(57)【要約】【課題】  硫黄被毒再生制御後の白煙の発生を抑制した排気浄化装置を提供する。【解決手段】  ＮＯｘ吸蔵剤を含む排気浄化手段が排気通路内に配置されていて、上記ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段の上流側において上記排気通路内へ燃料または還元剤を添加することを含む硫黄被毒再生制御（ステップ１０３）が実施されて上記ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分が放出せしめられる内燃機関の排気浄化装置において、上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時（ステップ１０７）には、上記燃料等の添加を停止した状態で上記排気通路のうちの上記燃料等の添加位置近傍から上記排気浄化手段に到るまでの部分の温度の上昇、維持、または低下抑制を図る硫黄被毒再生後温度制御（ステップ１０９）を予め定めた時間実施した後、通常制御に戻るようにした排気浄化装置を提供する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＮＯｘ吸蔵剤を含む排気浄化手段が排気通路内に配置されていて、上記ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段の上流側において上記排気通路内へ燃料または還元剤を添加することを含む硫黄被毒再生制御が実施されて上記ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分が放出せしめられる内燃機関の排気浄化装置において、
上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、上記燃料または還元剤の添加が停止されている状態で、上記排気通路のうちの上記燃料または還元剤の添加位置近傍から上記排気浄化手段に到るまでの部分の温度を上昇または維持させる、もしくは該部分の温度の低下を抑制するようにする硫黄被毒再生後温度制御を予め定めた時間実施した後、通常制御に戻るようにした排気浄化装置。
【請求項２】
上記硫黄被毒再生後温度制御においては更に、上記排気浄化手段の温度が維持される、または、上記排気浄化手段の温度の低下が抑制される、請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記硫黄被毒再生制御後温度制御における燃料噴射が、圧縮上死点よりも遅らせた主噴射と、該主噴射の直前に行われるパイロット噴射と、上記主噴射の後であって膨張行程の初期において行われるアフター噴射とから成る、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが要求されている。そしてこのような要求に対し、ＮＯｘ吸蔵剤を内燃機関の排気通路に配置する方式の排気浄化装置が提案されている。
【０００３】
このような排気浄化装置に用いられるＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の空燃比が小さくなり、且つ排気ガス中にＨＣやＣＯ等の還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを離脱させ還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用）を有する。そしてこの作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵させ、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵効率が低下した時または低下する前にＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤（燃料）を添加する等して、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘの還元浄化を行うようにしている。
【０００４】
なお、本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「ＮＯｘ吸蔵剤」は、「ＮＯｘ吸収剤」と「ＮＯｘ吸着剤」の両方を含み、前者はＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はＮＯ2等の形で吸着する。また、ＮＯｘ吸蔵剤からの「離脱」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【０００５】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄（Ｓ）成分が含まれている場合があり、この場合には排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれることとなる。排気ガス中にＳＯｘが存在するとＮＯｘ吸蔵剤はＮＯｘの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸蔵を行う。
【０００６】
ところが、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘは比較的安定であり、一般にＮＯｘ吸蔵剤に蓄積されやすい傾向がある。ＮＯｘ吸蔵剤のＳＯｘ蓄積量が増大すると、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵容量が減少して排気ガス中のＮＯｘの除去を十分に行うことができなくなるため、ＮＯｘの浄化効率が低下するいわゆる硫黄被毒の問題が生じる。特に、燃料として比較的硫黄成分を多く含む軽油を使用するディーゼルエンジンにおいてはこの硫黄被毒の問題が生じやすい。
【０００７】
一方、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘについても、ＮＯｘと同じメカニズムで離脱させることが可能であることが知られている。しかし、ＳＯｘは比較的安定した形でＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されるため、通常のＮＯｘの還元浄化制御が行われる温度（例えば２５０℃程度以上）ではＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘを放出等させることは困難である。このため、硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸蔵剤を通常のＮＯｘ還元浄化制御時より高い温度、すなわち硫黄分放出温度（例えば６００℃以上）に昇温し、且つ流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ（以下、単にリッチという）にする硫黄被毒再生制御を定期的に行う必要がある。
【０００８】
そして、このような硫黄被毒再生制御の具体的な方法としては、例えば、機関排気系へ断続的に燃料（還元剤）を添加する方法等が公知となっており（例えば、特許文献１参照）、この方法によればＮＯｘ吸蔵剤が過熱されて熱劣化するのを防止しつつ効率的に硫黄被毒の再生を行うことができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１６６４１５号公報
【特許文献２】特許第２７２７９０６号公報
【特許文献３】特開２００１−１７３４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、上記のような方法、すなわち例えば排気通路内へ燃料（還元剤）を添加する方法によって硫黄被毒再生制御を行った場合、同再生制御後に白煙が排出されるといった問題が生じる場合がある。すなわち、硫黄被毒再生制御中に燃料（還元剤）添加が行われると、添加された燃料（還元剤）の一部は排気通路内面（例えば、排気管内面）等に付着することになるが、硫黄被毒再生制御が終了して通常の状態（通常制御）に戻ると流通する排気ガスの温度が低下するため、硫黄被毒再生制御が終了した時点において排気通路内面等に付着している燃料（還元剤）はその後もそのままの状態で残存する場合がある。このような残存燃料（残存還元剤）が硫黄被毒再生制御後に何らかの要因（例えば、機関負荷の上昇によって排気通路を流通する排気ガスの温度が一時的に上昇すること等）により脱離し浄化されずに大気中へ放出されると、白煙が排出されることになる。
【００１１】
ここで、上述したようなＮＯｘ吸蔵剤は一般に活性化した状態においては酸化機能を有しているので、その温度が充分に高ければ脱離して流入してくる燃料（還元剤）を浄化することが可能である。したがって、上記のような白煙発生の問題は、より詳細には、硫黄被毒再生制御の実施後、上記ＮＯｘ吸蔵剤（あるいは、その下流等に配置された酸化触媒等）の温度が低下した時に上記残存燃料（残存還元剤）の脱離がおきた場合に生じるものと考えられる。
【００１２】
本発明は、上記のような硫黄被毒再生制御後の白煙発生の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、硫黄被毒再生制御において排気通路内への燃料（還元剤）添加が行われる内燃機関の排気浄化装置において、硫黄被毒再生制御後における白煙の発生を抑制するようにした排気浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
１番目の発明は、少なくともＮＯｘ吸蔵剤を含む排気浄化手段が排気通路内に配置されていて、上記ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段の上流側において上記排気通路内へ燃料または還元剤を添加することを含む硫黄被毒再生制御が実施されて上記ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分が放出せしめられる内燃機関の排気浄化装置において、上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、上記燃料または還元剤の添加が停止されている状態で、上記排気通路のうちの上記燃料または還元剤の添加位置近傍から上記排気浄化手段に到るまでの部分の温度を上昇または維持させる、もしくは該部分の温度の低下を抑制するようにする硫黄被毒再生後温度制御を予め定めた時間実施した後、通常制御に戻るようにした排気浄化装置を提供する。
【００１４】
硫黄被毒再生制御において排気通路内へ燃料または還元剤の添加が行われる場合には、添加された燃料または還元剤が排気通路内面（例えば、排気管内面）や上記排気浄化手段の上流側端部部分等に付着して硫黄被毒再生制御後まで残存する場合がある。特に燃料または還元剤の添加位置近傍の排気通路内面には多くの燃料または還元剤が付着して残存する恐れがある。このような残存燃料または還元剤は、硫黄被毒再生制御後に何らかの要因により脱離して浄化されずに大気中へ放出され、白煙排出の原因となる。
【００１５】
１番目の発明によれば、排気通路内への燃料または還元剤の添加が行われる上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、燃料または還元剤が残存している可能性の高い部分、すなわち上記排気通路のうちの上記燃料または還元剤の添加位置近傍から上記排気浄化手段に到るまでの部分の温度を上昇または維持させる、もしくは該部分の温度の低下を抑制するようにする硫黄被毒再生後温度制御が予め定めた時間実施される。これにより、上記部分に付着している燃料または還元剤の蒸発が促進される等して残存燃料または還元剤の低減が図られる。なお、ここで排気通路のうちの上記燃料または還元剤の添加位置近傍から上記排気浄化手段に到るまでの部分とは、例えば上記燃料または還元剤の添加位置近傍から上記排気浄化手段に到るまでの排気管部分のことである。
【００１６】
また、上記硫黄被毒再生後温度制御は、上記硫黄被毒再生制御の直後に連続的に行われるため、上記硫黄被毒再生後温度制御を実施する際には上記排気浄化手段の温度はまだ比較的高い。そのため、上記のように蒸発された燃料または還元剤は上記排気浄化手段に流入して上記ＮＯｘ吸蔵剤の酸化機能によって浄化され得る。
【００１７】
上述のように、１番目の発明によれば、上記硫黄被毒再生後温度制御の実施により上記残存燃料または還元剤を低減することができる。そして上記硫黄被毒再生後温度制御の実施後に通常制御に戻るので、硫黄被毒再生制御後における白煙の発生を抑制することができる。特に、１番目の発明では、多くの燃料または還元剤が付着して残存する恐れがある燃料または還元剤の添加位置近傍の排気通路部分について温度の上昇、維持もしくは温度低下の抑制が図られるので、効果的に上記残存燃料または還元剤を低減し白煙の発生を抑制することができる。また、上記予め定めた時間を適切に設定することで、効率良く且つ充分に上記残存燃料または還元剤の低減を図ることができる。なお、ここで通常制御とは、例えば上記硫黄被毒再生制御やＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘを放出・還元するためのＮＯｘ還元浄化制御、更には堆積した排気微粒子を除去するための排気微粒子除去制御等の特別な制御を行っていない通常時に行われる排気浄化装置の制御を意味する。
【００１８】
２番目の発明では１番目の発明において、上記硫黄被毒再生後温度制御においては更に、上記排気浄化手段の温度が維持される、または、上記排気浄化手段の温度の低下が抑制される。
【００１９】
２番目の発明によれば、上記硫黄被毒再生後温度制御において、上記排気浄化手段の温度が維持される、または、上記排気浄化手段の温度の低下が抑制されるので、上記硫黄被毒再生後温度制御中に上記排気浄化手段に流入してくる燃料または還元剤を上記ＮＯｘ吸蔵剤の酸化機能によって確実に浄化することができる。特に、上記排気浄化手段の温度が維持される場合には、上記排気浄化手段の熱劣化を防止しつつ流入してくる燃料または還元剤をより確実に浄化することができる。また、上記排気浄化手段の温度の低下が抑制される場合には、上記排気浄化手段の温度変化が緩やかになるために、例えば割れの発生等が低減される。
【００２０】
３番目の発明では１番目または２番目の発明において、上記硫黄被毒再生制御後温度制御における燃料噴射が、圧縮上死点よりも遅らせた主噴射と、該主噴射の直前に行われるパイロット噴射と、上記主噴射の後であって膨張行程の初期において行われるアフター噴射とから成る。
【００２１】
このような燃料噴射制御を行うことによって、燃焼室から排出される時点での排気ガスの温度を上昇させることができる。そしてこれにより、上記排気通路のうちの上記燃料または還元剤の添加位置近傍から上記排気浄化手段に到るまでの部分の温度を上昇または維持させることができ、また、該部分の温度の低下を抑制することもできる。また同時に、上記排気浄化手段の温度を維持するようにする、もしくは、上記排気浄化手段の温度の低下を抑制するようにすることも可能である。このように、３番目の発明によれば、簡単な燃料噴射制御によって上記硫黄被毒再生制御後温度制御を実施することができ、１番目または２番目の発明と同様の作用及び効果を得ることができる。なお、ここで膨張行程の初期とは、具体的には圧縮上死点後のクランク角が４０°までの範囲を意味する。
【発明の効果】
【００２２】
各請求項に記載の発明は、硫黄被毒再生制御後における白煙の発生を抑制するという共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明はＮＯｘ吸蔵剤であるＮＯｘ吸収剤とＮＯｘ吸着剤のどちらを用いても実施可能であるが、以下ではＮＯｘ吸収剤を用いた場合について説明する。
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００２４】
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアクリーナ８に連結される。エアクリーナ８とコンプレッサ７ａとの間には吸入空気量を検出するエアフローメータ４３が設けられている。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置（インタークーラ）１０が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水がインタークーラ１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００２５】
一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口はＮＯｘ吸収触媒１１を内蔵したケーシング１２に連結される。排気タービン７ｂの出口とケーシング１２との間には、ＮＯｘ吸収触媒１１の上流側において排気通路内へ例えば炭化水素からなる還元剤を添加するための還元剤添加弁１３が配置される。なお、本実施形態においては還元剤として内燃機関の燃料が用いられる。また、ケーシング１２の下流側、すなわちＮＯｘ吸収触媒１１の下流側には排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４４が配置される。
【００２６】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１４内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１５が配置される。また、ＥＧＲ通路１４周りにはＥＧＲ通路１４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置（ＥＧＲクーラ）１６が配置される。本実施形態では機関冷却水がＥＧＲクーラ１６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。更に本実施形態では、ＥＧＲ通路１４のＥＧＲクーラ１６の上流に酸化触媒２０が設けられており、ＥＧＲガス中に含まれる炭化水素等をＥＧＲクーラ１６へ流入する前に一定程度処理し、ＥＧＲクーラ１６の詰まりやＥＧＲ制御弁１５の固着等を防止するようにされている。
【００２７】
一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１７を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール１８に連結される。このコモンレール１８内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１９から燃料が供給され、コモンレール１８内に供給された燃料は各燃料供給管１７を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００２８】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。上述したエアフローメータ４３や空燃比センサ４４の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９駆動用ステップモータ、還元剤添加弁１３、ＥＧＲ制御弁１５、及び燃料ポンプ１９等に接続される。
【００２９】
図２（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセルペダル４０の踏込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を示している。なお、図２（Ａ）において各曲線は等トルク曲線を表しており、ＴＱ＝０で示される曲線はトルクが零であることを示しており、残りの曲線はＴＱ＝ａ、ＴＱ＝ｂ、ＴＱ＝ｃ、ＴＱ＝ｄの順に次第に要求トルクが高くなる。図２（Ａ）に示される要求トルクＴＱは図２（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。本発明による実施形態では図２（Ｂ）に示すマップからアクセルペダル４０の踏込み量Ｌ及び機関回転数Ｎに応じた要求トルクＴＱがまず初めに算出され、この要求トルクＴＱに基づいて燃料噴射量等が算出される。
ＥＣＵ３０は、このように内燃機関の各構成要素と信号をやり取りして燃料噴射量制御等の機関の基本制御を行う他、後述するＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収触媒１１）の硫黄被毒再生制御等、各種の制御を行う。
【００３０】
図１に示すＮＯｘ吸収触媒１１はハニカム形状のモノリス担体にＮＯｘ吸収剤を担持したものであり、本実施形態における排気浄化手段を構成する。このＮＯｘ吸収剤は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。ＮＯｘ吸収剤は流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸収し、流通する排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸収したＮＯｘを放出して還元浄化する作用（ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用）を有する。
【００３１】
図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常運転時の排気ガス空燃比はリーンでありＮＯｘ吸収剤は排気ガス中のＮＯｘの吸収を行う。また、還元剤の添加等により流通する排気ガスの空燃比が小さくされ且つ還元剤の存在する状態にされるとＮＯｘ吸収剤は吸収したＮＯｘを放出すると共に放出したＮＯｘを還元浄化する。
【００３２】
本実施形態においては、このようなＮＯｘ吸収剤のＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収触媒１１）に吸収させ、一定期間使用してＮＯｘ浄化率が低下した時等、吸収したＮＯｘの放出及び還元浄化が必要と判断された時に、還元剤添加弁１３から還元剤を添加してＮＯｘ吸収剤に吸収したＮＯｘを放出し還元浄化するＮＯｘ還元浄化制御を実施するようにしている。
【００３３】
次に図３を参照してこの吸収放出及び還元浄化作用のメカニズムについて白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明する。すなわち、流通する排気ガスの空燃比がかなりリーンになると排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図３（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2がＯ2-またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2-またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる。次いで生成されたＮＯ2の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつＮＯｘ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図３（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯｘ吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤内に吸収される。
【００３４】
一方、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ2の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、斯くしてＮＯｘ吸収剤内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2の形でＮＯｘ吸収剤から放出される。すなわち、排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯｘ吸収剤からＮＯｘが放出されることになる。排気ガスのリーンの度合いが低くなれば排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ吸収剤からＮＯｘが放出されることになる。
【００３５】
また、排気ガスの空燃比を小さくすると排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ吸収剤からＮＯ2が放出されることになるが、この場合、放出されたＮＯ2は図３（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元浄化せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ2が存在しなくなるとＮＯｘ吸収剤から次から次へとＮＯ2が放出される。したがってＮＯｘ吸収剤を流通する排気ガスの空燃比を小さくし、且つ還元剤が存在する状態にすると短時間のうちにＮＯｘ吸収剤からＮＯｘが放出されて還元浄化されることになる。
なお、ここでいう排気ガスの空燃比とはＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収触媒１１）より上流側の排気通路と燃焼室２または吸気通路に供給された空気と燃料との比率をいうものとする。
【００３６】
次にＮＯｘ吸収剤の硫黄被毒のメカニズムについて説明する。排気ガス中にＳＯｘ成分が含まれていると、ＮＯｘ吸収剤は上述のＮＯｘの吸収と同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘを吸収する。すなわち、排気ガスの空燃比がリーンの時、排気ガス中のＳＯｘ（例えばＳＯ2）は白金Ｐｔ上で酸化されてＳＯ3-、ＳＯ4-となり、酸化バリウムＢａＯと結合してＢａＳＯ4を形成する。ＢａＳＯ4は比較的安定であり、また、結晶が粗大化しやすいため一旦生成されると分解放出されにくい。このため、ＮＯｘ吸収剤中のＢａＳＯ4の生成量が増大するとＮＯｘの吸収に関与できるＢａＯの量が減少してしまいＮＯｘの吸収能力が低下してしまう。
【００３７】
この硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸収剤中に生成されたＢａＳＯ4を高温で分解するとともに、これにより生成されるＳＯ3-、ＳＯ4-の硫酸イオンをスライトリーンを含むほぼ理論空燃比またはリッチ雰囲気（以下、単に「リッチ雰囲気」という）下で還元し、気体状のＳＯ2に転換してＮＯｘ吸収剤から放出させる必要がある。つまり、硫黄被毒再生を行うためには、ＮＯｘ吸収剤を高温且つリッチ雰囲気の状態にする硫黄被毒再生制御を実施する必要がある。
【００３８】
そして、このような硫黄被毒再生制御の具体的な方法としては、ＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ浄化触媒１１）の上流側において還元剤（燃料）を添加してリッチ雰囲気を創出するようにしたものが種々知られているが、このような方法によると、硫黄被毒再生制御後に白煙が排出されてしまう場合がある。
【００３９】
すなわち、硫黄被毒再生制御中に還元剤（燃料）添加が行われると、添加された還元剤（燃料）の一部は排気通路内面（例えば、排気管内面）等に付着することになる。これらの付着還元剤（付着燃料）は、硫黄被毒再生制御を実施している間は流通する排気ガスの温度が比較的高いため、徐々に気化せしめられるが、硫黄被毒再生制御が終了して通常の状態（通常制御）に戻ると流通する排気ガスの温度が低下するため、硫黄被毒再生制御が終了した時点において排気通路内面等に付着している還元剤（燃料）はその後もそのままの状態で残存する場合がある。このような残存還元剤（残存燃料）が硫黄被毒再生制御後に何らかの要因（例えば、機関負荷の上昇によって排気通路を流通する排気ガスの温度が一時的に上昇すること等）により脱離し浄化されずに大気中へ放出されると、白煙が排出されることになる。
【００４０】
ここで、上述したようなＮＯｘ吸収剤は一般に活性化した状態においては酸化機能を有しているので、その温度が充分に高ければ脱離して流入してくる還元剤（燃料）を浄化することが可能である。したがって、上記のような白煙発生の問題は、より詳細には、硫黄被毒再生制御の実施後、上記ＮＯｘ吸収剤の温度が低下した時に上記残存還元剤（残存燃料）の脱離がおきた場合に生じるものと考えられる。
【００４１】
本実施形態は、このような白煙の発生を抑制しようとするものであり、次に、その実現のために図１に示した構成によって実施される具体的な方法について説明する。図４はこの方法を実施するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ３０により一定時間毎の割込みによって実施される。
【００４２】
この制御ルーチンがスタートすると、まず、ステップ１０１でＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収触媒１１）の硫黄被毒再生制御の実施条件が成立したか否かが判定される。この硫黄被毒再生制御実施条件には、詳細には実施必要条件と実施可能条件とがあり、両方の条件が成立した場合に硫黄被毒再生制御実施条件が成立したと判定される。上記実施必要条件は、例えばＮＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘ量、すなわち吸収ＳＯｘ量が一定量以上になること等であるが、この場合、吸収ＳＯｘ量を直接求めることは困難であるので、内燃機関から排出されるＳＯｘ量、すなわち例えば燃料噴射量の積算値（燃料消費量）に基づいて吸収ＳＯｘ量を推定する。つまり、前回硫黄被毒再生制御を実施した時点からの燃料噴射量の積算値が予め定められた設定値よりも大きくなった時に上記実施必要条件が成立したと判定する。あるいは、同様の考え方により、燃料噴射量の積算値の代わりに車両走行距離に基づいて判定するようにしてもよい。
【００４３】
一方、上記実施可能条件は、その時の機関の運転状態、すなわち機関の負荷状態に基づいて成立しているか否かが判定される。これは後述するように、本実施形態において硫黄被毒再生制御は機関の運転状態が一定の範囲内（すなわち、機関負荷の比較的低い範囲内）になければ実施することができないためである。そのため、例えば要求トルクＴＱと機関回転数Ｎとによって硫黄被毒再生制御の実施可能領域と実施不可能領域とを表した図５のようなマップを事前に作成しておき、その時の要求トルクＴＱと機関回転数Ｎとに基づいて、その時の機関運転状態が硫黄被毒再生制御の実施可能領域にあるかどうかを判定し、それによって上記実施可能条件が成立しているか否かを判定する。なお、図５においては、境界線Ｌ１よりも下側の領域、すなわち領域Ｘと領域Ｙとが硫黄被毒再生制御の実施可能領域を表し（領域Ｘと領域Ｙとの違いについては後述する）、境界線Ｌ１よりも上側の領域、すなわち領域Ｚが実施不可能領域を表している。したがって、その時の要求トルクＴＱと機関回転数Ｎとによって表される図５のマップ上の点が、上記領域Ｘ内または領域Ｙ内にあれば上記実施可能条件が成立していると判定され、上記領域Ｚ内にあれば上記実施可能条件は成立していないと判定される。
【００４４】
ステップ１０１において硫黄被毒再生制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、硫黄被毒再生制御実施条件が成立していると判定された場合にはステップ１０３に進む。ステップ１０３においては硫黄被毒再生制御が実施される。
【００４５】
本実施形態において硫黄被毒再生制御は、ＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収触媒１１）を硫黄分の放出が可能になる温度（硫黄分放出温度（例えば６００℃以上））にまで昇温する昇温制御と、ＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収触媒１１）の温度を維持しつつリッチ雰囲気の状態にして硫黄分を放出させる硫黄分放出制御とを含んでいる。
【００４６】
ステップ１０３において硫黄被毒再生制御が開始されると、まず昇温制御が行われる。本実施形態において、この昇温制御は以下で説明するように燃料噴射パターンを制御することによって行われる。
すなわち、図６は図１に示した内燃機関で実施し得る燃料噴射パターンのうちの四つの例について示した概略図であるが、本実施形態の排気浄化装置の通常制御時（すなわち機関の通常運転時）には、機関の運転状態に応じて図６の（Ｉ）または（ＩＩ）で示される噴射パターンとされている。つまり、図６の（Ｉ）で示される噴射パターンでは主燃料の噴射（主噴射）Ｑｍのみが圧縮上死点付近で行われ、（ＩＩ）で示される噴射パターンでは圧縮上死点付近の主噴射Ｑｍに加え、その直前にパイロット噴射Ｑｐが行われる。これに対し、ステップ１０３において硫黄被毒再生制御が開始され、ＮＯｘ吸収剤を昇温する必要が生じると、図６の（ＩＩＩ）に示されるような燃料噴射パターンとされ、昇温制御が実施される。つまり、主噴射Ｑｍの噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させると共に、それに伴ってパイロット噴射Ｑｐの噴射時期も遅角させ、更に上記主噴射Ｑｍ後の膨張行程の初期にアフター噴射Ｑａを行うようにする。ここで、アフター噴射Ｑａの噴射時期は概ね圧縮上死点後のクランク角が４０°までの範囲であり、より好ましくは、圧縮上死点後のクランク角が２０°〜３０°の範囲である。
【００４７】
そしてこのような燃料噴射パターンとすると、後燃え期間が長くなることや噴射される総燃料量が増加すること等により、排気ガスの温度を上昇させることができる。特に、この場合、アフター噴射の噴射時期が早期であることから噴射された燃料の殆どが燃焼室内で燃焼するので、燃焼室から排出される時点での排気ガスの温度を上昇させることができる。そしてこのように排気ガス温度を上昇させることにより、ＮＯｘ吸収剤の温度を上昇させることができる。
なお、本実施形態では、通常制御時（すなわち機関の通常運転時）にはＥＧＲ制御弁１５が制御され排気ガス再循環（ＥＧＲ）が行われているが、上記昇温制御時にはＥＧＲ制御弁１５が閉じられ排気ガス再循環は行われていない。これは空気量を増やし排気ガスの昇温を促進するためである。
【００４８】
ＮＯｘ吸収剤が昇温され、その温度が硫黄分を放出するために充分なほど上昇したと判断されると、次に硫黄分放出制御が実施される。なお、ＮＯｘ吸収剤の昇温が充分であるか否かの判定は、例えば上記昇温制御の実施継続時間に基づいて判定する。すなわち、上記昇温制御の実施継続時間が予め定めた時間以上となった時にはＮＯｘ吸収剤は充分に昇温されていると判定するようにする。あるいは、ＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収触媒１１）の温度を検出するための温度センサを設けておき、その検出温度に基づいて判断するようにしてもよい。
【００４９】
本実施形態において上記硫黄分放出制御は、機関の燃焼をいわゆる低温燃焼または高ＥＧＲ燃焼とすると共に、還元剤添加弁１３により排気通路内に還元剤を添加することによって行われる。なお、低温燃焼と高ＥＧＲ燃焼の何れの燃焼とするかについては、後述するようにその時の機関運転状態に基づいて決定される。
【００５０】
ここで低温燃焼及び高ＥＧＲ燃焼について簡単に説明する。図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では燃料噴射時期を固定した状態でＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））を増大していくとスモークの発生量が次第に増大してピークに達し、更にＥＧＲ率を高めていくと今度はスモークの発生量が急激に低下する。これはＥＧＲ率が高いとＥＧＲガスの吸熱作用によって燃焼時における燃料及び周囲のガス温がさほど高くならず、その結果炭化水素が煤まで成長しないからである。低温燃焼はこのような現象を利用したものであり、ＥＧＲ率をスモークの発生量がピークとなる値よりも大きくして行われるスモーク発生量の少ない燃焼である。これに対し、高ＥＧＲ燃焼はＥＧＲ率をスモークの発生量がピークとなる値よりも小さい範囲で比較的高くして行う燃焼である。これらの燃焼は、何れもＥＧＲ率が高いことから、通常燃焼（すなわち、機関の通常運転時に行われる燃焼）に比べて排気ガス温度が高くなる傾向があり、ＮＯｘ吸収剤の温度を高く維持する上で好ましい。また、ＥＧＲ率が高いことで通常燃焼に比べて空燃比を低くすることができる。具体的には、例えば低温燃焼時の空燃比は１８から２０とすることができ、高ＥＧＲ燃焼時の空燃比は２２から２５とすることができる。そしてこのように空燃比を低くすることができるので、リッチ雰囲気を創出するために還元剤添加弁１３から添加される還元剤の量を低減することができる。
【００５１】
一方、低温燃焼は要求トルクＴＱが高くなると、すなわち燃料噴射量が多くなると燃焼時における燃料及び周囲のガス温が高くなるために実施が困難になる。すなわち、低温燃焼を行い得るのは燃焼による発熱量が少ない機関負荷の低い時に限られる。また、高負荷運転時にはＥＧＲ率を低くする必要があることから、高ＥＧＲ燃焼についても機関負荷の比較的低い時にのみ実施することができる。このようなことから、上述したように本実施形態において硫黄被毒再生制御は機関の運転状態が一定の範囲内（すなわち、機関負荷の比較的低い範囲内）になければ実施することができない。
【００５２】
上述したように図５は、要求トルクＴＱと機関回転数Ｎとによって硫黄被毒再生制御の実施可能領域（Ｘ，Ｙ）と実施不可能領域（Ｚ）とを表したマップであるが、同時に硫黄分放出制御において低温燃焼を行う領域（Ｘ）と高ＥＧＲ燃焼を行う領域（Ｙ）とを表している。つまり、図５において、境界線Ｌ１は実施可能領域と実施不可能領域との境界を表し、境界線Ｌ２は硫黄分放出制御において低温燃焼を行う領域（Ｘ）と高ＥＧＲ燃焼を行う領域（Ｙ）との境界を表している。ここで、境界線Ｌ１は高ＥＧＲ燃焼の実施可能限界を表し、境界線Ｌ２は低温燃焼の実施可能限界を表していると考えることもできる。本実施形態では、図５のマップに基づいて硫黄分放出制御において低温燃焼を行うか高ＥＧＲ燃焼を行うかが決定される。つまり、硫黄分放出制御を行う場合において、その時の要求トルクＴＱと機関回転数Ｎとによって表される図５のマップ上の点が、上記領域Ｘ内にあれば低温燃焼が行われ、上記領域Ｙ内にあれば高ＥＧＲ燃焼が行われる。
【００５３】
なお、領域Ｘと領域Ｙとの間の運転領域の変化に対してヒステリシスを設けるようにしてもよい。すなわち、機関の運転状態が領域Ｘから領域Ｙへ移る時の境界線と領域Ｙから領域Ｘへ移る時の境界線を別々に設け、前者の境界線の方が高負荷側にあるようにする。このようにすると二つの領域の境界部分で運転が行われた場合に燃焼が頻繁に切替るのを抑制することができる。同様にして、領域Ｙと領域Ｚとの間の運転領域の変化に対してもヒステリシスを設けるようにしてもよい。
【００５４】
また、本実施形態において低温燃焼が行われる時には、燃料噴射パターンが図６の（ＩＶ）のようになるように制御される。つまり、主噴射Ｑｍが進角される。一方、高ＥＧＲ燃焼が行われる時には、燃料噴射パターンが図６の（Ｉ）のようになるように制御される。
【００５５】
還元剤添加弁１３による排気通路内への還元剤の添加は、ＮＯｘ吸収触媒１１へ流入する排気ガスの空燃比が断続的または連続的にリッチとなるように行われる。この際、還元剤添加弁１３とスロットル弁９とが空燃比センサ４４からの出力に基づいてフィードバック制御される。この制御は低温燃焼が行われている場合も高ＥＧＲ燃焼が行われている場合も同様である。
そして、以上のような制御によってＮＯｘ吸収剤が高温且つリッチ雰囲気の状態にされ、ＮＯｘ吸収剤からの硫黄分の放出が図られる。
【００５６】
ステップ１０３において硫黄分放出制御が開始されると、ステップ１０５に進んで硫黄被毒再生制御終了条件が成立したか否かが判定される。この硫黄被毒再生制御終了条件には、より詳細には硫黄被毒再生が完了したことにより終了する場合の完了条件と、硫黄被毒再生が完了する前に中止されて終了する場合の中止条件とが含まれる。何れか一つの条件が成立すれば、硫黄被毒再生制御終了条件が成立したものと判定される。
【００５７】
上記完了条件は、例えばＮＯｘ吸収剤に残存しているＳＯｘ量がゼロになること等であるが、この残存ＳＯｘ量を直接求めることは困難であるので、例えば上記硫黄分放出制御においてリッチ雰囲気になっている時間の積算値に基づいて残存ＳＯｘ量を推定する。そして、この残存ＳＯｘ量がゼロになった時に上記完了条件が成立したと判定する。なお、上記残存ＳＯｘ量は、ＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収触媒１１）の温度とＳＯｘ放出速度との関係を事前に求めておき、ＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収触媒１１）の温度と各温度でリッチ雰囲気になっている時間とに基づいて推定するようにしてもよい。この場合、ＮＯｘ吸収触媒１１またはその近傍に温度センサを設ける等してＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収触媒１１）の温度を求めるようにする。
【００５８】
一方、上記中止条件としては、例えば、機関運転状態が上述の硫黄被毒再生制御実施可能領域から外れた場合等がある。この場合、機関運転状態が硫黄被毒再生制御実施可能領域から外れて、そのまま所定時間経過した時に上記中止条件が成立したと判定するようにしてもよい。すなわち例えば、機関運転状態が硫黄被毒再生制御実施可能領域から外れた場合には、その後所定時間の間は硫黄被毒再生制御の一部として、燃料噴射や還元剤添加等を制御してＮＯｘ吸収触媒１１の温度を硫黄分放出温度以上に維持する制御を行うようにする。このようにすると、この温度維持制御の間はリッチ雰囲気を創出していないために硫黄分の放出はなされないが、機関運転状態が再び硫黄被毒再生制御実施可能領域に入った場合に直ちに硫黄分の放出を再開できる。
【００５９】
ステップ１０５において硫黄被毒再生制御終了条件が成立していないと判定された場合にはステップ１０３に戻って硫黄分放出制御が継続される。一方、硫黄被毒再生制御終了条件が成立していると判定された場合にはステップ１０７に進んで硫黄分放出制御が終了せしめられ（すなわち、還元剤添加弁１３による排気通路内への還元剤の添加の停止等が図られ）、続くステップ１０９へ進む。
【００６０】
ステップ１０９においては、排気通路のうちの上記還元剤添加弁１３近傍から上記ＮＯｘ吸収触媒１１に到るまでの部分の温度を上昇または維持させる、もしくは該部分の温度の低下を抑制するようにする硫黄被毒再生後温度制御が実施される。この制御は、ステップ１０３において硫黄分放出制御が実施された際に排気通路内面（例えば、排気管内面）等に付着しそのまま残存してしまった還元剤を蒸発させ、浄化するために実施される。
【００６１】
本実施形態において、この硫黄被毒再生後温度制御は図６の（ＩＩＩ）のように燃料噴射パターンを制御することによって行われる。つまり、ステップ１０３における昇温制御に関連して述べたように、主噴射Ｑｍの噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させると共に、それに伴ってパイロット噴射Ｑｐの噴射時期も遅角させ、更に上記主噴射Ｑｍ後の膨張行程の初期にアフター噴射Ｑａを行うようにする。ここで、アフター噴射Ｑａの噴射時期は概ね圧縮上死点後のクランク角が４０°までの範囲であり、より好ましくは、圧縮上死点後のクランク角が２０°〜３０°の範囲である。
【００６２】
そして上述したように、このような燃料噴射パターンとすると、燃焼室から排出される時点での排気ガスの温度を通常制御時（すなわち機関の通常運転時）と比較して上昇させることができる。そしてこれにより、排気通路のうちの上記還元剤添加弁１３近傍から上記ＮＯｘ吸収触媒１１に到るまでの部分の温度を上昇または維持させることができ、あるいは、該部分の温度の低下を抑制することができる。なお、温度の上昇、維持、低下抑制については、主噴射Ｑｍの遅角量、アフター噴射Ｑａの噴射時期及び噴射量等を調節することによって制御することができる。また、硫黄分放出制御の継続時間等から還元剤の付着量を推定し、その付着量に応じて温度の上昇、維持、低下抑制の何れを行うかを決定するようにしてもよい。また、上記排気通路の部分に温度センサを設け、その検出温度に基づいて主噴射Ｑｍの遅角量、アフター噴射Ｑａの噴射時期及び噴射量等を調節するようにしてもよい。
【００６３】
上記のように排気通路のうちの上記還元剤添加弁１３近傍から上記ＮＯｘ吸収触媒１１に到るまでの部分の温度を上昇または維持させる、もしくは該部分の温度の低下を抑制するようにすることによって、上記部分に付着している還元剤の蒸発が促進され残存還元剤の低減を図ることができる。また、上記硫黄被毒再生後温度制御は、上記硫黄被毒再生制御の直後に連続的に行われるため、上記硫黄被毒再生後温度制御を実施する際には上記ＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収触媒１１）の温度はまだ比較的高く、そのために上記のように蒸発された還元剤は上記ＮＯｘ吸収触媒１１に流入してＮＯｘ吸収剤の酸化機能によって浄化され得る。
【００６４】
また、上述したように燃料噴射パターンを制御して排気ガスの温度を上昇させることにより、排気通路のうちの上記還元剤添加弁１３近傍から上記ＮＯｘ吸収触媒１１に到るまでの部分について上述したような温度制御を行うのに加え、上記ＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収触媒１１）の温度を維持する、もしくはその温度低下を抑制するようにすることもできる。この温度の維持、低下抑制についても、主噴射Ｑｍの遅角量、アフター噴射Ｑａの噴射時期及び噴射量等を調節することによって制御することができる。また、上記ＮＯｘ吸収触媒１１またはその近傍に温度センサを設け、その検出温度に基づいて主噴射Ｑｍの遅角量、アフター噴射Ｑａの噴射時期及び噴射量等を調節するようにしてもよい。
【００６５】
上記ＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収触媒１１）の温度の維持もしくは低下抑制を図ることにより、上記硫黄被毒再生後温度制御中に上記ＮＯｘ吸収触媒１１に流入してくる還元剤を上記ＮＯｘ吸収剤の酸化機能によって確実に浄化することができる。特に、上記ＮＯｘ吸収触媒１１の温度が維持される場合には、上記ＮＯｘ吸収剤の熱劣化を防止しつつ流入してくる還元剤をより確実に浄化することができる。また、上記ＮＯｘ吸収触媒１１の温度の低下が抑制される場合には、上記ＮＯｘ吸収触媒１１の温度変化が緩やかになるために、例えば割れの発生等が低減される。なお、上記ＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収触媒１１）の温度の維持もしくは低下抑制を図ることにより、ＮＯｘ吸収触媒１１上に付着して残存していた還元剤の除去も図ることができる。
なお、本実施形態では、上記硫黄被毒再生後温度制御時にはＥＧＲ制御弁１５が閉じられ排気ガス再循環は行われない。また、当然のことながら上記硫黄被毒再生後温度制御時には還元剤添加弁１３による排気通路内への還元剤の添加は停止されている。
【００６６】
ステップ１０９において硫黄被毒再生後温度制御が開始されると、ステップ１１１に進んで硫黄被毒再生後温度制御終了条件が成立したか否かが判定される。この硫黄被毒再生後温度制御終了条件は、例えば、同制御の実施時間が予め定めた時間に達すること等である。この判定基準となる時間は残存する燃料を除去するのに充分な時間を予め実験等によって求めて決定され、例えば３分間とされ得る。あるいは、その硫黄被毒再生後温度制御を行う前の硫黄分放出制御の実施時間（継続時間）や硫黄被毒再生制御終了条件に応じて決定するようにしてもよい。この硫黄被毒再生後温度制御を実施する時間を適切に設定することで、効率良く且つ充分に残存還元剤の除去を行うことができる。
【００６７】
ステップ１１１において硫黄被毒再生後温度制御終了条件が成立していないと判定された場合にはステップ１０９に戻って硫黄被毒再生後温度制御が継続される。一方、硫黄被毒再生後温度制御終了条件が成立していると判定された場合には、ステップ１１３に進んで硫黄被毒再生後温度制御が終了せしめられ、続くステップ１１５において通常制御に戻されて制御ルーチンが終了する。
【００６８】
以上のように、本実施形態においては、硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時に、上述したような硫黄被毒再生後温度制御が実施される。これにより、排気通路内に残存していた還元剤が除去されるので、結果として硫黄被毒再生制御後における白煙の発生を抑制することができる。
【００６９】
図７は、図４のフローチャートで示される制御ルーチンを実施した場合の一例についてＮＯｘ吸収触媒１１の温度Ｔｃ、排気ガス温度Ｔｅ、残存または付着還元剤量ＲＱの経時変化を概略的に示したものである。なお、図中のＴｓは硫黄分放出温度を表し、ＴｖはＮＯｘ吸収剤が酸化機能を充分に発揮できる温度（活性化温度）を表している。
【００７０】
この例では、時刻ｔ０の時点では通常制御がなされており、その後時刻ｔ１になった時点で硫黄被毒再生制御が開始されている。時刻ｔ１からｔ２の間は硫黄被毒再生制御のうちの昇温制御が実施されている。これにより、排気ガス温度Ｔｅが上昇し、ＮＯｘ吸収触媒１１の温度Ｔｃも硫黄分放出温度Ｔｓ以上に上昇させられている。一方、時刻ｔ２までは残存または付着還元剤量ＲＱはほぼゼロのままである。時刻ｔ２になると硫黄被毒再生制御のうちの硫黄分放出制御が開始される。
【００７１】
硫黄分放出制御が開始されると排気ガス温度Ｔｅは若干低下するが、ＮＯｘ吸収触媒１１の温度Ｔｃは硫黄分放出温度Ｔｓ以上に維持される。一方、残存または付着還元剤量ＲＱは硫黄分放出制御が開始されると次第に増大する。
時刻ｔ３になると硫黄被毒再生制御が終了せしめられ、硫黄被毒再生後温度制御が開始される。硫黄被毒再生後温度制御は時刻ｔ４まで実施され、その後通常制御に戻っている。なお、時刻ｔ３以後において点線で示されているのは、時刻ｔ３において硫黄被毒再生後温度制御を行わず直ぐに通常制御が開始された場合のＮＯｘ吸収触媒１１の温度Ｔｃ、排気ガス温度Ｔｅ、残存または付着還元剤量ＲＱの経時変化である。
【００７２】
この例では、硫黄被毒再生後温度制御が開始されると排気ガス温度Ｔｅが僅かに上昇している。したがって、この例では硫黄被毒再生後温度制御によって排気通路のうちの上記還元剤添加弁１３近傍から上記ＮＯｘ吸収触媒１１に到るまでの部分の温度も僅かに上昇させられると考えられる。一方、ＮＯｘ吸収触媒１１の温度Ｔｃは硫黄被毒再生後温度制御が開始されると徐々に低下している。すなわち、点線で示された硫黄被毒再生後温度制御を行わない場合との比較からも明らかなように、この例では硫黄被毒再生後温度制御によってＮＯｘ吸収触媒１１の温度Ｔｃの低下が抑制されている。これにより、ＮＯｘ吸収触媒１１の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｖ以上となっている時間が延長され、硫黄被毒再生後温度制御中にＮＯｘ吸収触媒１１に流入する還元剤が確実に浄化されるようになっている。
【００７３】
残存または付着還元剤量ＲＱは時刻ｔ３における硫黄被毒再生後温度制御の開始と共に低下し始め、硫黄被毒再生後温度制御が終了する時刻ｔ４にはほぼゼロになっている。一方、硫黄被毒再生後温度制御が行われなかった場合には、残存または付着還元剤量ＲＱは時刻ｔ３において通常制御に戻った時に僅かに低下するのみであり、その後も多量の還元剤が残存したままとなる。このような残存還元剤がＮＯｘ吸収触媒１１の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｖよりも低い通常制御時（すなわち、機関の通常運転時）に何らかの要因で脱離すると、浄化されずに大気中に放出されることになり、白煙が形成されてしまう。つまり、硫黄被毒再生後温度制御によって残存還元剤を除去することにより、結果として硫黄被毒再生制御後における白煙の発生を抑制することができる。
【００７４】
次に図８を参照し本発明の他の実施形態について説明する。図８に示した構成は基本的には図１に示した構成と同様であり、図１に示した構成と共通する部分については説明を省略する。なお、図８において図１の構成と同一または類似の構成要素については同一の参照番号を付している。
【００７５】
図８を参照すると、本実施形態においてはインタークーラ１０の下流側に吸気ダクト６内を流れる吸入空気の温度及び圧力を検出するための吸気温センサ４５と吸気圧センサ４６が設けられている。また、排気タービン７ｂの出口と還元剤添加弁１３との間には排気通路内を流れる排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４７が設けられている。更に、本実施形態ではケーシング１２内に、上流側からＮＯｘ吸収触媒１１、ＮＯｘ吸収剤担持フィルタ（以下、「ＮＯｘ吸収フィルタ」と称す）５２、酸化触媒５３が内蔵され、これらが排気浄化手段を構成している。ケーシング１２におけるＮＯｘ吸収触媒１１とＮＯｘ吸収フィルタ５２との間には更に排気浄化手段の温度を検出するための温度センサ４９が設けられている。
【００７６】
排気タービン７ｂの出口とケーシング１２との間には更に排気ブレーキ等に利用され得る排気絞り弁４８が設けられている。図８に示した構成では、排気絞り弁４８が還元剤添加弁１３の下流側に配置されているが、排気絞り弁４８は排気タービン７ｂの出口とケーシング１２との間であればどこに配置してもよい。
【００７７】
また、ケーシング１２の上下流、すなわち排気浄化手段の上下流の差圧を検出するための差圧センサ５１も設けられている。この差圧センサ５１により排気浄化手段における圧力損失を検知することができる。更に、ケーシング１２の下流には排気浄化手段から流出する排気ガスの温度を検出するための温度センサ５０が設けられている。
上記の各センサの出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力されている。また、排気絞り弁４８は対応する駆動回路３８を介して出力ポート３６と接続されている。
【００７８】
図９（Ａ）及び（Ｂ）にＮＯｘ吸収フィルタ５２の構造を示す。なお、図９（Ａ）はＮＯｘ吸収フィルタ５２の正面図を示しており、図９（Ｂ）はＮＯｘ吸収フィルタ５２の側面断面図を示している。図９（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ吸収フィルタ５２はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路６０，６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図９（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。したがって排気ガス流入通路６０及び排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。言い換えると排気ガス流入通路６０及び排気ガス流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が４つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。
【００７９】
ＮＯｘ吸収フィルタ５２は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、したがって排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図９（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。そしてこの際、排気ガス中に含まれている排気微粒子が多孔質材料によって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の大気への放出が防止される。また、上記隔壁６４の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸収剤が担持されており、先に説明したようなＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用も奏する。
【００８０】
以上の説明及び図８から明らかなように、本実施形態においても排気浄化手段にＮＯｘ吸収剤が含まれている。上述したようにＮＯｘ吸収剤は硫黄被毒を受けるため、硫黄被毒再生制御を行う必要がある。そのため本実施形態においても図４を参照して説明した場合とほぼ同様にして、排気通路内への還元剤の添加を伴う方法で硫黄被毒再生制御が行われると共にその後の白煙の発生が抑制される。
【００８１】
また、本実施形態では排気浄化手段にフィルタが含まれている。上記ＮＯｘ吸収フィルタ５２に捕集された排気微粒子は通常は連続的に燃焼され除去されるのであるが、排気微粒子の量が極めて多い場合等には除去しきれずにフィルタ上に層状に堆積してしまう場合がある。このような場合には、ＮＯｘ吸収フィルタ５２を昇温して堆積した排気微粒子を強制的に燃焼させて除去する排気微粒子除去制御（以下、「ＰＭ除去制御」と称す）を行う必要がある。
【００８２】
以上のようなことを踏まえ、次に図８に示した構成において実施される制御について説明する。なお、この制御には図４を参照して説明した制御と共通する部分が含まれており、これらの部分については原則として説明を省略する。
図１０は、この制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ３０により一定時間毎の割込みによって実施される。
【００８３】
この制御ルーチンがスタートすると、まず、ステップ２０１においてＰＭ除去制御実施条件が成立したか否かが判定される。このＰＭ除去制御実施条件は、例えばＮＯｘ吸収フィルタ５２の排気微粒子堆積量が一定量以上になること等であるが、この場合、排気微粒子堆積量を直接求めることは困難であるので、差圧センサ５１によって検出される排気浄化手段における圧力損失に基づいて排気微粒子堆積量を推定する。つまり、差圧センサ５１によって検出される排気浄化手段における圧力損失が予め定められた設定値よりも大きくなった時にＰＭ除去制御実施条件が成立したと判定する。
【００８４】
ステップ２０１においてＰＭ除去制御実施条件が成立していると判定された場合にはステップ２０３に進み、ＰＭ除去制御が実施される。本実施形態においてＰＭ除去制御が開始されると、燃料噴射パターンがまず図６の（ＩＩＩ）に示されるような燃料噴射パターンとされる。つまり、主噴射Ｑｍの噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させると共に、それに伴ってパイロット噴射Ｑｐの噴射時期も遅角させ、更に上記主噴射Ｑｍ後の膨張行程の初期にアフター噴射Ｑａを行うようにする。このような燃料噴射パターンとすることで排気ガス温度が上昇せしめられ、それによって排気浄化手段が昇温される。
【００８５】
排気浄化手段が堆積した排気微粒子の燃焼除去を行うのに充分なほど上昇したと判断されると、次に燃料噴射パターンが、図６の（ＩＩＩ）に示された燃料噴射パターンにおいてアフター噴射Ｑａの後に更に補助燃料の噴射（ポスト噴射）を加えた燃料噴射パターン（図示なし）とされる。このポスト噴射の噴射時期及び噴射量は温度センサ４９により検出される温度に基づいて排気浄化手段が過熱しないようにフィードバック制御される。このような制御を行うことにより、排気浄化手段の温度が維持され堆積した排気微粒子の燃焼除去が行われる。
【００８６】
ステップ２０３において上記のようにして排気浄化手段の温度維持及び排気微粒子の燃焼除去が開始されると、ステップ２０５に進んでＰＭ除去制御終了条件が成立したか否かが判定される。このＰＭ除去制御終了条件は、例えばＮＯｘ吸収フィルタ５２に堆積している排気微粒子量がゼロになることであるが、上述したように排気微粒子堆積量を直接求めることは困難であるので、ステップ２０１のＰＭ除去制御実施条件の場合と同様、差圧センサ５１によって検出される排気浄化手段での圧力損失に基づいて排気微粒子堆積量を推定する。つまり、差圧センサ５１によって検出される排気浄化手段での圧力損失が予め定められた設定値よりも小さくなった時にＰＭ除去制御終了条件が成立したと判定する。
【００８７】
ステップ２０５においてＰＭ除去制御終了条件が成立していないと判定された場合にはステップ２０３に戻り、排気浄化手段の温度維持及び排気微粒子の燃焼除去が継続される。一方、ＰＭ除去制御終了条件が成立していると判定された場合にはステップ２０７に進んでＰＭ除去制御が終了せしめられ、続くステップ２０９へ進む。
【００８８】
なお、本実施形態では、通常制御時（すなわち機関の通常運転時）にはＥＧＲ制御弁１５が制御され排気ガス再循環が行われているが、上記ＰＭ除去制御時にはＥＧＲ制御弁１５が閉じられ排気ガス再循環は行われていない。また、上記ＰＭ除去制御が機関の運転状態がアイドリング状態である時に実施される場合には、排気絞り弁４８を閉じ側に制御して機関負荷を上昇させ、排気ガス温度の上昇を促進するようにしてもよい。
【００８９】
一方、ステップ２０１においてＰＭ除去制御実施条件が成立していないと判定された場合にはステップ２１１に進む。ステップ２１１では硫黄被毒再生制御の実施必要条件が成立しているか否かが判定される。この実施必要条件は図４のステップ１０１に関連して説明した実施必要条件と同じであり、例えば吸収ＳＯｘ量が予め定めた量以上であると推定されること等である。
【００９０】
ステップ２１１で上記実施必要条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、上記実施必要条件が成立していると判定された場合にはステップ２１３に進んでＰＭ除去制御が実施される。ここで、ステップ２１３及びそれに続くステップ２１５、２１７における制御は上述のステップ２０３、２０５、２０７における制御とそれぞれ同様であるので説明を省略するが、以上の説明から明らかなように、本実施形態においてはステップ２０１においてＰＭ除去制御実施条件が成立していないと判定されても硫黄被毒再生制御を実施する必要性のある場合にはＰＭ除去制御が実施される。ステップ２１７に続いてはステップ２１９に進む。
【００９１】
他方、ステップ２０７においてＰＭ除去制御を終了し、ステップ２０９に進むと、そこで硫黄被毒再生制御の実施必要条件が成立しているか否かが判定される。ここでの実施必要条件は、上述のステップ２１１の場合と同様、例えば吸収ＳＯｘ量が予め定めた量以上であると推定されること等であるが、判定基準となる吸収ＳＯｘ量はステップ２１１の場合よりも少なくしておくことが好ましい。これは、ステップ２０９に進む場合はＰＭ除去制御により排気浄化手段が既に昇温されている場合であり、この機会を有効に利用するためには吸収ＳＯｘ量がある程度少なくても硫黄被毒再生を実施するようにするのが好ましいからである。
【００９２】
ステップ２０９で上記実施必要条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、上記実施必要条件が成立していると判定された場合にはステップ２１９に進む。
ステップ２１９においては硫黄被毒再生制御の実施可能条件が成立しているか否かが判定される。この実施可能条件は図４のステップ１０１に関連して説明した実施可能条件と同じであり、例えばその時の機関の運転状態、すなわち機関の負荷状態に基づいて成立しているか否かが判定される。
【００９３】
ステップ２１９で上記実施可能条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、上記実施可能条件が成立していると判定された場合にはステップ２２１に進んで硫黄被毒再生制御が実施される。なお、ステップ２２１における硫黄被毒再生制御においては、図４のステップ１０３に関連して説明した硫黄分放出制御のみが行われる。これは、ステップ２２１に進む場合には、先にＰＭ除去制御が行われており排気浄化手段は既に昇温されているので、ステップ２２１における硫黄被毒再生制御で昇温制御を実施する必要はないからである。
【００９４】
ステップ２２１以降の制御、すなわちステップ２２１からステップ２３３までの制御は図４のステップ１０３からステップ１１５までの制御とほぼ同様であるので詳細な説明は省略するが、本実施形態では種々の制御（排気ガス空燃比の制御や排気浄化手段の温度制御等）を各種センサからの検出値に基づいて行うことができる。また、ステップ２２７における制御は図４のステップ１０９における制御と同様、排気通路内に残存している還元剤を除去するための制御であるが、本実施形態ではこの際に排気浄化手段に流入した還元剤をＮＯｘ吸収触媒１１及びＮＯｘ吸収フィルタ５２のＮＯｘ吸収剤に加え、酸化触媒５３によっても浄化することができる。
【００９５】
そして、上述のように本実施形態においても、図４のステップ１０９における制御と同様な排気通路内に残存している還元剤を除去するための制御（ステップ２２７）が行われるので、硫黄被毒再生制御の実施により排気通路内に残存することとなった還元剤は除去され、結果として硫黄被毒再生制御後における白煙の発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】図１は、本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合の構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、機関の要求トルクを示す図である。
【図３】図３は、ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用を説明するための図である。
【図４】図４は、図１に示した構成によって実施され得る制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図５は、硫黄被毒再生制御の実施可能領域と実施不可能領域等を示す図である。
【図６】図６は、燃料噴射制御を説明するための図である。
【図７】図７は、図４のフローチャートで示される制御ルーチンを実施した場合の一例についてＮＯｘ吸収触媒の温度Ｔｃ、排気ガス温度Ｔｅ、残存または付着還元剤量ＲＱの経時変化を概略的に示した図である。
【図８】図８は、本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合の構成の他の例を示す図である。
【図９】図９はＮＯｘ吸収剤担持フィルタを示す図である。
【図１０】図１０は、図８に示した構成によって実施され得る制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９７】
３…燃料噴射弁
４…吸気マニホルド
５…排気マニホルド
７…排気ターボチャージャ
１１…ＮＯｘ吸収触媒
１３…還元剤添加弁
【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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