JP2008082315A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えばＮＯｘ触媒等からなる吸蔵浄化部にＳ被毒等の劣化が生じた場合であれ、より確実に要求浄化率以上の浄化率を維持することのできる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】空燃比リッチ下で排気中のＮＯｘを吸蔵するとともに空燃比リーン下及び理論空燃比下でその吸蔵ＮＯｘを浄化（還元）して放出するＮＯｘ触媒２１を有し、その吸蔵ＮＯｘの略全部を一度に放出させる完全パージをその実行条件の成立に基づき実行してＮＯｘ触媒２１の排気浄化能力を回復させる。こうした排気浄化装置として、吸蔵ＮＯｘの一部のみを部分的に放出させる部分パージを、上記完全パージの実行に先立って実行するプログラムを備える構成とする。しかも、完全パージの実行中を除いて常にその部分パージを繰り返し実行するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車両用ディーゼルエンジン等の排気浄化に用いて好適な排気浄化装置に関するものである。

一般に、車両用ディーゼルエンジン等では、空燃比がリーン（理論空燃比よりも燃料比率の低い空燃比）にされた状態で燃焼（リーン燃焼）が行われることから、排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）の量が多くなる。このため、環境保護の観点から、ＮＯｘ排出量の削減が求められている。

近年、排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置の１つとして、ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒、いわゆるＮＯｘ触媒を用いた装置が注目されている。詳しくは、この装置に用いられるＮＯｘ触媒は、例えばアルカリ土類系材料（吸蔵材）と白金とからなり、排気の雰囲気が空燃比リーンの時には排気中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチ（理論空燃比よりも燃料比率の高い空燃比）になった時には排気中のＨＣやＣＯといった還元成分により吸蔵ＮＯｘを還元除去する特性を有している。この装置は、こうした触媒の特性を利用したものであり、その触媒によりＮＯｘの吸蔵・還元（放出）を繰り返すことで、排気中のＮＯｘを浄化し、ＮＯｘ排出量の削減を図るようにしている。

しかし、こうした装置においても、ＮＯｘ触媒の吸蔵容量には限界がある。このため、ＮＯｘ還元量（放出量）がＮＯｘ吸蔵量を上回る環境で同触媒が使用され続けて、ＮＯｘ吸蔵量がその吸蔵限界近くになった場合には、同触媒によるＮＯｘ浄化能力は大幅に低下してしまうことになる。そこで従来、こうしたＮＯｘ浄化能力の低下（ＮＯｘ吸蔵量に応じた一時的な性能劣化）を回復する処理（触媒回復処理）として、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを定期的に還元除去する排気浄化装置などが知られている（例えば特許文献１，２参照）。以下、図９を参照して、これら特許文献１，２に記載の装置も含め、従来一般の装置で行われているＮＯｘ触媒回復処理の概要について説明する。なお、ここでは一例として、定常時の運転がリーン燃焼で行われる車両用ディーゼルエンジンを対象とした排気浄化システムについて説明する。

同図９（ａ）及び（ｂ）中にそれぞれ実線Ｌ５ａ及びＬ５ｂにて示されるように、このシステムでは、排気浄化の対象とするエンジンでリーン燃焼が行われていることにより、ＮＯｘ触媒でＮＯｘの吸蔵を開始してから、時間の経過と共にそのＮＯｘ吸蔵量が増えて行く。そして、このＮＯｘ吸蔵量が増えるほど、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力（ここではＮＯｘ浄化率として算出）は低くなる。そこでこの装置では、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの略全部（全部又は全部に準ずる大部分）を一度に放出させる回復処理をその実行条件の成立ごとに（例えば所定時間の経過ごとに）逐次実行するようにしている。具体的には、例えば実行条件の成立するタイミングｔ５０で、燃料の過剰供給（いわゆるリッチパージ）を行い、そのＮＯｘ触媒における空燃比を一時的にリッチにする。すると、排気中のＨＣやＣＯ等により吸蔵ＮＯｘが還元除去されることになる。この装置では、定期的にこうしたリッチパージを行い、吸蔵ＮＯｘの略全てを一度に還元除去することにより、ＮＯｘ触媒の浄化能力（排気浄化能力）を定期的に回復するようにしている。

こうした装置では、実行条件を適切に設定する（例えば予め適切な長さの実行間隔を設定する）ことで、浄化率が要求値（要求浄化率）を下回る前に回復処理（リッチパージ）が実行されるようになり、その度にＮＯｘ触媒の浄化能力が回復する。このため、同ＮＯｘ触媒を継続的に使用することが可能になる。
特開２０００−３４９４６号公報 特許第２６９２３８０号公報

このように、上記特許文献１，２に記載の装置を含めた従来の装置では、燃料の過剰供給により空燃比を一時的にリッチにしてＮＯｘを還元するシステム、いわゆるＬＮＴ（Lean NOx Trap）システムを構築し、図９に示したような回復処理を適切な実行条件に基づき繰り返し実行することによって、高い浄化率で、排気の浄化（ＮＯｘの浄化）を継続的に行うことを可能としている。しかしながら、ＮＯｘ触媒の排気浄化能力は、必ずしもＮＯｘ吸蔵量だけに依存するものではなく、ＮＯｘ吸蔵量によらない性能劣化が同触媒に生じてしまうこともある。例えばエンジンの燃料等にはＳ（硫黄）成分が含まれているため、燃焼に際してはその酸化物であるＳＯｘ（硫黄酸化物）が生成され、これが上記ＮＯｘと同様にＮＯｘ触媒に吸蔵される。このＳＯｘは化学的に安定な物質であるため、空燃比をリッチにしてもＮＯｘ触媒から放出されにくい。このため、ＳＯｘの吸蔵量が増加した状態（Ｓ被毒）になると、その吸蔵量分だけＮＯｘ浄化能力が低下してしまうことになる。そして、このＳ被毒の生じた状態で、上記ＮＯｘ触媒に対して先の図９に示したような回復処理を実行する際には、例えば同図９（ａ）及び（ｂ）中にそれぞれ破線Ｌ６ａ及びＬ６ｂにて示すように、ＮＯｘ触媒の浄化特性を示す各グラフ（タイムチャート）が、それぞれ先の実線Ｌ５ａ及びＬ５ｂで示したグラフよりも全体的にＮＯｘ浄化率の低下したグラフとなる。したがって、同図９（ｂ）に示されるように、ＮＯｘ触媒に対して回復処理が実行されるタイミングｔ５０の前に例えばタイミングｔ５１で、同触媒の浄化率が要求浄化率を下回るようなことも懸念されるようになる。

すなわち上記従来の装置では、いったん実行条件が適切に設定されたとしても、時間の経過に伴いＮＯｘ触媒に劣化（例えばＳ被毒）が生じた場合などには、もはやその条件の適切性は失われてしまい、同触媒の浄化率（排気浄化能力）が要求浄化率を下回ることが懸念されるようになる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、例えばＮＯｘ触媒等からなる吸蔵浄化部にＳ被毒等の劣化が生じた場合であれ、より確実に要求浄化率以上の浄化率を維持することのできる排気浄化装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及び、その作用効果について記載する。

請求項１に記載の発明では、吸蔵条件下で排気中の特定成分を吸蔵するとともに浄化条件下でその吸蔵した排気成分を浄化して放出する吸蔵浄化部を有し、この吸蔵浄化部に吸蔵された排気成分の略全部を一度に放出させるメイン回復処理をその実行条件の成立に基づき実行して前記吸蔵浄化部の排気浄化能力を回復させる排気浄化装置において、前記吸蔵浄化部に吸蔵された排気成分の一部のみを部分的に放出させる部分回復処理を、前記メイン回復処理の実行に先立って実行する部分回復手段を備えることを特徴とする。

前述したように、上記従来の装置では、吸蔵浄化部（例えばＮＯｘ触媒）で吸蔵が行われている間、その吸蔵浄化部の浄化率が下がり続ける（図９参照）。これに対し、本発明による上記構成では、部分回復手段が設けられていることにより、前述した図９のタイミングｔ５０で行われるような回復処理、すなわち吸蔵成分の略全部（全部又は全部に準ずる大部分）を一度に放出させるようなメイン回復処理に先立って、吸蔵浄化部に吸蔵された排気成分の一部のみを部分的に放出させる部分回復処理を行うことが可能になる。具体的には、この部分回復処理では、例えば該部分回復処理の実行時間や同処理による単位時間あたりの放出量等の条件により前記吸蔵浄化部における吸蔵成分の放出量を制御することで、こうした放出量について特段の制御を必要としない上記メイン回復処理の場合よりも少ない放出量のうちにその放出を止めるようにする。したがって、同部分回復処理の実行の都度、上記吸蔵浄化部に吸蔵された排気成分を減らし、ひいては同吸蔵浄化部の排気浄化能力を部分的に回復させることができるようになる。すなわち、こうした部分回復処理を行うことにより、上記浄化率の降下を抑制して（換言すれば上記浄化率を徐変させて）、浄化率をより高い値に維持することが可能になる。このように、上記請求項１に記載の構成によれば、例えばＮＯｘ触媒等からなる吸蔵浄化部にＳ被毒等の劣化が生じた場合であれ、より確実に要求浄化率以上の浄化率を維持することができるようになる。

なお、浄化率を高く維持する方法としては、初めから劣化時の浄化率を想定して、上記メイン回復処理の実行間隔（図９のタイミングｔ５０までの期間）を短く設定する方法なども考えられる。しかしながら例えば自動車用エンジンにおいて、こうしたメイン回復処理を実行するために頻繁に前述のリッチパージを実行してしまうと、今度は燃費（燃料消費率）の悪化を招くことになる。この点についても、上記請求項１に記載の構成であれば、メイン回復処理の回数を増やす必要がないため、無駄な燃料消費を抑制して燃費を高く維持することができるようになる。

また、構成の簡素化を図る上では、前記メイン回復処理と前記部分回復処理とを共通の手段で実行するように構成することが有効である。

請求項２に記載の発明では、上記請求項１に記載の装置に関し、前記部分回復手段が、少なくとも前記メイン回復処理が前記実行条件の成立ごとに逐次実行されている間は、同メイン回復処理の実行中を除いて常に、又は同メイン回復処理実行前の所定区間において、任意の実行間隔で前記部分回復処理を繰り返し実行するものであることを特徴とする。

このように、前記メイン回復処理の実行前に前記部分回復処理を繰り返し実行する（実行間隔は任意）ことで、この部分回復処理に係るパラメータを適切に制御（例えば可変制御あるいは適切な固定値を設定等）して、吸蔵量の増加、ひいては吸蔵浄化部の浄化率の降下を飽和させる（あるいは飽和に近い状態にする）ことが可能になる。そしてこれにより、吸蔵浄化部の浄化率がその飽和値を下回らないようにすることが可能になる。

この請求項２に記載の装置において、前記部分回復処理に係るパラメータを可変制御する場合には、請求項３や請求項４に記載の発明のように、その都度、前記吸蔵浄化部へ導入される排気成分の導入量に基づいて、前記部分回復処理の都度の実行時間、又は前記部分回復処理による単位時間あたりの吸蔵成分の放出量、あるいはその両方の値を定める（制御する）構成が有効である。こうすることで、上記吸蔵浄化部の浄化率の降下を的確に飽和させる（あるいは飽和に近い状態にする）ことが可能になる。なお、前記吸蔵浄化部の劣化度合の測定を行う場合には、上記部分回復処理の都度の実行時間、及び、前記部分回復処理による単位時間あたりの吸蔵成分の放出量の少なくとも一方を、その吸蔵浄化部の劣化度合に応じて可変とする手段を備える構成なども有効である。

また、上記請求項２〜４のいずれか一項に記載の装置における、前記部分回復処理の都度の実行間隔としても、請求項５に記載の発明のように、その都度、前記吸蔵浄化部へ導入される排気成分の導入量に基づいて定められるように構成することが有効である。こうした構成であれば、前記部分回復処理の実行時期がより適切な時期に設定されるようになる。なお、前記吸蔵浄化部へ導入される排気成分（例えばＮＯｘ）の導入量を算出する手段を備える構成とする場合にはこの手段として、時々の排気成分の濃度と排気流量との乗算値に基づく単位時間あたりの排気成分導入量を時間経過に応じて積算することによって前記排気成分の導入量を算出するものを採用することが有効である。

請求項６に記載の発明では、上記請求項２〜５のいずれか一項に記載の装置において、前記部分回復処理の実行間隔、及び、同部分回復処理による単位時間あたりの吸蔵成分の放出量が、少なくとも同部分回復処理の繰り返し実行中は一定であるようにそれぞれ設定されることを特徴とする。こうした構成であれば、制御が簡易になり、ひいては誤制御等が抑止され、その制御性が高まる。またこの場合も、上記吸蔵浄化部の浄化率の降下は、基本的には飽和傾向になる。

また、こうした部分回復処理を実行する構成においては、該部分回復処理に係るパラメータを参照することで、前記メイン回復処理の実行時期をより適切な時期（タイミング）に設定することが可能になる。例えば請求項７に記載の発明のように、上記請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置において、前記メイン回復処理の未実行時には前記部分回復処理の最初又は所定回数の実行（例えば２回目の実行）から、また前記メイン回復処理が既に実行されている場合には前回のメイン回復処理の実行から、前記部分回復手段による部分回復処理の実行回数が所定回数以上になったことを、前記メイン回復処理の実行条件に係る成立要件の１つ又は全部とするように構成すれば、前記部分回復手段による部分回復処理の実行回数に基づいて、簡易な制御で前記メイン回復処理の実行時期が適切な時期に設定されるようになる。

また、前記メイン回復処理の実行時期を適切な時期に設定する上では、請求項８に記載の発明のように、上記請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置において、前記吸蔵浄化部に吸蔵された排気成分の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段をさらに備え、前記吸蔵量推定手段により推定される排気成分の吸蔵量が所定量以上になったことを、前記メイン回復処理の実行条件に係る成立要件の１つ又は全部とする構成も有効である。こうした構成であれば、排気成分の吸蔵量に基づいて、より的確に前記メイン回復処理の実行時期を適切な時期に設定することが可能になる。

またこの場合、請求項９に記載の発明のように、前記吸蔵量推定手段を、排気中における前記排気成分の濃度、及び、排気流量、及び、前記吸蔵浄化部の排気浄化能力（単位時間あたりの排気成分吸蔵量に相当）の少なくとも１つに基づいて、前記吸蔵量を推定するものとすることが有効である。これらのパラメータによれば、前記吸蔵量を精度よく推定することが可能になる。なお、前記吸蔵浄化部（例えばＮＯｘ触媒）の排気浄化能力は、例えば前記吸蔵浄化部の温度、前記吸蔵浄化部の劣化度合（別途前記吸蔵浄化部の劣化度合を測定する場合）等に基づいて推定することが可能である。

請求項１０に記載の発明では、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置において、前記吸蔵浄化部が、前記特定成分としてＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵して還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型の触媒（ＮＯｘ触媒）からなり、前記部分回復手段が、その触媒に対してＮＯｘ還元成分を供給することにより同触媒に吸蔵された排気成分を還元して放出させるものであることを特徴とする。この種の排気浄化装置について現状における実用性の高い構成を考えた場合、上記構成の実用性が特に高い（特に自動車業界での需要が大きい）。したがって、こうした構成を採用することで、産業の発達への大きな貢献を期待することができるようになる。

請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の装置において、前記メイン回復処理を実行した際に前記触媒に対して供給されたＮＯｘ還元成分の、同触媒での消費量に基づいて、同触媒の劣化度合を測定する劣化度合測定手段を備えることを特徴とする。こうした劣化の測定を行うようにすることで、触媒の劣化度合に応じた処理を実行することが可能になる。例えば請求項１２に記載の発明のように、請求項１１に記載の装置において、前記劣化度合測定手段により測定された前記触媒の劣化度合の大小を判定する（例えば閾値との比較により判定する）劣化判定手段と、該劣化判定手段により前記触媒の劣化度合が大きいと判定された場合に、Ｓ（硫黄）被毒により低下した同触媒の排気浄化能力を回復させる処理（Ｓ被毒再生処理）を行うＳ被毒再生手段と、を備える構成とすれば、より確実に前記触媒（ＮＯｘ触媒）の排気浄化能力が高く維持されるようになる。

なお、前記ＮＯｘ還元成分の触媒での消費量（還元剤消費量）を算出する手段を備える構成とする場合にはこの手段として、前記触媒の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた酸素濃度センサ（例えばＡ／Ｆセンサ）と、排気浄化の対象とするエンジンの吸気系に設けれた流量計（例えばエアフロメータ）とのセンサ出力に基づいて、前記還元剤消費量を算出するものを採用することが有効である。

また、前記劣化度合測定手段及び前記劣化判定手段の少なくとも一方を、前記触媒の温度（特に床温）が所定範囲内に収まっていることを条件（実行条件）に前記触媒の劣化度合の測定又は判定を行うものとして構成することも、その測定精度又は判定精度を高める上で有効である。前記触媒の特性は、同触媒の温度によって影響を受けて変化する。したがって、触媒劣化の測定又は判定の精度を高める上では、前記触媒の劣化度合の測定又は判定を、その触媒の特性が安定する所定範囲（例えば触媒に応じて最適な値を設定）内に限定して行うことが有効である。

また上記請求項１２に記載の装置については、前記Ｓ被毒再生手段により前記Ｓ被毒再生処理を行っても触媒が十分に再生しない場合に所定のフェイルセーフ処理を実行する手段を備える構成とすることも有効である。例えばＳ被毒再生処理を行っても熱劣化等の他の要因により前記触媒が十分に再生しない（浄化能力が回復しない）場合がある。この場合には、例えばユーザにその旨を報知（例えば警告灯（ＭＩＬランプ）を点灯）して適切な対処を促すなど、都度の状況に応じた所定のフェイルセーフ処理を実行することが有効である。この点、上記構成であれば、こうしたフェイルセーフ処理が自動的に行われることになる。

そして、請求項１３に記載の発明では、これら請求項１１又は１２に記載の装置において、前記劣化度合測定手段により測定された前記触媒の劣化度合に応じて前記メイン回復処理の実行条件を可変とする実行条件可変手段を備えることを特徴とする。こうした構成であれば、前記触媒の劣化度合に応じて前記メイン回復処理の実行時期を適切に設定することが可能になる。例えば前記触媒の劣化度合が大きくなるほど前記メイン回復処理の実行時期を早める構成とすることで、許容以上の触媒劣化を早期に検出することが可能になる。

なお、上記請求項１〜１３のいずれか一項に記載の排気浄化装置についてはこれを、ディーゼルエンジン搭載の自動車（ディーゼル車）において排気浄化に用いられるものとして特に有効である。ディーゼル車は、燃費等の他の性能についてはガソリン車よりも優れる点を多く有していながら排気規制への対応がまだ十分でないために日本国内等での普及率が低い。この点、上記請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発明を適用するようにすれば、排気浄化性の高い、よりクリーンなディーゼル車を実現することが可能になる。この意味で、上記排気浄化装置は、こうした構成にすることによって、産業の発達に対してより大きな貢献をもたらすものとなる。

以下、本発明に係る排気浄化装置を具体化した一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の装置も、前述した特許文献１，２に記載の装置と同様、燃料の過剰供給（リッチパージ）により空燃比を一時的にリッチにしてＮＯｘを還元するシステム、いわゆるＬＮＴ（Lean NOx Trap）システムを、エンジン制御システム上に構築するものである。ここではこの装置を、動力源としてディーゼルエンジン（内燃機関）を搭載した自動車（ディーゼル車）に適用している。まず図１を参照して、この装置が適用されたエンジンシステムの詳細について説明する。

図１は、本実施形態に係る排気浄化装置が適用された車両用エンジン制御システムの概略構成を示す構成図である。なお、本実施形態のエンジンとしては、多気筒のレシプロエンジンを想定しており、この図１においては、説明の便宜上１つのシリンダのみを図示している。

同図１に示されるように、このシステムは、ディーゼルエンジンであるエンジン（内燃機関）１０や、該エンジン１０を制御するための各種センサおよびＥＣＵ（電子制御ユニット）３０等を有して構成されている。

エンジン１０には、気筒ごとに電磁駆動式（又はピエゾ駆動式等）のインジェクタ１１が設けられており、所定の燃焼順序に従い各気筒の燃焼室に対してインジェクタ１１による燃料噴射が行われるようになっている。

燃料供給系には、コモンレール式燃料供給システムを採用している。すなわち、燃料タンク１３から汲み上げられた燃料（軽油）は高圧ポンプ１４によって圧縮され、蓄圧配管としてのコモンレール１５に対して圧送される。そして、高圧ポンプ１４からの燃料の圧送によりコモンレール１５内の燃料が高圧状態に保持され、そのコモンレール１５内の高圧燃料がインジェクタ１１に供給されるとともに当該インジェクタ１１の開弁動作に伴いエンジンの各気筒に噴射供給される。また、エンジン１０には吸気管１７と排気管１８とが接続されており、吸気弁１７ａの開弁により吸気管１７を通じて空気が気筒内に導入（吸入）されるとともに、排気弁１８ａの開弁により燃料の燃焼後の排気が排気管１８を通じて排出される。

エンジン１０の排気系を構成する排気管１８には、排気浄化を行うための排気後処理システムとして、排気中のＰＭを捕集するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）２０と、排気中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ吸蔵還元型の触媒２１（以下、ＮＯｘ触媒２１という）とが設けられている。本実施形態では、ＤＰＦ２０が排気管１８の上流側に、ＮＯｘ触媒２１が排気管１８の下流側にそれぞれ設けられている。

このＮＯｘ触媒２１は、前述した一般に広く採用されている種類の、例えばアルカリ土類系材料（吸蔵材）と白金とからなるＮＯｘ触媒である。すなわちこのＮＯｘ触媒２１も、排気の雰囲気が空燃比リーン（理論空燃比よりも燃料比率の低い空燃比）の時には排気中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチ（理論空燃比よりも燃料比率の高い空燃比）になった時には排気中のＨＣやＣＯといった還元成分により吸蔵ＮＯｘを還元除去する特性を有している。

このＮＯｘ触媒２１の上流側及び下流側には、それぞれＡ／Ｆセンサ２３，２４が設けられている。これらＡ／Ｆセンサ２３，２４は共に、時々の排気中酸素濃度に応じた酸素濃度検出信号を出力する酸素濃度センサであり、この酸素濃度検出信号に基づいて空燃比の算出が逐次行われる。そして一般には、これらＡ／Ｆセンサ２３，２４のセンサ出力としての酸素濃度検出信号は、酸素濃度に応じてリニアに変化するように調整される。

また、排気管１８においてＤＰＦ２０の上流側（又は下流側でも可）には、排気温度を検出するための排気温度センサ２５が設けられている。

こうしたシステムの中で電子制御ユニットとして主体的にエンジン制御を行う部分がＥＣＵ３０である。このＥＣＵ３０には、上記Ａ／Ｆセンサ２３，２４及び排気温度センサ２５のセンサ出力（検出信号）の他、エンジンの回転速度を検出するための回転速度センサ３１や、運転者（ドライバ）によるアクセル操作量を検出するためのアクセルセンサ３２などの各種センサからの検出信号が逐次入力される。このＥＣＵ３０は、それらエンジン１０の運転状態やユーザの要求を検出するための各種センサの検出信号に基づいて所望とされる態様で上記インジェクタ１１等の各種アクチュエータを操作することにより、上記エンジン１０に係る各種の制御（例えば燃焼に供される燃料の噴射量や噴射圧に係る燃料噴射制御など）を行うものである。

より詳しくは、このＥＣＵ３０は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備えて構成されている。そして、そのマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムメモリとしてのＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）、データ保存用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ（電気的に書換可能な不揮発性メモリ）、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等といった各種の演算装置、記憶装置、及び通信装置等によって構成されている。そして、ＲＯＭには、当該排気浄化制御に係るプログラムを含めたエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）には、エンジン１０の設計データをはじめとする各種の制御データ等が、それぞれ予め格納されている。

ところで、本実施形態に係る上記システムにおいても、上記ＮＯｘ触媒２１の特性を利用し、前述した特許文献１，２に記載の装置（図９）と同様、ＮＯｘ触媒２１によりＮＯｘの吸蔵・還元（放出）を繰り返すことで、排気中のＮＯｘを浄化し、ＮＯｘ排出量の削減を図るようにしている。そしてこの際、ＮＯｘ触媒２１中のＮＯｘ量（ＮＯｘ吸蔵量）の増加に伴い同ＮＯｘ触媒２１のＮＯｘ浄化能力が低下してしまうことも同様であり、こうしたＮＯｘ浄化能力の低下（ＮＯｘ吸蔵量に応じた一時的な性能劣化）を回復する処理（触媒回復処理）としてＮＯｘ触媒２１に吸蔵されたＮＯｘを所定の実行間隔で逐次還元除去することも、また前述した特許文献１，２に記載の装置と同様である。ただし、本実施形態の装置では、前述した図９のタイミングｔ５０で行われるような回復処理、すなわち吸蔵ＮＯｘ（吸蔵成分）の略全部（全部又は全部に準ずる大部分）を一度に放出させるようなメイン回復処理に先立って、図２及び図３に示すように、ＮＯｘ触媒２１に吸蔵された排気成分（ＮＯｘ）の一部のみを部分的に放出させる部分回復処理を行う（図２）ことにより、ＮＯｘ触媒２１に前述したＳ被毒（硫黄酸化物の吸着）等の劣化が生じた場合にも、より確実に要求浄化率以上の浄化率を維持するようにしている（図３中の点Ｍ２ａ参照）。以下、これら図２及び図３と共に図４〜図８も併せ参照して、上記部分回復処理を含めた本実施形態に係る触媒回復処理について詳述する。なおここでは、一般的なディーゼルエンジンの運転態様、すなわち上記エンジン１０による定常時の運転がリーン燃焼で行われる場合を例に説明を行う。

まず図２及び図３を参照して、先の図９に例示した触媒回復処理と本実施形態に係る触媒回復処理との相違点について簡単に説明する。なお、ここで説明に用いる図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ先の図９（ａ）及び（ｂ）に対応するタイムチャートである。すなわち、これら図２（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る触媒回復処理を実行した場合について、それぞれＮＯｘ触媒２１のＮＯｘ吸蔵量及びＮＯｘ浄化能力（ここではＮＯｘ浄化率）の推移を示している。また、図３は、ＮＯｘ触媒２１のＮＯｘ吸蔵量と瞬時ＮＯｘ浄化率（時々（瞬間瞬間）におけるＮＯｘ浄化率）との関係を示すグラフである。なお、これら各図において、実線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ３ａは、劣化（Ｓ被毒）前のＮＯｘ触媒２１の特性を示すものであり、また破線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ３ｂは、劣化（Ｓ被毒）後のＮＯｘ触媒２１の特性を示すものである。

同図２及び図３に示されるように、この装置でも、吸蔵ＮＯｘの略全部を一度に放出させるメイン回復処理をその実行条件の成立ごとに逐次実行するようにしている。具体的には、例えば実行条件の成立するタイミングｔ１０で、例えば上記インジェクタ１１の燃料噴射量や図示しない吸気絞り弁（スロットル弁）の開度を調整（適宜に制御）することにより、ＮＯｘ触媒２１に対する燃料（軽油）の過剰供給（いわゆるリッチパージ）を行い、そのＮＯｘ触媒２１における空燃比を一時的にリッチにする。そうして、ＮＯｘ触媒２１に対して、ＨＣ、ＣＯといった還元成分（還元剤）を、上記吸蔵ＮＯｘの略全部を一度に放出させるに足りるだけ供給する。これにより、同触媒２１に吸蔵された略全てのＮＯｘが、窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に還元されて除去され、そのＮＯｘの還元除去に伴い、ＮＯｘ触媒２１のＮＯｘ浄化能力が回復することになる。

そして本実施形態では、こうしたメイン回復処理に先立ち、吸蔵ＮＯｘの一部のみを部分的に放出させる部分回復処理も行うようにしている。具体的には、例えば図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、この部分回復処理に係る実行条件の成立するタイミングｔ１〜ｔ８の各タイミングで、上記メイン回復処理の場合と同様にして、それぞれＮＯｘ触媒２１に対する燃料の過剰供給（リッチパージ）を行い、そのＮＯｘ触媒２１における空燃比を一時的にリッチにする。そうして、ＮＯｘ触媒２１に対して還元成分（ＨＣやＣＯ等）を、上記吸蔵ＮＯｘの一部のみを放出させる量だけ供給する。すなわち、この部分回復処理では、吸蔵ＮＯｘの放出量を例えばその実行時間に基づき制御し、同触媒２１からのＮＯｘ放出を途中で止めるようにする。こうすることで、部分回復処理の実行の都度、ＮＯｘ吸蔵量が部分的に減り、ひいてはこのＮＯｘ吸蔵量に応じた浄化率の降下が抑制され、そのＮＯｘ浄化率がより高い値に維持されるようになる。例えばＮＯｘ触媒２１が劣化した場合の浄化率の低下は、図３に例示するような態様で抑制されることになる。すなわち、例えば図９に例示した装置では図３中の点Ｍ１で示す浄化率から点Ｍ２ｂで示す浄化率へと低下していたものが、本実施形態の装置では図３中の点Ｍ１で示す浄化率から点Ｍ２ａで示す浄化率への低下に抑制されるようになる。しかも本実施形態では、上記メイン回復処理の実行前に部分回復処理を繰り返し実行し、この部分回復処理に係るパラメータ（実行時間）を適切に制御することで、ＮＯｘ吸蔵量の増加、ひいてはＮＯｘ触媒２１の浄化率の降下を飽和させて、ＮＯｘ触媒２１の浄化率がその飽和値（要求浄化率）を下回らないようにしている。詳しくは、図２中に破線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂにて示すように、特にＮＯｘ触媒２１の劣化時においては、部分回復処理の各処理間における、単位時間あたりのＮＯｘ吸蔵量（図２（ａ）のグラフの傾きに相当）が、時間の経過とともに小さくなって行き、やがてＮＯｘの放出量と吸蔵量とが釣り合うようになる。そしてこれにより、ＮＯｘ吸蔵量は一定値（一定のサイクル）に飽和することになる。図２（ｂ）は、そのＮＯｘ浄化率の飽和値と要求浄化率とがちょうど等しくなるように上記部分回復処理に係る各パラメータを制御した場合について例示している。

なお、ここでは説明の便宜上、部分回復処理を上記メイン回復処理までに８回だけ実行する場合を例示しているが、実際は２０回程度（１回の実行間隔は例えば「１分〜数分」程度）を想定している。ちなみに、メイン回復処理の実行間隔は例えば「２０分」程度を想定している。また、本実施形態では、これらメイン回復処理及び部分回復処理をいずれも燃料の過剰供給（リッチパージ）によって行うようにしているため、これ以降の説明では、上記メイン回復処理を「完全パージ」、上記部分回復処理を「部分パージ」と呼ぶことにする。

図４〜図７は、本実施形態の装置（ＥＣＵ３０）による触媒回復処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、これら各図の処理において用いられる各種パラメータの値は、例えばＥＣＵ３０に搭載されたＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。そして、これら各図の一連の処理は、基本的には、ＥＣＵ３０でＲＯＭに記憶されたプログラムが実行されることにより、所定クランク角ごとに又は所定時間周期で逐次実行される。ただし、図５〜図７に示す一連の処理においては、最初のステップで実行条件の成否を判断するようになっている。すなわち、これら図５，図６，図７の処理では、それぞれフラグＦ１，Ｆ２，Ｆ３に「１」が設定されていること、が実行条件に相当し、この条件が成立するまで繰り返しその実行条件の成否判断を実行し、この条件が成立したことに基づいて次のステップに進む。なお、本実施形態では、これらフラグＦ１〜Ｆ３の初期値が「０」に設定されている。したがって、はじめは図４の処理だけが進行することになる。以下、図４の処理について説明する。

同図４に示すように、この一連の処理においては、まずステップＳ１１で、単位時間あたりに排気管１８を通じてＮＯｘ触媒２１に導入される導入ＮＯｘ量（「排気流量Ｇ」×「導入ＮＯｘ濃度Ｄ」）を積算（単位時間Δｔで積分）することにより、導入ＮＯｘ量Ｓを算出（カウントアップ）する。具体的には、例えば「Ｓ＝ΣＧ・Ｄ・Δｔ」なる数式により、導入ＮＯｘ量Ｓを求める。ここで導入ＮＯｘ濃度Ｄは、例えば都度のエンジン運転状態（運転モード）等に基づいて推定することが可能である。すなわち、エンジン回転速度や負荷（アクセル操作量）に基づいて燃焼温度を算出するとともに、その燃焼温度に基づいて導入ＮＯｘ濃度Ｄを推定することができる。また、排気管１８にＮＯｘセンサを設けることにより排気中のＮＯｘ濃度を直接的に検出することでも、この導入ＮＯｘ濃度Ｄの算出は可能である。一方、排気流量Ｇは、例えば吸気系にエアフロメータ等を設けることにより検出することができる。また、エンジン運転領域に基づいて算出することでも、この排気流量Ｇを得ることは可能である。ただし本実施形態では、エアフロメータ（図示略）により排気流量Ｇを検出することとする。

次に、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で算出した導入ＮＯｘ量Ｓが所定の閾値Ｋ１（部分パージの実行間隔を決めるパラメータに相当）以上であるか否かを判断する。そして、導入ＮＯｘ量Ｓが所定の閾値Ｋ１未満（Ｓ＜Ｋ１）であると判断されれば、今回はリッチパージの実行が不要であるとしてこの一連の処理をそのまま終了する。

他方、導入ＮＯｘ量Ｓが所定の閾値Ｋ１以上（Ｓ≧Ｋ１）であると判断されれば、ステップＳ１３に進み、このステップＳ１３で、完全パージの実行条件の成否を判断する。本実施形態では、完全パージが既に実行されている場合には前回の完全パージ実行から、また完全パージが未実行の場合には最初の部分パージ実行から（ただし、所定回数の実行（例えば２回目の実行）からでも可）、部分パージの実行回数Ｎが所定回数（例えば８回）以上になったこと（例えばＮ≧８）を、完全パージ実行条件の成立要件とする。すなわち、例えば部分パージ未実行時の初期においては、このステップＳ１３で完全パージ実行条件が成立していないと判断される。

このステップＳ１３で完全パージ実行条件が成立していないと判断された場合には、続くステップＳ１４で、完全パージ実行フラグＦ１をリセット（「０」を設定）し、続くステップＳ１５で、部分パージ実行フラグＦ２に「１」を設定する。なお、これら完全パージ実行フラグＦ１及び部分パージ実行フラグＦ２は、前述したように、それぞれ図６及び図５の処理の実行条件に係るものである。すなわち、上記ステップＳ１５の処理により図５の処理の実行条件が成立することになる。以下、図５の処理について説明する。

同図５に示すように、この一連の処理においては、まずステップＳ２１で、上述の実行条件の成否を判断し、この条件が成立したことに基づいてステップＳ２２へ移行する。

そして、このステップＳ２２では、空燃比をリーンからリッチへ切り替える（ただし元々リッチであればリッチのまま）。本実施形態では、例えば「１２．０」程度の空燃比によりＮＯｘ触媒２１に対する燃料の過剰供給（リッチパージ）を行う。なお、このリッチパージは、上述の部分パージ（図２参照）に相当するものであり、その実行の有無は、ＮＯｘ触媒２１の上流側に設けられたＡ／Ｆセンサ２３の検出信号により判断可能となる（リッチパージ実行中ならリッチ空燃比）。ただし、リッチパージ実行中でも吸蔵ＮＯｘの還元除去中であれば、供給された還元成分（還元剤）がその還元除去により消費される。したがって、ＮＯｘ触媒２１の下流側に設けられたＡ／Ｆセンサ２４では、上記Ａ／Ｆセンサ２３の検出信号とは異なり、その検出信号としてリーン空燃比又は理論空燃比（ストイキオメトリック）が検出される。

このようにリッチパージが実行された状態において、続くステップＳ２３では、このリッチパージにより消費される還元剤の消費量（還元剤消費量ΔＡＦ２）を単位時間Δｔあたりの還元剤消費量の積算（時間積分）により算出する。この還元剤消費量ΔＡＦ２（フラグＦ２が「０」から「１」になる度にリセット）は、ＮＯｘ触媒２１の上流側・下流側にそれぞれ設けられたＡ／Ｆセンサ２３，２４のセンサ出力（検出信号）及び排気流量Ｇに基づいて算出、更新する。例えば初期値又は前回値を読み込みつつ、「ΔＡＦ２＝Σ[（１／ＡＦｆ）−（１／ＡＦｒ）]・Ｇ・Δｔ」なる数式により、還元剤消費量ΔＡＦ２を算出、更新する。

続くステップＳ２４では、部分パージに係る所定の終了条件が満足されたか否かを判断する。具体的には、例えば上記ステップＳ２３で算出された還元剤消費量ΔＡＦ２が、導入ＮＯｘ量Ｓ（図４のステップＳ１１で算出）の所定の割合（例えば「７割」）に相当する量（マップ等で換算）よりも多くなった（例えば「ΔＡＦ２＞換算値（Ｓ×０．７）」）か否かを判断する。なお、ここで用いる導入ＮＯｘ量Ｓについての所定の割合は、要求浄化率に応じて適切な値を設定することが望ましい。本実施形態では、この割合が固定値である場合について例示するが、ＮＯｘ触媒２１の劣化度合等に応じてこの割合を可変設定するようにしてもよい。そうして、このステップＳ２４で部分パージに係る所定の終了条件が満足された、すなわち上記還元剤消費量ΔＡＦ２が上記導入ＮＯｘ量Ｓに基づく換算値よりも多くなったと判断されるまで、上記ＮＯｘ触媒２１に対して上記リッチパージが継続的に行われるとともに、上記ステップＳ２３にて還元剤消費量ΔＡＦ２が積算、更新され続けることになる。

そして、このステップＳ２４で上記部分パージに係る所定の終了条件が満足されたと判断された場合には、続くステップＳ２５で、部分パージの実行回数Ｎをカウントアップ（Ｎ＝Ｎ＋１）し、さらに続くステップＳ２６で、導入ＮＯｘ量Ｓをリセット（「０」を設定）する。

また続くステップＳ２７では、再び空燃比をリッチからリーン（定常運転時の空燃比）へ切り替える。これにより、部分パージが終了したことになる。このように、本実施形態では、例えば「１２．０」程度の空燃比によりＮＯｘ触媒２１に対する燃料の過剰供給（リッチパージ）を行い、その実行時間に基づいて同触媒２１からの吸蔵ＮＯｘの放出量を制御すべく、その放出を途中で止めて空燃比をリッチからリーンへ切り替えるようにしている。

さらにその後、続くステップＳ２８で、部分パージ実行フラグＦ２をリセット（「０」を設定）する。これにより、図５の処理の実行条件が成立しなくなり、上記一連の部分パージに係る処理は終了することになる。

図４の処理の説明に戻る。同図４に示されるように、この一連の処理においては、先のステップＳ１３で完全パージ実行条件が成立していると判断されるまで、すなわち上記条件「Ｎ≧８」を満足するまで、導入ＮＯｘ量Ｓが閾値Ｋ１以上になる（ステップＳ１２で判定）都度、ステップＳ１５で、部分パージ実行フラグＦ２に「１」が設定され、上記図５の処理が実行されることになる。本実施形態ではこうして、先の図２に示したタイムチャートにおけるタイミングｔ１〜ｔ８の各タイミングで、それぞれＮＯｘ触媒２１に対する燃料の過剰供給（リッチパージ）が行われることになる。

そして、上記ステップＳ１３で完全パージ実行条件が成立していると判断された場合には、続くステップＳ１６で、部分パージ実行フラグＦ２をリセット（「０」を設定）し、続くステップＳ１７で、完全パージ実行フラグＦ１に「１」を設定する。これにより、図６の処理の実行条件が成立する。次に、図６の処理について説明する。

同図６に示すように、この一連の処理においては、まずステップＳ３１で、上述の実行条件の成否を判断し、この条件が成立したことに基づいてステップＳ３２へ移行する。

そして、このステップＳ３２では、空燃比をリーンからリッチへ切り替える（ただし元々リッチであればリッチのまま）。本実施形態では、例えば「１２．０」程度の空燃比によりＮＯｘ触媒２１に対する燃料の過剰供給（リッチパージ）を行う。これにより、先の図２に示したタイムチャートにおけるタイミングｔ１０で、ＮＯｘ触媒２１に対する燃料の過剰供給（リッチパージ）が実行されることになる。なお、このリッチパージは、上述の完全パージに相当するものであり、その実行の有無は、ＮＯｘ触媒２１の上流側に設けられたＡ／Ｆセンサ２３の検出信号により判断可能となる（リッチパージ実行中ならリッチ空燃比）。

このようにリッチパージが実行された状態において、続くステップＳ３３では、このリッチパージにより消費される還元剤の消費量（還元剤消費量ΔＡＦ１）を単位時間Δｔあたりの還元剤消費量の積算（時間積分）により算出する。なお、この処理は、先の図５のステップＳ２３の処理に準ずるものであるため、ここではその詳しい説明を割愛する。

続くステップＳ３４では、上記リッチパージによりＮＯｘ触媒２１に吸蔵された略全てのＮＯｘが還元除去されたか否かを判断する。具体的には、下流側のＡ／Ｆセンサ２４の検出信号に基づいて吸蔵ＮＯｘの還元除去が完了したか否かを判断する。すなわち、同Ａ／Ｆセンサ２４によりリッチ空燃比が検出されるようになれば、吸蔵ＮＯｘの還元除去が完了したと判断する（前述したように、還元除去が完了するまでは同Ａ／Ｆセンサ２４によりリーン空燃比又は理論空燃比が検出される）。そうして、このステップＳ３４で吸蔵ＮＯｘの略全てが還元除去された、すなわち吸蔵ＮＯｘの還元除去が完了したと判断されるまで、そのＮＯｘ触媒２１に対して上記リッチパージが継続的に行われるとともに、上記ステップＳ３３にて還元剤消費量ΔＡＦ１が積算され続けることになる。

そして、このステップＳ３４で上記ＮＯｘ触媒２１における吸蔵ＮＯｘの略全てが還元除去されたと判断された場合には、次のステップＳ３５で導入ＮＯｘ量Ｓ及び部分パージ実行回数Ｎを共にリセット（「０」を設定）する。これにより、図４のステップＳ１３で完全パージ実行条件が成立していない旨判断されるようになり、再び部分パージが実行されるようになる。

続くステップＳ３６では、再び空燃比をリッチからリーン（定常運転時の空燃比）へ切り替える。これにより、完全パージが終了したことになる。さらにその後、続くステップＳ３７で、完全パージ実行フラグＦ１もリセット（「０」を設定）し、続くステップＳ３８で、劣化判定実行フラグＦ３に「１」を設定する。これにより、図７の処理の実行条件が成立するとともに、図６の処理の実行条件が成立しなくなる。次に、図７の処理について説明する。

同図７に示すように、この一連の処理においては、まずステップＳ４１で、上述の実行条件の成否を判断し、この条件が成立したことに基づいてステップＳ４２へ移行する。

そして、このステップＳ４２では、先の図６のステップＳ３３で算出された還元剤消費量ΔＡＦ１に基づきＮＯｘ吸蔵量（ＮＯｘ触媒２１の劣化度合に相当）を算出する。詳しくは、図８に示すような還元剤消費量ΔＡＦ１とＮＯｘ吸蔵量との関係、すなわち予め実験等により求めたマップ（例えばＲＯＭに記憶）に基づいて算出する。同図８に示されるように、これら両者は基本的に、還元剤消費量ΔＡＦ１が多いほどそれに相当するＮＯｘ吸蔵量が多いという関係（例えば図８では略比例関係）を有する。

続くステップＳ４３では、ステップＳ４２で算出（測定）したＮＯｘ吸蔵量（ＮＯｘ触媒２１の劣化度合）が所定の閾値Ｋ２以下であるか否かを判断する。そしてここで、ＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値Ｋ２よりも多い（ＮＯｘ吸蔵量＞Ｋ２）と判断されれば、ＮＯｘ触媒２１は劣化していない（劣化＝無）として続くステップＳ４３１で、未劣化時の処理として予め定められた処理（例えば判定結果をＥＥＰＲＯＭに格納する等）を実行する。他方、上記ステップＳ４３で、ＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値Ｋ２以下である（ＮＯｘ吸蔵量≦Ｋ２）と判断されれば、ＮＯｘ触媒２１は劣化している（劣化＝有、ＮＯｘ吸蔵量によらない性能劣化が生じている）として続くステップＳ４３２で、劣化時の処理として予め定められた処理（例えばＳ被毒再生処理等）を実行する。なお、Ｓ被毒再生処理を行う場合には、例えばリッチパージを長時間（例えば「２０〜３０分」程度）にわたって継続し、高温且つ空燃比リッチの状態を持続させる。こうすることで、ＮＯｘ触媒２１に吸着したＳＯｘが放出され、そのＮＯｘ触媒２１の浄化能力が回復する。すなわち、このＳ被毒再生処理を行うことで、ＮＯｘ触媒２１がＳ被毒状態から再生することになる。ただし、このＳ被毒再生処理を行っても、例えば熱劣化等の他の要因により、ＮＯｘ触媒２１が十分に再生しない（浄化能力が回復しない）場合もある。この場合には、例えばユーザにその旨を報知（例えば警告灯（ＭＩＬランプ）を点灯）して適切な対処を促すなど、都度の状況に応じた所定のフェイルセーフ処理を実行する。

そして劣化の有無によらず、これらステップＳ４３１及びステップＳ４３２に続くステップＳ４４では、劣化判定実行フラグＦ３に「０」を設定する。これにより、図７の処理の実行条件が成立しなくなり、上記一連の劣化判定に係る処理は終了することになる。

このように、本実施形態では、吸蔵ＮＯｘ（吸蔵成分）の略全部を一度に放出させるような完全パージ（メイン回復処理）に先立って、ＮＯｘ触媒２１に吸蔵された排気成分（ＮＯｘ）の一部のみを部分的に放出させる部分パージ（部分回復処理）を行うようにしている（図２及び図４参照）。これにより、ＮＯｘ触媒２１に前述したＳ被毒（硫黄酸化物の吸着）等の劣化が生じた場合にも、より確実に要求浄化率以上の浄化率が維持されるようになる（図３中の点Ｍ２ａ参照）。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

（１）吸蔵条件（空燃比リッチ）下で排気中の特定成分（ＮＯｘ）を吸蔵するとともに浄化条件下（空燃比リーン下及び理論空燃比下）でその吸蔵した排気成分（吸蔵ＮＯｘ）を浄化（還元）して放出するＮＯｘ触媒２１（吸蔵浄化部）を有し、その吸蔵ＮＯｘの略全部を一度に放出させる完全パージ（メイン回復処理）をその実行条件の成立に基づき実行してＮＯｘ触媒２１の排気浄化能力を回復させる。こうした排気浄化装置として、ＮＯｘ触媒２１に吸蔵された排気成分（吸蔵ＮＯｘ）の一部のみを部分的に放出させる部分パージ（部分回復処理）を、完全パージの実行に先立って実行するプログラム（部分回復手段、図５）を備える構成とした。これにより、ＮＯｘ触媒２１にＳ被毒等の劣化が生じた場合であれ、より確実に要求浄化率以上の浄化率を維持することができるようになる。

（２）また、過度に完全パージを行うことなく、極力少ないパージ量（還元剤量）で、燃費を高く維持することができるようになる。

（３）図５の一連の処理について、完全パージの実行中を除いて常に部分パージが繰り返し実行されるように構成した。これにより、部分パージに係るパラメータを適切に制御（例えば可変制御あるいは適切な固定値を設定等）して、吸蔵量の増加（図２（ａ））、ひいてはＮＯｘ触媒２１の浄化率の降下（図２（ｂ））を飽和させることが可能になる。そしてこれにより、ＮＯｘ触媒２１の浄化率がその飽和値を下回らないようにすることが可能になる。

（４）部分パージの都度の実行時間（実行の長さ）を、その都度、ＮＯｘ触媒２１へ導入されるＮＯｘの導入量（導入ＮＯｘ量Ｓ）に基づいて定めるプログラム（実行時間可変手段、図５のステップＳ２４）を備える構成とした。こうすることで、ＮＯｘ触媒２１の浄化率の降下を的確に飽和させることが可能になる。

（５）部分パージの都度の実行間隔を、その都度、ＮＯｘ触媒２１へ導入されるＮＯｘの導入量（導入ＮＯｘ量Ｓ）に基づいて定めるプログラム（実行間隔可変手段、図４のステップＳ１２）を備える構成とした。こうすることで、部分パージの実行時期がより適切な時期に設定されるようになる。

（６）ＮＯｘ触媒２１へ導入されるＮＯｘの導入量（導入ＮＯｘ量Ｓ）を算出する手段として、時々の排気成分の濃度（導入ＮＯｘ濃度Ｄ）と排気流量（排気流量Ｇ）との乗算値に基づく単位時間あたりの排気成分導入量を積算することによって前記排気成分の導入量を算出するものを採用するようにした（図４のステップＳ１１）。これにより、排気成分の導入量（導入ＮＯｘ量Ｓ）をより正確に算出することが可能になる。

（７）上記完全パージの実行条件についてはこれを、完全パージの未実行時には部分パージの最初の実行から、また完全パージが既に実行されている場合には前回の完全パージの実行から、部分パージの実行回数が所定回数（本実施形態では「８回」）以上になったことが、その成立要件の全部となるように構成した（図４のステップＳ１３）。これにより、部分パージの実行回数に基づいて、簡易な制御で完全パージの実行時期が適切な時期に設定されるようになる。

（８）吸蔵・放出を通じて排気浄化を行うもの（吸蔵浄化部）として、ＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵して還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型の触媒２１を採用し、触媒回復処理としての吸蔵排気成分（吸蔵ＮＯｘ）の放出を、その触媒２１に対してＮＯｘ還元成分（ＨＣやＣＯ等）を供給することにより同触媒２１に吸蔵された排気成分（吸蔵ＮＯｘ）を還元して放出させるリッチパージ（完全パージや部分パージ）により行うこととした。こうした構成であれば、現状、ディーゼル車等において特に問題となっているＮＯｘの排出量をより的確に削減し、排気クリーン化を図ることが可能になる。

（９）当該排気浄化装置をディーゼルエンジン搭載の自動車に適用した。これにより、排気浄化性がより高い、よりクリーンなディーゼル車を実現することが可能になる。

（１０）完全パージを実行した際にＮＯｘ触媒２１に対して供給されたＮＯｘ還元成分の、同触媒２１での消費量に基づいて、同触媒２１の劣化度合を測定するプログラム（劣化度合測定手段、図７のステップＳ４２）を備える構成とした。こうした劣化度合の測定を行うようにすることで、ＮＯｘ触媒２１の劣化度合に応じた処理（例えば図７におけるステップＳ４３１，Ｓ４３２の処理）を実行することが可能になる。

（１１）ＮＯｘ還元成分（ＨＣやＣＯ等）のＮＯｘ触媒２１での消費量（還元剤消費量）を算出する手段として、触媒２１の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた酸素濃度センサ（Ａ／Ｆセンサ２３，２４）と、排気浄化の対象とするエンジン１０の吸気系に設けれた流量計（エアフロメータ）とのセンサ出力に基づいて、還元剤消費量を算出するものを採用するようにした（図５のステップＳ２３及び図６のステップＳ３３）。これにより、還元剤消費量、ひいてはＮＯｘ触媒２１の劣化度合をより正確に算出することが可能になる。

（１２）図７のステップＳ４２で算出（測定）された触媒２１の劣化度合の大小を判定するプログラム（劣化判定手段、図７のステップＳ４３）と、図７のステップＳ４３で触媒２１の劣化度合が大きいと判定された場合、すなわちＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値Ｋ２以下であると判定された場合に、Ｓ（硫黄）被毒により低下した同触媒２１の排気浄化能力を回復させる処理（Ｓ被毒再生処理）を行うプログラム（Ｓ被毒再生手段、図７のステップＳ４３２）と、を備える構成とした。こうすることで、より確実にＮＯｘ触媒２１の排気浄化能力が高く維持されるようになる。

（１３）図７のステップＳ４３２でＳ被毒再生処理を行っても触媒２１が十分に再生しない場合に所定のフェイルセーフ処理（例えば警告灯の点灯）を実行するようにした。こうすることで、再生失敗に対処するためのフェイルセーフ処理が自動的に行われることになる。

（１４）メイン回復処理（完全パージ）と部分回復処理（部分パージ）とを共通の手段（インジェクタ１１）で実行するように構成したことで、構成の簡素化が図られるようになる。

本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

・図７のステップＳ４２で測定された触媒２１の劣化度合（ＮＯｘ吸蔵量として算出）に応じて完全パージの実行条件（図４のステップＳ１３で成否を判定）を可変とするプログラム（実行条件可変手段）を備える構成としてもよい。例えば触媒２１の劣化度合が大きくなるほど完全パージの実行時期を早めるようにする。こうすることで、許容以上の触媒劣化を早期に検出することが可能になる。

・上記実施形態では、部分パージの実行回数に基づく条件（部分パージの最初の実行から所定回数以上の実行で成立）を、上記完全パージの実行条件（図４のステップＳ１３で成否を判定）に係る成立要件の全部とするように構成した。しかし、これに限られるものではない。この要件に代えて、又はこの要件に加えてさらに、別の要件を設けることも可能である。例えばＮＯｘ触媒２１に吸蔵されたＮＯｘの吸蔵量（ＮＯｘ吸蔵量）を推定するプログラム（吸蔵量推定手段）を備える構成として、上記完全パージの実行条件が、その推定されるＮＯｘ吸蔵量が所定量以上になったことを成立要件の１つ又は全部とするようにしてもよい。しかもこの場合、ＮＯｘ（排気成分）の吸蔵量に基づいて、より的確に完全パージの実行時期を適切な時期に設定することが可能になる。また、こうした構成としては、例えばマップや計算式等を用いることで、排気中におけるＮＯｘ（排気成分）の濃度（導入ＮＯｘ濃度Ｄ）、排気流量（排気流量Ｇ）、及びＮＯｘ触媒２１の排気浄化能力（単位時間あたりのＮＯｘ吸蔵量に相当）の少なくとも１つに基づいて、ＮＯｘ吸蔵量を推定することが有効である。これらのパラメータによれば、前記吸蔵量を精度よく推定することが可能になる。なお、ＮＯｘ触媒２１の排気浄化能力は、例えば触媒２１の温度（触媒床温）、触媒２１の劣化度合（図７のステップＳ４２で測定）等に基づいて推定することが可能である。

・上記実施形態では、部分パージの都度の実行時間（実行の長さ）だけを、都度の導入ＮＯｘ量Ｓに基づいて定めるようにした（図５のステップＳ２４）。しかしこれに限られず、例えばその部分パージの単位時間あたりの吸蔵成分の放出量を、都度の導入ＮＯｘ量Ｓに基づいて定めるプログラム（放出量可変手段）を備える構成とすることもできる。特に上記実施形態の装置に対してこのようなプログラムを搭載する場合には、都度の導入ＮＯｘ量Ｓに応じて、上記部分パージのリッチの度合（深さ）、すなわち空燃比を可変とする（例えば図５のステップＳ２２の処理として行う）ことで、単位時間あたりの吸蔵成分の放出量を適切な値に定めるようなプログラムが有効である。そして、こうした構成によっても、前記（４）の効果と同様又は準ずる効果を得ることができる。さらに、こうした構成を実行時間を制御する構成と組み合わせることで、制御の精度をより高めることも可能である。

・上記部分パージ及び完全パージの少なくとも一方を、定期的に（一定の時間周期で）行う構成としてもよい。これにより、制御が簡易になり、制御性が高まる。

・部分パージの実行間隔（例えば図４のステップＳ１２における閾値Ｋ１と相関）、及び同部分パージによる単位時間あたりの吸蔵成分の放出量（例えば空燃比等と相関）を、少なくとも当該部分パージの繰り返し実行中は一定であるようにそれぞれ設定する構成も有効である。こうした構成であれば、制御が簡易になり、ひいては誤制御等が抑止され、その制御性が高まる。またこの場合も、ＮＯｘ触媒２１の浄化率の降下は、基本的には飽和傾向になる（図２の傾向に準ずる）。

・部分パージ（図５）の都度の実行時間（例えば図５のステップＳ２４の処理に係る条件パラメータと相関）、及び、部分パージによる単位時間あたりの吸蔵成分の放出量（例えば空燃比等と相関）の少なくとも一方を、ＮＯｘ触媒２１の劣化度合（図７のステップＳ４２で測定）に応じて可変とする手段（例えばプログラム）を備える構成なども有効である。

・部分パージの実行間隔は、任意の値に設定することができる。すなわち、固定値として設定することも、可変値として設定することもできる。

・上記実施形態では、同図７の処理において、完全パージによる吸蔵ＮＯｘの還元に要した還元剤の量（還元剤消費量）に基づいてＮＯｘ触媒２１の劣化度合を測定する（図７のステップＳ４２）ようにした。しかしこれに限られず、例えば完全パージによる吸蔵ＮＯｘの還元に要した時間（還元所要時間）に基づいて、この測定を行うようにしてもよい。具体的には、完全パージの実行に際し、上流側のＡ／Ｆセンサ２３の検出信号によりＮＯｘ触媒２１に対して実際に還元成分（リッチ成分）が供給され始めるタイミングを検知するとともに、下流側のＡ／Ｆセンサ２４の検出信号によりＮＯｘ触媒２１において吸蔵ＮＯｘの還元除去が完了したタイミングを検知し、それら各タイミングの差（時間）である還元所要時間に基づいて、上記ＮＯｘ触媒２１の劣化度合（浄化能力の低下度合）を測定する。またこの場合、Ａ／Ｆセンサ２３，２４の応答遅れが懸念されるため、当該測定や上記劣化判定の精度を高める上では、ＮＯｘ触媒２１の劣化度合に応じて上記完全パージのリッチ度合（空燃比）を変更することが有効である。またこの場合、簡易には、触媒上流側のＡ／Ｆセンサ２３の検出信号を用いずに劣化度合の測定を行うことも可能である。すなわち、完全パージ（ＮＯｘ還元制御）が開始されるタイミングを基準として、触媒下流側のＡ／Ｆセンサ２４によってリッチ成分が検出されるまでを還元所要時間として算出することができる。すなわちこの場合には、ＮＯｘ触媒２１の少なくとも下流側にＡ／Ｆセンサが設けられていれば良い。

・図７の処理について、ＮＯｘ触媒２１の温度（特に床温）が所定範囲内（例えば触媒２１の特性が安定する「３００℃〜４５０℃」）に収まっていることを条件（実行条件）に、そのＮＯｘ触媒２１の劣化度合の測定や判定を行う（例えば劣化判定実行フラグＦ３を「１」に設定する）ように構成することもできる。こうすることで、その測定や判定の精度を高めることができる。なお、ＮＯｘ触媒２１の温度は、例えば排気温度センサ２５の検出信号（排気温度に相当）に基づいて推定することができる。

・図７の処理についてこれは、硫黄被毒や触媒劣化に伴うＮＯｘ触媒２１の浄化能力が低下していると想定される条件のみに実行するようにしてもよい。例えば車両の走行距離が所定走行距離（例えば「１００００ｋｍ」）になったことや、インジェクタ１１による燃料噴射量の総量（毎回の燃料噴射量の積算値）が所定量になったことを実行条件にして、その実行条件成立時だけに上記触媒劣化の測定や判定を実行する（例えば劣化判定実行フラグＦ３を「１」に設定する）ようにしてもよい。また、これら触媒劣化の測定や判定は必須の構成というわけではなくこれら測定や判定を条件とせずとも、本発明を適用することは可能である。

・本発明に係る排気浄化装置の適用対象は、上記実施形態で示したものに限られず、任意である。すなわち、用途等に応じて適宜に上記構成を変更するようにしてもよい。例えば、ＤＰＦ２０とＮＯｘ触媒２１との設置位置を逆にしてもよく、また両者を一体化した浄化装置を排気管１８に設置することも可能である。ＮＯｘ触媒２１の下流側にさらに酸化触媒等を付加することも可能である。Ａ／Ｆセンサ２３，２４に代えて、排気がリッチかリーンかに応じて異なる起電力信号を２値的に出力する起電力出力型のＯ2センサを採用することも可能である。

・上記実施形態では、主にインジェクタ１１の燃料噴射量に基づく空燃比制御で部分パージや完全パージを行うこと（リッチパージ）を想定していたが、これに限られず、ＮＯｘ触媒２１に対して未燃燃料を供給する態様は任意である。例えばメイン噴射の後に多段噴射の１つである後噴射（例えばアフタ噴射やポスト噴射）を実行し、その後噴射により供給される未燃燃料により吸蔵ＮＯｘの還元除去を行うようにしてもよい。あるいは、排気系のＮＯｘ触媒２１の上流側に対して燃料添加弁を設け、ＮＯｘ触媒２１に対して直接的に（エンジン１０を介さず）燃料（未燃燃料）を供給するようにしてもよい。また、これらの方式を組み合わせるようにして、エンジン１０の運転領域に応じて選択的にどちらかを実行するようにしてもよい。例えばスモークの排出が懸念されるエンジン１０の高負荷運転時又は高回転運転時には、燃料添加弁によるＮＯｘ還元制御を実行し、それ以外は上述のインジェクタ１１によるリッチパージを実行する構成などが有効である。

・また、上記メイン回復処理（完全パージ）と上記部分回復処理（部分パージ）とを異なる手段で実行するようにしてもよい。例えば完全パージは上記燃料添加弁で、部分パージは上記インジェクタ１１でそれぞれ実行するように構成してもよい。

・もっとも、上記メイン回復処理や上記部分回復処理を実行するにあたっては、ＮＯｘ触媒２１（吸蔵浄化部）に吸蔵されたＮＯｘ（排気成分）を所望の量だけ放出させることができればそれで足り、こうした条件を満足する方法であれば上記各種の燃料供給方式に限らず任意の方法を採用することができる。

・上記実施形態では、ＮＯｘ触媒の代表的な一例を示したが、ＮＯｘ触媒２１の種類は任意である。また、現状においてはＮＯｘ触媒としての需要が主であるが、こうしたＮＯｘ触媒に準ずる性質を有する吸蔵浄化部（各一定の条件下で吸蔵・浄化を行うもの）を備える構成であれば、他の用途についても本発明は同様に適用することができる。

・上記実施形態では、一例として車両ディーゼルエンジンのコモンレールシステムに本発明を適用した場合について言及したが、火花点火式のガソリンエンジン（特に直噴エンジン）についても、基本的には同様に本発明を適用することができる。

・上記実施形態では、図５の一連の処理について、完全パージの実行中を除いて常に部分パージが繰り返し実行されるように構成した。しかしこれに限られず、完全パージ実行前の所定区間においてのみ、部分パージを繰り返し実行するようにしてもよい。例えば完全パージ実行直後の所定時間においては部分パージを実行しないようにした構成なども、用途等に応じて適宜に採用することができる。

・また、この部分パージの繰り返し実行についてもこれは必須の構成ではない。要は、浄化手段としての上記吸蔵浄化部（例えばＮＯｘ触媒２１）に吸蔵された排気成分の一部のみを部分的に放出させる部分回復処理を、上記メイン回復処理の実行に先立って実行する手段を備える排気浄化装置であれば、前記（１）の効果と同様の効果又は準ずる効果は得られ、所期の目的を達成することはできる。

・上記実施形態及び変形例では、本発明に係る排気浄化装置の具現化に際して各種のソフトウェア（プログラム）を用いることを想定したが、専用回路等のハードウェアで同様の機能を実現するようにしてもよい。

本発明に係る排気浄化装置の一実施形態について、該装置の適用されたエンジン制御システムの概略を示す構成図。 本実施形態に係る触媒回復処理を実行した場合について、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれＮＯｘ吸蔵量及びＮＯｘ浄化率の推移を示すタイムチャート。 ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量と瞬時ＮＯｘ浄化率との関係を示すグラフ。 本実施形態に係る触媒回復処理の処理手順を示すフローチャート。 本実施形態に係る触媒回復処理の処理手順を示すフローチャート。 本実施形態に係る触媒回復処理の処理手順を示すフローチャート。 本実施形態に係る触媒回復処理の処理手順を示すフローチャート。 同触媒回復処理に用いられるマップの一例を示すグラフ。 従来の排気浄化装置による触媒回復処理の一例について、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ同処理中のＮＯｘ吸蔵量及びＮＯｘ浄化率の推移を示すタイムチャート。

符号の説明

１０…エンジン（内燃機関）、２１…ＮＯｘ触媒、２３、２４…Ａ／Ｆセンサ、２５…排気温度センサ、３０…ＥＣＵ（電子制御ユニット）。

Claims (13)

1. 吸蔵条件下で排気中の特定成分を吸蔵するとともに浄化条件下でその吸蔵した排気成分を浄化して放出する吸蔵浄化部を有し、この吸蔵浄化部に吸蔵された排気成分の略全部を一度に放出させるメイン回復処理をその実行条件の成立に基づき実行して前記吸蔵浄化部の排気浄化能力を回復させる排気浄化装置において、
   前記吸蔵浄化部に吸蔵された排気成分の一部のみを部分的に放出させる部分回復処理を、前記メイン回復処理の実行に先立って実行する部分回復手段を備えることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記部分回復手段は、少なくとも前記メイン回復処理が前記実行条件の成立ごとに逐次実行されている間は、同メイン回復処理の実行中を除いて常に、又は同メイン回復処理の実行前の所定区間において、任意の実行間隔で前記部分回復処理を繰り返し実行するものである請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記部分回復処理の都度の実行時間を、その都度、前記吸蔵浄化部へ導入される排気成分の導入量に基づいて定める実行時間可変手段を備える請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記部分回復処理による単位時間あたりの吸蔵成分の放出量を、その都度、前記吸蔵浄化部へ導入される排気成分の導入量に基づいて定める放出量可変手段を備える請求項２又は３に記載の排気浄化装置。
5. 前記部分回復処理の都度の実行間隔を、その都度、前記吸蔵浄化部へ導入される排気成分の導入量に基づいて定める実行間隔可変手段を備える請求項２〜４のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
6. 前記部分回復処理の実行間隔及び該部分回復処理による単位時間あたりの吸蔵成分の放出量は、少なくとも該部分回復処理の繰り返し実行中は一定であるようにそれぞれ設定される請求項２〜５のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
7. 前記メイン回復処理の実行条件は、前記メイン回復処理の未実行時には前記部分回復処理の最初又は所定回数の実行から、また前記メイン回復処理が既に実行されている場合には前回のメイン回復処理の実行から、前記部分回復手段による部分回復処理の実行回数が所定回数以上になったことをその成立要件の１つ又は全部とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
8. 前記吸蔵浄化部に吸蔵された排気成分の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段を備え、
   前記メイン回復処理の実行条件は、前記吸蔵量推定手段により推定される排気成分の吸蔵量が所定量以上になったことをその成立要件の１つ又は全部とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
9. 前記吸蔵量推定手段は、排気中における前記排気成分の濃度、排気流量、及び前記吸蔵浄化部の排気浄化能力の少なくとも１つに基づいて、前記吸蔵量を推定するものである請求項８に記載の排気浄化装置。
10. 前記吸蔵浄化部は、前記特定成分としてＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵して還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型の触媒からなり、前記部分回復手段は、その触媒に対してＮＯｘ還元成分を供給することにより同触媒に吸蔵された排気成分を還元して放出させるものである請求項１〜９のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
11. 前記メイン回復処理を実行した際に前記触媒に対して供給されたＮＯｘ還元成分の、同触媒での消費量に基づいて、同触媒の劣化度合を測定する劣化度合測定手段を備える請求項１０に記載の排気浄化装置。
12. 前記劣化度合測定手段により測定された前記触媒の劣化度合の大小を判定する劣化判定手段と、
    前記劣化判定手段により前記触媒の劣化度合が大きいと判定された場合に、Ｓ（硫黄）被毒により低下した同触媒の排気浄化能力を回復させる処理を行うＳ被毒再生手段と、
    を備える請求項１１に記載の排気浄化装置。
13. 前記劣化度合測定手段により測定された前記触媒の劣化度合に応じて前記メイン回復処理の実行条件を可変とする実行条件可変手段を備える請求項１１又は１２に記載の排気浄化装置。

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