７はステップＳ１０で参照するマップを示している。このマップはＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）とリーンスパイク実行時間（ｋＬＥＡＮＳＯＦＦ）の関係を規定するもので、Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）が少なくなるとリーンスパイク実行時間（ｋＬＥＡＮＳＯＦＦ）が短くなるように両者の関係を規定している。これにより、Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）が少ない場合はリーンスパイク実行時間（ｋＬＥＡＮＳＯＦＦ）を短くする制御が実現できる。
【００６３】
次のステップＳ１１ではリーンスパイク実施カウンタ（ｌｅａｎｓｏｎｃｎｔ）とリーンスパイク実行時間（ｋＬＥＡＮＳＯＮ）を比較する。ｌｅａｎｓｏｎｃｎｔ＞ｋＬＥＡＮＳＯＮのときはステップＳ１２へ進み、リーンスパイク実施フラグを立ち下げる（ＸＬＥＡＮＳＯＮ＝０）。ｌｅａｎｓｏｎｃｎｔ＞ｋＬＥＡＮＳＯＮでないときは初期に戻る（ＲＥＴ）。
【００６４】
このように図５のフローチャートの処理では、ステップＳ８でリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）が“１”に設定されるまでは、ステップＳ１〜ステップＳ７の処理が繰り返し行われるため、図４（Ｄ）に示すようにリーンスパイク間隔カウンタ（ｌｅａｎｓｏｆｆｃｎｔ）の値は１づつ増加する。そして、リーンスパイク間隔カウンタ（ｌｅａｎｓｏｆｆｃｎｔ）の値がリーンスパイク間隔（ｋＬＥＡＮＳＯＦＦ）より大きくなるまでＸＬＥＡＮＳＯＮ＝０の状態が維持される。
【００６５】
一方、リーンスパイク間隔カウンタ（ｌｅａｎｓｏｆｆｃｎｔ）の値がリーンスパイク間隔（ｋＬＥＡＮＳＯＦＦ）より大きくなると、ステップＳ８でリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）が“１”に設定される。そして、ステップＳ１２でリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）が“０”に設定されるまでは、ステップＳ１〜ステップＳ１１の処理が繰り返し行われるため、図４（Ｅ）に示すようにリーンスパイク実施カウンタ（ｌｅａｎｓｏｎｃｎｔ）の値は１づつ増加する。そして、リーンスパイク実施カウンタ（ｌｅａｎｓｏｎｃｎｔ）の値がリーンスパイク実行時間（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）より大きくなるまでＸＬＥＡＮＳＯＮ＝１の状態が維持される。
【００６６】
次に、図６及び図７に示すマップの作成方法を説明する。これらのマップは、Ｓ付着量の異なる下流側触媒３４を複数用意し、それぞれを内燃機関１０に接続して機関を運転し、下流側触媒３４から排出されたＨ_２Ｓ量、ＳＯ_Ｘ量を測定することで作成できる。図８は図６のマップの作成方法を示す模式図である。ここで、図８（Ａ）の縦軸は下流側触媒３４から排出された排気ガス中のＨ_２Ｓ量を、図８（Ｂ）の縦軸は下流側触媒３４から排出された排ガス中のＳＯ_Ｘ量を示している。また、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）の横軸はリーンスパイク間隔（ｋＬＥＡＮＳＯＦＦ）を示している。
【００６７】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）において、曲線５０、曲線５２、曲線５４は、下流側触媒３４のＳ付着量が異なる場合のそれぞれの特性を示しており、曲線５０、曲線５２、曲線５４の順にＳ付着量は大きくなる。これらの特性はＳ付着量、リーンスパイク間隔以外のパラメータを固定した状態で求めた測定値である。
【００６８】
図８（Ａ）の限界値は、Ｈ_２Ｓ量の許容レベルの上限値を示しており、人が異臭を感じる濃度０．５ｐｐｍのレベルを示している。要求値は余裕分を見込んで限界値よりも小さく設定されており、実際のマップの作成は要求値を用いて行う。また、図８（Ｂ）の要求値は、ＳＯ_Ｘ排出量の下限値を示しており、下流側触媒３４のＳ被毒を十分に解消するためには要求値以上のＳＯ_Ｘを排出することが必要である。
【００６９】
図８（Ａ）に示すように、Ｈ_２Ｓ排出量を要求値以下にするためには、リーンスパイク間隔を短くする必要がある。一方、図８（Ｂ）に示すように、ＳＯ_Ｘの排出量を要求値以上とするためには、リーンスパイク間隔を長くする必要がある。従って、それぞれのＳ付着量毎にＨ_２Ｓ、ＳＯ_Ｘ双方の要求値を満たすようにマップを作成する。例えばＳ付着量が最も多い曲線５０の場合は、リーンスパイク間隔を図８に示す時間ｔ_Ａの中間の値とし、他の曲線５２，５４の場合についてもリーンスパイク間隔をそれぞれ求める。これにより、図８（Ｃ）に示すようにＳ付着量とリーンスパイク間隔の関係を求めることができる。
【００７０】
なお、図６のマップを作成する際には、図８（Ａ）における曲線５０，５２，５４と要求値の交点でのリーンスパイク間隔を用い、曲線５０，５２，５４に対応するＳ付着量に当てはめてマップを作成してもよい。この方法で作成したマップを使用することで、排出されたＨ_２Ｓ濃度が許容レベルに達する直前までリーンスパイク間隔を長くすることができ、より多量のＳＯ_Ｘをリーンスパイク直前まで排出できる。
【００７１】
図９は図７のマップの作成方法を示す模式図である。図８（Ａ），（Ｂ）と同様、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）の縦軸は排出されたＨ_２Ｓ量、ＳＯ_Ｘ量をそれぞれ示している。また、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）の横軸はリーンスパイク実行時間（ｋＬＥＡＮＳＯＮ）を示している。
【００７２】
図８と同様に、図９（Ａ）中の曲線５０、曲線５２、曲線５４は、Ｓ付着量が異なる場合のそれぞれの特性を示しており、これらの特性はＳ付着量、リーンスパイク実行時間以外のパラメータを固定して求めた測定値である。また、図９（Ａ）に示す限界値、要求値、図９（Ｂ）に示す要求値は、図８（Ａ）、図８（Ｂ）と同様である。
【００７３】
図９（Ａ）に示すように、Ｈ_２Ｓの排出量を要求値以下にするためにはリーンスパイク実行時間を長くする必要がある。一方、図９（Ｂ）に示すように、ＳＯ_Ｘの排出量を要求値以上とするためにはリーンスパイク実行時間を短くする必要がある。従って、それぞれのＳ付着量毎にＨ_２Ｓ、ＳＯ_Ｘ双方の要求値を満たすようにマップを作成する。例えば曲線５０の場合は、リーンスパイク実行時間を時間ｔ_Ｂの中間の値とし、他の曲線５２，５４の場合についてもリーンスパイク実行時間をそれぞれ求める。これにより、図９（Ｃ）に示すようにＳ付着量とリーンスパイク実行時間の関係を求めることができる。
【００７４】
次に、Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）に応じて目標空燃比を燃料リッチ側へ可変する方法について説明する。図１０はＳ付着量に応じて目標空燃比を補正する手順を示すフローチャートである。この制御では、リーン補正量（ｋＬＥＡＮ）とリッチ補正量（ｋＲＩＣＨ）を使用して、リーンスパイク時の目標空燃比とリーンスパイク時以外の目標空燃比を制御する。
【００７５】
先ず、ステップＳ２１では、リーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）の状態を参照して、ＸＬＥＡＮＳＯＮ＝１であればステップＳ２２へ進む。ＸＬＥＡＮＳＯＮ＝１でなければステップＳ２３へ進む。
【００７６】
ステップＳ２２では、マップを参照してリーン補正量（ｋＬＥＡＮ）を算出する。図１１は、図１０のステップＳ２２で参照するマップを示す模式図である。図１１に示すように、リーン補正量（ｋＬＥＡＮ）は１．０より大きい値であり、Ｓ付着量の減少に伴って減少する。次のステップＳ２４ではリッチ補正量（ｋＲＩＣＨ）を１．０に設定し、次のステップＳ２５では目標空燃比をストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．６）に設定する。次のステップＳ２６では、下式を用いて目標空燃比を補正する。
今回目標空燃比＝前回目標空燃比×ｋＬＥＡＮ×ｋＲＩＣＨ
この際、目標空燃比の初期値はステップＳ２５で設定したストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．６）であり、ｋＬＥＡＮ＞１．０，ｋＲＩＣＨ＝１．０であるため、目標空燃比は燃料リーンの値（Ａ／Ｆ＝１４．６以上）となる。
【００７７】
ステップＳ２１でｋＬＥＡＮＳＯＮ＝１でない場合、ステップＳ２３ではマップを参照してリッチ補正量（ｋＲＩＣＨ）を算出する。図１２はステップＳ２３で参照するマップを示す模式図である。図１２に示すように、リッチ補正量（ｋＲＩＣＨ）は１．０より小さい値であり、Ｓ付着量の減少に伴って減少する。次のステップＳ２７ではリーン補正量（ｋＬＥＡＮ）を１．０に設定し、次のステップＳ２８では目標空燃比をストイキの１４．６に設定する。
【００７８】
次のステップＳ２６では、上式を用いて目標空燃比を補正する。この際、目標空燃比の初期値はステップＳ２７で設定したストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．６）であり、ｋＲＩＣＨ＜１．０，ｋＬＥＡＮ＝１．０であるため、算出された目標空燃比は燃料リッチな値（Ａ／Ｆ＝１４．６以下）となる。
【００７９】
このように、リーンスパイクを実施している場合はＸＬＥＡＮＳＯＮ＝１であり、ステップＳ２２〜Ｓ２６の処理が繰り返される。この際、Ｓ付着量が減少していくと図１１のマップからより１．０に近いリーン補正量（ｋＬＥＡＮ）が求められる。従って、図４（Ｆ）に示すように、リーンスパイク時の目標空燃比をリッチ側へ可変していく制御が実現できる。
【００８０】
一方、リーンスパイクを実施していない場合はＸＬＥＡＮＳＯＮ＝０であり、ステップＳ２３〜Ｓ２６の処理が繰り返される。この際、Ｓ付着量が減少していくと図１２のマップからより小さなリッチ補正量（ｋＲＩＣＨ）が求められる。従って、図４（Ｆ）に示すように、リーンスパイクを実施していない場合の目標空燃比をリッチ側へ可変していく制御が実現できる。
【００８１】
図１１及び図１２のマップは、図６及び図７のマップと同様の方法で作成できる。図１１のマップを求める場合は、Ｓ付着量とリーン補正量以外のパラメータを固定し、異なるＳ付着量毎にリーン補正量を可変してＳＯ_Ｘ、Ｈ_２Ｓの排出量を求め、ＳＯ_Ｘ、Ｈ_２Ｓの排出量が適正となるリーン補正量を求めればよい。図１２のマップについても同様である。
【００８２】
リーンスパイクの諸元、目標空燃比を求めた後の排気空燃比の制御は、空燃比センサ３５の検出値を燃料噴射弁３０における燃料噴射量にフィードバックするメインフィードバック（メインＦ／Ｂ）、サブＯ_２センサ３８の検出値を燃料噴射弁３０における燃料噴射量にフィードバックするサブフィードバック（サブＦ／Ｂ）を用いて行う。
【００８３】
以上説明したように実施の形態１によれば、下流側触媒３４のＳ付着量に基づいてリーンスパイクを実施し、Ｓ付着量の低下に伴ってリーンスパイク間隔、実行時間、空燃比を可変するようにしたため、Ｈ_２Ｓの排出量を許容レベル以下に抑えることができ、かつ下流側触媒３４に付着したイオウ成分を最大限に排出することができる。従って、Ｈ_２Ｓの発生を抑制した状態で下流側触媒３４のＮＯ_Ｘ浄化能力を効率良く回復させることができる。
【００８４】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、下流側触媒３４の触媒内空燃比時系列変化からＨ_２Ｓ発生量を予測してリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）の状態を設定するものである。
【００８５】
図１３は下流側触媒３４の触媒内空燃比時系列変化を説明するための模式図であって、触媒の内面を模式的に示す図である。上述のように下流側触媒３４は排気ガス中のＮＯ_Ｘを吸蔵し、放出する。図１３（Ａ）は、下流側触媒３４に燃料リーンな排気ガスを流し、下流側触媒３４の全域にＮＯ_Ｘなどのリーン成分が吸蔵された状態を示している。便宜上、リーン成分が吸蔵された領域を触媒内リーン領域と称する。
【００８６】
図１３（Ｂ）〜図１３（Ｄ）は、図１３（Ａ）の状態からＳ回復制御によって下流側触媒３４内に燃料リッチな排気ガスを通過させ、前側からリーン成分が順次に脱離していく様子を時系列的に示したものである。便宜上、リーン成分が脱離した領域を触媒内リッチ領域と称する。
【００８７】
図１３（Ｂ）〜図１３（Ｄ）に示すように、燃料リッチな排気ガスを流して触媒内を還元雰囲気にすると、下流側触媒３４が吸蔵していたリーン成分が前側から順に脱離していく。還元雰囲気下では下流側触媒３４に吸蔵されたＳＯ_Ｘも還元されるため、触媒内リッチ領域の拡大とともに触媒内のＳＯ_Ｘが脱離していき、排気ガス中の水素と反応してＨ_２Ｓが発生する。
【００８８】
この際、排気空燃比が燃料リッチであるほど排気ガス中の還元剤が多くなるため、触媒内リッチ領域が拡大する速度も大きくなる。そして、触媒内リッチ領域が拡大するほど下流側触媒３４から排出されるＳＯ_Ｘ量、Ｈ_２Ｓ量は多くなる。触媒内リッチ領域の拡がる度合いは、下流側触媒３４から排出される排気ガスの排気空燃比から予測できるため、サブＯ_２センサ３８の出力をモニタすることで触媒内空燃比の時系列変化を予測することができ、これに基づいてＨ_２Ｓ発生量を求めることができる。
【００８９】
一方で、触媒内時系列変化は下流側触媒３４を流れる排気ガス量に応じて変動し、空燃比が同じ場合であっても排気ガス流量が多いほど触媒内リッチ領域は拡大する。サブＯ_２センサ３８の出力のみで触媒内時系列変化の傾向は判別できるが、より精度の高い制御を行うためには、エンジン負荷に応じてサブＯ_２センサ３８の出力を補正することが好ましい。この際、エンジン負荷は内燃機関１０の吸入空気量と同等であるため、吸入空気量に応じて補正を行うことが望ましい。これにより、より高い精度でＨ_２Ｓ発生量を求めることができる。
【００９０】
同様に、燃料リーンな排気ガスによって触媒内リーン領域が拡大する様子もサブＯ_２センサ３８の出力から予測することができる。
【００９１】
具体的な方法を以下に説明する。図１４は、触媒内空燃比時系列変化を考慮してリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）を立ち上げる方法を示すタイミングチャートである。ここで、図１４（Ａ）は、サブＯ_２センサ３８の出力波形を示している。図１４（Ｂ）中の破線は、図１４（Ａ）に示す出力波形のリッチ側出力の積算値（以下、積算（Ｒ）と称する）を示している。積算（Ｒ）は、図１４（Ａ）のリッチ側（０．４５Ｖ以上）の出力を時間で積算して得た値であり、空燃比を燃料リッチに制御している間に下流側触媒３４から排出されたＳＯ_Ｘ量、Ｈ_２Ｓ量を間接的に示す値である。また、図１４（Ｂ）中の実線は、エンジン負荷（吸入空気量）に応じて補正した積算（Ｒ）の値を示している。積算（Ｒ）を補正する際は、例えば吸入空気量が多いほど積算（Ｒ）に大きな補正係数を乗じて補正する。
【００９２】
図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）に示す出力波形のリーン側出力の積算値（以下、積算（Ｌ）と称する）を示している。また、図１４（Ｄ）はリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）の波形を示している。積算（Ｌ）は、図１４（Ａ）のリーン側（０．４５Ｖ以下）の出力を時間で積算して得た値であり、排気空燃比を燃料リーンにするとＳＯ_Ｘ量、Ｈ_２Ｓ量は低下するため、積算（Ｌ）はリーンスパイクによるＳＯ_Ｘ、Ｈ_２Ｓの低下量に応じた値である。
【００９３】
図１４（Ａ）に示すようにＳ回復制御の実施中、排気空燃比は燃料リッチに制御される。そして、図１４（Ｂ）に示すように、積算（Ｒ）とその補正値は時間の経過とともに増加し、補正値が所定値に達した時点（時刻ｔ_１０）で図１４（Ｄ）のリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）を立ち上げる。これにより、リーンスパイクが実施される。ここで、所定値はＨ_２Ｓ発生量の許容レベルに対応した値である。このように、サブＯ_２センサ３８の出力から積算（Ｒ）を求め、エンジン負荷で補正することで、触媒内空燃比時系列変化に基づいたＨ_２Ｓ発生量を求めることができ、触媒内の状態を考慮して適性なタイミングでリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）を立ち上げることが可能となる。
【００９４】
図１４（Ａ）に示すように、リーンスパイクを実施している間のサブＯ_２サンサ３８の出力は０．４５Ｖ以下となる。そして、図１４（Ｄ）に示すように積算（Ｌ）は増加していく。上述したように、積算（Ｌ）はリーン時のＨ_２Ｓ濃度の低下量に相当する。従って、積算（Ｌ）の値が所定値に達した時点で、Ｈ_２Ｓ濃度が十分に低下したもの判断し、リーンスパイクを終了する。その後、再び空燃比を燃料リッチにしてＳ回復制御を行う。
【００９５】
次に、より高い精度でＨ_２Ｓ発生量を求める方法を説明する。図１５は、Ｈ_２Ｓ放出速度に関係する各特性値を示す模式図である。図１５（Ａ）の横軸はＳ回復制御時間（Ｔｉｍｅ）、図１５（Ｂ）の横軸は内燃機関１０の吸入空気量（Ｇａ）、図１５（Ｃ）の横軸は下流側触媒３４の触媒温度（Ｔｅｍｐ）、図１５（Ｄ）の横軸は下流側触媒３４のＳ付着量（Ｓ）、図１５（Ｅ）の横軸は排気空燃比（Ａ／Ｆ）をそれぞれ示している。また、図１５（Ｆ）の横軸は積算（Ｒ）を示している。
【００９６】
図１５（Ａ）〜（Ｆ）の縦軸はＨ_２Ｓ放出のし易さ（Ｈ_２Ｓ発生量）を示している。Ｈ_２Ｓ発生量は、Ｓ回復制御時間、吸入空気量、触媒温度、Ｓ付着量、積算（Ｒ）の増加に伴って増加する。また、Ｈ_２Ｓ発生量は、排気空燃比の増加に伴って減少する。Ｈ_２Ｓの放出速度は、図１５（Ａ）〜（Ｆ）に示す各特性の関数として求めることができる。
【００９７】
図１６は、図１５に示す各特性値からＨ_２Ｓ放出速度を求め、Ｈ_２Ｓ放出速度に基づいてリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）の状態を設定する手順を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ３１ではＳ回復制御の実施中であるか否かを判別する。Ｓ回復制御実施中の場合はステップＳ３２へ進む。Ｓ回復制御実施中でない場合は、リーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）を設定する必要がないため、初期状態に戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。ステップＳ３２では、サブＯ_２センサ３８の出力を検出する。
【００９８】
次のステップＳ３３では、サブＯ_２センサ３８の出力が０．４５Ｖ以上であるか否かを判別する。出力が０．４５Ｖ以上の場合は排気空燃比が燃料リッチであり、この場合はステップＳ３４へ進む。ステップＳ３４ではリーン側出力積算値（積算（Ｌ））をクリアにし（積算（Ｌ）＝０）、次のステップＳ３５ではリッチ側出力積算値（積算（Ｒ））を求める。ここで、積算（Ｒ）は（サブＯ_２センサ出力−０．４５）の積算によって求められる。
【００９９】
次のステップＳ３６ではＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）を求める。実施の形態１で説明したように、Ｓ回復制御中のＳ付着量は下式から求められる。
今回Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）＝前回Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）−瞬時Ｓ脱離量
ここで、瞬時Ｓ脱離量は、Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）、触媒温度、排気空燃比（Ａ／Ｆ）、吸入空気量の関数である。
【０１００】
次のステップＳ３７では、Ｈ_２Ｓ放出速度を算出する。ここでは、図１５に示す各特性値、Ｈ_２Ｓ生成時間などの特性値の少なくとも１つを用いてＨ_２Ｓ放出速度を算出する。ここで、積算（Ｒ）は下流側触媒３４から実際に排出されたＳＯ_Ｘ量、Ｈ_２Ｓ量に応じた値であるため、図１５の各特性値のうち、積算（Ｒ）だけは必ず用いてＨ_２Ｓ放出速度を算出する。これにより、Ｈ_２Ｓ放出速度を高い精度で算出することが可能となる。なお、積算（Ｒ）、Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）については、ステップＳ３５，Ｓ３６で求めた値を用いる。また、Ｈ_２Ｓ生成時間は、ＳＯ_Ｘが生成された後、水素と反応してＨ_２Ｓが生成されるまでの時間である。
【０１０１】
次のステップＳ３８では、マップから仮判定値を求める。図１７はステップＳ３８で参照するマップを示す模式図である。図１７に示すように、下流側触媒３４のＳ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）が多い場合、より多くのＨ_２Ｓが排出されるため、Ｓ付着量（ｓｏｘｃｎｔ）が多くなるほど仮判定値を低くする。これにより、ステップＳ３９で用いる最終判定値を小さくすることができ、より早い段階からリーンスパイクを実施することが可能となる。
【０１０２】
次のステップＳ３９では、ステップＳ３８で求めた仮判定値に補正値（ｆ（ＮＥ，ＰＭ））を乗じて最終判定値を求める。ここで、補正値（ｆ（ＮＥ，ＰＭ））はエンジン回転数（ＮＥ）と吸気管圧力（ＰＭ）の関数であり、吸入空気量に応じた値である。
【０１０３】
上述のように触媒内リッチ領域は燃料リッチな排気ガスの流量に応じて拡大し、Ｈ_２Ｓ発生量は排気ガス流量、すなわち吸入空気量に応じて増加する。図１６のフローでは、Ｈ_２Ｓ放出速度を算出する際に吸入空気量を用い、さらに吸入空気量に応じた補正値（ｆ（ＮＥ，ＰＭ））で仮判定値を補正しているため、運転状態に応じて吸入空気量が変動し、内燃機関１０の負荷が変動した場合であっても、適切なタイミングでリーンスパイクを実施することができる。
【０１０４】
次のステップＳ４０では、Ｈ_２Ｓ放出速度と最終判定値を比較する。そして、Ｈ_２Ｓ放出速度≧最終判定値の場合はステップＳ４１へ進み、リーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）を立ち上げる。これにより、リーンスパイクが実施される。ステップＳ４０でＨ_２Ｓ放出速度≧最終判定値でない場合は初期に戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。
【０１０５】
一方、ステップＳ３３でサブＯ_２センサ出力が０．４５Ｖ未満のとき、すなわち、排気空燃比が燃料リーンの場合はステップＳ４２へ進む。そして、ステップＳ４２では積算（Ｒ）の値をクリアにする。次のステップＳ４３では、積算（Ｌ）を求める。ここで、積算（Ｌ）は（０．４５−サブＯ_２センサ出力）の積算によって求められる。
【０１０６】
次のステップＳ４４では、積算（Ｌ）と所定値を比較する。積算（Ｌ）≧所定値の場合はＨ_２Ｓ放出速度が十分に低下しているためステップＳ４５へ進み、リーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）を立ち下げる。これにより、リーンスパイクが終了する。ステップＳ４４で積算（Ｌ）≧所定値でない場合は、ステップＳ４１へ進み、引き続きリーンスパイクを実施する。
【０１０７】
以上説明したように実施の形態２によれば、触媒内空燃比時系列変化をサブＯ_２センサ３８のリッチ側出力積算値から求め、積算値を運転状態に応じて補正するようにしたため、触媒内のＳ被毒状態に応じて適切なタイミングでリーンスパイクを実施することが可能となる。
【０１０８】
更に、Ｈ_２Ｓ放出速度に関係する各特性値を考慮してＨ_２Ｓ放出速度を求め、これに基づいてリーンスパイク実施フラグ（ＸＬＥＡＮＳＯＮ）の状態を設定するようにしたため、より適正なタイミングでリーンスパイクを実施することができる。従って、Ｈ_２Ｓ排出量が許容レベルを超える直前にリーンスパイクを実施することができ、Ｈ_２Ｓ排出量を低減するとともにＳＯ_Ｘの排出を効率良く行うことができる。
【０１０９】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【０１１０】
請求項１記載の発明によれば、排気浄化触媒のイオウ成分付着量に基づいて適正なリーンスパイクを実施できるため、イオウ被毒再生時の硫化水素の発生を抑えるとともに、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
【０１１１】
請求項２記載の発明によれば、イオウ成分付着量の減少に伴ってリーンスパイク間隔を長くするため、排気空燃比を燃料リッチにしている時間をより長くすることができる。従って、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
【０１１２】
請求項３記載の発明によれば、イオウ成分付着量の減少に伴ってリーンスパイク実行時間を短くするため、排気空燃比を燃料リッチにしている時間をより長くすることができる。従って、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
【０１１３】
請求項４記載の発明によれば、イオウ成分付着量の減少に伴って排気空燃比を燃料リッチ側へ可変するようにしたため、イオウ成分の脱離を促進することができ、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
【０１１４】
請求項５記載の発明によれば、排気浄化触媒の下流側に設けられたセンサの出力に基づいてリーンスパイクを実施するため、触媒内空燃比時系列変化に基づいて適正なタイミングでリーンスパイクを実施できる。
【０１１５】
請求項６記載の発明によれば、センサの燃料リッチ側出力積算値を内燃機関の負荷に応じて補正するため、触媒内空燃比時系列変化を正確に求めることができ、適正なタイミングでリーンスパイクを実施できる。
【０１１６】
請求項７記載の発明によれば、硫化水素量が所定の判定値に達した時点でリーンスパイクを実施するため、イオウ被毒再生時の硫化水素の発生を抑えるとともに、イオウ被毒された排気浄化触媒を効率よく再生できる。
【０１１７】
請求項８記載の発明によれば、センサの燃料リッチ側出力の積算値を用いて硫化水素量を検知するため、精度良く硫化水素量を検知することができる。
【０１１８】
請求項９記載の発明によれば、少なくともセンサの燃料リッチ側出力の積算値を用い、且つ、イオウ被毒再生時間、内燃機関の吸入空気量、排気浄化触媒の触媒温度、排気浄化触媒のイオウ成分付着量及び排気空燃比の少なくとも１つを用いて硫化水素量を検知するため、精度良く硫化水素量を検知することができる。
【０１１９】
請求項１０記載の発明によれば、内燃機関の負荷に基づいて判定値を補正するため、内燃機関の負荷に応じて適正なタイミングでリーンスパイクを実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる内燃機関の排気浄化装置及びその周辺の構造を説明するための図である。
【図２】Ｓ回復制御を実施している際の各波形を示すタイミングチャートである。
【図３】Ｓ回復制御の際に発生するＳＯ_Ｘ量とＨ_２Ｓ量を示す特性図である。
【図４】実施の形態１の排気浄化装置の制御に関わる各波形を示すタイミングチャートである。
【図５】リーンスパイク実施フラグの状態を設定する手順を示すフローチャートである。
【図６】Ｓ付着量とリーンスパイク間隔のマップを示す模式図である。
【図７】Ｓ付着量とリーンスパイク実行時間のマップを示す模式図である。
【図８】図６のマップの作成方法を示す模式図である。
【図９】図７のマップの作成方法を示す模式図である。
【図１０】Ｓ付着量に応じて目標空燃比を補正する手順を示すフローチャートである。
【図１１】Ｓ付着量とリーン補正量のマップを示す模式図である。
【図１２】Ｓ付着量とリッチ補正量のマップを示す模式図である。
【図１３】触媒内空燃比時系列変化を説明するための模式図である。
【図１４】実施の形態２の排気浄化装置の制御に関わる各波形を示すタイミングチャートである。
【図１５】Ｈ_２Ｓ放出速度に関係する各特性値を示す模式図である。
【図１６】Ｈ_２Ｓ放出速度に基づいてリーンスパイク実施フラグの状態を設定する手順を示すフローチャートである。
【図１７】図１６のフローチャートにおいて、仮判定値を求めるマップを示す模式図である。
【符号の説明】
１０　内燃機関
１２　吸気通路
１４　排気通路
３０　燃料噴射弁
３２　上流側触媒
３４　下流側触媒（ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒）
３５　空燃比センサ
３８　サブＯ_２センサ
４０　ＥＣＵ
４２　水温センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, and is particularly suitable for being applied to an internal combustion engine provided with a catalyst for purifying exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
Recently, nitrogen oxides (NO) contained in exhaust gas of a lean-burn internal combustion engine_XNO to purify)_XCatalysts have been put to practical use. NO_XThe catalyst is, for example, a carrier on which an alkaline earth such as barium (Ba) and a noble metal such as platinum (Pt) are supported using alumina as a carrier._XIs nitrate ion (NO₃ ⁻NO)_XIt is stored in the catalyst. And NO_XWhen the internal combustion engine is operating at a lean air-fuel ratio, the catalyst contains NO in the exhaust gas._XWhen the exhaust air-fuel ratio of the internal combustion engine is operated at a rich air-fuel ratio equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio, the stored NO_XHas the function of releasing and reducing.
[0003]
However, since sulfur (S) is contained in the fuel and the lubricating oil of the engine, the exhaust gas also contains sulfur. Therefore, NO_XThe catalyst converts the sulfur component in the exhaust gas to BaSO₄It has the property of being occluded as sulfates and poisoned by sulfur components (S poisoning). NO_XThe sulfur component stored in the catalyst is NO_XTherefore, even if the exhaust air-fuel ratio is made rich, NO_XNot released from the catalyst, NO_XIt gradually accumulates in the catalyst. And NO_XNO increases when the amount of sulfur component in the catalyst increases._XNO that can be absorbed by the catalyst_XGradually decreases, and NO_XNO of catalyst_XThere is a problem that the storage capacity is reduced.
[0004]
Therefore, S poisoned NO_XIncrease catalyst temperature and NO_XBy placing the catalyst in a reducing atmosphere, the stored sulfur component is converted to sulfur oxide (SO_XNO)_XRelease from the catalyst, NO_XIt is known to restore the occlusion capacity. However, S poisoned NO_XWhen the catalyst is regenerated, for example, SO desorbed by the following chemical reaction formula_XIs the hydrogen (H₂) And react with hydrogen sulfide (H₂S) is temporarily produced in large quantities.
BaSO₄+ CO → BaCO₃+ SO₂
SO₂+ H₂→ H₂S + O₂
Such hydrogen sulfide is not preferable because it has a property of generating a strong odor and emits an unpleasant odor around the vehicle when released into the atmosphere.
[0005]
NO_XThe catalyst is SO_XIn the desorption temperature range, the richer the exhaust air-fuel ratio is, the more SO_XIs emitted in large quantities. NO_XThe larger the amount of S attached to the catalyst, the more SO_XIs emitted in large quantities. And SO_XAs a result, a large amount of H₂S is generated.
[0006]
Such H₂For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-161107 discloses NO_XAs the S poisoning amount of the catalyst increases, the degree of enrichment is reduced, and the target A / F is set closer to stoichiometric (air-fuel ratio: A / F = 14.6).₂A method for suppressing the generation amount of S is described.
[0007]
Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-274232 discloses NO_XWhen S poisoning of the catalyst is detected, the exhaust air-fuel ratio is changed around the reference rich air-fuel ratio, and NO_XSO gradually from the catalyst_XAre disclosed.
[0008]
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-82137 discloses an H estimated based on an engine operating state.₂A method is described in which when the S release speed exceeds a determination value, the target air-fuel ratio is modulated so as to alternately take a value on the rich side and a value on the lean side.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-161107
[Patent Document 2]
JP 2000-274232 A
[Patent Document 3]
JP 2001-82137 A
[Patent Document 4]
JP 2001-304011 A
[Patent Document 5]
JP 2001-304020 A
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, H₂S is NO_XSince it is generated when the sulfur component stored in the catalyst is reduced, the conventional method described above requires H₂When the generation of S is suppressed, SO_XThere is a problem that the amount of waste gas decreases. That is, SO_XOf H₂It is difficult to reduce the amount of S discharged. Therefore, S poisoned NO_XThere has been a problem that the catalyst cannot be sufficiently regenerated and the storage capacity cannot be restored.
[0011]
For example, in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-161107, the degree of enrichment is reduced as the S poisoning amount is increased._XThere is a problem that the sulfur component cannot be sufficiently desorbed from the catalyst.
[0012]
In the method described in JP-A-2000-274232, H₂In order to suppress the emission of S, the exhaust air-fuel ratio is alternately switched between the stoichiometric air-fuel ratio and a predetermined rich air-fuel ratio every predetermined time (for example, every 5 seconds). However, according to this method, the exhaust air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio during the time period when H₂SO with S_XEmission is suppressed. Therefore, NO_XIt is difficult to sufficiently perform S-poisoning regeneration of the catalyst.
[0013]
In the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-82137, the engine operation state is represented by a function such as an engine speed, an intake air amount, a vehicle speed, a catalyst temperature, an exhaust temperature, a cooling water temperature, and the like. H₂The S release rate is estimated. But NO_XThe amount of S poisoning of the catalyst is constantly changing.₂Since it takes time for S to reach the level at which odor is generated, H₂It is difficult to estimate the amount of S generation. Therefore, the estimated H₂S release rate and actually generated H₂There is a problem that the error between the S concentration and the S concentration becomes large, and the lean spike cannot be performed at an appropriate timing.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem.₂While minimizing the amount of S released,_XAn object is to reliably desorb a sulfur component from a catalyst.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an exhaust purification catalyst for purifying exhaust gas of an internal combustion engine, a sulfur component adhesion amount detecting means for detecting a sulfur component adhesion amount of the exhaust purification catalyst, and At the time of sulfur poisoning regeneration of the purification catalyst, air-fuel ratio fuel enrichment means for controlling the exhaust air-fuel ratio to be fuel rich, lean spike execution means for performing a lean spike on the fuel-rich exhaust air-fuel ratio, and the sulfur component adhesion amount Lean spike control means for setting the specifications of the lean spike based on
[0016]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the lean spike control means includes a lean spike control unit that reduces the amount of sulfur component attached. It is characterized by increasing the interval.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, in order to achieve the above object, the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the first or second aspect, wherein the lean spike control means reduces the amount of the sulfur component attached. It is characterized in that the lean spike execution time is shortened.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, wherein the sulfur coating is reduced in accordance with a decrease in the amount of the sulfur component attached. An air-fuel ratio varying means for varying an exhaust air-fuel ratio during poison regeneration to a fuel-rich side is further provided.
[0019]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an exhaust purification catalyst for purifying exhaust gas of an internal combustion engine, and an air-fuel ratio for controlling the exhaust air-fuel ratio to be fuel-rich during sulfur poisoning regeneration of the exhaust purification catalyst. Fuel-enriching means, a sensor provided on the downstream side of the exhaust purification catalyst for detecting the exhaust air-fuel ratio, and performing a lean spike on the fuel-rich exhaust air-fuel ratio based on the output of the sensor. Means.
[0020]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the fifth aspect of the present invention, wherein an integrating means for obtaining an integrated value of a fuel-rich side output of the sensor is provided. Correction means for correcting the integrated value based on the load to obtain a correction value, wherein the lean spike performing means starts the lean spike when the correction value reaches a predetermined determination value. Features.
[0021]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the fifth aspect of the present invention, wherein the exhaust gas is discharged from the exhaust gas purifying catalyst based on a predetermined characteristic value including an output of the sensor. Hydrogen sulfide detecting means for detecting the amount of hydrogen sulfide to be performed, wherein the lean spike performing means starts the lean spike when the amount of hydrogen sulfide reaches a predetermined determination value.
[0022]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 8 is the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the hydrogen sulfide detecting means determines at least an integrated value of a fuel rich side output of the sensor. To detect the amount of hydrogen sulfide.
[0023]
According to a ninth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, there is provided the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the eighth aspect, wherein the hydrogen sulfide detecting means determines at least an integrated value of a fuel-rich side output of the sensor. And the amount of hydrogen sulfide is determined using at least one of a sulfur poisoning regeneration time, an intake air amount of an internal combustion engine, a catalyst temperature of the exhaust purification catalyst, a sulfur component adhesion amount of the exhaust purification catalyst, and an exhaust air-fuel ratio. It is characterized by detecting.
[0024]
According to a tenth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of the seventh to ninth aspects, wherein the determination value is corrected based on a load on the internal combustion engine. It is characterized by further comprising a correcting means.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Elements common to the drawings are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. The present invention is not limited by the following embodiments.
[0026]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram for explaining an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine and a structure around the exhaust gas purifying apparatus according to the first embodiment of the present invention. The internal combustion engine 10 of the present embodiment is a lean burn internal combustion engine. An intake passage 12 and an exhaust passage 14 communicate with the internal combustion engine 10. The intake passage 12 includes an air filter 16 at an end on the upstream side. The air filter 16 is provided with an intake air temperature sensor 18 for detecting the intake air temperature THA (that is, the outside air temperature).
[0027]
An air flow meter 20 is arranged downstream of the air filter 16. The air flow meter 20 is a sensor that detects the amount Ga of air flowing through the intake passage 12. Downstream of the air flow meter 20, a throttle valve 22 is provided. In the vicinity of the throttle valve 22, there are arranged a throttle sensor 24 for detecting the throttle opening TA and an idle switch 26 which is turned on when the throttle valve 22 is fully closed.
[0028]
A surge tank 28 is provided downstream of the throttle valve 22. Further, a fuel injection valve 30 for injecting fuel into an intake port of the internal combustion engine 10 is disposed further downstream of the surge tank 28.
[0029]
In the exhaust passage 14, an upstream catalyst (start catalyst) 32 and a downstream catalyst (NO_XAnd a storage catalyst 34 are arranged in series. Since the upstream side catalyst 32 is a relatively small-capacity catalyst and is arranged at a position close to the internal combustion engine 10, the temperature of the upstream side catalyst 32 rises to the activation temperature in a short time at the time of a cold start of the engine, etc. Perform exhaust gas purification.
[0030]
Further, in the present embodiment, when the inflowing exhaust air-fuel ratio is lean, the downstream side catalyst 34 emits NO._XIs selectively retained (occluded) by adsorption, absorption or both, and when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, the stored NO_XIs reduced and purified using the reducing components (HC, CO) in the exhaust gas.
[0031]
An air-fuel ratio sensor (A / F sensor) 35 is disposed in the exhaust passage 14 upstream of the upstream catalyst 32. The air-fuel ratio sensor 35 is a sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust gas. The air-fuel ratio sensor 35 detects the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the internal combustion engine 10 based on the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the upstream catalyst 32. It is to detect.
[0032]
In addition, downstream of the downstream catalyst 34, a sub O₂A sensor 38 is arranged. Sub O₂The sensor 38 is a sensor for detecting whether the oxygen concentration in the exhaust gas is larger or smaller than a predetermined value, and generates an output of 0.45 V or more when the exhaust air-fuel ratio at the sensor position becomes richer than stoichiometric. When the exhaust air-fuel ratio becomes leaner than the stoichiometric ratio, an output of 0.45 V or less is generated. The determination whether the oxygen concentration is higher or lower than the predetermined value₂This is performed by comparing the output of the sensor 38 with a predetermined determination voltage. Normally, the judgment voltage is set to 0.45 V and the sub O₂When the output of the sensor 38 is 0.45 V or more, the determination output "1" is output assuming that the oxygen concentration is larger than the predetermined value. When the output is smaller than 0.45 V, the determination output “0” is output assuming that the oxygen concentration is smaller than the predetermined value.
[0033]
Sub O₂According to the sensor 38, a fuel-rich exhaust gas (exhaust gas containing HC and CO) or a fuel-lean exhaust gas (NO_X(Exhaust gas containing).
[0034]
As shown in FIG. 1, the exhaust emission control device of the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 40. The ECU 40 is connected to a water temperature sensor 42 for detecting a cooling water temperature THW of the internal combustion engine 10 and a vehicle speed sensor 44 for detecting a vehicle speed SPD, in addition to the various sensors and the fuel injection valve 30 described above.
[0035]
In the system shown in FIG. 1, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 10 is first purified by the upstream catalyst 32. Then, in the downstream side catalyst 34, a purification process of exhaust gas not completely purified by the upstream side catalyst 32 is performed. The upstream side catalyst 32 releases oxygen into the fuel-rich exhaust gas, and purifies the exhaust gas by storing excess oxygen in the fuel-lean exhaust gas. Further, when the exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas from the upstream catalyst 32 is a lean air-fuel ratio, the downstream catalyst 34 includes NO in the exhaust gas._XWhen the exhaust air-fuel ratio is a rich air-fuel ratio equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio, the stored NO_XTo reduce.
[0036]
As described in the section of the related art, the downstream side catalyst 34_XNot only, oxide SO of sulfur component contained in exhaust gas_XTo barium sulfate BaSO₄Such as sulfate X-SO₄And the sulfate X-SO₄Poisoning (S poisoning). For this reason, when the downstream catalyst 34 is poisoned by S, a control (S recovery control) for removing the sulfur component by increasing the temperature of the downstream catalyst 34 and placing it in a reducing atmosphere is performed. The exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment performs SO recovery at the time of S recovery control._X, And H₂Control is performed to minimize the occurrence of S.
[0037]
FIG. 2 is a timing chart showing waveforms when the S recovery control is performed. Here, FIG. 2A is a waveform showing the sulfur component adhesion amount (S adhesion amount) of the downstream side catalyst 34, and FIG.₂3 shows an output waveform of the sensor 38. FIG. 2C shows the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the downstream catalyst 34, and FIG. 2D shows the H of the exhaust gas discharged from the downstream catalyst 34.₂The S concentration is shown.
[0038]
As shown in FIG. 2 (C), the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment executes a lean spike in which the target air-fuel ratio is made fuel-rich and the air-fuel ratio is made fuel-lean at a predetermined timing during the S recovery control. .
[0039]
As shown in FIG. 2 (D), when the exhaust air-fuel ratio is made rich during the S recovery control, H is discharged.₂The concentration of S also increases, but at time t₁When a lean spike is performed in H₂The S concentration decreases. When the lean spike ends, H again₂Although the S concentration increases, the time t₂When a lean spike is performed in H₂The S concentration decreases again. By performing the lean spike at appropriate intervals in this manner, H discharged as shown in FIG.₂The concentration of S can be reduced to a level at which humans feel odor (usually about 0.5 ppm).
[0040]
On the other hand, in the time period in which the lean spike is not performed, the exhaust air-fuel ratio is kept fuel-rich, so that the sulfur component can be reliably desorbed from the downstream catalyst 34.
[0041]
As described above, the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment performs the lean spike at a predetermined interval to thereby reduce the H level.₂S is suppressed to below the allowable level, and SO_XTo recover and exhaust the purification ability of the downstream catalyst 34. Based on FIG.₂The principle of suppressing only the occurrence of S will be described. FIG. 3 shows the state of SO during the S recovery control._X, H₂FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between the amount of S generated and time.
[0042]
When the air-fuel ratio is made rich in fuel for the S recovery process, first, as shown in FIG._XOccurs first, and as time passes, SO_XIs reduced. Then H₂The amount of S generated increased and peaked, and eventually H₂The amount of S generated also decreases. Thus, H₂The occurrence time of S is SO_XThere is a time lag with respect to the time of occurrence.
[0043]
H₂The following can be assumed as factors that cause a delay in the emission time of S.
(1) Difference in reaction speed
SO_XOccurrence, H₂It is considered that the following reduction reaction occurs when S is generated.
BaSO₄+ CO → BaCO₃+ SO₂
SO₂+ 3H₂→ H₂S + 2H₂O
If such a reaction occurs, H₂The rate of reduction by CO is about 1/3 of the rate of reduction by CO. Therefore, H₂It is considered that the occurrence of S is delayed.
(2) Stability
SO desorbed into the exhaust gas from the downstream catalyst 34_XIs more stable than other gas components in the exhaust gas. Therefore, H2 in the exhaust gas is SO2_XReacts preferentially with other components. For this reason, H₂It is considered that the occurrence of S is delayed.
(3) Difference in concentration
During S recovery control, only about 1/10 of H2 is present in the exhaust gas compared to CO. Therefore, H₂The chance of the reduction reaction by CO is smaller than that of the reduction reaction by CO. For this reason, H₂It is considered that the occurrence of S is delayed.
(4) H₂S oxidation reaction
The downstream catalyst 34 stores excess oxygen in the fuel-lean exhaust gas. Therefore, the reaction at the front end of the downstream side catalyst 34₂To H₂Even if S is generated, the following reaction occurs due to the oxygen stored by the downstream catalyst 34, and H₂When S flows to the rear end, SO₂Return to
H₂S + O₂→ H₂O + SO₂
H₂S is SO₂It is necessary that the stored oxygen be completely desorbed from the downstream catalyst 34 in order to prevent the stored oxygen from returning to the normal state. However, it takes some time until the stored oxygen is consumed in the reducing atmosphere. For this reason, H₂It is considered that the occurrence of S is delayed.
[0044]
In the present embodiment, H₂Using the delay of the occurrence time of S, H₂Immediately before the amount of S exceeds the allowable level, the time t shown in FIG.₁Conduct a lean spike. As shown in FIG.₁At the time of SO_XIs generated in a large amount, so the SO_XThe reduction in generation is minimized. Therefore, at time t₁SO previously desorbed from the downstream catalyst 34_XCan be reliably discharged.
[0045]
Similarly, at time t₂The subsequent lean spikes are also H₂This is performed immediately before the amount of S generated exceeds the allowable level. Time t₂When performing a subsequent lean spike,₂SO earlier than S_XHas occurred, the SO that occurred before performing the lean spike_XCan be reliably discharged.
[0046]
Further, as shown in FIG. 2A, the S adhesion amount in the downstream catalyst 34 decreases with time due to the S recovery control, and the SO adhesion amount decreases as the S adhesion amount decreases._XAmount generated, H₂The amount of S generated is reduced. Therefore, after the lean spike is terminated and the target air-fuel ratio is returned to the fuel rich, H₂The time required for the S concentration to reach an allowable level (0.5 ppm) increases each time a lean spike is performed. For this reason, in the present embodiment, as shown in FIG. 2 (C), the lean spike interval is made longer as the S recovery control time elapses. As a result, the time during which the exhaust air-fuel ratio is made richer can be made longer, so that the SO_XCan be discharged more.
[0047]
Also, the smaller the amount of S attached, the more H₂Since the amount of generated S is reduced, as shown in FIG. 2C, the time during which the lean spike is executed can be shortened as the time of the S recovery control elapses. As a result, the time during which the exhaust air-fuel ratio is made richer can be made longer, and SO_XCan be discharged more.
[0048]
Furthermore, the smaller the amount of S attached, the more H₂Since the amount of S generated is reduced, as shown in FIG. 2C, the degree of fuel richness of the target air-fuel ratio can be made more fuel rich with the lapse of the time of the S recovery control. Thereby, SO_XCan be discharged more. By changing the target air-fuel ratio to the fuel rich side, as shown in FIG.₂The output of the sensor 38 gradually increases.
[0049]
As described above, the lean spike interval, the execution time, and the air-fuel ratio are varied according to the decrease in the amount of S adhering, so that H₂The amount of S discharged can be suppressed to an allowable level or less, and the sulfur component attached to the downstream catalyst 34 can be efficiently discharged in a shorter time. Therefore, the NO of the downstream side catalyst 34_XPurification ability can be reliably restored.
[0050]
Next, a specific method of setting the specifications of the lean spike in accordance with the S adhesion amount will be described with reference to FIGS.
[0051]
FIG. 4 is a timing chart showing waveforms related to the control of the exhaust emission control device of the present embodiment. Here, FIG. 4A shows the waveform of the S recovery control execution flag (XSPARGE), FIG. 4B shows the waveform of the lean spike execution flag (XLESONSON), and FIG. 4C shows the S adhesion amount (soxcnt). 4D shows the waveform of the lean spike interval counter (leansoffcnt), FIG. 4E shows the waveform of the lean spike execution counter (leansoncnt), and FIG. 4F shows the waveform of the target air-fuel ratio. Each is shown. The waveform of the target air-fuel ratio in FIG. 4 (F) is the same as that in FIG. 2 (C).
[0052]
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for setting the state of the lean spike execution flag (XLEANSON) shown in FIG. 4B to “0” or “1”. Here, when the state of the lean spike execution flag (XLEANSON) is “0”, the target air-fuel ratio is set to a fuel rich side of the stoichiometric as shown in FIG. On the other hand, when the state of the lean spike execution flag (XLEANSON) is “1”, the lean spike is performed as shown in FIG.
[0053]
First, a method for obtaining the S adhesion amount (soxcnt) in the catalyst shown in FIGS. 2A and 4C will be described. Since the sulfur component is contained in fuel and oil, the S adhesion amount (soxcnt) can be obtained from the fuel amount, oil consumption, execution history of S recovery control, and the like.
[0054]
First, in the case of the normal fuel control in which the S recovery control is not performed, or in the case where the catalyst temperature of the downstream side catalyst 34 <the predetermined temperature, or in the case of A / F> 14.7, the S adhesion amount ( soxcnt). The predetermined temperature is a temperature at which the sulfur component is desorbed from the downstream catalyst 34, and is usually about 650 ° C.
Current S adhesion amount (soxcnt) = Previous S adhesion amount (soxcnt) + Instantaneous S adhesion amount
Here, since the supply source of the sulfur component is fuel or oil as described above, the instantaneous S adhesion amount has a correlation with the fuel amount and the oil consumption amount. Therefore, the instantaneous S adhesion amount in the above equation is represented by a function of the fuel amount and the oil consumption amount.
[0055]
On the other hand, during S recovery control or NO_XWhen catalyst temperature ≧ predetermined temperature and A / F ≦ 14.7, the S adhesion amount (soxcnt) is obtained according to the following equation.
Current S adhesion amount (soxcnt) = Previous S adhesion amount (soxcnt)-Instantaneous S desorption amount
Here, the instantaneous S desorption amount is expressed by these functions because it depends on the S adhesion amount (soxcnt), the catalyst temperature, the air-fuel ratio (A / F), and the intake air amount.
[0056]
Thus, when the S recovery control is performed, or when NO_XWhen catalyst temperature ≧ predetermined value and A / F ≦ 14.7, the sulfur component is desorbed, so the instantaneous S desorption amount is subtracted from the S deposition amount (soxcnt) at the previous measurement. On the other hand, in other cases, since the sulfur component adheres, the instantaneous S adhesion amount is added to the S adhesion amount (soxcnt) at the previous measurement. By performing such a case classification, the S adhesion amount (soxcnt) can be obtained.
[0057]
Next, a procedure for setting the state of the lean spike execution flag (XLEANSON) will be described based on the flowchart of FIG. First, in step S1, it is determined whether an S recovery control execution flag (XSPARGE) has risen. The S recovery control execution flag (XSPARGE) rises when the amount of S poisoning of the downstream catalyst 34 is large and the regeneration process is required. Specifically, it rises when the S adhesion amount (soxcnt) shown in FIGS. 2A and 4C increases and reaches a predetermined threshold value. If the S recovery control execution flag has risen in step S1 (when XSPARGE = 1), the process proceeds to step S2, and the state of the lean spike execution flag (XLESONSON) at the present time is detected. When the lean spike execution flag has risen (when XLEANSON = 1), the process proceeds to step S4, and when the lean spike execution flag has not risen (when XLEANSON ≠ 1), the process proceeds to step S3.
[0058]
In step S3, the lean spike interval counter (leansoffcnt) is incremented by one. In the next step S5, the S adhesion amount (soxcnt) is detected by the method described above. In the next step S6, a lean spike interval (kLEANSOFF) is calculated from the map.
[0059]
FIG. 6 shows a map referred to in step S6. This map defines the relationship between the S adhesion amount (soxcnt) and the lean spike interval (kLEANSOFF), and defines the relationship between the two so that as the S adhesion amount (soxcnt) decreases, the lean spike interval (kLEANSOFF) increases. ing. H from downstream catalyst 34₂Since the amount of S generated has a correlation with the amount of S attached (soxcnt), the amount of H discharged by referring to this map is determined.₂It is possible to perform a lean spike just before the S concentration reaches the allowable level. At the same time, when the S adhesion amount (soxcnt) is small, control for increasing the lean spike interval (kLEANSOFF) can be realized.
[0060]
In the next step S7, the lean spike interval counter (leansoffcnt) is compared with the lean spike interval (kLEANSOFF). If leanoffcnt> kLEANSOFF, the process proceeds to step S8, and the lean spike execution flag is raised (XLEANSON = 1). If not leanoffcnt> kLEANSOFF, return to the initial state (RETURN).
[0061]
If the lean spike execution flag (XLEANSON) has risen in step S2, the lean spike execution counter (leansonnt) is incremented by 1 in step S4. In the next step S9, the S adhesion amount (soxcnt) is detected. In the next step S10, a lean spike execution time (kLEANSON) is calculated from the map.
[0062]
FIG. 7 shows a map referred to in step S10. This map defines the relationship between the S adhesion amount (soxcnt) and the lean spike execution time (kLEANSOFF). The relationship between the two is set so that the lean spike execution time (kLEANSOFF) decreases as the S adhesion amount (soxcnt) decreases. Stipulates. Thereby, when the S adhesion amount (soxcnt) is small, control to shorten the lean spike execution time (kLEANSOFF) can be realized.
[0063]
In the next step S11, the lean spike execution counter (leansoncnt) is compared with the lean spike execution time (kLEANSON). When leansonnt> kLEANSON, the process proceeds to step S12, and the lean spike execution flag is lowered (XLEANSON = 0). If not leansonnt> kLEANSON, the process returns to the initial stage (RET).
[0064]
As described above, in the processing of the flowchart of FIG. 5, the processing of steps S1 to S7 is repeatedly performed until the lean spike execution flag (XLEANSON) is set to “1” in step S8. As shown in (1), the value of the lean spike interval counter (leansoffcnt) increases by one. Then, the state of XLEANSON = 0 is maintained until the value of the lean spike interval counter (leansoffcnt) becomes larger than the lean spike interval (kLEANSOFF).
[0065]
On the other hand, when the value of the lean spike interval counter (leansoffcnt) becomes larger than the lean spike interval (kLEANSOFF), the lean spike execution flag (XLESONSON) is set to "1" in step S8. Until the lean spike execution flag (XLEANSON) is set to “0” in step S12, the processing of steps S1 to S11 is repeatedly performed, and thus, as shown in FIG. The value of (leansonnt) increases by one. Then, the state of XLEANSON = 1 is maintained until the value of the lean spike execution counter (leansoncnt) becomes longer than the lean spike execution time (XLEANSON).
[0066]
Next, a method of creating the maps shown in FIGS. 6 and 7 will be described. In these maps, a plurality of downstream catalysts 34 having different amounts of S are prepared, and each of them is connected to the internal combustion engine 10 to operate the engine.₂S amount, SO_XIt can be created by measuring the amount. FIG. 8 is a schematic diagram showing a method for creating the map of FIG. Here, the vertical axis in FIG. 8A is H in the exhaust gas discharged from the downstream side catalyst 34.₂The vertical axis in FIG. 8B represents the SO amount in the exhaust gas discharged from the downstream catalyst 34._XIndicates the amount. The horizontal axis of FIGS. 8A and 8B indicates the lean spike interval (kLEANSOFF).
[0067]
8 (A) and 8 (B), curves 50, 52, and 54 show respective characteristics when the amount of S deposited on the downstream catalyst 34 is different. The S adhesion amount increases in the order of 54. These characteristics are measured values obtained with parameters other than the S adhesion amount and the lean spike interval fixed.
[0068]
The limit value in FIG.₂It indicates the upper limit of the allowable level of the amount of S, and indicates the level of the concentration of 0.5 ppm at which a person senses an offensive odor. The required value is set smaller than the limit value in consideration of a margin, and an actual map is created using the required value. Also, the required value in FIG._XThe lower limit value of the emission amount is shown. In order to sufficiently eliminate the S poisoning of the downstream side catalyst 34, the SO amount exceeding the required value is required._XNeed to be discharged.
[0069]
As shown in FIG.₂In order to make the S emission amount equal to or less than the required value, it is necessary to shorten the lean spike interval. On the other hand, as shown in FIG._XIn order to make the emission amount of the fuel more than the required value, it is necessary to increase the lean spike interval. Therefore, H for each S adhesion amount₂S, SO_XCreate a map that satisfies both requirements. For example, in the case of the curve 50 having the largest S adhesion amount, the lean spike interval is set to the time t shown in FIG._A, And the lean spike intervals are obtained for the other curves 52 and 54, respectively. As a result, the relationship between the S adhesion amount and the lean spike interval can be obtained as shown in FIG.
[0070]
When the map of FIG. 6 is created, the lean spike interval at the intersection of the required values with the curves 50, 52, 54 in FIG. 8A is used, and the S adhesion amount corresponding to the curves 50, 52, 54 is used. To create a map. By using the map created by this method, the discharged H₂The lean spike interval can be extended until just before the S concentration reaches an acceptable level, and more SO_XCan be discharged until immediately before the lean spike.
[0071]
FIG. 9 is a schematic diagram showing a method for creating the map of FIG. As in FIGS. 8A and 8B, the vertical axis in FIGS. 9A and 9B indicates the discharged H₂S amount, SO_XThe amounts are indicated respectively. Further, the horizontal axis of FIGS. 9A and 9B indicates the lean spike execution time (kLEANSON).
[0072]
Similarly to FIG. 8, curves 50, 52, and 54 in FIG. 9A show respective characteristics when the S adhesion amount is different, and these characteristics are the S adhesion amount and the lean spike execution time. These are measured values obtained by fixing other parameters. Further, the limit value and the required value shown in FIG. 9A and the required value shown in FIG. 9B are the same as those in FIGS. 8A and 8B.
[0073]
As shown in FIG.₂In order to reduce the amount of S emission below the required value, it is necessary to lengthen the lean spike execution time. On the other hand, as shown in FIG._XIt is necessary to shorten the lean spike execution time in order to make the emission amount of the fuel more than the required value. Therefore, H for each S adhesion amount₂S, SO_XCreate a map that satisfies both requirements. For example, in the case of the curve 50, the lean spike execution time is set to the time t._B, And the lean spike execution time is obtained for the other curves 52 and 54, respectively. As a result, the relationship between the S adhesion amount and the lean spike execution time can be obtained as shown in FIG.
[0074]
Next, a method of changing the target air-fuel ratio to the fuel-rich side according to the S adhesion amount (soxcnt) will be described. FIG. 10 is a flowchart showing a procedure for correcting the target air-fuel ratio according to the amount of S adhesion. In this control, the target air-fuel ratio during the lean spike and the target air-fuel ratio other than during the lean spike are controlled using the lean correction amount (kLEAN) and the rich correction amount (kRICH).
[0075]
First, in step S21, referring to the state of the lean spike execution flag (XLEANSON), if XLEANSON = 1, the process proceeds to step S22. If XLEANSON is not 1, the process proceeds to step S23.
[0076]
In step S22, the lean correction amount (kLEAN) is calculated with reference to the map. FIG. 11 is a schematic diagram showing a map referred to in step S22 of FIG. As shown in FIG. 11, the lean correction amount (kLEAN) is a value larger than 1.0, and decreases with a decrease in the S adhesion amount. In the next step S24, the rich correction amount (kRICH) is set to 1.0, and in the next step S25, the target air-fuel ratio is set to stoichiometric (A / F = 14.6). In the next step S26, the target air-fuel ratio is corrected using the following equation.
Current target air-fuel ratio = Previous target air-fuel ratio x kLEAN x kRICH
At this time, the initial value of the target air-fuel ratio is the stoichiometry (A / F = 14.6) set in step S25, and since kLEAN> 1.0 and kRICH = 1.0, the target air-fuel ratio is the fuel lean Value (A / F = 14.6 or more).
[0077]
If kLEANSON is not 1 in step S21, a rich correction amount (kRICH) is calculated with reference to a map in step S23. FIG. 12 is a schematic diagram showing a map referred to in step S23. As shown in FIG. 12, the rich correction amount (kRICH) is a value smaller than 1.0, and decreases with a decrease in the S adhesion amount. In the next step S27, the lean correction amount (kLEAN) is set to 1.0, and in the next step S28, the target air-fuel ratio is set to stoichiometric 14.6.
[0078]
In the next step S26, the target air-fuel ratio is corrected using the above equation. At this time, the initial value of the target air-fuel ratio is the stoichiometry (A / F = 14.6) set in step S27, and since kRICH <1.0 and kLEAN = 1.0, the calculated target air-fuel ratio is It becomes a fuel-rich value (A / F = 14.6 or less).
[0079]
As described above, when lean spike is performed, XLEANSON = 1, and the processes of steps S22 to S26 are repeated. At this time, as the S adhesion amount decreases, a lean correction amount (kLEAN) closer to 1.0 is obtained from the map of FIG. Therefore, as shown in FIG. 4F, control for varying the target air-fuel ratio at the time of the lean spike to the rich side can be realized.
[0080]
On the other hand, when the lean spike has not been performed, XLEANSON = 0, and the processing of steps S23 to S26 is repeated. At this time, as the S adhesion amount decreases, a smaller rich correction amount (kRICH) is obtained from the map of FIG. Therefore, as shown in FIG. 4 (F), control for changing the target air-fuel ratio to the rich side when the lean spike is not performed can be realized.
[0081]
The maps of FIGS. 11 and 12 can be created in the same manner as the maps of FIGS. 6 and 7. When the map of FIG. 11 is obtained, parameters other than the S adhesion amount and the lean correction amount are fixed, and the lean correction amount is changed for each different S adhesion amount to change the SO_X, H₂Calculate the emission amount of S and calculate SO_X, H₂What is necessary is just to obtain the lean correction amount at which the emission amount of S becomes appropriate. The same applies to the map in FIG.
[0082]
The control of the exhaust air-fuel ratio after obtaining the specifications of the lean spikes and the target air-fuel ratio includes a main feedback (main F / B) for feeding back a detection value of the air-fuel ratio sensor 35 to a fuel injection amount of the fuel injection valve 30, O₂This is performed using sub feedback (sub F / B) that feeds back the detection value of the sensor 38 to the fuel injection amount of the fuel injection valve 30.
[0083]
As described above, according to the first embodiment, a lean spike is performed based on the amount of S adhering to the downstream catalyst 34, and the lean spike interval, the execution time, and the air-fuel ratio are varied with a decrease in the amount of S adhering. H₂The amount of S discharged can be suppressed to an allowable level or less, and the sulfur component attached to the downstream catalyst 34 can be discharged to the maximum. Therefore, H₂In the state where the generation of S is suppressed, the NO_XThe purification ability can be efficiently restored.
[0084]
Embodiment 2 FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the time series change of the air-fuel ratio in the catalyst of the downstream₂The state of the lean spike execution flag (XLEANSON) is set by predicting the amount of S generation.
[0085]
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining a time-series change in the air-fuel ratio in the catalyst of the downstream side catalyst 34, and is a diagram schematically showing the inner surface of the catalyst. As described above, the downstream side catalyst 34_XAbsorb and release. FIG. 13 (A) shows that fuel-lean exhaust gas flows through the downstream catalyst 34 and NO_XThis indicates a state in which a lean component such as is stored. For convenience, a region where the lean component is stored is referred to as a lean region in the catalyst.
[0086]
13B to 13D show that the fuel-rich exhaust gas passes through the downstream catalyst 34 by the S recovery control from the state of FIG. 13A and the lean component is sequentially desorbed from the front side. This is a chronological view of how they go. For convenience, a region from which the lean component has been desorbed is referred to as a catalyst rich region.
[0087]
As shown in FIGS. 13 (B) to 13 (D), when a fuel-rich exhaust gas is supplied to make the inside of the catalyst a reducing atmosphere, the lean components stored by the downstream catalyst 34 are sequentially desorbed from the front side. Go. Under the reducing atmosphere, the SO stored in the downstream catalyst 34_XIs also reduced, so the rich region in the catalyst expands and the SO_XDesorbs and reacts with hydrogen in the exhaust gas to form H₂S occurs.
[0088]
At this time, as the exhaust air-fuel ratio is richer in fuel, the amount of reducing agent in the exhaust gas increases, so that the speed at which the in-catalyst rich region expands increases. The SO discharged from the downstream catalyst 34 as the rich region in the catalyst increases._XQuantity, H₂The amount of S increases. Since the degree of expansion of the in-catalyst rich region can be predicted from the exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the downstream catalyst 34, the sub O₂By monitoring the output of the sensor 38, a time-series change in the air-fuel ratio in the catalyst can be predicted.₂The amount of S generated can be obtained.
[0089]
On the other hand, the time-series change in the catalyst fluctuates according to the amount of exhaust gas flowing through the downstream catalyst 34. Even when the air-fuel ratio is the same, the rich region in the catalyst increases as the flow rate of the exhaust gas increases. Sub O₂The tendency of the chronological change in the catalyst can be determined only by the output of the sensor 38. However, in order to perform more precise control, the sub O₂Preferably, the output of the sensor 38 is corrected. At this time, since the engine load is equal to the intake air amount of the internal combustion engine 10, it is desirable to make a correction according to the intake air amount. As a result, H₂The amount of S generated can be obtained.
[0090]
Similarly, the state in which the lean region in the catalyst is expanded by the fuel-lean exhaust gas is also a sub-O.₂It can be predicted from the output of the sensor 38.
[0091]
A specific method will be described below. FIG. 14 is a timing chart showing a method of raising the lean spike execution flag (XLEANSON) in consideration of the time-series change in the air-fuel ratio in the catalyst. Here, FIG.₂3 shows an output waveform of the sensor 38. The dashed line in FIG. 14B indicates the integrated value (hereinafter, referred to as integration (R)) of the rich output of the output waveform shown in FIG. The integration (R) is a value obtained by integrating the output on the rich side (0.45 V or more) in FIG. 14A over time, and the downstream catalyst 34 is controlled while the air-fuel ratio is controlled to be fuel-rich. SO discharged from_XQuantity, H₂This is a value that indirectly indicates the amount of S. The solid line in FIG. 14 (B) indicates the integrated (R) value corrected according to the engine load (intake air amount). When correcting the integrated value (R), the integrated value (R) is corrected by multiplying the integrated value (R) by a larger correction coefficient, for example, as the intake air amount increases.
[0092]
FIG. 14C shows an integrated value of the lean output of the output waveform shown in FIG. 14A (hereinafter, referred to as integrated (L)). FIG. 14D shows the waveform of the lean spike execution flag (XLESONSON). The integrated value (L) is a value obtained by integrating the output on the lean side (0.45 V or less) in FIG. 14 (A) with time._XQuantity, H₂Since the amount of S decreases, the integration (L) is calculated using SO_X, H₂This is a value corresponding to the amount of decrease in S.
[0093]
As shown in FIG. 14A, during execution of the S recovery control, the exhaust air-fuel ratio is controlled to be fuel-rich. Then, as shown in FIG. 14B, the integration (R) and its correction value increase with the passage of time, and when the correction value reaches a predetermined value (time t).₁₀), The lean spike execution flag (XLEANSON) of FIG. As a result, a lean spike is performed. Here, the predetermined value is H₂This is a value corresponding to the allowable level of the S generation amount. Thus, sub O₂The integrated value (R) is obtained from the output of the sensor 38 and corrected by the engine load to obtain H based on the time-series change in the air-fuel ratio in the catalyst.₂The amount of S generated can be obtained, and the lean spike execution flag (XLEANSON) can be raised at an appropriate timing in consideration of the state in the catalyst.
[0094]
As shown in FIG. 14A, the sub O during the execution of the lean spike₂The output of the sensor 38 is 0.45 V or less. Then, the integrated value (L) increases as shown in FIG. As described above, the integration (L) is H during the lean operation.₂This corresponds to the amount of decrease in the S concentration. Therefore, when the value of the integration (L) reaches a predetermined value, H₂It is determined that the S concentration has sufficiently decreased, and the lean spike is terminated. Thereafter, the S-recovery control is performed again with the air-fuel ratio being made rich in fuel.
[0095]
Next, H₂A method for obtaining the amount of S generation will be described. FIG.₂It is a schematic diagram which shows each characteristic value relevant to S release speed. The horizontal axis in FIG. 15A is the S recovery control time (Time), the horizontal axis in FIG. 15B is the intake air amount (Ga) of the internal combustion engine 10, and the horizontal axis in FIG. The catalyst temperature (Temp) of FIG. 15, the horizontal axis of FIG. 15 (D) shows the S adhesion amount (S) of the downstream catalyst 34, and the horizontal axis of FIG. 15 (E) shows the exhaust air-fuel ratio (A / F). . The horizontal axis in FIG. 15F indicates the integration (R).
[0096]
The vertical axis in FIGS. 15A to 15F is H₂Ease of S release (H₂S generation amount). H₂The amount of S generation increases with an increase in the S recovery control time, the intake air amount, the catalyst temperature, the S adhesion amount, and the integration (R). Also, H₂The amount of S generation decreases as the exhaust air-fuel ratio increases. H₂The release rate of S can be obtained as a function of each characteristic shown in FIGS.
[0097]
FIG. 16 shows H from each characteristic value shown in FIG.₂Find the S release rate,₂It is a flowchart which shows the procedure which sets the state of a lean spike execution flag (XLEANSON) based on S release speed. First, in a step S31, it is determined whether or not the S recovery control is being performed. If the S recovery control is being performed, the process proceeds to step S32. If the S recovery control is not being executed, the lean return spike execution flag (XLEANSON) does not need to be set, and the process returns to the initial state (RETURN). In step S32, sub O₂The output of the sensor 38 is detected.
[0098]
In the next step S33, the sub O₂It is determined whether or not the output of the sensor 38 is 0.45 V or more. If the output is 0.45 V or higher, the exhaust air-fuel ratio is rich, and in this case, the process proceeds to step S34. In step S34, the lean output integrated value (integration (L)) is cleared (integration (L) = 0), and in the next step S35, the rich output integrated value (integration (R)) is obtained. Here, the integration (R) is (sub O₂It is obtained by integrating sensor output -0.45).
[0099]
In the next step S36, the S adhesion amount (soxcnt) is determined. As described in the first embodiment, the S adhesion amount during the S recovery control is obtained from the following equation.
Current S adhesion amount (soxcnt) = Previous S adhesion amount (soxcnt)-Instantaneous S desorption amount
Here, the instantaneous S desorption amount is a function of the S adhesion amount (soxcnt), the catalyst temperature, the exhaust air-fuel ratio (A / F), and the intake air amount.
[0100]
In the next step S37, H₂Calculate the S release rate. Here, each characteristic value shown in FIG.₂H using at least one of the characteristic values such as the S generation time₂Calculate the S release rate. Here, the integrated value (R) is the amount of SO actually discharged from the downstream catalyst 34._XQuantity, H₂Since it is a value corresponding to the amount of S, among the characteristic values of FIG.₂Calculate the S release rate. Thereby, H₂The S release speed can be calculated with high accuracy. Note that the values obtained in steps S35 and S36 are used for the integration (R) and the S adhesion amount (soxcnt). Also, H₂S generation time is SO_XIs produced, and reacts with hydrogen to form H₂This is the time until S is generated.
[0101]
In the next step S38, a provisional determination value is obtained from the map. FIG. 17 is a schematic diagram showing a map referred to in step S38. As shown in FIG. 17, when the S adhesion amount (soxcnt) of the downstream catalyst 34 is large, more H₂Since S is discharged, the provisional determination value is reduced as the S adhesion amount (soxcnt) increases. As a result, the final determination value used in step S39 can be reduced, and the lean spike can be performed from an earlier stage.
[0102]
In the next step S39, the final judgment value is obtained by multiplying the temporary judgment value obtained in step S38 by the correction value (f (NE, PM)). Here, the correction value (f (NE, PM)) is a function of the engine speed (NE) and the intake pipe pressure (PM), and is a value corresponding to the intake air amount.
[0103]
As described above, the in-catalyst rich region expands in accordance with the flow rate of the fuel-rich exhaust gas, and H₂The S generation amount increases in accordance with the exhaust gas flow rate, that is, the intake air amount. In the flow of FIG.₂The intake air amount is used when calculating the S release speed, and the provisional determination value is corrected with a correction value (f (NE, PM)) corresponding to the intake air amount. Fluctuates and the load of the internal combustion engine 10 fluctuates, the lean spike can be performed at an appropriate timing.
[0104]
In the next step S40, H₂The S release speed is compared with the final determination value. And H₂If S release speed ≧ final determination value, the process proceeds to step S41, and a lean spike execution flag (XLEANSON) is raised. As a result, a lean spike is performed. H in step S40₂If the S release speed is not equal to or more than the final determination value, the process returns to the initial stage (RETURN).
[0105]
On the other hand, in step S33, the sub O₂If the sensor output is less than 0.45V, that is, if the exhaust air-fuel ratio is lean, the process proceeds to step S42. Then, in step S42, the value of the integration (R) is cleared. In the next step S43, an integration (L) is obtained. Here, the integration (L) is (0.45-sub O₂Sensor output).
[0106]
In the next step S44, the integration (L) is compared with a predetermined value. H if integrated (L) ≧ predetermined value₂Since the S release speed has sufficiently decreased, the process proceeds to step S45, and the lean spike execution flag (XLEANSON) is lowered. This ends the lean spike. If the sum (L) is not equal to or larger than the predetermined value in step S44, the process proceeds to step S41, and the lean spike is continuously performed.
[0107]
As described above, according to the second embodiment, the time-series change in the air-fuel ratio in the catalyst is₂Since the integrated value is obtained from the rich-side output integrated value of the sensor 38 and the integrated value is corrected according to the operating state, it is possible to execute a lean spike at an appropriate timing according to the S poisoning state in the catalyst.
[0108]
Furthermore, H₂Considering each characteristic value related to S release rate, H₂Since the S release speed is obtained and the state of the lean spike execution flag (XLEANSON) is set based on this, the lean spike can be performed at more appropriate timing. Therefore, H₂A lean spike can be performed immediately before the S emission exceeds the permissible level.₂Reduce S emissions and reduce SO emissions_XCan be efficiently discharged.
[0109]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.
[0110]
According to the first aspect of the present invention, an appropriate lean spike can be carried out based on the amount of sulfur component adhered to the exhaust gas purification catalyst, so that the generation of hydrogen sulfide at the time of sulfur poisoning regeneration can be suppressed and the sulfur-poisoned exhaust gas can be suppressed. The purification catalyst can be efficiently regenerated.
[0111]
According to the second aspect of the present invention, the lean spike interval is lengthened with a decrease in the sulfur component adhesion amount, so that the time during which the exhaust air-fuel ratio is made rich in fuel can be made longer. Accordingly, the sulfur-poisoned exhaust purification catalyst can be efficiently regenerated.
[0112]
According to the third aspect of the present invention, the lean spike execution time is shortened with a decrease in the amount of sulfur component attached, so that the time during which the exhaust air-fuel ratio is made rich in fuel can be made longer. Accordingly, the sulfur-poisoned exhaust purification catalyst can be efficiently regenerated.
[0113]
According to the fourth aspect of the present invention, since the exhaust air-fuel ratio is changed to the fuel rich side with the decrease in the amount of the sulfur component attached, the desorption of the sulfur component can be promoted, and the sulfur is poisoned. The exhaust purification catalyst can be efficiently regenerated.
[0114]
According to the fifth aspect of the present invention, the lean spike is performed based on the output of the sensor provided on the downstream side of the exhaust purification catalyst. Therefore, the lean spike is performed at an appropriate timing based on the time series change of the air-fuel ratio in the catalyst. Can be implemented.
[0115]
According to the sixth aspect of the present invention, the integrated value of the fuel-rich side output of the sensor is corrected according to the load of the internal combustion engine, so that the time-series change in the air-fuel ratio in the catalyst can be accurately obtained, and the lean operation can be performed at an appropriate timing. Can spike.
[0116]
According to the seventh aspect of the present invention, the lean spike is performed when the amount of hydrogen sulfide reaches the predetermined determination value, so that the generation of hydrogen sulfide at the time of sulfur poisoning regeneration is suppressed, and the sulfur-poisoned exhaust gas is reduced. The purification catalyst can be efficiently regenerated.
[0117]
According to the invention described in claim 8, the amount of hydrogen sulfide is detected using the integrated value of the fuel-rich side output of the sensor, so that the amount of hydrogen sulfide can be accurately detected.
[0118]
According to the ninth aspect of the present invention, at least the integrated value of the fuel-rich side output of the sensor is used, and the sulfur poisoning regeneration time, the intake air amount of the internal combustion engine, the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst, and the sulfur of the exhaust purification catalyst are used. Since the amount of hydrogen sulfide is detected using at least one of the component adhesion amount and the exhaust air-fuel ratio, the amount of hydrogen sulfide can be accurately detected.
[0119]
According to the tenth aspect, since the determination value is corrected based on the load of the internal combustion engine, the lean spike can be performed at an appropriate timing according to the load of the internal combustion engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to a first embodiment and a structure around the device;
FIG. 2 is a timing chart showing waveforms when performing S recovery control.
FIG. 3 shows SO generated during S recovery control;_XQuantity and H₂It is a characteristic view which shows S amount.
FIG. 4 is a timing chart showing waveforms related to control of the exhaust gas purification device of the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure for setting a state of a lean spike execution flag.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a map of an S adhesion amount and a lean spike interval.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a map of an S adhesion amount and a lean spike execution time.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a method for creating the map of FIG. 6;
FIG. 9 is a schematic diagram showing a method for creating the map of FIG. 7;
FIG. 10 is a flowchart showing a procedure for correcting a target air-fuel ratio according to the amount of S adhesion.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a map of an S adhesion amount and a lean correction amount.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a map of an S adhesion amount and a rich correction amount.
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining a time-series change in an air-fuel ratio in a catalyst.
FIG. 14 is a timing chart showing waveforms related to control of the exhaust gas purification device of the second embodiment.
FIG. 15: H₂It is a schematic diagram which shows each characteristic value relevant to S release speed.
FIG. 16: H₂It is a flowchart which shows the procedure which sets the state of a lean spike execution flag based on S release speed.
17 is a schematic diagram showing a map for obtaining a temporary determination value in the flowchart of FIG.
[Explanation of symbols]
10 internal combustion engine
12 intake passage
14 exhaust passage
30 fuel injection valve
32 ° upstream catalyst
34 ° downstream catalyst (NO_XStorage catalyst)
35 ° air-fuel ratio sensor
38 sub O₂Sensor
40 ECU
42 water temperature sensor

Claims

An exhaust purification catalyst for purifying exhaust of the internal combustion engine;
Sulfur component adhesion amount detecting means for detecting the sulfur component adhesion amount of the exhaust purification catalyst,
At the time of sulfur poisoning regeneration of the exhaust purification catalyst, air-fuel ratio fuel-enrichment means for controlling the exhaust air-fuel ratio to be fuel-rich,
Lean spike performing means for performing a lean spike on the fuel-rich exhaust air-fuel ratio,
Lean spike control means for setting the specifications of the lean spike based on the sulfur component adhesion amount,
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising:

2. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said lean spike control means increases a lean spike interval in accordance with a decrease in said sulfur component adhesion amount.

3. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the lean spike control unit shortens a lean spike execution time with a decrease in the sulfur component adhesion amount. 4.

4. The air-fuel ratio varying means for varying an exhaust air-fuel ratio during the sulfur poisoning regeneration to a fuel-rich side in accordance with a decrease in the sulfur component adhesion amount, further comprising: Exhaust purification device for internal combustion engine.

An exhaust purification catalyst for purifying exhaust of the internal combustion engine;
At the time of sulfur poisoning regeneration of the exhaust purification catalyst, air-fuel ratio fuel-enrichment means for controlling the exhaust air-fuel ratio to be fuel-rich,
A sensor provided on the downstream side of the exhaust purification catalyst for detecting the exhaust air-fuel ratio, and a lean spike performing means for performing a lean spike on the fuel-rich exhaust air-fuel ratio based on an output of the sensor.
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising:

Integrating means for obtaining an integrated value of the fuel-rich side output of the sensor,
Correction means for correcting the integrated value based on the load of the internal combustion engine to obtain a correction value,
6. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the lean spike performing means starts the lean spike when the correction value reaches a predetermined determination value.

Hydrogen sulfide detecting means for detecting an amount of hydrogen sulfide released from the exhaust gas purification catalyst based on a predetermined characteristic value including an output of the sensor,
6. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein said lean spike performing means starts said lean spike when said hydrogen sulfide amount reaches a predetermined determination value.

The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the hydrogen sulfide detecting means detects the amount of hydrogen sulfide using at least an integrated value of a fuel-rich side output of the sensor.

The hydrogen sulfide detecting means uses at least an integrated value of the fuel-rich side output of the sensor, and calculates the sulfur poisoning regeneration time, the intake air amount of the internal combustion engine, the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst, and the sulfur of the exhaust purification catalyst. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 8, wherein the amount of hydrogen sulfide is detected using at least one of a component adhesion amount and an exhaust air-fuel ratio.

The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 7 to 9, further comprising a correction unit configured to correct the determination value based on a load on the internal combustion engine.