(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排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
当該機関の燃焼に供される混合気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、
前記排気系における前記ＮＯｘ触媒上流に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記空燃比調整手段及び前記還元剤供給手段のうち少なくとも一方の制御を通じて、前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させるＳ被毒回復制御手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記Ｓ被毒回復制御手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度と、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比との関係から決定づけられる複数の条件を個別に成立させて、前記ＮＯｘ触媒に異なる状態で蓄積した硫黄成分を個別に放出させる
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記Ｓ被毒回復制御手段は、
前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比を弱リーンとし、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度を第１の規定値とする条件を成立させて前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させ、
さらに前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比をリッチとし、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記第１の規定値よりも高い第２の規定値とする条件を成立させて前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる
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。
【請求項３】
前記Ｓ被毒回復制御手段は、
前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比を理論空燃比近傍とし、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度を第１の規定値とする条件を成立させて前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させ、
さらに前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比をリッチとし、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記第１の規定値よりも高い第２の規定値とする条件を成立させて前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる
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。
【請求項４】
前記Ｓ被毒回復制御手段は、
前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比を弱リーンとし、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度を第１の規定値とする条件を成立させて前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させ、
さらに前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比を理論空燃比近傍とし、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記第１の規定値より高い第２の規定値とする条件を成立させて前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させ、
さらに前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比をリッチとし、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記第２の規定値よりも高い第３の規定値とする条件を成立させて前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる
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。
【請求項５】
前記Ｓ被毒回復制御手段が、前記ＮＯｘ触媒の温度と、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比との関係から決定づけられる各条件を個別に成立させる際に、当該機関の排気流量に関するパラメータに応じて各条件の成立を制限する制限手段を備える
ことを特徴とする請求項１〜４何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記Ｓ被毒回復制御手段によって成立する条件が、前記排気の空燃比が所定値よりも高くなる範囲を含む場合、又は前記ＮＯｘ触媒の温度が所定値よりも低くなる範囲を含む場合には、
前記制限手段は、当該機関の負荷、回転数又は排気流量が所定値を上回っている場合にのみ、当該条件の成立を許可する
ことを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記Ｓ被毒回復制御手段によって成立する条件が、前記排気の空燃比を所定値よりも低くなる範囲を含む場合、又は前記ＮＯｘ触媒の温度が所定値よりも高くなる範囲を含む場合には、
前記制限手段は、当該機関の負荷、回転数又は排気流量が所定値を下回っている場合にのみ、当該条件の成立を許可する
ことを特徴とする請求項５又は６記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
内燃機関の排気系に設けられ排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒の機能を管理する方法であって、
前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分が放出される条件を、
前記ＮＯｘ触媒の温度と、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の酸化成分濃度若しくは還元成分濃度に関するパラメータと、の関係から決定づけられる複数の条件として設定し、
当該機関の燃焼に供される混合気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、前記排気系における前記ＮＯｘ触媒上流に還元剤を供給する還元剤供給手段とを用い、
各条件を連続的に、若しくは不連続に成立させて、
前記ＮＯｘ触媒に異なる状態で蓄積した硫黄成分を個別に放出させる
ことを特徴とする触媒機能の管理方法。
【発明の詳細な説明】
【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排気浄化装置に関する。また、内燃機関の排気系に設けられ排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒の機能を良好な状態に管理する方法に関する。
【０００２】
【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触媒がその排気系に備えられる。
【０００３】
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）や一酸化炭素（ＣＯ）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。また、ＮＯｘ触媒が保持（吸蔵）できるＮＯｘの量には限界量（飽和量）が存在し、当該触媒がある程度の量を上回るＮＯｘを吸蔵している場合には、排気中の酸素濃度が高い状態にあってもそれ以上ＮＯｘを吸蔵しなくなる。
【０００４】
そこで、このようなＮＯｘ触媒を排気系に備えた内燃機関では、当該ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達する前に、排気系内に還元剤を供給する等して排気中の還元成分濃度を高める（還元雰囲気を形成する）制御（以下、還元剤供給制御という）を実行することで、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出および還元浄化するとともに、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるといった制御を所定のインターバルで繰り返すのが一般的である。
【０００５】
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Ｓ被毒が生じることとなる。
【０００６】
Ｓ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。
【０００７】
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放出することが知られている。
【０００８】
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系に備えたエンジンでは、排気中に還元成分を供給し、且つ、ＮＯｘ触媒を高温状態（例えば６９０℃程度）にする制御（以下、Ｓ被毒回復制御という）を当該エンジンの運転中適宜のタイミングで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。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンの運転中、周期的にＳ被毒回復制御を実施することになると、当該制御の実施中、短期間に比較的高い濃度の硫黄成分が大気に放出される。硫黄成分は、ある程度以上の濃度になると臭気を発するため好ましくない。これに対し、比較的短い周期でＳ被毒回復制御を実施することにより、臭気を発しない程度の量の硫黄成分を、少しづつ放出させる方法も考えられる。しかし、硫黄成分を触媒から放出させるためには、当該触媒を高温状態にする必要があるため、Ｓ被毒回復制御を頻繁に繰り返せば、触媒の熱劣化が進行し、その寿命が極端に短くなる。
【００１０】
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、ガス中成分の還元機能を有する触媒を活用し、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置において、外部に放出される硫黄成分の濃度を高めることなく、触媒機能に基づく安定した排気浄化能力を長期に亘って保持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。
【００１１】
また、他の目的は、内燃機関の排気系に設けられたＮＯｘ触媒について、外部に放出される硫黄成分の濃度を高めることなく、当該触媒に蓄積する硫黄成分を効率的に除去することができ、しかも、当該ＮＯｘ触媒の機能を長期に亘って良好な状態に保持することのできる触媒機能の管理方法を提供することにある。
【００１２】
【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、内燃機関の排気系に設けられ排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、当該機関の燃焼に供される混合気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、前記排気系における前記ＮＯｘ触媒上流に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記空燃比調整手段及び前記還元剤供給手段のうち少なくとも一方の制御を通じて、前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させるＳ被毒回復制御手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記Ｓ被毒回復制御手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度と、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比との関係から決定づけられる複数の条件を個別に成立させて、前記ＮＯｘ触媒に異なる状態で蓄積した硫黄成分を放出させることを要旨とする。
【００１３】
ここで、「異なる状態で蓄積した硫黄成分」とは、「ＮＯｘ触媒の異なる部位に蓄積した硫黄成分」や、「当該触媒との結合状態を含め、物理的・化学的に異なる蓄積状態で蓄積している硫黄成分」等の意味を含む。
【００１４】
また、排気の空燃比とは、排気中の酸化成分と還元成分の成分比率をいう。ちなみに、吸気系へ排気が還流されたり、還元成分が直接排気系に供給されるといった外乱がない場合、機関燃焼に供される混合気の空燃比と排気の空燃比とは略同等になる。
【００１５】
機関運転の継続に伴って前記ＮＯｘ触媒に硫黄成分が蓄積すると、該ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元機能が低下するため、前記ＮＯｘ触媒の機能を長期に亘って保証するためには、該ＮＯｘ触媒に蓄積していく硫黄成分を適宜を除去する必要がある。そこで、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を高くし（リッチ寄りにし）、該ＮＯｘ触媒を高温状態にすれば、該ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させることができる。ところが、前記排気の空燃比を十分にリッチな状態にし、また前記ＮＯｘ触媒の温度を十分に高くしなければ、前記ＮＯｘ触媒と強固に結合した硫黄成分を脱離させ、該ＮＯｘ触媒の機能を十分に回復させることはできない。その一方、前記ＮＯｘ触媒を高温状態にすると、熱劣化により該ＮＯｘ触媒の寿命を短くしてしまう傾向がある。
【００１６】
同構成によれば、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比との関係から決定づけられる複数の条件が個別に成立することによって、前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分のうち、例えば蓄積部位や、蓄積状態の異なる各種の硫黄成分が、前記ＮＯｘ触媒から放出されるために適した条件（ＮＯｘ触媒の温度や排気の空燃比）の下で、個別に前記ＮＯｘ触媒から放出されることになる。よって、前記ＮＯｘ触媒から放出されるのに高温条件を要する一部の硫黄成分の為に、必要以上の還元成分を消費することがなくなり、また、前記ＮＯｘ触媒が必要以上に長い期間高温条件下に晒され、該ＮＯｘ触媒の耐久性が徒に低下することもなくなる。
【００１７】
さらに、前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分が個別に分散して放出されるようになる。このため、多量の硫黄成分が一度に放出されることがなく、硫黄成分特有の臭気も発生しにくくなる。
【００１８】
すなわち、還元成分の消費量の低減、ＮＯｘ触媒の耐久性の向上、さらに排気特性の向上を、併せて図ることができる。
【００１９】
また、前記Ｓ被毒回復制御手段は、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比を弱リーンとし、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度を第１の規定値とする条件を成立させて前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させ、さらに前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比をリッチとし、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記第１の規定値よりも高い第２の規定値とする条件を成立させて前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させるのが好ましい。
【００２０】
ここで、「排気の空燃比が弱リーン」である状態とは、例えば理論空燃比の混合気を燃焼して得られる排気中の成分比（酸化成分と還元成分の比）よりも、酸化成分がやや多い（濃い）状態に相当する。言い換えると、吸気系へ排気が還流されたり、還元成分が直接排気系に供給されるといった外乱がない場合、機関燃焼に供される混合気の空燃比が、概ね「１４．６」（理論空燃比）よりも高く（リーン寄りで）、「２０」よりも低い（リッチ寄り）程度であるときの排気の状態を意味する。また、「排気の空燃比がリッチ」である状態とは、同じく吸気系へ排気が還流されたり、還元成分が直接排気系に供給されるといった外乱がない場合、機関燃焼に供される混合気の空燃比が、概ね「１４．６」（理論空燃比）よりも低い（リッチ寄り）であるときの排気の状態を意味する。
【００２１】
同構成によれば、先ず、排気の空燃比を「弱リーン」とすることにより、第１の規定値として、例えば前記ＮＯｘ触媒の耐久性に影響を及ぼさない程度の温度にまで該ＮＯｘ触媒を温め、一部の硫黄成分を離脱させることができる。そしてその後、排気の空燃比を「リッチ」とすることにより、第２の規定値として、例えば前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を全て放出させるに十分高い温度にまで該ＮＯｘ触媒を昇温し、残余の硫黄成分を速やかに放出させることができる。このようにして段階的な処理を行うことで、前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる上で、還元成分の消費量の低減、ＮＯｘ触媒の耐久性の向上、さらに排気特性の向上を併せ図るといった観点から最適な条件を設定することができるようになる。
【００２２】
また、前記Ｓ被毒回復制御手段は、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比を理論空燃比近傍とし、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度を第１の規定値とする条件を成立させて前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させ、さらに前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比をリッチとし、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記第１の規定値よりも高い第２の規定値とする条件を成立させて前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させるのが好ましい。
【００２３】
ここで、「排気の空燃比が理論空燃比」であるとは、排気中の成分比（酸化成分と還元成分の比）が、例えば理論空燃比の混合気を燃焼して得られるガス中の成分比と同等の状態であることを意味する。言い換えると、吸気系へ排気が還流されたり、還元成分が直接排気系に供給されるといった外乱がない場合、機関燃焼に供される混合気の空燃比が、概ね「１４．６」（理論空燃比）であるときの排気の状態を意味する。
【００２４】
同構成によっても、前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる上で、還元成分の消費量の低減、ＮＯｘ触媒の耐久性の向上、さらに排気特性の向上を併せ図るといった観点から最適な条件を段階的に設定することができる。
【００２５】
また、前記Ｓ被毒回復制御手段は、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比を弱リーンとし、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度を第１の規定値とする条件を成立させて前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させ、さらに前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比を理論空燃比近傍とし、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記第１の規定値より高い第２の規定値とする条件を成立させて前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させ、さらに前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比をリッチとし、且つ、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記第２の規定値よりも高い第３の規定値とする条件を成立させて前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させるのが好ましい。
【００２６】
同構成によれば、前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる上で、還元成分の消費量の低減、ＮＯｘ触媒の耐久性の向上、排気特性の向上を併せ図るための最適な条件を、より緻密に設定することができる。
【００２７】
また、前記Ｓ被毒回復制御手段が、前記ＮＯｘ触媒の温度と、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比との関係から決定づけられる各条件を個別に成立させる際に、当該機関の排気流量に関するパラメータに応じて各条件の成立を制限する制限手段を備えるのが好ましい。
【００２８】
例えば、排気流量が大きくなると、排気中に供給された還元成分が希釈され易くなるため、空燃比を低下させる（リッチ寄りにする）に必要な還元成分の量が増大する。また、排気流量が大きくなると、前記ＮＯｘ触媒の下流に放出された硫黄成分が希釈され易くなるため、臭気を放ちにくくなる傾向がある。
【００２９】
同構成によれば、排気流量に関するパラメータに応じて、前記Ｓ被毒回復制御手段の成立させる条件として、還元成分の消費量の低減や臭気発生の防止といった観点から、最適な条件が適宜選択されるようになる。
【００３０】
また、前記Ｓ被毒回復制御手段によって成立する条件が、前記排気の空燃比が所定値よりも高くなる範囲を含む場合、又は前記ＮＯｘ触媒の温度が所定値よりも低くなる範囲を含む場合には、前記制限手段は、当該機関の負荷、回転数又は排気流量が所定値を上回っている場合にのみ、当該条件の成立を許可するのが好ましい。
【００３１】
ここで、「前記Ｓ被毒回復制御手段によって成立する条件が、前記排気の空燃比が所定値よりも高くなる範囲を含む場合、又は前記ＮＯｘ触媒の温度が所定値よりも低くなる範囲を含む場合」とは、例えば、比較的少量の還元成分を供給することにより容易に成立させることのできる条件に相当する。当該条件は、たとえ排気流量が大きくても、比較的容易に成立させることができる。
【００３２】
このため、前記ＮＯｘ触媒から放出された硫黄成分の希釈効果の大きい場合（当該機関の負荷、回転数又は排気流量が所定値を上回っている場合）にのみ、当該条件を積極的に成立させる制御構造を具備する同構成によれば、硫黄成分の放出に伴う異臭発生の防止が優先的に図られる。
【００３３】
また、前記Ｓ被毒回復制御手段によって成立する条件が、前記排気の空燃比を所定値よりも低くなる範囲を含む場合、又は前記ＮＯｘ触媒の温度が所定値よりも高くなる範囲を含む場合には、前記制限手段は、当該機関の負荷、回転数又は排気流量が所定値を下回っている場合にのみ、当該条件の成立を許可するのが好ましい。
【００３４】
ここで、「前記Ｓ被毒回復制御手段によって成立する条件が、前記排気の空燃比が所定値よりも低くなる範囲を含む場合、又は前記ＮＯｘ触媒の温度が所定値よりも高くなる範囲を含む場合」とは、例えば、比較的多量の還元成分を供給する必要があり、また、前記ＮＯｘ触媒の劣化を助長し易い条件に相当する。
【００３５】
このため、排気中における還元成分の希釈効果が小さい場合（当該機関の負荷、回転数又は排気流量が所定値を下回っている場合）にのみ、当該条件を積極的に成立させる制御構造を具備する同構成によれば、還元成分の消費量の低減効果が優先的に図られる。
【００３６】
また他の発明は、内燃機関の排気系に設けられ排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒の機能を管理する方法であって、前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分が放出される条件を、前記ＮＯｘ触媒の温度と、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の酸化成分濃度若しくは還元成分濃度に関するパラメータと、の関係から決定づけられる複数の条件として設定し、当該機関の燃焼に供される混合気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、前記排気系における前記ＮＯｘ触媒上流に還元剤を供給する還元剤供給手段とを用い、各条件を連続的に、若しくは不連続に成立させて、前記ＮＯｘ触媒に異なる状態で蓄積した硫黄成分を個別に放出させることを要旨とする。
【００３７】
同構成によれば、前記ＮＯｘ触媒の温度と、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の酸化成分濃度（例えばＯ2濃度）若しくは還元成分濃度（例えばＨＣ濃度）に関するパラメータとの関係から決定づけられる複数の条件が個別に成立することによって、前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分のうち、例えば蓄積されている部位や、蓄積されている状態の異なる各種の硫黄成分が、前記ＮＯｘ触媒から放出されるために適した条件（ＮＯｘ触媒の温度や酸化成分濃度）の下で、連続的に、若しくは不連続に前記ＮＯｘ触媒から放出されることになる。よって、前記ＮＯｘ触媒から放出されるのに高温条件を要する一部の硫黄成分の為に、必要以上の還元成分を消費することがなくなり、また、前記ＮＯｘ触媒が必要以上に長い期間高温条件下に晒され、該ＮＯｘ触媒の耐久性が徒に低下することもなくなる。また、前記ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分が段階的に分散して放出されるようになる。このため、多量の硫黄成分が一度に放出されることがなく、硫黄成分特有の臭気も発生しにくくなる。
【００３８】
すなわち、還元成分の消費量の低減、ＮＯｘ触媒の耐久性の向上、排気特性の向上を併せて図りつつ、ＮＯｘ触媒の機能を良好に管理することができる。
【００３９】
なお、上記各構成は可能な限り組み合わせることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を、ディーゼルエンジンシステムに適用した第１の実施の形態について説明する。
【００４１】
〔エンジンシステムの構造及び機能〕
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、吸気系３０及び排気系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システムである。
【００４２】
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、遮断弁１４、調量弁１６、燃料添加弁１７、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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１７に供給する。添加燃料通路Ｐ２には、サプライポンプ１１から燃料添加弁１７に向かって遮断弁１４及び調量弁１６が順次配設されている。遮断弁１４は、緊急時において添加燃料通路Ｐ２を遮断し、燃料供給を停止する。調量弁１６は、燃料添加弁１７に供給する燃料の圧力（燃圧）ＰＧを制御する。燃料添加弁１７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、適宜の量、適宜のタイミングで排気系４０のＮＯｘ触媒ケーシング４２上流に添加供給する。
【００４５】
吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を形成する。一方、排気系４０は、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成する。
【００４６】
また、このエンジン１には、周知の過給機（ターボチャージャ）５０が設けられている。ターボチャージャ５０は、シャフト５１を介して連結された回転体５２，５３を備える。一方の回転体（タービンホイール）５２は排気系４０内の排気に晒され、他方の回転体（コンプレッサホイール）５３は、吸気系３０内の吸気に晒される。このような構成を有するターボチャージャ５０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いわゆる過給を行う。
【００４７】
吸気系３０において、ターボチャージャ５０に設けられたインタークーラ３１は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ３１よりもさらに下流に設けられたスロットル弁３２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。
【００４８】
また、エンジン１には、吸気系３０と排気系４０とを連通する排気還流通路（ＥＧＲ通路）６０が形成されている。このＥＧＲ通路６０は、排気の一部を適宜吸気系３０に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路６０には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気（ＥＧＲガス）の流量を自在に調整することができるＥＧＲ弁６１と、ＥＧＲ通路６０を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ６２が設けられている。
【００４９】
また、排気系４０において、同排気系４０及びＥＧＲ通路６０の連絡部位の下流には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒及びパティキュレートフィルタを収容したＮＯｘ触媒ケーシング４２が設けられている。また、排気系４０のＮＯｘ触媒ケーシング下流には、酸化触媒を収容した酸化触媒ケーシング４３が設けられている。
【００５０】
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。
【００５１】
すなわち、レール圧センサ７０は、コモンレール１２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。燃圧センサ７１は、添加燃料通路Ｐ２内を流通する燃料のうち、調量弁１６を介して燃料添加弁１７に導入される燃料の圧力（燃圧）ＰＧに応じた検出信号を出力する。エアフロメータ７２は、吸気系３０内のコンプレッサホイール５３上流において吸入空気の流量（吸気量）ＧＡに応じた検出信号を出力する。
【００５２】
排気系４０のＮＯｘ触媒ケーシング４２上流に設けられた酸素濃度センサ７３と、排気系４０のＮＯｘ触媒ケーシング４２下流（酸化触媒ケーシング４３上流）に設けられた酸素濃度センサ７５とは、各々の配設部位において、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７３，７５の検出信号は、機関燃焼に供される混合気の空燃比の他、ＥＧＲ通路６０を通じて還流される排気量や、燃料添加弁１７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７３若しくは酸素濃度センサ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、排気の空燃比ということにする。ちなみに、ＥＧＲ通路６０を通じて還流される排気量や、燃料添加弁１７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。以下、単に空燃比（Ａ／Ｆ）といった場合、排気の空燃比を意味する。
【００５３】
排気温度センサ７４は、排気系４０においてＮＯｘ触媒ケーシング４２内の所定部位（後述するハニカム構造体４２ａとパティキュレートフィルタ４２ｂとの間）に取り付けられ、当該部位における排気温度（触媒温度）ＴＣＡＴに応じた検出信号を出力する。
【００５４】
また、アクセルポジションセンサ７６はアクセルペダル（図示略）に取り付けられ、同ペダルの踏み込み量ＡＣＣに応じた検出信号を出力する。クランク角センサ７７は、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。これら各センサ７０〜７７は、電子制御装置（ＥＣＵ）９０と電気的に接続されている。
【００５５】
ＥＣＵ９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）９１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）９２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３及びバックアップＲＡＭ９４、タイマーカウンタ９５等を備え、これら各部９１〜９５と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路９６と、外部出力回路９７とが双方向性バス９８により接続されて構成される論理演算回路を備える。
【００５６】
このように構成されたＥＣＵ９０は、上記各種センサの検出信号の処理、例えば酸素濃度センサ７３，７５の検出信号に基づいて機関燃焼に供される混合気中の空燃比（若しくは排気の空燃比）を算出するといった演算処理等を行う他、これら各種センサの検出信号等に基づき、燃料噴射弁１３の開閉弁動作に関する制御や、ＥＧＲ弁６１の開度調整、或いはスロットル弁３２の開度調整等、エンジン１の運転状態に関する各種制御を実施する。
【００５７】
なお、ＥＣＵ９０は、ＮＯｘ触媒ケーシング４２や燃料添加弁１３等と併せて、エンジン１の排気浄化装置を構成する。
【００５８】
〔ＮＯｘ触媒ケーシングの構造及び機能〕
次に、以上説明したエンジン１の構成要素のうち、排気系４０に設けられたＮＯｘ触媒ケーシング４２について、その構造及び機能を詳しく説明する。
【００５９】
ＮＯｘ触媒ケーシング４２の内部には、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とするストレートフロー型のハニカム構造体４２ａと、多孔質材料を主成分とするウォールフロー型のパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという）４２ｂとが、各々排気浄化用触媒として、所定の間隔をあけて直列に配置されている。
【００６０】
ハニカム構造体４２ａを形成する複数の通路には、例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、その担体層の表面にＮＯｘ吸蔵剤として機能する例えばカリウム（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）或いはイットリウム（Ｙ）のような希土類と、酸化触媒（貴金属触媒）として機能する例えば白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持されている。なお、担体（ここではアルミナからなる担体層が形成されたハニカム構造体）４２ａ上に混在するよう担持されたこれらＮＯｘ吸蔵剤及び貴金属触媒は、併せてＮＯｘ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）を構成する。
【００６１】
ＮＯｘ吸蔵剤は、排気中の酸素濃度が高い状態ではＮＯｘを吸蔵し、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。
【００６２】
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、ポスト噴射や燃料添加を通じて排気通路のＮＯｘ触媒ケーシング４２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。
【００６３】
一方、フィルタ４２ｂを形成する多孔質材料は、例えばコージライト等のセラミック材料にアルミナ、チタニア、ジルコニア若しくはゼオライト等のコート材をウォッシュコートしたものであり、排気を透過する性質を有する。また、フィルタ４２ｂは、互いに平行をなして延びる上流端が開放され下流端が閉ざされた排気流入通路と、上流端が閉ざされ下流端が開放された排気流出通路とを備えるいわゆるウォールフロー型である。そして、両排気通路間に位置する隔壁の表面及び内部に形成された細孔内に、表面に上記ＮＯｘ吸蔵剤と貴金属触媒とを担持するアルミナ等のコート層（担体層）が形成されている。このように、フィルタ４２ｂの構成要素として担体層に混在するＮＯｘ吸蔵剤及び貴金属触媒もまた、ハニカム構造体４２ａ上に混在するＮＯｘ吸蔵剤及び貴金属触媒と同様、併せてＮＯｘ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）としての機能を有する。
【００６４】
このような構造を有するフィルタ４２ｂは、排気中に含まれる煤等の微粒子やＮＯｘ等の有害成分を、以下のメカニズムに基づいて浄化する。
【００６５】
ＮＯｘ吸蔵剤が、貴金属触媒との協働により、排気中の酸素濃度や還元成分量に応じてＮＯｘの吸蔵、放出及び浄化を繰り返し行うことは上述した通りである。その一方、ＮＯｘ吸蔵剤は、このようなＮＯｘの浄化を行う過程で、副次的に活性酸素を生成する特性を有する。フィルタ４２ｂを排気が透過過する際、その排気中に含まれる煤等の微粒子は構造体（多孔質材料）に捕捉される。ここで、ＮＯｘ吸蔵剤の生成する活性酸素は、酸化剤として極めて高い反応性（活性）を有しているため、捕捉された微粒子のうちＮＯｘ触媒の表面や近傍に堆積した微粒子は、この活性酸素と（輝炎を発することなく）速やかに反応し、浄化されることになる。
【００６６】
また、ＮＯｘ触媒ケーシング４２内の上流側に配置されたハニカム構造体（同構造体に担持されたＮＯｘ触媒）４２ａから発生する反応熱は、下流側に配置されたフィルタ４２ｂを効率的に昇温し、当該フィルタ４２ｂによる微粒子の分解作用を高めることになる。
【００６７】
〔燃料噴射制御の概要〕
ＥＣＵ９０は、各種センサの検出信号から把握されるエンジン１の運転条件に基づき燃料噴射制御を実施する。本実施の形態において燃料噴射制御とは、各燃料噴射弁１３を通じた各燃焼室２０内への燃料噴射の実施に関し、燃料の噴射量Ｑ、噴射タイミング、噴射パターンといったパラメータを設定し、これら設定されたパラメータに基づいて個々の燃料噴射弁１３の開閉弁操作を実行する一連の処理をいう。
【００６８】
ＥＣＵ９０は、このような一連の処理を、エンジン１の運転中所定時間毎に繰り返し行う。燃料の噴射量Ｑ及び噴射タイミングは、基本的にはアクセルペダルの踏み込み量ＡＣＣおよびエンジン回転数ＮＥ（クランク角センサのパルス信号に基づいて演算することができるパラメータ）に基づき、予め設定されたマップ（図示略）を参照して決定する。
【００６９】
また、燃料の噴射パターンの設定に関し、ＥＣＵ９０は、圧縮上死点近傍での燃料噴射を主噴射として各気筒について行うことで機関出力を得る他、主噴射に先立つ燃料噴射（以下、パイロット噴射という）や、主噴射に後続する燃料噴射（以下、ポスト噴射という）を、副噴射として適宜選択された時期、選択された気筒について行う。
【００７０】
〔パイロット噴射〕
ディーゼルエンジンでは一般に、圧縮行程終期において、燃焼室内が燃料の自己着火を誘発する温度に達する。とくにエンジンの運転状態が中高負荷領域にある場合、燃焼に供される燃料が燃焼室内に一括して噴射供給されると、この燃料は騒音を伴い爆発的に燃焼する。パイロット噴射を実行することにより、主噴射に先立って供給された燃料が熱源（或いは火種）となり、その熱源が燃焼室内で徐々に拡大して燃焼に至るようになるため、燃焼室内における燃料の燃焼状態が比較的緩慢となり、しかも着火遅れ時間が短縮されるようになる。このため、機関運転に伴う騒音が軽減され、さらには排気中のＮＯｘ量も低減される。
【００７１】
また、パイロット噴射を伴う燃料噴射の形態を適用すると、消費燃料に対する機関出力は減少する傾向にある。このため、主噴射において要求される燃料噴射量が増大し、排気の温度が上昇する。また、燃焼室２０内において完全に燃焼せず排気系４０に排出される軽質なＨＣやＣＯの量が増大し、これらのＨＣやＣＯがＮＯｘ触媒を介して発熱反応を起こす。すなわち、パイロット噴射を実施することにより、ＮＯｘ触媒ケーシング４２内のＮＯｘ触媒を昇温させることもできる。
【００７２】
〔ポスト噴射〕
ポスト噴射によって燃焼室２０内に供給される燃料は、燃焼ガス中で軽質なＨＣに改質され、排気系４０に排出される。すなわち、還元剤として機能する軽質なＨＣが、ポスト噴射を通じて排気系４０に添加され、排気中の還元成分濃度を高めることとなる。排気系４０に添加された還元成分は、ＮＯｘ触媒ケーシング４２内のＮＯｘ触媒を介し、同ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘや、排気中に含まれるその他の酸化成分と反応する。このとき発生する反応熱は、ＮＯｘ触媒の床温を上昇させる。
【００７３】
〔ＥＧＲ制御の概要〕
ＥＣＵ８０は、各種センサの検出信号から把握されるエンジン１の運転状態に基づきＥＧＲ制御を実施する。本実施の形態においてＥＧＲ制御とは、ＥＧＲ通路に設けられた電子制御式の開閉弁（ＥＧＲ弁）６１を操作して、ＥＧＲ通路を通過するガスの流量、言い換えれば排気系４０から吸気系３０に還流される排気の流量調整を行う処理をいう。
【００７４】
目標となるＥＧＲ弁６１の開弁量（以下、目標開弁量）は、基本的にはエンジン１の負荷や回転数等の運転状態に基づき、予め設定されたマップ（図示略）を参照して決定される。ＥＣＵ８０は、この目標開弁量をエンジン１の運転中所定時間毎に更新し、逐次、ＥＧＲ弁６１の実際の開弁量が更新された目標開弁量に合致するよう同ＥＧＲ弁６１の駆動回路に指令信号を出力する。
【００７５】
〔ＥＧＲ制御に基づく低温燃焼〕
こうした一連の処理により排気の一部が吸気系３０に還流されると、その還流量に応じ機関燃焼に供される混合気中の不活性ガス成分が増量することになる。この結果、エンジン１の燃焼温度が低下し（エンジン１がいわゆる低温燃焼の状態となり）、排気中のＮＯｘ量が低減される他、例えばＥＧＲ率（ＥＧＲガスの流量／（ＥＧＲガスの流量＋吸入空気の流量））が５５％程度を上回る条件下においてスモークがほとんど発生しなくなる。
【００７６】
また、低温燃焼の実施に伴い排気中の未燃ＨＣ（還元成分）が増量することになるため、結果として、還元剤として機能する軽質なＨＣが排気系４０に添加され排気中の還元成分濃度を高めることとなる。すなわち、ＥＧＲ制御（低温燃焼）の実施によっても、ポスト噴射と同様、ＮＯｘ触媒の床温を上昇させる効果を得ることもできる。
【００７７】
〔燃料添加〕
燃料添加弁１７を通じ、噴霧状態の燃料（還元剤）を排気系４０に直接添加することによっても、ポスト噴射と同様、排気中の還元成分濃度を高め、結果として排気やＮＯｘ触媒の温度を上昇させることができる。燃料添加弁１７によって添加された燃料は、ポスト噴射によるものに比べ、排気中においてより高分子の状態を保持しつつ不均一に分布する傾向がある。また、燃料添加弁１７による燃料添加では、一度に添加することのできる燃料量や添加タイミングの自由度が、ポスト噴射による場合よりも大きい。ただし、燃料添加を通じて供給される噴霧状態の燃料が効率的な昇温機能を発揮するためには、当該噴霧状態（高分子状態）の燃料が反応を起こしやすいように、排気の温度が予めある程度まで高められている必要がある。
【００７８】
〔Ｓ被毒回復制御〕
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（ハニカム構造体４２ａやフィルタ４２ｂ）に蓄積する。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、ＥＣＵ９０は、Ｓ被毒回復制御を実施する。Ｓ被毒回復制御は、燃料添加弁１７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。
【００７９】
図２は、Ｓ被毒回復制御の実行中に観測される空燃比Ａ／Ｆ（図２（ａ））、ＮＯｘ触媒の温度（図２（ｂ））、ＮＯｘ触媒ケーシング４２の下流に放出される硫黄成分の量（図２（ｃ））を、同一時間軸上に示すタイムチャートの一例である。
【００８０】
Ｓ被毒回復制御の実行要求があると、ＥＣＵ９０は、燃料添加弁１７を通じて排気系４０内に燃料を断続的に添加する。
【００８１】
添加燃料を含んだ排気はリッチ雰囲気に変化するため、燃料添加弁１７を通じた断続的な燃料添加が開始されると、酸素濃度センサ７３或いは酸素濃度センサ７５の検出信号に基づいて算出される空燃比Ａ／Ｆも、リッチとリーンとの間で変動を繰り返す（リッチスパイクが形成される）。また、添加燃料がＮＯｘ触媒ケーシング４２内で酸化する際に発生する反応熱により、ＮＯｘ触媒の温度は所定値（例えば６９０℃）まで上昇し、その後は一定の値を保持するようになる（図２（ｂ））。
【００８２】
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）とに関係している。一般には、触媒温度ＴＣＡＴが高くなるほど、また排気の空燃比Ａ／Ｆが低くなる（リッチになる）ほど硫黄成分は効率的に放出されるようになる。このため、空燃比Ａ／Ｆがリッチへ移行する毎に硫黄成分の放出が起こり、また、１回の放出量は、触媒温度ＴＣＡＴの上昇に伴って高まる傾向がある（図２（ｃ））。ただし、空燃比Ａ／Ｆがリッチへ移行する毎に起こる硫黄成分の放出量は、所定量の硫黄成分がＮＯｘ触媒から放出された後（時刻ｔ10以降）は、ＮＯｘ触媒がたとえ高温状態（６９０℃）を保持していても、徐々に低下するようになる。例えば時刻ｔ11以降には、ＮＯｘ触媒に蓄積されていた硫黄成分のうち、図２（ａ）及び図２（ｃ）に示す条件（Ａ／Ｆ＝１３，ＴＣＡＴ＝６９０℃）の下で放出され得る硫黄成分はほとんど放出され尽くしたものと考えられる。
【００８３】
ところで、機関燃焼の継続に伴ってＮＯｘ触媒に蓄積にされる硫黄成分は、ＮＯｘ触媒の構成要素として混在するＮＯｘ吸蔵剤や貴金属触媒に対し、化学的、物理的に様々な状態で結合し、また、これらＮＯｘ吸蔵剤や貴金属触媒を担持する担体層の様々な部位に広く分布していると考えられる。そしてこのように、様々な部位に異なる状態で存在する硫黄成分にとっては、ＮＯｘ触媒から効率的に放出されるための条件もまた、各々違ったものになる。
【００８４】
この点に関し、発明者らが鋭意研究を重ねた結果、以下のような事項が明らかになった。すなわち、ＮＯｘ触媒に蓄積する硫黄成分は、空燃比Ａ／Ｆが低く（リッチの度合いが高く）、触媒温度が高くなるほど放出されやすい傾向があることは、当業者による通常の認識通りであるが、空燃比Ａ／Ｆがより高く（リーン寄りであり）、また触媒温度がより低い条件下であっても、ＮＯｘ触媒の特定部位に蓄積されている硫黄成分、或いは特定の形態でＮＯｘ触媒に結合している硫黄成分は、十分高い効率で放出される。
【００８５】
さらに、ＮＯｘ触媒に蓄積している硫黄成分のうち一部は、ＮＯｘ吸蔵剤に付着・結合し、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵機能を低下させることになる一方、他の一部は、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵機能には直接寄与しない部位（例えば担体層や貴金属触媒）に堆積しているにすぎない。また、ＮＯｘ吸蔵剤に付着・結合する硫黄成分は、硫黄酸化物塩として、電気的にかなり強い結合力でＮＯｘ吸蔵剤と結び付き、これらを離脱させるためには、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチとし、且つ、触媒温度を６５０℃〜６９０℃程度にまで上昇させる必要がある。その一方、担体層や貴金属触媒に堆積している硫黄成分は、排気の空燃比がより高く（リーン雰囲気で）、且つ、触媒温度がより低い条件下であっても十分分解・放出される。
【００８６】
例えば図３には、Ｓ被毒回復制御を行った場合に観測されるＮＯｘの浄化効率（図３（ａ））及び硫黄成分の放出量（図３（ｂ））の推移を同一時間軸上に示すタイムチャートであって、同一の運転条件で同一期間エンジン１を運転した後、３つの異なる条件を設定してＳ被毒回復制御を行った結果である。なお、同各図中において、符号Ａ／Ｆminは各回のリッチスパイクによって達する空燃比Ａ／Ｆの最低値に相当し、符号ＴＣＡＴmaxはＳ被毒回復制御によって達する触媒温度ＴＣＡＴの最高値に相当する。
【００８７】
先ず図３（ａ）に示すように、空燃比の最低値Ａ／Ｆminが最も低く（リッチ雰囲気に相当し）、触媒温度の最高値ＴＣＡＴmaxが最も高い条件Ａでは、Ｓ被毒回復制御の実行に伴って速やかにＮＯｘ浄化効率が回復する。これに対し、条件Ａに比べると空燃比の最低値Ａ／Ｆminが高く（理論空燃比近傍の雰囲気に相当し）、触媒温度の最高値ＴＣＡＴmaxが低い条件Ｂでは、ＮＯｘ浄化効率の回復量（度合い）が小さい。
【００８８】
さらに、条件Ｂよりも空燃比の最低値Ａ／Ｆminが高く（弱リーン雰囲気に相当し）、触媒温度の最高値ＴＣＡＴmaxが低い条件Ｃでは、制御の実行に伴うＮＯｘ浄化効率の回復はほとんどみられない。
【００８９】
一方、図３（ｂ）に示すように、硫黄成分の放出量は、条件Ａ、条件Ｂ，条件Ｃの順で、各々に対応する放出量は減少するものの、ＮＯｘ浄化率の回復がほとんどみられない条件ＣでＳ被毒回復制御を行った場合にも、当該制御の実行に伴い所定量の硫黄成分が放出されている。なお、条件Ａで被毒回復制御を行った結果放出された硫黄成分の全量は、当該制御を開始する際、ＮＯｘ触媒に蓄積していた硫黄成分の全量に略等しいことが確認された。
【００９０】
この実験結果から考察されるように、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる上で最適な条件Ａの下、Ｓ被毒回復制御を行ってほとんどの硫黄成分を放出させることができるものの、これとは異なる特定条件（条件Ｂ、条件Ｃ）の下でＳ被毒回復制御を行った場合であっても、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分のうち、少なくとも一部を放出させることはできる。また、ＮＯｘ浄化率の回復といった面からは何ら効果を認識することができない条件Ｃの下でＳ被毒回復制御を行う場合であっても、当該制御の実行に伴い所定量の硫黄成分が放出される。
【００９１】
ところで、上記条件Ａ，Ｂ，Ｃの何れを成立させる場合にも、空燃比Ａ／Ｆを低下させ（リッチ寄りに移行させ）、触媒温度ＴＣＡＴを上昇させるために所定量の添加燃料が必要となり、また、触媒温度ＴＣＡＴを高温状態に移行させることである程度はＮＯｘ触媒の熱劣化が進行する。そして、添加燃料の消費量が最も多く、また、ＮＯｘ触媒への影響（劣化の進行度合い）が最も大きくなるのは条件Ａを成立させる場合である。逆に、消費する添加燃料の量が最も少なく、また、ＮＯｘ触媒の劣化が最小限に抑えられるのは、条件Ｃを成立させる場合である。
【００９２】
そこで、本実施の形態にかかるエンジン１の排気浄化装置は、硫黄成分の放出に関わるＮＯｘ触媒の上記特性に適合した制御構造を構築することにより、燃料（還元剤）消費量の節減と、ＮＯｘ触媒の熱劣化の防止・抑制とを併せ図ることのできる効率的なＳ被毒回復制御を実施し、ＮＯｘ触媒の機能を最適な状態に管理する。
【００９３】
本実施の形態において、エンジン１の排気浄化装置は、触媒温度ＴＣＡＴ、及び排気の空燃比Ａ／Ｆの調整を通じ、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる。その際、条件設定の異なる複数の処理を間欠的、若しくは連続的に行うことにより、ＮＯｘ触媒の異なる部位に蓄積している硫黄成分、或いはＮＯｘ触媒に異なる状態で蓄積している硫黄成分を、微量ずつ徐々に放出させる。
【００９４】
図４には、エンジン１の排気浄化装置が実施するＳ被毒回復制御に関し、当該制御の一環として間欠的に実行される複数の処理のタイムスケジュールの一例を示す。なお、本例では、Ｓ被毒回復制御の実施にあたり、２種の異なる処理（以下、第１のＳ放出処理、第２のＳ放出処理という）が実行されることになる。
【００９５】
同図４の時間軸（横軸）上において、記号△は第１のＳ放出処理の実行を意味し、記号▲は第２のＳ放出処理の実行を意味する。
【００９６】
同図４に示すように、エンジン１の排気浄化装置は、例えば所定期間Δｔ１毎、周期的に第１のＳ放出処理を実行する一方で、期間Δｔ１よりも長い期間Δｔ２毎、周期的に第２のＳ放出処理を実行する。
【００９７】
ここで、第１のＳ放出処理は、例えば先の図３で説明した条件Ｃのように、空燃比Ａ／Ｆを高めの値（例えばＡ／Ｆ＝１６程度）に、触媒温度ＴＣＡＴを比較的低い規定値（例えば６２０℃程度）に設定して硫黄成分を放出させる処理である。これに対し、第２のＳ放出処理は、例えば図３で説明した条件Ａのように、空燃比Ａ／Ｆを低めの値（例えばＡ／Ｆ＝１３程度）に、触媒温度ＴＣＡＴを比較的高い規定値（例えば６９０℃程度）に設定して硫黄成分を放出させる処理である。
【００９８】
図５には、上記のような処理手順に従ってＳ被毒回復制御を実施した場合、ＮＯｘ触媒の２種の異なる部位に（或いは２種の異なる状態で）蓄積した硫黄成分の量が変化する様子を、時系列的に示すグラフである。なお、各グラフの左側には条件Ｃの下で放出される硫黄成分（ＳＸ１）の蓄積量を示し、各グラフの右側には、条件Ｃの下では放出され難いが、条件Ａの下で放出される硫黄成分（ＳＸ２）の蓄積量を示す。
【００９９】
（１）先ず、機関運転の継続に伴い所定量の硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２が蓄積した時点で（図５（ａ））、ＥＣＵ９０の指令に基づき、条件Ｃを成立させる制御が実行される。
【０１００】
（２）すると、条件Ｃの下、硫黄成分ＳＸ２の蓄積量はそのままで、硫黄成分ＳＸ１のみが放出される（図５（ｂ））。
【０１０１】
（３）その後、時間の経過とともに、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２が再度蓄積する。このとき全体としては、硫黄成分ＳＸ２の蓄積量が硫黄成分ＳＸ１の蓄積量を上回った状態になる（図５（ｃ））。
【０１０２】
（４）所定量の硫黄成分ＳＸ１が蓄積した時点で、条件Ｃを成立させる制御を再度行う。
【０１０３】
（５）すると、硫黄成分Ｓ２の蓄積量はそのままで、硫黄成分ＳＸ１のみが放出される（図５（ｄ））。
【０１０４】
（６）その後、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２が再度蓄積すると、硫黄成分ＳＸ２の蓄積量と、これを上回る硫黄成分ＳＸ１の蓄積量との差は、図５（ｃ）の状態よりさらに拡大する（図５（ｅ））。
【０１０５】
（７）所定量の硫黄成分ＳＸ１が蓄積した時点で、条件Ｃを成立させる制御が再度実行される。
【０１０６】
（８）すると、硫黄成分ＳＸ２の蓄積量はそのままで、硫黄成分ＳＸ１のみが放出される（図５（ｆ））。
【０１０７】
（９）その後、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２が再度蓄積すると、硫黄成分ＳＸ２の蓄積量と、これを上回る硫黄成分ＳＸ１の蓄積量との差は、図５（ｅ）の状態よりさらに拡大する（図５（ｇ））。
【０１０８】
（８）ここで、条件Ａを成立させる制御が実行される。
【０１０９】
（９）すると、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２の何れもがＮＯｘ触媒から放出・除去されることになる（図５（ｈ））。
【０１１０】
（１０）その後は、図５（ａ）と略同等の状態に戻るため、条件Ｃを成立させる制御を間欠的に複数回行った後、条件Ａを成立させる制御を行うといった処理を再度繰り返すことになる。
【０１１１】
すなわち、ＮＯｘ触媒に蓄積する硫黄成分のうち、硫黄成分ＳＸ１は、少量の添加燃料しか要さず、ＮＯｘ触媒の劣化の進行も最小限に抑えられる条件Ｃの下でＮＯｘ触媒から離脱する。このため、比較的高い頻度で条件Ｃを成立させることにより、硫黄成分ＳＸ１の蓄積量を抑制する。
【０１１２】
一方、硫黄成分ＳＸ２をＮＯｘ触媒から離脱させるためには、多量の添加燃料を用いて空燃比Ａ／Ｆを十分低下させ（リッチ寄りに移行させ）、且つ、ＮＯｘ触媒を高温状態にする必要がある。このため、硫黄成分ＳＸ２は、できるだけ長期間ＮＯｘ触媒に蓄積させておいた後ＮＯｘ触媒から放出させることで、条件Ａを成立させる頻度を低く抑える。
【０１１３】
このように、本実施の形態にかかるＳ被毒回復制御では、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を放出させる際、蓄積部位や蓄積状態の異なる硫黄成分を個別に処理する。このような制御構造を構築することにより、空燃比Ａ／Ｆをさほど低下させなくとも（リッチ寄りに移行させなくとも）、また、触媒温度ＴＣＡＴをさほど高温にしなくてもＮＯｘ触媒から離脱し得る硫黄成分については、多量の燃料（還元剤）を消費することなく、また、ＮＯｘ触媒の温度を高くしすぎて熱劣化の進行を促すことなく、ＮＯｘ触媒から効率的に放出させることができる。そしてこの結果、（ＮＯｘ吸蔵剤と強く結びついた）硫黄成分ＳＸ２を離脱させる段階で、（担体層や貴金属触媒等に堆積しているにすぎない）硫黄成分ＳＸ１はほとんど残っていない状態にあるため、条件Ａを成立させる制御の継続時間を短縮することができる。
【０１１４】
すなわち、燃料（還元剤）の消費量を節減し、また、ＮＯｘ触媒の耐久性を実質的に向上させることができる。さらに、ＮＯｘ触媒に蓄積する硫黄成分の総量を、分割して少量ずつ放出することになるため、一回の処理によって放出される硫黄成分の量も少なく、排気系４０から硫黄成分特有の臭気が発生することもない。
【０１１５】
〔Ｓ被毒回復制御の制御手順〕
以下、本実施の形態にかかるＳ被毒回復制御について、その具体的な制御手順を説明する。
【０１１６】
図６は、本実施の形態にかかる排気浄化装置が実行するＳ被毒回復制御の具体的な制御手順（Ｓ被毒回復制御ルーチン）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、ＥＣＵ９０を通じて所定時間毎に繰り返し実行される。
【０１１７】
本ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ９０は先ずステップＳ１０１において、第１のＳ放出処理を実行すべきタイミングであるか否かを判断する。第１のＳ放出処理とは、先の図３等で説明した条件Ｃを成立させるための処理である。条件Ｃの下で放出し得る硫黄成分がＮＯｘ触媒に所定量蓄積したと認識した場合、ＥＣＵ９０は、第１のＳ放出処理を実行すべきタイミングであると判断する。同ステップＳ１０１における判断が肯定である場合、ＥＣＵ９０はステップＳ１０２に移行し、その判断が否定である場合、ＥＣＵ９０はステップＳ１０４にジャンプする。
【０１１８】
ステップＳ１０２においてＥＣＵ９０は、第１のＳ放出処理を実施する。すなわち、先ず、燃料添加を通じて供給される噴霧状態の燃料が効率的な昇温機能を発揮するように、排気の温度を所定の目標値（例えば５００℃程度）まで高める制御（昇温制御）を行う。昇温制御としては、例えばスロットル弁３２を絞り、空燃比Ａ／Ｆを、通常運転時に採用される数値（例えばＡ／Ｆ＝４０程度）よりもリッチ寄り（例えばＡ／Ｆ＝２３程度）に移行させる制御を行えばよい。また、ポスト噴射、パイロット噴射、或いは低温燃焼を実施することにより、排気の温度を高めることもできる。
【０１１９】
排気の温度が目標値に達すると、燃料添加弁１７を通じてＮＯｘ触媒ケーシング４２上流に燃料を添加することにより、条件Ｃを成立させる。そして条件Ｃを所定期間継続させた後、ＥＣＵ９０はステップＳ１０３に移行する。
【０１２０】
続くステップＳ１０３においては、Ｓ放出処理（第１のＳ放出処理や後述する第２のＳ放出処理を含む）の実施時期に関する情報の書き換えを行う。すなわち、次回以降行うＳ放出処理の実施時期（各処理を実施すべきタイミングや実施の継続期間）の決定に、今回行った第１のＳ放出処理の実施時期に関する情報を反映させる。簡易な方法として、第１のＳ放出処理は、設定時間毎に、設定期間継続して行うようにし、同ステップＳ１０３では、そのような設定時間や設定継続期間を計測するためのカウンタをリセットする処理を行うこととしてもよい。あるいは、今回行った第１のＳ放出処理の効果を、当該処理の実施に至るまでのエンジン１の運転状態の履歴等とともに評価し、その評価を次回以降のＳ放出処理の内容に反映させるというような緻密な処理を行ってもよい。
【０１２１】
ステップＳ１０３の処理を経た後、若しくは先のステップＳ１０１での判断が否定であった場合、ＥＣＵ９０は、ステップＳ１０４において第２のＳ放出処理を行うタイミングであるか否かを判断する。第２のＳ放出処理とは、先の図３等で説明した条件Ａを成立させるための処理である。条件Ａの下で放出し得る硫黄成分がＮＯｘ触媒に所定量蓄積したと認識した場合、ＥＣＵ９０は、第２のＳ放出処理を実行すべきタイミングであると判断する。同ステップＳ１０４における判断が肯定である場合、ＥＣＵ９０はステップＳ１０５に移行し、その判断が否定である場合、ＥＣＵ９０は本ルーチンを一旦抜ける。
【０１２２】
ステップＳ１０５においてＥＣＵ９０は、第２のＳ放出処理を実施する。すなわち、燃料添加弁１７を通じて触媒ケーシング４２上流に燃料を添加することにより、条件Ｃを成立させる。そして条件Ｃを所定期間継続させた後、ＥＣＵ９０はステップＳ１０６に移行する。
【０１２３】
ステップＳ１０６においてＥＣＵ９０は、Ｓ放出処理の実施時期に関する情報の書き換えを行う。同ステップＳ１０６においても、簡易な方法としては、ステップＳ１０３での処理と同様、第２のＳ放出処理を、設定時間毎に、設定期間継続して行うようにする前提の下、そのような設定時間や設定継続期間を計測するためのカウンタをリセットする処理を行えばよい。むろん、今回行った第２のＳ放出処理の効果を、当該処理の実施に至るまでのエンジン１の運転状態の履歴等とともに評価し、その評価を次回以降のＳ放出処理の内容に反映させるというような緻密な処理を行ってもよい。
【０１２４】
ステップＳ１０６での処理を経た後、ＥＣＵ９０は本ルーチンを一旦抜ける。
【０１２５】
なお、条件Ａ若しくは条件Ｃを成立させるように、燃料添加を通じて排気の空燃比Ａ／Ｆや触媒温度ＴＣＡＴを所望の値に収束させるためには、例えば燃料添加弁１３を駆動するための指令信号の波形を調整すればよい。例えば図７には、燃料添加弁１３に送られるＥＣＵ９０の指令信号の波形と、その波形に対応する空燃比の変化とを同一時間軸上に示すタイムチャートの一例である。燃料添加弁１３は、同図７（ａ）に示す指令信号がオン（「ＯＮ」）の状態となっているときに開弁し、所定圧力の燃料を排気系４０の触媒ケーシング４２上流に添加供給する。燃料添加が行われることにより、触媒ケーシン４２に流入する排気の空燃比Ａ／Ｆが低下する（リッチスパイクが形成される）ようになる。ここで、添加期間（図７（ａ））を長くするほど空燃比の変化量（図７（ｂ））は大きくなり、総添加期間（図７（ａ））を長くするほど（添加回数を多くするほど）リッチスパイクの形成期間（図７（ｂ））も長くなる。また、添加インターバル（図７（ａ））を短くするほど触媒温度ＴＣＡＴの上昇量は大きくなる。一方、燃料添加の休止期間（図７（ａ））の長さは、排気の空燃比Ａ／Ｆ（図７（ｂ））が高くなる期間（連続的に形成されるリッチスパイクの間においてリーン雰囲気が継続する期間）の長さに対応する。
【０１２６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明をディーゼルエンジンシステムに適用した第２の実施の形態について、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。なお、当該第２の実施の形態において適用対象となるエンジンシステムの基本構造や機能は、上記第１の実施の形態において説明したディーゼルエンジンシステム１と同等であり、ここでの重複する説明は割愛する。
【０１２７】
図８には、第２の実施の形態の排気浄化装置が実施するＳ被毒回復制御に関し、当該制御の一環として間欠的に実行される複数の処理のタイムスケジュールの一例を示す。
また、同図８の時間軸（横軸）上において、記号△は第１のＳ放出処理の実行を意味し、記号▲は第２のＳ放出処理の実行を意味する。
【０１２８】
同図８に示すように、第２の実施の形態の排気浄化装置は、Ｓ被毒回復制御の一環として、第１のＳ放出処理と、第２のＳ放出処理とを連続して行う制御を、所定期間（ΔＴ３）毎に実施する。
【０１２９】
具体的には、ＮＯｘ触媒に所定量の硫黄成分が蓄積したものと認識した場合に、ＥＣＵ９０は、先ず、第１のＳ放出処理を通じて条件Ｃ（例えば空燃比Ａ／Ｆ＝１６程度、触媒温度ＴＣＡＴ＝６２０℃程度）を成立させる。そして、当該条件Ｃを所定期間保持した後、続けて第２のＳ放出処理を行うことにより、条件Ａ（例えば空燃比Ａ／Ｆ＝１３程度、触媒温度ＴＣＡＴ＝６９０℃程度）を成立させ、当該条件Ａを所定期間保持する。ＥＣＵ９０は、このような一連の処理を、インターバルΔＴ３を挟み間欠的に実行する。
【０１３０】
図９には、上記のような処理手順に従ってＳ被毒回復制御を実施した場合、ＮＯｘ触媒の２種の異なる部位に（或いは２種の異なる状態で）蓄積した硫黄成分の量が変化する様子を、時系列的に示すグラフである。なお、各グラフの左側には条件Ｃの下で放出される硫黄成分（ＳＸ１）の蓄積量を示し、各グラフの右側には、条件Ｃの下では放出され難いが、条件Ａの下で放出される硫黄成分（ＳＸ２）の蓄積量を示す。
【０１３１】
（１）先ず、機関運転の継続に伴い所定量の硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２が蓄積した時点で（図９（ａ））、ＥＣＵ９０の指令に基づき、条件Ｃを成立させる制御が実行される。
【０１３２】
（２）すると、条件Ｃの下、硫黄成分ＳＸ２の蓄積量はそのままで、硫黄成分ＳＸ１のみが放出される（図９（ｂ））。
【０１３３】
（３）ここで続けて、条件Ａを成立させる制御を行う。
【０１３４】
（４）すると、硫黄成分ＳＸ２がＮＯｘ触媒から放出・除去されることになり（図９（ｃ））、結果として、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２の何れもがＮＯｘ触媒から放出除去されることになる。
【０１３５】
（５）その後、所定期間ΔＴ３が経過すると、再度、条件Ｃを成立させる第１のＳ放出処理と、条件Ａを成立させる第２の放出処理とを連続して行う（図９（ｄ），（ｅ），（ｆ））。
【０１３６】
このような制御手順を繰り返すことにより、本実施の形態にかかる排気浄化装置は、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分のうち、蓄積部位や蓄積状態の異なる硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２を、段階的に放出させ、ＮＯｘ触媒の機能を最適な状態に管理する。
【０１３７】
ここで、従来のように、所定期間（ΔＴ３）毎に条件Ａを成立させる第２の放出処理のみを行っても、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２を併せて放出させることはできる。
【０１３８】
しかしながら、そのような方法では、第２のＳ放出処理を行うことにより、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２が同時に放出されることになるため、ＮＯｘ触媒下流の排気中における硫黄成分の濃度が過剰に高くなってしまう懸念がある。しかも、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２の両者をＮＯｘ触媒から放出・除去するために要する第２のＳ放出処理の継続期間は、本実施の形態のように硫黄成分ＳＸ２のみをＮＯｘ触媒から放出・除去するために要する第２のＳ放出処理の継続期間よりも長くなってしまうことが、発明者らによって確認されている。この結果、ＮＯｘ触媒の劣化が進行し、当該触媒の耐久性も低下してしまうことになる。
【０１３９】
この点、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２を同時に放出させることなく、順次にＮＯｘ触媒から放出させる本実施の形態の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ触媒下流の排気中における硫黄成分の濃度が過剰に高まるといった懸念がなくなる。また、第２のＳ放出処理を完了するために必要な期間も比較的短くなるため、ＮＯｘ触媒の劣化の進行が抑制され、当該触媒の耐久性も実質的に向上する。
【０１４０】
（第３の実施の形態）
次に、本発明をディーゼルエンジンシステムに適用した第３の実施の形態について、上記第１、第２の実施の形態と異なる点を中心に説明する。なお、当該第３の実施の形態において適用対象となるエンジンシステムの基本構造や機能は、上記第１の実施の形態において説明したディーゼルエンジンシステム１と同等であり、ここでの重複する説明は割愛する。
【０１４１】
上記第１、第２の実施の形態では、ＮＯｘ触媒に蓄積する硫黄成分を、蓄積部位や蓄積状態の異なる２種の硫黄成分として分別し、各種の硫黄成分を放出させる処理を個別に行うこととした。これに対し、当該第３の実施の形態では、ＮＯｘ触媒に蓄積する硫黄成分を、蓄積部位や蓄積状態の異なる３種の硫黄成分として分別し、各種の硫黄成分を放出させる処理を個別に行う。
【０１４２】
図１０には、第３の実施の形態の排気浄化装置が実施するＳ被毒回復制御に関し、当該制御の一環として間欠的に実行される複数の処理のタイムスケジュールの一例を示す。
また、同図１０の時間軸（横軸）上において、記号△は第１のＳ放出処理の実行を意味し、記号▲は第２のＳ放出処理の実行を意味する。また、記号○は第３のＳ放出処理を意味する。第３のＳ放出処理とは、先の図３等で説明した条件Ｂを成立させるための処理である。
【０１４３】
同図１０に示すように、第３の実施の形態の排気浄化装置は、Ｓ被毒回復制御の一環として、第１のＳ放出処理を比較的短い周期（ΔＴ４）で行う一方、より長い周期（ΔＴ５）で第２のＳ放出処理及び第３のＳ放出処理を行う。また、第２のＳ放出処理及び第３のＳ放出処理は、同時期に連続して行うようにする。
【０１４４】
図１１には、上記のような処理手順に従ってＳ被毒回復制御を実施した場合、ＮＯｘ触媒の３種の異なる部位に（或いは３種の異なる状態で）蓄積した硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３の量が変化する様子を、時系列的に示すグラフである。なお、硫黄成分ＳＸ１は、条件Ｃの下で放出される性質のものである。また、硫黄成分ＳＸ３は、条件Ｃの下では放出され難いが、条件Ｂの下で放出される性質のものである。さらに、硫黄成分ＳＸ２は、条件Ｃや条件Ｂの下では放出され難いが、条件Ａの下で放出される性質のものである。
【０１４５】
（１）先ず、機関運転の継続に伴い所定量の硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２が蓄積した時点で（図１１（ａ））、ＥＣＵ９０の指令に基づき、条件Ｃを成立させる制御が実行される。
【０１４６】
（２）すると、条件Ｃの下、硫黄成分ＳＸ２，ＳＸ３の蓄積量はそのままで、硫黄成分ＳＸ１のみが放出される（図１１（ｂ））。
【０１４７】
（３）その後、時間の経過とともに、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３が再度蓄積する。このとき全体としては、硫黄成分ＳＸ２，ＳＸ３の蓄積量が硫黄成分ＳＸ１の蓄積量を上回った状態になる（図１１（ｃ））。
【０１４８】
（４）所定量の硫黄成分ＳＸ１が蓄積した時点で、条件Ｃを成立させる制御を再度行う。
【０１４９】
（５）すると、硫黄成分ＳＸ２，ＳＸ３の蓄積量はそのままで、硫黄成分ＳＸ１のみが放出される（図１１（ｄ））。
【０１５０】
（６）その後、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３が再度蓄積すると、硫黄成分ＳＸ２，ＳＸ３の蓄積量と、これを上回る硫黄成分ＳＸ１の蓄積量との差は、図１１（ｃ）の状態よりさらに拡大する（図１１（ｅ））。
【０１５１】
（７）所定量の硫黄成分ＳＸ１が蓄積した時点で、条件Ｃを成立させる制御が再度実行される。
【０１５２】
（８）すると、硫黄成分ＳＸ２，ＳＸ３の蓄積量はそのままで、硫黄成分ＳＸ１のみが放出される（図１１（ｆ））。
【０１５３】
（９）その後、硫黄成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３が再度蓄積すると、硫黄成分ＳＸ２，ＳＸ３の蓄積量と、これを上回る硫黄成分ＳＸ１の蓄積量との差は、図１１（ｅ）の状態よりさらに拡大する（図１１（ｇ））。
【０１５４】
（１０）ここで、条件Ｃ（図１１（ｈ））、条件Ｂ（図１１（ｉ））、条件Ａ（図１１（ｊ））を段階的に成立させる制御が実行される。
【０１５５】
（１１）すると、硫黄成分ＳＸ１、硫黄成分ＳＸ３、硫黄成分ＳＸ２が、ＮＯｘ触媒から順次放出・除去されることになる（図１１（ｈ），（ｉ），（ｊ））。
【０１５６】
（１２）その後は、図１１（ａ）と略同等の状態に戻るため、条件Ｃを成立させる制御を間欠的に複数回行った後、条件Ａを成立させる制御を行うといった処理を再度繰り返すことになる。
【０１５７】
図１２は、本実施の形態にかかる排気浄化装置が実行するＳ被毒回復制御の具体的な制御手順（Ｓ被毒回復制御ルーチン）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、ＥＣＵ９０を通じて所定時間毎に繰り返し実行される。
【０１５８】
本ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ９０は先ずステップＳ２０１において、第１のＳ放出処理を実行すべきタイミングであるか否かを判断する。第１のＳ放出処理とは、先の図３等で説明した条件Ｃを成立させるための処理である。条件Ｃの下で放出し得る硫黄成分がＮＯｘ触媒に所定量蓄積したと認識した場合、ＥＣＵ９０は、第１のＳ放出処理を実行すべきタイミングであると判断する。同ステップＳ２０１における判断が肯定である場合、ＥＣＵ９０はステップＳ２０２に移行し、その判断が否定である場合、ＥＣＵ９０はステップＳ２０４にジャンプする。
【０１５９】
ステップＳ２０２においてＥＣＵ９０は、第１のＳ放出処理を実施する。すなわち、先ず、燃料添加を通じて供給される噴霧状態の燃料が効率的な昇温機能を発揮するように、排気の温度を所定の目標値（例えば５００℃程度）まで高める制御（昇温制御）を行う。
【０１６０】
排気の温度が目標値に達すると、燃料添加弁１７を通じて触媒ケーシング４２上流に燃料を添加することにより、条件Ｃを成立させる。そして条件Ｃを所定期間継続させた後、ＥＣＵ９０はステップＳ２０３に移行する。
【０１６１】
続くステップＳ２０３においては、Ｓ放出処理の実施時期に関する情報の書き換えを行う。すなわち、次回以降行うＳ放出処理の実施時期（各処理を実施すべきタイミングや実施の継続期間）の決定に、今回行った第１のＳ放出処理の実施時期に関する情報を反映させる。
【０１６２】
ステップＳ２０３の処理を経た後、若しくは先のステップＳ２０１での判断が否定であった場合、ＥＣＵ９０は、ステップＳ２０４において第３のＳ放出処理を行うタイミングであるか否かを判断する。第３のＳ放出処理が、先の図３等で説明した条件Ｂを成立させるための処理であることは、上述した通りである。同ステップＳ２０４における判断が肯定である場合、ＥＣＵ９０はステップＳ２０５に移行し、その判断が否定である場合、ステップＳ２０７にジャンプする。
【０１６３】
ステップＳ２０５においてＥＣＵ９０は、第３のＳ放出処理を実施し、条件Ｂを成立させる。そして条件Ｂを所定期間継続させた後、ＥＣＵ９０はステップＳ２０６に移行する。
【０１６４】
ステップＳ２０６においてＥＣＵ９０は、Ｓ放出処理の実施時期に関する情報の書き換えを行う。
【０１６５】
ステップＳ２０６での処理を経た後、若しくは先のステップＳ２０４での判断が否定であった場合、ＥＣＵ９０は、ステップＳ２０７において第２のＳ放出処理を行うタイミングであるか否かを判断する。同ステップＳ２０７における判断が肯定である場合、ＥＣＵ９０はステップＳ２０８に移行し、その判断が否定である場合、ＥＣＵ９０は本ルーチンを一旦抜ける。
【０１６６】
ステップＳ２０８においてＥＣＵ９０は、第２のＳ放出処理を実施する。すなわち、燃料添加弁１７を通じて触媒ケーシング４２上流に燃料を添加することにより、条件Ｃを成立させる。そして条件Ｃを所定期間継続させた後、ＥＣＵ９０はステップＳ２０９に移行する。
【０１６７】
ステップＳ２０９においてＥＣＵ９０は、Ｓ放出処理の実施時期に関する情報の書き換えを行う。
【０１６８】
ステップＳ２０９での処理を経た後、ＥＣＵ９０は本ルーチンを一旦抜ける。
【０１６９】
以上説明したように、本実施の形態にかかる排気浄化装置によれば、Ｓ被毒回復制御の実施に際し、ＮＯｘ触媒に蓄積している硫黄成分を、三成分ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３に分割して放出させることにより、ＮＯｘ触媒から放出される硫黄成分濃度の希薄化、所要燃料の節減、ＮＯｘ触媒の劣化抑制を、より緻密に図ることができる。
【０１７０】
なお、上記各実施の形態では、エンジン１の運転条件を特定して、条件Ａ，Ｂ，Ｃの各条件を実行するような制御構造は適用しなかったが、例えば、エンジン１の排気流量を反映するパラメータ（例えば回転数ＮＥ、負荷、排気流量自体、若しくはエンジン１を搭載した車両の走行速度（車速）等）によって定義づけられる特定領域においてのみ条件Ａ、条件Ｂ、若しくは条件Ｃを成立させるようにしてもよい。とくに、エンジン１を搭載した車両が停止しているような場合には、放出された硫黄成分が車両の周囲に停滞し、拡散し難くなる懸念がある。このため、走行速度が所定値を下回っている場合には、各条件Ａ，Ｂ，Ｃの成立を禁止するといった制御構造を適用するのが好ましい。
【０１７１】
エンジン１の排気流量が大きくなると、燃料添加弁１７を通じて供給される燃料（還元剤）が排気中において希釈され易くなるため、空燃比を低下させる（リッチ寄りにする）に必要な燃料量が増大する。一方、エンジン１の排気流量が大きくなると、ＮＯｘ触媒ケーシング４２下流に放出される硫黄成分が希釈され易くなるため、臭気を放ちにくくなる傾向がある。
【０１７２】
そこで、例えば条件Ｃや条件Ｂの如く、リッチスパイクの形成によって到達する空燃比の最低値Ａ／Ｆminが比較的高くなる（弱リーンや理論空燃比近傍の雰囲気になる）条件を成立させる制御は、エンジン１の排気流量が比較的高い場合に限り実施するのが好ましい。
【０１７３】
条件Ｃや条件Ｂは、比較的少量の燃料（還元剤）を燃料添加弁１７を通じて添加供給することにより、（排気流量が比較的大きな場合であっても）容易に成立させることのできる条件である。このため、ＮＯｘ触媒ケーシング４２から放出された硫黄成分の希釈効果が大きい場合（エンジン１の負荷、回転数ＮＥ、排気流量、若しくは車速が所定値を上回っている場合）にのみ、当該条件を積極的に成立させる制御構造を適用すれば、硫黄成分の放出に伴う異臭発生の防止を優先的に図ることができる。
【０１７４】
一方、例えば条件Ａの如く、リッチスパイクの形成によって到達する空燃比の最低値Ａ／Ｆminが比較的低くなる（リッチ雰囲気になる）条件を成立させる制御は、エンジン１の排気流量が比較的低い場合に限り実施するのが好ましい。
【０１７５】
条件Ａを成立させるためには、比較的多量の還元成分を供給する必要があり、また、前記ＮＯｘ触媒の劣化を助長し易い条件に相当する。
【０１７６】
このため、排気中における還元成分の希釈効果が小さい場合（エンジン１の負荷、回転数ＮＥ、排気流量若しくは車速が所定値を下回っている場合）にのみ、当該条件を積極的に成立させる制御構造を適用すれば、還元成分の消費量の低減効果を優先的に図ることができる。
【０１７７】
このように、エンジン１の排気流量に関するパラメータに応じて、各条件を成立させるための制御の実施を許容若しくは制限するようにすれば、燃料（還元剤）の消費量の低減や臭気発生の防止といった観点から、最適な条件を選択して硫黄成分の放出・除去を行うことができる。
【０１７８】
また、上記各実施の形態では、条件Ａ、条件Ｂ、条件Ｃといった複数の条件を、連続的に、又は非連続に実施するようにして、ＮＯｘ触媒の熱劣化を抑制しつつ、ＮＯｘ触媒に蓄積する硫黄成分を効率的に放出・除去するようにした。この場合、各々の条件を連続的に実施するか或いは非連続に実施するするかといった選択や、各条件を成立させる頻度に関する最適な条件設定は、エンジン１の運転条件や、ＮＯｘ触媒の物理的・化学的な特性や、ＮＯｘ触媒ケーシングの構造的な特性等によっても異なる。また、条件Ａ，Ｂ，Ｃも、排気の空燃比とＮＯｘ触媒の温度との関係からＮＯｘ触媒の特定部位に特定の状態で蓄積している硫黄成分を効率的に放出させる条件の例示にすぎない。すなわち、この他にも、種々の条件を設定してＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分を段階的に放出させることができる。
【０１７９】
また、図６のステップＳ１０２や図１２のステップＳ２０２において、リッチスパイクの形成に先立ち昇温制御を実施する説明をしたが、条件Ａ，Ｂ，Ｃを成立させる制御を行う際、例えば排気系４０内の温度が所定値を下回っている場合に限ってこのような昇温制御を行うようにすればよい。もっとも、条件Ａ、条件Ｂ、条件Ｃを各々非連続に実施する場合には、各条件Ａ，Ｂ，Ｃの成立に先立つ昇温制御の実施が必要になる場合が多い。その一方、例えば条件Ｃ→条件Ｂ→条件Ａのように、空燃比Ａ／Ｆを連続的にリッチ寄りに移行させる（或いは触媒温度ＴＣＡＴを連続的に上昇させる）制御構造を適用すれば、少なくとも当該Ｓ被毒回復制御の実施に要するエネルギー量は低減されることになる。
【０１８０】
このような観点から、ＮＯｘ触媒に蓄積する硫黄成分のうち、蓄積部位や蓄積状態の異なる成分の種々の放出条件を最適な頻度、順序、或いはインターバルで組み合わせた制御構造を設計すれば、燃料（還元剤）の消費量の低減、ＮＯｘ触媒の耐久性の向上、排気特性の向上を、効率的に図りつつ、長期に亘りＮＯｘ触媒の機能を最適な状態に管理することができる。
【０１８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分が、その蓄積部位や蓄積状態に応じ、個別に分散して放出されるようになる。このため、還元成分の消費量の低減、ＮＯｘ触媒の耐久性の向上、さらに排気特性の向上といった観点から、効率的な硫黄成分の放出・除去を行うことができる。
【０１８２】
また、本発明の触媒機能の管理方法によれば、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄成分が、その蓄積部位や蓄積状態に応じ、個別に分散して放出されるようになる。このため、還元成分の消費量の低減、ＮＯｘ触媒の耐久性の向上、さらに排気特性の向上を、効率的に図りつつ、ＮＯｘ触媒の機能を良好に管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態にかかるディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図。
【図２】  Ｓ被毒回復制御の実行中に観測される空燃比、ＮＯｘ触媒の温度、放出される硫黄成分の量を、同一時間軸上に示すタイムチャート。
【図３】  Ｓ被毒回復制御を行った場合に観測されるＮＯｘの浄化効率、及び硫黄成分の放出量の推移を同一時間軸上に示すタイムチャート。
【図４】  第１の実施の形態の排気浄化装置が実施するＳ被毒回復制御として、間欠的に実行される複数のＳ放出処理のタイムスケジュール。
【図５】  第１の実施の形態において、ＮＯｘ触媒の２種の異なる部位に蓄積した硫黄成分の量が変化する様子を時系列的に示すグラフ。
【図６】  第１の実施の形態にかかるＳ被毒回復制御の具体的な制御手順を示すフローチャート。
【図７】  燃料添加弁に送られるＥＣＵの指令信号の波形と、その波形に対応する空燃比の変化とを同一時間軸上に示すタイムチャートの一例。
【図８】  第２の実施の形態の排気浄化装置が実施するＳ被毒回復制御として、間欠的に実行される複数のＳ放出処理のタイムスケジュール。
【図９】  第２の実施の形態において、ＮＯｘ触媒の２種の異なる部位に蓄積した硫黄成分の量が変化する様子を時系列的に示すグラフ。
【図１０】  第３の実施の形態の排気浄化装置が実施するＳ被毒回復制御として、間欠的に実行される複数のＳ放出処理のタイムスケジュール。
【図１１】  第３の実施の形態において、ＮＯｘ触媒の３種の異なる部位に蓄積した硫黄成分の量が変化する様子を時系列的に示すグラフ。
【図１２】  第３の実施の形態にかかるＳ被毒回復制御の具体的な制御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（空燃比調整手段を構成）
１６  調量弁
１７  燃料添加弁（還元剤供給手段を構成）
２０  燃焼室
３０  吸気系
３１  インタークーラ
３２  スロットル弁（空燃比調整手段を構成）
４０  排気系
４２  ＮＯｘ触媒ケーシング
４３  酸化触媒ケーシング
５０  ターボチャージャ
５１  シャフト
５２  タービンホイール
５３  コンプレッサホイール
６０  ＥＧＲ通路
６１  ＥＧＲ弁
６２  ＥＧＲクーラ
７０  レール圧センサ
７１  燃圧センサ
７２  エアフロメータ
７３，７５  酸素濃度センサ
７４  排気温度センサ
７６  アクセルポジションセンサ
７７  クランク角センサ
９０  電子制御装置（ＥＣＵ）
Ｐ１  機関燃料通路
Ｐ２  添加燃料通路
【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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【図１２】
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