(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】排気通路４０に設けられて排気ガス中のＮＯｘを吸蔵可能なＮＯｘ触媒４１と、気筒２内の空気と燃料の混合気の空燃比を変更可能な空燃比変更手段１０とを設け、排気ガスの流量が所定の基準流量以上のときは、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きい基準空燃比以上に維持されるように空燃比変更手段を制御する空燃比規制制御を実施し、排気ガスの流量が前記基準流量未満のときは、前記空燃比規制制御の実施を制限する。【選択図】図８
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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、
排気ガスの空燃比を変更可能な空燃比変更手段と、
前記空燃比変更手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、排気ガスの流量が所定の基準流量以上のときは、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きい基準空燃比以上に維持されるように前記空燃比変更手段を制御する空燃比規制制御を実施し、排気ガスの流量が前記基準流量未満のときは、前記空燃比規制制御の実施を制限する、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、
前記空燃比変更手段は、気筒内に燃料を噴射可能で且つその噴射量を増減可能な燃料噴射装置を有し、
前記制御手段は、排気ガスの流量が前記基準流量以上のときは、排気ガスの空燃比が前記基準空燃比になるような量の燃料を前記燃料噴射装置に噴射させる、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、
前記基準空燃比は、前記ＮＯｘ触媒の温度が高いときの方が低いときよりも高い値に設定される、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１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化制御装置において、
前記基準空燃比は、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量が多いときの方が少ないときよりも高い値に設定される、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、
前記基準空燃比は、前記ＮＯｘ触媒の温度が高いときの方が低いときよりも大きい値に設定され、且つ、前記ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上の場合において、前記ＮＯｘ触媒の温度が高いときの方が低いときよりも当該ＮＯｘ触媒の温度変化に対する前記基準空燃比の増加率が大きくなるように設定される、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化制御装置において、
前記ＮＯｘ触媒と一体に設けられて排気ガスを酸化可能な酸化触媒をさらに備える、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が離脱する場合がある。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、排気ガスの空燃比を変更可能な空燃比変更手段と、前記空燃比変更手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、排気ガスの流量が所定の基準流量以上のときは、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きい基準空燃比以上に維持されるように前記空燃比変更手段を制御する空燃比規制制御を実施し、排気ガスの流量が前記基準流量未満のときは、前記空燃比規制制御の実施を制限する、ことを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
この装置によれば、排気ガスの流量が基準流量以上と多いとき、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という現象が生じやすいときに、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きい基準空燃比以上に維持されて、つまり、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな基準空燃比あるいはこれよりもさらにリーンに維持されて、ＮＯｘ触媒に導入されるＨＣやＣＯの量が少なくされる。そのため、ＮＯｘがＮＯｘ触媒から離脱すること自体を抑制でき、ＮＯｘの排気通路の外部への排出をより確実に抑制できる。
【００１１】
一方で、排気ガスの流量が基準流量未満であって前記現象が生じ難いときは、排気ガスの空燃比が基準空燃比未満になることが制限されない。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。
【００１２】
前記構成において、前記空燃比変更手段は、気筒内に燃料を噴射可能で且つその噴射量を増減可能な燃料噴射装置を有し、前記制御手段は、排気ガスの流量が前記基準流量以上のときは、排気ガスの空燃比が前記基準空燃比になるような量の燃料を前記燃料噴射装置に噴射させる、のが好ましい（請求項２）。
【００１３】
この構成によれば、気筒内に噴射する燃料の量を増減するという簡単な構成で排気ガスの空燃比を変更できる。また、この構成によれば、排気ガスの空燃比が基準空燃比になるように気筒内に噴射される燃料の量が調整される。そのため、前記現象が生じるのを回避しつつ、排気ガスの空燃比が過剰に高くなるのを防止できる。
【００１４】
ここで、本願発明者らは、ＮＯｘ触媒の温度が高いときの方が低いときよりも、ＮＯｘ触媒からＮＯｘが離脱しやすいという知見を得た。
【００１５】
従って、前記構成において、前記基準空燃比は、前記ＮＯｘ触媒の温度が高いときの方が低いときよりも高い値に設定される、のが好ましい（請求項３）。
【００１６】
この構成によれば、ＮＯｘ触媒の温度が高くＮＯｘ触媒からＮＯｘが離脱しやすいときに、排気の空燃比を高くしてＮＯｘ触媒に導入されるＨＣやＣＯの量をより少なくすることができ、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの排出をより確実に抑制できるとともに、ＮＯｘ触媒の温度が低くＮＯｘ触媒からＮＯｘが離脱しにくいときには、排気の空燃比を比較的低く抑えてエンジントルクを確保することができる。
【００１７】
本願発明者らは、さらに、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量が多いときの方が少ないときよりも、ＮＯｘ触媒からＮＯｘが離脱しやすいという知見を得た。
【００１８】
従って、前記構成において、前記基準空燃比は、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量が多いときの方が少ないときよりも高い値に設定される、のが好ましい（請求項４）。
【００１９】
この構成によれば、ＮＯｘ吸蔵量が多くＮＯｘ触媒からＮＯｘが離脱しやすいときに、ＮＯｘ触媒に導入されるＨＣやＣＯの量をより少なくすることができ、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの排出をより確実に抑制できるとともに、ＮＯｘ吸蔵量が少なくＮＯｘ触媒からＮＯｘが離脱しにくいときには、排気の空燃比を比較的低く抑えてエンジントルクを確保することができる。
【００２０】
また、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上のときは、ＮＯｘ触媒の温度が高いときの方が低いときよりもＮＯｘ触媒の温度変化に対するＮＯｘ触媒から離脱されるＮＯｘ量の増大率が大きくなることが分かった。
【００２１】
従って、前記構成において、前記基準空燃比が、前記ＮＯｘ触媒の温度が高いときの方が低いときよりも大きい値に設定され、且つ、前記ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上の場合において、前記ＮＯｘ触媒の温度が高いときの方が低いときよりも当該ＮＯｘ触媒の温度変化に対する前記基準空燃比の増加率が大きくなるように設定される、ように構成すれば、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの排出をより少なく抑えることができる（請求項５）。
【００２２】
前記構成において、前記ＮＯｘ触媒と一体に設けられて排気ガスを酸化可能な酸化触媒をさらに備える、のが好ましい（請求項６）。
【００２３】
この構成によれば、酸化触媒での酸化反応に伴ってＮＯｘ触媒の温度が高くなり、ＮＯｘ触媒からＮＯｘが離脱しやすくなったときにも、前記のようにこのＮＯｘの離脱を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ＮＯｘの外部への排出をより確実に抑制できる。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】ＮＯｘ触媒の温度と、ＮＯｘ吸蔵量と、未還元離脱ＮＯｘの量との関係を示したグラフである。
【図７】ＮＯｘ触媒の温度と、ＮＯｘ吸蔵量と、基準空燃比との関係を示したグラフである。
【図８】ＤｅＮＯｘ制御およびＮＯｘ離脱回避制御の流れ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。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、尿素から生成されたこの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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、Ｆ：排気ガスに含まれる燃料（Ｈ）に対するＡ：排気ガスに含まれる空気（酸素）の割合）が理論空燃比よりも大きい、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、理論空燃比よりも小さい、つまり、排気の空燃比が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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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。
【００５３】
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過給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。
【００５４】
（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。
【００５５】
通常制御では、ＰＣＭ２００は、まず、アクセル開度センサＳＮ７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。
【００５６】
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。
【００５７】
（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。
【００５８】
本実施形態では、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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は全閉にされる。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
（２−３）ＮＯｘ離脱回避制御（空燃比規制制御）
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
以上より、本実施形態では、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に、排気流量が予め設定された基準流量以上のときに、排気の空燃比を、理論空燃比よりも大きい値（リーン側）に設定された基準空燃比に維持するというＮＯｘ離脱回避制御（空燃比規制制御）を実施する。つまり、排気流量が基準流量以上のときに、加速等に伴って排気の空燃比が基準空燃比未満（基準空燃比よりもリッチ）になると、排気の空燃比を基準空燃比まで高くする（リーンにする）。そして、これによって、ＮＯｘ触媒４１からＮＯｘが離脱すること自体を抑制する。
【００７７】
本実施形態では、排気流量が基準流量以上のときに、メイン噴射の噴射量を通常制御時の量から低下させることで排気の空燃比を基準空燃比まで高くする。このように、本実施形態では、インジェクタ１０によって実施されるメイン噴射の噴射量を変更することで混合気の空燃比を変更し、これにより排気の空燃比を変更しており、インジェクタ１０が、請求項における空燃比変更手段として機能する。
【００７８】
基準流量は、未還元離脱ＮＯｘの量が予め設定された所定値Ｍ１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。
【００７９】
また、基準空燃比は、未還元離脱ＮＯｘの量が所定値Ｍ１以下となる排気の空燃比の最小値に設定されている。
【００８０】
ここで、本願発明者らは、未還元離脱ＮＯｘの量が多くなる運転条件についてさらに詳細に調べた結果、未還元離脱ＮＯｘの量は、ＮＯｘ触媒４１の温度およびＮＯｘ触媒４１に吸蔵されているＮＯｘの量によっても変化することを突き止めた。
【００８１】
図６は、ＮＯｘ触媒４１の温度であるＮＯｘ触媒温度を横軸とし、未還元離脱ＮＯｘの量を縦軸としたグラフである。また、このグラフにおいて、ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が異なるときのラインであって、ラインＬ１が最もＮＯｘ吸蔵量が多いライン、ラインＬ３が最もＮＯｘ吸蔵量が少ないラインである。図６に示されるように、ＮＯｘ触媒４１の温度が高いほど、また、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が多いほど、未還元離脱ＮＯｘの量は多くなる。
【００８２】
従って、未還元離脱ＮＯｘの量が所定値Ｍ１以下となる排気の空燃比の最小値は、ＮＯｘ触媒４１の温度が高いほど高くなり、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が多いほど高くなる。これに伴い、本実施形態では、ＮＯｘ触媒４１の温度が高いほど基準空燃比を高い値に設定するとともに、ＮＯｘ吸蔵量が多いほど基準空燃比を高い値に設定する。
【００８３】
また、図６に示されるように、ラインＬ１であってＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が所定量以上のときは、ＮＯｘ触媒４１の温度が高い方が、ＮＯｘ触媒４１の温度変化に対する未還元離脱ＮＯｘの量の変化割合が大きくなる。これに伴い、本実施形態では、ＮＯｘ触媒４１の温度が高い方が、ＮＯｘ触媒４１の温度変化に対する基準空燃比の変化割合が大きくなるように、基準空燃比を設定する。具体的には、図７に示すように基準空燃比を設定する。図７は、ＮＯｘ触媒４１の温度を横軸とし、基準空燃比を縦軸としたグラフである。また、このグラフにおいて、ラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３は、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が異なるときのラインであって、ラインＬ１１が最もＮＯｘ吸蔵量が多いライン、ラインＬ１３が最もＮＯｘ吸蔵量が少ないラインである。
【００８４】
（２−４）ＤｅＮＯｘ制御およびＮＯｘ離脱回避制御の流れ
図８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。
【００８５】
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４１の温度であるＮＯｘ触媒温度、ＳＣＲ４６の温度であるＳＣＲ温度、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されているＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量を読み込む。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量が推定されて、このＮＯｘ量が積算されていくことで推定される。
【００８６】
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。
【００８７】
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）。
【００８８】
一方、ステップＳ１１の判定がＹＥＳ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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。ステップＳ１３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吸蔵量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吸蔵量判定値は、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吸蔵量判定値は、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。
【００９１】
ステップＳ１３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吸蔵量判定値以上のときは、ＰＣＭ２００は、ステップＳ１４に進み、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実施する。
【００９２】
ステップＳ１４の後は、ステップＳ１５に進み、ＰＣＭ２００は、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が予め設定された第２吸蔵量判定値以下になったか否かを判定する。第２吸蔵量判定値は、第１吸蔵量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。
【００９３】
ステップＳ１５の判定がＮＯであってＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が第２吸蔵量判定値よりも大きいときは、ステップ１４に戻る。一方、ステップＳ１５の判定がＹＥＳであってＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が第２吸蔵量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吸蔵量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吸蔵量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ＹＥＳとなる、あるいは、ステップＳ１２の判定がＮＯになると、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。
【００９４】
ステップＳ１３に戻り、ステップＳ１３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吸蔵量判定値未満であるときは、ステップＳ１６に進む。
【００９５】
ステップＳ１６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吸蔵量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吸蔵量判定値は、第１吸蔵量判定値よりも小さい値に設定されている。例えば、第３吸蔵量判定値は、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。
【００９６】
ステップＳ１６の判定がＹＥＳであって、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吸蔵量が第３吸蔵量判定値以上のときは、ＰＣＭ２００は、ステップＳ１７に進み、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Ｓ１６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Ｓ１６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。
【００９７】
ステップＳ１７の後は、ステップＳ１８に進み、ＰＣＭ２００は、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が予め設定された第４吸蔵量判定値以下になったか否かを判定する。第４吸蔵量判定値は、第３吸蔵量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。
【００９８】
ステップＳ１８の判定がＮＯであってＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が第４吸蔵量判定値よりも大きいときは、ステップ１７に戻る。一方、ステップＳ１８の判定がＹＥＳであってＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が第４吸蔵量判定値以下になると、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、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が第４吸蔵量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４吸蔵量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となる、あるいは、ステップＳ１２の判定がＮＯ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。
【００９９】
一方、ステップＳ１６の判定がＮＯであって、第２領域Ｒ２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３吸蔵量判定値未満のときは、ステップＳ１９に進む。
【０１００】
ステップＳ１９では、ＰＣＭ２００は、排気流量が基準流量以上であるか否かを判定する。この判定がＮＯであって排気流量が基準流量未満のときは、ＰＣＭ２００は、ステップＳ３０に進む。一方、この判定がＹＥＳであって排気流量が基準流量以上のときは、ＰＣＭ２００は、ステップＳ２０に進み、ＮＯｘ離脱回避制御を実施する。
【０１０１】
具体的には、まず、ステップＳ２０において、ＰＣＭ２００は、基準空燃比を設定するとともに、排気の空燃比が基準空燃比となるようなメイン噴射の噴射量である離脱回避用噴射量を設定する。
【０１０２】
前記のように、本実施形態では、ＮＯｘ触媒４１の温度が高いほど基準空燃比が高くなり、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ吸蔵量が多いほど基準空燃比が高くなるように基準空燃比が設定される。また、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上のときは、ＮＯｘ触媒４１の温度が高い方がＮＯｘ触媒４１の温度変化に対する基準空燃比の変化割合（増加率）が大きくなるように、基準空燃比が設定される。
【０１０３】
基準空燃比が設定されると、次に、ＰＣＭ２００は、エアフローセンサＳＮ２により検出された吸気量、吸気圧センサＳＮ３で検出された吸気圧等と、基準空燃比とに基づいて、排気の空燃比が基準空燃比となるようなメイン噴射の噴射量を離脱回避用噴射量として算出する。
【０１０４】
ステップＳ２０の次は、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、ＰＣＭ２００は、ステップＳ２０で算出した離脱回避用噴射量と、仮に通常制御を実施したときのメイン噴射量である目標メイン噴射量（以下、通常目標メイン噴射量という）とを比較する。つまり、ＰＣＭ２００は、常時、通常目標メイン噴射量を、前記のように、要求エンジントルクとエンジン回転数等から算出しており、この値と離脱回避用噴射量とを比較する。ステップＳ２１では、通常目標メイン噴射量が離脱回避用噴射量より大きいか否かを判定する。
【０１０５】
ステップＳ２１の判定がＮＯであって通常目標メイン噴射量が離脱回避用噴射量以下のときは、通常目標メイン噴射量の燃料をメイン噴射しても空燃比は基準空燃比以上に維持される。従って、ステップＳ２１の判定がＮＯのときは、ステップＳ３０に進み通常制御を実施する。つまり、通常目標メイン噴射量の燃料をメイン噴射によって燃焼室６内に噴射させる。
【０１０６】
一方、ステップＳ２１の判定がＹＥＳであって通常目標メイン噴射量が離脱回避用噴射量より大きいときは、仮に通常目標メイン噴射量の燃料を燃焼室６内に噴射すると、排気の空燃比が基準空燃比よりも小さくなる。そこで、ステップＳ２１の判定がＮＯのときは、ステップＳ２２に進み、メイン噴射の噴射量を離脱回避用噴射量とし、この離脱回避用噴射量の燃料をメイン噴射によって燃焼室６内に噴射させる。ステップＳ２２の後は、処理を終了する（ステップＳ１０に戻る）。これにより、ステップＳ１９の判定がＹＥＳであって排気流量が基準流量以上のときは、排気の空燃比が基準空燃比以上に維持される。
【０１０７】
（２−５）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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
（３）作用等
以上のように、本実施形態では、排気の流量が基準流量以上のときは、排気の空燃比が理論空燃比よりも高い基準空燃比に維持されるようにメイン噴射の噴射量を変更するＮＯｘ離脱回避制御（空燃比規制制御）を実施し、排気の流量が基準流量未満のときはＮＯｘ離脱回避制御（空燃比規制制御）を実施せず通常制御を実施する。
【０１１３】
そのため、排気の流量が基準流量以上と多いときであって、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、排気の空燃比が理論空燃比よりも高い基準空燃比に維持されて、ＮＯｘ触媒４１に導入されるＨＣやＣＯの量が少なくされる。そのため、ＮＯｘがＮＯｘ触媒４１から離脱すること自体を抑制して、ＮＯｘが還元されることなくＮＯｘ触媒４１から排出されるという現象が生じるのを抑制できる。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。
【０１１４】
一方で、排気の流量が基準流量未満であって前記現象が生じ難いときは、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。
【０１１５】
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示したグラフである。この図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、ＮＯｘ離脱回避制御の実行フラグ、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。ＮＯｘ離脱回避制御の実行フラグは、ＮＯｘ離脱回避制御が実行されると、つまり、メイン噴射量が通常制御時のメイン噴射量（前記の通常目標メイン噴射量）よりも小さくされると、１となり、その他のときは０となるパラメータである。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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ｔ３にて、排気流量が基準流量を超え、排気の空燃比が基準空燃比よりも低くなる。なお、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。
【０１１８】
比較例では、時刻ｔ３以後も、排気流量が基準流量を超え、且つ、排気の空燃比が基準空燃比よりも低い状態（排気の空気過剰率λが基準空燃比に対応する空気過剰率よりも低い状態）が継続される。そのため、比較例では、時刻ｔ３以後、ＮＯｘ放出量が大きくなる。これに対して、本実施形態では、時刻ｔ３にて、ＮＯｘ離脱回避制御が開始され、メイン噴射量が低減されて排気の空燃比が基準空燃比まで高められる（排気の空気過剰率λが基準空燃比に対応する空気過剰率まで高められる）。これにより、本実施形態ではＮＯｘ放出量が小さく抑えられる。
【０１１９】
図９の例では、時刻ｔ４にて、排気の空燃比が基準空燃比よりも高くなることで（排気の空気過剰率λが基準空燃比に対応する空気過剰率よりも高くなることで）、ＮＯｘ離脱回避制御は停止され、メイン噴射量が通常制御時と同程度の量となる。
【０１２０】
ここで、図９に示されるように、加速初期は排気流量は比較的小さく、ＮＯｘ離脱回避制御が実施されるのは加速が開始してから所定時間が経過した後である。そのため、本実施形態によれば、排気の流量が基準流量未満ではＮＯｘ離脱回避制御を実施せず、排気流量が基準流量以上になってはじめてＮＯｘ離脱回避制御を実施していることで、加速初期の加速性能を確保することができ、加速感を良好にできる。
【０１２１】
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ｔ２から時刻ｔ３の間は、この制御によって排気の空燃比が所定値に維持されている。
【０１２２】
また、本実施形態では、基準空燃比が、ＮＯｘ触媒４１の温度が高いときの方が低いときよりも大きい値に設定される。そのため、ＮＯｘ触媒４１の温度が高くＮＯｘ触媒４１からＮＯｘが離脱しやすいときに、ＮＯｘ触媒４１に導入されるＨＣやＣＯの量をより少なくすることができ、ＮＯｘ触媒４１からのＮＯｘの排出をより確実に抑制できる。
【０１２３】
特に、本実施形態では、ＮＯｘ触媒４１と酸化触媒４２とが一体に設けられており、酸化触媒４２での酸化反応に伴ってＮＯｘ触媒４１の温度が高くなって、ＮＯｘ触媒４１からＮＯｘが離脱しやすくなる。これに対して、前記のように、ＮＯｘ触媒４１の温度が高いときの方が低いときよりも大きい値に設定されていることで、ＮＯｘ触媒４１からのＮＯｘの排出をより確実に抑制できる。
【０１２４】
また、本実施形態では、基準空燃比が、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されているＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量が多いときの方が少ないときよりも高い値に設定される。そのため、ＮＯｘ吸蔵量が多くＮＯｘ触媒４１からＮＯｘが離脱しやすいときに、ＮＯｘ触媒４１に導入されるＨＣやＣＯの量をより少なくすることができ、ＮＯｘ触媒４１からのＮＯｘの排出をより確実に抑制できる。
【０１２５】
また、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上の場合において、基準空燃比が、ＮＯｘ触媒４１の温度が高いときの方が低いときよりもＮＯｘ触媒４１の温度変化に対する基準空燃比の増加率が大きくなるように設定される。そのため、ＮＯｘ触媒４１からのＮＯｘの排出をより少なく抑えることができる。
【０１２６】
（４）変形例
前記実施形態では、メイン噴射の噴射量を変更することで混合気および排気の空燃比を変更した場合について説明したが、燃焼室６に導入される空気の量を変更することでこの空燃比を変更してもよい。ただし、メイン噴射の噴射量を変更すれば、容易に且つ迅速に混合気および排気の空燃比を変更できる。
【０１２７】
また、前記実施形態では、ＮＯｘ離脱回避制御において、排気の空燃比を基準空燃比に変更する場合について説明したが、この空燃比を基準空燃比よりも大きい値（リーンな値）に変更してもよい。ただし、排気の空燃比を基準空燃比に変更すれば、空燃比の変更量ひいてはメイン噴射の噴射量の変更量を小さく抑えることができる。従って、加速時にメイン噴射の噴射量を多く確保することができ加速性能の悪化を防止できる。また、空燃比が過剰に高くなるのが抑制される。
【符号の説明】
【０１２８】
１  エンジン本体
１０  インジェクタ（空燃比変更手段）
４１  ＮＯｘ触媒
４２  酸化触媒
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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