(57)【要約】【課題】ＮＯｘの外部への排出をより確実に抑制できるエンジンの排気浄化制御装置を提供する。【解決手段】排気ガス中のＮＯｘを吸蔵可能なＮＯｘ触媒４１と、メイン噴射と追加噴射とを実施可能な燃料噴射装置１０とを設ける。メイン噴射のみを実施した場合の排気ガスの空燃比であるメイン空燃比が理論空燃比よりも大きく且つ予め設定された基準空燃比よりも小さい状態であるとともに、排気ガスの流量が所定の基準流量よりも大きいという特定条件が成立したときは、追加噴射を実施し、前記特定条件の非成立時は、前記追加噴射の実施を制限する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体から排出された排気ガスが流通する排気通路とを備えたエンジンに適用される排気浄化制御装置であって、
前記排気通路に設けられて排気ガス中のＮＯｘを吸蔵可能なＮＯｘ触媒と、
エンジントルクを生成するための燃料を気筒内に噴射するメイン噴射と、当該メイン噴射よりも後に燃料を気筒内に噴射する追加噴射とを実施可能な燃料噴射装置と、
前記燃料噴射装置を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記メイン噴射のみを実施した場合の排気ガスの空燃比であるメイン空燃比が理論空燃比よりも大きく且つ予め設定された基準空燃比よりも小さい状態であるとともに、排気ガスの流量が所定の基準流量よりも大きいという特定条件が成立したときは前記追加噴射を実施し、前記特定条件の非成立時は、前記追加噴射の実施を制限する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの排気浄化制御装置において、
前記制御手段は、前記特定条件の成立時、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりも低くなるように、前記追加噴射を実施する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエンジンの排気浄化制御装置において、
前記制御手段は、前記追加噴射を当該追加噴射によって気筒内に噴射された燃料が気筒内で燃焼しないタイミングで実施し、前記ＮＯｘに吸蔵されているＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量が所定量以上という条件を少なくとも含むＤｅＮＯｘ条件が成立したときは前記特定条件が非成立であっても、前記燃料噴射手段に前記追加噴射を実施させるとともに、前記特定条件が非成立で且つ前記ＤｅＮＯｘ条件が成立しているときの排気ガスの空燃比の方が、前記特定条件が成立しているときの排気ガスの空燃比よりも小さくなるように前記追加噴射の噴射量を設定する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のエンジンの排気浄化制御装置において、
前記制御手段は、前記特定条件の非成立時または前記ＤｅＮＯ条件の非成立時は、前記追加噴射の実施を停止する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のエンジンの排気浄化制御装置において、
前記排気通路の前記ＮＯｘ触媒よりも下流側に設けられて、アンモニアを吸着可能で且つアンモニアを用いて排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒をさらに備え、
前記制御手段は、前記特定条件が非成立で且つ前記ＤｅＮＯｘ条件が成立しているときは、前記ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量が多いときの方が少ないときよりも短くなるように設定された期間のみ前記追加噴射を実施し、前記特定条件が成立しているときは、前記特定条件が成立している期間中、前記追加噴射を実施することを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体から排出された排気ガスが流通する排気通路とを備えたエンジンに適用される排気浄化制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンにおいて排ガス性能を良好にすることが求められている。
【０００３】
これに対して、例えば、特許文献１に開示されているように、排気通路から外部に排出されるＮＯｘの量を低減するために、ＮＯｘを吸蔵可能なＮＯｘ触媒を排気通路に設けることが行われている。また、このようなＮＯｘ触媒において、ＮＯｘの吸蔵性能を高く維持するために、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを所定のタイミングで還元してＮＯｘ触媒から排出させることが行われている。
【０００４】
具体的には、特許文献１のエンジンでは、ＮＯｘを還元してＮＯｘ触媒から排出させるべく、所定のタイミングで気筒内の混合気の空燃比および排気ガスの空燃比を理論空燃比以下に低下させて未燃のＨＣやＣＯを多量にＮＯｘ触媒に供給する。このように多量の未燃ＨＣやＣＯがＮＯｘ触媒に供給されると、これら未燃ＨＣやＣＯの作用によってＮＯｘ触媒からＮＯｘが離脱し、その後、離脱したＮＯｘが未燃ＨＣやＣＯの作用によって還元されることで、ＮＯｘ触媒からＮＯｘが還元されつつ排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２９１０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、所定の運転条件では、意図せずＮＯｘ触媒からＮＯｘが離脱し、離脱したＮＯｘが還元されることなくＮＯｘ触媒から排出されてしまい、排気通路から外部に排出されるＮＯｘの量を十分に低減できないことが分かった。
【０００７】
本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘの外部への排出をより確実に抑制できるエンジンの排気浄化制御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】
【０００８】
前記課題について鋭意研究した結果、本願発明者らは、次のことを突き止めた。すなわち、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍またはこれよりも低く排気ガス中のＨＣやＣＯが十分に多いときは、既に述べたとおり、一部のＨＣやＣＯの作用によってＮＯｘ触媒からＮＯｘが離脱し、残りのＨＣやＣＯの作用によって離脱したＮＯｘが適切に還元される。一方、排気ガスの空燃比が理論空燃比に対して十分に高いときは、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの離脱は生じ難い。しかし、排気ガスの空燃比が理論空燃比より高いものの十分に高くないときでも、排気ガスに含まれる少量のＨＣやＣＯの作用によってＮＯｘ触媒からＮＯｘが離脱することがある。そして、この場合には、ＮＯｘを還元する還元剤として利用可能なＨＣやＣＯがほとんど残っていないことで、離脱したＮＯｘを適切に還元させることができず、ＮＯｘがそのままＮＯｘ触媒から排出されるという現象が生じる。さらに、このようなＮＯｘがＮＯｘ触媒から離脱した後還元されることなく排出される現象は、排気ガスの流量が多く、排気ガス中のＨＣやＣＯの絶対量が多いときに発生しやすい。
【０００９】
本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体から排出された排気ガスが流通する排気通路とを備えたエンジンに適用される排気浄化制御装置であって、前記排気通路に設けられて排気ガス中のＮＯｘを吸蔵可能なＮＯｘ触媒と、エンジントルクを生成するための燃料を気筒内に噴射するメイン噴射と、当該メイン噴射よりも後に燃料を気筒内に噴射する追加噴射とを実施可能な燃料噴射装置と、前記燃料噴射装置を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記メイン噴射のみを実施した場合の排気ガスの空燃比であるメイン空燃比が理論空燃比よりも大きく且つ予め設定された基準空燃比よりも小さい状態であるとともに、排気ガスの流量が所定の基準流量よりも大きいという特定条件が成立したときは前記追加噴射を実施し、前記特定条件の非成立時は、前記追加噴射の実施を制限する、ことを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
この装置によれば、メイン噴射のみでは排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも高いものの十分に高くなく（排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるものの十分にリーンではなく）、かつ、排気ガスの流量が多いとき、つまり、ＮＯｘがＮＯｘ触媒から離脱した後還元されることなく排出される現象が生じやすいときに、追加噴射が実施される。そのため、ＮＯｘ触媒に多量の未燃燃料を供給でき、ＮＯｘがＮＯｘ触媒から離脱してもこれを還元することができる。従って、ＮＯｘの排気通路の外部への排出をより確実に抑制できる。一方で、前記現象が生じ難いときには、前記追加噴射の実施が制限される。そのため、追加噴射が過度に実施されることによる燃費性能の悪化を抑制できる。
【００１１】
前記構成において、前記制御手段は、前記特定条件の成立時、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりも低くなるように、前記追加噴射を実施する、のが好ましい（請求項２）。
【００１２】
このようにすれば、ＮＯｘがＮＯｘ触媒から離脱した後還元されることなく排出される現象が生じやすいときに、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを還元した状態で排出することができ、ＮＯｘの排気通路外への排出をより確実に抑制できる。
【００１３】
前記構成において、前記制御手段は、前記追加噴射を当該追加噴射によって気筒内に噴射された燃料が気筒内で燃焼しないタイミングで実施し、前記ＮＯｘに吸蔵されているＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量が所定量以上という条件を少なくとも含むＤｅＮＯｘ条件が成立したときは前記特定条件が非成立であっても、前記燃料噴射手段に前記追加噴射を実施させるとともに、前記特定条件が非成立で且つ前記ＤｅＮＯｘ条件が成立しているときの排気ガスの空燃比の方が、前記特定条件が成立しているときの排気ガスの空燃比よりも小さくなるように前記追加噴射の噴射量を設定する、のが好ましい（請求項３）。
【００１４】
この構成によれば、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上という条件を少なくとも含むＤｅＮＯｘ条件が成立したときに、追加噴射が実施されて、これにより、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを還元させた状態で放出させることができるので、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの量を少量に維持することができＮＯｘ吸蔵性能を高く維持できる。
【００１５】
また、この構成によれば、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上である場合に、排気ガスの空燃比が比較的低くされることで、より確実にＮＯｘ触媒からＮＯｘを離脱させ且つこれを還元させることができるとともに、前記特定条件の成立時に、排気ガスの空燃比が比較的高くされることで、追加噴射の実施に伴う燃費性能の悪化代を小さく抑えることができる。
【００１６】
前記構成において、前記制御手段は、前記特定条件の非成立時または前記ＤｅＮＯ条件の非成立時は、前記追加噴射の実施を停止する、のが好ましい（請求項４）。
【００１７】
このようにすれば、追加噴射の実施機会を少なく抑えて燃費性能の悪化代を小さく抑えることができる。
【００１８】
前記構成において、前記排気通路の前記ＮＯｘ触媒よりも下流側に設けられて、アンモニアを吸着可能で且つアンモニアを用いて排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒をさらに備え、前記制御手段は、前記特定条件が非成立で且つ前記ＤｅＮＯｘ条件が成立しているときは、前記ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量が多いときの方が少ないときよりも短くなるように設定された期間のみ前記追加噴射を実施し、前記特定条件が成立しているときは、前記特定条件が成立している期間中、前記追加噴射を実施する、のが好ましい（請求項５）。
【００１９】
この構成によれば、ＮＯｘの排出をより確実に抑制できるとともに、アンモニアが排気通路から外部に排出されるのを抑制できる。
【００２０】
具体的には、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘの還元時にはアンモニアが発生するため、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量が多いときに長時間にわたってＮＯｘ触媒でＮＯｘを還元させると、アンモニアがＳＣＲ触媒をすり抜けて排気通路から外部に排出されやすくなる。これに対して、この構成では、特定条件が非成立で且つＤｅＮＯｘ条件が成立しているときは、追加噴射の実施期間を、ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの量が多いときの方が少ないときよりも短く設定している。そのため、ＳＣＲ触媒をすり抜けるアンモニアの量を少なく抑えることができる。ただし、特定条件が成立しているときは前記のように追加噴射を実施しないとＮＯｘが多量にＮＯｘ触媒から排出されるおそれがある。これに対して、この構成では、特定条件の成立時にはこれが成立している期間中追加噴射を実施しているため、ＮＯｘの排出をより確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＮＯｘの外部への排出をより確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】エンジンシステムの制御系を示すブロック図である。
【図３】ＤｅＮＯｘ制御が実施される領域を示した図である。
【図４】排気の空気過剰率と未還元離脱ＮＯｘの量との関係を示したグラフである。
【図５】排気流量と未還元離脱ＮＯｘの量との関係を示したグラフである。
【図６】アンモニア吸着量と上限時間との関係を示したグラフである。
【図７】ＤｅＮＯｘ制御およびＮＯｘ離脱回避制御の一部を示したフローチャートである。
【図８】ＤｅＮＯｘ制御およびＮＯｘ離脱回避制御の他部を示したフローチャートである。
【図９】車両の加速時の各パラメータの時間変化を示したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化制御装置について説明する。
【００２４】
（１）全体構成
図１は、本実施形態のエンジンの排気浄化制御装置が適用されたエンジンシステム１００の概略構成図である。
【００２５】
エンジンシステム１００は、４ストロークのエンジン本体１と、エンジン本体１に空気（吸気）を導入するための吸気通路２０と、エンジン本体１から外部に排気を排出するための排気通路４０と、第１ターボ過給機５１と、第２ターボ過給機５２とを備えている。このエンジンシステム１００は車両に設けられ、エンジン本体１は車両の駆動源として用いられる。エンジン本体１は、例えば、ディーゼルエンジンであり、図１の紙面に直交する方向に並ぶ４つの気筒２を有する。
【００２６】
エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。ピストン５の上方には燃焼室６が区画されている。
【００２７】
ピストン５はクランク軸７と連結されており、ピストン５の往復運動に応じてクランク軸７はその中心軸回りに回転する。
【００２８】
シリンダヘッド４には、燃焼室６内（気筒２内）に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）１０と、燃焼室６内の燃料と空気の混合気を昇温するためのグロープラグ１１とが、各気筒２につきそれぞれ１組ずつ設けられている。
【００２９】
図１に示した例では、インジェクタ１０は、燃焼室６の天井面の中央に、燃焼室６を上方から臨むように設けられている。また、グロープラグ１１は、通電されることで発熱する発熱部を先端に有しており、この発熱部が、インジェクタ１０の先端部分の近傍に位置するように燃焼室６の天井面に取り付けられている。例えば、インジェクタ１０は、その先端に複数の噴口を備え、グロープラグ１１は、その発熱部がインジェクタ１０の複数の噴口からの複数の噴霧の間に位置して燃料の噴霧と直接接触しないように、配置されている。
【００３０】
インジェクタ１０は、主としてエンジントルクを得るために実施される噴射であって圧縮上死点付近で燃焼する燃料を燃焼室６内に噴射するメイン噴射と、メイン噴射よりも遅角側であって燃焼してもその燃焼エネルギーがエンジントルクにほとんど寄与しない時期に燃焼室６内に燃料を噴射するポスト噴射とを実施できるようになっている。
【００３１】
シリンダヘッド４には、吸気通路２０から供給される空気を各燃焼室６（気筒２）に導入するための吸気ポートと、吸気ポートを開閉する吸気弁１２と、各燃焼室６（気筒２）で生成された排気を排気通路４０に導出するための排気ポートと、排気ポートを開閉する排気弁１３とが設けられている。
【００３２】
吸気通路２０には、上流側から順に、エアクリーナ２１、第１ターボ過給機５１のコンプレッサ５１ａ（以下、適宜、第１コンプレッサ５１ａという）、第２ターボ過給機５２のコンプレッサ５２ａ（以下、適宜、第２コンプレッサ５２ａという）、インタークーラ２２、スロットルバルブ２３、サージタンク２４が設けられている。また、吸気通路２０には、第２コンプレッサ５２ａをバイパスする吸気側バイパス通路２５と、これを開閉する吸気側バイパスバルブ２６とが設けられている。吸気側バイパスバルブ２６は、駆動装置（不図示）によって全閉の状態と全開の状態とに切り替えられる。
【００３３】
排気通路４０には、上流側から順に、第２ターボ過給機５２のタービン５２ｂ（以下、適宜、第２タービン５２ｂという）、第１ターボ過給機５１のタービン５１ｂ（以下、適宜、第１タービン５１ｂという）、複合触媒装置４３、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）４４、尿素インジェクタ４５、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒４６、スリップ触媒４７、が設けられている。
【００３４】
ＤＰＦ４４は、排気中のＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ、微粒子状物質）を捕集する。ＤＰＦ４４に捕集されたＰＭは、高温に晒され且つ酸素の供給を受けることで燃焼し、ＤＰＦ４４から除去される。
【００３５】
尿素インジェクタ４５は、ＤＰＦ４４の下流側の排気通路４０中に尿素を噴射する装置である。尿素インジェクタ４５は、尿素が貯留された尿素タンク（不図示）に接続されており、この尿素タンクから供給される尿素を排気通路４０中に噴射する。
【００３６】
ＳＣＲ触媒４６は、アンモニアを用いて排気中のＮＯｘを選択的に還元する触媒装置である。尿素インジェクタ４５から噴射された尿素はＳＣＲ触媒４６にて加水分解されてアンモニアとなる。ＳＣＲ触媒４６は、この尿素から生成されたアンモニアを吸着する。また、後述するように、ＮＯｘ触媒４１からアンモニアが放出される場合があり、ＳＣＲ触媒４６は、ＮＯｘ触媒４１から放出されたアンモニアも吸着する。そして、ＳＣＲ触媒４６は、吸着したアンモニアを排気中のＮＯｘと反応させることでＮＯｘを還元する。ＳＣＲ触媒４６は、例えば、アンモニアによってＮＯｘを還元する触媒金属（Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｗ等）がアンモニアをトラップするゼオライトに担持されることで形成された触媒成分が、ハニカム担体のセル壁に担持されることで形成される。
【００３７】
スリップ触媒４７は、ＳＣＲ触媒４６から排出された未反応のアンモニアを酸化させて浄化する。つまり、ＳＣＲ触媒４６が吸着可能なアンモニアの量には限界があり、スリップ触媒４７は、ＳＣＲ触媒４６をすり抜けたアンモニアを浄化する。
【００３８】
複合触媒装置４３は、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒４１と、酸化触媒（ＤＯＣ：  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）４２とを含む。
【００３９】
酸化触媒４２は、排気中の酸素を用いて炭化水素（ＨＣ）すなわち未燃燃料や一酸化炭素（ＣＯ）などを酸化して水と二酸化炭素に変化させる。酸化触媒４２で生じるこの酸化反応は発熱反応であり、酸化触媒４２で酸化反応が生じると排気の温度は高められる。
【００４０】
ＮＯｘ触媒４１は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＣ：ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）であり、排気の空燃比（Ａ／Ｆ：排気ガスに含まれる燃料（Ｈ）に対する空気（酸素）の割合）が理論空燃比よりも高い（大きい）状態、つまり、排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな状態（排気の空気過剰率λがλ＞１の状態）において排気中のＮＯｘを吸蔵し、この吸蔵したＮＯｘを、排気の空燃比が理論空燃比近傍である状態（λ≒１）、あるいは、理論空燃比よりも低い（小さい）状態つまり理論空燃比よりもリッチな状態（λ＜１）であってＮＯｘ触媒４１を通過する排気が未燃のＨＣやＣＯを多量に含む還元雰囲気下において還元する。
【００４１】
詳細には、ＮＯｘ触媒４１は、Ｐｔ等の貴金属と、Ｂａ（バリウム）等の塩基性物質からなりＮＯｘを吸着する吸着材とを有している。排気の空燃比が理論空燃比よりも高いリーンな状態（λ＞１）では、排気中のＮＯが貴金属の作用によって酸化されて、ＮＯ２となり、その後、ＮＯ２が硝酸塩の形でＮＯｘ吸着材に吸着される。例えば、ＮＯｘ吸着材がＢａのときは、ＮＯｘ触媒４１は、Ｂａ（ＮＯ３）２等の形でＮＯｘを吸蔵する。一方、ＮＯｘ触媒４１にＨＣやＣＯ等の還元剤が供給されると、硝酸塩が還元されてＮＯ２が生成される。つまり、ＮＯｘ吸着材からＮＯｘが離脱される。さらに、この離脱したＮＯ２がＨＣやＣＯと反応することでＮＯ２は還元されてＮ２となり、ＮＯｘ触媒４１から排出される。
【００４２】
ここで、ＮＯｘ触媒４１に多量のＨＣが導入されたとき、ＮＯｘ吸着材に吸着されているＮＯｘは主としてＮ２に変換されるが、ＮＯｘの一部（ＮＯｘに含まれるＮ（窒素）の一部）は排気中のＨＣと反応してＮＨ３となる。そして、生成されたＮＨ３すなわちアンモニアが、ＮＯｘ触媒４１から放出される。
【００４３】
なお、本実施形態では、排気通路４０に別途空気や燃料を供給する装置が設けられておらず、排気の空燃比と燃焼室６内の混合気の空燃比とは対応する。つまり、燃焼室６内の混合気の空燃比が理論空燃比よりも高いときは、排気の空燃比も理論空燃比よりも高くなり、燃焼室６内の混合気の空燃比が理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりも低いときは、排気の空燃比も理論空燃比近傍であるいは理論空燃比よりも低くなる。
【００４４】
本実施形態では、酸化触媒４２とＮＯｘ触媒４１とは、一体に形成されている。例えば、複合触媒装置４３は、酸化触媒４２の触媒材層の表面に、ＮＳＣの触媒材がコーティングされることで形成されている。
【００４５】
ＮＯｘ触媒４１には、ＮＯｘに加えてＳＯｘも吸蔵（吸着）される。具体的には、ＮＯｘ触媒４１には、排気の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンな状態（λ＞１）において排気中のＳＯｘが吸蔵される。ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されたＳＯｘは、排気の空燃比が理論空燃比近傍である状態（λ≒１）あるいは理論空燃比よりも小さいリッチな状態（λ＜１）において還元する。
【００４６】
ＳＣＲ触媒４６とＮＯｘ触媒４１とは、いずれもＮＯｘを浄化可能であるが、これらは浄化率（ＮＯｘ吸蔵率）が高くなる温度が互いに異なっており、ＳＣＲ触媒４６のＮＯｘ浄化率（ＮＯｘ吸蔵率）は排気の温度が比較的高温のときに高くなり、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ浄化率は排気の温度が比較的低温のときに高くなる。
【００４７】
排気通路４０には、第２タービン５２ｂをバイパスする排気側バイパス通路４８と、これを開閉する排気側バイパスバルブ４９と、第１タービン５１ｂをバイパスするウエストゲート通路５３と、これを開閉するウエストゲートバルブ５４とが設けられている。これら排気側バイパスバルブ４９とウエストゲートバルブ５４とは、それぞれ、駆動装置（不図示）によって全閉と全開の状態に切り替えられるとともに、これらの間の任意の開度に変更される。
【００４８】
本実施形態によるエンジンシステム１００は、排気の一部を吸気に還流させるＥＧＲ装置５５を有する。ＥＧＲ装置５５は、排気通路４０のうち排気側バイパス通路４８の上流端よりも上流側の部分と、吸気通路２０のうちスロットルバルブ２３とサージタンク２４との間の部分とを接続するＥＧＲ通路５６と、これを開閉する第１ＥＧＲバルブ５７と、ＥＧＲ通路５６を通過する排気を冷却するＥＧＲクーラー５８とを有する。また、ＥＧＲ装置５５は、ＥＧＲクーラー５８をバイパスするＥＧＲクーラバイパス通路５９と、これを開閉する第２ＥＧＲバルブ６０とを有する。
【００４９】
（２）制御系
図２を用いて、エンジンシステムの制御系について説明する。本実施形態のエンジンシステム１００は、主として、車両に搭載されたＰＣＭ（制御手段、パワートレイン制御モジュール）２００によって制御される。ＰＣＭ２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｆ等から構成されるマイクロプロセッサである。
【００５０】
ＰＣＭ２００には、各種センサからの情報が入力される。例えば、ＰＣＭ２００は、クランク軸７の回転数つまりエンジン回転数を検出する回転数センサＳＮ１、エアクリーナ２１付近に設けられて吸気通路２０を流通する吸気（空気）の量である吸気量を検出するエアフローセンサＳＮ２、サージタンク２４に設けられてターボ過給機５１、５２によって過給された後のサージタンク２４内の吸気の圧力つまり吸気圧を検出する吸気圧センサＳＮ３、排気通路４０のうち第１ターボ過給機５１と複合触媒装置４３との間の部分の酸素濃度を検出する排気Ｏ２センサＳＮ４、ＮＯｘ触媒４１の直上流側に設けられた第１排気温度センサＳＮ５、ＳＣＲ４６の直上流側に設けられた第２排気温度センサＳＮ６、等と電気的に接続されており、これらのセンサＳＮ１〜ＳＮ６からの入力信号を受け付ける。また、車両には、運転者により操作されるアクセルペダル（不図示）の開度であるアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＮ７や、車速を検出する車速センサＳＮ８等が設けられており、これらのセンサＳＮ７、ＳＮ８による検出信号もＰＣＭ２００に入力される。ＰＣＭ２００は、各センサ（ＳＮ１〜ＳＮ８等）からの入力信号に基づいて種々の演算等を実行して、インジェクタ１０等を制御する。
【００５１】
（２−１）通常制御
後述するＤｅＮＯｘ制御、ＮＯｘ離脱回避制御、ＤｅＳＯｘ制御およびＤＰＦ再生制御を実施しない通常運転時に実施する通常制御では、燃費性能を高めるべく、燃焼室６内の混合気の空燃比（以下、単に、混合気の空燃比という場合がある）が理論空燃比よりも大きく（リーンに）される。つまり、混合気の空気過剰率をλとしてλ＞１にされる。例えば、通常制御では、混合気の空気過剰率λはλ＝１．７程度とされる。通常制御では、ポスト噴射は停止されてメイン噴射のみが実施される。
【００５２】
通常制御では、ＰＣＭ２００は、まず、アクセル開度センサＳＮ５で検出されたアクセル開度と回転数センサＳＮ１で検出されたエンジン回転数等に基づいて、エンジンに要求されるトルクである要求エンジントルク（エンジン負荷）を算出する。次に、ＰＣＭ２００は、この要求エンジントルクとエンジン回転数等から、メイン噴射の噴射量の目標値である目標メイン噴射量を、要求エンジントルクが実現される量に設定する。そして、ＰＣＭ２００は、この目標メイン噴射量の燃料がメイン噴射によって燃焼室６内に噴射されるように、インジェクタ１０を駆動する。
【００５３】
通常制御では、グロープラグ１１の作動は停止される。また、通常制御では、第１ＥＧＲバルブ５７、第２ＥＧＲバルブ６０、吸気側バイパスバルブ２６、排気側バイパスバルブ４９、ウエストゲートバルブ５４は、それぞれ、エンジン本体１の運転状態、例えば、エンジン回転数とエンジン負荷等に応じて、ＥＧＲガスの量および過給圧がそれぞれ適切な値になるように制御される。
【００５４】
（２−２）ＤｅＮＯｘ制御
ＮＯｘ触媒４１によるＮＯｘ吸蔵性能を維持するためには、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されたＮＯｘ（以下、適宜、吸蔵ＮＯｘという）が多くなると、ＮＯｘ触媒４１からＮＯｘを還元して排出させる必要がある。そこで、吸蔵ＮＯｘの量（ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されているＮＯｘの量）であるＮＯｘ吸蔵量が所定量以上であるという条件を含むＤｅＮＯｘ条件が成立すると、ＮＯｘ触媒４１からＮＯｘを還元して排出させるための制御であるＤｅＮＯｘ制御を実施する。
【００５５】
本実施形態では、メイン噴射に加えてポスト噴射を実施して排気の空燃比を理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりも低い値に設定されたＤｅＮＯｘ空燃比まで低下させ、これによりＮＯｘ触媒４１からＮＯｘを還元しつつ排出させる。つまり、ＰＣＭ２００は、ＤｅＮＯｘ制御として、排気の空燃比がＤｅＮＯｘ空燃比になるように、インジェクタ１０にポスト噴射を行わせる。本実施形態では、ＤｅＮＯｘ空燃比は、ＤｅＮＯｘ空燃比を理論空燃比で割ることで得られる値（ＤｅＮＯｘ空燃比／理論空燃比）であって、ＤｅＮＯｘ空燃比に対応する空気過剰率λが０．９６〜１．０４程度となる値に設定されている。つまり、ＤｅＮＯｘ制御では、排気の空気過剰率λが０．９６〜１．０４程度とされる。なお、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御の実施時においても、メイン噴射の噴射量は、通常制御を実施したとしたときの量と同じ量、つまり、要求エンジントルクが実現される量に設定される。
【００５６】
本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御を、図３に示す第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とでのみ実施する。第１領域Ｒ１は、エンジン回転数が予め設定された第１基準回転数Ｎ１以上且つ予め設定された第２基準回転数Ｎ２（＞Ｎ１）以下で、エンジン負荷が予め設定された第１基準負荷Ｔｑ１以上且つ予め設定された第２基準負荷Ｔｑ２（＞Ｔｑ１）以下の領域である。第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１よりもエンジン負荷が高い領域であって、エンジン負荷が予め設定された第３基準負荷Ｔｑ３（＞Ｔｑ２）以上となる領域である。
【００５７】
ＰＣＭ２００は、第１領域Ｒ１では、ポスト噴射された燃料が燃焼室６内で燃焼するタイミングでポスト噴射を実施するアクティブＤｅＮＯｘ制御を実施する。このポスト噴射の実施タイミングは予め設定されており、例えば、膨張行程の前半であって、圧縮上死点後３０〜７０°ＣＡの間の時期とされる。本実施形態では、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実施時に、ポスト噴射された燃料の燃焼を促進するためにグロープラグ１１を通電して混合気を加熱する。
【００５８】
アクティブＤｅＮＯｘ制御では、ポスト噴射された燃料の燃焼を促進しつつこの燃焼によって生成される煤の量を少なく抑えるために、ＥＧＲガスを燃焼室６に導入しつつ第１ＥＧＲバルブ５７および第２ＥＧＲバルブ６０の開度を通常運転時よりも小さく（閉じ側に）する。つまり、これらＥＧＲバルブ５７、６０の開度を、仮にアクティブＤｅＮＯｘ制御を実施しなかったとしたときの開度よりも小さくする。例えば、アクティブＤｅＮＯｘ制御では、第１ＥＧＲバルブ６０は全閉とされ、第２ＥＧＲバルブ５７は開弁されるもののその開度が通常運転時よりも小さくされる。
【００５９】
一方、ＰＣＭ２００は、第２領域Ｒ２では、ポスト噴射された燃料が燃焼室６内で燃焼しないタイミングでポスト噴射を実施するパッシブＤｅＮＯｘ制御を実施する。このポスト噴射の実施タイミングは予め設定されており、例えば、膨張行程の後半であって、圧縮上死点後１１０°ＣＡ程度とされる。パッシブＤｅＮＯｘ制御では、未燃燃料に起因するデポジットによってＥＧＲクーラー５８等が閉塞するのを回避するべく、第１ＥＧＲバルブ５７および第２ＥＧＲバルブ６０を全閉にされる。
【００６０】
アクティブＤｅＮＯｘ制御を第１領域Ｒ１で、パッシブＤｅＮＯｘ制御を第２領域Ｒ２で実施するのは、次の理由による。
【００６１】
燃焼室６内で燃料が燃焼しないタイミングでポスト噴射を実施するパッシブＤｅＮＯｘ制御では、ポスト噴射された燃料が燃焼しないため、この燃料に起因する煤の発生は抑制されるが、未燃燃料に起因するデポジットが発生しやすい。また、未燃燃料がピストン５とシリンダブロック３との隙間からエンジンオイルに混入してオイル希釈が生じやすい。一方、燃焼室６内で燃料が燃焼するタイミングでポスト噴射を実施するアクティブＤｅＮＯｘ制御では、デポジットの発生やオイル希釈は抑制されるものの、煤が増大しやすい。
【００６２】
ここで、エンジン負荷が非常に高いときはメイン噴射の噴射量が多く、メイン噴射のみによっても混合気の空燃比が比較的小さくされる。そのため、エンジン負荷が非常に高いときは、メイン噴射の実施のみによっても煤が生じやすい。従って、このときに、さらにポスト噴射に起因する煤が生じると、車両から排出される煤の量が過大になるおそれがある。また、エンジン負荷が非常に高いときは、前記のようにメイン噴射のみによっても混合気の空燃比が比較的小さく抑えられることで、混合気および排気の空燃比を理論空燃比近傍（または理論空燃比よりも低い値）まで低下させるのに必要なポスト噴射の噴射量は少なく抑えられる。そのため、ポスト噴射を燃焼室６内で燃料が燃焼しないタイミングで実施しても、発生するデポジットの量およびエンジンオイルに混入する燃料の量を少なくすることができる。
【００６３】
これより、本実施形態では、エンジン負荷が非常に高い第２領域では、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実施する。
【００６４】
一方、エンジン負荷が比較的低いときは、前記のエンジン負荷が非常に高いときとは反対に、メイン噴射の実施のみでは煤が生じ難い。また、混合気および排気の空燃比を理論空燃比近傍（または理論空燃比よりも低い値）まで低下させるのに必要なポスト噴射の噴射量が多くなりやすく、ポスト噴射を燃焼室６内で燃料が燃焼しないタイミングで実施すると、発生するデポジットの量およびエンジンオイルに混入する燃料の量が多くなりやすい。
【００６５】
これより、本実施形態では、エンジン負荷が低い領域では、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実施する。
【００６６】
ただし、エンジン負荷が非常に低い、あるいは、エンジン回転数が低い領域では、排気の温度が低いことに伴ってＮＯｘ触媒４１の温度が吸蔵ＮＯｘを還元できる温度よりも低くなりやすい。また、エンジン負荷が第２領域Ｒ２よりは低いが十分に低くない場合、および、エンジン負荷は低いがエンジン回転数が高いために燃料と空気の混合が不十分になって煤が生じやすい場合は、ポスト噴射を燃料が燃焼室６で燃焼するタイミングで実施すると煤が比較的多くなり、ポスト噴射を燃料が燃焼室６で燃焼しないタイミングで実施するとデポジットの量およびエンジンオイルに混入する量が比較的多くなる。
【００６７】
これより、本実施形態では、第２領域Ｒ２よりもエンジン負荷が低い領域のうち、エンジン負荷およびエンジン回転数のいずれもが低すぎず且つ高すぎない第１領域Ｒ１でのみ、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実施する。
【００６８】
（２−３）ＮＯｘ離脱回避制御
前記のように、ＮＯｘ触媒４１は、基本的に、排気の空燃比が理論空燃比よりも高いときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりも低いときに吸蔵したＮＯｘを還元して放出する。しかしながら、本願発明者らは、車両の加速時等において、排気の空燃比が理論空燃比よりも高いにも関わらず、ＮＯｘ触媒４１の下流側のＮＯｘが十分に小さく抑えられない場合があることを突き止めた。
【００６９】
これについて鋭意研究の結果、本願発明者らは、次の知見を得た。すなわち、排気の空燃比が理論空燃比近傍またはこれよりも低く排気中のＨＣやＣＯが十分に多いときは、一部のＨＣやＣＯの作用によってＮＯｘ触媒４１からＮＯｘが離脱し、残りのＨＣやＣＯの作用によって、離脱したＮＯｘが適切に還元される。一方、排気の空燃比が理論空燃比に対して十分に高いときは、前記のようにＮＯｘ触媒４１はＮＯｘを吸蔵していっており、ＮＯｘ触媒４１からのＮＯｘの離脱は生じ難い。しかし、排気の空燃比が理論空燃比より高いものの十分に高くないときは、ＮＯｘがＮＯｘ触媒４１から離脱するものの還元されることなく排出されてしまう。具体的には、ＨＣやＣＯ等の還元剤がＮＯｘ触媒４１に供給されると、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸着材に吸着されていた硝酸塩が還元されてＮＯ２が生成される。ところが、排気の空燃比が十分に低くなくＮＯｘ触媒４１に導入されるＨＣやＣＯ等の還元剤の量が少ないと、生成されたＮＯ２つまりＮＯｘ触媒４１から離脱したＮＯｘを還元するだけのＨＣやＣＯが残っておらず、ＮＯ２が還元されることなくＮＯｘ４１触媒４１から排出されてしまう。
【００７０】
そして、車両の加速時は、タービンの応答遅れ等のために、燃焼室６内の空気の増加が、メイン噴射の噴射量の増加よりも遅れてしまう。そのため、車両の加速時には、混合気および排気の空燃比が、通常制御時よりも低い値であって理論空燃比より高いものの十分に高くない値になりやすく、ＮＯｘ触媒４１からＮＯｘが還元されることなく排出されるため、ＮＯｘ触媒４１の下流側のＮＯｘが十分に小さく抑えられないという現象が起こる。
【００７１】
図４は、これを示したグラフである。具体的には、図４は、排気の空気過剰率を横軸とし、ＮＯｘ触媒４１から離脱するものの還元されないＮＯｘである未還元離脱ＮＯｘの量を縦軸とした図である。この図４にも示されるように、排気の空気過剰率λが１．０以上（排気の空燃比が理論空燃比以上）であっても、排気の空気過剰率λが低くなるほど、未還元離脱ＮＯｘの量は大きくなっていく。そして、排気の空気過剰率λが所定値λ０１以下になると、未還元離脱ＮＯｘの量が所定値Ｍ１を超えてしまう。
【００７２】
また、本願発明者らは、図５に示すように、ＮＯｘがＮＯｘ触媒４１から離脱するものの還元されることなく排出されるのは、排気の流量が多く、排気中のＨＣやＣＯの絶対量が多いときであることを突き止めた。具体的には、図５は、排気の流量である排気流量を横軸とし、未還元離脱ＮＯｘの量を縦軸としたグラフである。図５に示されるように、排気流量が大きくなるほど、未還元離脱ＮＯｘの量は増大し、排気流量が所定値Ｖｅｘ０１以上になると、未還元離脱ＮＯｘの量は所定値Ｍ１を超えてしまう。
【００７３】
以上より、本実施形態では、仮にメイン噴射のみを実施したとしたときの排気ガスの空燃比をメイン空燃比として算出し、このメイン空燃比が理論空燃比よりも高く且つ基準空燃比よりも低い、且つ、排気流量が予め設定された基準流量よりも大きいという特定条件が成立すると、ＮＯｘ触媒４１からＮＯｘが離脱するものの還元されることなく排出されるのを抑制するためのＮＯｘ離脱回避制御を実施する。
【００７４】
基準空燃比は、未還元離脱ＮＯｘの量が所定値Ｍ１（＞０）以下となる排気の空燃比の最小値に設定されている。また、基準流量は、未還元離脱ＮＯｘの量が所定値Ｍ１（＞０）以下となる排気流量の最大値に設定されている。例えば、この所定値Ｍ１は、ＮＯｘ触媒４１からのＮＯｘの離脱速度が０．００７ｇ／ｓ程度となる値に設定されている。
【００７５】
本実施形態では、ＮＯｘ離脱回避制御として、パッシブＤｅＮＯｘ制御と同様の制御を実施する。つまり、ＮＯｘ離脱回避制御では、メイン噴射とポスト噴射とを実施するとともに、このポスト噴射を、ポスト噴射された燃料が燃焼室６内で燃焼しないタイミングで実施する。そして、排気の空燃比を理論空燃比近傍あるいはこれ以下に設定されたＮＯｘ離脱回避空燃比にする。また、メイン噴射の噴射量は、通常制御を実施したとしたときの量と同じ量、つまり、要求エンジントルクが実現される量に設定される。
【００７６】
このようにすれば、ＮＯｘ触媒４１からＮＯｘを離脱させた後より確実に還元することができ、ＮＯｘがそのままＮＯｘ触媒４１から排出されるのを回避できる。
【００７７】
ＮＯｘ離脱回避制御におけるポスト噴射の実施タイミングは、パッシブＤｅＮＯｘ制御とほぼ同じタイミングに設定されている。例えば、このタイミングは、膨張行程の後半であって、圧縮上死点後１１０°ＣＡ程度とされる。
【００７８】
一方、ＮＯｘ離脱回避空燃比は、パッシブＤｅＮＯｘ制御時の空燃比すなわちＤｅＮＯｘ空燃比よりも高い値とされている。例えば、前記のようにＤｅＮＯｘ空燃比が、空気過剰率λに換算してλ＝０．９６程度となる値であるのに対して、ＮＯｘ離脱回避空燃比は、空気過剰率λに換算してλ＝０．９８程度となる値に設定されている。
【００７９】
また、後述するように、本実施形態では、パッシブＤｅＮＯｘ制御は、ＳＣＲ触媒４６のアンモニア吸着量に応じて、その実行時間が制限されるが、ＮＯｘ離脱回避制御ではこの制限はなされず、ＮＯｘ離脱回避制御はＳＣＲ触媒４６のアンモニア吸着量によらずに実施される。
【００８０】
なお、ＮＯｘ離脱回避制御においても、パッシブＤｅＮＯｘ制御と同様に、第１ＥＧＲバルブ５７および第２ＥＧＲバルブ６０は全閉にされる。
【００８１】
（２−４）パッシブＤｅＮＯｘ制御の実施時間
前記のように、ＮＯｘ触媒４１に多量のＨＣが導入されたときには、ＮＯｘ触媒４１からアンモニアが放出される。そのため、ポスト噴射された燃料が燃焼室６内で燃焼しないタイミングでポスト噴射を実施するパッシブＤｅＮＯｘ制御時は、ＮＯｘ触媒４１に多量のＨＣが導入されることで比較的多くのアンモニアが排出される。
【００８２】
ＮＯｘ触媒４１から排出されたアンモニアは、前記のように、ＳＣＲ触媒４６に吸着させることが可能である。しかしながら、ＳＣＲ触媒４６に吸着されているアンモニアの量（以下、アンモニア吸着量という）が多いときは、アンモニアがＳＣＲ触媒４６をすり抜けてしまう。
【００８３】
そこで、アンモニアがＳＣＲ触媒４６をすり抜けるのを抑制するべく、本実施形態では、アンモニア吸着量が多いときは少ないときよりも、パッシブＤｅＮＯｘ制御が継続して実施される時間の上限値を（以下、単に、上限時間という）を短くする。つまり、本実施形態では、パッシブＤｅＮＯｘ制御が継続して上限時間実施されると、パッシブＤｅＮＯｘ制御を停止させるようになっている。
【００８４】
具体的には、横軸をアンモニア吸着量、縦軸を上限時間とした図６のグラフに示すように、アンモニア吸着量が所定量Ｍ＿ＮＨ３以上のときは上限時間を第１上限時間Ｔｐ１（＞０）とし、アンモニア吸着量が所定量Ｍ＿ＮＨ３未満のときは上限時間を第１上限時間Ｔｐ１よりも長い時間とする。また、アンモニア吸着量が所定量Ｍ＿ＮＨ３未満のときは、上限時間をアンモニア吸着量が少なくなるほど長くする。
【００８５】
ＰＣＭ２００は、例えば、排気流量、第２排気温度センサＳＮ６で検出された排気の温度、ＳＣＲ触媒４６の温度であるＳＣＲ温度などを用いて、ＳＣＲ触媒４６に供給された尿素インジェクタ４５由来のアンモニアの量を推定する。また、ＰＣＭ２００は、ＮＯｘ触媒４１の温度であるＮＯｘ触媒温度やＮＯｘ吸蔵量などに基づいてＮＯｘ触媒４１からＳＣＲ触媒４６に供給されたアンモニアの量を推定する。また、ＰＣＭ２００は、排気流量、排気温度、ＳＣＲ温度等に基づいてＳＣＲ触媒４６でのアンモニアの消費量を推定する。そして、ＳＣＲ触媒４６に供給されたアンモニアの総量からＳＣＲ触媒４６で消費されたアンモニアの量を差し引くことで、アンモニア吸着量を推定する。なお、これに代えて、アンモニア吸着量を所定のセンサを用いて検出してもよい。
【００８６】
ＮＯｘ触媒温度は、例えば、第１排気温度センサＳＮ５の検出値に基づいて推定される。なお、これに代えて、ＮＯｘ触媒４１とＤＰＦ４４の間に温度センサを設け、この温度センサの検出値に基づいてＮＯｘ触媒温度を推定してもよい。また、ＳＣＲ温度は、第２排気温度センサＳＮ６の検出値に基づいて推定される。また、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量は、エンジン回転数、エンジン負荷、排気の流量および排気ガスの温度等に基づいて排気中のＮＯｘ量を推定し、このＮＯｘ量を積算していくことで推定される。
【００８７】
ここで、ＮＯｘ離脱回避制御の実施時にも、ＮＯｘ触媒４１には比較的多くのＨＣが導入される。
【００８８】
しかしながら、パッシブＤｅＮＯｘ制御は、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されているＮＯｘの量を低減するための制御である。そのため、たとえ短い時間であってもパッシブＤｅＮＯｘ制御が実施されればＮＯｘ吸蔵量を低減させることができる。そして、ＮＯｘ吸蔵量を低減させることができれば、パッシブＤｅＮＯｘ制御を停止してもＮＯｘ触媒４１から流下するＮＯｘの量を低減することができる。
【００８９】
これに対して、ＮＯｘ離脱回避制御を停止するとＮＯｘの排出量が増大してしまう。そこで、本実施形態では、ＮＯｘ離脱回避制御の実施時間には上限値を設けず、前記のように、ＮＯｘ離脱回避制御は、アンモニア吸着量によらず実施する。
【００９０】
（２−５）ＤｅＮＯｘ制御およびＮＯｘ離脱回避制御の流れ
図７のフローチャートを用いて、ＤｅＮＯｘ制御およびＮＯｘ離脱回避制御の流れについて説明する。
【００９１】
まず、ＰＣＭ２００は、ステップＳ１０にて、車両における各種情報を読み込む。ＣＰＭ２００は、少なくとも、ＮＯｘ触媒温度、ＳＣＲ温度、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量を読み込む。
【００９２】
次に、ＰＣＭ２００は、ステップＳ１１にて、ＳＣＲ温度が予め設定されたＳＣＲ判定温度未満か否かを判定する。ＳＣＲ判定温度は、ＳＣＲ触媒４６がＮＯｘを浄化可能なＳＣＲ触媒４１の温度の下限値である。
【００９３】
ステップＳ１１の判定がＮＯであってＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度以上のときは、ＳＣＲ触媒４６でＮＯｘを浄化させればよいので、ＰＣＭ２００は、ステップＳ３０に進み通常制御を実施する。ステップＳ３０の後は、処理を終了する（ステップＳ１０に戻る）。
【００９４】
一方、ステップＳ１１の判定がＮＯであってＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度未満のときは、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、ＰＣＭ２００は、ＮＯｘ触媒温度が予め設定されたＮＯｘ触媒判定温度以上であるか否かを判定する。ＮＯｘ触媒判定温度は、ＮＯｘ触媒４１がＮＯｘを還元可能（ＮＯｘ触媒４１からＮＯｘが離脱可能）なＮＯｘ触媒４１の温度の下限値である。
【００９５】
ステップＳ１２の判定がＮＯであってＮＯｘ触媒温度がＮＯｘ触媒判定温度未満のときは、ＮＯｘ触媒４１からのＮＯｘの離脱はなくＮＯｘ離脱回避制御する必要はない。また、このときは、ＤｅＮＯｘ制御を実施してもＮＯｘを還元できない。従って、ステップＳ１２の判定がＮＯのときはステップＳ３０に進む。
【００９６】
一方、ステップＳ１２の判定がＹＥＳであってＮＯｘ触媒温度がＮＯｘ触媒判定温度以上のときは、ステップＳ１３に進む。
【００９７】
ステップＳ１３では、ＰＣＭ２００は、理論空燃比よりも高く且つ基準空燃比よりも低い、且つ、メイン空燃比が排気流量が前記の基準流量よりも大きい、という特定条件が成立しているか否かを判定する。排気流量は、エアフローセンサＳＮ２で検出された吸気量等を用いて推定される。メイン空燃比は、メイン噴射の噴射量と、吸気量と、ＥＧＲガス量等とに基づいて推定される。ここで、メイン噴射の噴射量は、通常制御時のメイン噴射の噴射量と同じ量であって要求エンジントルクが実現される量に設定される。なお、ＥＧＲガス量は、吸気量、エンジン回転数、吸気圧センサで検出された吸気圧等に基づいて推定される。
【００９８】
ステップＳ１３の判定がＹＥＳであって前記特定条件が成立しているときは、ステップＳ１４に進み、ＰＣＭ２００は、ＮＯｘ離脱回避制御を実施する。つまり、ＰＣＭ２００は、ポスト噴射を、ポスト噴射によって噴射された燃料が燃焼室６内で燃焼しないタイミングで実施するとともに、このポスト噴射の噴射量を、排気の空燃比がＮＯｘ離脱回避空燃比となる量にする。
【００９９】
ステップＳ１４の後は処理を終了する（ステップＳ１０に戻る）。
【０１００】
一方、ステップＳ１３の判定がＮＯであって、排気流量が基準流量未満である、あるいは、メイン空燃比が基準空燃比よりも高い、あるいは、メイン空燃比が理論空燃比よりも低いときは、処理Ａを実施する。図８は、処理Ａを示したフローチャートであり、ステップＳ１３の判定がＮＯのときは、図８に示したフローチャートのステップＳ２０に進む。なお、本実施形態では、前記のように、通常制御の実施時の混合気および排気の空燃比は理論空燃比よりも高い値に設定されている。また、ＤｅＮＯｘ制御の実施時も、ポスト噴射によって混合気および排気の空燃比を低下させるようにしており、メイン空燃比が理論空燃比よりも低くなることはない。
【０１０１】
ステップＳ２０では、ＰＣＭ２００は、第１領域Ｒ１でエンジンが運転されており、且つ、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が予め設定された第１判定値以上であるという条件が成立しているか否かを判定する。本実施形態では、第１判定値は、ＮＯｘ触媒４１が吸蔵可能なＮＯｘ量の最大値付近の値（例えば、最大値の２／３程度の値）に設定されている。なお、この第１判定値は、アクティブＤｅＮＯｘ制御が前回実施されてからの走行距離等に応じて変更されてもよい。
【０１０２】
ステップＳ２０の判定がＹＥＳであって、第１領域Ｒ１でエンジンが運転されており、且つ、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が第１判定値以上のときは、ＰＣＭ２００は、ステップＳ２１に進み、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実施する。
【０１０３】
ステップＳ２１の後は、ステップＳ２２に進み、ＰＣＭ２００は、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が予め設定された第２判定値以下になったか否かを判定する。第２判定値は、第１判定値よりも小さい値に設定されており、例えば０付近の値とされている。
【０１０４】
ステップＳ２２の判定がＮＯであってＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が第２判定値よりも大きいときは、ステップ２１に戻る。一方、ステップＳ２２の判定がＹＥＳであってＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が第２判定値以下になると、処理を終了する（アクティブＤｅＮＯｘ制御を停止し、ステップＳ１０に戻る）。つまり、本実施形態では、アクティブＤｅＮＯｘ制御は、基本的に、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が第２判定値以下の値に低下するまで継続して実施される。ただし、図示は省略したが、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量がまだ第２判定値以下の値に低下していないときであっても、ステップＳ１３の判定がＹＥＳとなってＮＯｘ離脱回避制御が実施されるとき、ステップＳ１１の判定がＮＯとなるとき、あるいは、ステップＳ１２の判定がＮＯになるときは、アクティブＤｅＮＯｘ制御は停止される。また、エンジンの運転領域が第１領域Ｒ１を外れたときも、アクティブＤｅＮＯｘ制御は停止される。
【０１０５】
ステップＳ２０に戻り、ステップＳ２０の判定がＮＯであって、第１領域Ｒ１でエンジンが運転されていない、あるいは、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が第１判定値未満であるときは、ステップＳ２３に進む。
【０１０６】
ステップＳ２３では、ＰＣＭ２００は、第２領域Ｒ２でエンジンが運転されており、且つ、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が予め設定された第３判定値以上であるという条件が成立しているか否かを判定する。第３判定値は、第１判定値よりも小さい値に設定されている。例えば、第３判定値は、ＮＯｘ触媒４１が吸蔵可能なＮＯｘ量の最大値の１／３程度の値に設定されている。
【０１０７】
ステップＳ２３の判定がＹＥＳであって、２領域Ｒ２でエンジンが運転されており、且つ、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が第３判定値以上のときは、ＰＣＭ２００は、ステップＳ２４に進む。
【０１０８】
ステップＳ２４では、ＰＣＭ２００は、前記の上限時間、つまり、パッシブＤｅＮＯｘ制御を継続して実施することのできる時間の上限値を、（２−３）で説明したように、ＳＣＲ触媒４６に吸着されているアンモニアの量であるアンモニア吸着量に基づいて設定する。
【０１０９】
ステップＳ２４の後はステップＳ２５に進み、ＰＣＭ２００は、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実施する。なお、この例に代えて、ステップＳ２３の判定がＹＥＳであっても、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実行頻度が高いときにはパッシブＤｅＮＯｘ制御を実施しないように構成してもよい。また、ステップＳ２３の判定がＹＥＳであっても、ポスト噴射の噴射量が所定量未満と少なくなってポスト噴射の実施によるＮＯｘの還元効果が少ないとわかっているときは（ポスト噴射の実施によるオイル希釈の問題の方が大きくなるときは）、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実施しないように構成してもよい。ステップＳ２５の後はステップＳ２６に進む。
【０１１０】
ステップＳ２６では、ＰＣＭ２００は、パッシブＤｅＮＯｘ制御を開始してから上限時間が経過した（パッシブＤｅＮＯｘ制御が継続して実施された時間が上限時間を超えた）という条件と、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が予め設定された第４判定値以下になったという条件の少なくとも一方が成立しているか否かを判定する。第４判定値は、第３判定値よりも小さい値に設定されており、例えば０付近の値とされている。
【０１１１】
ステップＳ２６の判定がＮＯであって、パッシブＤｅＮＯｘ制御を開始してから上限時間がまだ経過しておらず、且つ、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が第４判定値よりも大きいときはステップ２５に戻る。一方、ステップＳ２６の判定がＹＥＳであって、パッシブＤｅＮＯｘ制御を開始してから上限時間が経過した、あるいは、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が第４判定値以下になったときは、処理を終了する（パッシブＤｅＮＯｘ制御を停止し、ステップＳ１０に戻る）。つまり、本実施形態では、パッシブＤｅＮＯｘ制御は、基本的に、開始してから上限時間が経過するまで、あるいは、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が第４判定値以下の値に低下するまで、継続して実施される。ただし、図示は省略したが、パッシブＤｅＮＯｘ制御を開始してから上限時間が経過していないときであっても、また、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量がまだ第４判定値以下の値に低下していないときであっても、ステップＳ１１の判定がＮＯになる、ステップＳ１２判定がＮＯになる、あるいは、ステップＳ１３の判定がＹＥＳになると、パッシブＤｅＮＯｘ制御は停止される。また、エンジンの運転領域が第２領域Ｒ２を外れたときも、パッシブＤｅＮＯｘ制御は停止される。
【０１１２】
このように、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御は、ＳＣＲ温度が所定温度未満で、ＮＯｘ触媒温度が所定温度以上で、所定の領域（Ｒ１、Ｒ２）でエンジンが運転されており、且つ、ＮＯｘ吸蔵量が所定値（第１判定値、第３判定値）以上という条件が成立すると、ＤｅＮＯｘ制御（アクティブＤｅＮＯｘ制御、パッシブＤｅＮＯｘ制御）が実施されるようになっており、この条件が、前記ＤｅＮＯｘ条件である。
【０１１３】
（２−６）ＤＰＦ再生制御、ＤｅＳＯｘ制御
ＤＰＦ４４に捕集されたＰＭを除去してＤＰＦ４４の浄化能力を再生するための制御であるＤＰＦ再生制御について簡単に説明する。
【０１１４】
ＤＰＦ再生制御は、酸化触媒４２の温度が酸化反応が可能な温度であり、且つ、ＤＰＦ４４に捕集されているＰＭの量が所定値以上になると開始されてこのＰＭの量が所定値以下になると停止される。ＤＰＦ再生制御では、混合気の空燃比を理論空燃比よりも高くしつつ、ポスト噴射を、噴射された燃料が燃焼室６で燃焼しないタイミングで実施する。これにより、酸化触媒４２での未燃燃料と空気との酸化反応量が増大されて排気の温度ひいてはＤＰＦ４４の温度が高められ、ＤＰＦ４４に捕集されているＰＭが燃焼除去される。
【０１１５】
ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されたＳＯｘ（以下、適宜、吸蔵ＳＯｘという）を還元して除去するための制御であるＤｅＳＯｘ制御について簡単に説明する。
【０１１６】
吸蔵ＳＯｘは、前記のように、排気の空燃比が理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりも小さい状態で還元される。これに伴い、ＤｅＳＯｘ制御では、混合気および排気の空燃比を理論空燃比近傍である状態（λ≒１）あるいは理論空燃比よりも小さいリッチな状態（λ＜１）にするべく、メイン噴射に加えてポスト噴射を実施する。ただし、ＳＯｘはＮＯｘに比べて結合力が強いため、吸蔵ＳＯｘを還元するためには、ＤｅＮＯｘ制御時よりもＮＯｘ触媒４１の温度をより高温（６００℃程度）にする必要がある。
【０１１７】
そこで、本実施形態では、ＤｅＳＯｘ制御として、ＤｅＮＯｘ制御と同様にポスト噴射を行って混合気および排気の空燃比を理論空燃比近傍あるいはこれよりも低くするリッチステップと、混合気および排気の空燃比を理論空燃比よりも高くしつつポスト噴射を行って酸化触媒４２に空気と未燃の燃料とを供給してこれらを酸化触媒４２で酸化させるリーンステップとを、交互に実施する。これにより、酸化触媒４２での酸化反応を促進してＮＯｘ触媒４１の温度を高温にしつつ、排気の空燃比を低くして吸蔵ＳＯｘを還元する。
【０１１８】
（３）作用等
以上のように、本実施形態では、メイン空燃比が理論空燃比よりも高く且つ基準空燃比よりも低いとき、つまり、排気の空燃比が理論空燃比よりも高いものの十分に高くはないとき、且つ、排気の流量が基準流量よりも大きいとき、であって、ＮＯｘがＮＯｘ触媒４１から離脱した後還元されることなく排出される現象が生じやすいときに、ＮＯｘ離脱回避制御が実施される。そして、ポスト噴射が実施されて、排気の空燃比が理論空燃比近傍あるいはこれ以下に設定されたＮＯｘ離脱回避空燃比にされる。そのため、ＮＯｘ触媒４１から離脱したＮＯｘを確実に還元して排出することができる。従って、ＮＯｘの排気通路４０の外部への排出をより確実に抑制できる。
【０１１９】
一方で、前記現象が生じ難いときは、基本的に（ＤｅＮＯｘ制御時、ＤｅＳＯｘ制御時、ＤＰＦ制御時を除く）通常制御が実施される。そのため、気筒内の混合気の空燃比を要求されるエンジントルク等に応じた適切な空燃比にすることができる。
【０１２０】
また、前記のように、前記現象が生じやすいのは加速時である。これに対して、本実施形態では、ＮＯｘ離脱回避空燃比として、メイン噴射に加えてポスト噴射が実施される。そして、このメイン噴射の噴射量は、通常制御時と同様に、要求エンジントルクに応じて設定される設定される。そのため、要求エンジントルクを実現することができ加速性能を良好にできる。
【０１２１】
図９は、本実施形態に係るエンジンシステムが搭載された車両を加速させた時の各パラメータの時間変化を模式的に示したグラフである。図９には、上から順に、車速、エンジン回転数、排気流量、排気の空気過剰率λ、ポスト噴射の噴射量、メイン噴射の噴射量、ＮＯｘ触媒４１から放出されるＮＯｘの量であるＮＯｘ放出量が示されている。空燃比規制制御の実行フラグは、空燃比規制制御が実行されると１となりその他のときは０となるパラメータである。また、図９には、基準空燃比に対応する空気過剰率を基準空燃比として示している。
【０１２２】
図９において、実線が本実施形態に係る各パラメータの時間変化を示しており、破線は比較例であってＮＯｘ離脱回避制御を実施しなかったときの各パラメータの時間変化を示している。ここで、ＮＯｘ離脱回避制御を実施しない比較例ではメイン噴射のみが実施されており、破線で示した排気の空気過剰率λは、本実施形態に係るメイン空燃比に対応する排気の空気過剰率を表している。
【０１２３】
時刻ｔ１にてアクセルペダルが踏み込まれると、メイン噴射量が増大していく。これに伴いエンジン回転数、車速、および排気流量が増大していく。一方、タービン５１ａ、５２ａの応答遅れ等に伴い空気の増加がメイン噴射量の増大に追従しないことで、排気の空燃比および排気の空気過剰率λは低下していく。そして、時刻ｔ２になると、破線で示した排気の空気過剰率λは、１よりも高い範囲で基準空燃比に対応する空気過剰率よりも小さくなる。つまり、メイン空燃比が、理論空燃比よりも高い範囲で基準空燃比よりも小さくなる。しかし、時刻ｔ２ではまだ排気流量が基準流量よりも低い値であり、ＮＯｘ触媒４１から放出されるＮＯｘの量であるＮＯｘ放出量は小さく抑えられる。一方、時刻ｔ４になると、排気の空気過剰率λが、１よりも高い範囲で基準空燃比に対応する空気過剰率よりも小さい状態、すなわち、メイン空燃比が、理論空燃比よりも高い範囲で基準空燃比よりも小さい状態で、排気流量が基準流量を超える。
【０１２４】
このとき、比較例では、そのままメイン噴射のみが実施され続けるため、時刻ｔ４以後も、排気の空気過剰率λが１よりも高く且つ基準空燃比に対応する空気過剰率よりも低い状態、つまり、排気の空燃比が理論空燃比よりも高く且つ基準空燃比よりも低い状態であって、排気の空燃比が理論空燃比よりは高いものの十分に高くない状態で、排気流量が基準流量よりも大きいという状態が継続される。そのため、比較例では、時刻ｔ４以後、ＮＯｘ放出量が大きくなる。
【０１２５】
これに対して、本実施形態では、時刻ｔ４にて、ＮＯｘ離脱回避制御が開始される。つまり、時刻ｔ４にて、ポスト噴射が開始されて、排気の空燃比が理論空燃比近傍あるいはこれ以下に設定されたＮＯｘ離脱回避空燃比とされて、排気の空気過剰率λが十分に低くされる（本実施形態では、前記のように、排気の空気過剰率λが０．９８程度とされる）。そのため、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘは離脱および還元され、ＮＯｘ放出量が小さく抑えられる。
【０１２６】
その後は、時刻ｔ５にて、メイン空燃比が基準空燃比を上回るのに伴ってＮＯｘ離脱回避制御が停止されてポスト噴射が停止される。
【０１２７】
なお、図９は、別途、排気の空燃比が所定値以下に低下するのを規制する制御を実施するように構成された車両の例であり、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間は、この制御によって排気の空燃比（排気の空気過剰率）が所定値に維持されている。
【０１２８】
また、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御としてパッシブＤｅＮＯｘ制御を実施するとともに、パッシブＤｅＮＯｘ制御時の排気の空燃比（ＤｅＮＯｘ空燃比）を、ＮＯｘ離脱回避制御時の空燃比（ＮＯｘ離脱回避空燃比）よりも低くしている。
【０１２９】
そのため、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実施時に、ＮＯｘの還元を促進することができ、ＮＯｘ吸蔵量をより早期に低減できるとともに、ＮＯｘ離脱回避制御の実施に伴う燃費性能の悪化代を小さく抑えることができる。
【０１３０】
また、本実施形態では、パッシブＤｅＮＯｘ制御が継続して実施される時間の上限値（上限時間）が、ＳＣＲ触媒４６に吸着されているアンモニアの量が多いときの方が少ないときよりも短くされる。
【０１３１】
そのため、前記のように、アンモニアがＳＣＲ触媒４６をすり抜けて排気通路４０から外部に排出されるのを抑制しつつ、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実施によってＮＯｘ触媒４１の浄化性能を高く維持することができる。
【０１３２】
また、このようにパッシブＤｅＮＯｘ制御が継続して実施される時間が上限時間以下と短く抑えられることで、前記のように、パッシブＤｅＮＯｘ制御時の排気の空燃比を、ＮＯｘ離脱回避制御時よりも低くしても、この排気の空燃比の低下（ポスト噴射量の増量）に伴う燃費性能の悪化代を小さく抑えることができる。
【０１３３】
（４）変形例
前記実施形態では、ＤｅＮＯｘ空燃比と、ＮＯｘ離脱回避空燃比とを異なる値に設定した場合について説明したが、これらの値は同じであってもよい。また、これらの具体的な数値は前記に限らない。
【符号の説明】
【０１３４】
１  エンジン本体
１０  インジェクタ（燃料噴射装置）
４１  ＮＯｘ触媒
４７  ＳＣＲ触媒
２００  ＰＣＭ（制御手段）
【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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