(57)【要約】【課題】リッチスパイク処理開始直後に負荷変動などがあっても、ＮＯｘ浄化率の悪化を抑制し得る装置を提供する。【解決手段】ＮＯｘトラップ触媒（１５）の再生時期になったとき、初期処理中の排気の空気過剰率をリッチ側の第１基本空気過剰率にする手段（２１）と、排気の空気過剰率を第１基本空気過剰率にした後に後期処理中の排気の空気過剰率を１．０近傍の第２基本空気過剰率にする手段（２１）と、排気の空気過剰率を第１基本空気過剰率にしている間に第２空気過剰率検出手段により検出される第２空気過剰率がリーン側より１．０近傍を横切るときの第２空気過剰率の変化速度によって、ＮＯｘトラップ触媒の残存酸素量を予測する手段（２１）と、前記残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量に基づいて後期処理中の還元剤の供給量を制御する手段（２１）とを備える。【選択図】図１
2014118915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素雰囲気で排気中のＮＯｘをトラップし、還元雰囲気ではトラップしていたＮＯｘを脱離し、排気中のＨＣを還元剤として用いて還元・浄化するＮＯｘトラップ触媒と、
前記ＮＯｘトラップ触媒上流の排気の空気過剰率である第１空気過剰率を検出する第１空気過剰率検出手段と、
前記ＮＯｘトラップ触媒下流の排気の空気過剰率である第２空気過剰率を検出する第２空気過剰率検出手段と、
前記ＮＯｘトラップ触媒の再生時期になったとき、初期処理中の排気の空気過剰率をリッチ側の第１基本空気過剰率にする初期処理手段と、
前記排気の空気過剰率を前記第１基本空気過剰率にした後に後期処理中の排気の空気過剰率を１．０近傍の第２基本空気過剰率にする後期処理手段と、
前記排気の空気過剰率を前記第１基本空気過剰率にしている間に前記第２空気過剰率検出手段により検出される第２空気過剰率がリーン側より１．０近傍を横切るときの第２空気過剰率の変化速度によって、前記ＮＯｘトラップ触媒の残存酸素量を予測する残存酸素量予測手段と、
前記残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量に基づいて前記後期処理中の還元剤の供給量を制御する還元剤供給量制御手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの排気後処理装置。
【請求項２】
前記還元剤供給量制御手段は、
前記残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量に基づいて前記第１基本空気過剰率より前記第２基本空気過剰率への移行速度を制御する移行速度制御手段、
前記残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量に基づいて前記後期処理中の排気の空気過剰率を制御する空気過剰率制御手段、
前記排気の空気過剰率を前記第１基本空気過剰率にしている間の前記第２空気過剰率検出手段により検出される第２空気過剰率の変化速度により、前記ＮＯｘトラップ触媒の残存酸素量を予測する第２の残存酸素量予測手段を備え、前記第２空気過剰率検出手段により検出される第２空気過剰率がリーン側よりしきい値を横切ってリッチ側に反転したとき、排気の空気過剰率を前記第１基本空気過剰率より前記第２基本空気過剰率に切換える場合における前記しきい値を、前記第２の残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量に基づいて制御するしきい値制御手段
のいずれか一つであ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後処理装置。
【請求項３】
前記残存酸素量予測手段は、前記リーン側より１．０近傍を横切るときの第２空気過剰率の変化速度が相対的に小さいときには前記リーン側より１．０近傍を横切るときの第２空過剰率の変化速度が相対的に大きいときより前記ＮＯｘトラップ触媒の残存酸素量が多いと予測することを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
【請求項４】
前記移行速度制御手段は、前記リーン側より１．０近傍を横切るときの第２空気過剰率（リアラムダ）の変化速度が相対的に小さいときには前記リーン側より１．０近傍を横切るときの第２空過剰率の変化速度が相対的に大きいときより前記移行速度を遅くす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後処理装置。
【請求項５】
前記空気過剰率制御手段は、前記リーン側より１．０近傍を横切るときの第２空気過剰率の変化速度が相対的に小さいときには前記リーン側より１．０近傍を横切るときの第２空過剰率の変化速度が相対的に大きいときより前記後期処理中の排気の空気過剰率を小さくなる側にす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後処理装置。
【請求項６】
前記しきい値制御手段は、前記排気の空気過剰率を前記第１基本空気過剰率にしている間の前記第２空気過剰率検出手段により検出される第２空気過剰率の変化速度が相対的に小さいときには前記排気の空気過剰率を前記第１基本空気過剰率にしている間の前記第２空気過剰率検出手段により検出される第２空気過剰率の変化速度が相対的に大きいときより前記しきい値を小さくなる側にす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後処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はディーゼルエンジンの排気後処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化触媒、ＮＯｘトラップ触媒を排気通路に備え、リッチスパイク処理を初期処理と後期処理に分割するものがある（特許文献１参照）。このものでは、初期処理でフロントラムダをリッチ側の第１基本空気過剰率にし、リアラムダがリッチに反転したときに酸化触媒及びＮＯｘトラップ触媒にストレージされている酸素が全て無くなったと判定する。そして後期処理ではフロントラムダを１．０近傍の第２基本空気過剰率に制御している。ここで、フロントラムダは酸化触媒上流を流れる排気の空気過剰率、リアラムダはＮＯｘトラップ触媒の下流を流れる排気の空気過剰率である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９７７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、リッチスパイク処理開始直後の負荷変動などによりフロントラムダが初期処理におけるリッチ側の第１基本空気過剰率まで到達できないことがある。このときには、酸化触媒及びＮＯｘトラップ触媒にストレージされている酸素を初期処理の期間で全て消費することができず、排気の空気過剰率を１．０近傍の第２基本空気過剰率に制御する後期処理に移行しても、酸化触媒及びＮＯｘトラップ触媒に酸素が残存する。このため、後期処理で供給する還元剤が酸化触媒及びＮＯｘトラップ触媒に残存する酸素によって消費され、ＮＯｘトラップ触媒に堆積しているＮＯｘの還元に用いられることがないので、ＮＯｘ浄化率が悪化する。
【０００５】
そこで本発明は、リッチスパイク処理開始直後に負荷変動などがあっても、ＮＯｘ浄化率の悪化を抑制し得る装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のディーゼルエンジンの排気後処理装置は、酸素雰囲気で排気中のＮＯｘをトラップし、還元雰囲気ではトラップしていたＮＯｘを脱離し、排気中のＨＣを還元剤として用いて還元・浄化するＮＯｘトラップ触媒と、前記ＮＯｘトラップ触媒上流の排気の空気過剰率である第１空気過剰率を検出する第１空気過剰率検出手段と、前記ＮＯｘトラップ触媒下流の排気の空気過剰率である第２空気過剰率を検出する第２空気過剰率検出手段と、前記ＮＯｘトラップ触媒の再生時期になったとき、初期処理中の排気の空気過剰率をリッチ側の第１基本空気過剰率にする初期処理手段と、前記排気の空気過剰率を前記第１基本空気過剰率にした後に後期処理中の排気の空気過剰率を１．０近傍の第２基本空気過剰率にする後期処理手段とを備えている。本発明のディーゼルエンジンの排気後処理装置は、さらに前記排気の空気過剰率を前記第１基本空気過剰率λ０にしている間に前記第２空気過剰率検出手段により検出される第２空気過剰率がリーン側より１．０近傍を横切るときの第２空気過剰率の変化速度によって、前記ＮＯｘトラップ触媒の残存酸素量を予測する残存酸素量予測手段と、前記残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量に基づいて前記後期処理中の還元剤の供給量を制御する還元剤供給量制御手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、負荷変動により第１空気過剰率が第１基本空気過剰率まで到達できないことからそのままではＮＯｘトラップ触媒に酸素が残存することになってしまう場合であっても、後期処理中の還元剤の供給量の制御によってＮＯｘトラップ触媒の残存酸素を消費することが可能となり、ＮＯｘ浄化率の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態のディーゼルエンジンの排気後処理装置の概略構成図である。
【図２】負荷変動がないときの従来装置のリッチスパイク処理時のフロントラムダ、リアラムダの変化を示すタイミングチャートである。
【図３】負荷変動があるときの従来装置のリッチスパイク処理時のフロントラムダ、リアラムダの変化を示すタイミングチャートである。
【図４】第１実施形態のリッチスパイク処理時の排気の目標空過剰率及び排気の実空過剰率の変化を示すタイミングチャートである。
【図５】リーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きに対する酸化触媒及びＮＯｘトラップ触媒の残存酸素量の特性図である。
【図６】第１実施形態のリッチスパイク処理時の排気の目標空気過剰率の算出を説明するためフローチャートである。
【図７】第１実施形態のリーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きに対する目標空気過剰率の制御周期当たり増分の特性図である。
【図８】第２実施形態のリッチスパイク処理時の目標空過剰率及び排気の実空過剰率の変化を示すタイミングチャートである。
【図９】第２実施形態のリッチスパイク処理時の排気の目標空気過剰率の算出を説明するためフローチャートである。
【図１０】第２実施形態のリーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きに対する空気過剰率補正量の特性図である。
【図１１】第３実施形態のリッチスパイク処理時の目標空過剰率及び排気の実空過剰率の変化を示すタイミングチャートである。
【図１２】第３実施形態のリッチスパイク処理時の排気の目標空気過剰率及び目標初期処理時間の算出を説明するためフローチャートである。
【図１３】第３実施形態の差分に対するしきい値の特性図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態のディーゼルエンジンの排気後処理装置を示す概略構成図である。図１において、ディーゼルエンジン１の吸気通路２には可変ノズル型のターボチャージャ３の吸気コンプレッサを備える。吸入空気は吸気コンプレッサによって過給され、インタークーラ４で冷却され、常開のスロットル弁５を通過した後、コレクタ６を経て、各気筒のシリンダ内へ流入する。燃料は、コモンレール式燃料噴射装置により、すなわち、高圧燃料ポンプ７により高圧化されてコモンレール８に送られ、各気筒の燃料噴射弁９からシリンダ内へ直接噴射される。シリンダ内に流入した空気と噴射された燃料はここで圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路１０へ流出する。
【００１１】
排気通路１０に流出した排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路１１によりＥＧＲ弁１２を介して吸気側に還流される。排気の残りは、可変ノズル型のターボチャージャ３の排気タービンを通り、排気タービンを駆動する。
【００１２】
ＥＧＲ通路１１にはＥＧＲクーラ３１を備える。ＥＧＲクーラ３１はＥＧＲガスを冷却水や冷却風を用いて冷却するものである。また、ＥＧＲクーラ３１をバイパスするバイパス通路３２と、このバイパス通路３２の分岐部にあってＥＧＲガスの流路を切換え得る流路切換弁３３と備える。流路切換弁３３は、例えば非通電時にバイパス通路３２を遮断してＥＧＲガスをＥＧＲクーラ３１に流し、通電時にはＥＧＲクーラ３１のある通路を遮断し、ＥＧＲガスをバイパス通路３２に流すものである。これらバイパス通路３２及び流路切換弁３３を設けている理由は低温時のＨＣ対策である。
【００１３】
エンジンコントローラ２１には、アクセルセンサ２２からのアクセル開度（アクセルペダルの踏込量のこと）ＡＣＣ、クランク角センサ２３からのエンジン回転速度Ｎｅの各信号が入力されている。そしてエンジンコントローラ２１では、エンジン負荷（アクセル開度など）及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、メイン噴射の燃料噴射時期及び燃料噴射量を算出し、これらに対応する開弁指令信号を燃料噴射弁９に出力する。また、エンジンコントローラ２１では、目標ＥＧＲ率と目標吸入空気量とが得られるようにＥＧＲ制御と過給圧制御を協調して行う。なお、エンジンコントローラ２１は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成されている。
【００１４】
排気通路１０の排気タービン下流には、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ（Ｄiesel  Ｐarticulate  Ｆilter）１３を配置してある。フィルタ１３のパティキュレート堆積量が所定値（閾値）に達すると、エンジンコントローラ２１ではフィルタ１３の再生処理を行う。例えばメイン噴射直後の膨張行程あるいは排気行程でポスト噴射を行うことにより排気をパティキュレートの燃焼する温度にまで上昇させてフィルタ１３の再生処理を行い、フィルタ１３に堆積しているパティキュレートを燃焼除去し、フィルタ１３を再生する。目標となる再生温度が得られるようにエンジンの負荷及び回転速度（運転条件）に応じてポスト噴射量とポスト噴射時期とを予め定めておき、そのときのエンジンの負荷及び回転速度に応じたポスト噴射量とポスト噴射時期とが得られるようにポスト噴射を行う。
【００１５】
フィルタ１３に堆積しているパティキュレートの全てが燃焼除去される完全再生を行わせるには再生処理時にフィルタ１３の許容温度を超えない範囲で少しでもパティキュレートの燃焼温度を高めてやることが必要となる。このため本実施形態ではフィルタ１３の上流に酸化触媒（貴金属）１４を配置してある。この酸化触媒１４によりフィルタ１３の再生処理のためのポスト噴射によって流入する排気成分（ＨＣ、ＣＯ）を燃焼させて排気の温度を高めフィルタ１３内のパティキュレートの燃焼を促進させる。なお、フィルタ１３を構成する担体に酸化触媒をコーティングしてもよい。このときには、パティキュレートが燃焼する際の酸化反応を促進してその分フィルタ１３のベッド温度を実質的に上昇させ、フィルタ１３内のパティキュレートの燃焼を促進させることができる。
【００１６】
なお、触媒は酸化触媒１４に限られない。酸化機能を備える触媒であれば、酸化触媒に代えることができる。図１は酸化触媒１４として三元触媒（ＴＷＣ）を採用する場合である。
【００１７】
酸化触媒１４とフィルタ１３との間には、酸素雰囲気で排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）をトラップ（例えば吸着）し、還元雰囲気ではトラップしていたＮＯｘを脱離し、排気中のＨＣを還元剤として用いて還元・浄化するＮＯｘトラップ触媒（ＬＮＴ）１５を備える。酸素雰囲気は排気の空気過剰率が１．０（理論空燃比相当の値）より大きいときに得られる。一方、還元雰囲気は排気の空気過剰率が１．０以下のときに得られる。
【００１８】
このため、ＮＯｘトラップ触媒１５のＮＯｘ堆積量が所定値（閾値）に到達したときにはＮＯｘトラップ触媒１５を流れる排気を酸素雰囲気から還元雰囲気へと切換えるためリッチスパイク処理を行う必要がある。ここでのリッチスパイク処理は、メイン噴射直後の膨張行程あるいは排気行程でポスト噴射を行って、排気通路１０に排出される未燃のＨＣ量を増やし、このＨＣを還元剤としてＮＯｘトラップ触媒１５に供給することである。
【００１９】
ディーゼルエンジン１では、通常運転時に１．０（理論空燃比相当の値）よりも大きな値の空気過剰率（理論空燃比よりもリーン側の空燃比）で運転するので、ポスト噴射の追加だけでは排気の空気過剰率を１．０へと切換えることができない。このため、通常運転時に全開位置にあるスロットル弁５をリッチスパイク処理時に閉じてやることでシリンダに流入する吸入空気量（シリンダ吸入空気量）Ｑａｃを減らし、これによって、排気の空気過剰率を１．０以下へと切換える。つまり、メイン噴射量とポスト噴射量の合計の燃料噴射量Ｑｆｕｅｌと、シリンダ吸入空気量Ｑａｃとで定まる空気過剰率が１．０以下となるように、ポスト噴射量とスロットル弁開度（吸入空気量）とを定めるのである。ここで、リッチスパイク処理時のスロットル弁開度を定めてやれば、ポスト噴射量が一義的に定まる。
【００２０】
また、所定の時間毎（一定の周期）にＮＯｘトラップ触媒１５にトラップされる所定時間当たりのＮＯｘ量を算出し、この所定時間当たりのＮＯｘ量を加算（積算）してＮＯｘトラップ触媒１５に堆積するＮＯｘ堆積量を算出する。このＮＯｘ堆積量と、予め定めてある閾値とを比較し、ＮＯｘ堆積量が閾値以上となったとき（ＮＯｘトラップ触媒１５の再生時期となったとき）、ポスト噴射（リッチスパイク処理）を実行する。
【００２１】
このようにして、通常運転時にＮＯｘ堆積量が閾値以上となったとき、スロットル弁開度を全開状態から所定のスロットル弁開度へと切換える（スロットル絞りを行う）と共に、ポスト噴射を開始する。そして、一定期間を経過したときポスト噴射を終了しスロットル弁５を全開位置へと戻す。
【００２２】
ところで、酸素雰囲気から還元雰囲気へと切換えた直後には、酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５に酸素雰囲気中にストレージされた酸素が残存する。このため、酸素雰囲気から還元雰囲気への切換直後には、ＮＯｘ還元剤としてのＨＣ、ＣＯを供給しても、ＮＯｘトラップ触媒１５にストレージされている酸素が、ＮＯｘよりも先に脱離してきてこれらの還元剤を酸化（消費）する。同様に、ＮＯｘトラップ触媒１５上流の酸化触媒にストレージされている酸素によっても、ＮＯｘ還元剤としてのＨＣ、ＣＯが酸化（消費）される。つまり、酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５にストレージされている酸素を全て消費した後でないと、ＮＯｘトラップ触媒１５に堆積しているＮＯｘを還元することができないのである。
【００２３】
このため、リッチスパイク処理を初期処理と後期処理の２段に分離する従来装置がある。これを図２を参照して説明すると、図２はリッチスパイク処理時にフロントラムダ（第１空気過剰率）、リアラムダ（第２空気過剰率）がどのように変化するのかを示している。ここで、フロントラムダとは酸化触媒１４上流を流れる排気の空気過剰率のことである。リアラムダとはＮＯｘトラップ触媒１５の下流を流れる排気の空気過剰率のことである。
【００２４】
図２に示したように、従来装置では、ｔ１のタイミングからの初期処理でフロントラムダを１．０（理論空燃比）より小さいほぼ０．９（リッチ）の第１基本空気過剰率λ０とし、酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５にストレージされている酸素を消費させる。この状態でリアラムダが１．０になるのを待ち、リアラムダが１．０になったｔ２のタイミングで酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５にストレージされている酸素が全て無くなったと判定し、初期処理を終了する。
【００２５】
そして、ｔ２のタイミングからの後期処理ではフロントラムダを１．０近傍の第２基本空気過剰率λ１に制御することで還元剤をＮＯｘトラップ触媒１５に供給し、ＮＯｘトラップ触媒１５に堆積しているＮＯｘを還元浄化する。
【００２６】
ｔ１のタイミングから一定時間が経過するｔ３のタイミングでＮＯｘトラップ触媒１５に堆積しているＮＯｘを全て還元浄化したと判断し、後期処理を、従ってリッチスパイク処理を終了する。
【００２７】
しかしながら、従来装置には改善の余地があることが判明している。これについて図３を参照して説明すると、図３もリッチスパイク処理時にフロントラムダ、リアラムダがどのように変化するのかを示している。ただし、図２と相違して、負荷変動により初期処理でフロントラムダが０．９にまで到達しなかった場合である。このようにフロントラムダが第１基本空気過剰率λ０である０．９に到達できなかった原因はリッチスパイク処理開始直後の負荷変動である。例えば、アクセルペダルを踏み込んで車両を加速したとき、上記のようにＮＯｘ堆積量が閾値以上となっていれば、第１基本空気過剰率λ０を０．９とするリッチスパイク処理が開始される。この場合に、初期処理を開始した直後にアクセルペダルが戻されることがある。このときには、燃料噴射量（上記のポスト噴射量）がアクセルペダルが戻されない場合よりも減少し、初期処理中のフロントラムダを０．９にまで到達させることができずに終わる。リッチスパイク処理を開始した直後のエンジン負荷の急激な減少を「リッチスパイク処理開始直後の負荷変動」で定義すれば、当該負荷変動によって、図３に示したように初期処理中のフロントラムダを０．９へと到達させることができなくなるのである。リッチスパイク処理開始直後の負荷変動を、以下単に「負荷変動」という。
【００２８】
初期処理中のフロントラムダが０．９まで至らないと、酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５にストレージされている酸素を全て消費できず、酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５に消費できなかった酸素が残存する。これによって、リアラムダが１．０を横切るのが図２の場合より遅れる。図３では、ｔ１１のタイミングでリアラムダが１．０になり、後期処理に移っているが、リアラムダはｔ１１以降もリーン側に居続け、後期処理を終了するｔ１３の手前のｔ１２のタイミングで再び１．０を横切っている。これは、ｔ１１からｔ１２までの期間でＮＯｘ浄化のために供給する還元剤が酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５に残存する酸素の消費に使われることを意味する。残存酸素の消費に還元剤が使われるのであるから、触媒１５に堆積しているＮＯｘの全てを還元することができず、ＮＯｘ浄化率が悪くなる。
【００２９】
そこで本発明の第１実施形態では、リアラムダがリーン側より１．０を横切るときの傾き（変化速度）より酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量を予測する。そして、予測した残存酸素量に基づいて第１基本空気過剰率λ０より第２基本空気過剰率λ１への移行速度を制御する。
【００３０】
具体的に図４を参照して説明すると、図４はリッチスパイク処理時に排気の目標空気過剰率、排気の実空気過剰率であるフロントラムダ及びリアラムダがどのように変化するのかを表したモデル図である。ここで、図４第１段目には負荷変動がないときの目標空気過剰率の変化を実線で、負荷変動があるときの目標空気過剰率の変化を破線で重ねて示している。図４第２段目には、負荷変動がないときのフロントラムダとリアラムダの変化を実線で、負荷変動があるときのリアラムダの変化を破線で重ねて示している。横軸のｔ１、ｔ２、ｔ３のタイミングは図３の場合に合わせている。
【００３１】
図４において、初期処理を開始するｔ１のタイミングで第１基本空気過剰率λ０を０．９としたとき、負荷変動がなければ初期処理中のフロントラムダ（実際値）は、リーン側の値から０．９へと大きく低下し、やがて０．９へと落ち着く。
【００３２】
第１基本空気過剰率λ０をリッチ側の０．９とすることによって、酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５に残存する酸素が消費され、やがて全ての酸素が消費されたｔ２のタイミングでリアラムダがリーン側より１．０を横切る。リアラムダがリーン側より１．０を横切るｔ２のタイミングで初期処理を終了し、後期処理に移行する。
【００３３】
ここで、本発明の第１実施形態は、リアラムダがリーン側より１．０を横切ってリッチ側に反転する場合に限定されるものでない。リアラムダと比較するための１．０はしきい値である。しきい値は１．０に限られるものでなく、１．０５〜０．９５の範囲で任意に取り得る。例えば、リアラムダがリーン側よりしきい値としての１．０５を横切ったときにリッチ側に反転したと判定するものや、リアラムダがリーン側よりしきい値としての０．９５を横切ったときにリッチ側に反転したと判定するものがある。これらの場合にも本発明の適用があるので、これらの場合をも含ませる場合には「リアラムダがリーン側より１．０近傍を横切る」という表現を用いる。なお、上記のようにしきい値を１．０よりリーン側の１．０５や１．０よりリッチ側の０．９５へとシフトさせる理由は排気対策である。以下、第１実施形態では、しきい値が１．０である場合で説明する。
【００３４】
次に、第２基本空気過剰率λ１を１．０近傍に設定する。これによって、ＮＯｘトラップ触媒１５に還元剤が供給されることになり、ＮＯｘトラップ触媒１５に堆積しているＮＯｘが還元浄化されてゆく。後期処理をどのくらいの期間、継続すればＮＯｘトラップ触媒１５に堆積しているＮＯｘの全てを還元できるかは予め分かっている。従って、その期間が経過するｔ３のタイミング、つまりｔ１より所定時間Δｔ２が経過したｔ３のタイミングで後期処理を終了し、通常運転に戻る。
【００３５】
なお、第２基本空気過剰率λ１を１．０よりも少しだけ小さい値（リッチ側の値）に設定している。これは、次の理由による。すなわち、ディーゼルエンジンでは、酸素の利用率が悪く、常に酸素を余らせた状態で燃焼が行われる。このため、第２基本空気過剰率λ１を１．０より少し小さい値としても、実質的には排気中に酸素が存在する。１．０近傍で発生するＨＣ、ＣＯをこの排気中に存在する酸素で酸化させるため、第２基本空気過剰率λ１を１．０よりも少しだけ小さい値に設定しているのである。
【００３６】
さて、初期処理の終期にリーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔ（第２空気過剰率の変化速度）は酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量を予測する値となる。例えば図２に示したように負荷変動がないときにはリーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔは相対的に大きく、図３に示したように負荷変動があるときにはリーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔは相対的に小さい。これをモデルで表したのが図４第２段目である。図４第２段目に実線で示す負荷変動がないときのリアラムダによれば、リーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔが相対的に大きい。一方、図４第２段目に破線で示す負荷変動があるときのリアラムダによれば、リーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔが相対的に小さくなっている。ここで、リーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔはマイナスとなり扱いにくいので、絶対値で扱う。
【００３７】
これら図２、図３、図４の特性からリーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔと酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量との関係にまとめたのが図５である。すなわち、図５に示したようにリーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔが相対的に大きいときには酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量が相対的に少ないと予測できる。また、リーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔが相対的に小さいときには酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量は相対的に多いと予測できる。
【００３８】
ここで、リーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔはリアラムダのデータを所定周期でサンプリングし、そのサンプリング値より算出することができる。
【００３９】
このように、ｄλ／ｄｔによって酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量を予測する場合に、ｄλ／ｄｔが相対的に小さいときに、ｄλ／ｄｔが相対的に大きいときより酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量が多いことを表す。従って、負荷変動がある（ｄλ／ｄｔが相対的に小さい）ときには、負荷変動がない（ｄλ／ｄｔが相対的に大きい）ときより第１基本空気過剰率λ０より第２基本空気過剰率λ２への移行速度が遅くなるように制御してやればよい。
【００４０】
例えば、図４第１段目に実線で示したように、負荷変動がない（ｄλ／ｄｔが相対的に大きい）とき、第１基本空気過剰率λ０より第２基本空気過剰率λ１への移行速度を相対的に速く設定している。一方、図４第１段目に破線で重ねて示したように、負荷変動がある（ｄλ／ｄｔが相対的に小さい）とき、第１基本空気過剰率λ０より第２基本空気過剰率λ１への移行速度を相対的に遅く設定している。これによって、負荷変動があるときの目標空気過剰率と負荷変動がないときの目標空気過剰率との間に、ハッチングで示した面積差が生じる（図４第１段目参照）。つまり、負荷変動があるときには、負荷変動がないときより当該面積差だけ多い分の還元剤の供給を後期処理中に行うことができる。後期処理中に還元剤の供給量が増えることによって、酸化触媒及びＮＯｘトラップ触媒の残存酸素を消費することができるのである。
【００４１】
なお、図４第３段目〜第６段目には、後述する図６のフローチャートで導入している初期処理フラグ、後期処理フラグの動きを示している。ここで、第３段目と第４段目は負荷変動がないときの初期処理フラグ、後期処理フラグの、第５段目と第６段目は負荷変動があるときの初期処理フラグ、後期処理フラグの各動きである。
【００４２】
上記のフロントラムダは酸化触媒１４の上流に設けたフロント広域空燃比センサ２４（図１参照）により、上記のリアラムダはＮＯｘトラップ触媒１５の下流に設けたリア広域空燃比センサ２５（図１参照）により検出する。広域空燃比センサは、排気の空燃比をリニアに検出するものである。
【００４３】
なお、第１実施形態は酸化触媒１４を備えるため、ＮＯｘトラップ触媒１５に残存する酸素だけでなく、酸化触媒１４に残存する酸素をも考慮する必要があるのであるが、酸化触媒１４を備えない場合にも本発明の適用がある。この場合には、ＮＯｘトラップ触媒１５に残存する酸素だけを考慮すればよい。
【００４４】
エンジンコントローラ２１で行われる本実施形態のリッチスパイク処理を図６のフローチャートを参照して詳述する。
【００４５】
図６のフローはリッチスパイク処理時の排気の目標空気過剰率ｍλを算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００４６】
ステップ１では、ＮＯｘトラップ触媒１５の再生時期になったか否かをみる。これは、例えばＮＯｘ堆積量が閾値以上となったとき、再生許可フラグをゼロから１に切換えるようにしておく。そして、この再生許可フラグをみて再生許可フラグ＝０であればＮＯｘトラップ触媒１５の再生時期になっていないと、再生許可フラグ＝１であればＮＯｘトラップ触媒１５の再生時期になったと判定させればよい。再生許可フラグ＝０よりＮＯｘトラップ触媒１５の再生時期になっていないときにはそのまま今回の処理を終了する。
【００４７】
ステップ１で再生許可フラグ＝１よりＮＯｘトラップ触媒１５の再生時期になったときにはステップ２に進み、後期処理フ→ラグ（エンジンの始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは、後期処理フラグ＝０であるとしてステップ３に進む。ステップ３では、初期処理フラグ（エンジンの始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは、初期処理フラグ＝０であるとしてステップ４、５に進む。
【００４８】
ステップ４では第１基本空気過剰率λ０を算出し、これをステップ５で排気の目標空気過剰率ｍλに入れる。第１基本空気過剰率λ０は、負荷変動がないとした場合に酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５にストレージされている酸素を全て消費するための値である。第１基本空気過剰率λ０は、たとえば運転条件（エンジン負荷と回転速度）に応じたマップ値で与えておけばよい。酸化触媒及びＮＯｘトラップ触媒の残存酸素を消費するため第１基本空気過剰率λ０は１．０より小さい値とする。簡単には一定値（例えば０．９）でかまわない。ステップ６では初期処理フラグ＝１として今回の処理を終了する。
【００４９】
ステップ６で初期処理フラグ＝１としたことより、次回にはステップ２よりステップ７以降へと進む。ステップ７では、リアラムダとしきい値としての１．０を比較する。リアラムダが１．０より大きいときにはリアラムダがリーン側よりリッチ側に反転していないと判断してステップ８に進む。ステップ８では、前回の排気の目標空気過剰率である「ｍλ（前回）」の値をそのまま今回の排気の目標空気過剰率ｍλに移すことによって、ステップ４で算出された第１基本空気過剰率λ０を維持する。
【００５０】
ステップ７でリアラムダが１．０以下になったときにはリアラムダがリーン側よりリッチ側に反転したと判断し、後期処理に進ませるためステップ９、１０に進む。ステップ９、１０では初期処理フラグ＝０、後期処理フラグ＝１とする。
【００５１】
ステップ１１では、ステップ８と同じに前回の排気の目標空気過剰率である「ｍλ（前回）」の値をそのまま今回の排気の目標空気過剰率ｍλに移すことによって、ステップ４で算出された第１基本空気過剰率λ０を維持する。
【００５２】
ステップ１２では、ｍλの前回値である「ｍλ（前回）」に第１基本空気過剰率λ０を入れる。
【００５３】
ステップ９、１０で初期処理フラグ＝０、後期処理フラグ＝１としたことより、次回にはステップ２よりステップ１３以降へと進む。
【００５４】
ステップ１３ではリッチスパイク処理の開始から所定時間Δｔ２が経過したか否かをみる。リッチスパイク処理の開始から所定時間Δｔ２が経過していなければステップ１４に進み、広域空燃比センサ２５により検出されるリアラムダのデータに基づいて、リーン側より１．０を横切ったときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔを算出する。リーン側より１．０を横切ったときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔは負の値で算出されるので、絶対値を採ってプラスの値に変換する。プラスの値に変換したリアラムダの傾きｄλ／ｄｔは、この値が相対的に小さいときのほうが、この値が相対的に大きいときより酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量が多いことを表す。
【００５５】
ステップ１５では、このようにして算出したリーン側より１．０を横切ったときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔ（絶対値）から図７を内容とするテーブルを検索することにより、目標空気過剰率の制御周期当たり増分Δλを算出する。図７に示したようにΔλはリーン側より１．０を横切ったときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔ（絶対値）が相対的に小さいときのほうが、リーン側より１．０を横切ったときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔ（絶対値）が相対的に大きいときより小さくなる値である。
【００５６】
ステップ１６では、この目標空気過剰率の制御周期当たり増分Δλを用いて次式により、後期処理中の目標空気過剰率ｍλを算出する。
【００５７】
ｍλ＝ｍλ（前回）＋Δλ                                …（１）
ただし、ｍλ（前回）：ｍλの前回値、
ｍλの前回値である「ｍλ（前回）」には初期値として第１基本空気過剰率λ０が入っている（ステップ１２参照）。（１）式は、ｍλの前回値である「ｍλ（前回）」に制御周期当たり増分Δλを加算した値を今回のｍλとするものである。つまり、（１）式の算出を一定周期で繰り返すことにより、後期処理中の目標空気過剰率ｍλは増分Δλずつ大きくなっていく。
【００５８】
ここで、負荷変動がない（ｄλ／ｄｔが相対的に大きい）ときには、負荷変動がある（ｄλ／ｄｔが相対的に小さい）ときより上記の増分Δλが大きいことから、目標空気過剰率ｍλはλ０より素早くλ１へと近づいてゆく（図４第１段目の実線参照）。つまり、第１基本空気過剰率λ０より第２基本空気過剰率λ１への移行速度が相対的に速くなる。一方、負荷変動がある（ｄλ／ｄｔが相対的に小さい）ときには、負荷変動がない（ｄλ／ｄｔが相対的に大きい）ときより上記の増分Δλが小さいことから、目標空気過剰率ｍλはλ０よりゆっくりとλ１へと近づいてゆく（図４第１段目の破線参照）。つまり、第１基本空気過剰率λ０より第２基本空気過剰率λ１への移行速度は相対的に遅くなる。このように、負荷変動の有無（ｄλ／ｄｔ）によって第１基本空気過剰率λ０より第２基本空気過剰率λ１への移行速度を制御する。
【００５９】
ステップ１７では、このようにして算出される後期処理中の目標空気過剰率ｍλと第２基本空気過剰率λ１を比較する。第２基本空気過剰率λ１は、負荷変動がないとした場合にＮＯｘトラップ触媒１５に堆積しているＮＯｘを全て還元浄化するための値である。第２基本空気過剰率λ１としては１．０近傍の値を設定している。実際には１．０でなく１．０より小さい値を設定する。これは、１．０近傍で発生するＨＣ、ＣＯを排気中に存在する酸素で酸化させるためである。後期処理中の目標空気過剰率ｍλがλ１未満であるときには後期処理中の目標空気過剰率ｍλがまだ第２基本空気過剰率λ１に到達していないと判断し、そのまま今回の処理を終了する。
【００６０】
やがてステップ１７で後期処理中の目標空気過剰率ｍλが第２基本空気過剰率λ１に到達したときにはステップ１８に進み、第２基本空気過剰率λ１を後期処理中の目標空気過剰率ｍλに入れる。このようにして、後期処理中の目標空気過剰率ｍλは第１基本空気過剰率λ０より制御周期当たり増分Δλずつ大きくなり、第２基本空気過剰率λ１に到達した後は第２基本空気過剰率λ１を維持する。
【００６１】
後期処理中の目標空気過剰率ｍλが第２基本空気過剰率λ１を維持している状態で、やがてリッチスパイク処理の開始から所定時間Δｔ２が経過する。このときにはリッチスパイク処理を終了するためステップ１３よりステップ１９、２０、２１に進む。ステップ１９では排気の目標空気過剰率に１．０より大きな値（リーン）を入れる。これはエンジンをリーン運転するときの目標空気過剰率である。
【００６２】
ステップ２０、２１では後期処理フラグ＝０、再生許可フラグ＝０とする。ステップ２１で再生許可フラグ＝０としたことより、次回にはステップ１よりステップ２以降へと進むことができない。
【００６３】
図示しないフローでは、図６のフローにより算出された目標空気過剰率ｍλが得られるようにスロットル弁開度とポスト噴射量とが制御される。
【００６４】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００６５】
本実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒１５と、フロントラムダ（ＮＯｘトラップ触媒１５上流の排気の空気過剰率である第１空気過剰率）を検出するフロント広域空燃比センサ２４（第１空気過剰率検出手段）と、リアラムダ（ＮＯｘトラップ触媒１５下流の排気の空気過剰率である第２空気過剰率）を検出するリア広域空燃比センサ２５（第２空気過剰率検出手段）と、ＮＯｘトラップ触媒１５の再生時期になったとき、初期処理中の排気の空気過剰率をリッチ側の第１基本空気過剰率λ０にする初期処理手段（図６のステップ１〜６、ステップ１〜３、７、８参照）と、排気の空気過剰率を第１基本空気過剰率λ０にした後に後期処理中の排気の空気過剰率を１．０近傍の第２基本空気過剰率λ１にする後期処理手段（図６のステップ２、３、７、９〜１２、ステップ２、１３、１４〜１８参照）と、排気の空気過剰率を第１基本空気過剰率λ０にしている間にリアラムダがリーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾き（第２空気過剰率の変化速度）によって、ＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量を予測する残存酸素量予測手段（図６のステップ２、１３、１４参照）と、残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量に基づいて後期処理中の還元剤の供給量を制御する還元剤供給量制御手段（図６のステップ２、１３、１４、１５〜１８参照）とを備えている。本実施形態によれば、負荷変動によりフロントラムダが第１基本空気過剰率λ０まで到達できないことからそのままでは後期処理時にＮＯｘトラップ触媒１５に酸素が残存することになってしまう場合であっても、後期処理中の還元剤の供給量の制御によって後期処理中の還元剤の供給量を増やし、この増やした還元剤でＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素を消費することが可能となり、ＮＯｘ浄化率の悪化を抑制することができる。
【００６６】
本実施形態によれば、前記還元剤供給量制御手段は、リーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔ（残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量）に基づいて第１基本空気過剰率λ０より第２基本空気過剰率λ１への移行速度を制御する移行速度制御手段（図６のステップ２、１３、１４、１５〜１８参照）であるので、第１基本空気過剰率λ０より第２基本空気過剰率λ１への移行速度の制御によって後期処理中の還元剤の供給量を増やして、ＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素を消費することが可能となり、ＮＯｘ浄化率の悪化を抑制することができる。
【００６７】
本実施形態によれば、前記残存酸素量予測手段は、リーン側より１．０を横切るときのリアラムダ（第２空気過剰率）の傾きｄλ／ｄｔ（第２空気過剰率の変化速度）が相対的に小さいときにはリーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔ（第２空気過剰率の変化速度）が相対的に大きいときよりＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量が多いと予測するので（図７参照）、ＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量を簡易に予測できる。
【００６８】
本実施形態によれば、前記移行速度制御手段は、リーン側より１．０近傍を横切るときのリアラムダ（第２空気過剰率）の傾きｄλ／ｄｔが相対的に小さいときにはリーン側より１．０近傍を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔが相対的に大きいときより移行速度を遅くするので（図６のステップ１４、１５、１６、図７参照）、負荷変動があり、初期処理中にＮＯｘトラップ触媒１５に酸素が残存することになってしまう場合であっても、移行速度の遅延により後期処理中の還元剤の供給量が増量されることから、ＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素を消費して、ＮＯｘ浄化に必要な還元雰囲気にすることができる。
【００６９】
（第２実施形態）
図８はリッチスパイク処理時に排気の目標空気過剰率、排気の実空気過剰率であるフロントラムダ及びリアラムダがどのように変化するのかを表した第２実施形態のモデル図で、第１実施形態の図４と置き換わるものである。第１実施形態の図４と同じ部分には同じに記載している。ここで、図８第１段目には負荷変動がないときの目標空気過剰率の変化を実線で、負荷変動があるときの目標空気過剰率の変化を一点鎖線で重ねて示している。図８第２段目には、負荷変動がないときのフロントラムダとリアラムダの変化を実線で、負荷変動があるときのリアラムダの変化を破線で重ねて示している。
【００７０】
第１実施形態では、リアラムダがリーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔに基づいて第１基本空気過剰率λ０より第２基本空気過剰率λ１への移行速度を制御した。一方、第２実施形態は、リアラムダがリーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔに基づいて後期処理中の排気の目標空気過剰率を制御するものである。
【００７１】
詳述すると、図８第１段目に実線で示したように、負荷変動がない（ｄλ／ｄｔが相対的に大きい）とき、後期処理中の排気の目標空気過剰率ｍλとして第２基本空気過剰率λ１を設定する。一方、図８第１段目に一点鎖線で重ねて示したように、負荷変動がある（ｄλ／ｄｔが相対的に小さい）とき、第２基本空気過剰率λ１を小さくなる側（リッチ側）に補正した値を後期処理中の排気の目標空気過剰率ｍλとする。これによって、負荷変動があるときの目標空気過剰率と負荷変動がないときの目標空気過剰率との間に、ハッチングで示した面積差が生じる（図８第１段目参照）。つまり、負荷変動があるときには、負荷変動がないときより当該面積差だけ多い分の還元剤の供給を行うことができる。還元剤の供給量が増えることによって、酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素を消費することができるのである。
【００７２】
図９のフローは第２実施形態のリッチスパイク処理時の排気の目標空気過剰率ｍλを算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。第１実施形態の図６と同一部分には同一のステップ番号を付している。
【００７３】
第１実施形態の図６と相違する部分は、ステップ１４の位置とステップ３１〜３３である。第１実施形態と相違する部分を主に説明すると、図９においてステップ７でリアラムダが１．０以下になったときにはリアラムダがリーン側より１．０を横切ってリッチ側に反転したと判断し、後期処理に進ませるためステップ１４、３１、３２、９、１０に進む。
【００７４】
ステップ１４では広域空燃比センサ２５により検出されるリアラムダのデータに基づいて、リアラムダがリーン側より１．０を横切ったときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔを算出する。リーン側より１．０を横切ったときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔは負の値で算出されるので、絶対値を採ってプラスの値に変換する。プラスの値に変換した傾きｄλ／ｄｔは、この値が相対的に小さいときのほうが、この値が相対的に大きいときより酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量が多いことを表す。
【００７５】
ステップ３１では、このようにして算出したリーン側より１．０を横切ったときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔ（絶対値）から図１０を内容とするテーブルを検索することにより、空気過剰率補正量λＨＯＳを算出する。図１０に示したように空気過剰率補正量λＨＯＳはｄλ／ｄｔ（絶対値）が相対的に小さいときのほうが、ｄλ／ｄｔ（絶対値）が相対的に大きいときより大きくなる値である。
【００７６】
ステップ３２では、この空気過剰率補正量λＨＯＳを用いて次式により、後期処理中の目標空気過剰率ｍλを算出する。
【００７７】
ｍλ＝λ１−λＨＯＳ                                    …（２）
（２）式は、第２基本空気過剰率λ１から空気過剰率補正量λＨＯＳだけ小さい値（リッチ側の値）を後期処理中の排気の目標空気過剰率ｍλとするものである。
【００７８】
負荷変動がない（ｄλ／ｄｔが相対的に大きい）ときには、負荷変動がある（ｄλ／ｄｔが相対的に小さい）ときより上記の空気過剰率補正量λＨＯＳが小さくてほぼゼロである。このとき、後期処理中の目標空気過剰率ｍλはλ１に近い値をとる（図８第１段目の実線参照）。一方、負荷変動がある（ｄλ／ｄｔが相対的に小さい）ときには、負荷変動がない（ｄλ／ｄｔが相対的に大きい）ときより上記の空気過剰率補正量λＨＯＳが大きい。このとき、後期処理中の目標空気過剰率ｍλはλ１よりも小さな値をとる（図８第１段目の一点鎖線参照）。このように、負荷変動の有無（ｄλ／ｄｔ）によって後期処理中の目標空気過剰率を制御する。
【００７９】
ステップ９、１０では後期処理に進ませるため初期処理フラグ＝０、後期処理フラグ＝１とする。
【００８０】
ステップ９、１０で初期処理フラグ＝０、後期処理フラグ＝１としたことより、次回にはステップ２よりステップ１３以降へと進む。ステップ１３ではリッチスパイク処理の開始から所定時間Δｔ２が経過したか否かをみる。リッチスパイク処理の開始から所定時間Δｔ２が経過していなければステップ３３に進む。ステップ３３では、ステップ８と同じに前回の排気の目標空気過剰率である「ｍλ（前回）」の値をそのまま今回の排気の目標空気過剰率ｍλに移すことによって、ステップ３２で算出された排気の目標空気過剰率ｍλを維持する。
【００８１】
ステップ１３でリッチスパイク処理の開始から所定時間Δｔ２が経過したときにはリッチスパイク処理を終了するためステップ１９、２０、２１に進み、第１実施形態と同じにこれらの操作を実行する。
【００８２】
このように、第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。さらに、第２実施形態によれば、還元剤供給量制御手段は、リーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔ（残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量）に基づいて後期処理中の排気の空気過剰率を制御する空気過剰率制御手段であるので（図９のステップ２、７、１４、３１、３２参照）、後期処理中の排気の空気過剰率の制御によって後期処理中の還元剤の供給量を増やして、ＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素を消費することが可能となり、ＮＯｘ浄化率の悪化を抑制することができる。
【００８３】
第２実施形態によれば、空気過剰率制御手段は、リーン側より１．０を横切るときのリアラムダ（第２空気過剰率）の傾きｄλ／ｄｔ（第２空気過剰率の変化速度）が相対的に小さいときには、リーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔ（第２空気過剰率の変化速度）が相対的に大きいときより後期処理中の排気の空気過剰率ｍλを小さくなる側（リッチ側）にするので（図９のステップ１４、３１、３２、図１０参照）、負荷変動があり、初期処理中にＮＯｘトラップ触媒１５に酸素が残存することになってしまう場合であっても、後期処理中の空気過剰率のリッチ化により後期処理中の還元剤の供給量が増量されることから、ＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素を消費して、ＮＯｘ浄化に必要な還元雰囲気にすることができる。
【００８４】
（第３実施形態）
図１１はリッチスパイク処理時に排気の目標空気過剰率、排気の実空気過剰率であるフロントラムダ及びリアラムダがどのように変化するのかを表した第３実施形態のモデル図で、第１実施形態の図４と置き換わるものである。第１実施形態の図４と同じ部分には同じに記載している。ここで、図１１第１段目には負荷変動がないときの目標空気過剰率の変化を実線で、負荷変動があるときの目標空気過剰率の変化を二点鎖線で重ねて示している。図１１第２段目には、触媒新品時でかつ負荷変動がないときのフロントラムダとリアラムダの変化を実線で、触媒新品時でかつ負荷変動があるときのリアラムダの変化を破線で重ねて示している。
【００８５】
第１実施形態では、リアラムダがリーン側より１．０を横切るときのリアラムダの傾きｄλ／ｄｔに基づいて酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量を予測した。一方、第３実施形態は、初期処理中にリアラムダの傾きｄλ／ｄｔを算出し、このリアラムダの傾きｄλ／ｄｔに基づいて酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量を予測する。そして、予測した残存酸素量に基づいてリアラムダと比較するためのしきい値を制御するものである。
【００８６】
詳述すると、図１１第２段目に一点鎖線で示したように、負荷変動がない（初期処理中のｄλ／ｄｔが相対的に大きい）とき、リアラムダと比較するためのしきい値を例えば１．０５に設定する。このとき、リアラムダは１．０５と比較されるため、リアラムダがリーン側より１．０５を横切るｔ３１のタイミングでリーン側よりリッチ側に反転したと判断される。そして、図１１第１段目に実線で示したように、リアラムダがリーン側より１．０５を横切るｔ３１のタイミングで目標空気過剰率ｍλが第１基本空気過剰率λ０から第２基本空気過剰率λ１へと切換えられる。
【００８７】
一方、図１１第２段目に二点鎖線で重ねて示したように、負荷変動がある（初期処理中のｄλ／ｄｔが相対的に小さい）とき、リアラムダと比較するためのしきい値を負荷変動がないときより小さくなる側（リッチ側）に補正した例えば１．０とする。このとき、リアラムダは１．０と比較されるため、リアラムダがリーン側より１．０を横切るｔ３２のタイミングでリーン側よりリッチ側に反転したと判断される。ここで、ｔ３２はｔ３１のタイミングより遅れたタイミングとなる。そして、図１１第１段目に二点鎖線で重ねて示したように、リアラムダがリーン側より１．０を横切るｔ３２のタイミングで目標空気過剰率ｍλが第１基本空気過剰率λ０から第２基本空気過剰率λ１へと切換えられる。これによって、負荷変動があるときの目標空気過剰率と負荷変動がないときの目標空気過剰率との間に、ハッチングで示した面積差が生じる（図１１第１段目参照）。つまり、負荷変動があるときには、負荷変動がないときより当該面積差だけ多い分の還元剤の供給を行うことができる。還元剤の供給量が増えることによって、酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素を消費することができるのである。
【００８８】
図１１ではしきい値を１．０５（リーン側の値）から１．０（理論空燃比）へと切換える場合で説明したが、この場合に限られるものでない。例えば、１．０から０．９５(リッチ側の値）へとしきい値を切換える場合や１．０５（リーン側の値）から０．９５(リッチ側の値）へとしきい値を切換える場合であってもかまわない。要は、負荷変動があるときには負荷変動がないときよりしきい値を小さくなる側（リッチ側）に切換えればよい。
【００８９】
なお、図１１第３段目〜第８段目には、後述する図１２のフローチャートで導入している初期処理フラグ、後期処理フラグの動きを示している。ここで、第３段目と第４段目と第５段目は負荷変動がないときの初期処理フラグ、後期処理フラグの、第６段目と第７段目と第８段目は負荷変動があるときの初期処理フラグ、後期処理フラグの各動きである。
【００９０】
図１２のフローは第３実施形態のリッチスパイク処理時の排気の目標空気過剰率ｍλを算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。第２実施形態の図９と同一部分には同一のステップ番号を付している。
【００９１】
第２実施形態の図９と相違する部分は図１２のステップ４１〜４４である。第２実施形態と相違する部分を主に説明すると、図１２においてステップ３で初期フラグ＝１であるときにはステップ４１に進み、広域空燃比センサ２５により検出されるリアラムダのデータに基づいて、リアラムダの傾きｄλ／ｄｔを算出する。リアラムダの傾きｄλ／ｄｔは負の値で算出されるので、絶対値を採ってプラスの値に変換する。プラスの値に変換した傾きｄλ／ｄｔは、この値が相対的に小さいときのほうが、この値が相対的に大きいときより酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量が多いことを表す。
【００９２】
ステップ４１では、リアラムダの傾きｄλ／ｄｔから図１３を内容とするテーブルを検索することにより、リアラムダと比較するためのしきい値を算出する。図１３に示したように、しきい値はリアラムダの傾きｄλ／ｄｔが相対的に小さいときのほうがリアラムダの傾きｄλ／ｄｔが相対的に大きいときより小さくなる側（リッチ側）に向かう特性である。
【００９３】
負荷変動がない（ｄλ／ｄｔが相対的に大きい）ときには、負荷変動がある（ｄλ／ｄｔが相対的に小さい）ときより上記のしきい値が大きいため、リアラムダがリーン側よりしきい値を横切るタイミングが相対的に早くなる（図１１第２段目の一点鎖線参照）。負荷変動がある（ｄλ／ｄｔが相対的に小さい）ときには、負荷変動がない（ｄλ／ｄｔが相対的に大きい）ときより上記のしきい値が小さいため、リアラムダがリーン側よりしきい値を横切るタイミングが相対的に遅くなる（図１１第２段目の二点鎖線参照）。このように、負荷変動の有無（初期処理中のｄλ／ｄｔ）によってしきい値を制御する。
【００９４】
ステップ４３ではリア広域空燃比センサ２５により検出されるリアラムダと、しきい値を比較する。リアラムダがしきい値を超えているときにはステップ８に進み、前回の排気の目標空気過剰率である「ｍλ（前回）」の値をそのまま今回の排気の目標空気過剰率ｍλに移すことによって、第１基本空気過剰率λ０を維持する。
【００９５】
やがて、ステップ４３でリアラムダがしきい値以下となるとリアラムダがリーン側よりリッチ側に反転したと判断し、初期処理より後期処理に移行させるためステップ９、１０、４４に進み、初期フラグ＝０、後期処理フラグ＝１とする。
【００９６】
ステップ４４では、排気の目標空気過剰率ｍλに第２基本空気過剰率λ１を設定する。第２基本空気過剰率λ１は、酸化触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５が新品時でかつ負荷変動がないとした場合にＮＯｘトラップ触媒１５に堆積しているＮＯｘを全て還元浄化するための値である。λ１としては１．０近傍の値である。詳しくは１．０でなく１．０より小さい値をλ１として設定する。これは、１．０近傍で発生するＨＣ、ＣＯを排気中に存在する酸素で酸化させるためである。
【００９７】
ステップ９、１０で初期フラグ＝０、後期処理フラグ＝１としたことより、次回にはステップ２よりステップ１３以降に進む。ステップ１３ではリッチスパイク処理の開始から所定時間Δｔ２が経過したか否かをみる。リッチスパイク処理の開始から所定時間Δｔ２が経過していなければステップ３３に進み、前回の排気の目標空気過剰率である「ｍλ（前回）」の値をそのまま今回の排気の目標空気過剰率ｍλに移すことによって、第２基本空気過剰率λ１を維持する。
【００９８】
やがて、ステップ１３でリッチスパイク処理の開始から所定時間Δｔ２が経過したときにはリッチスパイク処理を終了するためステップ１９、２０、２１に進み、第２実施形態と同じにステップ１９〜２１の操作を実行する。
【００９９】
このように、第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。さらに、第３実施形態によれば、還元剤供給量制御手段は、初期処理中（排気の空気過剰率を第１基本空気過剰率にしている間）のリアラムダ（第２空気過剰率検出手段により検出される第２空気過剰率）の変化速度により、ＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素量を予測する第２の残存酸素量予測手段（図１２のステップ２、３、４１参照）を備え、リアラムダ（第２空気過剰率検出手段により検出される第２空気過剰率）がリーン側よりしきい値を横切ってリッチ側に反転したとき排気の空気過剰率を第１基本空気過剰率λ０より第２基本空気過剰率λ１に切換える場合における前記しきい値を、リアラムダの変化速度ｄλ／ｄｔ（第２の残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量）に基づいて制御するしきい値制御手段であるので（図１２のステップ２、３、４１、４２、４３参照）、しきい値の制御によって後期処理中の還元剤の供給量を増やして、ＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素を消費することが可能となり、ＮＯｘ浄化率の悪化を抑制することができる。
【０１００】
第３実施形態によれば、しきい値制御手段は、初期処理中（排気の空気過剰率を第１基本空気過剰率にしている間）のリアラムダ（第２空気過剰率検出手段により検出される第２空気過剰率）の変化速度ｄλ／ｄｔが相対的に小さいときには初期処理中のリアラムダの変化速度でｄλ／ｄｔが相対的に大きいときよりしきい値を小さくなる側に（リッチに）するので（図１２のステップ４１、４２、図１３参照）、負荷変動があり、初期処理中にＮＯｘトラップ触媒１５に酸素が残存することになってしまう場合であっても、しきい値の低下により後期処理中の還元剤の供給量が増量されることから、ＮＯｘトラップ触媒１５の残存酸素を消費して、ＮＯｘ浄化に必要な還元雰囲気にすることができる。
【０１０１】
実施形態では、酸化触媒とＮＯｘトラップ触媒が別体である場合で説明したが、ＮＯｘトラップ触媒に酸化触媒を含ませたものであってもかまわない。
【０１０２】
実施形態では、コモンレール式燃料噴射装置のみを備える場合で説明したが、酸化触媒上流の排気通路に燃料を供給する燃料添加装置を備えるものにも適用がある。
【符号の説明】
【０１０３】
１  エンジン
５  スロットル弁
９  燃料噴射弁
１５  ＮＯｘトラップ触媒
２１  エンジンコントローラ
２４  フロント広域空燃比センサ（第１空気過剰率検出手段）
２５  リア広域空燃比センサ（第２空気過剰率検出手段）
【図１】
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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２】
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【図３】
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