JP2004251172A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関の排気浄化システムにおいて、Ｓ被毒回復の途中で処理が中断された場合に、その後のＳ被毒回復処理において還元剤の消費量を抑制しつつ速やかにＳ被毒を回復させる技術を提供する。
【解決手段】ＮＯｘ触媒と、還元剤供給手段と、ＮＯｘ触媒の昇温手段と、Ｓ被毒回復手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、Ｓ被毒の回復途中で処理が中断された後にＳ被毒の回復を再度行う場合には、Ｓ被毒回復開始時の目標となるＮＯｘ触媒の温度及びＮＯｘ触媒に導入される還元剤濃度若しくは酸素濃度を、処理が中断された前回のＳ被毒回復の処理の履歴から決定する。
【選択図】図３
【解決手段】ＮＯｘ触媒と、還元剤供給手段と、ＮＯｘ触媒の昇温手段と、Ｓ被毒回復手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、Ｓ被毒の回復途中で処理が中断された後にＳ被毒の回復を再度行う場合には、Ｓ被毒回復開始時の目標となるＮＯｘ触媒の温度及びＮＯｘ触媒に導入される還元剤濃度若しくは酸素濃度を、処理が中断された前回のＳ被毒回復の処理の履歴から決定する。
【選択図】図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を内燃機関の排気系に配置し、還元雰囲気のときに排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵（吸着、吸収でも良い。）し、酸化雰囲気となったときは吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＮＯｘを還元して排気中のＮＯｘを浄化する技術が知られている。また、同じメカニズムで吸蔵された硫黄成分による被毒を回復する技術が知られている。
【０００３】
一方、排気中に含まれる浮遊粒子状物質である煤に代表されるパティキュレートマター（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：以下特に断らない限り「ＰＭ」という。）が大気中に放出されないように、ディーゼルエンジンの排気系にＰＭの捕獲を行うパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」とする）を設ける技術が知られている。
【０００４】
しかし、フィルタに捕獲されたＰＭが該フィルタに堆積しフィルタの目詰まりを発生させることがある。この目詰まりが発生すると、フィルタ上流の排気の圧力が上昇し内燃機関の出力低下やフィルタの毀損を誘発する虞がある。このようなときには、フィルタ上に堆積したＰＭを酸化せしめることにより該ＰＭを除去することができる。このようにフィルタに堆積したＰＭを除去することをフィルタの再生という。
【０００５】
このＳ被毒の回復を行う技術、若しくはフィルタの再生を行う技術として例えば、硫黄成分の吸蔵量を推定し、この量が所定量に達したときに、ＮＯｘ触媒にて燃料を酸化させて該触媒の温度を上昇させ、Ｓ被毒を回復する技術（例えば、特許文献１参照）、バッテリが外された後に再接続された場合には、所定期間経過後にＳ被毒回復を行う技術（例えば、特許文献２参照）、フィルタの再生中に機関が停止された場合には、再生開始時から機関停止までの時間に応じて次回フィルタ再生の判定値を設ける技術（例えば、特許文献３参照）が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−６１０５２号公報（第６−１４頁、図６）
【特許文献２】
特開平１１−２２９８４８号公報（第３−６頁、図５）
【特許文献３】
特開平５−２２２９１７号公報（第３−６頁、図６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＮＯｘ触媒を高温にしてＳ被毒回復を行うと、ＮＯｘ触媒に堆積しているＰＭが酸化され、このときに発生する熱でＮＯｘ触媒が過熱する虞がある。これを抑制するために、Ｓ被毒回復を行う温度よりも低い温度で一旦ＰＭを酸化させ、その後にＳ被毒回復を行うことがある。
【０００８】
この途中で内燃機関が停止され、若しくは内燃機関の運転状態がＳ被毒回復に適さないものとなると、Ｓ被毒回復処理をやり直すことになり、還元剤の消費量が多くなる。
【０００９】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化システムにおいて、Ｓ被毒回復の途中で処理が中断された場合に、その後のＳ被毒回復処理において還元剤の消費量を抑制しつつ速やかにＳ被毒を回復させる技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。即ち、
酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒の温度を上昇させる昇温手段と、
前記昇温手段によりＮＯｘ触媒の温度を上昇させつつ前記還元剤供給手段から還元剤を供給して前記ＮＯｘ触媒のＳ被毒を回復させるＳ被毒回復手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記Ｓ被毒回復手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度と、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気中の還元剤濃度若しくは酸素濃度と、の関係から決定づけられる複数の条件を個別に成立させてＳ被毒を回復させ、Ｓ被毒の回復途中で処理が中断された後にＳ被毒の回復を再度行う場合には、Ｓ被毒回復開始時の目標となるＮＯｘ触媒の温度及び前記ＮＯｘ触媒に導入される還元剤濃度若しくは酸素濃度を、処理が中断された前回のＳ被毒回復の処理の履歴から決定することを特徴とする。
【００１１】
本発明の最大の特徴は、Ｓ被毒回復中、若しくは、それ以前の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の昇温中において、Ｓ被毒回復処理が中断された後に、Ｓ被毒回復を再開する場合には、前回中断されるまでのＳ被毒回復処理状態により、今回の処理条件を決定することにある。
【００１２】
このように構成された内燃機関の排気浄化システムでは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に燃料中の硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯｘ）がＮＯｘと同じメカニズムで吸蔵（吸収、吸着、付着でも良い。）される。このように、吸蔵された硫黄成分は、ＮＯｘに比して安定していて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒内に残留してしまう。
【００１３】
そして、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されている硫黄成分の量が増加すると、それに応じてＮＯｘの吸蔵に関与することができる触媒の量が減少するため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下する。これをＳ被毒といい、ＮＯｘ浄化率が低下するため、適宜の時期にＳ被毒から回復させるＳ被毒回復処理を施す必要がある。このＳ被毒回復処理は、ＮＯｘ触媒を高温（例えば６００乃至６９０℃程度）にしつつ還元雰囲気の排気をＮＯｘ触媒に流通させて行われている。
【００１４】
ここで、ＮＯｘ触媒に粒子状物質が堆積していると、Ｓ被毒回復処理中に粒子状物質が酸化され、熱が発生する。これにより、ＮＯｘ触媒の熱劣化が進行する虞がある。そのため、先ず、昇温手段は前記ＮＯｘ触媒の温度を該ＮＯｘ触媒に付着した粒子状物質の除去に必要な温度とし、該粒子状物質の除去を行う。その後に、Ｓ被毒の回復に必要となる温度までＮＯｘ触媒を昇温させる。このように段階的な昇温を行った後にＳ被毒の回復が行われる。
【００１５】
また、ＮＯｘ触媒を高温状態にすれば、該ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させることができる。ところが、還元剤濃度を高い状態にし、また前記ＮＯｘ触媒の温度を十分に高くしなければ、前記ＮＯｘ触媒と強固に結合した硫黄成分を脱離させ、該ＮＯｘ触媒の機能を十分に回復させることはできない。その一方、前記ＮＯｘ触媒を高温状態にすると、熱劣化により該ＮＯｘ触媒の寿命を短くしてしまう傾向がある。
【００１６】
同構成によれば、前記ＮＯｘ触媒に導入される還元剤濃度若しくは酸素濃度との関係から決定づけられる複数の条件が個別に成立することによって、前記ＮＯｘ触媒に蓄積した、例えば蓄積部位や、蓄積状態の異なる各種の硫黄成分の中で、前記ＮＯｘ触媒から放出されるために適した条件（ＮＯｘ触媒の温度や還元剤濃度若しくは酸素濃度）となったものが、前記ＮＯｘ触媒から主に放出されることになる。よって、前記ＮＯｘ触媒から放出されるのに高温条件を要する一部の硫黄成分の為に、必要以上の還元成分を消費することがなくなり、また、前記ＮＯｘ触媒が必要以上に長い期間高温条件下に晒され、該ＮＯｘ触媒の耐久性が低下することもなくなる。
【００１７】
さらに、前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分が分散して放出されるようになる。このため、多量の硫黄成分が一度に放出されることがなく、硫黄成分特有の臭気も発生しにくくなる。
【００１８】
ところで、Ｓ被毒回復処理中に、内燃機関がＮＯｘ触媒の昇温若しくはＳ被毒回復に適さない運転状態となり、ＮＯｘ触媒の昇温若しくはＳ被毒の回復が中断されることがある。しかし、その直後にＳ被毒回復に適した運転状態となった場合には、粒子状物質の除去や硫黄成分の放出がある程度なされた状態からＳ被毒回復処理が開始されることとなる。従って、中断前の処理状態を考慮して、昇温を開始若しくはＳ被毒の回復を再開させれば、昇温や硫黄成分の放出に費やされる時間を短縮させることができ、その分、還元剤の消費量を減少させることが可能となる。
【００１９】
本発明においては、前記Ｓ被毒回復手段は、異なる状態で蓄積された硫黄成分を段階的に放出すべく、各段階で少なくとも一の成分が主として放出されるように前記ＮＯｘ触媒を段階的に温度上昇させ、Ｓ被毒回復の途中で処理が中断された後にＳ被毒回復を再開する場合には、処理が中断されたときの前記ＮＯｘ触媒の温度を目標として再開することができる。
【００２０】
ここで、「異なる状態で蓄積された硫黄成分」とは、「ＮＯｘ触媒の異なる部位に蓄積された硫黄成分」や、「当該触媒との結合状態を含め、物理的・化学的に異なる蓄積状態で蓄積されている硫黄成分」等の意味を含む。
【００２１】
このように構成された内燃機関の排気浄化システムでは、異なる状態で蓄積された硫黄成分によるＳ被毒の回復が段階的に行われる。これは、異なる状態で蓄積された硫黄成分は、放出可能な温度、還元剤濃度若しくは酸素濃度が夫々異なり、段階的に回復処理を行うことにより、臭気の発生を抑制することができるからである。そして、Ｓ被毒の回復処理が途中で中断された後に再開される場合には、Ｓ被毒回復手段は、中断前のＳ被毒の回復処理の条件を次回Ｓ被毒回復時に適用する。
【００２２】
このようにして、Ｓ被毒の回復処理が途中で中断された後では、途中からＳ被毒回復処理を開始することが可能となる。
【００２３】
本発明においては、前記ＮＯｘ触媒は、パティキュレートフィルタに担持され、前記Ｓ被毒回復手段は、異なる状態で堆積した粒子状物質を段階的に酸化すべく、各段階で少なくとも一の成分が主として酸化されるように前記ＮＯｘ触媒を段階的に温度上昇させ、Ｓ被毒回復の途中で処理が中断された後にＳ被毒回復を再開する場合には、処理が中断されたときの前記ＮＯｘ触媒の温度を目標として再開することができる。
【００２４】
ここで、「異なる状態で堆積した粒子状物質」とは、「ＮＯｘ触媒の異なる部位に堆積した粒子状物質」や、「ＳＯＦや煤等の異なる種類が堆積した粒子状物質」等の意味を含む。
【００２５】
このように構成された内燃機関の排気浄化システムでは、異なる状態で堆積した粒子状物質を除去する処理が個別に行われる。即ち、ＮＯｘ触媒に堆積する粒子状物質には、煤（ＳＯＯＴ）等の不溶成分と、未燃炭化水素（ＨＣ）等の可溶な有機的留分（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：以下、ＳＯＦとする）と、が含まれている。これらの成分は夫々酸化除去が可能な温度が異なっている。そして、Ｓ被毒回復時にＮＯｘ触媒を高温状態にすると、これら粒子状物質が酸化され熱が発生する。この熱により、ＮＯｘ触媒の温度は更に上昇し、熱劣化が進行してしまう。
【００２６】
その点、本発明では、硫黄成分を放出させるための高温状態とする前に、その温度よりも低い粒子状物質の酸化除去可能な温度で粒子状物質を酸化除去させる。そして、粒子状物質の酸化除去が完了してから硫黄成分を放出可能な温度とすることにより、ＮＯｘ触媒の過熱を抑制し、熱劣化の進行を抑制することが可能となる。
【００２７】
そして、Ｓ被毒の回復処理が途中で中断された後に再開される場合には、Ｓ被毒回復手段は、中断前の粒子状物質の処理から次回Ｓ被毒回復を開始する。
【００２８】
このようにして、Ｓ被毒の回復処理が途中で中断された後では、途中からＳ被毒回復処理を開始することが可能となる。
【００２９】
本発明においては、前記Ｓ被毒回復手段は、Ｓ被毒の回復処理が中断された期間が所定期間以上となった場合には、Ｓ被毒の回復処理を再開するときに前記ＮＯｘ触媒の目標となる温度を低下させることができる。
【００３０】
段階的な昇温を行っている途中で、アイドル状態となると、その後の昇温が困難となる一方で、排気中の粒子状物質がＮＯｘ触媒に堆積することがある。また、硫黄成分が再度吸蔵されてしまうこともある。このような状態で、昇温を再開すると、ＮＯｘ触媒に堆積した粒子状物質が酸化されＮＯｘ触媒が過熱する虞があり、また、硫黄成分による臭気が発生する虞がある。そこで、目標となる温度まで昇温させることができない状態が所定期間続いた場合には、昇温再開時の目標温度を低下させることにより、ＮＯｘ触媒の過熱及び臭気の発生を抑制することが可能となる。
【００３１】
尚、「所定期間」とは、前記したような粒子状物質の堆積や、硫黄成分の吸蔵が起こり得る期間である。
【００３２】
また、前記所定期間は、複数存在し、中断期間が長いほど目標温度が低くなるように設定しても良い。
【００３３】
本発明においては、Ｓ被毒の回復処理が中断された期間の内燃機関の運転状態に基づいて前記ＮＯｘ触媒の目標となる温度を設定することができる。
【００３４】
段階的な昇温を行っている途中で、Ｓ被毒回復に適さない運転状態となった場合には昇温が中断される。その間にＮＯｘ触媒に粒子状物質が堆積することがあり、この堆積量は機関運転状態によって異なる。また、その間に硫黄成分が吸蔵されることがあり、この吸蔵量は機関運転状態によって異なる。また、運転状態が異なるとＮＯｘ触媒の温度低下の度合いも異なる。そこで、Ｓ被毒回復若しくはＮＯｘ触媒の昇温が途中で中断された後に、再開する場合には、そのときの運転状態に基づいて昇温再開時の目標温度を決定する。これにより、ＮＯｘ触媒の過熱及び臭気の発生を抑制することが可能となる。
【００３５】
本発明においては、前記Ｓ被毒回復の中断は、内燃機関の停止により発生しても良い。
【００３６】
内燃機関が停止された場合には、硫黄成分の放出及びＮＯｘ触媒の昇温は中断される。そして、機関停止中にはＮＯｘ触媒に硫黄成分が吸蔵されることはなく、また、粒子状物質が堆積することもない。従って、Ｓ被毒回復の途中で内燃機関が停止され、その後に内燃機関が始動された場合には、内燃機関の停止前のＳ被毒回復状態に基づいて、Ｓ被毒回復再開時の処理条件を決定する。これにより、還元剤の消費量を低減させることが可能となり、還元剤に燃料が使用されている場合には、燃費を向上させることが可能となる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムを車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００３８】
図１は、本実施の形態に係る排気浄化システムを適用するエンジン１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００３９】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００４０】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００４１】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００４２】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００４３】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００４４】
次に、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００４５】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続されている。吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１が取り付けられている。
【００４６】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００４７】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。
【００４８】
このように構成された吸気系では、吸気は、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００４９】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮された吸気は、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００５０】
一方、エンジン１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００５１】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にて大気へと通じている。
【００５２】
前記排気管１９の途中には、排気中に含まれる浮遊粒子状物質である煤に代表されるパティキュレートマター（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：以下、「ＰＭ」という。）を捕獲するためのパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）２０が設けられている。このフィルタ２０には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒とする。）が担持されている。
【００５３】
フィルタ２０は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ２ストレージ）能のある例えばセリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属が添加されている。
【００５４】
このフィルタ２０に担持されたＮＯｘ触媒は、該フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵（吸収、吸着、付着でも良い。）し、一方、該フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していたＮＯｘを放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、放出されたＮＯｘが還元される。また、セリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。
【００５５】
フィルタ２０より上流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４が取り付けられている。また、フィルタ２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気中のＮＯｘ濃度に対応した電気信号を出力するＮＯｘセンサ２２及び空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３が取り付けられている。
【００５６】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１ｂを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００５７】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介してフィルタ２０へ流入し、排気中のＮＯｘが吸蔵され、ＰＭが捕獲される。その後、排気は排気管１９を流通して大気中へと放出される。
【００５８】
ところで、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン１から排出される排気の空燃比がリーンとなり排気中の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸蔵されることになるが、エンジン１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒にて吸蔵されずに大気中へ放出されてしまう。
【００５９】
ここで、「排気の空燃比がリーン」である状態とは、例えば理論空燃比の混合気を燃焼して得られる排気中の成分比（酸化成分と還元成分の比）よりも、酸化成分が多い（濃い）状態に相当する。換言すると、吸気系へ排気が還流されたり、還元成分が直接排気系に供給されたりといった外乱がない場合、機関燃焼に供される混合気の空燃比が、概ね「１４．６」（理論空燃比）よりも大きい（リーン寄りである）ときの排気の状態を意味する。一方、「排気の空燃比がリッチ」である状態とは、同じく吸気系へ排気が還流されたり、還元成分が直接排気系に供給されたりといった外乱がない場合、機関燃焼に供される混合気の空燃比が、概ね「１４．６」（理論空燃比）よりも小さい（リッチ寄りである）ときの排気の状態を意味する。
【００６０】
特に、エンジン１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し易い。
【００６１】
従って、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前にＮＯｘ触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させる必要がある。
【００６２】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中への燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法が考えられる。例えば、排気中の燃料添加では、フィルタ２０より上流の排気管１９を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めることができる。
【００６３】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けられ、後述するＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、を備えている。
【００６４】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号により該還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００６５】
還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させると共に、フィルタ２０に到達し、フィルタ２０に吸蔵されていたＮＯｘを還元することになる。
【００６６】
その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止される。
【００６７】
また、エンジン１には、クランクシャフトの回転位置に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ３３が設けられている。
【００６８】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００６９】
ＥＣＵ３５には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号の他、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ３６の出力信号が入力されるようになっている。
【００７０】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、還元剤噴射弁２８等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５により制御することが可能になっている。
【００７１】
例えば、ＮＯｘ浄化制御では、ＥＣＵ３５は、フィルタ２０に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００７２】
リッチスパイク制御では、ＥＣＵ３５は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、フィルタ２０が活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、Ｓ被毒回復制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【００７３】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８を制御することにより、フィルタ２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００７４】
具体的には、ＥＣＵ３５は、記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサ２３の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００７５】
ＥＣＵ３５は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【００７６】
続いて、ＥＣＵ３５は、前記目標添加量をパラメータとして還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００７７】
還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出されると、ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８を開弁させる。
【００７８】
ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【００７９】
このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してフィルタ２０に流入する。
【００８０】
この結果、フィルタ２０に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、フィルタ２０がＮＯｘの吸蔵と還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【００８１】
このように、フィルタ２０に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元することが可能となる。
【００８２】
次に、Ｓ被毒回復制御では、ＥＣＵ３５は、ＮＯｘ触媒の硫黄成分による被毒から回復させるべくＳ被毒回復処理を行う。
【００８３】
ここで、エンジン１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ２）や三酸化硫黄（ＳＯ３）などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が生成される。
【００８４】
ＳＯｘは、排気とともにフィルタ２０に流入し、ＮＯｘと同様のメカニズムによってＮＯｘ触媒に吸蔵される。
【００８５】
具体的には、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ２）や三酸化硫黄（ＳＯ３）等の硫黄成分が白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）の形でフィルタ２０に吸蔵される。更に、フィルタ２０に吸蔵された硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ４）を形成する。
【００８６】
ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ４）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ３）２）に比して安定していて分解し難く、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにフィルタ２０内に残留してしまう。
【００８７】
フィルタ２０における硫酸塩（ＢａＳＯ４）の量が増加すると、それに応じてＮＯｘの吸蔵に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、フィルタ２０のＮＯｘ吸蔵能力が低下する、いわゆるＳ被毒が発生する。
【００８８】
ＮＯｘ触媒のＳ被毒を回復する方法としては、フィルタ２０の雰囲気温度をおよそ６００乃至６９０℃の高温域まで昇温させるとともに、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、フィルタ２０に吸蔵されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）をＳＯ３ −やＳＯ４ −に熱分解し、次いでＳＯ３ −やＳＯ４ −を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ２ −に還元する方法を例示することができる。
【００８９】
ＥＣＵ３５は、例えば、還元剤噴射弁２８から排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をフィルタ２０において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタ２０の床温を高めるようにする。同時に、各気筒の膨張行程若しくは排気行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させても良い。このように膨張行程若しくは排気行程で燃料を噴射させるのは、主噴射による燃料噴射量を増量すると機関出力が上昇して運転状態が悪化する虞があるためである。この副噴射により噴射された燃料は、気筒２内で燃焼し、気筒２内のガス温度を上昇させる。温度が上昇したガスは排気となってフィルタ２０に到達し、該フィルタ２０の雰囲気温度を上昇させることができる。また、副噴射を行う時期によっては、副噴射された燃料が燃焼しないこともある。しかし、副噴射によって気筒２内に供給される燃料は、主噴射による燃焼ガス中で軽質なＨＣに改質され、排気系に排出される。すなわち、還元剤として機能する軽質なＨＣが、副噴射を通じて排気系に添加され、排気中の還元成分濃度を高めることとなる。排気系に添加された還元成分は、ＮＯｘ触媒において、該ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘや、排気中に含まれるその他の酸化成分と反応する。このとき発生する反応熱により、フィルタ２０の床温が上昇される。
【００９０】
上記したような燃料添加によりフィルタ２０の床温が６００℃乃至６９０℃程度の高温域まで上昇する。その後も、引き続きフィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるべくＥＣＵ３５は還元剤噴射弁２８から燃料を噴射させる。
【００９１】
このようにＳ被毒回復処理が実行されると、フィルタ２０の床温が高い状況下で、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、フィルタ２０に吸蔵されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）がＳＯ３ −やＳＯ４ −に熱分解され、それらＳＯ３ −やＳＯ４ −が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てフィルタ２０のＳ被毒が回復されることになる。
【００９２】
尚、本実施の形態では、Ｓ被毒回復処理には前記リッチスパイクを行い排気の酸素濃度を低下させている。
【００９３】
ここで、フィルタ２０に捕獲されるＰＭには、煤（ＳＯＯＴ）等の不溶成分と未燃炭化水素（ＨＣ）等の可溶な有機的留分（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：以下、ＳＯＦとする）とが含まれている。これらの成分は夫々酸化させるために必要となる温度が異なる。そして、ＳＯＦはＳＯＯＴよりも低い温度で酸化除去することが可能である。また、これらＰＭを酸化除去可能な温度は、Ｓ被毒を回復させるときに必要となる温度よりも低い。従って、Ｓ被毒回復を行うためにフィルタ２０をＳ被毒の回復に必要となる温度まで上昇させると、フィルタ２０に堆積したＰＭが酸化される。そのときに発生する熱によりフィルタ２０が過熱して、熱劣化を進行させることがある。
【００９４】
そこで、本実施の形態では、Ｓ被毒回復を行う前のフィルタ２０の昇温段階では、ＰＭの酸化熱によるフィルタ２０の過熱を抑制するため、段階的な昇温を行うこととしている。即ち、昇温段階では、先ず、ＳＯＦを酸化可能な温度までフィルタ２０の温度を上昇させる。ＳＯＦが酸化された後、ＳＯＯＴを酸化可能な温度まで更に上昇させる。そして、ＳＯＯＴが酸化された後に硫黄成分の放出に必要となる温度までフィルタ２０を昇温させてＳ被毒の回復を行う。このように、段階的にフィルタ２０の温度を上昇させることにより、ＰＭが酸化される際に発生する熱によるフィルタ２０の過熱を抑制することができる。
【００９５】
フィルタ２０の段階的な昇温は、還元剤噴射弁２８からの間欠的な燃料噴射により、排気中の還元剤濃度（ＨＣ濃度）を次第に高くして行われる。
【００９６】
尚、燃料添加を通じて排気の中のＨＣ濃度やフィルタ２０の温度を所望の値に収束させるためには、例えば還元剤噴射弁２８を駆動するための指令信号の波形を調整すればよい。
【００９７】
例えば図２は、還元剤噴射弁２８に送られるＥＣＵ３５の指令信号の波形と、その波形に対応する空燃比の変化とを同一時間軸上に示すタイムチャート図である。還元剤噴射弁２８は、同図２（ａ）に示す指令信号がオン（「ＯＮ」）の状態となっているときに開弁し、所定圧力の燃料を排気ポート１ｂ若しくは排気枝管１８に添加供給する。燃料添加が行われることにより、フィルタ２０に流入する排気中のＨＣ濃度が高くなる（リッチスパイクが形成される）ようになる。ここで、添加期間（図２（ａ））を長くするほどＨＣ濃度の変化量（図２（ｂ））は大きくなり、総添加期間（図２（ａ））を長くするほど（添加回数を多くするほど）リッチスパイクの形成期間（図２（ｂ））も長くなる。また、添加インターバル（図２（ａ））を短くするほど、排気中のＨＣ濃度が高くなりフィルタ温度の上昇量は大きくなる。一方、燃料添加の休止期間（図２（ａ））の長さは、ＨＣ濃度（図２（ｂ））が低くなる期間（連続的に形成されるリッチスパイクの間において酸化雰囲気が継続する期間）の長さに対応する。この休止期間の長さにより、フィルタ２０の床温を調整することができる。即ち、休止期間を長くするほど、フィルタ２０の温度は低くなる。
【００９８】
これらの条件は、エンジン回転数（クランクポジションセンサ３３の出力信号）及び負荷（アクセル開度センサ３６の出力信号、若しくは、燃料噴射弁３からの燃料噴射量）との関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップへ目標温度と、エンジン回転数及び負荷とを代入して求めることができる。
【００９９】
ここで、図３は、Ｓ被毒回復中処理中のフィルタの目標床温及び実際の床温の時間推移を示したタイムチャート図である。
【０１００】
フィルタ２０の昇温の途中でエンジン１が停止された場合や、Ｓ被毒回復に適さない機関運転状態となった場合には、Ｓ被毒回復処理やそれに伴うフィルタ２０の昇温処理は中断される。そして、従来では、エンジン１が始動され、若しくはＳ被毒回復に適した機関運転状態となった場合に、フィルタ２０に堆積したＳＯＦを酸化させるための温度上昇を再度行っていた。しかし、前回のフィルタ２０の昇温により、ＳＯＦやＳＯＯＴが酸化除去されている場合には、これらを酸化させるための段階的な温度上昇を行わなくともフィルタ２０が過熱することはない。
【０１０１】
また、再度ＳＯＦを酸化させるための温度上昇から開始すると、Ｓ被毒回復が完了するまでに時間を要し、再度のエンジン停止等により硫黄成分を放出させる機会を逃す虞がある。また、還元剤を多く必要とするので、本実施の形態のように還元剤に燃料を用いている場合には、燃費の悪化を誘発させる。
【０１０２】
そこで、本実施の形態では、フィルタ２０の昇温段階を含むＳ被毒回復処理時に該Ｓ被毒回復処理が中断された場合であって、その後に、Ｓ被毒回復処理が行われる場合には、前回のフィルタ２０の昇温結果を考慮して、今回目標となる温度を設定する。尚、図３では、本実施の形態による目標床温を点線で示している。
【０１０３】
即ち、前回、Ｓ回復処理時にＳＯＦの酸化が完了する前に昇温が中断された場合には、今回、ＳＯＦを酸化可能な温度にフィルタ２０の昇温目標温度を設定する。前回、ＳＯＦの酸化が完了後、ＳＯＯＴの酸化途中で中断された場合には、今回、ＳＯＯＴを酸化可能な温度に目標温度を設定する。そして、前回、ＳＯＯＴの酸化が完了後、Ｓ被毒回復中で中断された場合には、今回、硫黄成分の放出に必要となる温度に目標温度を設定する。
【０１０４】
このように、Ｓ被毒回復時に、前回のフィルタ２０の昇温結果に基づいた目標温度を設定して、今回のフィルタ２０の昇温を行うことにより、Ｓ被毒回復処理にかかる時間を短縮することが可能となり、燃費の悪化を抑制することが可能となる。また、Ｓ被毒回復処理に要する時間の短縮が可能となるので、Ｓ被毒回復処理が速やかに完了し、Ｓ被毒回復の中断される回数を減少させることが可能となる。従って、Ｓ被毒による大気中へのＮＯｘの放出を抑制することが可能となる。
【０１０５】
尚、エンジン１の運転状態がＳ被毒回復処理に適さないものとなりＳ被毒回復処理が中断され、Ｓ被毒回復処理が再開されるまでの期間が長い場合や、アイドル状態のように目標温度までフィルタ２０を昇温できない期間（Ｓ被毒回復処理が中断された期間）が長い場合には、その間、フィルタ２０にＰＭが堆積してしまう。従って、フィルタ２０の過熱を抑制するためには、再度段階的な昇温が必要となる。
【０１０６】
そこで、本実施の形態では、このような運転状態が所定期間継続した場合には、再度ＳＯＦを酸化させるために必要となる温度を目標温度としてフィルタ２０の昇温を行う。これにより、フィルタ２０の過熱を抑制することが可能となる。判定条件となる所定期間は、予め実験等により求めておく。尚、エンジン１の停止によりフィルタ２０の昇温が停止された場合には、フィルタ２０にＰＭは堆積しないため、前回昇温中断時の到達温度を目標温度に設定すれば良い。また、前記所定期間は、複数存在し、昇温処理の中断期間が長いほど目標温度が低くなるように設定しても良い。
【０１０７】
次に、フィルタ２０の床温を目標温度まで上昇させることができない場合の昇温処理のフローについて説明する。
【０１０８】
図４は、Ｓ被毒回復中処理中であって、フィルタ２０の床温を目標温度まで上昇させることができない場合のフィルタの目標床温及び実際の床温の時間推移を示したタイムチャート図である。
【０１０９】
また、図５は、フィルタ２０の床温を目標温度まで上昇させることができない場合の昇温処理のフローを指し示したフローチャート図である。
【０１１０】
ステップＳ１０１では、Ｓ被毒回復条件が成立しているか否か判定する。条件としては、エンジン１がＳ被毒回復に適した運転状態であるか、ＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄成分が所定量を超えたか等を例示することができる。ＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄成分量は、燃料消費量やＮＯｘセンサ２２からの出力信号、車両走行距離等により求めることができる。ここで、燃料中の硫黄成分によりフィルタ２０が被毒するので、燃料の消費量を積算してＥＣＵ３５に記憶させ、この燃料の消費量によりＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄成分量を得ても良い。また、Ｓ被毒が進行すると吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘの吸蔵量が減少し、フィルタ２０下流に流通するＮＯｘの量が増大する。従って、フィルタ２０の下流にＮＯｘセンサ２２を設け、この出力信号に基づいてＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄成分量を得ても良い。更に、車両走行距離に応じてＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄成分量が増加するとして、該車両走行距離に基づいて硫黄成分量を得ても良い。
【０１１１】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【０１１２】
ステップＳ１０２では、フィルタ２０の目標温度と床温との差が所定温度以上であるか否か判定する。フィルタ２０の温度が目標温度よりも所定温度以上低い場合には、ＰＭが新たに堆積する虞がある。ここで、所定温度とは、フィルタ２０に新たにＰＭが堆積する虞のある温度差であり、予め実験等により求めておく。
【０１１３】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【０１１４】
ステップＳ１０３では、フィルタ２０の床温が目標よりも所定温度以上低い状態が継続した時間を示す昇温未達時間をカウントアップする。
【０１１５】
ステップＳ１０４では、昇温未達時間が所定時間よりも長いか否か判定される。この所定時間は、昇温未達時間が継続した場合にＰＭが堆積する虞のある時間として、予め実験等により求めておく。
【０１１６】
ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【０１１７】
ステップＳ１０５では、段階昇温をリセットする。即ち、一番低い温度であるＳＯＦの酸化可能温度にフィルタ２０の昇温目標温度が設定される。
【０１１８】
その後、本ルーチンを終了する。
【０１１９】
ステップＳ１０６では、ＰＭが酸化可能であるとして、昇温未達時間をリセットする。
【０１２０】
その後、本ルーチンを終了する。
【０１２１】
このようにして、フィルタ２０の昇温中に目標温度まで上昇しない状態が継続した場合には、目標温度を一番低い温度に設定し直して、再度段階昇温処理を行う。これにより、目標温度まで上昇しない状態のときにフィルタ２０に堆積したＰＭの酸化熱によるフィルタ２０の過熱を抑制することが可能となる。
【０１２２】
また、本実施の形態においては、フィルタ２０の昇温中に目標温度まで上昇しない状態が継続した場合には、この間の機関運転状態に基づいて目標床温を設定し直しても良い。即ち、目標温度までフィルタ床温が上昇しない状態での機関運転中にフィルタ２０に堆積するＰＭの量やその成分は、そのときの機関運転状態により異なる。そこで、ＳＯＦ及びＳＯＯＴの発生する運転状態を、例えば、機関回転数と負荷との関係から予め実験等により求め、これをマップ化しておく。そして、フィルタ２０の床温が目標温度まで上昇しない状態が継続した期間中、ＳＯＦ及びＳＯＯＴの発生量を積算し、該フィルタ２０に堆積したＳＯＦ及びＳＯＯＴの量を求める。そして、ＳＯＦ若しくはＳＯＯＴが所定量以上堆積した場合には、それらを酸化可能な温度となるようにフィルタの目標床温を再設定する。
【０１２３】
このようにして、目標温度に達しないときに堆積したＰＭの酸化によるフィルタ２０の熱劣化の進行を抑制することが可能となる。
【０１２４】
尚、本実施の形態においては、Ｓ被毒回復に伴うＰＭの酸化除去について説明したが、単に、フィルタに堆積したＰＭの除去を行う場合であっても適用することができる。
【０１２５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、Ｓ被毒回復処理の中断前のフィルタ２０の温度に基づいて、同処理再開時の昇温目標温度を設定することができる。これにより、Ｓ被毒回復時の燃費の悪化を抑制することが可能となる。また、Ｓ被毒を速やかに回復させ、大気中へのＮＯｘの放出を抑制することが可能となる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からの硫黄成分の放出を段階的に行う点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【０１２６】
ここで、Ｓ被毒回復制御を行うと、短期間に比較的高い濃度の硫黄成分が大気中へ放出されることがある。その中には、臭気を発する硫化水素（Ｈ２Ｓ）等が含まれている。この臭気を抑制するために、還元剤濃度を低くして、少しずつ硫黄成分を放出させることも考えられる。しかし、フィルタ２０が長期間高温状態となるので熱劣化が進行する虞がある。
【０１２７】
一方、ＮＯｘ触媒には、幾つかの異なる状態で硫黄成分が吸蔵・吸着・付着されている。即ち、ＮＯｘ触媒との結合状態が、物理的・化学的に異なる状態で蓄積されている。更に、硫黄成分はＮＯｘ触媒の異なる部位に蓄積されている。そして、これらの硫黄成分が放出される温度及び還元剤濃度若しくは酸素濃度は、その結合状態や蓄積部位によって異なる。
【０１２８】
ここで、ＮＯｘ触媒に蓄積された硫黄成分は、還元剤濃度が高くなるほど、また、温度が高くなるほど放出されやすくなる。しかし、還元剤濃度が低い場合（更には、酸化雰囲気である場合）、また、ＮＯｘ触媒の温度が低い場合であっても、ＮＯｘ触媒の特定部位に蓄積されている硫黄成分、或いは特定の形態でＮＯｘ触媒に結合されている硫黄成分は、放出させることが可能である。
【０１２９】
そこで、本実施の形態では、結合状態の異なる硫黄成分を段階的な昇温及び段階的な還元剤濃度の上昇により順次放出させてＳ被毒回復を行う。このようにすることで、臭気の発生を抑制し、ＮＯｘ触媒の熱劣化の進行を抑制することが可能となる。
【０１３０】
尚、本実施の形態では、ＮＯｘ触媒に蓄積する硫黄成分を、蓄積部位や蓄積状態の異なる３種の硫黄成分として分別し、各種の硫黄成分を放出させる処理を段階的に行う。
【０１３１】
図６は、Ｓ被毒回復制御を行った場合に観測されるＮＯｘの浄化効率（図６（ａ））及び硫黄成分の放出量（図６（ｂ））の推移を同一時間軸上に示すタイムチャートであって、同一の運転条件で同一期間エンジン１を運転した後、３つの異なる条件を設定してＳ被毒回復制御を行った結果である。なお、同各図中において、符号Ａ／Ｆｍｉｎは各回のリッチスパイクによって達する空燃比Ａ／Ｆの最低値に相当し、符号ＴＣＡＴｍａｘはＳ被毒回復制御によって達するフィルタ床温ＴＣＡＴの最高値に相当する。
【０１３２】
先ず図６（ａ）に示すように、空燃比の最低値Ａ／Ｆｍｉｎが最も低く（リッチ雰囲気に相当し）、フィルタ床温の最高値ＴＣＡＴｍａｘが最も高い条件Ａでは、Ｓ被毒回復制御の実行に伴って速やかにＮＯｘ浄化効率が回復する。これに対し、条件Ａに比べると空燃比の最低値Ａ／Ｆｍｉｎが高く（理論空燃比近傍の雰囲気に相当し）、フィルタ床温の最高値ＴＣＡＴｍａｘが低い条件Ｂでは、ＮＯｘ浄化効率の回復量（度合い）が小さい。
【０１３３】
さらに、条件Ｂよりも空燃比の最低値Ａ／Ｆｍｉｎが高く（弱リーン雰囲気に相当し）、フィルタ床温の最高値ＴＣＡＴｍａｘが低い条件Ｃでは、制御の実行に伴うＮＯｘ浄化効率の回復はほとんどみられない。
【０１３４】
一方、図６（ｂ）に示すように、硫黄成分の放出量は、条件Ａ、条件Ｂ，条件Ｃの順で、各々に対応する放出量は減少するものの、ＮＯｘ浄化率の回復がほとんどみられない条件ＣでＳ被毒回復制御を行った場合にも、当該制御の実行に伴い所定量の硫黄成分が放出されている。なお、条件Ａで被毒回復制御を行った結果放出された硫黄成分の全量は、当該制御を開始する際、ＮＯｘ触媒に蓄積していた硫黄成分の全量に略等しい。
【０１３５】
この実験結果から考察されるように、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる上で最適な条件Ａの下、Ｓ被毒回復制御を行ってほとんどの硫黄成分を放出させることができるものの、これとは異なる特定条件（条件Ｂ、条件Ｃ）の下でＳ被毒回復制御を行った場合であっても、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分のうち、少なくとも一部を放出させることはできる。また、ＮＯｘ浄化率の回復といった面からは何ら効果を認識することができない条件Ｃの下でＳ被毒回復制御を行う場合であっても、当該制御の実行に伴い所定量の硫黄成分が放出される。
【０１３６】
ところで、上記条件Ａ，Ｂ，Ｃの何れを成立させる場合にも、空燃比Ａ／Ｆを低下させ（リッチ寄りに移行させ）、フィルタ床温ＴＣＡＴを上昇させるために所定量の添加燃料が必要となり、また、フィルタ床温ＴＣＡＴを高温状態に移行させることである程度はＮＯｘ触媒の熱劣化が進行する。そして、添加燃料の消費量が最も多く、また、ＮＯｘ触媒への影響（劣化の進行度合い）が最も大きくなるのは条件Ａを成立させる場合である。逆に、消費する添加燃料の量が最も少なく、また、ＮＯｘ触媒の劣化が最小限に抑えられるのは、条件Ｃを成立させる場合である。
【０１３７】
そこで、本実施の形態にかかるエンジン１の排気浄化システムは、硫黄成分の放出に関わるＮＯｘ触媒の上記特性に適合した制御構造を構築することにより、燃料（還元剤）消費量の節減と、ＮＯｘ触媒の熱劣化の防止・抑制とを併せ図ることのできる効率的なＳ被毒回復制御を実施し、ＮＯｘ触媒の機能を最適な状態に管理する。
【０１３８】
本実施の形態において、エンジン１の排気浄化システムは、フィルタ床温ＴＣＡＴ、及び排気の空燃比Ａ／Ｆの調整を通じ、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる。その際、条件設定の異なる複数の処理を連続的に行うことにより、ＮＯｘ触媒の異なる部位に蓄積している硫黄成分、或いはＮＯｘ触媒に異なる状態で蓄積している硫黄成分を、微量ずつ徐々に放出させる。
【０１３９】
具体的には、ＮＯｘ触媒に所定量の硫黄成分が蓄積したものと認識した場合に、ＥＣＵ３５は、先ず、第１のＳ放出処理を通じて条件Ｃ（例えば空燃比Ａ／Ｆ＝１６程度、フィルタ床温ＴＣＡＴ＝６２０℃程度）を成立させ、硫黄成分ＳＸ１を主に放出させる。そして、当該条件Ｃを所定期間保持した後、続けて第２のＳ放出処理を行うことにより、条件Ｂ（例えば空燃比Ａ／Ｆ＝１４．６程度、フィルタ床温ＴＣＡＴ＝６６０℃程度）を成立させ、硫黄成分ＳＸ２を主に放出させる。そして、当該条件Ｂを所定期間保持した後、第３のＳ放出処理を通じて条件Ａ（例えば空燃比Ａ／Ｆ＝１３程度、フィルタ床温ＴＣＡＴ＝６９０℃程度）を成立させ、当該条件Ａを所定期間保持し、硫黄成分ＳＸ３を主に放出させる。ＥＣＵ３５は、このような一連の処理を間欠的に実行する。
【０１４０】
このような制御手順を繰り返すことにより、本実施の形態にかかる排気浄化システムは、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分のうち、蓄積部位や蓄積状態の異なる硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３を、段階的に放出させ、ＮＯｘ触媒の機能を最適な状態に管理する。
【０１４１】
ここで、従来のように、所定期間毎に条件Ａを成立させる第３の放出処理のみを行っても、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３を併せて放出させることはできる。
【０１４２】
しかしながら、そのような方法では、第３のＳ放出処理を行うことにより、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３が同時に放出されることになるため、ＮＯｘ触媒下流の排気中における硫黄成分の濃度が過剰に高くなってしまう懸念がある。しかも、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３をＮＯｘ触媒から放出・除去するために要する第３のＳ放出処理の継続期間は、本実施の形態のように硫黄成分ＳＸ３のみをＮＯｘ触媒から放出・除去するために要する第３のＳ放出処理の継続期間よりも長くなってしまう。この結果、ＮＯｘ触媒の熱劣化が進行し、当該触媒の耐久性も低下してしまうことになる。
【０１４３】
この点、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３を同時に放出させることなく、段階的にＮＯｘ触媒から放出させる本実施の形態の排気浄化システムによれば、ＮＯｘ触媒下流の排気中における硫黄成分の濃度が過剰に高まるといった懸念がなくなる。また、第３のＳ放出処理を完了するために必要な期間も比較的短くなるため、ＮＯｘ触媒の劣化の進行が抑制され、当該触媒の耐久性も実質的に向上する。
【０１４４】
ところで、このような段階的なＳ被毒回復処理を実施している途中で、エンジン１が停止された場合や、Ｓ被毒回復に適さない機関運転状態となった場合には、Ｓ被毒回復処理が中断される。そして、エンジン再始動後、若しくは、エンジン１の運転状態がＳ被毒回復処理に適した状態となった場合に、Ｓ被毒回復が再度行われる。その際、本実施の形態では、エンジン１停止前、若しくは、Ｓ被毒回復に適さない機関運転状態となる前に行われていたＳ被毒回復処理の中断時の処理段階からＳ被毒回復処理を開始する。
【０１４５】
即ち、前回のＳ被毒回復処理の中断時に、硫黄成分ＳＸ１若しくはＳＸ２が放出されている場合には、これらを放出させるための段階的な処理を行わなくとも臭気が発生することがない。
【０１４６】
また、硫黄成分ＳＸ１若しくはＳＸ２の放出が完了しているにも関わらず、再度硫黄成分ＳＸ１を放出させるための処理を行うと、Ｓ被毒回復が完了するまでに時間を要する。従って、還元剤を多く必要とするので、本実施の形態のように還元剤に燃料を用いている場合には、燃費の悪化を誘発させる。また、硫黄成分ＳＸ３を放出させる機会を逃す虞もある。
【０１４７】
そこで、本実施の形態では、Ｓ被毒回復時にＳ被毒回復処理が中断された場合であって、その後に、Ｓ被毒回復処理を行う場合には、前回の処理段階を考慮して、今回行う処理段階を設定する。
【０１４８】
即ち、前回、第１のＳ放出処理が完了する前にＳ被毒回復処理が中断された場合には、今回、第１のＳ放出処理から開始する。また、前回、第１のＳ放出処理が完了後、第２のＳ放出処理の途中でＳ被毒回復処理が中断された場合には、今回、第２のＳ放出処理から開始する。そして、前回、第２のＳ放出処理が完了後、第３のＳ放出処理の途中で中断された場合には、今回、第３のＳ放出処理から開始する。
【０１４９】
このように、Ｓ被毒回復時に、前回の処理段階に基づいた処理を行うことにより、臭気の発生を抑制することができる。また、Ｓ被毒回復の時間を短縮することが可能となり、燃費の悪化を抑制することが可能となる。更に、Ｓ被毒回復に要する時間の短縮が可能となるので、Ｓ被毒回復途中のエンジン停止や運転状態の変化によるＳ被毒回復処理の中断回数を減少させることが可能となり、Ｓ被毒による大気中へのＮＯｘの放出を抑制することが可能となる。
【０１５０】
尚、本実施の形態においては、エンジン１の運転状態によりＳ被毒回復処理が中断され、次回行われるまでのエンジン運転期間が長い場合や、アイドル状態のような目標温度まで温度が上昇できない期間が長く続いた場合には、再度第１のＳ放出処理からのＳ被毒回復を行う。即ち、その間ＮＯｘ触媒に硫黄成分が新たに蓄積されるので、臭気が発生する虞がある。そこで、本実施の形態では、このような運転状態が続いた場合には、再度第１のＳ放出処理からのＳ被毒回復を行う。これにより、新たに蓄積された硫黄成分による臭気の発生を抑制することが可能となる。また、Ｓ被毒回復処理が中断された期間が長いほど目標温度が低くなるように設定しても良い。ここで、エンジン１の停止によりＳ被毒回復処理が中断された場合には、硫黄成分が蓄積されないため、前回処理段階からＳ被毒回復処理を行えば良い。
【０１５１】
また、本実施の形態においては、Ｓ被毒回復処理中に目標温度まで上昇しない状態が所定期間継続した場合には、この間の機関運転状態に基づいて目標床温を設定し直しても良い。即ち、目標温度までフィルタ床温が上昇しない状態での機関運転中にＮＯｘ触媒に蓄積される硫黄成分の量やその成分は、そのときの機関運転状態により異なる。そこで、硫黄成分ＳＸ１若しくはＳＸ２の発生する運転状態を、例えば、機関回転数と負荷との関係から予め実験等により求め、これをマップ化しておく。そして、フィルタ２０の床温が目標温度まで上昇しない状態が継続した期間中、硫黄成分ＳＸ１若しくはＳＸ２の発生量を積算し、ＮＯｘ触媒に蓄積された硫黄成分ＳＸ１若しくはＳＸ２の量を求める。そして、硫黄成分ＳＸ１若しくはＳＸ２が所定量以上堆積した場合には、それらを放出可能な温度となるようにフィルタの目標床温を再設定する。
【０１５２】
このようにして、目標温度に達しないときに蓄積された硫黄成分の放出による臭気の発生を抑制することが可能となる。
【０１５３】
尚、本実施の形態における段階的なＳ被毒回復処理と、第１の実施の形態で説明した段階的な昇温と、を組み合わせて行うこともできる。これにより、臭気の発生と熱劣化の進行とを抑制することが可能となる。
【０１５４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、Ｓ被毒回復処理の中断前の処理状態に基づいて、同処理再開時の処理条件を設定することができる。これにより、Ｓ被毒回復による燃費の悪化を抑制することが可能となる。また、Ｓ被毒を速やかに回復させ、大気中へのＮＯｘの放出を抑制することが可能となる。更に、臭気の発生を抑制することが可能となる。
【０１５５】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、Ｓ被毒回復の途中で処理が中断され、さらにその後に同処理を再開する場合には、中断前のＮＯｘ触媒の温度に基づいて、再開時の目標温度を設定することができる。これにより、Ｓ被毒回復による燃費の悪化を抑制することが可能となる。また、Ｓ被毒を速やかに回復させ、大気中へのＮＯｘの放出を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る排気浄化システムを適用するエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】還元剤噴射弁に送られるＥＣＵの指令信号の波形と、その波形に対応する空燃比の変化とを同一時間軸上に示すタイムチャート図である。
【図３】Ｓ被毒回復中処理中のフィルタの目標床温及び実際の床温の時間推移を示したタイムチャート図である。
【図４】Ｓ被毒回復中処理中であって、フィルタの床温を目標温度まで上昇させることができない場合のフィルタの目標床温及び実際の床温の時間推移を示したタイムチャート図である。
【図５】フィルタの床温を目標温度まで上昇させることができない場合の昇温処理のフローを指し示したフローチャート図である。
【図６】Ｓ被毒回復制御を行った場合に観測されるＮＯｘの浄化効率（図６（ａ））及び硫黄成分の放出量（図６（ｂ））の推移を同一時間軸上に示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
１ エンジン
１ａ クランクプーリ
１ｂ 排気ポート
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ コモンレール
５ 燃料供給管
６ 燃料ポンプ
６ａ ポンププーリ
７ ベルト
８ 吸気枝管
９ 吸気管
１１ エアフローメータ
１３ 吸気絞り弁
１４ 吸気絞り用アクチュエータ
１５ 遠心過給機
１５ａ コンプレッサハウジング
１５ｂ タービンハウジング
１８ 排気枝管
１９ 排気管
２０ パティキュレートフィルタ
２２ ＮＯｘセンサ
２３ 空燃比センサ
２４ 排気温度センサ
２８ 還元剤噴射弁
２９ 還元剤供給路
３３ クランクポジションセンサ
３５ ＥＣＵ
３６ アクセル開度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を内燃機関の排気系に配置し、還元雰囲気のときに排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵（吸着、吸収でも良い。）し、酸化雰囲気となったときは吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＮＯｘを還元して排気中のＮＯｘを浄化する技術が知られている。また、同じメカニズムで吸蔵された硫黄成分による被毒を回復する技術が知られている。
【０００３】
一方、排気中に含まれる浮遊粒子状物質である煤に代表されるパティキュレートマター（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：以下特に断らない限り「ＰＭ」という。）が大気中に放出されないように、ディーゼルエンジンの排気系にＰＭの捕獲を行うパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」とする）を設ける技術が知られている。
【０００４】
しかし、フィルタに捕獲されたＰＭが該フィルタに堆積しフィルタの目詰まりを発生させることがある。この目詰まりが発生すると、フィルタ上流の排気の圧力が上昇し内燃機関の出力低下やフィルタの毀損を誘発する虞がある。このようなときには、フィルタ上に堆積したＰＭを酸化せしめることにより該ＰＭを除去することができる。このようにフィルタに堆積したＰＭを除去することをフィルタの再生という。
【０００５】
このＳ被毒の回復を行う技術、若しくはフィルタの再生を行う技術として例えば、硫黄成分の吸蔵量を推定し、この量が所定量に達したときに、ＮＯｘ触媒にて燃料を酸化させて該触媒の温度を上昇させ、Ｓ被毒を回復する技術（例えば、特許文献１参照）、バッテリが外された後に再接続された場合には、所定期間経過後にＳ被毒回復を行う技術（例えば、特許文献２参照）、フィルタの再生中に機関が停止された場合には、再生開始時から機関停止までの時間に応じて次回フィルタ再生の判定値を設ける技術（例えば、特許文献３参照）が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−６１０５２号公報（第６−１４頁、図６）
【特許文献２】
特開平１１−２２９８４８号公報（第３−６頁、図５）
【特許文献３】
特開平５−２２２９１７号公報（第３−６頁、図６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＮＯｘ触媒を高温にしてＳ被毒回復を行うと、ＮＯｘ触媒に堆積しているＰＭが酸化され、このときに発生する熱でＮＯｘ触媒が過熱する虞がある。これを抑制するために、Ｓ被毒回復を行う温度よりも低い温度で一旦ＰＭを酸化させ、その後にＳ被毒回復を行うことがある。
【０００８】
この途中で内燃機関が停止され、若しくは内燃機関の運転状態がＳ被毒回復に適さないものとなると、Ｓ被毒回復処理をやり直すことになり、還元剤の消費量が多くなる。
【０００９】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化システムにおいて、Ｓ被毒回復の途中で処理が中断された場合に、その後のＳ被毒回復処理において還元剤の消費量を抑制しつつ速やかにＳ被毒を回復させる技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。即ち、
酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒の温度を上昇させる昇温手段と、
前記昇温手段によりＮＯｘ触媒の温度を上昇させつつ前記還元剤供給手段から還元剤を供給して前記ＮＯｘ触媒のＳ被毒を回復させるＳ被毒回復手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記Ｓ被毒回復手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度と、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気中の還元剤濃度若しくは酸素濃度と、の関係から決定づけられる複数の条件を個別に成立させてＳ被毒を回復させ、Ｓ被毒の回復途中で処理が中断された後にＳ被毒の回復を再度行う場合には、Ｓ被毒回復開始時の目標となるＮＯｘ触媒の温度及び前記ＮＯｘ触媒に導入される還元剤濃度若しくは酸素濃度を、処理が中断された前回のＳ被毒回復の処理の履歴から決定することを特徴とする。
【００１１】
本発明の最大の特徴は、Ｓ被毒回復中、若しくは、それ以前の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の昇温中において、Ｓ被毒回復処理が中断された後に、Ｓ被毒回復を再開する場合には、前回中断されるまでのＳ被毒回復処理状態により、今回の処理条件を決定することにある。
【００１２】
このように構成された内燃機関の排気浄化システムでは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に燃料中の硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯｘ）がＮＯｘと同じメカニズムで吸蔵（吸収、吸着、付着でも良い。）される。このように、吸蔵された硫黄成分は、ＮＯｘに比して安定していて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒内に残留してしまう。
【００１３】
そして、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されている硫黄成分の量が増加すると、それに応じてＮＯｘの吸蔵に関与することができる触媒の量が減少するため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下する。これをＳ被毒といい、ＮＯｘ浄化率が低下するため、適宜の時期にＳ被毒から回復させるＳ被毒回復処理を施す必要がある。このＳ被毒回復処理は、ＮＯｘ触媒を高温（例えば６００乃至６９０℃程度）にしつつ還元雰囲気の排気をＮＯｘ触媒に流通させて行われている。
【００１４】
ここで、ＮＯｘ触媒に粒子状物質が堆積していると、Ｓ被毒回復処理中に粒子状物質が酸化され、熱が発生する。これにより、ＮＯｘ触媒の熱劣化が進行する虞がある。そのため、先ず、昇温手段は前記ＮＯｘ触媒の温度を該ＮＯｘ触媒に付着した粒子状物質の除去に必要な温度とし、該粒子状物質の除去を行う。その後に、Ｓ被毒の回復に必要となる温度までＮＯｘ触媒を昇温させる。このように段階的な昇温を行った後にＳ被毒の回復が行われる。
【００１５】
また、ＮＯｘ触媒を高温状態にすれば、該ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させることができる。ところが、還元剤濃度を高い状態にし、また前記ＮＯｘ触媒の温度を十分に高くしなければ、前記ＮＯｘ触媒と強固に結合した硫黄成分を脱離させ、該ＮＯｘ触媒の機能を十分に回復させることはできない。その一方、前記ＮＯｘ触媒を高温状態にすると、熱劣化により該ＮＯｘ触媒の寿命を短くしてしまう傾向がある。
【００１６】
同構成によれば、前記ＮＯｘ触媒に導入される還元剤濃度若しくは酸素濃度との関係から決定づけられる複数の条件が個別に成立することによって、前記ＮＯｘ触媒に蓄積した、例えば蓄積部位や、蓄積状態の異なる各種の硫黄成分の中で、前記ＮＯｘ触媒から放出されるために適した条件（ＮＯｘ触媒の温度や還元剤濃度若しくは酸素濃度）となったものが、前記ＮＯｘ触媒から主に放出されることになる。よって、前記ＮＯｘ触媒から放出されるのに高温条件を要する一部の硫黄成分の為に、必要以上の還元成分を消費することがなくなり、また、前記ＮＯｘ触媒が必要以上に長い期間高温条件下に晒され、該ＮＯｘ触媒の耐久性が低下することもなくなる。
【００１７】
さらに、前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分が分散して放出されるようになる。このため、多量の硫黄成分が一度に放出されることがなく、硫黄成分特有の臭気も発生しにくくなる。
【００１８】
ところで、Ｓ被毒回復処理中に、内燃機関がＮＯｘ触媒の昇温若しくはＳ被毒回復に適さない運転状態となり、ＮＯｘ触媒の昇温若しくはＳ被毒の回復が中断されることがある。しかし、その直後にＳ被毒回復に適した運転状態となった場合には、粒子状物質の除去や硫黄成分の放出がある程度なされた状態からＳ被毒回復処理が開始されることとなる。従って、中断前の処理状態を考慮して、昇温を開始若しくはＳ被毒の回復を再開させれば、昇温や硫黄成分の放出に費やされる時間を短縮させることができ、その分、還元剤の消費量を減少させることが可能となる。
【００１９】
本発明においては、前記Ｓ被毒回復手段は、異なる状態で蓄積された硫黄成分を段階的に放出すべく、各段階で少なくとも一の成分が主として放出されるように前記ＮＯｘ触媒を段階的に温度上昇させ、Ｓ被毒回復の途中で処理が中断された後にＳ被毒回復を再開する場合には、処理が中断されたときの前記ＮＯｘ触媒の温度を目標として再開することができる。
【００２０】
ここで、「異なる状態で蓄積された硫黄成分」とは、「ＮＯｘ触媒の異なる部位に蓄積された硫黄成分」や、「当該触媒との結合状態を含め、物理的・化学的に異なる蓄積状態で蓄積されている硫黄成分」等の意味を含む。
【００２１】
このように構成された内燃機関の排気浄化システムでは、異なる状態で蓄積された硫黄成分によるＳ被毒の回復が段階的に行われる。これは、異なる状態で蓄積された硫黄成分は、放出可能な温度、還元剤濃度若しくは酸素濃度が夫々異なり、段階的に回復処理を行うことにより、臭気の発生を抑制することができるからである。そして、Ｓ被毒の回復処理が途中で中断された後に再開される場合には、Ｓ被毒回復手段は、中断前のＳ被毒の回復処理の条件を次回Ｓ被毒回復時に適用する。
【００２２】
このようにして、Ｓ被毒の回復処理が途中で中断された後では、途中からＳ被毒回復処理を開始することが可能となる。
【００２３】
本発明においては、前記ＮＯｘ触媒は、パティキュレートフィルタに担持され、前記Ｓ被毒回復手段は、異なる状態で堆積した粒子状物質を段階的に酸化すべく、各段階で少なくとも一の成分が主として酸化されるように前記ＮＯｘ触媒を段階的に温度上昇させ、Ｓ被毒回復の途中で処理が中断された後にＳ被毒回復を再開する場合には、処理が中断されたときの前記ＮＯｘ触媒の温度を目標として再開することができる。
【００２４】
ここで、「異なる状態で堆積した粒子状物質」とは、「ＮＯｘ触媒の異なる部位に堆積した粒子状物質」や、「ＳＯＦや煤等の異なる種類が堆積した粒子状物質」等の意味を含む。
【００２５】
このように構成された内燃機関の排気浄化システムでは、異なる状態で堆積した粒子状物質を除去する処理が個別に行われる。即ち、ＮＯｘ触媒に堆積する粒子状物質には、煤（ＳＯＯＴ）等の不溶成分と、未燃炭化水素（ＨＣ）等の可溶な有機的留分（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：以下、ＳＯＦとする）と、が含まれている。これらの成分は夫々酸化除去が可能な温度が異なっている。そして、Ｓ被毒回復時にＮＯｘ触媒を高温状態にすると、これら粒子状物質が酸化され熱が発生する。この熱により、ＮＯｘ触媒の温度は更に上昇し、熱劣化が進行してしまう。
【００２６】
その点、本発明では、硫黄成分を放出させるための高温状態とする前に、その温度よりも低い粒子状物質の酸化除去可能な温度で粒子状物質を酸化除去させる。そして、粒子状物質の酸化除去が完了してから硫黄成分を放出可能な温度とすることにより、ＮＯｘ触媒の過熱を抑制し、熱劣化の進行を抑制することが可能となる。
【００２７】
そして、Ｓ被毒の回復処理が途中で中断された後に再開される場合には、Ｓ被毒回復手段は、中断前の粒子状物質の処理から次回Ｓ被毒回復を開始する。
【００２８】
このようにして、Ｓ被毒の回復処理が途中で中断された後では、途中からＳ被毒回復処理を開始することが可能となる。
【００２９】
本発明においては、前記Ｓ被毒回復手段は、Ｓ被毒の回復処理が中断された期間が所定期間以上となった場合には、Ｓ被毒の回復処理を再開するときに前記ＮＯｘ触媒の目標となる温度を低下させることができる。
【００３０】
段階的な昇温を行っている途中で、アイドル状態となると、その後の昇温が困難となる一方で、排気中の粒子状物質がＮＯｘ触媒に堆積することがある。また、硫黄成分が再度吸蔵されてしまうこともある。このような状態で、昇温を再開すると、ＮＯｘ触媒に堆積した粒子状物質が酸化されＮＯｘ触媒が過熱する虞があり、また、硫黄成分による臭気が発生する虞がある。そこで、目標となる温度まで昇温させることができない状態が所定期間続いた場合には、昇温再開時の目標温度を低下させることにより、ＮＯｘ触媒の過熱及び臭気の発生を抑制することが可能となる。
【００３１】
尚、「所定期間」とは、前記したような粒子状物質の堆積や、硫黄成分の吸蔵が起こり得る期間である。
【００３２】
また、前記所定期間は、複数存在し、中断期間が長いほど目標温度が低くなるように設定しても良い。
【００３３】
本発明においては、Ｓ被毒の回復処理が中断された期間の内燃機関の運転状態に基づいて前記ＮＯｘ触媒の目標となる温度を設定することができる。
【００３４】
段階的な昇温を行っている途中で、Ｓ被毒回復に適さない運転状態となった場合には昇温が中断される。その間にＮＯｘ触媒に粒子状物質が堆積することがあり、この堆積量は機関運転状態によって異なる。また、その間に硫黄成分が吸蔵されることがあり、この吸蔵量は機関運転状態によって異なる。また、運転状態が異なるとＮＯｘ触媒の温度低下の度合いも異なる。そこで、Ｓ被毒回復若しくはＮＯｘ触媒の昇温が途中で中断された後に、再開する場合には、そのときの運転状態に基づいて昇温再開時の目標温度を決定する。これにより、ＮＯｘ触媒の過熱及び臭気の発生を抑制することが可能となる。
【００３５】
本発明においては、前記Ｓ被毒回復の中断は、内燃機関の停止により発生しても良い。
【００３６】
内燃機関が停止された場合には、硫黄成分の放出及びＮＯｘ触媒の昇温は中断される。そして、機関停止中にはＮＯｘ触媒に硫黄成分が吸蔵されることはなく、また、粒子状物質が堆積することもない。従って、Ｓ被毒回復の途中で内燃機関が停止され、その後に内燃機関が始動された場合には、内燃機関の停止前のＳ被毒回復状態に基づいて、Ｓ被毒回復再開時の処理条件を決定する。これにより、還元剤の消費量を低減させることが可能となり、還元剤に燃料が使用されている場合には、燃費を向上させることが可能となる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムを車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００３８】
図１は、本実施の形態に係る排気浄化システムを適用するエンジン１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００３９】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００４０】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００４１】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００４２】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００４３】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００４４】
次に、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００４５】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続されている。吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１が取り付けられている。
【００４６】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００４７】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。
【００４８】
このように構成された吸気系では、吸気は、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００４９】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮された吸気は、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００５０】
一方、エンジン１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００５１】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にて大気へと通じている。
【００５２】
前記排気管１９の途中には、排気中に含まれる浮遊粒子状物質である煤に代表されるパティキュレートマター（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：以下、「ＰＭ」という。）を捕獲するためのパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）２０が設けられている。このフィルタ２０には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒とする。）が担持されている。
【００５３】
フィルタ２０は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ２ストレージ）能のある例えばセリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属が添加されている。
【００５４】
このフィルタ２０に担持されたＮＯｘ触媒は、該フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵（吸収、吸着、付着でも良い。）し、一方、該フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していたＮＯｘを放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、放出されたＮＯｘが還元される。また、セリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。
【００５５】
フィルタ２０より上流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４が取り付けられている。また、フィルタ２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気中のＮＯｘ濃度に対応した電気信号を出力するＮＯｘセンサ２２及び空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３が取り付けられている。
【００５６】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１ｂを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００５７】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介してフィルタ２０へ流入し、排気中のＮＯｘが吸蔵され、ＰＭが捕獲される。その後、排気は排気管１９を流通して大気中へと放出される。
【００５８】
ところで、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン１から排出される排気の空燃比がリーンとなり排気中の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸蔵されることになるが、エンジン１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒にて吸蔵されずに大気中へ放出されてしまう。
【００５９】
ここで、「排気の空燃比がリーン」である状態とは、例えば理論空燃比の混合気を燃焼して得られる排気中の成分比（酸化成分と還元成分の比）よりも、酸化成分が多い（濃い）状態に相当する。換言すると、吸気系へ排気が還流されたり、還元成分が直接排気系に供給されたりといった外乱がない場合、機関燃焼に供される混合気の空燃比が、概ね「１４．６」（理論空燃比）よりも大きい（リーン寄りである）ときの排気の状態を意味する。一方、「排気の空燃比がリッチ」である状態とは、同じく吸気系へ排気が還流されたり、還元成分が直接排気系に供給されたりといった外乱がない場合、機関燃焼に供される混合気の空燃比が、概ね「１４．６」（理論空燃比）よりも小さい（リッチ寄りである）ときの排気の状態を意味する。
【００６０】
特に、エンジン１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し易い。
【００６１】
従って、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前にＮＯｘ触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させる必要がある。
【００６２】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中への燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法が考えられる。例えば、排気中の燃料添加では、フィルタ２０より上流の排気管１９を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めることができる。
【００６３】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けられ、後述するＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、を備えている。
【００６４】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号により該還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００６５】
還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させると共に、フィルタ２０に到達し、フィルタ２０に吸蔵されていたＮＯｘを還元することになる。
【００６６】
その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止される。
【００６７】
また、エンジン１には、クランクシャフトの回転位置に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ３３が設けられている。
【００６８】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００６９】
ＥＣＵ３５には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号の他、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ３６の出力信号が入力されるようになっている。
【００７０】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、還元剤噴射弁２８等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５により制御することが可能になっている。
【００７１】
例えば、ＮＯｘ浄化制御では、ＥＣＵ３５は、フィルタ２０に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００７２】
リッチスパイク制御では、ＥＣＵ３５は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、フィルタ２０が活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、Ｓ被毒回復制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【００７３】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８を制御することにより、フィルタ２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００７４】
具体的には、ＥＣＵ３５は、記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサ２３の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００７５】
ＥＣＵ３５は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【００７６】
続いて、ＥＣＵ３５は、前記目標添加量をパラメータとして還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００７７】
還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出されると、ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８を開弁させる。
【００７８】
ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【００７９】
このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してフィルタ２０に流入する。
【００８０】
この結果、フィルタ２０に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、フィルタ２０がＮＯｘの吸蔵と還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【００８１】
このように、フィルタ２０に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元することが可能となる。
【００８２】
次に、Ｓ被毒回復制御では、ＥＣＵ３５は、ＮＯｘ触媒の硫黄成分による被毒から回復させるべくＳ被毒回復処理を行う。
【００８３】
ここで、エンジン１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ２）や三酸化硫黄（ＳＯ３）などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が生成される。
【００８４】
ＳＯｘは、排気とともにフィルタ２０に流入し、ＮＯｘと同様のメカニズムによってＮＯｘ触媒に吸蔵される。
【００８５】
具体的には、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ２）や三酸化硫黄（ＳＯ３）等の硫黄成分が白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）の形でフィルタ２０に吸蔵される。更に、フィルタ２０に吸蔵された硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ４）を形成する。
【００８６】
ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ４）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ３）２）に比して安定していて分解し難く、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにフィルタ２０内に残留してしまう。
【００８７】
フィルタ２０における硫酸塩（ＢａＳＯ４）の量が増加すると、それに応じてＮＯｘの吸蔵に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、フィルタ２０のＮＯｘ吸蔵能力が低下する、いわゆるＳ被毒が発生する。
【００８８】
ＮＯｘ触媒のＳ被毒を回復する方法としては、フィルタ２０の雰囲気温度をおよそ６００乃至６９０℃の高温域まで昇温させるとともに、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、フィルタ２０に吸蔵されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）をＳＯ３ −やＳＯ４ −に熱分解し、次いでＳＯ３ −やＳＯ４ −を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ２ −に還元する方法を例示することができる。
【００８９】
ＥＣＵ３５は、例えば、還元剤噴射弁２８から排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をフィルタ２０において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタ２０の床温を高めるようにする。同時に、各気筒の膨張行程若しくは排気行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させても良い。このように膨張行程若しくは排気行程で燃料を噴射させるのは、主噴射による燃料噴射量を増量すると機関出力が上昇して運転状態が悪化する虞があるためである。この副噴射により噴射された燃料は、気筒２内で燃焼し、気筒２内のガス温度を上昇させる。温度が上昇したガスは排気となってフィルタ２０に到達し、該フィルタ２０の雰囲気温度を上昇させることができる。また、副噴射を行う時期によっては、副噴射された燃料が燃焼しないこともある。しかし、副噴射によって気筒２内に供給される燃料は、主噴射による燃焼ガス中で軽質なＨＣに改質され、排気系に排出される。すなわち、還元剤として機能する軽質なＨＣが、副噴射を通じて排気系に添加され、排気中の還元成分濃度を高めることとなる。排気系に添加された還元成分は、ＮＯｘ触媒において、該ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘや、排気中に含まれるその他の酸化成分と反応する。このとき発生する反応熱により、フィルタ２０の床温が上昇される。
【００９０】
上記したような燃料添加によりフィルタ２０の床温が６００℃乃至６９０℃程度の高温域まで上昇する。その後も、引き続きフィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるべくＥＣＵ３５は還元剤噴射弁２８から燃料を噴射させる。
【００９１】
このようにＳ被毒回復処理が実行されると、フィルタ２０の床温が高い状況下で、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、フィルタ２０に吸蔵されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）がＳＯ３ −やＳＯ４ −に熱分解され、それらＳＯ３ −やＳＯ４ −が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てフィルタ２０のＳ被毒が回復されることになる。
【００９２】
尚、本実施の形態では、Ｓ被毒回復処理には前記リッチスパイクを行い排気の酸素濃度を低下させている。
【００９３】
ここで、フィルタ２０に捕獲されるＰＭには、煤（ＳＯＯＴ）等の不溶成分と未燃炭化水素（ＨＣ）等の可溶な有機的留分（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：以下、ＳＯＦとする）とが含まれている。これらの成分は夫々酸化させるために必要となる温度が異なる。そして、ＳＯＦはＳＯＯＴよりも低い温度で酸化除去することが可能である。また、これらＰＭを酸化除去可能な温度は、Ｓ被毒を回復させるときに必要となる温度よりも低い。従って、Ｓ被毒回復を行うためにフィルタ２０をＳ被毒の回復に必要となる温度まで上昇させると、フィルタ２０に堆積したＰＭが酸化される。そのときに発生する熱によりフィルタ２０が過熱して、熱劣化を進行させることがある。
【００９４】
そこで、本実施の形態では、Ｓ被毒回復を行う前のフィルタ２０の昇温段階では、ＰＭの酸化熱によるフィルタ２０の過熱を抑制するため、段階的な昇温を行うこととしている。即ち、昇温段階では、先ず、ＳＯＦを酸化可能な温度までフィルタ２０の温度を上昇させる。ＳＯＦが酸化された後、ＳＯＯＴを酸化可能な温度まで更に上昇させる。そして、ＳＯＯＴが酸化された後に硫黄成分の放出に必要となる温度までフィルタ２０を昇温させてＳ被毒の回復を行う。このように、段階的にフィルタ２０の温度を上昇させることにより、ＰＭが酸化される際に発生する熱によるフィルタ２０の過熱を抑制することができる。
【００９５】
フィルタ２０の段階的な昇温は、還元剤噴射弁２８からの間欠的な燃料噴射により、排気中の還元剤濃度（ＨＣ濃度）を次第に高くして行われる。
【００９６】
尚、燃料添加を通じて排気の中のＨＣ濃度やフィルタ２０の温度を所望の値に収束させるためには、例えば還元剤噴射弁２８を駆動するための指令信号の波形を調整すればよい。
【００９７】
例えば図２は、還元剤噴射弁２８に送られるＥＣＵ３５の指令信号の波形と、その波形に対応する空燃比の変化とを同一時間軸上に示すタイムチャート図である。還元剤噴射弁２８は、同図２（ａ）に示す指令信号がオン（「ＯＮ」）の状態となっているときに開弁し、所定圧力の燃料を排気ポート１ｂ若しくは排気枝管１８に添加供給する。燃料添加が行われることにより、フィルタ２０に流入する排気中のＨＣ濃度が高くなる（リッチスパイクが形成される）ようになる。ここで、添加期間（図２（ａ））を長くするほどＨＣ濃度の変化量（図２（ｂ））は大きくなり、総添加期間（図２（ａ））を長くするほど（添加回数を多くするほど）リッチスパイクの形成期間（図２（ｂ））も長くなる。また、添加インターバル（図２（ａ））を短くするほど、排気中のＨＣ濃度が高くなりフィルタ温度の上昇量は大きくなる。一方、燃料添加の休止期間（図２（ａ））の長さは、ＨＣ濃度（図２（ｂ））が低くなる期間（連続的に形成されるリッチスパイクの間において酸化雰囲気が継続する期間）の長さに対応する。この休止期間の長さにより、フィルタ２０の床温を調整することができる。即ち、休止期間を長くするほど、フィルタ２０の温度は低くなる。
【００９８】
これらの条件は、エンジン回転数（クランクポジションセンサ３３の出力信号）及び負荷（アクセル開度センサ３６の出力信号、若しくは、燃料噴射弁３からの燃料噴射量）との関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップへ目標温度と、エンジン回転数及び負荷とを代入して求めることができる。
【００９９】
ここで、図３は、Ｓ被毒回復中処理中のフィルタの目標床温及び実際の床温の時間推移を示したタイムチャート図である。
【０１００】
フィルタ２０の昇温の途中でエンジン１が停止された場合や、Ｓ被毒回復に適さない機関運転状態となった場合には、Ｓ被毒回復処理やそれに伴うフィルタ２０の昇温処理は中断される。そして、従来では、エンジン１が始動され、若しくはＳ被毒回復に適した機関運転状態となった場合に、フィルタ２０に堆積したＳＯＦを酸化させるための温度上昇を再度行っていた。しかし、前回のフィルタ２０の昇温により、ＳＯＦやＳＯＯＴが酸化除去されている場合には、これらを酸化させるための段階的な温度上昇を行わなくともフィルタ２０が過熱することはない。
【０１０１】
また、再度ＳＯＦを酸化させるための温度上昇から開始すると、Ｓ被毒回復が完了するまでに時間を要し、再度のエンジン停止等により硫黄成分を放出させる機会を逃す虞がある。また、還元剤を多く必要とするので、本実施の形態のように還元剤に燃料を用いている場合には、燃費の悪化を誘発させる。
【０１０２】
そこで、本実施の形態では、フィルタ２０の昇温段階を含むＳ被毒回復処理時に該Ｓ被毒回復処理が中断された場合であって、その後に、Ｓ被毒回復処理が行われる場合には、前回のフィルタ２０の昇温結果を考慮して、今回目標となる温度を設定する。尚、図３では、本実施の形態による目標床温を点線で示している。
【０１０３】
即ち、前回、Ｓ回復処理時にＳＯＦの酸化が完了する前に昇温が中断された場合には、今回、ＳＯＦを酸化可能な温度にフィルタ２０の昇温目標温度を設定する。前回、ＳＯＦの酸化が完了後、ＳＯＯＴの酸化途中で中断された場合には、今回、ＳＯＯＴを酸化可能な温度に目標温度を設定する。そして、前回、ＳＯＯＴの酸化が完了後、Ｓ被毒回復中で中断された場合には、今回、硫黄成分の放出に必要となる温度に目標温度を設定する。
【０１０４】
このように、Ｓ被毒回復時に、前回のフィルタ２０の昇温結果に基づいた目標温度を設定して、今回のフィルタ２０の昇温を行うことにより、Ｓ被毒回復処理にかかる時間を短縮することが可能となり、燃費の悪化を抑制することが可能となる。また、Ｓ被毒回復処理に要する時間の短縮が可能となるので、Ｓ被毒回復処理が速やかに完了し、Ｓ被毒回復の中断される回数を減少させることが可能となる。従って、Ｓ被毒による大気中へのＮＯｘの放出を抑制することが可能となる。
【０１０５】
尚、エンジン１の運転状態がＳ被毒回復処理に適さないものとなりＳ被毒回復処理が中断され、Ｓ被毒回復処理が再開されるまでの期間が長い場合や、アイドル状態のように目標温度までフィルタ２０を昇温できない期間（Ｓ被毒回復処理が中断された期間）が長い場合には、その間、フィルタ２０にＰＭが堆積してしまう。従って、フィルタ２０の過熱を抑制するためには、再度段階的な昇温が必要となる。
【０１０６】
そこで、本実施の形態では、このような運転状態が所定期間継続した場合には、再度ＳＯＦを酸化させるために必要となる温度を目標温度としてフィルタ２０の昇温を行う。これにより、フィルタ２０の過熱を抑制することが可能となる。判定条件となる所定期間は、予め実験等により求めておく。尚、エンジン１の停止によりフィルタ２０の昇温が停止された場合には、フィルタ２０にＰＭは堆積しないため、前回昇温中断時の到達温度を目標温度に設定すれば良い。また、前記所定期間は、複数存在し、昇温処理の中断期間が長いほど目標温度が低くなるように設定しても良い。
【０１０７】
次に、フィルタ２０の床温を目標温度まで上昇させることができない場合の昇温処理のフローについて説明する。
【０１０８】
図４は、Ｓ被毒回復中処理中であって、フィルタ２０の床温を目標温度まで上昇させることができない場合のフィルタの目標床温及び実際の床温の時間推移を示したタイムチャート図である。
【０１０９】
また、図５は、フィルタ２０の床温を目標温度まで上昇させることができない場合の昇温処理のフローを指し示したフローチャート図である。
【０１１０】
ステップＳ１０１では、Ｓ被毒回復条件が成立しているか否か判定する。条件としては、エンジン１がＳ被毒回復に適した運転状態であるか、ＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄成分が所定量を超えたか等を例示することができる。ＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄成分量は、燃料消費量やＮＯｘセンサ２２からの出力信号、車両走行距離等により求めることができる。ここで、燃料中の硫黄成分によりフィルタ２０が被毒するので、燃料の消費量を積算してＥＣＵ３５に記憶させ、この燃料の消費量によりＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄成分量を得ても良い。また、Ｓ被毒が進行すると吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘの吸蔵量が減少し、フィルタ２０下流に流通するＮＯｘの量が増大する。従って、フィルタ２０の下流にＮＯｘセンサ２２を設け、この出力信号に基づいてＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄成分量を得ても良い。更に、車両走行距離に応じてＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄成分量が増加するとして、該車両走行距離に基づいて硫黄成分量を得ても良い。
【０１１１】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【０１１２】
ステップＳ１０２では、フィルタ２０の目標温度と床温との差が所定温度以上であるか否か判定する。フィルタ２０の温度が目標温度よりも所定温度以上低い場合には、ＰＭが新たに堆積する虞がある。ここで、所定温度とは、フィルタ２０に新たにＰＭが堆積する虞のある温度差であり、予め実験等により求めておく。
【０１１３】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【０１１４】
ステップＳ１０３では、フィルタ２０の床温が目標よりも所定温度以上低い状態が継続した時間を示す昇温未達時間をカウントアップする。
【０１１５】
ステップＳ１０４では、昇温未達時間が所定時間よりも長いか否か判定される。この所定時間は、昇温未達時間が継続した場合にＰＭが堆積する虞のある時間として、予め実験等により求めておく。
【０１１６】
ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【０１１７】
ステップＳ１０５では、段階昇温をリセットする。即ち、一番低い温度であるＳＯＦの酸化可能温度にフィルタ２０の昇温目標温度が設定される。
【０１１８】
その後、本ルーチンを終了する。
【０１１９】
ステップＳ１０６では、ＰＭが酸化可能であるとして、昇温未達時間をリセットする。
【０１２０】
その後、本ルーチンを終了する。
【０１２１】
このようにして、フィルタ２０の昇温中に目標温度まで上昇しない状態が継続した場合には、目標温度を一番低い温度に設定し直して、再度段階昇温処理を行う。これにより、目標温度まで上昇しない状態のときにフィルタ２０に堆積したＰＭの酸化熱によるフィルタ２０の過熱を抑制することが可能となる。
【０１２２】
また、本実施の形態においては、フィルタ２０の昇温中に目標温度まで上昇しない状態が継続した場合には、この間の機関運転状態に基づいて目標床温を設定し直しても良い。即ち、目標温度までフィルタ床温が上昇しない状態での機関運転中にフィルタ２０に堆積するＰＭの量やその成分は、そのときの機関運転状態により異なる。そこで、ＳＯＦ及びＳＯＯＴの発生する運転状態を、例えば、機関回転数と負荷との関係から予め実験等により求め、これをマップ化しておく。そして、フィルタ２０の床温が目標温度まで上昇しない状態が継続した期間中、ＳＯＦ及びＳＯＯＴの発生量を積算し、該フィルタ２０に堆積したＳＯＦ及びＳＯＯＴの量を求める。そして、ＳＯＦ若しくはＳＯＯＴが所定量以上堆積した場合には、それらを酸化可能な温度となるようにフィルタの目標床温を再設定する。
【０１２３】
このようにして、目標温度に達しないときに堆積したＰＭの酸化によるフィルタ２０の熱劣化の進行を抑制することが可能となる。
【０１２４】
尚、本実施の形態においては、Ｓ被毒回復に伴うＰＭの酸化除去について説明したが、単に、フィルタに堆積したＰＭの除去を行う場合であっても適用することができる。
【０１２５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、Ｓ被毒回復処理の中断前のフィルタ２０の温度に基づいて、同処理再開時の昇温目標温度を設定することができる。これにより、Ｓ被毒回復時の燃費の悪化を抑制することが可能となる。また、Ｓ被毒を速やかに回復させ、大気中へのＮＯｘの放出を抑制することが可能となる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からの硫黄成分の放出を段階的に行う点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【０１２６】
ここで、Ｓ被毒回復制御を行うと、短期間に比較的高い濃度の硫黄成分が大気中へ放出されることがある。その中には、臭気を発する硫化水素（Ｈ２Ｓ）等が含まれている。この臭気を抑制するために、還元剤濃度を低くして、少しずつ硫黄成分を放出させることも考えられる。しかし、フィルタ２０が長期間高温状態となるので熱劣化が進行する虞がある。
【０１２７】
一方、ＮＯｘ触媒には、幾つかの異なる状態で硫黄成分が吸蔵・吸着・付着されている。即ち、ＮＯｘ触媒との結合状態が、物理的・化学的に異なる状態で蓄積されている。更に、硫黄成分はＮＯｘ触媒の異なる部位に蓄積されている。そして、これらの硫黄成分が放出される温度及び還元剤濃度若しくは酸素濃度は、その結合状態や蓄積部位によって異なる。
【０１２８】
ここで、ＮＯｘ触媒に蓄積された硫黄成分は、還元剤濃度が高くなるほど、また、温度が高くなるほど放出されやすくなる。しかし、還元剤濃度が低い場合（更には、酸化雰囲気である場合）、また、ＮＯｘ触媒の温度が低い場合であっても、ＮＯｘ触媒の特定部位に蓄積されている硫黄成分、或いは特定の形態でＮＯｘ触媒に結合されている硫黄成分は、放出させることが可能である。
【０１２９】
そこで、本実施の形態では、結合状態の異なる硫黄成分を段階的な昇温及び段階的な還元剤濃度の上昇により順次放出させてＳ被毒回復を行う。このようにすることで、臭気の発生を抑制し、ＮＯｘ触媒の熱劣化の進行を抑制することが可能となる。
【０１３０】
尚、本実施の形態では、ＮＯｘ触媒に蓄積する硫黄成分を、蓄積部位や蓄積状態の異なる３種の硫黄成分として分別し、各種の硫黄成分を放出させる処理を段階的に行う。
【０１３１】
図６は、Ｓ被毒回復制御を行った場合に観測されるＮＯｘの浄化効率（図６（ａ））及び硫黄成分の放出量（図６（ｂ））の推移を同一時間軸上に示すタイムチャートであって、同一の運転条件で同一期間エンジン１を運転した後、３つの異なる条件を設定してＳ被毒回復制御を行った結果である。なお、同各図中において、符号Ａ／Ｆｍｉｎは各回のリッチスパイクによって達する空燃比Ａ／Ｆの最低値に相当し、符号ＴＣＡＴｍａｘはＳ被毒回復制御によって達するフィルタ床温ＴＣＡＴの最高値に相当する。
【０１３２】
先ず図６（ａ）に示すように、空燃比の最低値Ａ／Ｆｍｉｎが最も低く（リッチ雰囲気に相当し）、フィルタ床温の最高値ＴＣＡＴｍａｘが最も高い条件Ａでは、Ｓ被毒回復制御の実行に伴って速やかにＮＯｘ浄化効率が回復する。これに対し、条件Ａに比べると空燃比の最低値Ａ／Ｆｍｉｎが高く（理論空燃比近傍の雰囲気に相当し）、フィルタ床温の最高値ＴＣＡＴｍａｘが低い条件Ｂでは、ＮＯｘ浄化効率の回復量（度合い）が小さい。
【０１３３】
さらに、条件Ｂよりも空燃比の最低値Ａ／Ｆｍｉｎが高く（弱リーン雰囲気に相当し）、フィルタ床温の最高値ＴＣＡＴｍａｘが低い条件Ｃでは、制御の実行に伴うＮＯｘ浄化効率の回復はほとんどみられない。
【０１３４】
一方、図６（ｂ）に示すように、硫黄成分の放出量は、条件Ａ、条件Ｂ，条件Ｃの順で、各々に対応する放出量は減少するものの、ＮＯｘ浄化率の回復がほとんどみられない条件ＣでＳ被毒回復制御を行った場合にも、当該制御の実行に伴い所定量の硫黄成分が放出されている。なお、条件Ａで被毒回復制御を行った結果放出された硫黄成分の全量は、当該制御を開始する際、ＮＯｘ触媒に蓄積していた硫黄成分の全量に略等しい。
【０１３５】
この実験結果から考察されるように、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる上で最適な条件Ａの下、Ｓ被毒回復制御を行ってほとんどの硫黄成分を放出させることができるものの、これとは異なる特定条件（条件Ｂ、条件Ｃ）の下でＳ被毒回復制御を行った場合であっても、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分のうち、少なくとも一部を放出させることはできる。また、ＮＯｘ浄化率の回復といった面からは何ら効果を認識することができない条件Ｃの下でＳ被毒回復制御を行う場合であっても、当該制御の実行に伴い所定量の硫黄成分が放出される。
【０１３６】
ところで、上記条件Ａ，Ｂ，Ｃの何れを成立させる場合にも、空燃比Ａ／Ｆを低下させ（リッチ寄りに移行させ）、フィルタ床温ＴＣＡＴを上昇させるために所定量の添加燃料が必要となり、また、フィルタ床温ＴＣＡＴを高温状態に移行させることである程度はＮＯｘ触媒の熱劣化が進行する。そして、添加燃料の消費量が最も多く、また、ＮＯｘ触媒への影響（劣化の進行度合い）が最も大きくなるのは条件Ａを成立させる場合である。逆に、消費する添加燃料の量が最も少なく、また、ＮＯｘ触媒の劣化が最小限に抑えられるのは、条件Ｃを成立させる場合である。
【０１３７】
そこで、本実施の形態にかかるエンジン１の排気浄化システムは、硫黄成分の放出に関わるＮＯｘ触媒の上記特性に適合した制御構造を構築することにより、燃料（還元剤）消費量の節減と、ＮＯｘ触媒の熱劣化の防止・抑制とを併せ図ることのできる効率的なＳ被毒回復制御を実施し、ＮＯｘ触媒の機能を最適な状態に管理する。
【０１３８】
本実施の形態において、エンジン１の排気浄化システムは、フィルタ床温ＴＣＡＴ、及び排気の空燃比Ａ／Ｆの調整を通じ、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる。その際、条件設定の異なる複数の処理を連続的に行うことにより、ＮＯｘ触媒の異なる部位に蓄積している硫黄成分、或いはＮＯｘ触媒に異なる状態で蓄積している硫黄成分を、微量ずつ徐々に放出させる。
【０１３９】
具体的には、ＮＯｘ触媒に所定量の硫黄成分が蓄積したものと認識した場合に、ＥＣＵ３５は、先ず、第１のＳ放出処理を通じて条件Ｃ（例えば空燃比Ａ／Ｆ＝１６程度、フィルタ床温ＴＣＡＴ＝６２０℃程度）を成立させ、硫黄成分ＳＸ１を主に放出させる。そして、当該条件Ｃを所定期間保持した後、続けて第２のＳ放出処理を行うことにより、条件Ｂ（例えば空燃比Ａ／Ｆ＝１４．６程度、フィルタ床温ＴＣＡＴ＝６６０℃程度）を成立させ、硫黄成分ＳＸ２を主に放出させる。そして、当該条件Ｂを所定期間保持した後、第３のＳ放出処理を通じて条件Ａ（例えば空燃比Ａ／Ｆ＝１３程度、フィルタ床温ＴＣＡＴ＝６９０℃程度）を成立させ、当該条件Ａを所定期間保持し、硫黄成分ＳＸ３を主に放出させる。ＥＣＵ３５は、このような一連の処理を間欠的に実行する。
【０１４０】
このような制御手順を繰り返すことにより、本実施の形態にかかる排気浄化システムは、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分のうち、蓄積部位や蓄積状態の異なる硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３を、段階的に放出させ、ＮＯｘ触媒の機能を最適な状態に管理する。
【０１４１】
ここで、従来のように、所定期間毎に条件Ａを成立させる第３の放出処理のみを行っても、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３を併せて放出させることはできる。
【０１４２】
しかしながら、そのような方法では、第３のＳ放出処理を行うことにより、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３が同時に放出されることになるため、ＮＯｘ触媒下流の排気中における硫黄成分の濃度が過剰に高くなってしまう懸念がある。しかも、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３をＮＯｘ触媒から放出・除去するために要する第３のＳ放出処理の継続期間は、本実施の形態のように硫黄成分ＳＸ３のみをＮＯｘ触媒から放出・除去するために要する第３のＳ放出処理の継続期間よりも長くなってしまう。この結果、ＮＯｘ触媒の熱劣化が進行し、当該触媒の耐久性も低下してしまうことになる。
【０１４３】
この点、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３を同時に放出させることなく、段階的にＮＯｘ触媒から放出させる本実施の形態の排気浄化システムによれば、ＮＯｘ触媒下流の排気中における硫黄成分の濃度が過剰に高まるといった懸念がなくなる。また、第３のＳ放出処理を完了するために必要な期間も比較的短くなるため、ＮＯｘ触媒の劣化の進行が抑制され、当該触媒の耐久性も実質的に向上する。
【０１４４】
ところで、このような段階的なＳ被毒回復処理を実施している途中で、エンジン１が停止された場合や、Ｓ被毒回復に適さない機関運転状態となった場合には、Ｓ被毒回復処理が中断される。そして、エンジン再始動後、若しくは、エンジン１の運転状態がＳ被毒回復処理に適した状態となった場合に、Ｓ被毒回復が再度行われる。その際、本実施の形態では、エンジン１停止前、若しくは、Ｓ被毒回復に適さない機関運転状態となる前に行われていたＳ被毒回復処理の中断時の処理段階からＳ被毒回復処理を開始する。
【０１４５】
即ち、前回のＳ被毒回復処理の中断時に、硫黄成分ＳＸ１若しくはＳＸ２が放出されている場合には、これらを放出させるための段階的な処理を行わなくとも臭気が発生することがない。
【０１４６】
また、硫黄成分ＳＸ１若しくはＳＸ２の放出が完了しているにも関わらず、再度硫黄成分ＳＸ１を放出させるための処理を行うと、Ｓ被毒回復が完了するまでに時間を要する。従って、還元剤を多く必要とするので、本実施の形態のように還元剤に燃料を用いている場合には、燃費の悪化を誘発させる。また、硫黄成分ＳＸ３を放出させる機会を逃す虞もある。
【０１４７】
そこで、本実施の形態では、Ｓ被毒回復時にＳ被毒回復処理が中断された場合であって、その後に、Ｓ被毒回復処理を行う場合には、前回の処理段階を考慮して、今回行う処理段階を設定する。
【０１４８】
即ち、前回、第１のＳ放出処理が完了する前にＳ被毒回復処理が中断された場合には、今回、第１のＳ放出処理から開始する。また、前回、第１のＳ放出処理が完了後、第２のＳ放出処理の途中でＳ被毒回復処理が中断された場合には、今回、第２のＳ放出処理から開始する。そして、前回、第２のＳ放出処理が完了後、第３のＳ放出処理の途中で中断された場合には、今回、第３のＳ放出処理から開始する。
【０１４９】
このように、Ｓ被毒回復時に、前回の処理段階に基づいた処理を行うことにより、臭気の発生を抑制することができる。また、Ｓ被毒回復の時間を短縮することが可能となり、燃費の悪化を抑制することが可能となる。更に、Ｓ被毒回復に要する時間の短縮が可能となるので、Ｓ被毒回復途中のエンジン停止や運転状態の変化によるＳ被毒回復処理の中断回数を減少させることが可能となり、Ｓ被毒による大気中へのＮＯｘの放出を抑制することが可能となる。
【０１５０】
尚、本実施の形態においては、エンジン１の運転状態によりＳ被毒回復処理が中断され、次回行われるまでのエンジン運転期間が長い場合や、アイドル状態のような目標温度まで温度が上昇できない期間が長く続いた場合には、再度第１のＳ放出処理からのＳ被毒回復を行う。即ち、その間ＮＯｘ触媒に硫黄成分が新たに蓄積されるので、臭気が発生する虞がある。そこで、本実施の形態では、このような運転状態が続いた場合には、再度第１のＳ放出処理からのＳ被毒回復を行う。これにより、新たに蓄積された硫黄成分による臭気の発生を抑制することが可能となる。また、Ｓ被毒回復処理が中断された期間が長いほど目標温度が低くなるように設定しても良い。ここで、エンジン１の停止によりＳ被毒回復処理が中断された場合には、硫黄成分が蓄積されないため、前回処理段階からＳ被毒回復処理を行えば良い。
【０１５１】
また、本実施の形態においては、Ｓ被毒回復処理中に目標温度まで上昇しない状態が所定期間継続した場合には、この間の機関運転状態に基づいて目標床温を設定し直しても良い。即ち、目標温度までフィルタ床温が上昇しない状態での機関運転中にＮＯｘ触媒に蓄積される硫黄成分の量やその成分は、そのときの機関運転状態により異なる。そこで、硫黄成分ＳＸ１若しくはＳＸ２の発生する運転状態を、例えば、機関回転数と負荷との関係から予め実験等により求め、これをマップ化しておく。そして、フィルタ２０の床温が目標温度まで上昇しない状態が継続した期間中、硫黄成分ＳＸ１若しくはＳＸ２の発生量を積算し、ＮＯｘ触媒に蓄積された硫黄成分ＳＸ１若しくはＳＸ２の量を求める。そして、硫黄成分ＳＸ１若しくはＳＸ２が所定量以上堆積した場合には、それらを放出可能な温度となるようにフィルタの目標床温を再設定する。
【０１５２】
このようにして、目標温度に達しないときに蓄積された硫黄成分の放出による臭気の発生を抑制することが可能となる。
【０１５３】
尚、本実施の形態における段階的なＳ被毒回復処理と、第１の実施の形態で説明した段階的な昇温と、を組み合わせて行うこともできる。これにより、臭気の発生と熱劣化の進行とを抑制することが可能となる。
【０１５４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、Ｓ被毒回復処理の中断前の処理状態に基づいて、同処理再開時の処理条件を設定することができる。これにより、Ｓ被毒回復による燃費の悪化を抑制することが可能となる。また、Ｓ被毒を速やかに回復させ、大気中へのＮＯｘの放出を抑制することが可能となる。更に、臭気の発生を抑制することが可能となる。
【０１５５】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、Ｓ被毒回復の途中で処理が中断され、さらにその後に同処理を再開する場合には、中断前のＮＯｘ触媒の温度に基づいて、再開時の目標温度を設定することができる。これにより、Ｓ被毒回復による燃費の悪化を抑制することが可能となる。また、Ｓ被毒を速やかに回復させ、大気中へのＮＯｘの放出を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る排気浄化システムを適用するエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】還元剤噴射弁に送られるＥＣＵの指令信号の波形と、その波形に対応する空燃比の変化とを同一時間軸上に示すタイムチャート図である。
【図３】Ｓ被毒回復中処理中のフィルタの目標床温及び実際の床温の時間推移を示したタイムチャート図である。
【図４】Ｓ被毒回復中処理中であって、フィルタの床温を目標温度まで上昇させることができない場合のフィルタの目標床温及び実際の床温の時間推移を示したタイムチャート図である。
【図５】フィルタの床温を目標温度まで上昇させることができない場合の昇温処理のフローを指し示したフローチャート図である。
【図６】Ｓ被毒回復制御を行った場合に観測されるＮＯｘの浄化効率（図６（ａ））及び硫黄成分の放出量（図６（ｂ））の推移を同一時間軸上に示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
１ エンジン
１ａ クランクプーリ
１ｂ 排気ポート
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ コモンレール
５ 燃料供給管
６ 燃料ポンプ
６ａ ポンププーリ
７ ベルト
８ 吸気枝管
９ 吸気管
１１ エアフローメータ
１３ 吸気絞り弁
１４ 吸気絞り用アクチュエータ
１５ 遠心過給機
１５ａ コンプレッサハウジング
１５ｂ タービンハウジング
１８ 排気枝管
１９ 排気管
２０ パティキュレートフィルタ
２２ ＮＯｘセンサ
２３ 空燃比センサ
２４ 排気温度センサ
２８ 還元剤噴射弁
２９ 還元剤供給路
３３ クランクポジションセンサ
３５ ＥＣＵ
３６ アクセル開度センサ
Claims (6)
- 酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒の温度を上昇させる昇温手段と、
前記昇温手段によりＮＯｘ触媒の温度を上昇させつつ前記還元剤供給手段から還元剤を供給して前記ＮＯｘ触媒のＳ被毒を回復させるＳ被毒回復手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記Ｓ被毒回復手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度と、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気中の還元剤濃度若しくは酸素濃度と、の関係から決定づけられる複数の条件を個別に成立させてＳ被毒を回復させ、Ｓ被毒の回復途中で処理が中断された後にＳ被毒の回復を再度行う場合には、Ｓ被毒回復開始時の目標となるＮＯｘ触媒の温度及び前記ＮＯｘ触媒に導入される還元剤濃度若しくは酸素濃度を、処理が中断された前回のＳ被毒回復の処理の履歴から決定することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 - 前記Ｓ被毒回復手段は、異なる状態で蓄積された硫黄成分を段階的に放出すべく、各段階で少なくとも一の成分が主として放出されるように前記ＮＯｘ触媒を段階的に温度上昇させ、Ｓ被毒回復の途中で処理が中断された後にＳ被毒回復を再開する場合には、処理が中断されたときの前記ＮＯｘ触媒の温度を目標として再開することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
- 前記ＮＯｘ触媒は、パティキュレートフィルタに担持され、前記Ｓ被毒回復手段は、異なる状態で堆積した粒子状物質を段階的に酸化すべく、各段階で少なくとも一の成分が主として酸化されるように前記ＮＯｘ触媒を段階的に温度上昇させ、Ｓ被毒回復の途中で処理が中断された後にＳ被毒回復を再開する場合には、処理が中断されたときの前記ＮＯｘ触媒の温度を目標として再開することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
- 前記Ｓ被毒回復手段は、Ｓ被毒の回復処理が中断された期間が所定期間以上となった場合には、Ｓ被毒の回復処理を再開するときに前記ＮＯｘ触媒の目標となる温度を低下させることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
- Ｓ被毒の回復処理が中断された期間の内燃機関の運転状態に基づいて前記ＮＯｘ触媒の目標となる温度を設定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
- 前記Ｓ被毒回復の中断は、内燃機関の停止により発生することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
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