JP4179005B2

JP4179005B2 - 内燃機関の排気浄化装置及びＮＯｘ触媒の管理方法

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Publication number: JP4179005B2
Application number: JP2003069643A
Authority: JP
Inventors: 大介柴田; 久大木; 正晃山口; 正明小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP2004278384A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する装置に関し、特に、機関排気通路に設けられるＮＯｘ触媒の機能を再生することのできる装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒を管理するＮＯｘ触媒の管理方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンや希薄燃焼を行うガソリンエンジンでは、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼に供して機関運転を行う運転領域が、全運転領域の大部分を占める。この種のエンジン（内燃機関）では一般に、リーン雰囲気の混合気を燃焼に供して機関運転が行われている条件下で、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を効率的に吸蔵するＮＯｘ触媒がその排気通路に備えられる。
【０００４】
ＮＯｘ触媒は、酸化雰囲気の排気中ではＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気の排気中ではＮＯｘを放出する特性を有する。ちなみに排気中に放出されたＮＯｘは、排気中に炭化水素（ＨＣ）等の還元成分が存在していれば、それら還元成分と速やかに反応して窒素（Ｎ₂）に還元される。
【０００５】
そこで、このようなＮＯｘ触媒を排気通路に備えた内燃機関では、ＮＯｘ触媒に流入する排気を、酸化雰囲気と還元雰囲気に適宜切り替えることにより、排気中のＮＯｘを効率的に還元（浄化）する。
【０００６】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄成分が含まれているのが通常であり、排気中にはＮＯｘの他、このような燃料中の硫黄成分を起源とする硫黄成分も存在する。排気中に存在する硫黄成分は、ＮＯｘに比べてより高い効率でＮＯｘ触媒と結合し、しかも、同触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出するために十分な条件下（排気中の還元成分濃度が所定値を上回る条件下）にあっても当該触媒から容易には放出されない。このため、機関運転の継続に伴い、排気中の硫黄成分が徐々にＮＯｘ触媒に蓄積されていくといった所謂硫黄被毒が生じることとなる。
【０００７】
硫黄被毒が進行すると、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの吸蔵量の限界値や、ＮＯｘの吸蔵効率が減少し、結果としてＮＯｘの浄化効率が低下することになる。
【０００８】
ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分は、通常の還元剤供給制御で達成される条件よりも、排気中の還元成分濃度や、ＮＯｘ触媒の温度をさらに高くする条件を成立させることで当該触媒から離脱することが知られている。
【０００９】
このため、ＮＯｘ触媒のように、機関運転の継続に伴い硫黄成分が徐々に蓄積する性質を有する触媒を排気通路に備えたエンジンでは、ＮＯｘ触媒上流における排気中の還元成分濃度を高め、且つ、ＮＯｘ触媒を高温状態（例えば６９０℃程度）にする制御（以下、硫黄処理（Ｓ処理）制御という）を実行することにより、ＮＯｘ触媒に蓄積する硫黄成分を放出させるのが一般的である。
【００１０】
特許文献１に記載された装置は、エンジンの燃焼状態に影響が及ばない範囲（運転領域）で、機関燃焼に供される混合気の空燃比を低くする前処理を行いながら、排気通路のＮＯｘ触媒上流に噴霧状態の還元剤を直接添加することによって硫黄を放出させる。このようにして、空燃比の調整（前処理）と、還元剤の添加とを併用すれば、還元剤の消費を抑えた効率的なＳ処理制御を行える。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−１６１０４５号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空燃比の低下（リッチ化）を伴う前処理の実行は、機関の燃焼状態、ひいては排気特性に影響を及ぼしやすい。例えば、機関負荷や機関回転数が相当に高い領域や相当に低い領域で、空燃比を低くした場合、排気中のスモーク発生量が増大する。このため、前処理の実行は、空燃比を低くしてもエンジンの燃焼状態が悪化しない特定の条件下に限られる。
【００１３】
このため、例えばＳ処理制御の実行中、前処理の実行条件が成立しなくなる場合もある。そのような場合には、一旦Ｓ処理制御を中断し、前処理の実行条件が復帰するまで待機せざるを得ない。
【００１４】
しかし、Ｓ処理制御（前処理）の中断と再開とが繰り返されると、その度に、排気中の還元成分量を段階的に増大させるといった工程が繰り返され、還元剤を浪費することになる。
【００１５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、内燃機関の排気通路においてＮＯｘを還元する触媒の機能を利用し排気を浄化する装置であって、そのＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄を効率的に処理することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、
（１）内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、該ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる処理を行う硫黄放出処理手段と、機関燃焼に供される混合気の空燃比又は排気の空燃比が、当該機関の運転条件に対応する値として、前記硫黄放出処理の実行に適合する領域にあるか、適合しない領域にあるかを判断する判断手段と、前記硫黄放出処理の要求があるときに、前記機関燃焼に供される混合気の空燃比又は排気の空燃比が前記硫黄放出処理の実行に適合する領域にある場合、及び前記硫黄放出処理の実行に適合する領域から適合しない領域に移行したのち所定時間内である場合に、前記前記硫黄を放出させる処理を許可する許可手段と、を備えることを要旨とする。
【００１７】
同構成によれば、ＮＯｘ触媒の機能を長期に亘って保持する上で必要となる硫黄放出処理を行うにあたり、硫黄放出処理に要する還元成分の量を抑制し、又は、硫黄放出処理の実行に伴う排気特性の悪化を抑制することができる。
（２）また、前記機関燃焼に供される混合気の空燃比又は排気の空燃比は、当該機関の運転条件に対応する値としては、機関燃焼に供される燃料の供給量が多いほど、又は機関回転数が大きいほど、高い値に設定されるのが好ましい。
（３）また、他の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒を管理するＮＯｘ触媒の管理方法であって、排気の空燃比が所定値以下に保持されている条件下で、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気に還元剤を供給することにより、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる処理の実行中、前記排気の空燃比が所定値より高くなった場合であっても、所定時間内は前記還元剤の供給を継続することを要旨とする。
【００１８】
このような方法によれば、ＮＯｘ触媒の機能を長期に亘って保持する上で必要となる硫黄放出処理を行うにあたり、硫黄放出処理に要する還元成分の量を抑制し、又は、硫黄放出処理の実行に伴う排気特性の悪化を抑制することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、ディーゼルエンジンの排気浄化装置として具体化した一実施の形態について説明する。
【００２０】
〔エンジンの構造及び機能〕
図１において、内燃機関（以下、エンジンという）１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気通路３０及び排気通路４０等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンである。
【００２１】
先ず、燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、コモンレール１２、燃料噴射弁１３、燃料添加弁１４、機関燃料通路Ｐ１及び添加燃料通路Ｐ２等を備えて構成される。サプライポンプ１１は、燃料タンク（図示略）から汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｐ１を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２は、サプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３に分配する。燃料噴射弁１３は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室２０内に燃料を噴射供給する。他方、サプライポンプ１１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を添加燃料通路Ｐ２を介して燃料添加弁１４に供給する。燃料添加弁１４は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、還元剤として機能する燃料を、適宜のタイミングで、適宜の量、排気通路４０の触媒ケーシング４１上流に添加する。
【００２２】
吸気通路３０に設けられたスロットル弁３１は、その開度を無段階に調節することのできる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を変更し、同吸入空気の供給量（流量）を調整する機能を有する。
【００２３】
また、排気通路４０の燃料添加弁１４下流には、触媒ケーシング４１が設けられている。触媒ケーシング４１の内部には、多孔質材料を主成分とする周知のウォールフロー型パティキュレートフィルタが収容されている。パティキュレートフィルタの表面には、周知の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）が担持されている。ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘ吸蔵剤と貴金属触媒とによって構成される。
【００２４】
また、エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、当該部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。例えば、排気通路４０の触媒ケーシング４１上流に設けられた酸素濃度センサ６０は、排気中の酸素濃度に応じ連続的に変化する検出信号を出力する。酸素濃度センサ６０の検出信号は、機関燃焼に供される混合気の空燃比の他、燃料添加弁１４を通じて排気中に供給される還元成分の量を併せて反映し、排気中の酸化成分（酸素（Ｏ₂）等）と還元成分（炭化水素（ＨＣ）等）の量を直接的に示す指標となる。このように、酸素濃度センサ６０又は酸素濃度センサ７５の検出信号に基づいて算出される排気中の酸化成分と還元成分の成分比率を、便宜上、排気の空燃比（Ａ／Ｆ_EHT）という。ちなみに、燃料添加弁１４を通じて還元剤が多くなるほど、機関燃焼に供される混合気の空燃比Ａ／Ｆに対し排気の空燃比が相対的に低くなる（リッチ化する）。一方、燃料添加弁１４を通じて供給される還元剤の量が「０」である場合、機関燃焼に供される混合気の空燃比と排気の空燃比とは略等しくなる。酸素濃度センサ６０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０と電気的に接続されている。
【００２５】
ＥＣＵ５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ、タイマーカウンタ９５等からなる論理演算回路を備える。このように構成されたＥＣＵ５０は、例えば燃料噴射弁１３の開閉弁動作に関する制御等、エンジン１の運転状態に関する各種制御を実行する。
【００２６】
なお、ＥＣＵ５０は、燃料添加弁１４やＮＯｘ触媒等と併せて、エンジン１の排気浄化装置を構成する。
【００２７】
〔ＮＯｘ触媒の機能〕
上述したように、ＮＯｘ触媒はＮＯｘ吸蔵剤と貴金属触媒とによって構成される。
【００２８】
ＮＯｘ吸蔵剤は、排気中の酸素濃度が高い状態ではＮＯｘを吸蔵（保持）し、排気中の酸素濃度が低い状態（還元成分の濃度が高い状態）ではＮＯｘを放出する特性を有する。また、排気中にＮＯｘが放出されたとき、排気中にＨＣやＣＯ等が存在していれば、貴金属触媒がこれらＨＣやＣＯの酸化反応を促すことで、ＮＯｘを酸化成分、ＨＣやＣＯを還元成分とする酸化還元反応が両者間で起こる。すなわち、ＨＣやＣＯはＣＯ₂やＨ₂Ｏに酸化され、ＮＯｘはＮ₂に還元される。
【００２９】
一方、ＮＯｘ吸蔵剤は排気中の酸素濃度が高い状態にあるときでも所定の限界量のＮＯｘを吸蔵すると、それ以上ＮＯｘを吸蔵しなくなる。エンジン１では、燃料添加を通じて排気通路４０の触媒ケーシング４１上流に断続的に還元成分が供給され、排気中の還元成分の濃度が高まる。ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵剤）のＮＯｘ吸蔵量が限界量に達する前に、この還元成分がＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを周期的に放出および還元浄化することになり、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力を回復させることになる。
【００３０】
〔Ｓ処理制御の概要〕
機関運転の継続に伴い、燃料に含まれる硫黄成分を起源とする硫黄成分が、ＮＯｘ触媒に蓄積する（所謂硫黄被毒が生じる）。ＮＯｘ触媒に蓄積する硫黄成分を除去するための処理として、ＥＣＵ５０は、硫黄処理（Ｓ処理）制御を実行する。Ｓ処理制御は、燃料添加弁１４の駆動制御や、エンジン１の燃焼状態の制御等を通じ、ＮＯｘ触媒の晒される排気の空燃比Ａ／Ｆ_EHTと、ＮＯｘ触媒の温度との関係によって定義づけられる特定条件を成立させるものである。
【００３１】
図２は、Ｓ処理制御の実行中に観測される排気の空燃比Ａ／Ｆ_EHT（図２（ａ））と、ＮＯｘ触媒の温度（図２（ｂ））とを、同一時間軸上に示すタイムチャートの一例である。
【００３２】
Ｓ処理制御の実行要求があると（時刻ｔ１）、ＥＣＵ５０は、燃料添加を通じて供給される噴霧状態の燃料がＮＯｘ触媒に対して効率的に作用するように、排気の空燃比Ａ／Ｆ_EHTを所定の目標値（以下、空燃比前処理値という）αまで低下させる（リッチ化する）前処理を行う。この前処理としては、例えばスロットル弁３１を絞り、燃焼室２０に導入される空気を減量する制御を行えばよい。また、燃料噴射弁１３を通じた燃料噴射のタイミングや量の制御を前処理として行うこともできる。例えば、機関出力を得るために圧縮上死点近傍で主たる燃料噴射を行う他、これと異なるタイミングで副燃料噴射を行うことで、排気の空燃比Ａ／Ｆ_EHTを低下させる（リッチ化する）ことができる（図２（ａ））。なお、前処理が実行されると、排気の空燃比Ａ／Ｆ_EHTがリッチ化されるばかりでなく、排気中の未燃燃料成分が触媒ケーシング４１内で反応し、ＮＯｘ触媒の床温が所定値（例えば５００℃程度）Ｔ１まで上昇する（図２（ｂ））。
【００３３】
前処理によって排気の空燃比Ａ／Ｆ_EHTが空燃比前処理値αに達した後（時刻ｔ２）、実際に硫黄を放出させる処理（Ｓ放出処理）が開始される（時刻ｔ３）。Ｓ放出処理の開始に伴い、燃料添加弁１４を通じて断続的な燃料添加が実行される。これにより、排気の空燃比Ａ／Ｆ_EHTがリッチ（Ａ／Ｆ_EHT＝β）とリーン（Ａ／Ｆ_EHT＝α）との間で変動を繰り返すようになる（図２（ａ））。また、添加燃料が触媒ケーシング４１内で酸化する際に発生する反応熱により、ＮＯｘ触媒の床温ＴＣＡＴは所定値（例えば７００℃程度）Ｔ２まで上昇し、その後は、概ね一定の値を保持する（図２（ｂ））。
【００３４】
ＮＯｘ触媒に蓄積されている硫黄成分の放出され易さは、主に触媒温度（ＴＣＡＴ）と、ＮＯｘ触媒が晒されている排気の空燃比Ａ／Ｆ_EHTとに関係している。一般には、排気の空燃比Ａ／Ｆが低くなる（リッチ化される）ほど、又は触媒温度ＴＣＡＴが高くなるほど、硫黄成分は効率的に放出されるようになる。
【００３５】
〔Ｓ処理制御に含まれる処理内容〕
次に、Ｓ処理制御（Ｓ放出処理及び前処理）に含まれる処理内容について、説明する。
【００３６】
ＥＣＵ５０は、Ｓ放出処理を実行する必要性を認識した場合、前処理において排気の空燃比Ａ／Ｆ_EHTの目標値となる空燃比前処理値αを、エンジン１の運転条件（燃料噴射量Ｑやエンジン回転数ＮＥ等）に応じて決定する。燃料添加を通じたＳ放出処理を効率的に行うといった観点から、空燃比前処理値αはできるだけ低い値（リッチ寄りの値）に設定されている方が好ましい。しかし、例えばエンジン１の負荷（燃料噴射量Ｑ）が高くなるほど、又はエンジン回転数ＮＥが高くなるほど、空燃比Ａ／Ｆのリッチ化に必要な燃料の量（燃料噴射量Ｑ）は増大する。また、燃料噴射量Ｑが高くなるほど、又はエンジン回転数ＮＥが高くなるほど、空燃比Ａ／Ｆを高める（リッチ化する）ことによる排気中のスモーク発生の懸念が大きくなる（エンジン１の燃焼状態が不安定になり易くなる）。
【００３７】
このため、空燃比前処理値αは、燃費の悪化やスモークの発生を抑制する観点と、燃料添加を通じたＳ放出処理を効率的に行うといった観点とを併せ考量し、運転条件に応じた最適値を選択するのが好ましい。例えば、燃料噴射量Ｑが多くなるほど、又はエンジン回転数ＮＥが高くなるほど、空燃比前処理値αを大きな値（リーン寄りの値）にすればよい。
【００３８】
本実施の形態において、ＥＣＵ５０は、エンジン１の運転条件に基づいて空燃比前処理値αを規定できるように、例えば図３に示すマップ上の座標に対応するデータを利用する。
【００３９】
図３に示すように、マップ上に設定される複数の運転領域には、適合領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅと不適合領域Ｆとが含まれる。マップ上には、各適合領域Ａ〜Ｅに対応する空燃比前処理値Ａ／Ｆ_EHTが設定されている。エンジン１の運転条件が適合領域Ａ〜Ｅにある場合、ＥＣＵ５０は前処理及びＳ放出処理の実行を原則的に許可する。
【００４０】
ＥＣＵ５０は、エンジン１の運転条件が属する運転領域（又はマップ上の座標）に応じ、Ｓ放出処理（燃料添加）によって排気通路４０に供給される燃料の総量を調整する。例えば、ＥＣＵ５０は、エンジン１の運転条件が適合領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの何れかに属している場合、燃料噴射量Ｑ又はエンジン回転数ＮＥが低くなるほど、燃料添加によって排気通路４０に供給される燃料の総量が小さくなるようにＳ放出処理の実行時間を短くする。一方、燃料噴射量Ｑが多くなるほど、又はエンジン回転数ＮＥが高くなるほど、燃料添加によって排気通路４０に供給される燃料の総量が大きくなるようにＳ放出処理の実行時間を長くする（図４（ａ）参照）。硫黄成分をＮＯｘ触媒から放出させる上で同等の効果を得るために、空燃比前処理値αが高いほど（リーン寄りであるほど）、より多量の燃料を排気通路４０に添加することが必要になるからである（図４（ｂ）参照）。
【００４１】
一方、エンジン１の運転条件が不適合領域Ｆにある場合、ＥＣＵ５０は前処理及びＳ放出処理の実行を原則的に禁止する。
【００４２】
つまり、エンジン１に採用される制御構造においては、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比Ａ／Ｆ_EHTがある程度リッチ側（空燃比前処理値α）に保持され、またその温度がある程度高い値に保持されていることを、Ｓ放出処理を実行するための前提条件としている。ところが、図３に示すマップ上の座標が不適合領域Ｆにある場合、例えば以下の不具合が発生する。
（１）Ｓ放出処理を実行してＮＯｘ触媒から有意な量の硫黄成分を放出させることができるように、空燃比Ａ／Ｆをリッチ化した場合、エンジン１の燃焼状態が不安定となり、スモークの発生する懸念が生じる（高負荷又は高回転領域における不具合）。
（２）前処理又はＳ放出処理に伴う燃料の消費量が大きすぎる（高負荷又は高回転領域における不具合）。
（３）添加燃料が排気通路４０の壁面に付着し、ＮＯｘ触媒に到達しない（低負荷又は低回転領域における不具合）。
【００４３】
このような事情から、図３に示すマップ上の座標が不適合領域Ｆにある場合、前処理の実行及びＳ放出処理の実行を原則的に禁止する。また、Ｓ放出処理の実行中にエンジン１の運転条件が適合領域Ａ〜Ｅから外れた場合にも、原則的に前処理及びＳ放出処理の実行を禁止する。
【００４４】
しかし、エンジン１の運転条件が不適合領域Ｆのうち所定の領域（以下、準適合領域という）にある場合であって、且つ、所定の条件（以下、許可条件という）が成立する場合、所定時間（以下、条件付き許可時間という）に限れば、前処理又はＳ放出処理を実行しても、上記（１）〜（３）の不具合が生じないか、又は排気浄化の効果として上記（１）〜（３）の不具合を相殺する効果を期待できることが、発明者らによって確認されている。
【００４５】
例えば、機関燃焼に供される混合気の空燃比Ａ／Ｆをリッチ側に移行する（前処理を実行する）と、燃焼状態が不安定になり、排気中のスモーク発生量が増大する。しかし、触媒ケーシング４１に収容されたパティキュレートは、所定量のスモークを吸収することができる。このため、ＥＣＵ５０は、マップ上における不適合領域Ｆの一部（適合領域Ｅとの境界に相当する部分）を準不適合領域Ｆ′とする。そして、エンジン１の運転条件が適合領域Ｅから準不適合領域Ｆ′に移行した場合、短時間（条件付き許可時間）に限り、前処理及びＳ放出処理を継続する制御構造を採用する。ただし、エンジン１の負荷（燃料噴射量Ｑ）が比較的高い条件下やエンジン回転数ＮＥが比較的高い条件下では、排気流速が高くなる傾向があり、発生したスモークが速やかに触媒ケーシング４１に移送されるため、条件付き許可時間を比較的長い時間に設定する。これに対し、エンジン１の負荷（燃料噴射量Ｑ）が比較的低い条件下やエンジン回転数ＮＥが比較的低い条件下では、排気流速が低くなる傾向があり、前処理を長く継続すると、発生したスモークが触媒ケーシング４１の上流において排気通路４０の壁面に付着しやすくなる。このため、条件付き許可時間は比較的短い時間に設定する。
【００４６】
〔Ｓ放出処理の具体的な手順〕
図５は、本実施の形態にかかるＳ放出処理の具体的な手順（ルーチン）を示すフローチャートである。本ルーチンは、エンジン１の始動後、ＥＣＵ５０を通じて所定時間毎に繰り返し実行される。
【００４７】
本ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ５０は先ずステップＳ１０１において、エンジン１の運転状態を反映する各種情報（例えば燃料噴射量Ｑやエンジン回転数ＮＥ等）を取得する。
【００４８】
続くステップＳ１０２においては、現在、Ｓ放出処理の要求があるか、言い換えればＮＯｘ触媒に所定量を上回る硫黄成分が蓄積しているか否かを判断する。同ステップＳ１０２における判断が肯定である場合、ＥＣＵ５０はステップＳ１０３に移行し、その判断が否定である場合、ＥＣＵ５０は本ルーチンを一旦抜ける。なお、現時点でＳ放出処理が行われておらず、その必要性も認められないような状況のみならず、現時点までＳ放出処理が行われ、既に十分な量の硫黄成分がＮＯｘ触媒から放出されたような状況にあっても、ステップＳ１０２において否定の判断がなされる。
【００４９】
ステップＳ１０３においてＥＣＵ５０は、エンジン１の運転条件が適合領域Ａ〜Ｅ（図３参照）に属するか否かを判断する。ここで、Ｓ放出処理の要求が生じると、本ルーチンを通じて実行されるＳ放出処理とは別途に前処理が実行され、エンジン１の運転条件が適合領域に誘導される。ここで、ステップＳ１０３における判断が肯定である場合、ＥＣＵ５０はステップＳ２０１に進み、Ｓ放出処理（燃料添加を通じた排気通路４０への断続的な燃料の供給）を開始又は継続する。
【００５０】
一方、ステップＳ１０３における判断が否定である場合、エンジン１の運転条件が準適合領域Ｆ′に属し（Ｓ１０４）、且つ、所定の許可条件が成立した場合（Ｓ１０５）に限り、条件付き許可時間ＣＴ１内を限度として燃料添加を継続する（Ｓ１０９）。ここで、前回のルーチンにおいてエンジン１の運転条件が適合領域Ａ〜Ｅ又は準適合領域Ｆ′に属していたこと等を、許可条件としておくのがよい。また、ステップＳ１０６において設定及び変更される条件付き許可時間ＣＴ１は、例えば燃料噴射量Ｑ、ンジン回転数ＮＥ、又は排気の空燃比Ａ／Ｆ_EHT等に基づいて決定するのが好ましい。
【００５１】
なお、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２００において時間計測用カウンタのカウント値（最新値）ＣＴを「１」づつインクリメントし、ステップＳ２０２，Ｓ３０３，Ｓ４０１において同カウンタのカウント値を「０」にリセットするといった操作を行う。この結果、エンジン１の運転条件が準適合領域Ｆ′に移行した後、燃料添加の継続時間（カウント値ＣＴ）が条件付き許可時間ＣＴ１を上回った場合（Ｓ１０７）、燃料添加が中止される（Ｓ３０１，Ｓ３０２）。
【００５２】
このようにして、本実施の形態にかかるエンジン１の排気浄化装置は、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を適宜放出させ、同触媒の排気浄化機能を管理する（回復させる）。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態にかかるエンジン１の排気浄化装置は、Ｓ放出処理の実行中、エンジン１の運転条件が適合領域から不適合領域に移行した場合、特定の条件が成立する場合（エンジン１の運転条件が準適合領域Ｆ′に属し、且つ、許可条件が成立し、且つ、条件付き許可時間ＣＴ１内である場合）に限り、Ｓ放出処理を継続する。燃料（還元剤）の消費量を節約する観点、排気特性を良好な状態に保持する観点、さらにＮＯｘ触媒の機能を長期に亘って維持する観点から総体的に判断した場合、エンジン１の運転条件が適合領域から外れたからといって、その度にＳ放出処理を中断するよりも、特定の条件下であれば、同処理を継続した方が有利であるからである。
【００５４】
なお、本実施の形態において、マップ（図３）上の適合領域、不適合領域及び準不適合領域は、エンジン１の運転条件（燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転数ＮＥ）に基づいて規定したものといえるが、エンジン１の運転条件によって決定づけられるパラメータ（ＮＯｘ触媒に流入する排気の状態：本実施の形態では排気の空燃比）によって規定されたものであるともいえる。
【００５５】
〔変形例〕
本実施の形態では、Ｓ放出処理の要求に応じ、前処理の積極的に行って排気の空燃比Ａ／Ｆ_EHTを空燃比前処理値αに合致させ、Ｓ放出処理を実行するようにした。しかし、前処理の実行の有無に関わらず、排気の空燃比Ａ／Ｆ_EHTが空燃比前処理値αに合致する期間を受動的に選択してＳ放出処理を行うこともできる。
【００５６】
また、マップ上の各領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｆ′に対応する排気の空燃比Ａ／Ｆ_EHTの目標値αの代替パラメータとして、排気中の酸化成分（例えば酸素）の量、還元成分の量（例えばＨＣ濃度）、機関燃焼に供される空燃比Ａ／Ｆ、燃料噴射量Ｑ、エンジン回転数ＮＥ、ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度又はＮＯｘ触媒の床温等の目標値を採用しても、本実施の形態に準ずる効果が得られる。
【００５７】
また、本実施の形態のように、エンジン１の運転条件が準不適合領域にある場合、（Ａ）前処理及びＳ放出処理の両方を継続する、といった制御構造に準じ、（Ｂ）前処理を中断しＳ放出処理のみを継続する、（３）前処理のみを継続しＳ放出処理は中断する、といった制御構造も採用することもできる。また、これら（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のうち何れかの処理を状況（マップ上の座標）に応じて適宜選択する制御構造を採用することもできる。
【００５８】
また、本実施の形態では、前処理やＳ放出処理の実行時に、燃料噴射量Ｑ又はエンジン回転数ＮＥが高いほど、又は、空燃比前処理値αが高いほど（リーン寄りであるほど）、燃料添加によって排気通路４０に供給される燃料の総量が大きくなるようにＳ放出処理の実行時間を長くする制御構造を採用した（図４（ａ），図４（ｂ）参照）。これに対し、燃料添加によって排気通路４０に供給される燃料の総量が大きくなるように時間当たり燃料添加量を増大する制御構造を採用することもできる。
【００５９】
また、排気中のＮＯｘを還元する特性と排気中の硫黄成分を堆積させる特性とを有するものであれば、他の物質も、本実施の形態で説明したＮＯｘ触媒の代替物となり得る。
【００６０】
また、ディーゼルエンジンばかりでなく、概ねＡ／Ｆ＝２０を上回るリーンな空燃比Ａ／Ｆを採用して運転される他の内燃機関にも、本発明を適用することができる。
【００６１】
追記として、上記実施の形態から把握される請求項に記載した発明以外の技術思想をその作用効果とともに記す。
（Ｉ）内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒を備えて、該ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる硫黄放出処理を行う機能を有する排気浄化装置であって、前記硫黄放出処理の要求がある場合において、前記硫黄放出処理の実行に適合する条件であって、当該機関の運転条件、及び前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の状態のうち少なくとも一方によって規定される適合条件が成立した場合と、前記適合条件が成立しない場合であって且つ特定の条件が成立した場合とに、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気中の還元成分量を増大する還元成分増大手段を備える排気浄化装置。
【００６２】
ここで、還元成分量とは、少なくとも、排気中の還元成分の濃度を意味する場合と、絶対量を意味する場合とがある。
【００６３】
前記還元成分増大手段の機能に基づいて、前記硫黄放出処理を行う場合、
・ＮＯｘ触媒に流入する排気の状態、例えば排気の空燃比や排気の温度等が所定の範囲にある条件下で、効率的な硫黄放出処理が行われる。
・また、ＮＯｘ触媒に流入する排気の状態を、効率的な硫黄放出処理を行うに適した状態にするには、燃焼に供される混合気の性状、例えば空燃比を所定範囲に制御するのが好ましい。
・ここで、上記効率的な硫黄放出処理を行うに適した状態は、硫黄放出処理に要する還元成分の量を抑制すること、又は、硫黄放出処理の実行に伴う排気特性の悪化を招かないこと、等の観点から規定される。
・つまり、原則的には、ＮＯｘ触媒に流入する排気の状態が、効率的な硫黄放出処理を行うに適した状態にあるときに限り、硫黄放出処理を行うのが好ましい。
・しかし、例えば硫黄放出処理の実行中、ＮＯｘ触媒に流入する排気の状態が、効率的な硫黄放出処理を行うに適した状態から外れた場合であっても、所定の条件下、所定の時間内であれば、その処理を中断せずに継続した方が、長期的な観点から（総体的な観点から）硫黄放出処理の効率を高めることになる。
・すなわち、上記構成によれば、硫黄放出処理に要する還元成分の量を抑制し、又は、硫黄放出処理の実行に伴う排気特性の悪化を抑制することができる。
（ＩＩ）なお、上記構成に基づく効果をより顕著なものとするために、当該機関の燃焼に供される混合気の空燃比を制御する制御手段を備えるのが好ましい。
【００６４】
同構成によれば、空燃比制御手段を通じて前記適合条件を積極的に成立させることができる。
（ＩＩＩ）また、前記適合条件は、排気の空燃比、機関燃焼に供される混合気の空燃比、機関燃焼に供される燃料の供給量、機関回転数及び排気の温度のうち、少なくとも一のパラメータに基づいて規定されるのが好ましい。
（ＩＶ）また、排気の空燃比が所定値以下であることを前記適合条件とするのが好ましい。
（Ｖ）また、排気の空燃比が高いほど、前記還元成分増大手段によって増大する排気中の還元成分量を多くするのが好ましい。この場合、とくに前記排気中の還元成分量が増大される時間を長くするのが好ましい。
（ＶＩ）また、前記適合条件が成立する場合、機関回転数が高いほど、又は機関燃焼に供される燃料の供給量が多いほど、前記排気中の還元成分量を増大する時間が長くなるようにするのが好ましい。
（ＶＩＩ）また、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気の状態が前記適合条件から外れた後、所定時間内であることが、前記特定の条件に含まれるのが好ましい。
（ＶＩＩＩ）また、前記所定時間は、機関回転数、機関燃焼に供される燃料の供給量、機関燃焼に供される混合気の空燃比、及び排気の空燃比のうち、少なくとも一のパラメータに基づいて設定されるのが好ましい。
（ＩＸ）また、前記所定時間は、機関回転数が高いほど、機関燃焼に供される燃料の供給量が多いほど、又は排気の空燃比が高いほど、長く設定されるのが好ましい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の装置又は方法によれば、硫黄放出処理に要する還元成分の量を抑制し、又は、硫黄放出処理の実行に伴う排気特性の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるディーゼルエンジンシを示す概略構成図。
【図２】Ｓ処理制御中に観測される排気の空燃比とＮＯｘ触媒の温度とを、同一時間軸上に示すタイムチャート。
【図３】Ｓ放出処理の実行を許可する運転条件及び禁止する運転条件等を規定するマップ。
【図４】エンジン回転数又は空燃比前処理値と、硫黄放出処理に必要な燃料添加量との関係を示すグラフ。
【図５】Ｓ放出処理の具体的な手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ディーゼルエンジン
１０燃料供給系
１１サプライポンプ
１２コモンレール
１３燃料噴射弁
１４燃料添加弁（還元成分増大手段の主な構成要素）
２０燃焼室
３０吸気通路
３１スロットル弁
４０排気通路
４１触媒ケーシング
５０電子制御ユニット（ＥＣＵ）
６０，６１酸素濃度センサ
Ｐ１機関燃料通路
Ｐ２添加燃料通路

Claims

内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
該ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる処理を行う硫黄放出処理手段と、
機関燃焼に供される混合気の空燃比又は排気の空燃比が、当該機関の運転条件に対応する値として、前記硫黄放出処理の実行に適合する領域にあるか、適合しない領域にあるかを判断する判断手段と、
前記硫黄放出処理の要求があるときに、前記機関燃焼に供される混合気の空燃比又は排気の空燃比が前記硫黄放出処理の実行に適合する領域にある場合、及び前記硫黄放出処理の実行に適合する領域から適合しない領域に移行したのち所定時間内である場合に、前記硫黄を放出させる処理を許可する許可手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記機関燃焼に供される混合気の空燃比又は排気の空燃比は、当該機関の運転条件に対応する値としては、機関燃焼に供される燃料の供給量が多いほど、又は機関回転数が大きいほど、高い値に設定される
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒を管理するＮＯｘ触媒の管理方法であって、
排気の空燃比が所定値以下に保持されている条件下で、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気に還元剤を供給することにより、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる処理の実行中、前記排気の空燃比が所定値より高くなった場合であっても、所定時間内は前記還元剤の供給を継続する
ことを特徴とするＮＯｘ触媒の管理方法。