(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーン空燃比の領域で排気中のＮＯｘを吸着し、排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比で触媒に吸着していたＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを理論空燃比またはリッチ空燃比の雰囲気に存在するＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化するＮＯｘ触媒であるλ変動型触媒と、
リーン空燃比の領域で排気中のＨＣ濃度がほぼ一定の場合に排気中のＮＯｘを吸着し、同じくリーン空燃比の領域で触媒入口のＨＣ濃度が変動すると、触媒に吸着していたＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを雰囲気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化するＮＯｘ触媒であるＨＣ変動型触媒と、
ＥＧＲ域であるかどうかを判定する手段と、
この判定結果よりＥＧＲ域で吸気中に還流される排気量を制御する手段と、
前記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、前記ＥＧＲ域でこのＨＣ変動型触媒に流入する排気中のＨＣ濃度に変動を与える手段と、
前記λ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、前記ＥＧＲ域でない領域でこのλ変動型触媒に流入する排気の空燃比をリッチ化する手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記λ変動型触媒と前記ＨＣ変動型触媒を排気通路の上流側からこの順に配置するとともに、上流側の前記λ変動型触媒にＨＣ吸着能力を持たせることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
排気温度上昇手段を備え、前記ＥＧＲ域で前記ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前記λ変動型触媒に吸着されており、かつ前記λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合に前記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとき、前記排気温度上昇手段によって前記λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度まで排気温度を上昇させることを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
ＨＣ濃度変動手段を備え、前記ＥＧＲ域で前記ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前記λ変動型触媒に吸着されておらず、かつ前記λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合に前記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとき、前記ＨＣ濃度変動手段によって前記ＨＣ変動型触媒を流れる排気中のＨＣ濃度を変動させることを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
排気通路を分岐して一方の分岐通路に前記λ変動型触媒を、他方の分岐通路に前記ＨＣ変動型触媒を配置するとともに、２つの分岐通路への排気流れを切換可能な手段を備え、この切換手段により前記ＥＧＲ域で前記ＨＣ変動型触媒に排気を流し、前記ＥＧＲ域でない領域になると前記λ変動型触媒に排気を流すことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
リーン空燃比の領域で排気中のＮＯｘを吸着し、排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比で触媒に吸着していたＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを理論空燃比またはリッチ空燃比の雰囲気に存在するＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化するＮＯｘ触媒であるλ変動型触媒と、
リーン空燃比の領域で排気中のＨＣ濃度がほぼ一定の場合に排気中のＮＯｘを吸着し、同じくリーン空燃比の領域で触媒入口のＨＣ濃度が変動すると、触媒に吸着していたＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを雰囲気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化するＮＯｘ触媒であるＨＣ変動型触媒と、
低温予混合燃焼域であるかどうかを判定する手段と、
この判定結果より低温予混合燃焼域で圧縮上死点後までの燃料噴射時期を遅延するとともに、排気還流による酸素濃度の低減により、燃料の着火遅れ期間を長くし、この着火遅れ期間中に燃料が十分に気化した予混合気を形成させて低温予混合燃焼を行わせる手段と、
前記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、前記低温予混合燃焼域でこのＨＣ変動型触媒に流入する排気中のＨＣ濃度に変動を与える手段と、
前記λ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、前記低温予混合燃焼域でない領域でこのλ変動型触媒に流入する排気の空燃比をリッチ化する手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記λ変動型触媒と前記ＨＣ変動型触媒を排気通路の上流側からこの順に配置するとともに、上流側の前記λ変動型触媒にＨＣ吸着能力を持たせることを特徴とする請求項６に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
排気温度上昇手段を備え、前記低温予混合燃焼域で前記ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前記λ変動型触媒に吸着されており、かつ前記λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合に前記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとき、前記排気温度上昇手段によって前記λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度まで排気温度を上昇させることを特徴とする請求項７に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
ＨＣ濃度変動手段を備え、前記低温予混合燃焼域で前記ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前記λ変動型触媒に吸着されておらず、かつ前記λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合に前記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとき、前記ＨＣ濃度変動手段によって前記ＨＣ変動型触媒を流れる排気中のＨＣ濃度を変動させることを特徴とする請求項７に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項１０】
排気通路を分岐して一方の分岐通路に前記λ変動型触媒を、他方の分岐通路に前記ＨＣ変動型触媒を配置するとともに、２つの分岐通路への排気流れを切換可能な手段を備え、この切換手段により前記低温予混合燃焼域で前記ＨＣ変動型触媒に排気を流し、前記低温予混合燃焼域でない領域になると前記λ変動型触媒に排気を流すことを特徴とする請求項６に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項１１】
前記排気温度上昇手段は、ポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、吸気絞り、前記λ変動型触媒がヒータを備える場合にそのヒータ加熱の少なくとも一つを行う手段であることを特徴とする請求項３または８に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項１２】
前記ＨＣ濃度変動手段は、ポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、早期パイロット噴射の少なくとも一つを行う手段であることを特徴とする請求項４または９に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項１３】
リーン空燃比の領域で排気中のＮＯｘを吸着し、排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比で触媒に吸着していたＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを理論空燃比またはリッチ空燃比の雰囲気に存在するＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化するＮＯｘ触媒であるλ変動型触媒と、
低温予混合燃焼域であるかどうかを判定する手段と、
この判定結果より低温予混合燃焼域で圧縮上死点後までの燃料噴射時期を遅延するとともに、排気還流による酸素濃度の低減により、燃料の着火遅れ期間を長くし、この着火遅れ期間中に燃料が十分に気化した予混合気を形成させて低温予混合燃焼を行わせる手段と、
前記λ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、前記低温予混合燃焼域でない領域でこのλ変動型触媒に流入する排気の空燃比をリッチ化する手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項１４】
過給圧制御手段を備え、排気の空燃比をリッチ化する手段は、前記過給圧制御手段により過給圧を下げる手段であることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項１５】
コモンレール式の燃料噴射装置と、コモンレールの圧力制御手段と、過給圧制御手段とを備え、排気の空燃比をリッチ化する手段は、前記コモンレール圧力制御手段によりコモンレール圧力を上昇させるとともに、燃料噴射時期を遅角することで噴霧の微粒化を促進し、この場合に燃料噴射時期の遅角によるトルク低下を補うため燃料噴射量を増量し、さらに前記過給圧制御手段により過給圧を低下させる手段であることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リーン空燃比（理論空燃比よりリーン側の空燃比）の領域で排気中のＮＯｘを吸着し、排気空燃比が理論空燃比やリッチ空燃比（理論空燃比よりリッチ側の空燃比）で触媒に吸着していたＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを理論空燃比やリッチ空燃比の雰囲気に存在するＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化するようにしたＮＯｘ触媒を排気通路に設けたものがある（特許公報第２６００４９２号公報参照）。
【０００３】
ここで、このＮＯｘ触媒は空気過剰率λを変化（変動）させることによって触媒に吸着しているＮＯｘの浄化（触媒の再生）が可能となることから、以下この触媒を「λ変動型触媒」という。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のλ変動型触媒はガソリンエンジンを対象とするものであるため、全運転域において空燃比でほぼ２０以上のリーン状態で運転されるディーゼルエンジンにこのλ変動型触媒を適用とすることは難しい。これはディーゼルエンジンで空燃比をリッチにすると、スモークの悪化を招いてしまうためである。
【０００５】
ただし、コモンレール式の燃料噴射装置を備えて、高負荷域のような限られた運転域で行う分には、高圧噴射による噴霧燃料の微粒化促進によりスモーク悪化を抑制できるため空燃比をリッチにすることが可能である。言い換えれば、低中負荷域のような実用運転域でスモークの悪化を抑制しつつリッチ燃焼させることは困難である。このように、従来のディーゼルエンジンにおいては、実用運転域で排出されるＮＯｘをλ変動型触媒で処理することができないため、実用運転域でＮＯｘを低減するためにはＥＧＲ（排気還流）に頼らざる得ない状況にある。
【０００６】
さて、リーン空燃比の領域で排気中のＨＣ濃度がほぼ一定の場合に排気中のＮＯｘを吸着し、同じくリーン空燃比の領域で触媒入口のＨＣ濃度が変化（変動）すると、触媒に吸着していたＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを雰囲気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化するようにしたＮＯｘ触媒を本出願人と同一の出願人が先に提案しており（特願平１０−２９１５８１号、同１０−３１９６８９号参照）、この触媒を用いれば、実用運転域での触媒の再生が可能となる。なお、この触媒は、ＨＣ濃度を変化（変動）させることによって再生が可能となることから、この触媒を以下「ＨＣ変動型触媒」という。
【０００７】
そこで本発明は、低中負荷域をＥＧＲ域として排気還流を行い、高負荷域になるとＥＧＲ（排気還流）を停止するエンジンを対象として、λ変動型触媒とＨＣ変動型触媒とを組み合わせて用い、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、ＥＧＲ域でこのＨＣ変動型触媒に流入する排気中のＨＣ濃度に変動を与えることによってＨＣ変動型触媒を再生し、これに対してλ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合にＥＧＲ域以外の領域（高負荷域）でこのλ変動型触媒に流入する排気の空燃比をリッチ化することによってλ変動型触媒を再生し、これによってスモークの悪化を防ぎつつ触媒の再生を可能とすることを目的とする。
【０００８】
一方、低中負荷域を低温予混合燃焼域として、圧縮上死点後までの燃料噴射時期を遅延するとともに、排気還流による酸素濃度の低減により、燃料の着火遅れ期間を長くし、この着火遅れ期間中に燃料が十分に気化した予混合気を形成させて低温予混合燃焼を行わせるとともに、この低温予混合燃焼が困難になる高負荷域では拡散燃焼主体の燃焼に移行させるようにしたエンジンがあり（特開平７−４２８７号公報参照）、このエンジンでは、上記のＥＧＲを行うエンジンよりもＮＯｘ排出量がさらに少ない。
【０００９】
そこで本発明は、このエンジンをも対象として、λ変動型触媒とＨＣ変動型触媒とを組み合わせて用い、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、低温予混合燃焼域でこのＨＣ変動型触媒に流入する排気中のＨＣ濃度に変動を与えることによってＨＣ変動型触媒を再生し、これに対してλ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に低温予混合燃焼域以外の領域（高負荷域）でこのλ変動型触媒に流入する排気の空燃比をリッチ化することによってλ変動型触媒を再生し、これによって全運転域でのＮＯｘの浄化を一段と進めることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図２５に示すように、λ変動型触媒７１と、ＨＣ変動型触媒７２と、ＥＧＲ域（低中負荷域）であるかどうかを判定する手段７３と、この判定結果よりＥＧＲ域で吸気中に還流される排気量（ＥＧＲ量）を制御する手段７４と、前記ＨＣ変動型触媒７２のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、前記ＥＧＲ域でこのＨＣ変動型触媒７２に流入する排気中のＨＣ濃度に変動を与える手段７５と、前記λ変動型触媒７１のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、前記ＥＧＲ域でない領域（高負荷域）でこのλ変動型触媒７１に流入する排気の空燃比をリッチ（理論空燃比を含む）化する手段７６とを備える。
【００１１】
第２の発明では、第１の発明において前記λ変動型触媒と前記ＨＣ変動型触媒を排気通路の上流側からこの順に配置（直列配置）するとともに、上流側の前記λ変動型触媒にＨＣ吸着能力を持たせる。
【００１２】
第３の発明では、第２の発明において排気温度上昇手段を備え、前記ＥＧＲ域で前記ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前記λ変動型触媒に吸着されており、かつ前記λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合に前記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとき、前記排気温度上昇手段によって前記λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度まで排気温度を上昇させる。
【００１３】
第４の発明では、第２の発明においてＨＣ濃度変動手段を備え、前記ＥＧＲ域で前記ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前記λ変動型触媒に吸着されておらず、かつ前記λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合に前記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとき、前記ＨＣ濃度変動手段によって前記ＨＣ変動型触媒を流れる排気中のＨＣ濃度を変動させる。
【００１４】
第５の発明では、第１の発明において排気通路を分岐して一方の分岐通路に前記λ変動型触媒を、他方の分岐通路に前記ＨＣ変動型触媒を配置（並列配置）するとともに、２つの分岐通路への排気流れを切換可能な手段を備え、この切換手段により前記ＥＧＲ域で前記ＨＣ変動型触媒に排気を流し、前記ＥＧＲ域でない領域（高負荷域）になると前記λ変動型触媒に排気を流す。
【００１５】
第６の発明は、図２６に示すように、λ変動型触媒７１と、ＨＣ変動型触媒７２と、低温予混合燃焼域であるかどうかを判定する手段８１と、この判定結果より低温予混合燃焼域で圧縮上死点後までの燃料噴射時期を遅延するとともに、排気還流による酸素濃度の低減により、燃料の着火遅れ期間を長くし、この着火遅れ期間中に燃料が十分に気化した予混合気を形成させて低温予混合燃焼を行わせる手段８２と、前記ＨＣ変動型触媒７２のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、前記低温予混合燃焼域でこのＨＣ変動型触媒７２に流入する排気中のＨＣ濃度に変動を与える手段８３と、前記λ変動型触媒７１のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、前記低温予混合燃焼域でない領域でこのλ変動型触媒７１に流入する排気の空燃比をリッチ（理論空燃比を含む）化する手段８４とを備える。
【００１６】
第７の発明では、第６の発明において前記λ変動型触媒と前記ＨＣ変動型触媒を排気通路の上流側からこの順に配置（直列配置）するとともに、上流側の前記λ変動型触媒にＨＣ吸着能力を持たせる。
【００１７】
第８の発明では、第７の発明において排気温度上昇手段を備え、前記低温予混合燃焼域で前記ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前記λ変動型触媒に吸着されており、かつ前記λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合に前記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとき、前記排気温度上昇手段によって前記λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度まで排気温度を上昇させる。
【００１８】
第９の発明では、第７の発明においてＨＣ濃度変動手段を備え、前記低温予混合燃焼域で前記ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前記λ変動型触媒に吸着されておらず、かつ前記λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合に前記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとき、前記ＨＣ濃度変動手段によって前記ＨＣ変動型触媒を流れる排気中のＨＣ濃度を変動させる。
【００１９】
第１０の発明では、第６の発明において排気通路を分岐して一方の分岐通路に前記λ変動型触媒を、他方の分岐通路に前記ＨＣ変動型触媒を配置（並列配置）するとともに、２つの分岐通路への排気流れを切換可能な手段を備え、この切換手段により前記低温予混合燃焼域で前記ＨＣ変動型触媒に排気を流し、前記低温予混合燃焼域でない領域（高負荷域）になると前記λ変動型触媒に排気を流す。
【００２０】
第１１の発明では、第３または第８の発明において前記排気温度上昇手段が、ポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、吸気絞り、前記λ変動型触媒がヒータを備える場合にそのヒータ加熱の少なくとも一つを行う手段である。
【００２１】
第１２の発明では、第４または第９の発明おいて前記ＨＣ濃度変動手段が、ポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、早期パイロット噴射の少なくとも一つを行う手段である。
【００２２】
第１３の発明は、図２７に示すように、λ変動型触媒７１と、低温予混合燃焼域であるかどうかを判定する手段８１と、この判定結果より低温予混合燃焼域で圧縮上死点後までの燃料噴射時期を遅延するとともに、排気還流による酸素濃度の低減により、燃料の着火遅れ期間を長くし、この着火遅れ期間中に燃料が十分に気化した予混合気を形成させて低温予混合燃焼を行わせる手段８２と、前記λ変動型触媒７１のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、前記低温予混合燃焼域でない領域（高負荷域）でこのλ変動型触媒７１に流入する排気の空燃比をリッチ（理論空燃比を含む）化する手段８４とを備える。
【００２３】
第１４の発明では、第１から第１３までのいずれか一つの発明において過給圧制御手段を備え、排気の空燃比をリッチ（理論空燃比を含む）化する手段が、前記過給圧制御手段により過給圧を下げる手段である。
【００２４】
第１５の発明では、第１から第１３までのいずれか一つの発明においてコモンレール式の燃料噴射装置と、コモンレールの圧力制御手段と、過給圧制御手段とを備え、排気の空燃比をリッチ（理論空燃比を含む）化する手段が、前記コモンレール圧力制御手段によりコモンレール圧力を上昇させるとともに、燃料噴射時期を遅角することで噴霧の微粒化を促進し、この場合に燃料噴射時期の遅角によるトルク低下を補うため燃料噴射量を増量し、さらに前記過給圧制御手段により過給圧を低下させる手段である。
【００２５】
【発明の効果】
リーン空燃比の条件（通常のディーゼルエンジンの排気条件）で再生を行うことができないλ変動型触媒に対して、ＨＣ変動型触媒では、触媒入口のＨＣ濃度を変動させることで、ＨＣ変動型触媒を再生することができる。第１の発明によれば、リーン空燃比の条件であるＥＧＲ域（低中負荷域）でこのＨＣ変動型触媒を再生し、これに対して空燃比をリッチ（ストイキを含む）にすることが可能となるＥＧＲ域を外れた領域（高負荷域）になるとλ変動型触媒を再生する。ＮＯｘ排出量の大きく異なる領域（ＥＧＲ域とそれ以外の領域）毎に再生する触媒を異ならせることで、スモークの悪化を防ぎつつ２つの触媒をともに再生することができ、この場合に、空燃比のリッチ化はＥＧＲ域でない領域（高負荷域）でしか行わないので、空燃比のリッチ化による燃費悪化を最小限に留めることができる。
【００２６】
第２、第７の発明によれば、ＥＧＲ域や低温予混合燃焼域おける低負荷時に、後段のＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前段のλ変動型触媒に吸着されていれば、ＥＧＲ域や低温予混合燃焼域おける加速時等により排気温度が上昇してＨＣが脱離する温度条件になったとき、前段のλ変動型触媒から十分な量のＨＣが脱離するので、これによってわざわざ２次的なＨＣを供給しなくても、後段のＨＣ変動型触媒を再生できる。また、ＥＧＲ域や低温予混合燃焼域を外れた領域（高負荷域）で排気空燃比をリッチ化したときには、前段のλ変動型触媒だけでなく後段のＨＣ変動型触媒についても再生することができる（λ変動型触媒の再生に伴う排気温度の上昇によって、後段のＨＣ変動型触媒に吸着されているＮＯｘも雰囲気が理論空燃比付近（三元域）にあるとき脱離還元されるため）。
【００２７】
ＥＧＲ域や低温予混合燃焼域おける低負荷時に、後段のＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前段のλ変動型触媒に吸着されている場合に、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとしても、さらに低負荷運転が継続されるのでは、λ変動型触媒からのＨＣの脱離を望めないのであるが、第３、第８、第１１の発明によれば、排気温度上昇手段によってλ変動型触媒に吸着しているＨＣを脱離させことができるので、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、さらに低負荷運転が継続されることがあっても、ＨＣ変動型触媒を再生できる。
【００２８】
ＥＧＲ域や低温予混合燃焼域においてＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達しても、ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前段のλ変動型触媒に吸着されていなければ、排気温度上昇手段によってλ変動型触媒からＨＣが脱離する温度まで排気温度を上昇させても、ＨＣ変動型触媒を流れる排気中のＨＣ濃度を十分に変動させることができず、ＨＣ変動型触媒の再生が不完全なものとなるのであるが、第４、第９、第１２の発明によれば、ＨＣ濃度変動手段によってＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣを２次的に供給するので、ＥＧＲ域や低温予混合燃焼域においてＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣがλ変動型触媒に溜まっていなくても、ＨＣ変動型触媒を再生できる。
【００２９】
燃料中には硫黄分が含まれており、その硫黄によってλ変動型触媒が被毒の影響をうけるのであるが、第５、第１０の発明によれば、ＥＧＲ域や低温予混合燃焼域でない領域（高負荷域）でだけλ変動型触媒に排気を流せばよいので、硫黄分による被毒の影響を受けなくて済み（高負荷領域では排気温度が十分高いため、λ変動型触媒に硫黄が堆積しにくい）、これによってλ変動型触媒の耐久性が向上する。
【００３０】
ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量と脱離還元量の各量はλ変動型触媒よりも現在のところかなり少なく、拡散燃焼を主体とする通常のディーゼルエンジン（ＥＧＲなし）を対象とするとき、触媒入口のＮＯｘ濃度が低温予混合燃焼に比べて高いことからＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量がすぐに飽和に達し、この飽和に達した触媒の再生のため、触媒入口のＨＣ濃度をかなりの頻度で変動させる必要がある。このため、触媒入口のＨＣ濃度の変動を、２次的なＨＣ供給によって行わせるのでは、燃費や運転性の悪化を伴ってしまうのであるが、第６の発明は低温予混合燃焼を行わせるエンジンとの組合わせであり、低温予混合燃焼によれば、触媒入口のＮＯｘ濃度がもともと低いため、ＨＣ変動型触媒を再生する時期が大幅に遅くなり、このＨＣ変動型触媒の再生機会の大幅な減少により燃費や運転性の悪化を抑制することができる。
【００３１】
低温予混合燃焼によれば、排気中のＮＯｘを従来のディーゼルエンジン（ＥＧＲ無し）の１／５０程度にまで低減可能であり、ＮＯｘの排出量が多くて問題となるのは低温予混合燃焼を行わせることが困難となる運転域、つまり高負荷域である。この高負荷域においては、スモーク性能を悪化させることなく排気の空燃比をリッチ化することが可能である。第１３の発明によれば、高負荷域において排出されるＮＯｘをλ変動型触媒を用いて浄化することが可能となり、これによって全運転域においてＮＯｘの排出量を抑制することができる。
【００３２】
第１４の発明によれば、過給圧の低下で充填効率が低下し、これによって排気の空燃比をリッチ化することができる。
【００３３】
第１５の発明によれば、スモークの悪化を防ぎつつ、かつトルクを低下させることなく、排気の空燃比をリッチ化することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１はディーゼルエンジンの概略的な構成図である。
【００３５】
ディーゼルエンジンの燃焼において、ＮＯｘの生成量は燃焼温度に大きく依存し、その低減には燃焼温度を相対的に低温化することが有効である。低温予混合燃焼方式では、排気還流システム（ＥＧＲ）により酸素濃度を低減し、これにより低温燃焼を実現する。このため、排気通路２と吸気通路３とをＥＧＲ通路４で接続し、このＥＧＲ通路４の途中に負圧制御弁５からの制御負圧に応じて作動するダイヤフラム式のＥＧＲ弁６を設け、排気の一部を吸気中に還流する。
【００３６】
負圧制御弁５は、コントロールユニット４１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、エンジンの運転条件に応じて適切なＥＧＲ率が得るようにしている。たとえば、低回転低負荷域でＥＧＲ率を最大の１００パーセント（吸入空気流量とＥＧＲガス流量が同量）とし、回転数、負荷が高くなるに従い、ＥＧＲ率を減少させる。高負荷側では排気温度が上昇するため、多量のＥＧＲガスを還流すると吸気温度が上昇し、これにより燃焼温度も相対的に上昇し、ＮＯｘ低減の効果が減少したり、また、噴射燃料の着火遅れ期間が短くなり、予混合燃焼が実現できなくなる。このためにＥＧＲ率を高負荷側になるほど、減少させるのである。
【００３７】
ＥＧＲ通路４の途中には、ＥＧＲガスの冷却装置７を備える。これは、ＥＧＲ通路４の周りに形成されウォータジャケット８を有し、ここにはエンジン冷却水の一部が循環され、この冷却水の循環量は、冷却水の導入口７ａに設けられた流量制御弁９により調整可能である。コントロールユニット４１からの指令により制御弁９の開度が大きくなるほど、ＥＧＲガスの冷却度が増す。
【００３８】
エンジンの吸気ポート近傍の吸気通路には、スワールコントロールバルブ（図示しない）を備える。コントロールユニット４１により、このスワールコントロールバルブの開度が制御され、エンジン低回転低負荷域で閉じられる（開度が減少する）と、燃焼室に吸入される吸気の流速が高まり燃焼室に強いスワールが生成される。ただし、スワールが強くなると、シリンダ内の作動ガスの熱交換率が高まり、作動ガス温度は相対的に低下する。
【００３９】
ピストンに形成される窪み状の燃焼室（図示しない）は、大径のトロイダル型燃焼室である。これは、ピストンキャビティを、入口を絞らずピストンの冠面から底部まで円筒状に形成したもので、その底部中央には円錐部が形成され、この円錐部によって、圧縮行程後期にピストンキャビティ内へと旋回しながら流れ込むスワールに抵抗を与えないように、さらに空気と燃料の混合を良好にする。
【００４０】
このように、入口を絞らない円筒状のピストンキャビティにより、前述のスワールコントロールバルブによって生成されたスワールは、燃焼過程でピストンが下降していくのに伴い、ピストンキャビティ内からキャビティ外に拡散され、キャビティ外でもスワールが持続される。
【００４１】
前記排気通路２には、ＥＧＲ通路４の分岐点よりも下流において、ターボ過給機を備える。このターボ過給機は、排気タービン５２のスクロール入口に、ステップモータ５４により駆動される可変ベーン５３が設けられる。前記コントロールユニット４１により可変ベーン５３が制御され、エンジン低回転域から所定の過給圧が得られるように、低回転側では排気タービン５２に導入される排気の流速を高めるベーン角度に制御され、高回転側では排気を抵抗なく排気タービン５２に導入させるベーン角度（全開状態）に制御される。また、運転条件によって可変ベーン５３は、所望の過給圧が得られるベーン角度に制御される。
【００４２】
エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置を備える。
【００４３】
これは、主として、燃料タンク（図示しない）、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒ごとに設けられる燃料噴射ノズル１７からなり、高圧のサプライポンプ１４に生成した高圧燃料をコモンレール１６に蓄え、燃料噴射ノズル１７内の三方弁２５によってノズルニードルの開閉を行うことで、噴射の開始と終了を自由に制御することができる。コモンレール１６内の燃料圧力は、圧力センサ（図示しない）とサプライポンプ１４の吐出量制御機構（図示しない）により、常にエンジンの求める最適値に制御される。
【００４４】
これら燃料噴射量、噴射時期、燃料圧力などの制御は、マイクロプロセッサで構成されるコントロールユニット４１により行われる。このため、コントロールユニット４１には、アクセル開度センサ３３、エンジン回転数とクランク角度を検出するセンサ３４、気筒判別のためのセンサ（図示しない）、水温センサ３８からの信号が入力し、これらに基づいて、コントロールユニット４１は、エンジン回転数とアクセル開度に応じて目標燃料噴射量と、燃料噴射時期を演算し、この目標燃料噴射量に対応してノズル内の三方弁２５のオン時間を制御し、また、目標噴射時期に対応して三方弁２５のＯＮ時期を制御する。また、また図示しない圧力センサにより検出されるコモンレール圧力が、目標圧力と一致するようにサプライポンプ１４の吐出量制御機構を介してコモンレール１６の燃料圧力をフィードバック制御する。
【００４５】
燃料噴射時期は低温予混合燃焼を実現するために、通常の噴射時期よりも遅角される。たとえばクランク角で圧縮上死点後の所定の範囲内で燃料噴射が開始されるように設定される。これにより、噴射された燃料の着火遅れ期間が長くなり、この間に燃料の気化が促進され、十分に空気と混合した状態で着火することが可能となる。これにより、排気還流による低酸素濃度のもとで、低温予混合燃焼が行われ、パティキュレートを増大させることなく、ＮＯｘの低減が可能となる。
【００４６】
一方、排気タービン５２下流の排気通路２に上流側よりλ変動型触媒５５とＨＣ変動型触媒５６とを備える。
【００４７】
ここで、λ変動型触媒５５は、リーン空燃比の領域で排気中のＮＯｘを吸着し、排気の空燃比が理論空燃比やリッチ空燃比となったとき触媒に吸着していたＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを理論空燃比の雰囲気やリッチ空燃比の雰囲気に存在するＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化する触媒のことで、このλ変動型触媒は特許公報第２６００４９２号などにより公知である。たとえば、ＮＯｘ吸着剤は、カリウム、ナトリウム、リチウム、セシウムからなるアルカリ金属、バリウム、カルシウムからなるアルカリ土類、ランタン、イットリウムからなる希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金とを含むものである。
【００４８】
このλ変動型触媒５５は、後述するように、低温予混合燃焼域以外の領域で再生されるが、このλ変動型触媒５５にはアルミナ、ゼオライト（ＺＳＭ５、β、ＵＳＹ）等も坦持してＨＣの吸着能力を持たせている。
【００４９】
これに対してＨＣ変動型触媒は、リーン空燃比の領域で排気中のＨＣ濃度がほぼ一定の場合に排気中のＮＯｘを吸着し、同じくリーン空燃比の領域で触媒入口のＨＣ濃度が変化（変動）すると、触媒に吸着していたＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを雰囲気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化するＮＯｘ触媒のことで、このＨＣ変動型触媒についての詳細は本出願人と同じ出願人により先に提案されている（特願平１０−２９１５８１号、同１０−３１９６８９号参照）。
【００５０】
これについて具体的に説明すると、カリウム、ナトリウム、リチウム、セシウムからなるアルカリ金属、バリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムからなるアルカリ土類金属、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジウム、サマリウムからなる希土類、マンガン、鉄、ニッケル、コバルトからなる遷移金属、ジルコニウム、イットリウムから選ばれた少なくとも一つと、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウムから選ばれた少なくとも一つとを含む触媒であり、ＮＯｘの吸着過程では図３左側に示したようにＮＯｘがＮＯ3-（硝酸イオン）の状態で吸着され、脱離還元過程では図３右側のようにしてＮＯ3-がＮ2になると考えられている。
【００５１】
触媒入口のＨＣ、ＣＯの濃度をステップ的に大きくしたとき、ＥＯＥレベル（触媒がないときのＮＯｘ濃度レベルのこと）を基準にして図４のように触媒出口のＮＯｘ濃度が変化する。同図において、ＥＯＥレベルより下にある領域Ａでは触媒にＮＯｘが吸着され、ＨＣ濃度のステップ増加により、ＥＯＥレベルを超える領域Ｂで触媒からＮＯｘが脱離し、ＨＣ濃度のステップ増加後にＥＯＥレベルより下になる領域ＣでＮＯｘが還元浄化される。この結果、Ａ＋Ｂ−Ｃ（≧０）が触媒トータルで浄化されるＮＯｘ量となる。
【００５２】
この場合に、脱離還元過程の雰囲気酸素濃度が３％（リッチに近い条件）の場合と１０％（空燃比で１８以上のリーン条件）の場合とでＮＯｘ低減率を比較したものを図５に示すと、雰囲気酸素濃度が３％の場合にｔ１、ｔ２の区間で８％、３％のＮＯｘが低減されるのに対して、雰囲気酸素濃度が１０％の場合にはｔ１、ｔ２の区間で３５％、２％のＮＯｘが低減されている。つまり、定常のｔ２区間では両者で違いがないのに対して、過渡のｔ１区間ではリーン条件のほうが実に４倍以上ものＮＯｘが低減される。言い換えると、ＨＣ変動型触媒では、空燃比で１８以上のリーン条件においてＨＣ濃度変動を与えることで、ＮＯｘの脱離還元が可能となるのである。
【００５３】
ただし、ＨＣ変動型触媒により脱離還元できるＮＯｘの量は、λ変動型触媒よりも格段に少ないのが現状である。そこで本実施形態では、低中負荷域を低温予混合燃焼域として低温予混合燃焼を行わせるとともに、この低温予混合燃焼が困難になる高負荷域では拡散燃焼主体の燃焼に移行させるようにしたエンジンを対象として、ＨＣ吸着機能を持たせたλ変動型触媒５５とＨＣ変動型触媒５６とを排気通路の上流側よりこの順に配置したものを用いている。このとき、２種類のＮＯｘ触媒５５、５６を次のようにして再生させる。
【００５４】
１）低温予混合燃焼域：
▲１▼ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣがλ変動型触媒に吸着されている状態からＨＣ脱離域になったとき：ＨＣ脱離域とは、λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度条件のことである。λ変動型触媒からＨＣが脱離しない温度条件でＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣがλ変動型触媒に吸着されていれば、低中負荷域における加速に伴い排気温度が上昇してＨＣ脱離域になったとき、このλ変動型ＮＯｘ触媒から脱離してくるＨＣによってＨＣ変動型触媒を流れる排気中のＨＣ濃度が十分に変動するので、これによってＨＣ変動型ＮＯｘ触媒を再生できる。
【００５５】
▲２▼ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣがλ変動型触媒に吸着されており、かつλ変動型触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合にＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したときは、排気温度上昇手段によってλ変動型触媒からＨＣが脱離する温度まで排気温度を上昇させる。λ変動型触媒がＨＣを脱離する温度まで上昇すると、λ変動型ＮＯｘ触媒から脱離してくるＨＣによってＨＣ変動型触媒を流れる排気のＨＣ濃度が変動し、これによってＨＣ変動型触媒が再生する。ここで、排気を昇温させるには、ポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、吸気絞り、λ変動型ＮＯｘ触媒がヒータを備える場合のこのヒータ加熱が考えられる。
【００５６】
▲３▼ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣがλ変動型触媒に吸着されておらず、かつλ変動型触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合にＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したときは、ＨＣ濃度変動手段によってＨＣ変動型触媒を流れる排気中のＨＣ濃度を変動させる。ＨＣ濃度変動手段の作動による２次的なＨＣの供給によってＨＣ変動型触媒を流れる排気のＨＣ濃度が変動し、ＨＣ変動型触媒が再生する。ここで、排気中のＨＣ濃度を変動（増加や増減）させるには、ポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、早期パイロット噴射等が考えられる。
【００５７】
２）高負荷域（低温予混合燃焼域以外の領域）：
リッチスパイク処理によってλ変動型ＮＯｘ触媒を再生する。
【００５８】
コントロールユニット４１で実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【００５９】
図６は２つの触媒５５、５６の再生処理を行うためのもので、一定時間毎に実行する。
【００６０】
ステップ１でエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度（あるいはエンジントルク）などの運転状態を読み込み、ステップ２ではλ変動型触媒のＨＣ吸着量ａ１を演算する。この演算については図７のフローにより説明する。
【００６１】
図７においてステップ２１でエンジン回転数Ｎｅとλ変動型触媒の触媒温度Ｔｃａｔ１（温度センサ５７により検出）を読み込み、これらからステップ２２において図８を内容とするマップを検索することにより、ＨＣ吸着速度（所定時間（演算周期）当たりのＨＣ吸着量のこと）ａａ１を演算し、ステップ２３でこれを前回のＨＣ吸着量であるａ１-1に加算した値を今回のＨＣ吸着量ａ１として演算する。図８において、触媒温度Ｔｃａｔ１が所定値Ｔ１未満の領域がＨＣ吸着域であり、触媒温度Ｔｃａｔ１が所定値Ｔ１以上になると、ＨＣが脱離する。この境界を定める温度であるＴ１は２００〜３００℃程度の温度であり、このＨＣ脱離温度はＮＯｘ脱離温度（４００〜５００℃以上）より低い温度である。
【００６２】
このようにしてＨＣ吸着量ａ１を演算したら図６に戻り、ステップ３、４で２つの触媒のＮＯｘ吸着量ｂ１、ｂ２を演算する。これらＮＯｘ吸着量ｂ１、ｂ２の演算については、図９、図１０により説明する。
【００６３】
図９において、ステップ３１でエンジン回転数Ｎｅとλ変動型触媒の触媒温度Ｔｃａｔ１を読み込み、これらからステップ３２、３３において図１１を内容とするマップを検索することにより、λ変動型触媒のＮＯｘ吸着速度（所定時間当たりのＮＯｘ吸着量のこと）ｂｂ１を、また前回のＮＯｘ吸着量であるｂ１-1から図１２を内容とするテーブルを検索することにより、吸着係数ｋ１を演算し、これらを用いステップ３４において、
【００６４】
【数１】
ｂ１＝ｂ１-1＋ｂｂ１×ｋ１
の式により、λ変動型触媒のＮＯｘ吸着量ｂ１を更新する。
【００６５】
図１０は図９と同様である。すなわち、ステップ４１でエンジン回転数ＮｅとＨＣ変動型触媒の触媒温度Ｔｃａｔ２（温度センサ５８により検出）を読み込み、これらからステップ４２、４３において図１１と同内容のマップを検索することにより、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着速度（所定時間当たりのＮＯｘ吸着量のこと）ｂｂ２を、また前回のＮＯｘ吸着量であるｂ２-1から図１２を内容とするテーブルを検索することにより、吸着係数ｋ２を演算し、これらを用いステップ４４において、
【００６６】
【数２】
ｂ２＝ｂ２-1＋ｂｂ２×ｋ２
の式により、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量ｂ２を更新する。
【００６７】
触媒５５、５６に排気中のＮＯｘがほとんど吸収されてない条件では触媒に排気中のＮＯｘがよく吸着されるのに対して、ＮＯｘ吸着量が飽和した状態に近くなってくると、触媒にあまり吸着されなくなる。これを表したのが上記の吸着係数ｋ１、ｋ２である。したがって、吸着係数ｋ１、ｋ２は、図１２に示したようにＮＯｘがほとんど吸収されてない条件（つまりｂ１-1≒０、ｂ２-1≒０）で１．０であり、ＮＯｘ吸着量が増えてくるほど小さくなる値である。また、λ変動型触媒のほうがよく吸着されるため、ｋ１＞ｋ２となっている。
【００６８】
このようにしてＮＯｘ吸着量ｂ１、ｂ２の演算を終了したら図６に戻り、ステップ５でエンジン回転数Ｎｅとエンジントルクから定まる運転点が、低温予混合燃焼域にあるかどうかをみる。低温予混合燃焼を行わせることの可能な運転域は、圧縮比などエンジン仕様により予め定まっている。ここでは、図１３に示すように、低中負荷域で低温予混合燃焼を行わせることができ、高負荷域になると、低温予混合燃焼を行わせることができない場合で説明する。これは、低中負荷域では大量のＥＧＲにより低温予混合燃焼を行わせることができるものの、高負荷域になると、ＥＧＲで燃焼をコントロールしきれなくなり、低温予混合燃焼から拡散燃焼主体の燃焼に移ってしまうためである。
【００６９】
運転点が低温予混合燃焼域（図ではＭＫ領域）になければ、ステップ６に進み、λ変動型触媒のＮＯｘ吸着量ｂ１と所定値ｂ０１を比較する。これは、λ変動型触媒の再生時期であるかどうかを判定する部分で、ｂ１＜ｂ０１であれば、まだλ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達していない（再生時期でない）と判断し、そのまま今回の処理を終了する。
【００７０】
非低温予混合燃焼域でｂ１≧ｂ０１になれば再生時期になったと判断し、ステップ６からステップ７に進んで、λ変動型触媒を再生するため、リッチスパイク処理を行う。リッチスパイク処理は、空燃比をリッチ（理論空燃比を含む）化することによってＨＣ、ＣＯをλ変動型触媒に供給し、このリッチ雰囲気（還元雰囲気）の中で、λ変動型触媒よりＮＯｘを脱離させつつこの脱離してくるＮＯｘを雰囲気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として浄化させるものである。
【００７１】
リッチスパイク処理について具体的に図１４のフローにより説明すると、ステップ５１でリッチスパイク処理に入ってからの時間ｔｒｓと所定値ｔｒｓ０を比較する。所定値ｔｒｓ０はリッチスパイク処理の終了時期を定めるものである。ｔｒｓ＜ｔｒｓ０であるあいだステップ５２に進み、コモンレール圧力を所定値上昇させることにより噴霧の微粒化を促進させて高負荷域におけるスモークの悪化を防ぎつつ、燃料噴射時期を所定量遅角することにより、微粒化した噴霧の気化を増進する。この場合、燃料噴射時期の遅角でエンジンの発生するトルクが低下するので、そのトルク低下を補うため燃料噴射量を所定量だけ増量する。さらに可変ベーン５３を所定量だけ開いて過給圧を低下させることで吸気充填効率を低下させ、これによってリッチ空燃比の状態を作り出す。
【００７２】
この場合、図示していないが、三元触媒をλ変動型触媒の下流に設置することで、脱離したＮＯｘをさらに浄化させることも可能である。
【００７３】
リッチスパイク処理がしばらく続けば（ｔｒｓ≧ｔｒｓ０）、λ変動型触媒に吸着されているＮＯｘがすべて脱離還元される（つまり再生完了）ため、ステップ５１よりステップ５３に進み、λ変動型触媒のＮＯｘ吸着量ｂ１を０に戻した後、ステップ５４でコモンレール圧力、燃料噴射時期、燃料噴射量、可変ベーン角度を元に戻す。
【００７４】
また、λ変動型触媒の再生に伴ってλ変動型触媒の温度が上昇し、この温度上昇でλ変動型触媒に吸着されているＨＣも全て酸化されるため、ステップ５５でＨＣ吸着量ａ１を０に戻す。
【００７５】
また、λ変動型触媒の再生に伴う排気温度の上昇によって、下流のＨＣ変動型触媒に吸着されているＮＯｘも雰囲気が理論空燃比付近（三元域）にあるとき還元浄化（再生）されるためステップ５６でＮＯｘ吸着量ｂ２を０に戻す。
【００７６】
図６に戻り、低温予混合燃焼域であるときは、ステップ５よりステップ８に進み、λ変動型触媒の触媒温度Ｔｃａｔ１からＨＣ脱離域（λ変動型触媒に吸着されているＨＣが脱離してくる温度条件のこと）にあるかどうかをみる。ＨＣ脱離域は、図８において、触媒温度Ｔｃａｔ１が所定値Ｔ１以上となる領域である。このＨＣ脱離域にあるときは、ステップ９以降に進む。
【００７７】
ステップ９、１０では自然再生フラグ（“０”に初期設定）をみるとともに、λ変動型触媒のＨＣ吸着量ａ１と所定値ａ０を比較する。ここで、所定値ａ０はＨＣ変動型触媒の再生に必要なＨＣ濃度の変動が生じるだけのＨＣ量を設定するものである。ＨＣ脱離域に入ったタイミング（自然再生フラグ＝０）でａ１≧ａ０であるときは、λ変動型触媒から脱離されるＨＣを用いてＨＣ変動型触媒の再生が可能であるので、ステップ１１に進み、自然再生フラグを立てる（自然再生フラグ＝１）。この自然再生フラグを立てた後もＨＣ脱離域にあれば、次回よりステップ９からステップ１２に進むことになり、ＨＣ脱離域にいる時間ｔｄと所定値ｔｄ０を比較する。所定値ｔｄ０は再生終了時期を定めるものである。したがって、ｔｄ＜ｔｄ０である間はそのまま処理を終了し、やがてｔｄ≧ｔｄ０になるとＨＣ変動型触媒の再生が終了するので、ステップ１３、１４に進み、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量ｂ２を０に戻し、またＨＣの脱離によってλ変動型触媒のＨＣ吸着量がなくなるためＨＣ吸着量ａ１を０に戻す。
【００７８】
一方、ＨＣ脱離域でないときはステップ８よりステップ１５に進み、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量ｂ２と所定値ｂ０２を比較する。これは、ＨＣ変動型触媒の再生時期であるかどうかを判定する部分で、ｂ２＜ｂ０２であればまだＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達していない（再生時期でない）と判断し、そのまま今回の処理を終了する。
【００７９】
これに対してｂ２≧ｂ０２であるときは再生時期になったと判断し、ステップ１５からステップ１６に進んで、λ変動型触媒のＨＣ吸着量ａ１と所定値ａ０を比較する。ａ１≧ａ０であるときは、λ変動型触媒からＨＣを脱離しさえすれば、ＨＣ変動型触媒の再生が可能であるので、ステップ１７に進み、排気を昇温させる処理を行う。
【００８０】
ＨＣ脱離域でλ変動型触媒より十分な量の脱離ＨＣがあれば、この脱離ＨＣの供給によって、ＨＣ変動型触媒を流れる排気中のＨＣ濃度に変動を起こすことが可能となるので、低温予混合燃焼域において負荷変動が頻繁に起きるような運転が行われたときは（触媒温度Ｔｃａｔ１がＴ１以上となる）、ステップ９、１０からステップ１１〜１４に流れることになり、二次的なＨＣを供給することなくＨＣ変動型触媒が再生される。しかしながら、低負荷の連続運転が続いた場合は、触媒温度Ｔｃａｔ１がＴ１以上となることがなく、λ変動型触媒からのＨＣ脱離が起きないため、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達してしまうことがある。そこでこの場合には排気温昇温手段（排気温度上昇手段）によりλ変動型触媒に溜まっている十分な量のＨＣを強制的に脱離してやるのである。
【００８１】
この昇温処理を図１５のフローにより説明すると、ステップ６１で昇温処理を開始してからの時間ｔｏｚと所定値ｔｏｚ０を比較する。所定値ｔｏｚ０は再生終了時期を定めるものである。したがって、ｔｏｚ＜ｔｏｚ０である間はステップ６２に進み、▲１▼ポスト噴射、▲２▼燃料噴射時期の遅角、▲３▼吸気絞り、▲４▼λ変動型ＮＯｘ触媒がヒータを備える場合のこのヒータ加熱の少なくとも一つを行うことによりλ変動型触媒がＨＣを脱離する温度である上記のＴ１まで昇温させる。
【００８２】
ｔｏｚ≧ｔｏｚ０になると、ＨＣ変動型触媒に吸着したＮＯｘがすべて脱離浄化する（再生が終了する）ので、ステップ６１よりステップ６３、６４、６５に進み、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量ｂ２とλ変動型触媒のＨＣ吸着量ａ１とを０に戻した後、ポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、吸気絞り、ヒータ加熱の処理を中止する。
【００８３】
図６に戻り、ステップ１６でａ１＜ａ０であるときは、λ変動型触媒のＨＣ吸着量だけではＨＣ変動型触媒を流れる排気のＨＣ変動が不十分となり、ＨＣ変動型触媒を再生に至らせることができないので、ＨＣ変動型触媒入口のＨＣ濃度を強制的に変動させる処理を行う。
【００８４】
このＨＣ濃度変動処理を図１６のフローにより説明すると、ステップ７１でＨＣ濃度変動処理を開始してからの時間ｔｋｓと所定値ｔｋｓ０を比較する。所定値ｔｋｓ０は再生終了時期を定めるものである。したがって、ｔｋｓ＜ｔｋｓ０である間はステップ７２に進み、▲１▼ポスト噴射、▲２▼燃料噴射時期の遅角、▲３▼早期パイロット噴射等の少なくとも一つを行うことによりＨＣ変動型触媒へのＨＣ、ＣＯの供給量を増やす。ここで、▲１▼のポスト噴射は、排気行程などで少量の噴射を行うことにより、燃料を未燃のままエンジンアウトに排出させるものである。▲３▼の早期パイロット噴射は、燃焼加振力に伴う振動の低減用に用いるパイロット噴射とは相違して、吸気下死点当たりを噴射時期とするもので（特開平８−２１８９２０号公報参照）、実験によればエンジンアウトのＨＣが増加することを確認している。
【００８５】
この処理によりλ変動型触媒にＨＣが吸着されることになるため、ステップ７３では、ＨＣ吸着速度（所定時間当たりのＨＣ吸着量）ａａ２を前回のＨＣ吸着量であるａ１-1に加算した値を今回のＨＣ吸着量ａ１として演算する。ＨＣ吸着速度ａａ２も図８と同様のマップ値で与えることができる。
【００８６】
ｔｋｓ≧ｔｋｓ０になると、ＨＣ変動型触媒に吸着したＮＯｘがすべて脱離浄化する（再生が終了する）ので、ステップ７１よりステップ７４、７５に進み、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量ｂ２を０に戻した後、ポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、早期パイロット噴射等の処理を中止する。
【００８７】
ここで、第１実施形態の作用効果を説明する。
【００８８】
ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量と脱離還元量の各量はλ変動型触媒よりも現在のところかなり少なく、拡散燃焼を主体とする通常のディーゼルエンジン（ＥＧＲなし）を対象とするとき、触媒入口のＮＯｘ濃度が低温予混合燃焼に比べて高いことからＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量がすぐに飽和に達し、この飽和に達した触媒の再生のため、触媒入口のＨＣ濃度をかなりの頻度で変動させる必要がある。このため、触媒入口のＨＣ濃度の変動を、２次的なＨＣ供給によって行わせるのでは、燃費や運転性の悪化を伴ってしまうのであるが、本実施形態は、低温予混合燃焼を行わせるエンジンを対象としており、低温予混合燃焼によれば、触媒入口のＮＯｘ濃度がもともと低いため、ＨＣ変動型触媒を再生する時期が大幅に遅くなり、このＨＣ変動型触媒の再生機会の大幅な減少により燃費や運転性の悪化を抑制することができる。
【００８９】
また、本実施形態によれば、低温予混合燃焼域おける低負荷時に、後段のＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前段のλ変動型触媒に吸着されていれば（ａ１≧ａ０）、低温予混合燃焼域おける加速時等により排気温度が上昇してＨＣが脱離する温度条件になったとき（Ｔｃａｔ１≧Ｔ１）、前段のλ変動型触媒から十分な量のＨＣが脱離するので、後段のＨＣ変動型触媒を再生することができる。つまり、λ変動型触媒に溜まるＨＣを利用することで、２次的なＨＣを供給することなくＨＣ変動型触媒の再生を行えるわけである。
【００９０】
また、低温予混合燃焼域を外れた領域（高負荷域）で排気空燃比をリッチ化したときには、前段のλ変動型触媒だけでなく後段のＨＣ変動型触媒についても再生することができる（λ変動型触媒の再生に伴う排気温度の上昇によって、後段のＨＣ変動型触媒に吸着されているＮＯｘも雰囲気が理論空燃比付近（三元域）にあるとき脱離還元されるため）。
【００９１】
また、低温予混合燃焼域おける低負荷時に、後段のＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前段のλ変動型触媒に吸着されている場合に（ａ１≧ａ０）、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとしても（ｂ２≧ｂ０２）、さらに低負荷運転が継続されるのでは、λ変動型触媒からのＨＣの脱離を望めないのであるが、本実施形態によれば、排気温度上昇手段の作動（つまりポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、吸気絞り、λ変動型ＮＯｘ触媒がヒータを備える場合のこのヒータ加熱の少なくとも一つを行うこと）によってλ変動型触媒に吸着しているＨＣを脱離させことができるので、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、さらに低負荷運転が継続されることがあっても、ＨＣ変動型触媒を再生させることができる。
【００９２】
また、低温予混合燃焼域においてＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達しても（ｂ２≧ｂ０２）、ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前段のλ変動型触媒に吸着されていなければ（ａ１＜ａ０）、排気温度上昇手段によってλ変動型触媒からＨＣが脱離する温度まで排気温度を上昇させても、ＨＣ変動型触媒を流れる排気中のＨＣ濃度を十分に変動させることができず、ＨＣ変動型触媒の再生が不完全なものとなるのであるが、本実施形態によれば、ＨＣ濃度変動手段の作動（つまりポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、早期パイロット噴射等の少なくとも一つを行うこと）によってＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣを２次的に供給するので、ＥＧＲ域や低温予混合燃焼域においてＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣがλ変動型触媒に溜まっていなくても、ＨＣ変動型触媒を再生させることができる。
【００９３】
図１７の制御システムは第２実施形態で、第１実施形態の図１に対応する。
【００９４】
この実施形態は、排気通路２を分岐し、一方の分岐通路６１にλ変動型触媒６３を、他方の分岐通路６２にＨＣ変動型触媒６４を配置するとともに、分岐通路６１、６２への排気流れの切換を行うための流量制御弁６５、６６を各触媒６３、６４の上流に設け、図１８に示したように、低温予混合燃焼域以外の領域（高負荷域）では、制御弁６５を全開かつ制御弁６６を全閉とすることによって排気の全量をλ変動型触媒６３に流し、低温予混合燃焼域（低中負荷域）になると、今度は制御弁６５を全閉かつ制御弁６６を全開とすることによって排気の全量をＨＣ変動型触媒６４に流すようにしたものである。
【００９５】
この実施形態では、２つの触媒６３、６４が並列配置されるため、λ変動型触媒６３にＨＣを吸着させても、その吸着したＨＣをＨＣ変動型触媒６４の再生に利用できないので、λ変動型触媒６３にＨＣ吸着能力を持たせることは必要でない。このため、各触媒６３、６４に吸着されるＮＯｘが飽和に達したときの各触媒の再生処理は第１実施形態よりも簡単であり、これを図１９、図２０、図２１に示す。図１９、図２０、図２１は、第１実施形態の図６、図１４、図１６と置き換わるものである。なお、図１９において図６と同一部分、図２０において図１４と同一部分、図２１において図１６と同一部分には同一のステップ番号を記して、その説明は省略する。
【００９６】
燃料中には硫黄分が含まれており、その硫黄によってλ変動型触媒が被毒の影響をうけるのであるが、第２実施形態によれば、低温予混合燃焼域でない領域（高負荷域）でだけλ変動型触媒に排気を流せばよいので、硫黄分による被毒の影響を受けなくて済み（高負荷領域では排気温度が十分高いため、λ変動型触媒に硫黄が堆積しにくい）、これによってλ変動型触媒の耐久性が向上する。
【００９７】
実施形態では、λ変動型触媒とＨＣ変動型触媒の組み合わせで説明したが、λ変動型ＮＯｘ触媒単独と低温予混合燃焼を行わせることのできるエンジンとを組み合わせてもかまわない（図２２参照）。このもの（第３実施形態）に対するフローチャートを図２３、図２４に示す。図２３、図２４は、第１実施形態の図６、図１４と置き換わるおものである。なお、図２３において図６と同一部分、図２４において図１４と同一部分には同一のステップ番号を記して、その説明は省略する。
【００９８】
低温予混合燃焼によれば、排気中のＮＯｘを従来のディーゼルエンジン（ＥＧＲ無し）の１／５０程度にまで低減可能であり、ＮＯｘの排出量が多くて問題となるのは低温予混合燃焼を行わせることが困難となる運転域、つまり高負荷域である。この高負荷域においては、スモーク性能を悪化させることなく排気の空燃比をリッチ化することが可能である。第３実施形態によれば、高負荷域において排出されるＮＯｘをλ変動型触媒を用いて浄化することが可能となり、これによって全運転域においてＮＯｘの排出量を抑制することができる。
【００９９】
第１実施形態では、排気通路の上流側よりλ変動型触媒、ＨＣ変動型触媒の順に配置する場合で説明したが、２種類の触媒の配置方法はこれに限られるものでなく、実験してみたところでは、排気通路の上流側よりＨＣ変動型触媒、λ変動型触媒の順に配置しても同様の結果が得られている。ただし、鉄を含む触媒とランタンを含む触媒とだけは、ＨＣ濃度が高いとＮＯｘ吸着量が減ってしまう特性を有するので（実験結果）、これらの触媒だけは下流側に配置する必要がある。
【０１００】
実施形態では、低温予混合燃焼を行うことの可能なエンジンを対象として説明したが、これに限られるものでない。たとえば、低中負荷域をＥＧＲ域として予め定めており、運転条件がこのＥＧＲ域にあるとき吸気中に還流される排気量（ＥＧＲ量）を制御し、これに対してＥＧＲ域を外れると、ＥＧＲを中止するようにしたエンジンを対象としてもかまわない。
【０１０１】
実施形態では、ＨＣ濃度変動処理としてＨＣ濃度を増加させる場合で説明したが、ＨＣ濃度の増加とこれに続く減少とを短い周期で繰り返すようにしてもかまわない。
【０１０２】
第２実施形態では、排気流れの切換のため２つの制御弁を設けているが、これに限られるものでない。たとえば分岐通路の分岐部や２つの分岐通路の集合部に１つの流量制御弁を設けてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の制御システム図。
【図２】低温予混合燃焼を行わせるエンジンのＮＯｘ排出量の特性図。
【図３】ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着過程とＮＯｘ脱離還元過程を示すモデル図。
【図４】触媒入口のＨＣ濃度をステップ的に大きくしたときのＨＣ変動型触媒の触媒出口におけるＮＯｘ濃度の変化波形図。
【図５】２つの酸素濃度条件におけるＨＣ濃度変動によるＮＯｘ低減率を示す表図。
【図６】触媒の再生処理を説明するためのフローチャート。
【図７】ＨＣ吸着量の演算を説明するためのフローチャート。
【図８】ＨＣ吸着速度のマップ特性図。
【図９】λ変動型触媒のＮＯｘ吸着量の演算を説明するためのフローチャート。
【図１０】ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量の演算を説明するためのフローチャート。
【図１１】ＮＯｘ吸着速度のマップ特性図。
【図１２】吸着係数のマップ特性図。
【図１３】運転領域図。
【図１４】リッチスパイク処理を説明するためのフローチャート。
【図１５】昇温処理を説明するためのフローチャート。
【図１６】ＨＣ濃度変動処理を説明するためのフローチャート。
【図１７】第２実施形態の制御システム図。
【図１８】第２実施形態の排気流れの切換処理を説明するためのフローチャート。
【図１９】第２実施形態の再生処理を説明するためのフローチャート。
【図２０】第２実施形態のリッチスパイク処理を説明するためのフローチャート。
【図２１】第２実施形態のＨＣ濃度変動処理を説明するためのフローチャート。
【図２２】第３実施形態の制御システム図。
【図２３】第３実施形態の再生処理を説明するためのフローチャート。
【図２４】第３実施形態のリッチスパイク処理を説明するためのフローチャート。
【図２５】第１の発明のクレーム対応図。
【図２６】第６の発明のクレーム対応図。
【図２７】第１３の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
６  ＥＧＲ弁
３３  アクセル開度センサ
３４  クランク角センサ
４１  コントロールユニット
５２  排気タービン
５３  可変ベーン
５５  λ変動型触媒
５６  ＨＣ変動型触媒
５７、５８  温度センサ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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