(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し排気中の酸素濃度が低下するとそれまで吸収していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を担持しかつ排気中に含まれる微粒子を捕獲するフィルタと、
このフィルタに前記微粒子が堆積した場合にこれを除去して前記フィルタを再生するフィルタ再生手段と、
前記ＮＯｘ吸収剤が前記ＮＯｘを吸収する以外に排気中のＳＯｘを吸収しその吸収分前記ＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ浄化率を低下させるＳ被毒を生じているかどうかを判定するＳ被毒判定手段と、
Ｓ被毒から前記ＮＯｘ吸収剤を回復させるＳ被毒回復手段とを備え、
Ｓ被毒状態に前記ＮＯｘ吸収剤があると前記Ｓ被毒判定手段によって判定された場合、前記フィルタ再生手段で微粒子を除去してから前記Ｓ被毒回復手段によりＳ被毒から前記ＮＯｘ吸収剤を回復させる内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記Ｓ被毒状態に前記ＮＯｘ吸収剤があると前記Ｓ被毒判定手段によって判定された場合、前記フィルタ再生手段による微粒子の除去状態に基づいて前記フィルタの昇温制御を行うフィルタ昇温制御手段を有する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し排気中の酸素濃度が低下するとそれまで吸収していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を担持しかつ排気中に含まれる微粒子を捕獲するフィルタと、このフィルタに前記微粒子が堆積した場合にこれを除去して前記フィルタを再生するフィルタ再生手段と、前記ＮＯｘ吸収剤が前記ＮＯｘを吸収する以外に排気中のＳＯｘを吸収しその吸収分前記ＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ浄化率を低下させるＳ被毒を生じているかどうかを判定するＳ被毒判定手段と、Ｓ被毒状態に前記ＮＯｘ吸収剤があると前記Ｓ被毒判定手段によって判定された場合、前記フィルタに堆積されている微粒子の量に基づいて前記フィルタの昇温率を変化させるフィルタ昇温率制御手段とを有する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記フィルタ昇温率制御手段は、前記フィルタの昇温率を微粒子の量に比例させる昇温制御を行うことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し排気中の酸素濃度が低下するとそれまで吸収していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を担持しかつ排気中に含まれる微粒子を捕獲するフィルタと、このフィルタに前記微粒子が堆積した場合にこれを除去して前記フィルタを再生するフィルタ再生手段と、前記ＮＯｘ吸収剤が前記ＮＯｘを吸収する以外に排気中のＳＯｘを吸収しその吸収分前記ＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ浄化率を低下させるＳ被毒を生じているかどうかを判定するＳ被毒判定手段と、前記ＮＯｘ吸収剤を担持する前記フィルタに向けてＮＯｘ還元用の還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記ＮＯｘ吸収剤に前記所定値以上のＳＯｘが吸収されていると前記Ｓ被毒判定手段により判定された場合、前記フィルタの温度が所定温度になるまでは前記還元剤供給手段から特定量の還元剤を供給するが前記所定温度にフィルタの温度が達した後は前記特定量よりも多い還元剤を供給する還元剤供給量制御手段とを有する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し排気中の酸素濃度が低下するとそれまで吸収していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を担持しかつ排気中に含まれる微粒子を捕獲するフィルタと、
このフィルタに堆積した微粒子の量を検出する堆積微粒子量検出手段と、
前記ＮＯｘ吸収剤が前記ＮＯｘを吸収する以外に排気中のＳＯｘを吸収しその吸収分前記ＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ浄化率を低下させるＳ被毒を生じた場合にＳ被毒から前記ＮＯｘ吸収剤を回復させるＳ被毒回復手段と、
前記堆積微粒子量検出手段が、前記Ｓ被毒回復手段によるＳ被毒回復処理を実行すると、フィルタの熱劣化を誘発し、ＮＯｘ還元能力低下の要因となり得る限界量以上に微粒子が堆積していることを検出した場合、前記Ｓ被毒回復手段によるＳ被毒回復処理を停止するＳ被毒回復処理停止手段と、を有する内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、排気中の窒素酸化物（以下特に断らない限り「ＮＯｘ」という。）を除去する手段と排気中の微粒子を除去する手段を有する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化装置として、リーンＮＯｘ触媒、三元触媒等の触媒をケース内に包蔵する触媒コンバータや、排気中の煤や、未燃燃料成分などの粒子状物質であるいわゆるパティキュレートマター（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：以下特に断らない限り「Ｐ．Ｍ．」という。）等の微粒子を除去するパティキュレートフィルタなどが知られている。
【０００３】
リーンＮＯｘ触媒は、ディーゼルエンジン等の圧縮着火式内燃機関やリーンバーンガソリンエンジン等の希薄燃焼式内燃機関から排出される排気を浄化可能な触媒であり、これには選択還元型ＮＯｘ触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等を例示できる。
【０００４】
リーンＮＯｘ触媒のうち吸蔵還元型ＮＯｘ触媒について述べると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、例えばアルミナＡｌ２Ｏ３を担体とし、この担体上に例えばカリウム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と、バリウムＢａ、カルシウムＣａ、のようなアルカリ土類と、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類の中から選ばれた少なくとも１つと、白金Ｐｔのような貴金属とを坦持して構成する。
【０００５】
また吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、流入排気の空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸収し、流入排気の酸素濃度が低下するとそれまで吸収していたＮＯｘを放出するというＮＯｘの吸放出作用を行う。
【０００６】
前記圧縮着火式内燃機関や希薄燃焼式内燃機関では、通常の運転時における排気の空燃比（以下「排気空燃比」という。）がリーンであるから、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をこれら内燃機関の排気浄化装置に適用すると排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸収される。しかし、その吸収能力には限界があるのでやがて飽和し、それ以上吸収できなくなってＮＯｘがリークしてしまう虞がある。
【０００７】
リーク回避のためにはＮＯｘ吸収能力を回復させなければならない。そのためにはそれまで吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が吸収していたＮＯｘを放出させて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をＮＯｘ吸収前の元の状態に戻す必要がある。
【０００８】
そのためには吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が前記飽和状態になる前に流入排気ガスの空燃比を所定タイミングでリッチにして酸素濃度を極度に低下させて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させることによりそのＮＯｘ吸収能力を回復するようにしている（以下「吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の再生」という。）。
【０００９】
しかし単なるＮＯｘの放出を行うだけでは吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の再生はできてもＮＯｘ触媒の本来の機能であるＮＯｘ浄化ができないどころかエミッションの悪化につながる。そこで排気ポートに備え付けのノズルから内燃機関の運転状態に応じて連続的あるいは間欠的に機関燃料を噴射して当該機関燃料を還元剤としてＮＯｘ吸収剤に添加することで放出されたＮＯｘをＮ２に還元し、もってＮＯｘ浄化を行う。
【００１０】
ところで機関燃料には硫黄成分が含まれているので燃焼すると硫黄酸化物（以下特に断らない限り「ＳＯｘ」という。）を生成する。そして、ＳＯｘはＮＯｘと同じメカニズムで吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されてしまう。すると吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がＳＯｘを吸収した分、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率が低下し、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がその本来の機能であるＮＯｘ浄化に支障を来す現象、いわゆるＳ被毒を生じる。Ｓ被毒状態にある吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は回復する必要があり、そのための処理を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ被毒回復処理という。
【００１１】
Ｓ被毒回復処理を行うには、理論空燃比あるいはリッチ空燃比の排気を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流し触媒温度を例えば６００〜７００℃程度の高温にすることで行う。このような高温度にまで吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を高めるのはＳＯｘがＮＯｘよりも放出されにくいという特質を有するからである。
【００１２】
一方、圧縮着火式内燃機関であるディーゼル機関においては、排気中に含まれる前記微粒子を除去するために機関排気通路内に微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを配置することが周知である。
【００１３】
捕集した微粒子をそのままにしておくとパティキュレートフィルタが目詰まりを起こすのでこれを除去する必要がある。そこで微粒子を含んでいない元の状態にパティキュレートフィルタを戻す（フィルタの再生）処理をパティキュレートフィルタの再生処理という。パティキュレートフィルタの再生処理は微粒子を燃焼することでおこなう。微粒子は例えば５００°Ｃ程度以上の高温で焼却する。
【００１４】
ところで微粒子の除去とともに排気中の有害成分である炭化水素ＨＣ，一酸化炭素ＣＯ，窒素酸化物ＮＯｘをも同時に浄化する技術としてパティキュレートフィルタに触媒を坦持する技術が知られている。触媒を坦持したパティキュレートフィルタを触媒付きパティキュレートフィルタという。
【００１５】
しかし、微粒子は前記のごとく５００°Ｃ程度以上の高温でなければ着火燃焼しない。よって触媒付きパティキュレートフィルタで微粒子を捕集しても、触媒付きパティキュレートフィルタは単に触媒とパティキュレートフィルタとを組み合わせただけのものにすぎないから、微粒子が着火する前記温度に触媒付きパティキュレートフィルタがなければ微粒子はフィルタ表面上に徐々に堆積してゆくばかりであって、そのまま放置しておけば前記のごとく目詰まりを起こして触媒付きパティキュレートフィルタは機能不全状態になる。
【００１６】
ところがディーゼル機関の排気温度は、通常、前記５００°Ｃよりも低い。よって当該パティキュレートフィルタを機関排気熱による昇温とは別の昇温手段を用いて５００°Ｃ以上の温度に積極的にする必要がある。加えてディーゼルエンジンの排気温度では、６００〜７００℃程度の高温度を要する被毒回復処理にも支障を来す。
【００１７】
このため、排気温度を被毒回復処理ができる温度にまで上昇させる技術が例えば特開平１０−３０６７１７号公報に開示されている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、触媒付きパティキュレートフィルタに微粒子が堆積しているときに排気空燃比をリッチ空燃比にしてＳ被毒回復のための高温度の排気温度にすると、被毒回復に必要な温度よりも低温度で燃焼する微粒子は一気に燃焼してしまいしかもその量は堆積しているだけに多いため、多量の熱エネルギを生じてフィルタ温度を必要以上に上昇させてしまうことが考えられる。この温度上昇はフィルタの熱劣化を誘発し、もってＮＯｘ還元能力低下の要因となり得る。
【００１９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、触媒付きパティキュレートフィルタから微粒子を予め除去することで煤等の微粒子の燃焼を抑制し、触媒付きパティキュレートフィルタの熱劣化を防止することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明内燃機関の排気浄化装置は次の手段を採用した。
【００２１】
（１）本発明内燃機関の排気浄化装置は、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し排気中の酸素濃度が低下するとそれまで吸収していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を担持しかつ排気中に含まれる微粒子を捕獲するフィルタと、このフィルタに前記微粒子が堆積した場合にこれを除去して前記フィルタを再生するフィルタ再生手段と、前記ＮＯｘ吸収剤が前記ＮＯｘを吸収する以外に排気中のＳＯｘを吸収しその吸収分前記ＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ浄化率を低下させるＳ被毒を生じているかどうかを判定するＳ被毒判定手段と、Ｓ被毒から前記ＮＯｘ吸収剤を回復させるＳ被毒回復手段とを備え、Ｓ被毒状態に前記ＮＯｘ吸収剤があると前記Ｓ被毒判定手段によって判定された場合、前記フィルタ再生手段で微粒子を除去してから前記Ｓ被毒回復手段によりＳ被毒から前記ＮＯｘ吸収剤を回復させるようにした。
【００２２】
ここで、内燃機関全体の制御を行うＥＣＵについて簡単に述べるとともに、本発明の構成要素について説明する。
【００２３】
ＥＣＵは、周知のごとくデジタルコンピュータからなり、双方向性バスによって相互に接続した、中央処理制御装置であるＣＰＵ，読み出し専用メモリであるＲＯＭ，ランダムアクセスメモリであるＲＡＭ，入力ポート，出力ポート等からなる。
【００２４】
入力ポートは、内燃機関や車輌に取り付けた各種センサと電気的に接続され、これら各種センサの出力信号が入力ポートを介してＥＣＵ内に入ると、これら各センサに係るパラメータは一時的にＲＡＭに記憶される。
【００２５】
そして、ＣＰＵは双方向性バスを通じてＲＡＭに記憶しておいた前記パラメータを必要に応じて呼び出し、これらのパラメータに基づいてＣＰＵが必要とする演算処理を行い、この演算処理の結果、出力ポートを介して内燃機関の各種構成部材が機能する。
【００２６】
「ＮＯｘ吸収剤」としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を例示できる。
【００２７】
「微粒子」としては、主として煤やＰ．Ｍ．を例示できる。
【００２８】
「フィルタ」としてはパティキュレートフィルタを例示できる。
【００２９】
「フィルタ再生手段」としては、フィルタの再生ができればどのようなものでもよいが、好適な例としては、パティキュレートフィルタが捕集した微粒子を内燃機関の排気ガス熱や内燃機関に備えた電気ヒータの熱利用によって焼却する手段を挙げられる。排気ガス熱や電気ヒータ熱をどのようなタイミングでパティキュレートフィルタに供するかについては、内燃機関の運転状態に応じて異なる。
【００３０】
「Ｓ被毒判定手段」としては、ＮＯｘ吸収剤によるＳＯｘ吸収量を所定値と比較して、ＮＯｘ吸収剤がＳ被毒の状態にあるかどうかを判定するように設定したアプリケーションプログラムを挙げられる。前記アプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵにある。よって、ＥＣＵをＳ被毒判定手段ということができる。
【００３１】
「Ｓ被毒回復手段」としては、ＮＯｘ吸収剤の温度を例えば６００〜７００℃程度の高温に保持しつつ理論空燃比あるいはリッチ空燃比の排気をＮＯｘ吸収剤に流せるように設定したアプリケーションプログラムを挙げられる。前記アプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵにある。よって、ＥＣＵをＳ被毒回復手段ということができる。
【００３２】
「内燃機関」としては、希薄燃焼式内燃機関であるリーンバーンガソリンエンジンや圧縮着火式内燃機関であるディーゼルエンジンを例示できる。
【００３３】
このような構成の本発明内燃機関の排気浄化装置では、Ｓ被毒判定手段によって前記ＮＯｘ吸収剤がＳ被毒の状態にあると判定された場合、フィルタ再生手段で微粒子をまず除去する。そしてこの除去が終了した後にＳ被毒回復手段によってＮＯｘ吸収剤をＳ被毒から回復させる。
【００３４】
このようにすることでＮＯｘ吸収剤をＳ被毒から回復させる必要を生じた場合にはすでに微粒子が除去された状態にあるから微粒子を燃焼しようにも微粒子の燃焼はできない。よって微粒子の燃焼に起因したパティキュレートフィルタの温度上昇はありえず、よってフィルタは熱劣化しない。
【００３５】
（２）本発明内燃機関の排気浄化装置は、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し排気中の酸素濃度が低下するとそれまで吸収していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を担持しかつ排気中に含まれる微粒子を捕獲するフィルタと、
このフィルタに前記微粒子が堆積した場合にこれを除去して前記フィルタを再生するフィルタ再生手段と、前記ＮＯｘ吸収剤が前記ＮＯｘを吸収する以外に排気中のＳＯｘを吸収しその吸収分前記ＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ浄化率を低下させるＳ被毒を生じているかどうかを判定するＳ被毒判定手段と、Ｓ被毒状態に前記ＮＯｘ吸収剤があると前記Ｓ被毒判定手段によって判定された場合、前記フィルタ再生手段による微粒子の除去状態に基づいて前記フィルタのを昇温制御を行うフィルタ昇温制御手段とを有する。
【００３６】
ここで「ＮＯｘ吸収剤」、「微粒子」、「フィルタ」、「フィルタ再生手段」「Ｓ被毒判定手段」および「内燃機関」は、（１）項で述べたものと同じある。
【００３７】
「フィルタ昇温制御手段」としては、フィルタ再生手段による微粒子の除去状態に基づいて前記フィルタの昇温制御を行えるように設定したアプリケーションプログラムを例示できる。前記アプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵにあるので、ＥＣＵをフィルタ昇温制御手段ということができる。
【００３８】
この場合、前記ＮＯｘ吸収剤がＳ被毒状態にあると前記Ｓ被毒判定手段によって判定されると、前記フィルタ再生手段による微粒子の除去状態に基づいてフィルタ昇温制御手段によりフィルタの昇温制御をする。この結果、成り行き任せの微粒子の燃焼を回避できるため、微粒子の急激な燃焼によるフィルタの温度上昇を抑制し、もってフィルタの熱劣化を防止できる。
（３）本発明内燃機関の排気浄化装置は、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し排気中の酸素濃度が低下するとそれまで吸収していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を担持しかつ排気中に含まれる微粒子を捕獲するフィルタと、このフィルタに前記微粒子が堆積した場合にこれを除去して前記フィルタを再生するフィルタ再生手段と、前記ＮＯｘ吸収剤が前記ＮＯｘを吸収する以外に排気中のＳＯｘを吸収しその吸収分前記ＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ浄化率を低下させるＳ被毒を生じているかどうかを判定するＳ被毒判定手段と、Ｓ被毒状態に前記ＮＯｘ吸収剤があると前記Ｓ被毒判定手段によって判定された場合、前記フィルタに堆積されている微粒子の量に基づいて前記フィルタの昇温率を変化させるフィルタ昇温率制御手段とを有する。
【００３９】
ここで「ＮＯｘ吸収剤」、「微粒子」、「フィルタ」、「フィルタ再生手段」「Ｓ被毒判定手段」および「内燃機関」は、（１）項で述べたものと同じある。
【００４０】
「フィルタ昇温率制御手段」としては、Ｓ被毒状態にＮＯｘ吸収剤があるとＳ被毒判定手段によって判定された場合、フィルタに堆積されている微粒子の量に基づいてフィルタの昇温率を変化させるように設定したアプリケーションプログラムを挙げられる。前記アプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵにある。よって、ＥＣＵをフィルタ昇温率制御手段ということができる。
【００４１】
この場合、フィルタに堆積されている微粒子の量を考慮してフィルタの昇温率を変化させてゆけば、徐々に微粒子を燃焼させることができるので、フィルタが熱劣化を誘発する温度以上にはなり難い。
（４）そして前記フィルタ昇温率制御手段は、前記フィルタに堆積した微粒子の堆積量が多い時は少ない時に比べて昇温率を小さくさせる昇温制御を行うものであることが好ましい。
【００４２】
フィルタに微粒子が多く堆積していると微粒子は一気に燃えてしまう。しかしフィルタの昇温率を微粒子の量に合わせて加減すれば微粒子が連鎖的に一気に燃えしてしまうことを回避できるので、フィルタが熱劣化を誘発する温度以上になることを有効に防止できる。
（５）本発明内燃機関の排気浄化装置は、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し排気中の酸素濃度が低下するとそれまで吸収していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を担持しかつ排気中に含まれる微粒子を捕獲するフィルタと、このフィルタに前記微粒子が堆積した場合にこれを除去して前記フィルタを再生するフィルタ再生手段と、前記ＮＯｘ吸収剤が前記ＮＯｘを吸収する以外に排気中のＳＯｘを吸収しその吸収分前記ＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ浄化率を低下させるＳ被毒を生じているかどうかを判定するＳ被毒判定手段と、前記ＮＯｘ吸収剤を担持する前記フィルタに向けてＮＯｘ還元用の還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記ＮＯｘ吸収剤に前記所定値以上のＳＯｘが吸収されていると前記Ｓ被毒判定手段により判定された場合、前記フィルタの温度が所定温度になるまでは前記還元剤供給手段から特定量の還元剤を供給するが前記所定温度にフィルタの温度が達した後は前記特定量よりも多い還元剤を供給する還元剤供給量制御手段とを有する。
ここで「ＮＯｘ吸収剤」、「微粒子」、「フィルタ」、「フィルタ再生手段」「Ｓ被毒判定手段」および「内燃機関」は、（１）項で述べたものと同じある。
【００４３】
「還元剤供給手段」としては、機関燃料を噴出するノズルおよびその関連部材である燃料ポンプ，燃料パイプ，ノズルから噴射される機関燃料量を制御する制御弁を例示できる。
【００４４】
「還元剤供給量制御手段」としては、ＮＯｘ吸収剤に前記所定値以上のＳＯｘが吸収されているものとＳ被毒判定手段により判定された場合、ＮＯｘ吸収剤の温度が所定温度になるまでは前記還元剤供給手段から特定量の還元剤を供給するが前記所定温度に達した後は前記特定量よりも多い還元剤を供給するように設定したアプリケーションプログラムを挙げられる。前記アプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵにある。よって、ＥＣＵを還元剤供給量制御手段ということができる。
【００４５】
この場合、還元剤供給手段によりフィルタに供給された還元剤の量が多いと当該還元剤の燃焼によって一気に微粒子が燃えてしまい急激にフィルタの温度を上げるのでフィルタの熱劣化を招来する虞がある。しかし、還元剤が少なければ還元剤の燃焼も少ないため、微粒子の一気燃えを抑制し、微粒子は漸次燃焼してゆくようになるのでフィルタの熱劣化を防止することができる。よって、前記所定温度にフィルタの温度が達した時にタイミングよく微粒子の燃焼が終了できるようにしておけばすでに微粒子はフィルタに堆積していないので前記特定量よりも多い還元剤、すなわちＮＯｘの還元浄化に本来必要な還元剤を供給しても微粒子の一気燃えに起因したフィルタの熱劣化は生じない上、フィルタの再生処理を実行するに必要な温度よりも高温な被毒回復処理を実行するに必要な温度にまで触媒付きパティキュレートフィルタの温度を高めることができる。この結果、Ｓ被毒回復処理も効率的に行える。
（６）本発明の内燃機関の排気浄化装置は、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し排気中の酸素濃度が低下するとそれまで吸収していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を担持しかつ排気中に含まれる微粒子を捕獲するフィルタと、このフィルタに堆積した微粒子の量を検出する堆積微粒子量検出手段と、前記ＮＯｘ吸収剤が前記ＮＯｘを吸収する以外に排気中のＳＯｘを吸収しその吸収分前記ＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ浄化率を低下させるＳ被毒を生じた場合にＳ被毒から前記ＮＯｘ吸収剤を回復させるＳ被毒回復手段と、前記堆積微粒子量検出手段が、前記Ｓ被毒回復手段によるＳ被毒回復処理を実行すると、フィルタの熱劣化を誘発し、ＮＯｘ還元能力低下の要因となり得る限界量以上に微粒子が堆積していることを検出した場合、前記Ｓ被毒回復手段によるＳ被毒回復処理を停止するＳ被毒回復処理停止手段と、を有する。
【００４６】
ここで「ＮＯｘ吸収剤」、「微粒子」、「フィルタ」、「Ｓ被毒回復手段」および「内燃機関」は、（１）項で述べたものと同じある。
「堆積微粒子量検出手段」としては機関運転状態の履歴からＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ量を推定するように設定したアプリケーションプログラムを挙げられる。前記アプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵにある。よって、ＥＣＵを堆積微粒子量検出手段ということができる。
【００４７】
「Ｓ被毒回復処理停止手段」としては所定量以上に微粒子が堆積していることを前記堆積微粒子量検出手段が検出した場合、前記Ｓ被毒回復手段によるＳ被毒回復処理を停止するように設定したアプリケーションプログラムを挙げられる。前記アプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵにある。よって、ＥＣＵをＳ被毒回復処理停止手段ということができる。
以  上
【００４８】
この場合、堆積微粒子量検出手段が所定量以上に微粒子が堆積していることを検出した場合にはＳ被毒回復処理停止手段によりＳ被毒回復処理を停止するので、当該停止後、微粒子が酸化除去されてからＳ被毒回復手段によってＳ被毒回復処理を行えばＳ被毒回復のための高温度に排気温度がならないので微粒子の燃焼に起因したフィルタの熱劣化を防止することができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
まず、図１を参照して内燃機関の排気浄化装置の全体構成を説明する。
【００５０】
エンジン１は圧縮着火式内燃機関である直列４気筒ディーゼルエンジンを例示する。そしてこのエンジン１の各気筒の燃焼室には、吸気管３、および吸入分岐管であるインテークマニホルド２を介して吸気が導入される。
【００５１】
吸気管３の始端にはエアクリーナ４を設けてあり、吸気管３の途中には、エアフローメータ５，ターボチャージャ６のコンプレッサ６ａ，インタークーラ７，吸気絞り弁であるスロットルバルブ８を設けてある。
【００５２】
エアフローメータ５はエアクリーナ４を介して吸気管３に流入する新気の空気量に応じた出力信号をＥＣＵ９に出力する。ＥＣＵ９はデジタルコンピュータからなり、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ），ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ），ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット），入力ポート，出力ポート等を具備し、エンジン１全体の制御を行う。
【００５３】
そしてエアフローメータ５の出力信号が入力ポートを介してＥＣＵ９に入るとその出力信号に基づいてＣＰＵが吸入空気量Ｇａを演算する。
【００５４】
また、エンジン１の各気筒の燃焼室にはそれぞれ燃料噴射弁であるインジェクタ１０から燃料（軽油）が噴射される。この燃料は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプ１２によってポンプアップされコモンレール１１を介してインジェクタ１０に供給される。インジェクタ１０による燃料噴射量も内燃機関の運転状態に基づいてＣＰＵが算出する。
【００５５】
燃料ポンプ１２はエンジン１の図示しないクランクシャフトによって駆動される。また各インジェクタ１０の開弁時期および開弁期間は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ９によって制御される。
【００５６】
また、エンジン１の各気筒の燃焼室で生じた排気ガスは、各気筒の排気ポート１３を結ぶ複数の枝通路をまとめた形態の排気集合管であるエキゾーストマニホルド１４に排出される。ここで、エンジン１の気筒番号を、図１中右端に配置された気筒を１番気筒＃１として、左側へ順に、２番気筒＃２，３番気筒＃３とし、図中左端に配置された気筒を４番気筒＃４とする。
【００５７】
また、気筒＃１〜４の排気ポートに対応する前記枝通路をそれぞれ符合１４１から１４４を用いて示す。
【００５８】
エキゾーストマニホルド１４において４番気筒＃４に対向する部位すなわちエキゾーストマニホルド１４の一端部分には、当該部分および排気管１６上に設置した過給機であるターボチャージャ６を接続する接続管１５を配管してある。接続管１５によって排気ガスをターボチャージャ６のタービン６ｂに導く。タービン６ｂは排気ガスによって回転しタービン６ｂと連結してあるコンプレッサ６ａを作動させて吸気管３に導入された吸気を昇圧する。なお、排気ポート１３から排気管１６の終端までを機関排気通路ということにする。
【００５９】
排気ガスはタービン６ｂを経由して排気管１６におけるタービン６ｂの設置箇所よりも下流側に排出された図示しないマフラーを経由して大気に排出される。排気管１６の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収剤）１７を担持した触媒付きパティキュレートフィルタ（以下特に断らない限り単に「パティキュレートフィルタ」という。）１８を備えている。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７については後で詳述する。
【００６０】
そして排気管１６のうちパティキュレートフィルタ１８の上流側近傍には、パティキュレートフィルタ１８の直前の排気圧力を検出する圧力センサ１２０を取り付けてあり、パティキュレートフィルタ１８の下流側近傍にはパティキュレートフィルタ１８直後の排気圧力を検出する圧力センサ１３０を取り付けてある。圧力センサ１２０と圧力センサ１３０とからパティキュレートフィルタ１８の前後差圧Ｐｄを実測する。なおＰｄを以降実測によるパティキュレートフィルタ１８の前後差圧ということにする。
【００６１】
なお、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７の代わりに選択還元型ＮＯｘ触媒を用いてもよい。
【００６２】
また、エンジン１のシリンダヘッド３０には、４番気筒＃４の排気ポート１３に臨ませて燃料添加ノズル１９を取り付けてある。換言すれば、燃料添加ノズル１９をエキゾーストマニホルド１４の一端部分に最寄りの一気筒である排気マニホルド１４の図示左端に位置する４番気筒＃４の排気ポートに設置し燃料添加ノズル１９には、燃料ポンプ１２でポンプアップされた燃料が、燃料パイプ２０およびシリンダヘッド３０に設けた燃料通路２１を介して供給可能になっており、燃料パイプ２０の途中に設けた制御弁２２により燃料添加ノズル１９から４番気筒＃４の排気ポート１３に吐出される燃料の量を制御する。なお、制御弁２２はＥＣＵ９によりその開閉および開度制御を行う。
【００６３】
図２は図１のＩＩ−ＩＩ線縦断面であり、図２からわかるように、燃料添加ノズル１９はその吐出口から噴射する燃料が接続管１５に向かうようにシリンダヘッド３０に取り付けてある。
【００６４】
この実施の形態において、燃料ポンプ１２，燃料パイプ２０，燃料添加ノズル１９から噴射される機関燃料量を制御する制御弁２２，燃料通路２１，燃料添加ノズル１９は、還元剤供給手段を構成する。なお、還元剤としては、一般に、機関燃料を使用する場合が多い。よって還元剤供給手段は燃料添加手段と同義である。またこの実施形態では内燃機関がディーゼルエンジンであるのでその燃料である例えば軽油を還元剤として使用する。
【００６５】
そして、制御弁２２の作動制御延いては燃料添加ノズル１９からの燃料噴射は、周知のアプリケーションプログラムによって実行され、このアプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵ９にある。よって、ＥＣＵ９を還元剤供給量制御手段という。
【００６６】
前記燃料添加ノズル１９から還元剤が吐出するので燃料添加ノズル１９を還元剤供給手段の吐出口ということもできる。還元剤供給手段の吐出口である燃料添加ノズル１９は、機関排気通路のうち吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７の設置箇所よりも上流に設けられているので吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７に燃料添加がなされるようになる。また前記還元剤供給手段による燃料添加の要否は次に述べる燃料添加判断手段によって判断する。
【００６７】
燃料添加判断手段とは、機関運転状態の履歴からＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ量を推定し、その推定ＮＯｘ量が予め設定した所定値に達したときに燃料添加時期と判断するように設定された周知のアプリケーションプログラムを挙げられる。このアプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵ９にある。よって、ＥＣＵ９のことを燃料添加判断手段ということもできる。
【００６８】
その燃料の添加量をどれだけかにするかは推定ＮＯｘ量によって異なり、その推定ＮＯｘ量に合わせて所定時間だけ還元剤供給手段を作動して所定量の燃料を排気ガス中に供給し、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させ、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７に吸収されたＮＯｘを放出させ、Ｎ２に還元する。
【００６９】
また、エキゾーストマニホルド１４において１番気筒＃１に対向する部位である他端部分には、排気ガスの一部を吸気系に戻すための排気還流管（以下、ＥＧＲ管と略す）２３の一端口である排気吸込口２３ａを接続してあり、ＥＧＲ管２３の他端は吸気系を構成するインテークマニホルド２に接続してある。この他端部分に排気吸込口２３ａを接続することで当該部分に各気筒から流入した排気ガスが集合する。
【００７０】
またＥＧＲ管２３の途中にはＥＧＲクーラ２４とＥＧＲバルブ２５を設けてある。
【００７１】
ＥＧＲクーラ２４はＥＧＲガスと機関冷却液との間で熱交換を行う熱交換器であり、その内部には機関冷却液が通る図示しない機関冷却液管路とこの機関冷却液管路にＥＧＲガスが直に接した状態でＥＧＲガスを通す図示しないＥＧＲガス通路管を備えている。そして、機関冷却液が前記機関冷却液管路を流れている時にＥＧＲガスが機関冷却液管路に接することでＥＧＲガスの温度を吸収しＥＧＲガスの温度を下げる。
【００７２】
ＥＧＲバルブ２５は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ９によって開度制御され、ＥＧＲ率を制御する。ＥＧＲ管２３とＥＧＲクーラ２４とＥＧＲバルブ２５は排気再循環装置（ＥＧＲ）１００を構成する。
【００７３】
また、排気管１６においてパティキュレートフィルタ１８の直ぐ下流には、パティキュレートフィルタ１８から流出する排気ガスの温度（以下「フィルタ下流側排気温度」という。）Ｔｃに対応した出力信号を出力し、この出力信号を入力ポートを介してＥＣＵ９に入れる排気温センサ１７ａを設けてある。排気温センサ１７ａによりパティキュレートフィルタ１８に担持されている触媒が有効に機能するかどうかの判断の目安となる活性温度等、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７に関する温度やパティキュレートフィルタ１８の温度を検出する。なお、排気温センサ１７ａの代わりにパティキュレートフィルタ１８自体に温度センサを設けることで吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７に関する温度を検出するようにしてもよい。
【００７４】
そして、ＣＰＵは、エンジン１の運転状態（エンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷Ｔｅなどから特定）に基づいて要求されるＳ被毒回復に必要な温度（以下「最終目標温度」という。）Ｔｆになるまでの間パティキュレートフィルタ１８を昇温させるために必要な燃料添加ノズル１９からの燃料添加量Ｑａｄやフィルタ下流側排気温度Ｔｃを求める。Ｑａｄの添加により上昇するであろうパティキュレートフィルタ１８の見込み温度を符号Ｔｕ１で示す。またフィルタ下流側排気温度Ｔｃと前記吸入空気量Ｇａとからパティキュレートフィルタ１８の前後差圧Ｐｄ’を演算によって予測する。この差圧Ｐｄ’のことを以降「予測差圧Ｐｄ’」という。パティキュレートフィルタ１８の予測差圧Ｐｄ’と前記フィルタ下流側排気温度Ｔｃ，吸入空気量Ｇａおよびパティキュレートフィルタ１８の実測前後差圧Ｐｄとを基本要因とした、パティキュレートフィルタ１８への微粒子の堆積量マップ（図示せず）からパティキュレートフィルタ１８に堆積している微粒子の堆積量Ｇｐを推定する。微粒子の堆積量Ｇｐと微粒子の単位あたり発熱量の積から堆積している微粒子がすべて燃焼した際の総発熱量（総エネルギ量）Ｅｐを求められる。この総発熱量Ｅｐをパティキュレートフィルタ１８の熱容量で除せば総発熱量Ｅｐによる触媒昇温Ｔｄを演算できる。そして、この総発熱量Ｅｐによる触媒昇温Ｔｄを、フィルタに熱劣化を誘発する温度である限界温度Ｔｍから差し引くことで、時間経過に連れてパティキュレートフィルタ１８に逐次堆積している微粒子がすべて燃焼した場合に発する熱エネルギをパティキュレートフィルタ１８の昇温量に、換言すれば、パティキュレートフィルタ１８には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されているので、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の昇温量に変換することで、パティキュレートフィルタ１８が熱劣化しない限界の温度（以下「瞬時昇温目標温度」という。）Ｔｉを求めることができる。
【００７５】
また、瞬時昇温目標温度Ｔｉから最終目標温度Ｔｆにまでパティキュレートフィルタ１８を昇温させるのに要する温度Ｔｕ２は、前記Ｑａｄの添加により上昇する見込み温度Ｔｕ１から最終目標温度Ｔｆと瞬時昇温目標温度Ｔｉを差し引くことで求められる。前記Ｔｕ２を求めたら前記燃料添加量Ｑａｄをもとに計算した瞬時昇温パラメータＱａｄ’を求める。瞬時昇温パラメータＱａｄ’は、燃料添加量Ｑａｄと、温度Ｔｕ２を前記見込み温度Ｔｕ１で除したものとを乗ずることで求める燃料添加量のことである。
【００７６】
パティキュレートフィルタ１８の予測差圧Ｐｄ’と前記パティキュレートフィルタ１８の実測前後差圧Ｐｄとの差圧がある一定値を越えるとパティキュレートフィルタの１８熱劣化等の異常出現とみなす。ここで前記一定値とは、パティキュレートフィルタ１８に熱劣化等の異常を出現させる限界値のことである。
【００７７】
また、ＥＣＵ９の入力ポートには、アクセル開度センサ２６からの入力信号と、クランク角センサ２７からの入力信号が入る。アクセル開度センサ２６はスロットルバルブ８の開度に比例した出力電圧をＥＣＵ９に出力し、ＥＣＵ９はアクセル開度センサ２６の出力信号に基づいてエンジン負荷Ｔｅを演算する。クランク角センサ２７はクランクシャフトが一定角度回転する毎に出力パルスをＥＣＵ９に出力し、ＥＣＵ９はこの出力パルスに基づいてエンジン回転数Ｎｅを演算する。
【００７８】
これらエンジン負荷Ｔｅとエンジン回転数Ｎｅによってエンジン１の運転状態が判別され、ＥＣＵ９はその運転状態に応じてインジェクタ１０の開弁時期、開弁期間を制御する。
【００７９】
パティキュレートフィルタ１８に収容された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を担体とし、この担体上に例えばカリウム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のような貴金属とが担持されてなる。
【００８０】
このＮＯｘ触媒１７は、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンのときはＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比あるいはそれよりもリッチになって流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘをＮＯ２またはＮＯとして放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。そして、ＮＯｘ触媒１７から放出されたＮＯｘ（ＮＯ２またはＮＯ）は直ちに排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯと反応してＮ２に還元される。
【００８１】
したがって、排気空燃比を適宜に制御すれば排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを浄化できることになる。
【００８２】
尚、ここでは排気空燃比は、排気管１６のうちＮＯｘ触媒１７を含むパティキュレートフィルタ１８の上流側箇所やエンジン燃焼室，吸気通路等にそれぞれ供給された空気量の合計と燃料（炭化水素）量の合計の比を意味するものとする。したがって、パティキュレートフィルタ１８よりも上流箇所の排気管１６内に燃料，還元剤あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比はエンジン燃焼室内に供給される混合気の空燃比に一致する。
【００８３】
ところで、ディーゼルエンジンの場合は、ストイキ（理論空燃比：Ａ／Ｆ＝１４〜１５）よりもはるかにリーン域で燃焼を行うので、通常の機関運転状態ではＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガスの空燃比は非常にリーンであり、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ触媒１７に吸収され、ＮＯｘ触媒１７から放出されるＮＯｘ量は極めて少なくなる。
【００８４】
一方ガソリンエンジンの場合は、燃焼室に供給する混合気をストイキまたはリッチ空燃比にすることにより排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、ＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘを放出することができる。しかし、ディーゼルエンジンにおいてはその燃焼室に供給する混合気をストイキまたはリッチ空燃比にすると、燃焼の際に煤が発生するなどの問題がありよってガソリン車なみの空燃比での使用はできない。
【００８５】
したがって、ディーゼルエンジンでは、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力が飽和する前に所定のタイミングで、排気ガス中に還元剤を供給して排気ガス中の酸素濃度を低下し、ＮＯｘ触媒１７が吸収していたＮＯｘを放出し還元する必要がある。
【００８６】
そのため、この実施の形態では、ＥＣＵ９によりエンジン１の運転状態の履歴からＮＯｘ触媒１７が吸収していたＮＯｘ量を推定し、その推定ＮＯｘ量が予め設定しておいた所定値に達したときに、所定時間だけ制御弁２２を開弁して所定量の燃料を燃料添加ノズル１９から排気ガス中に噴射し、ＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させ、ＮＯｘ触媒に吸収されていたＮＯｘを放出し、Ｎ２に還元する。すなわちエンジン１の作動状態に応じて前記還元剤供給手段による燃料添加実行の要否を判断する。
【００８７】
この判断は、ＥＣＵのＲＯＭに記憶され、還元剤供給手段の作動制御を実現する図示しない周知のアプリケーションプログラムの採用によって実現する。そしてこのアプリケーションプログラムの実行にあたってエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｔｅの関数として予めＲＯＭ内に記憶してあるエンジン回転数−負荷マップを適用する。
【００８８】
詳しくは、エンジン１の作動状態に基づいてエンジン回転数−負荷マップからＥＧＲ管を介した再循環ガスの循環割合であるＥＧＲ率を求め、この求めたＥＧＲ率がある所望の範囲にある場合はＣＰＵが燃料添加実行時と判断して燃料添加ノズル１９から軽油等の還元剤を排気ガス中に噴射し、当該所望の範囲にない時は燃料添加非実行時と判断して燃料添加ノズル１９からの還元剤の噴射を止める。このような燃料添加実行判断はＣＰＵやＲＯＭに属するアプリケーションプログラムや前記マップに基づいてなされ、ＣＰＵやＲＯＭの属性はＥＣＵにあるので、ＥＣＵ９のことを燃料添加判断手段ということにする。
【００８９】
燃料添加判断手段であるＥＣＵ９により燃料添加要の判断がされた場合には燃料添加ノズル１９が放出する還元剤の吐出力を燃料ポンプのポンプ圧を高めることで増大するとともに燃料添加ノズル１９は燃料を接続管１５に向かって噴射する。前記燃料添加判断手段であるＥＣＵ９によって燃料添加の実行時と判断された時に燃料添加ノズル１９の動力（吐出力）を高める装置として、前記燃料ポンプ１２およびこのポンプ１２の作動制御を行うＥＣＵ９を還元剤吐出力増大手段ということにする。
【００９０】
エンジン１には触媒付きパティキュレートフィルタ１８を備えているので、何ら対策を施さねば従来技術で述べたごとき問題を生じ得る。
【００９１】
そこで、この第１実施形態では、次の手段を講じることによって触媒付きパティキュレートフィルタ１７から微粒子を予め除去することで微粒子の燃焼を抑制し、触媒付きパティキュレートフィルタ１８の熱劣化を防止する。
【００９２】
すなわち、パティキュレートフィルタ１８に微粒子が堆積した場合にこれを除去してパティキュレートフィルタ１８を再生するフィルタ再生手段と、パティキュレートフィルタ１８が担持する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７がＮＯｘを吸収する以外に排気中のＳＯｘを吸収しその吸収分吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７によるＮＯｘ浄化率を低下させるＳ被毒を生じているかどうかを前記吸収したＳＯｘの量を所定値と比較して判定するＳ被毒判定手段と、Ｓ被毒から吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７を回復させるＳ被毒回復手段とを備え、Ｓ被毒状態に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７があるというＳ被毒判定手段による判定がされた場合、フィルタ再生手段で微粒子を除去してからＳ被毒回復手段によりＳ被毒から吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７を回復させるようにしている。
【００９３】
詳述する。
【００９４】
フィルタ再生手段としては、パティキュレートフィルタ１８の再生ができればどのようなものでもよいが、好適には、パティキュレートフィルタ１８が捕集した微粒子をエンジン１の排気ガス熱や内燃機関に備えた電気ヒータの熱利用によって焼却する手段を挙げられる。排気ガス熱や電気ヒータ熱をどのようなタイミングでパティキュレートフィルタに供するかについては、エンジン１の運転状態に応じて異なる。
【００９５】
Ｓ被毒判定手段としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７によるＳＯｘ吸収量を所定値と比較して、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７がＳ被毒の状態にあるかどうかを判定するように設定したアプリケーションプログラムを挙げられる。前記アプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵにある。よって、ＥＣＵをＳ被毒判定手段ということができる。
【００９６】
Ｓ被毒回復手段としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７の温度を例えば６００〜７００℃程度の高温に保持しつつ理論空燃比あるいはリッチ空燃比の排気を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７に流せるように設定したアプリケーションプログラムを挙げられる。前記アプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵにある。よって、ＥＣＵをＳ被毒回復手段ということができる。
【００９７】
上記Ｓ被毒判定に採用される所定値とは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７がＳ被毒を生じる限界値を意味する。すなわち当該所定値以上に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７がＳＯｘを吸収するとＳ被毒を生じ得る値である。
【００９８】
このような構成の本発明内燃機関の排気浄化装置では、Ｓ被毒判定手段であるＥＣＵ９によって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７がＳ被毒の状態にあると判定された場合、フィルタ再生手段で微粒子をまず除去する。そしてこの除去が終了した後にＳ被毒回復手段によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７をＳ被毒から回復させる。
【００９９】
このようにすることで吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７をＳ被毒から回復させる必要を生じた場合にはすでに微粒子が除去された状態にあるから微粒子を燃焼しようにも微粒子の燃焼はできない。よって微粒子の燃焼に起因したパティキュレートフィルタの温度上昇はありえず、よってフィルタは熱劣化しない。
【０１００】
次に図３のフローチャートを用いて第１実施形態に係るエンジン１の排気浄化装置の作動制御実行ルーチンを実現するためのプログラムを説明する。
【０１０１】
このプログラムは、以下に述べるステップ３０１〜ステップ３０４からなる。また、これらのステップからなるプログラムは、ＥＣＵ９のＲＯＭに記憶してあり必要に応じて呼び出される。前記各ステップにおける処理は、すべてＥＣＵ９のＣＰＵによる。なお、記号Ｓを用い、例えばステップ３０１であればＳ３０１と省略して示す。
【０１０２】
＜Ｓ３０１＞  吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７がＳ被毒の状態にあり、よってＳ被毒回復処理を行う必要があるかどうかを判定する。
【０１０３】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７がＳ被毒の状態にあるかどうかは、エンジン１の負荷Ｔｅと回転数Ｎｅに基づいて単位時間当たりの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７へのＳＯｘとＮＯｘの吸収量を予めＥＣＵ１１のＲＯＭに格納した数値マップ（図示せず）から算出する。この算出値が所定値以上となったかどうかでＳ被毒状態の有無を判定する。Ｓ３０１で肯定判定した場合はＳ３０２に進み、否定判定した場合はこの処理を終了する。
【０１０４】
＜Ｓ３０２＞  フィルタの再生処理を実行する。
【０１０５】
＜Ｓ３０３＞  フィルタの再生処理が終了したかどうか、すなわち微粒子が燃焼し微粒子の堆積が解消されたかどうかを判定し、肯定判定すればＳ３０４に進み否定判定した場合はＳ３０２に戻ってこの処理を繰り返す。
【０１０６】
＜Ｓ３０４＞  Ｓ被毒回復処理を実行する。
（応用例１）
フィルタ再生手段による微粒子の除去状態に基づいて前記フィルタの昇温制御を行うフィルタ昇温制御手段を備えるようにしてもよい。
【０１０７】
フィルタ昇温制御手段としては、フィルタ再生手段による微粒子の除去状態に基づいて前記フィルタの昇温制御を行えるように設定したアプリケーションプログラム（図示せず）を例示できる。前記アプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵにあるので、ＥＣＵをフィルタ昇温制御手段ということができる。
【０１０８】
この場合も前記ＮＯｘ吸収剤がＳ被毒状態にあると前記Ｓ被毒判定手段によって判定されると、前記フィルタ再生手段による微粒子の除去状態に基づいてフィルタ昇温制御手段によりパティキュレートフィルタ１８の昇温制御をする。この結果、成り行き任せの微粒子の燃焼を回避できるため、微粒子の急激な燃焼によるフィルタの温度上昇を抑制し、もってパティキュレートフィルタ１８の熱劣化を防止できる。
（応用例２）
パティキュレートフィルタ１８に堆積されている微粒子の量に基づいて前記フィルタの昇温率を変化させるフィルタ昇温率制御手段とを有するようにしてもよい。
【０１０９】
フィルタ昇温率制御手段としては、Ｓ被毒状態にＮＯｘ吸収剤があるとＳ被毒判定手段によって判定された場合、パティキュレートフィルタ１８に堆積されている微粒子の量に基づいてフィルタの昇温率を変化させるように設定したアプリケーションプログラム（図示せず）を挙げられる。前記アプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされＣＰＵの属性はＥＣＵにある。よって、ＥＣＵをフィルタ昇温率制御手段ということができる。
【０１１０】
この場合もパティキュレートフィルタ１８に堆積されている微粒子の量を考慮してパティキュレートフィルタ１８の昇温率を変化させてゆけば、徐々に微粒子を燃焼させることができるので、パティキュレートフィルタ１８が熱劣化を誘発する温度以上にはなり難い。よってパティキュレートフィルタ１８の熱劣化を防止できる。
【０１１１】
そして前記フィルタ昇温率制御手段は、前記パティキュレートフィルタ１８に堆積した微粒子の堆積量が多い時は少ない時に比べて昇温率を小さくする昇温制御を行うものであることが好ましい。
【０１１２】
パティキュレートフィルタ１８に微粒子が多く堆積していると微粒子は一気に燃えてしまう。しかしパティキュレートフィルタ１８の昇温率を微粒子の量に合わせて加減すれば微粒子が連鎖的に一気燃えしてしまうことを回避できるので、パティキュレートフィルタ１８が熱劣化を誘発する温度以上になることを有効に防止できる。
（応用例３）
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７に前記所定値以上のＳＯｘが吸収されていると前記Ｓ被毒判定手段により判定された場合、前記パティキュレートフィルタ１８の温度が所定温度になるまでは前記還元剤供給手段から特定量の還元剤を供給するが前記所定温度にパティキュレートフィルタ１８の温度が達した後は前記特定量よりも多い還元剤を前記還元剤供給量制御手段で供給するようにしてもよい。
【０１１３】
この場合、還元剤供給手段によりパティキュレートフィルタ１８に供給された還元剤の量が多いと当該還元剤の燃焼によって一気に微粒子が燃えてしまい急激にパティキュレートフィルタ１８の温度を上げるのでパティキュレートフィルタ１８の熱劣化を招来する虞がある。しかし、還元剤が少なければ還元剤の燃焼も少ないため、微粒子の一気燃えを抑制し、微粒子は漸次燃焼してゆくようになる。よってパティキュレートフィルタ１８の熱劣化を防止することができる。よって、前記所定温度にパティキュレートフィルタ１８の温度が達した時にタイミングよく微粒子の燃焼が終了できるようにしておけばすでに微粒子はパティキュレートフィルタ１８に堆積していないので前記特定量よりも多い還元剤、すなわちＮＯｘの還元浄化に本来必要な還元剤を供給しても微粒子の一気燃えに起因したフィルタの熱劣化は生じない上、パティキュレートフィルタ１８の再生処理を実行するに必要な温度よりも高温な被毒回復処理を実行するに必要な温度にまで触媒付きパティキュレートフィルタ１８の温度を高めることができる。この結果、Ｓ被毒回復処理も効率的に行える
〔第２の実施の形態〕
次に、第２実施形態における内燃機関の排気浄化装置を説明する。
【０１１４】
この第２実施形態に係るエンジンが第１実施形態に係るエンジン１と異なる点は、パティキュレートフィルタ１８の再生処理を行うに際し、パティキュレートフィルタ１８が捕集して堆積した微粒子の量（以下「堆積微粒子量」という。）を推定し、当該堆積微粒子量に基づいて予めＥＣＵ９のＲＯＭに記憶してある数値マップを使用して燃料添加量を算出している点にある。
【０１１５】
よって、他の構成については、第１実施形態のものと同じであるので、当該同一部分については第１実施形態を参照されたい。
【０１１６】
図４のフローチャートおよびこのフローチャートを補足する図５〜７のフローチャートを用いて第２実施形態に係るエンジン１の排気浄化装置の作動制御実行ルーチンを実現するためのプログラムを説明する。
【０１１７】
図４のフローチャートを用いて説明するプログラムは、以下に述べるＳ４０１〜Ｓ４０７からなる。また、これらのステップからなるプログラムは、ＥＣＵ１１のＲＯＭに記憶してあり必要に応じて呼び出される。前記各ステップにおける処理は、すべてＥＣＵ９のＣＰＵによって実行される。
【０１１８】
＜Ｓ４０１＞  吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７がＳ被毒の状態にあり、よってＳ被毒回復処理を行う必要があるかどうかを判定する。
【０１１９】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７がＳ被毒の状態にあるかどうかは、エンジン１の負荷Ｔｅと回転数Ｎｅに基づいて単位時間当たりの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７へのＳＯｘとＮＯｘの吸収量を予めＥＣＵ１１のＲＯＭに格納した数値マップ（図示せず）から算出する。この算出値が所定値以上となったかどうかでＳ被毒状態の有無を判定する。Ｓ４０１で肯定判定した場合はＳ４０２に進み、否定判定した場合はこの処理を終了する。
【０１２０】
＜Ｓ４０２＞  微粒子堆積量Ｇｐを推定する。
微粒子堆積量Ｇｐを推定するにあたり、図５のフローチャートを参照して微粒子堆積量Ｇｐを推定するためのプログラムを説明する。
【０１２１】
図５のフローチャートを用いて説明するプログラムは、以下に述べるＳ５０１〜Ｓ５０５の処理からなる。また、これらのステップからなるプログラムは、ＥＣＵ１１のＲＯＭに記憶してあり必要に応じて呼び出される。前記各ステップにおける処理は、すべてＥＣＵ９のＣＰＵによる。
【０１２２】
＜Ｓ５０１＞  パティキュレートフィルタ１８の上下流に設置した圧力センサ１２０、１３０でパティキュレートフィルタ１８の前後の圧力を実測し、実測によるパティキュレートフィルタ１８の前後差圧Ｐｄを算出する。
【０１２３】
＜Ｓ５０２＞  温度センサ１７ａで計測したフィルタ（触媒）温度Ｔｃおよびエアフロメータ６で計測した吸入空気量Ｇａからフィルタ前後の予測差圧Ｐｄ’を求める。
【０１２４】
＜Ｓ５０３＞  予測差圧Ｐｄ’と実測差圧Ｐｄとの差（Ｐｄ’−Ｐｄ）が０よりも大きいかどうかを判断する。つまり予測差圧Ｐｄ’のほうが実測差圧Ｐｄよりも大きいかどうかを判断する。そして肯定判定すればＳ５０４に進み、否定判定すればＳ５０５に進む。
【０１２５】
＜Ｓ５０４＞  フィルタ下流側排気温度Ｔｃ、吸入空気量Ｇａ、予測差圧Ｐｄ’、実測差圧Ｐｄに基づいて予めＥＣＵ１１のＲＯＭに記憶しておいた微粒子の堆積量マップを使用してパティキュレートフィルタ１８に堆積している微粒子の堆積量Ｇｐを推定する。よってＳ５０４を堆積した微粒子の量を検出する堆積微粒子量検出手段ということができる。Ｓ５０４を含むプログラムはＲＯＭに記憶されＲＯＭの属性はＥＣＵにあるのでＥＣＵを堆積した微粒子の量を検出する堆積微粒子量検出手段ということもできる。
【０１２６】
＜Ｓ５０５＞  Ｓ５０３で求めたＰｄ’−Ｐｄの値が零以下でかつ所定値よりも大きい場合はパティキュレートフィルタ１８の劣化等の異常を生じているものとみなし、Ｓ被毒回復処理を停止する。よってＳ５０５をＳ被毒回復手段によるＳ被毒回復処理を停止するＳ被毒回復処理停止手段ということができる。Ｓ５０５を含むプログラムはＲＯＭに記憶されＲＯＭの属性はＥＣＵにあるのでＥＣＵをＳ被毒回復処理停止手段ということもできる。
【０１２７】
よって前記所定値はパティキュレートフィルタ１８の劣化等の異常を引き起こす限界値を意味する数値である。
【０１２８】
話を図４に戻す。
【０１２９】
Ｓ４０２で微粒子堆積量Ｇｐを求めたら次のＳ４０３に進む。
【０１３０】
＜Ｓ４０３＞  瞬時昇温目標温度Ｔｉを計算する。
【０１３１】
瞬時昇温目標温度Ｔｉを推定するにあたり、図６のフローチャートを参照して瞬時昇温目標温度Ｔｉを算出するためのプログラムを説明する。
【０１３２】
図６のフローチャートを用いて説明するプログラムは、以下に述べるＳ６０１〜Ｓ６０４の処理からなる。また、これらのステップからなるプログラムは、ＥＣＵ１１のＲＯＭに記憶してあり必要に応じて呼び出される。前記各ステップにおける処理は、すべてＥＣＵ９のＣＰＵによる。
【０１３３】
＜Ｓ６０１＞  パティキュレートフィルタ１８に堆積している微粒子量の堆積量Ｇｐを求める（図５参照）。
【０１３４】
＜Ｓ６０２＞  Ｓ６０１で求めた微粒子の堆積量Ｇｐと微粒子の単位あたり発熱量の積から堆積している微粒子がすべて燃焼した際の総発熱量（総エネルギ量）Ｅｐを求める。
【０１３５】
なお、微粒子の発熱量は予め実験により求めておく。
【０１３６】
＜Ｓ６０３＞  Ｓ６０２で求めた総発熱量Ｅｐをパティキュレートフィルタ１８の熱容量で割って触媒昇温Ｔｄを演算する。
【０１３７】
なお、パティキュレートフィルタ１８の熱容量は予め実験により求めておく。
【０１３８】
また、フローチャートではパティキュレートフィルタをＰ．Ｆ．と簡略してある。
【０１３９】
＜Ｓ６０４＞  Ｓ６０３で求めた触媒昇温Ｔｄをフィルタに熱劣化を誘発する温度である限界温度Ｔｍから差し引いて瞬時昇温目標温度Ｔｉを求める。
【０１４０】
話を図４に戻す。
【０１４１】
＜Ｓ４０４＞  昇温パラメータＱａｄ’を計算する。
昇温パラメータＱａｄ’を算出するにあたり、図７のフローチャートを参照して昇温パラメータＱａｄ’を算出するためのプログラムを説明する。
【０１４２】
図７のフローチャートを用いて説明するプログラムは、以下に述べるＳ７０１〜Ｓ７０４の処理からなる。また、これらのステップからなるプログラムは、ＥＣＵ１１のＲＯＭに記憶してあり必要に応じて呼び出される。前記各ステップにおける処理は、すべてＥＣＵ９のＣＰＵによる。
【０１４３】
＜Ｓ７０１＞エンジン１の運転状態に基づいて要求されるＳ被毒回復に必要な最終目標温度Ｔｆになるまでパティキュレートフィルタ１８を昇温させるために必要な燃料添加ノズル１９からの燃料添加量Ｑａｄを求める。
【０１４４】
＜Ｓ７０２＞Ｓ７０１で求めた燃料添加量Ｑａｄの添加により上昇するであろうパティキュレートフィルタ１８の見込み温度Ｔｕ１を求める。
【０１４５】
＜Ｓ７０３＞瞬時昇温目標温度Ｔｉから最終目標温度Ｔｆにまでパティキュレートフィルタ１８を昇温させるのに要する温度Ｔｕ２を燃料添加量Ｑａｄの添加により上昇する見込み温度Ｔｕ１から最終目標温度Ｔｆと瞬時昇温目標温度Ｔｉを差し引くことで求める。
【０１４６】
＜Ｓ７０４＞Ｓ７０３で求めたＴｕ２を求めたらこのＴｕ２を前記見込み温度Ｔｕ１で除した値を前記燃料添加量Ｑａｄと乗ずることで瞬時昇温パラメータＱａｄ’を求める。
【０１４７】
話を図４に戻す。
【０１４８】
＜Ｓ４０５＞  瞬時昇温目標温度Ｔｉと最終昇温目標温度Ｔｆとが等しいかどうか判定し、肯定判定の場合はＳ４０７に進み、否定判定した場合はＳ４０６に進む。
【０１４９】
＜Ｓ４０６＞  一定期間パティキュレートフィルタ１８を昇温した後にＳ４０２に戻り、Ｓ４０５で肯定判定するまでこれを繰り返す。
【０１５０】
＜Ｓ４０７＞  微粒子は全て燃焼し以降は微粒子の燃焼によるパティキュレートフィルタ１８の昇温はないとしてＳ被毒回復制御を行いこのルーチンを終了する。
【０１５１】
この場合、堆積微粒子量検出手段であるＥＣＵ９が所定量以上に微粒子が堆積していることを検出した場合にはＳ被毒回復処理停止手段であるＥＣＵ９によりＳ被毒回復処理を停止するので、当該停止後、微粒子が酸化除去されてからＳ被毒回復手段であるＥＣＵ９によってＳ被毒回復処理を行えばＳ被毒回復のための高温度に排気温度がならないので微粒子の燃焼に起因したパティキュレートフィルタ１８の熱劣化を防止することができる。
【０１５２】
【発明の効果】
本出願内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒付きパティキュレートフィルタから微粒子を予め除去することで煤等の微粒子の燃焼を抑制し、触媒付きパティキュレートフィルタの熱劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明内燃機関の排気浄化装置を適用した内燃機関の全体構成を示す図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図
【図３】第１実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の作動制御実行ルーチンを実現するためのプログラムを説明する
フローチャート
【図４】第２実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の作動制御実行ルーチンを実現するためのプログラムを説明するフローチャート
【図５】図４を補足するフローチャート
【図６】図４を補足するフローチャート
【図７】図４を補足するフローチャート
【符号の説明】
１…エンジン
２…インテークマニホルド
３…吸気管
４…エアクリーナ
５…エアフローメータ
６…ターボチャージャ
６ａ…コンプレッサ
６ｂ…タービン
９…ＥＣＵ（Ｓ被毒判定手段、Ｓ被毒回復手段、フィルタ昇温率制御手段、フィルタ昇温制御手、還元剤供給量制御手段、Ｓ被毒回復処理停止手段、堆積微粒子量検出手段）
１０…インジェクタ
１１…コモンレール
１２…燃料ポンプ（還元剤供給手段）
１３…排気ポート
１４…エキゾーストマニホルド
１５…接続管
１６…排気管
１７…吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収剤）
１７ａ…排気温センサ
１８…触媒付きパティキュレートフィルタ（フィルタ）
１９…燃料添加ノズル（還元剤供給手段）
２０…燃料パイプ（還元剤供給手段）
２１…燃料通路（還元剤供給手段）
２２…制御弁（還元剤供給手段）
２３…ＥＧＲ管
２４…  ＥＧＲクーラ
２５…ＥＧＲバルブ
２６…アクセル開度センサ
２７…クランク角センサ
３０…シリンダヘッド
１００…排気再循環装置
１２０…圧力センサ
１３０…圧力センサ
１４１…枝通路
１４２…枝通路
１４３…枝通路
１４４…枝通路
Ｅｐ…微粒子の堆積量と微粒子の単位あたり発熱量の積から堆積している微粒子がすべて燃焼した際の総発熱量
Ｇｐ…パティキュレートフィルタに堆積している微粒子の堆積量
Ｇａ…吸入空気量
Ｎｅ…エンジン回転数
Ｐｄ…パティキュレートフィルタの前後差圧
Ｐｄ’…パティキュレートフィルタの前後差圧
Ｐｄ…パティキュレートフィルタの実測前後差圧
Ｑａｄ…最終目標温度Ｔｆになるまでの間パティキュレートフィルタを昇温させるために必要な燃料添加ノズルからの燃料添加量
Ｑａｄ’…燃料添加量
Ｔｃ…フィルタ下流側排気温度
Ｔｅ…エンジン負荷
Ｔｆ…最終目標温度
Ｔｕ１…Ｑａｄの添加により上昇するであろうパティキュレートフィルタの見込み温度
Ｔｄ…総発熱量による触媒昇温
Ｔｆ…最終目標温度
Ｔｉ…パティキュレートフィルタが熱劣化しない限界の温度（瞬時昇温目標温度）
Ｔｍ…フィルタに熱劣化を誘発する温度である限界温度
Ｔｕ２…瞬時昇温目標温度から最終目標温度にまでパティキュレートフィルタを昇温させるのに要する温度
＃１…１番気筒
＃２…２番気筒
＃３…３番気筒
＃４…４番気筒
【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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