(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒に堆積した硫黄成分を、排気空燃比をリッチにすることにより還元浄化して排出する硫黄被毒回復制御を行う内燃機関の制御装置において、
上記排気浄化触媒は、排気中のＮＯｘを吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを還元して放出することによって処理するＮＯｘ吸蔵還元型の触媒であり、
上記硫黄被毒回復制御の開始後、上記排気浄化触媒内において硫黄成分の堆積位置が移動しその堆積位置が所定位置に達するまでは排気空燃比を所定値未満に設定する強リッチ制御を行い、上記排気浄化触媒内における硫黄成分の堆積位置が上記所定位置に達した時点で、排気空燃比を所定値未満にする強リッチ制御および排気空燃比を所定値以上にする弱リッチ制御の何れかを排気浄化触媒の温度に応じて選択する構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
上記排気浄化触媒内における硫黄成分の堆積位置が上記所定位置に達した時点において、排気浄化触媒の温度が所定値を超えている場合には弱リッチ制御が選択される一方、排気浄化触媒の温度が所定値以下である場合には強リッチ制御が選択されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の内燃機関の制御装置において、
上記排気浄化触媒の温度に応じて強リッチ制御および弱リッチ制御の何れかを選択する動作は、排気浄化触媒内での硫黄成分の移動により、その硫黄成分の堆積量が最も多い位置が、排気浄化触媒内における排気ガス流れ方向中央部に達した時点で行われることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の内燃機関の制御装置において、
上記排気浄化触媒の内部における硫黄成分の移動量は、強リッチ制御が行われている期間の長さに基づいて求められ、この強リッチ制御が行われている期間の長さが長いほど、硫黄成分の移動量が大きいものとして求められることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１、２または３記載の内燃機関の制御装置において、
上記排気浄化触媒の内部における硫黄成分の移動量は、強リッチ制御が行われている期間の長さおよび排気浄化触媒の温度に基づいて求められ、この強リッチ制御が行われている期間の長さが長いほど、および、排気浄化触媒の温度が高いほど、硫黄成分の移動量が大きいものとして求められることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記排気浄化触媒の温度が所定値を越えていることで弱リッチ制御が選択された場合、排気浄化触媒の温度が高いほど排気空燃比を高く設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記排気浄化触媒の温度が所定値以下であることで強リッチ制御が選択された場合、排気浄化触媒の温度が低いほど排気空燃比を低く設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（以下、「エンジン」という場合もある）の制御装置に係る。特に、本発明は、排気系に設けられた排気浄化触媒の性能を回復させるための制御の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば自動車等に搭載されるエンジンの排気系には、排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害成分を無害化するための排気浄化触媒が設けられている。また、この排気浄化触媒の浄化能力を回復させるための制御を実行することが知られている（一例として下記の特許文献１を参照）。【０００３】
例えばディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という場合もある）の排気浄化触媒としては、酸素濃度の高い（空燃比のリーンな）排気中のＮＯｘを処理するためのＮＯｘ吸蔵還元型の触媒（ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：ＮＳＲ触媒）が公知である。このＮＳＲ触媒は、排気の空燃比がリーンな状態でＮＯｘを吸蔵し、空燃比のリッチ化に伴ってＮＯｘを放出するとともに、このＮＯｘを、排気中のＨＣ、ＣＯ等の還元剤成分と反応させて無害化するものである。【０００４】
また、一般にディーゼルエンジンにおいてはその燃焼行程において、燃料（軽油）や潤滑油に含まれる硫黄成分の酸化物（ＳＯｘ）も生成される。このＳＯｘは硫酸塩などの化学的に安定な物質としてＮＯｘ吸蔵材に蓄積されるので、その蓄積量の増大にともなってＮＯｘ吸蔵能力が徐々に低下することになる（所謂「硫黄被毒」と呼ばれるもので、以下、「Ｓ被毒」ともいう）。【０００５】
そこで、ＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ蓄積量が所定の閾値に達すれば、そのＳＯｘを放出させることによって、ＮＯｘ吸蔵能力を回復させる制御（以下、「Ｓ被毒回復制御」ともいう）が行われる。これは、例えば下記の特許文献２や特許文献３に開示されているように、まず空燃比のリーンな状態で排気系への燃料の供給やポスト噴射を行い、その酸化反応熱によって触媒床温を所定値以上に上昇させた状態で、空燃比をリッチ化させてＮＳＲ触媒を還元雰囲気にすることにより、ＮＯｘ吸蔵材からＳＯｘを放出させて還元浄化するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２６２９９２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９０９２号公報
【特許文献３】特開２０１０−２２３０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述したＳ被毒回復制御において、空燃比をリッチ化させてＮＳＲ触媒からＳＯｘを放出させる場合において、これまで、ＮＳＲ触媒から単位時間当たりに放出される硫黄成分（Ｈ2ＳやＳＯ2として放出される硫黄成分）の放出速度（単位時間当たりの放出量）や、上記空燃比をリッチ化させる際の燃料消費率に鑑みられた空燃比の最適化に関する提案は未だなされていない。【０００８】
本発明の発明者らは、Ｈ2ＳやＳＯ2の放出速度が高くなって、排気エミッションの適正化が図れなくなったり、排気ガス中における臭気ガスの割合が多くなって排気ガスの臭気の悪化が著しくなったりすることを回避すること、および、空燃比をリッチ化させる際の燃料消費率を改善することの両立に鑑み、本発明に至った。【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、Ｓ被毒回復制御における空燃比の最適化を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
−発明の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、ＮＳＲ触媒等の排気浄化触媒のＳ被毒回復制御において、触媒内部で硫黄成分の移動量が所定量に達した後には、触媒温度に応じて排気空燃比を変更するようにしている。これにより、触媒温度が高い状況においてＨ2ＳやＳＯ2の放出速度が高くなってしまったり、触媒温度が低い状況においてＳ被毒回復制御が長期化して燃料消費率が十分に改善できなくなってしまったりするといった状況を回避できるようにしている。【００１１】
−解決手段−
具体的に、本発明は、内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒に堆積した硫黄成分を、排気空燃比をリッチにすることにより還元浄化して排出する硫黄被毒回復制御を行う内燃機関の制御装置を前提とする。ここでの排気浄化触媒は、排気中のＮＯｘを吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを還元して放出することによって処理するＮＯｘ吸蔵還元型の触媒である。この内燃機関の制御装置に対し、上記硫黄被毒回復制御の開始後、上記排気浄化触媒内において硫黄成分の堆積位置が移動しその堆積位置が所定位置に達するまでは排気空燃比を所定値未満に設定する強リッチ制御を行い、上記排気浄化触媒内における硫黄成分の堆積位置が上記所定位置に達した時点で、排気空燃比を所定値未満にする強リッチ制御および排気空燃比を所定値以上にする弱リッチ制御の何れかを排気浄化触媒の温度に応じて選択する構成としている。
【００１２】
具体的には、上記排気浄化触媒内における硫黄成分の堆積位置が上記所定位置に達した時点において、排気浄化触媒の温度が所定値を超えている場合には弱リッチ制御が選択される一方、排気浄化触媒の温度が所定値以下である場合には強リッチ制御が選択される構成としている。
【００１３】
硫黄被毒回復制御において、排気浄化触媒に堆積している硫黄成分を、排気空燃比をリッチにすることで排気浄化触媒から離脱される際、この排気浄化触媒から離脱した硫黄成分は、この排気浄化触媒の内部を、排気流れ方向の上流側から下流側に向かって移動していくことになる。そして、この排気浄化触媒からの硫黄成分の離脱速度（単位時間当たりにおける硫黄成分の離脱量）は、排気浄化触媒の温度が高いほど、また、排気空燃比が低いほど（リッチ度合いが高いほど）高くなる。このため、排気浄化触媒の温度が高い状態で排気空燃比が低い状態（強リッチ）であると、排気浄化触媒から排出される硫黄成分（Ｈ2ＳやＳＯ2）の単位時間当たりにおける排出量が多くなって、排気エミッションの悪化や、排気ガスの臭気の悪化が懸念される状況となる。このため、本解決手段では、排気浄化触媒内において硫黄成分の堆積位置が移動しその堆積位置が所定位置に達した時点、つまり、排気浄化触媒から硫黄成分が排出され始める可能性のある時点において、排気浄化触媒の温度が所定値を超えている場合には弱リッチ制御が選択され、これによって、排気浄化触媒から排出される硫黄成分の単位時間当たりにおける排出量を抑制し、排気エミッションの悪化や、排気ガスの臭気の悪化を抑制するようにしている。
【００１４】
一方、排気浄化触媒の温度が所定値以下である場合に、排気空燃比が高い状態（弱リッチ）であると、排気浄化触媒に堆積した硫黄成分の略全量が排出されるまでに要する時間が長くなり、この長い時間、排気空燃比をリッチ状態に維持せねばならなくなって燃料消費率の悪化を招いてしまうことになる。このため、本解決手段では、排気浄化触媒内において硫黄成分の堆積位置が移動しその堆積位置が所定位置に達した時点では、排気浄化触媒の温度が所定値以下である場合には強リッチ制御が選択され、これによって、排気浄化触媒に堆積した硫黄成分の排出を促進させ、硫黄成分の略全量が排出されるまでに要する時間の短縮化を図って燃料消費率の改善が図れるようにしている。
【００１５】
このように、本解決手段では、排気浄化触媒内において硫黄成分の堆積位置が移動しその堆積位置が所定位置に達した時点で、排気浄化触媒の温度に応じて排気空燃比を選択していることにより、排気エミッションの改善、排気ガスの臭気の悪化の防止、燃料消費率を改善を図ることができる。
【００１６】
また、排気浄化触媒内において硫黄成分の堆積位置が移動しその堆積位置が所定位置に達するまでは強リッチ制御が行われるため、硫黄被毒回復制御の開始後、比較的短時間のうちに、硫黄成分が離脱されて排気浄化触媒内での移動が開始されることになる。このため、硫黄被毒回復制御に要する時間の短縮化を図ることもできる。
【００１７】
より具体的に、上記排気浄化触媒の温度に応じて強リッチ制御および弱リッチ制御の何れかを選択する動作は、排気浄化触媒内での硫黄成分の移動により、その硫黄成分の堆積量が最も多い位置が、排気浄化触媒内における排気ガス流れ方向中央部に達した時点で行われるようにしている。【００１８】
硫黄被毒回復制御の開始時点にあっては、排気浄化触媒内部おいて硫黄成分の堆積量が最も多い位置としては、排気ガス流れ方向上流端部となっている。そして、硫黄被毒回復制御が実行され、堆積量が最も多い位置が、排気浄化触媒の排気ガス流れ方向上流端部から排気ガス流れ方向中央部に達した時点では、その後、還元浄化された硫黄成分（Ｈ2ＳやＳＯ2）が排気浄化触媒から排出される可能性がある。このため、この時点で、排気浄化触媒の温度に応じて排気空燃比を選択（強リッチ制御または弱リッチ制御を選択）しておき、仮に排気浄化触媒の温度が所定値を越えている場合であっても、弱リッチ制御を選択することで、単位時間当たりにおけるＨ2ＳやＳＯ2の排出量を抑制して、排気エミッションの悪化や、排気ガスの臭気の悪化を防止することができる。【００１９】
上記排気浄化触媒の内部における硫黄成分の移動量を推定する動作として、具体的には以下のものが挙げられる。【００２０】
まず、上記排気浄化触媒の内部における硫黄成分の移動量を、強リッチ制御が行われている期間の長さに基づいて求め、この強リッチ制御が行われている期間の長さが長いほど、硫黄成分の移動量を大きいものとして求めるものである。【００２１】
また、上記排気浄化触媒の内部における硫黄成分の移動量を、強リッチ制御が行われている期間の長さおよび排気浄化触媒の温度に基づいて求め、この強リッチ制御が行われている期間の長さが長いほど、および、排気浄化触媒の温度が高いほど、硫黄成分の移動量を大きいものとして求めるものである。【００２２】
これらにより、硫黄成分の移動量を正確に求めることが可能となり、排気浄化触媒の温度に応じて強リッチ制御と弱リッチ制御との何れかを選択するタイミングの適正化を図ることができる。【００２３】
上記排気空燃比を所定値以上にする弱リッチ制御として、より具体的には、以下のように排気空燃比が調整される。つまり、上記排気浄化触媒の温度が所定値を越えていることで弱リッチ制御が選択された場合、排気浄化触媒の温度が高いほど排気空燃比を高く設定する。【００２４】
また、上記排気空燃比を所定値未満にする強リッチ制御として、より具体的には、以下のように排気空燃比が調整される。つまり、上記排気浄化触媒の温度が所定値以下であることで強リッチ制御が選択された場合、排気浄化触媒の温度が低いほど排気空燃比を低く設定する。【００２５】
このようにして弱リッチ制御および強リッチ制御において排気浄化触媒の温度に応じて排気空燃比を調整することにより、上述した排気浄化触媒からの硫黄成分の離脱速度の最適化や、燃料消費率の最適化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、排気浄化触媒の温度に応じて、排気空燃比を所定値未満にする強リッチ制御および排気空燃比を所定値以上にする弱リッチ制御の何れかを選択するようにしている。このため、排気エミッションの改善、排気ガスの臭気の悪化の防止、燃料消費率を改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその制御系統の概略構成を示す図である。
【図２】ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。
【図３】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】インジェクタの燃料噴射制御を説明する図であって、図４（ａ）はＳ被毒回復制御のリーン期間での燃料噴射の態様を、また、図４（ｂ）はリッチ期間での燃料噴射の態様をそれぞれ示す図である。
【図５】Ｓ被毒回復制御の基本動作を説明する図であって、排気空燃比、触媒床温、ＮＳＲ触媒からのＳＯｘ放出率、ＮＳＲ触媒のＳＯｘ残量それぞれの変化の一例を示すタイミングチャート図である。
【図６】Ｓ被毒回復制御開始時点におけるＮＳＲ触媒内部での硫黄成分の堆積分布の一例を示す図である。
【図７】Ｓ被毒回復制御開始後におけるＮＳＲ触媒内部での硫黄成分の堆積分布の変化の一例を示す図である。
【図８】Ｓ被毒回復制御のリッチ期間における制御手順を示すフローチャート図である。
【図９】排気空燃比リッチ期間とＮＳＲ触媒内部における硫黄成分の移動距離との関係の一例を示す図である。
【図１０】排気空燃比リッチ期間および触媒床温とＮＳＲ触媒内部における硫黄成分の移動距離との関係の一例を示す図である。
【図１１】Ｓ被毒回復制御において硫黄成分の移動後における触媒床温と目標排気空燃比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
【００２９】
−エンジンの構成−
まず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１およびその制御系統の概略構成図である。また、図２は、ディーゼルエンジン１の燃焼室３およびその周辺部を示す断面図である。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されており、このうち燃料供給系２は、全ての気筒に共通のコモンレール２２と各気筒毎のインジェクタ（燃料噴射弁）２３とを備えた、所謂コモンレールシステムである。
【００３１】
上記コモンレール２２には、図示省略の燃料タンクから汲み上げられてサプライポンプ２１（図３参照）によって昇圧された燃料が供給される。コモンレール２２は、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インジェクタ２３（図１では右端のものにのみ符号を付す）に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。
【００３２】
また、上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、燃料添加弁２６に供給する。この燃料添加弁２６は、ＥＣＵ１００による添加制御動作により、必要に応じて排気系７へ燃料を添加する電子制御式の開閉弁により構成されている。
【００３３】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３には吸気管６４が接続されて、吸気通路を構成している。吸気通路には、吸気の流れの上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６２が配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力する。
【００３４】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に排気管７３が接続されて排気通路を構成している。この排気通路には一例として酸化触媒７４と、ＮＯｘ吸蔵還元型の排気浄化触媒であるＮＳＲ（ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒７５と、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）７６とが備えられている。なお、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＦ７６の代わりにＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）触媒を用いてもよい。
【００３５】
上記ＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、且つ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。即ち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記インジェクタ２３からの燃料噴射動作（アフター噴射、ポスト噴射）や吸気絞り弁６２の開度制御によって行うようになっている。
【００３６】
また、ＤＰＦ７６は、例えば多孔質セラミック構造体で成り、排気ガスが多孔質の壁を通過する際に、この排気ガス中に含まれるＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）を捕集するようになっている。このＤＰＦ７６には、ＤＰＦ再生運転時に、上記捕集したＰＭを酸化・燃焼するための触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
【００３７】
ここで、エンジン１の燃焼室３およびその周辺部の構成について、図２を用いて説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（図の例では４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。
【００３８】
ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部に取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。
【００３９】
上記ピストン１３は、コネクティングロッド１８によってエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。
【００４０】
また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
【００４１】
上記シリンダヘッド１５には、上記吸気ポート１５ａおよび上記排気ポート７１がそれぞれ形成されているとともに、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６および排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射する。
【００４２】
さらに、図１に示す如く、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１によって連結されたタービンホイール５２およびコンプレッサホイール５３を備えている。コンプレッサホイール５３は吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３内部に臨んで配置されている。そして、ターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行う。
【００４３】
また、ターボチャージャ５（コンプレッサホイール５３）よりも吸気の流れの下流側において吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。なお、本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構５４（図３参照）が設けられており、この可変ノズルベーン機構５４の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
【００４４】
さらにまた、このエンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気マニホールド７２（ＮＳＲ触媒７５よりも排気の流れの上流側の排気通路：上流側排気通路）の集合部付近から分岐して高圧の排気の一部を取り出し、吸気マニホールド６３および吸気管６４の接続部付近（吸気絞り弁６２よりも下流側の吸気通路）へ還流させるもので、以下、高圧ＥＧＲ通路８という。また、この高圧ＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路８を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ（ＥＧＲ弁）８１が設けられている。
【００４５】
また、このエンジン１には、上記高圧ＥＧＲ通路８の他に、ＤＰＦ７６よりも下流側の排気通路から分岐して比較的低圧の排気の一部を取り出し、ターボチャージャ５（コンプレッサホイール５３）よりも上流側の吸気通路へ還流させる低圧ＥＧＲ通路８３も設けられている。この低圧ＥＧＲ通路８３により、大量の排気をより低圧で吸気系に還流させることができる。低圧ＥＧＲ通路８３にも高圧ＥＧＲ通路８と同様のＥＧＲバルブ８４が設けられている。また、この低圧ＥＧＲ通路８３には、還流される排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ８５も設けられている。なお、図示の符号８６は、低圧ＥＧＲ通路８３への排気の還流を促す際に開度が小さくされる排気絞り弁である。
【００４６】
−センサ類−
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、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００４７】
例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内の吸気絞り弁６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２は吸気絞り弁６２の開度を検出する。吸気圧センサ４８は、吸気絞り弁６２の下流側に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、インタークーラ６１の下流側に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。
【００４８】
また、Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４ａ，４４ｂはそれぞれ、酸化触媒７４の上流側およびＮＳＲ触媒７５の下流側に配設され、排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。なお、Ａ／Ｆセンサの配設位置としては、酸化触媒７４の上流側のみとしてもよいし、ＮＳＲ触媒７５の上流側としてもよいし、ＮＳＲ触媒７５の下流側のみとしてもよい。
【００４９】
同様に排気温センサ４５ａ，４５ｂはそれぞれ、酸化触媒７４の上流側およびＮＳＲ触媒７５の下流側に配設され、排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。なお、排気温センサの配設位置も、酸化触媒７４の上流側のみとしてもよいし、ＮＳＲ触媒７５の上流側としてもよいし、ＮＳＲ触媒７５の下流側のみとしてもよい。
【００５０】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。図３に示すように、ＥＣＵ１００の入力回路には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４ａ，４４ｂ、排気温センサ４５ａ，４５ｂ、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９が接続されている。さらに、入力回路には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。
【００５１】
一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、上記サプライポンプ２１、インジェクタ２３、吸気絞り弁６２、ＥＧＲバルブ８１，８４、および、上記ターボチャージャ５の可変ノズルベーン機構（可変ノズルベーンの開度を調整するアクチュエータ）５４が接続されている。
【００５２】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値に基づき、必要に応じて上記ＲＯＭに記憶された各種マップを参照して、エンジン１の各種制御を実行する。一例としてＥＣＵ１００は、インジェクタ２３による燃料噴射制御（噴射量・噴射時期の制御）、吸気絞り弁６２の開度（スロットル開度）の制御、ＥＧＲバルブ８１，８４の開度の制御等を含むエンジン１の各種制御を実行する。
【００５３】
例えばインジェクタ２３の燃料噴射制御としては、図４（インジェクタ２３に対する燃料噴射指令信号波形）に示すようにパイロット噴射やメイン噴射（主としてエンジン１のトルク生成に寄与する燃料噴射）の他、必要に応じてアフター噴射やポスト噴射を実行する。公知のようにパイロット噴射は、メイン噴射に先立って噴射した少量の燃料を燃焼させることにより、引き続いてメイン噴射される燃料の着火遅れを抑制して、安定した拡散燃焼に導くためのものである。
【００５４】
また、メイン噴射は一般的にエンジン１のトルク発生のための噴射動作であり、その噴射量は基本的には、エンジン回転速度（エンジン回転数）、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えばエンジン回転速度（クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転速度；エンジン回転数）が高いほど、また、アクセル開度（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほどエンジン１への要求トルクは高くなり、それに応じてメイン噴射量が多く設定される。
【００５５】
具体的な燃料噴射形態の一例としては、各気筒毎の圧縮上死点前に上記パイロット噴射（インジェクタ２３に形成された複数の噴孔からの燃料噴射）が実行され、燃料噴射が一旦停止された後、所定のインターバルを経て圧縮上死点近傍にて上記メイン噴射が実行される。これにより燃料が自己着火によって燃焼し、この燃焼により発生したエネルギは、ピストン１３を下死点に向かって押し下げる運動エネルギ（エンジン出力となるエネルギ）、燃焼室３内を温度上昇させる熱エネルギ、シリンダブロック１１やシリンダヘッド１５を経て外部（例えば冷却水）に放熱される熱エネルギとなる。
【００５６】
なお、燃料噴射を実行する際の噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、および、エンジン回転速度（機関回転速度）が高くなるほど高いものとされる。この目標レール圧は例えば上記ＲＯＭに記憶された燃圧設定マップに従って設定される。
【００５７】
なお、アフター噴射やポスト噴射は、後述するようにＮＯｘ還元制御やＳ被毒回復制御において、排気の空燃比（排気Ａ／Ｆ）を調整したり、ＮＳＲ触媒７５やＤＰＦ７６の温度を上昇させたりするのに利用される。
【００５８】
さらに、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じて吸気絞り弁６２やＥＧＲバルブ８１，８４の開度を制御し、吸気（新気）の量や排気の還流量（ＥＧＲガス量）を調整する。この制御は、予め実験やシミュレーション等によって作成されてＲＯＭに記憶されている吸気量マップやＥＧＲマップに基づいて行われる。一例としてエンジン１への要求トルクやエンジン回転速度の上昇に伴い、吸気絞り弁６２の開度は大きくなりＥＧＲバルブ８１，８４の開度は小さくなる。
【００５９】
また、本実施形態では、Ｓ被毒回復制御において排気の空燃比（排気Ａ／Ｆ）をリッチ側、リーン側に切り替える際に、リッチ側（リッチ期間）では吸気絞り弁６２の開度を小さくするとともに適宜、ＥＧＲガスを還流させて吸気（新気）量を減少させる一方、リーン側（リーン期間）では吸気絞り弁６２の開度を大きくして吸気量を増大させ、ＥＧＲガスは還流させないようにしている。排気Ａ／Ｆをリッチ側とリーン側とで切り替える際の動作としてはこれに限定されるものではない。
【００６０】
−内燃機関の制御装置の制御動作−
以下に、本実施形態の内燃機関の制御装置によるＮＯｘ還元制御およびＳ被毒回復制御についてそれぞれ説明する。まず、ＮＯｘ還元制御について簡単に説明した後に、本実施形態の特徴とするＳ被毒回復制御について詳細に説明する。
【００６１】
（ＮＯｘ還元制御）
一般的にディーゼルエンジン１においては、大部分の運転領域で排気の空燃比はリーン空燃比となり、通常の運転状態ではＮＳＲ触媒７５の周囲雰囲気は酸素濃度の高い状態になって、排気中のＮＯｘがＮＳＲ触媒７５に吸蔵される。そして、ＮＳＲ触媒７５の周囲雰囲気が低酸素濃度となる状況は非常に少ないため、ＮＯｘの吸蔵量は徐々に増大し、これに連れてＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵能力が低下してゆく。
【００６２】
そこで、エンジン運転状態などに基づいて推定されるＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値（ＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前の適値）に達した場合に、インジェクタ２３からのポスト噴射によって排気中に燃料を供給することにより、その空燃比（排気Ａ／Ｆ）を一時的にリッチ化させて、還元剤成分（ＨＣ等）の量を増大させる。これにより、ＮＳＲ触媒７５の周囲が還元雰囲気になって吸蔵されているＮＯｘが放出され、還元浄化されることで、ＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵能力が回復する。
【００６３】
なお、上記ＮＯｘ吸蔵量の推定手法としては、エンジン回転速度とインジェクタ２３からの燃料噴射量とに応じたＮＯｘ吸蔵量を予め実験やシミュレーションにより求めてマップ化しておき、このマップにより求められるＮＯｘ吸蔵量を積算するという方法が挙げられる。また、前回のＮＯｘ還元制御終了時点からの車両走行距離、または、総燃料噴射量からＮＯｘ吸蔵量を推定するといった方法も挙げられる。
【００６４】
（Ｓ被毒回復制御）
次に、本実施形態の特徴とするＳ被毒回復制御について説明する。上記したＮＯｘ還元制御ではＮＳＲ触媒７５に流入する排気の空燃比を瞬間的にリッチ化することで、吸蔵されているＮＯｘを放出させることはできるが、ＮＳＲ触媒７５では、ＮＯｘを吸蔵するのと同様のメカニズムで硫黄成分（ＳＯｘ）の吸着が生じている。一旦、吸着されたＳＯｘはＮＯｘよりも離脱し難いので、上記のＮＯｘ還元制御が行われてもＳＯｘは離脱せずに、次第にＮＳＲ触媒７５内に蓄積されていく。
【００６５】
より詳しくは、Ｓ被毒のメカニズムはおよそ以下のとおりである。まず、エンジン１の燃焼室３内で燃料や潤滑油が燃焼するときには、二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）などのＳＯｘが生成される。そして、ＮＳＲ触媒７５に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気中のＳＯ2やＳＯ3等のＳＯｘが白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、例えば硫酸イオンの形態でＮＳＲ触媒７５に吸着される。
【００６６】
こうしてＮＳＲ触媒７５に吸着された硫酸イオンは、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ4）を形成するが、これは硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）に比して安定していて分解され難い。このため、上記ＮＯｘ還元制御などによってＮＳＲ触媒７５に流入する排気の酸素濃度が低くなっても、硫酸塩は分解されずにＮＳＲ触媒７５内に残留し、時間とともに蓄積されてゆく。
【００６７】
そうしてＮＳＲ触媒７５における硫酸塩（ＢａＳＯ4）の蓄積量が増加するほど、ＮＯｘの吸蔵に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少することになるので、ＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵能力が低下して、ＮＯｘ浄化率を低下させる原因となる（Ｓ被毒）。なお、ＮＳＲ触媒７５内におけるＳＯｘの蓄積量の計測は、前回のＳ被毒回復制御の終了時点からのインジェクタ２３の総燃料噴射量と燃料中における硫黄濃度とに基づいて行われる。
【００６８】
上記のようなＳ被毒を解消する方法として、ＮＳＲ触媒７５の雰囲気温度をおよそ６００〜７００℃（または５５０〜７００℃）の高温域まで昇温させるとともに、ＮＳＲ触媒７５に流入する排気の酸素濃度を低くする（排気空燃比をリッチにする）ことにより、ＮＳＲ触媒７５に吸着されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）を熱分解して、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させ、気体状のＳＯ2等に還元する方法が挙げられる。
【００６９】
本実施形態では、上述したアフター噴射やポスト噴射と吸気絞り弁６２およびＥＧＲバルブ８１，８４の開度の制御とによって、排気の空燃比をリッチ、リーンに切り替えて、Ｓ被毒の解消を図るようにしている。具体的には、リーンな排気中ではポスト噴射された燃料がＮＳＲ触媒７５において酸化し、その反応熱によってＮＳＲ触媒７５の床温度が効果的に上昇する。その後、空燃比をリッチ側に切り替えてＮＳＲ触媒７５に還元剤成分を供給する。
【００７０】
以下、上記した図４の他に図５も参照して、Ｓ被毒回復制御の動作についてより詳細に説明する。図５は、Ｓ被毒回復制御実行時における排気空燃比、触媒床温、ＮＳＲ触媒７５からのＳＯｘ放出率（クランクシャフトの単位回転角度当たりのＳＯｘ放出量）、ＮＳＲ触媒７５のＳＯｘ残量それぞれの変化の一例を示すタイミングチャート図である。
【００７１】
Ｓ被毒回復制御では、排気空燃比をリーンに設定するリーン期間と、排気空燃比をリッチに設定するリッチ期間とが交互に現れ、そのリーン期間においてＮＳＲ触媒７５の床温を、ＳＯｘの離脱が可能になる温度（硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）を熱分解できる温度）まで上昇させる。一方、リッチ期間では、排気空燃比をリッチにすることで、ＮＳＲ触媒７５からＳＯｘを離脱させ、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて還元浄化する。
【００７２】
一例として、上記リーン期間からリッチ期間への切り替えタイミングは、ＮＳＲ触媒７５の床温度が、ＳＯｘを離脱させるのに十分な温度（例えば６８０℃）に達した時点としている。一方、リッチ期間からリーン期間への切り替えタイミングは、ＮＳＲ触媒７５の床温度が所定温度（例えば５５０℃）まで低下した時点としている。このようにリーン期間とリッチ期間とが切り替えられて、交互に繰り返されることにより、ＮＳＲ触媒７５からＳＯｘが離脱されていく。なお、上記各温度はこれらに限定されるものではなく、適宜設定される。
【００７３】
より具体的には上記図４も参照すると、Ｓ被毒量（ＳＯｘの蓄積量）が所定値に達してＳ被毒回復制御が開始された場合、まず、図４（ａ）に示すように空燃比のリーン期間において、メイン噴射の実行後、気筒の膨張行程の後半（例えばＡＴＤＣ１００〜１３０°ＣＡ）でポスト噴射が実行され、触媒床温が上昇する。このポスト噴射では燃料が燃焼室３内では燃焼せず、高温下で熱分解されて排気通路に流れ、ＮＳＲ触媒７５を通過しながら酸化されることで、触媒床温を効果的に上昇させる。
【００７４】
こうしてＮＳＲ触媒７５の床温度が上昇して所定温度（例えば６８０℃）に達すると、リーン期間からリッチ期間に切り替えられる（図５におけるタイミングＴ１）。このリッチ期間では、図４（ｂ）に示すように、メイン噴射の後に、筒内で燃料が燃焼するようなタイミング（例えばＡＴＤＣ３０〜６０°ＣＡ）で燃料をアフター噴射し、パイロット噴射およびメイン噴射と合わせた総噴射量を増量する。
【００７５】
同時に吸気絞り弁６２の開度が所定開度まで小さくされて、吸気（新気）の量が減少するので、上記燃料の総噴射量の増量と併せて空燃比を理論空燃比よりもリッチ（例えばＡ／Ｆで１４．３以下）にすることができ、これにより排気の空燃比も理論空燃比よりもリッチになる。このリッチ期間における排気空燃比の制御の詳細については後述する。
【００７６】
なお、アフター噴射された燃料の燃焼によるトルクの増分は、吸気絞り弁６２の開度の減少によって相殺される。言い換えると、トルク変動が生じないようにアフター噴射の量およびタイミング、並びに吸気絞り弁６２の開度が互いに対応づけて予め実験やシミュレーションにより適合され、マップとしてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。
【００７７】
そうしてリッチ期間においては、ＮＳＲ触媒７５の床温度が十分に上昇（ＳＯｘの離脱を可能にする温度まで上昇）されている状態で排気空燃比がリッチになり、ＮＳＲ触媒７５からＳＯｘが離脱される。すなわち、図５のＳＯｘ放出率のグラフに示すようにＮＳＲ触媒７５からＳＯｘが放出され、ＮＳＲ触媒７５におけるＳＯｘ残量は次第に減少していく。同時にリッチ期間においてはＮＳＲ触媒７５の床温度が次第に低下していき、その床温度が所定温度（例えば５５０℃；排気Ａ／Ｆを後述する強リッチにしてもＳＯｘを放出できない温度）に達すると、リッチ期間からリーン期間に切り替えられる（タイミングＴ２）。
【００７８】
このようにして、ＮＳＲ触媒７５の床温度が５５０〜７００℃の高温域に維持されたまま、その床温度の変化に応じて排気の空燃比がリッチ、リーンに切り替えられることで、ＮＳＲ触媒７５からＳＯｘが次第に放出されていき、このＮＳＲ触媒７５におけるＳＯｘの蓄積量（ＳＯｘ残量）が減少していく。そして、ＳＯｘ蓄積量が所定量未満になると、Ｓ被毒回復制御は終了する。
【００７９】
なお、ＮＳＲ触媒７５からのＳＯｘ放出量の計測は、ＮＳＲ触媒７５の床温度と上記リッチ期間とに基づいて行われる。つまり、ＮＳＲ触媒７５の床温度が高いほど、また、上記リッチ期間が長いほどＳＯｘ放出量は多くなっていくので、これらＮＳＲ触媒７５の床温度とリッチ期間とを計測していくことにより、ＳＯｘ放出量が求められることになる。そして、このＳＯｘ放出量が、Ｓ被毒回復制御開始時におけるＳＯｘ吸着量（インジェクタ２３の総燃料噴射量と燃料中における硫黄濃度とに基づいて計測されたＳＯｘの吸着量）に略一致すると、ＮＳＲ触媒７５内のＳＯｘの略全量が放出されたとしてＳ被毒回復制御が終了することになる。
【００８０】
以上が、Ｓ被毒回復制御の基本動作である。
【００８１】
（Ｓ被毒回復制御のリッチ期間の空燃比制御）
本実施形態の特徴は、上記リッチ期間における空燃比の制御にある。以下、このリッチ期間における空燃比の制御の概要について説明する。
【００８２】
まず、このリッチ期間の開始時には、上記アフター噴射の噴射量を多く設定することで、排気空燃比のリッチ度合いを高く設定する（本発明でいう硫黄被毒回復制御の開始時における強リッチ制御）。また、このアフター噴射の噴射量を多く設定することと、上記吸気絞り弁６２の開度を小さくすることとを併用して排気空燃比のリッチ度合いを高く設定するようにしてもよい。ここでは、排気空燃比（目標排気空燃比）を「１３．９」以下に設定する。例えば「１３．５」に設定する。この値はこれに限定されるものではない。以下、この排気空燃比を含むリッチ度合いが高い空燃比（排気空燃比１３．９以下）を「強リッチ」と呼ぶこととする。なお、この強リッチの範囲の排気空燃比の下限値は例えば「１３．１」となっている。この値もこれに限定されるものではない。一方、この強リッチの範囲での排気空燃比よりも高い空燃比（リーン側の空燃比）であって理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（例えば排気空燃比が１３．９〜１４．３の間（１３．９を超えて１４．３までの範囲）の空燃比）を以下では「弱リッチ」と呼ぶこととする。これら強リッチおよび弱リッチそれぞれにおける排気空燃比の範囲は上述したものには限定されず適宜設定される。
【００８３】
このようにしてリッチ期間の開始時に排気空燃比を強リッチにすることにより、ＮＳＲ触媒７５からのＳＯｘの離脱が促進されることになる。これは、Ｓ被毒回復制御の早期終了に寄与する。この場合、ＮＳＲ触媒７５の温度（触媒床温）に関わりなく、排気空燃比は強リッチに設定される。
【００８４】
また、Ｓ被毒回復制御が開始された時点におけるＮＳＲ触媒７５中におけるＳＯｘの堆積分布としては、ＮＳＲ触媒７５の前端部（排気ガスの流れ方向の上流側端部）が最も堆積量が多く、後端部（排気ガスの流れ方向の下流側端部）に向かうに従って堆積量は次第に少なくなっている。つまり、ＮＳＲ触媒７５中におけるＳＯｘの堆積量が最も多い領域（以下、「堆積量ピーク位置」という場合もある）はＮＳＲ触媒７５の前端部となっている。図６は、Ｓ被毒回復制御開始時点におけるＮＳＲ触媒７５内部での硫黄成分（ＳＯｘ）の堆積分布の一例を示している。このように、ＮＳＲ触媒７５中におけるＳＯｘの堆積分布としては、ＮＳＲ触媒７５の前端部が最も堆積量が多くなっており、後端部に向かって堆積量は次第に低くなっている。
【００８５】
そして、上記Ｓ被毒回復制御が開始されて上記リッチ期間が継続されると、ＮＳＲ触媒７５の吸蔵材料に堆積しているＳＯｘは離脱されていき、ＮＳＲ触媒７５の後端部に向かって流れる始めることになる。これにより、ＮＳＲ触媒７５中における堆積量ピーク位置はＮＳＲ触媒７５の前端部から後端部に向かって次第に移動していくことになる。
【００８６】
図７は、Ｓ被毒回復制御開始後におけるＮＳＲ触媒内部での硫黄成分の堆積分布の変化の一例を示している。Ｓ被毒回復制御開始時にあっては、ＮＳＲ触媒７５中における堆積量ピーク位置はＮＳＲ触媒７５の前端部であったのに対し（図中の破線を参照）、Ｓ被毒回復制御開始後にあっては、ＳＯｘがＮＳＲ触媒７５の吸蔵材料から離脱されることによって、硫黄成分がＮＳＲ触媒７５の後端部に向かって流れることになり、図中に実線で示すように、堆積量ピーク位置はＮＳＲ触媒７５の長手方向（排気ガスの流れ方向の）の中央位置に達する。なお、この状態にあっては、ＮＳＲ触媒７５の吸蔵材料から一旦離脱された硫黄成分の一部が吸蔵材料に再付着している。
【００８７】
そして、Ｓ被毒回復制御が継続されると、更に硫黄成分がＮＳＲ触媒７５の後端部に向かって流れることになって、図中に一点鎖線で示すように、堆積量ピーク位置はＮＳＲ触媒７５の後端位置付近に達し、その後、硫黄成分は還元処理された状態で（Ｈ2ＳやＳＯ2として）ＮＳＲ触媒７５から排出されることになる。
【００８８】
このように、Ｓ被毒回復制御が継続される場合、堆積量ピーク位置がＮＳＲ触媒７５の長手方向の中央位置に達した時点では、未だＮＳＲ触媒７５からのＨ2ＳやＳＯ2の排出は行われないか、または、排出量は僅かである。これに対し、堆積量ピーク位置がＮＳＲ触媒７５の長手方向の後端位置付近に達した時点では、ＮＳＲ触媒７５からＨ2ＳやＳＯ2の排出が開始されることになる。そして、この単位時間当たりのＨ2ＳやＳＯ2の排出量（排出速度）は、触媒床温および排気Ａ／Ｆに左右されることになる。つまり、触媒床温が高いほど、また排気Ａ／Ｆが小さいほど（リッチであるほど）Ｈ2ＳやＳＯ2の排出速度は高くなる。
【００８９】
この点に鑑み、本実施形態にあっては、上記堆積量ピーク位置（ＳＯｘの堆積分布が最も高い位置）が所定位置（例えばＮＳＲ触媒７５の長手方向（排気ガスの流れ方向の）の中央位置）まで移動した時点で、ＮＳＲ触媒７５の温度（床温）に応じた排気空燃比制御が開始される。この排気空燃比制御は、ＮＳＲ触媒７５の温度が高いほど排気空燃比のリッチ度合いを低くするようにしている。具体的には、ＮＳＲ触媒７５の温度が所定値（例えば６５０℃）を超えている場合には、排気空燃比を上記弱リッチに設定するようにしている（本発明でいう弱リッチ制御）。これにより、ＮＳＲ触媒７５からのＨ2ＳやＳＯ2の排出速度が適正化される（排出速度が高くなり過ぎることを防止する）ようにしている。また、ＮＳＲ触媒７５の温度が所定値（例えば６５０℃）以下である場合には、排気空燃比を上記強リッチに設定する（本発明でいう強リッチ制御）。これにより、ＮＳＲ触媒７５からの硫黄成分の排出速度が低くなり過ぎることを防止して、リッチ期間の長期化に伴う燃料消費率の悪化を回避するようにしている。
【００９０】
なお、上記ＮＳＲ触媒７５の温度（触媒床温）は、エンジン１の運転状態や、上記排気温センサ４５ａ，４５ｂによって検出される排気ガスの温度等に基づいて推定される。また、センサを用いてＮＳＲ触媒７５の温度を直接的に計測するようにしてもよい。
【００９１】
また、ＮＳＲ触媒７５の温度が所定値以下である際に、排気空燃比を強リッチに設定する場合においては、ＮＳＲ触媒７５の温度が低いほど（上記排気Ａ／Ｆを強リッチにしてもＳＯｘを放出できない温度（例えば５５０℃）よりも高い温度範囲内でＮＳＲ触媒７５の温度が低いほど）排気空燃比を強リッチ度合いを高める（排気空燃比を小さくする）ようにしてもよい。また、ＮＳＲ触媒７５の温度が所定値を超えている際に、排気空燃比を弱リッチに設定する場合においては、ＮＳＲ触媒７５の温度が高いほど排気空燃比を弱リッチ度合いを高める（排気空燃比を大きくする）ようにしてもよい。
【００９２】
以下、本実施形態のＳ被毒回復制御における上記リッチ期間での制御手順について図８のフローチャートに沿って説明する。このフローチャートはＳ被毒回復制御の開始後、所定期間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎、または、クランクシャフトの所定回転角度毎）に実行される。
【００９３】
まず、ステップＳＴ１において、ＮＳＲ触媒７５の床温（触媒床温）が所定値α以上となっているか否かを判定する。この所定値αは、上記リーン期間からリッチ期間への切り替えタイミングを規定する値、つまり、排気空燃比をリッチにした場合にＮＳＲ触媒７５からの硫黄成分の放出を良好に行うことができる値であって例えば上記６８０℃に設定されている。この値はこれに限定されるものではなく、適宜設定される。
【００９４】
触媒床温が所定値α未満である場合には、未だ触媒床温がリッチ期間への切り替え温度に達していないとして、ステップＳＴ１でＮＯ判定され、ステップＳＴ１３に移って、リーン期間制御を実行する。つまり、メイン噴射の実行後にポスト噴射を実行することにより、触媒床温を効果的に上昇させる制御を行う（図４（ａ）に示す燃料噴射態様を参照）。
【００９５】
一方、触媒床温が所定値α以上であり、ステップＳＴ１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ２に移り、予めＥＣＵ１００に記憶されているＳ堆積位置移動フラグがＯＮとなっているか否かを判定する。このＳ堆積位置移動フラグは、Ｓ被毒回復制御の実行に伴って上記堆積量ピーク位置（ＳＯｘの堆積分布が最も高い位置）がＮＳＲ触媒７５の長手方向（排気ガスの流れ方向の）の中央位置まで移動した時点でＯＮされ、Ｓ被毒回復制御が終了すると（ＮＳＲ触媒７５内のＳＯｘの略全量が放出されたとしてＳ被毒回復制御が終了すると）ＯＦＦされるものである。Ｓ被毒回復制御の開始時点では、上記堆積量ピーク位置はＮＳＲ触媒７５の前端部であるため、Ｓ堆積位置移動フラグはＯＦＦとなっている。
【００９６】
Ｓ堆積位置移動フラグがＯＦＦであって、ステップＳＴ２でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ３に移り、ＮＳＲ触媒７５の内部における硫黄成分の堆積位置（Ｓ堆積位置）の推定を行う。このＳ堆積位置の推定として具体的には、ＮＳＲ触媒７５中における上記堆積量ピーク位置を推定するものであって、Ｓ被毒回復制御の開始時点にあっては、上述した如く、ＮＳＲ触媒７５の前端部（排気ガスの流れ方向の上流側端部）が堆積量ピーク位置となっている。一方、Ｓ被毒回復制御が開始された後にあっては、上述した如く、ＮＳＲ触媒７５中においてＳＯｘの堆積分布が変化していくため（図７を参照）、リッチ期間の長さに応じて堆積量ピーク位置が推定されることになる。このリッチ期間の長さと、堆積量ピーク位置との関係は予め実験により求められている。図９は、リッチ期間の積算時間と硫黄成分の移動距離（上記堆積量ピーク位置の移動距離に対応）との関係を示す図である。このようにリッチ期間の積算時間が長いほど硫黄成分の移動距離は長くなり、上記堆積量ピーク位置が、ＮＳＲ触媒７５の後端側に移動していくことになる。
【００９７】
また、この硫黄成分の移動距離は、リッチ期間の長さだけでなく、触媒床温によっても変化するため、この触媒床温によって硫黄成分の移動距離を推定するようにしてもよい。つまり、触媒床温が高いほど効果的に硫黄成分の離脱が行われるため、硫黄成分の移動距離は長くなる。図１０は、リッチ期間の積算時間および触媒床温と硫黄成分の移動距離との関係を示す図である。このようにリッチ期間の積算時間が長いほど、また、触媒床温が高いほど硫黄成分の移動距離は長くなり、上記上記堆積量ピーク位置が、ＮＳＲ触媒７５の後端側に移動していくことになる。
【００９８】
このようにしてＮＳＲ触媒７５の内部におけるＳ堆積位置の推定（堆積量ピーク位置の推定）を行った後、ステップＳＴ４に移り、Ｓ堆積位置が所定位置まで移動したか否かを判定する。この所定位置としては、例えば、ＮＳＲ触媒７５における排気ガス流れ方向の中央位置が挙げられる。つまり、図７に実線で示す硫黄成分の堆積分布になったか否かを、このステップＳＴ４で判定している。
【００９９】
Ｓ堆積位置が所定位置まで未だ移動しておらず、ステップＳＴ４でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ５に移り、目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）を強リッチに設定する。例えば、排気Ａ／Ｆが１３．５となるようにアフター噴射での噴射量制御や、吸気絞り弁６２の開度制御を行う。この場合におけるアフター噴射での噴射量や、吸気絞り弁６２の開度は、予め実験やシミュレーションによって、上記強リッチが得られるように求められている。この場合に設定される目標排気Ａ／Ｆは、触媒床温に関わりなく設定される。
【０１００】
このようにして目標排気Ａ／Ｆを強リッチに設定した状態で、ステップＳＴ３に戻り、再び、ＮＳＲ触媒７５の内部におけるＳ堆積位置の推定を行う。この場合の推定動作は上述した場合と同様である。
【０１０１】
このようにして、ＮＳＲ触媒７５の内部におけるＳ堆積位置が所定位置に達するまで（ステップＳＴ４でＹＥＳ判定されるまで）目標排気Ａ／Ｆが強リッチに固定されることになる。
【０１０２】
そして、ＮＳＲ触媒７５の内部におけるＳ堆積位置が所定位置に達し、ステップＳＴ４でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ６に移って上記Ｓ堆積位置移動フラグをＯＮにし、ステップＳＴ７においてＮＳＲ触媒７５の床温（触媒床温）が所定値β以下であるか否かを判定する。この所定値βは、ＮＳＲ触媒７５の内部におけるＳ堆積位置が所定位置に達した後に、目標排気Ａ／Ｆを設定するためのものであって、例えば６５０℃に設定されている。この値はこれに限定されるものではなく、適宜設定される。
【０１０３】
触媒床温が所定値βを超えており、ステップＳＴ７でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ８に移り、目標排気Ａ／Ｆを弱リッチに設定する。例えば、排気Ａ／Ｆが１４．２となるようにアフター噴射での噴射量制御や、吸気絞り弁６２の開度制御を行う。この場合におけるアフター噴射での噴射量や、吸気絞り弁６２の開度は、予め実験やシミュレーションによって、上記弱リッチが得られるように求められている。なお、上述した如く、この場合の排気Ａ／Ｆは、ＮＳＲ触媒７５の温度が高いほど排気空燃比の弱リッチ度合いを高める（排気空燃比を大きくする）ようにしてもよい。
【０１０４】
一方、触媒床温が所定値β以下であってステップＳＴ７でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ９に移り、目標排気Ａ／Ｆを強リッチに設定する。例えば、排気Ａ／Ｆが１３．５となるようにアフター噴射での噴射量制御や、吸気絞り弁６２の開度制御を行う。この場合におけるアフター噴射での噴射量や、吸気絞り弁６２の開度も、予め実験やシミュレーションによって、上記強リッチが得られるように求められている。なお、上述した如く、この場合の排気Ａ／Ｆは、ＮＳＲ触媒７５の温度が低いほど排気空燃比の強リッチ度合いを高める（排気空燃比を小さくする）ようにしてもよい。
【０１０５】
このようにして目標排気Ａ／Ｆを弱リッチまたは強リッチに設定した後、ステップＳＴ１０に移り、ＮＳＲ触媒７５の床温（触媒床温）が所定値γ以下になったか否かを判定する。この所定値γは、上記排気Ａ／Ｆを強リッチに設定したとしても、硫黄成分の還元処理ができない温度であって、例えば５５０℃に設定されている。この値はこれに限定されるものではなく、適宜設定される。
【０１０６】
触媒床温が所定値γを超えており（所定値γを超える触媒床温が維持されており）、ステップＳＴ１０でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ１１に移り、ＮＳＲ触媒７５からのＳ排出量が所定量に達したか否かを判定する。この所定量は、Ｓ被毒回復制御を終了させるためのＳ排出量であって、例えば、Ｓ被毒回復制御の開始時におけるＳＯｘ吸着量に相当する値、または、このＳ被毒回復制御の開始時におけるＳＯｘの蓄積量よりも僅かに小さい値に設定されている。なお、このＮＳＲ触媒７５からのＳ排出量は、上述した如く、触媒床温とリッチ期間の長さとから求められる。
【０１０７】
そして、ＮＳＲ触媒７５からのＳ排出量が所定量に達していない場合は、ステップＳＴ１１でＮＯ判定され、ステップＳＴ７に戻る。つまり、触媒床温に応じて目標排気Ａ／Ｆを強リッチに設定するか弱リッチに設定するかを判断して排気Ａ／Ｆを調整する動作を繰り返す。つまり、触媒床温が所定値βを超えており、目標排気Ａ／Ｆが弱リッチに設定されている状態から、触媒床温が低下して所定値β以下となった場合には、目標排気Ａ／Ｆが強リッチに切り換えるといった制御等が行われることになる。
【０１０８】
一方、ＮＳＲ触媒７５からのＳ排出量が所定量以上に達しており、ステップＳＴ１１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１２においてＳ被毒回復制御の終了処理を行うと共に、上記Ｓ堆積位置移動フラグをＯＦＦにする。すなわち、空燃比のリッチ、リーンの切り替えおよびポスト噴射を停止する。これによりＳ被毒回復制御は終了し、ＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵能力が回復された状態で、通常のエンジン制御に移行する。
【０１０９】
なお、触媒床温に応じて目標排気Ａ／Ｆを強リッチに設定するか弱リッチに設定するかを判断して排気Ａ／Ｆを調整する動作を行っている途中で、ＮＳＲ触媒７５の床温（触媒床温）が所定値γ以下に低下した場合には、排気Ａ／Ｆを強リッチに設定したとしても硫黄成分の還元処理ができないため、ステップＳＴ１０でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ１３に移って、リーン期間制御を実行する。つまり、メイン噴射の実行後にポスト噴射を実行することにより、触媒床温を効果的に上昇させる制御を行う（図４（ａ）に示す燃料噴射態様を参照）。そして、このＮＳＲ触媒７５の床温（触媒床温）が所定値α以上に達すると、ステップＳＴ１でＹＥＳ判定されて、上述したリッチ期間制御が再度実行されることになる。
【０１１０】
以上説明したように、本実施形態では、ＮＳＲ触媒７５から硫黄成分が排出され始める可能性のある時点において、触媒床温が所定値を越えている場合には弱リッチ制御が選択され、これによって、ＮＳＲ触媒７５から排出される硫黄成分の単位時間当たりにおける排出量を抑制し、排気エミッションの悪化や、排気ガスの臭気の悪化を抑制することができる。一方、触媒床温が所定値以下である場合には強リッチ制御が選択され、これによって、ＮＳＲ触媒７５に堆積した硫黄成分の排出を促進させ、硫黄成分の略全量が排出されるまでに要する時間の短縮化を図って燃料消費率の改善を図ることができる。
【０１１１】
また、硫黄被毒回復制御の開始後、堆積量ピーク位置が、ＮＳＲ触媒７５における排気ガス流れ方向の中央位置に達するまでは、強リッチ制御が行われるため、硫黄被毒回復制御の開始後、比較的短時間のうちに、硫黄成分を離脱させることができる。これによっても、硫黄被毒回復制御に要する時間の短縮化を図ることができる。
【０１１２】
−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、自動車に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。また、ガソリンエンジンに対して適用することも可能である。
【０１１３】
また、上記実施形態では、Ｓ被毒回復制御において排気系７に燃料を供給する手段としてインジェクタ２３からのポスト噴射を行うようにしていた。本発明はこれに限らず、排気系７（例えば排気マニホールド７２）に直接的に燃料を供給する上記燃料添加２６から供給される燃料によってＳ被毒回復制御を行う場合にも適用可能である。
【０１１４】
また、上記実施形態では、上記堆積量ピーク位置が、ＮＳＲ触媒７５における排気ガス流れ方向の中央位置に達した時点で、触媒床温に応じて強リッチ制御および弱リッチ制御を選択する場合について説明した。本発明は、これに限ることなく、ＮＳＲ触媒７５から硫黄成分が排出されるまでに、触媒床温に応じて強リッチ制御および弱リッチ制御を選択するようにすればよい。例えば、ＮＳＲ触媒７５における排気ガス流れ方向の長さに対して前端から２／３の距離の位置に上記堆積量ピーク位置が達した時点で、触媒床温に応じて強リッチ制御および弱リッチ制御を選択するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明は、自動車に搭載されるディーゼルエンジンにおいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＳ被毒回復制御に適用可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１              エンジン（内燃機関）
２３            インジェクタ（燃料噴射弁）
３              燃焼室
６２            吸気絞り弁
７              排気系
７５            ＮＳＲ触媒（排気浄化触媒）
１００          ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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