(57)【要約】【課題】ＮＯｘを適切に浄化しつつＮＨ３のＳＣＲ触媒の下流側へのすり抜けを抑制する。【解決手段】排気通路４０に、ＮＯｘ触媒４１とＳＣＲ触媒４６とを設けたエンジンにおいて、排気ガスの空気過剰率λを変更する空気過剰率変更手段１０と、排気通路４０のＮＯｘ触媒４１とＳＣＲ触媒４６との間の部分に、ＮＨ３の原料あるいはＮＨ３からなるＳＣＲ用還元剤を供給するＳＣＲ用還元剤供給手段４５を設けるとともに、ＮＯｘ触媒４１を再生する再生制御時の排気ガスの空気過剰率λが小さい場合は、大きい場合よりもＳＣＲ用還元剤供給手段４５から排気通路４０に供給されるＳＣＲ用還元剤の量が少なくなるようにＳＣＲ用還元剤供給手段４５を制御する。【選択図】図１
2019065824.tif 000002
【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、前記排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、当該ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたＳＣＲ触媒と、を有するエンジンの排気浄化制御装置であって、
排気ガスの空気過剰率を変更する空気過剰率変更手段と、
前記排気通路のうち前記ＮＯｘ触媒と前記ＳＣＲ触媒との間に、ＮＨ３の原料あるいはＮＨ３からなるＳＣＲ用還元剤を供給するＳＣＲ用還元剤供給手段と、
前記空気過剰率変更手段と前記ＳＣＲ用還元剤供給手段とを制御するとともに、前記空気過剰率変更手段によって排気ガスの空気過剰率を１以下にして前記ＮＯｘ触媒を再生する再生制御を実施する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記再生制御時の排気ガスの空気過剰率が小さい場合は、大きい場合よりも前記ＳＣＲ用還元剤供給手段から前記排気通路に供給されるＳＣＲ用還元剤の量が少なくなるように前記ＳＣＲ用還元剤供給手段を制御する、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であって、
前記制御手段は、前記再生制御時の排気ガスの空気過剰率が大きい方が、排気ガスの空気過剰率に対する前記ＳＣＲ用還元剤の供給量の変化率が大きくなるように、前記ＳＣＲ用還元剤供給手段を制御する、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であって、
前記制御手段は、前記再生制御が終了してから所定の期間が経過するまでは、前記再生制御が終了してから前記所定の期間が経過した後よりも、前記ＳＣＲ用還元剤供給手段から前記排気通路に供給される前記ＳＣＲ用還元剤の量が少なくなるように、前記ＳＣＲ用還元剤供給手段を制御するとともに、
前記再生制御の開始に伴って前記ＮＯｘ触媒からＮＨ３が放出される時期であるＮＨ３放出開始時期を推定するとともに、このＮＨ３放出開始時期から前記再生制御の終了時期までの間に前記ＮＯｘ触媒から放出されたＮＨ３の総量を推定して、推定した当該ＮＨ３の放出量の総量が大きい方が、前記再生制御が終了してから前記所定の期間が経過するまでの間に前記ＳＣＲ用還元剤供給手段から前記排気通路に供給される前記ＳＣＲ用還元剤の量が少なくなるように、前記ＳＣＲ用還元剤供給手段を制御する、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】
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、前記排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、当該ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたＳＣＲ触媒と、を有するエンジンの排気浄化制御装置であって、
排気ガスの空気過剰率を変更する空気過剰率変更手段と、
前記排気通路のうち前記ＮＯｘ触媒と前記ＳＣＲ触媒との間に、ＮＨ３の原料あるいはＮＨ３からなるＳＣＲ用還元剤を供給するＳＣＲ用還元剤供給手段と、
前記空気過剰率変更手段と前記ＳＣＲ用還元剤供給手段とを制御するとともに、前記空気過剰率変更手段によって排気ガスの空気過剰率を１以下にして前記ＮＯｘ触媒を再生する再生制御を実施する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記再生制御時に、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されている酸素が減少する速度である吸蔵酸素減少速度を推定するとともに、当該吸蔵酸素減少速度が大きい場合は、小さい場合よりも前記ＳＣＲ用還元剤供給手段から前記排気通路に供給される前記ＳＣＲ用還元剤の量が少なくなるように前記ＳＣＲ用還元剤供給手段を制御する、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、
前記制御手段は、前記吸蔵酸素減少速度を排気ガスの空気過剰率と排気ガスの流量とに基づいて算出する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。
【請求項６】
請求項５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、前記吸蔵酸素減少速度を、当該吸蔵酸素減少速度をＭｒｅＯ２とし、排気ガスの空気過剰率をλとし、排気ガスの流量をＭｅｘとして、以下の式（１）で算出する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。
ＭｒｅＯ２＝（１−λ）×Ｍｅｘ・・・（１）
【請求項７】
請求項６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、前記式（１）で算出される値に補正係数を掛けて、式（１）で算出される前記吸蔵酸素減少速度を補正し、
前記補正係数は、排気ガスの空気過剰率が小さい方が大きい値になるように設定されている、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載のエンジンの排気浄化制御装置において、
前記補正係数は、前記ＮＯｘ触媒の温度が高い方が大きい値になるように設定されている、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載のエンジンの排気浄化制御装置において、
前記補正係数は、排気ガスの流量が小さい方が大きい値になるように設定されている、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、排気通路にＮＯｘ触媒とＳＣＲ触媒とを備えたエンジンの排気浄化制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンから排出されたＮＯｘを浄化するために排気通路に触媒等を設けることが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、排気ガスの空気過剰率が１より大きいときつまり排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンな状態にあるときに、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの空気過剰率が１以下の状態で吸蔵したＮＯｘを還元する、ＮＯｘ吸蔵還元型のＮＯｘ触媒を排気通路に設け、且つ、排気通路のうちＮＯｘ触媒よりも下流側に、ＮＨ３（アンモニア）との反応によって排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒を設けたエンジンが開示されている。このエンジンでは、排気通路のＳＣＲ触媒よりも上流側にＮＨ３の原料となるアンモニア化合物を噴射するアンモニア化合物噴射装置が設けられており、この装置によって噴射されたアンモニア化合物からＮＨ３が生成されて、ＳＣＲ触媒内でＮＯｘが浄化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５１８３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、前記のようなＮＯｘ吸蔵還元型のＮＯｘ触媒では、ＮＯｘ触に吸蔵されているＮＯｘが還元されるときに、吸蔵していたＮＯｘ中の「Ｎ」と導入された還元剤であるＨ等が結合することで、ＮＨ３が生成される。
【０００６】
従って、特許文献１のように、ＮＯｘ触媒の下流側にＳＣＲ触媒が設けられ、排気通路にＮＨ３やＮＨ３の原料となる物質を供給する装置が設けられたエンジンにおいて、単純に一定量のＮＨ３やＮＨ３の原料となる物質が排気通路に供給されるように構成すると、ＮＯｘ触媒でＮＯｘが還元されるときに、ＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ３の量が過大となり、多くのＮＨ３がＳＣＲ触媒よりも下流側にすり抜けるおそれがある。
【０００７】
これに対して、ＮＯｘ触媒でＮＯｘが還元される時等に、前記装置から排気通路に供給されるＮＨ３等の物質の量を少なくすることが考えられる。しかし、この低減量が適切に制御されなければ、やはり、ＮＨ３がＳＣＲ触媒よりも下流側にすり抜けるという問題が生じる。あるいは、ＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ３が不足して、ＳＣＲ触媒にてＮＯｘが適切に浄化されないという問題が生じる。
【０００８】
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を適切に浄化しつつＮＨ３のＳＣＲ触媒の下流側へのすり抜けを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】
【０００９】
前記課題を解決するために、本願発明者らは、鋭意研究の結果、酸素吸蔵能を有するＮＯｘ吸蔵還元型のＮＯｘ触媒を用いたときには、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するべく排気ガスの空気過剰率を１以下にしてＮＯｘ触媒を再生する再生制御を実施してもすぐにはＮＯｘ触媒からＮＨ３が放出されず、再生制御を開始してからＮＯｘ触媒からＮＨ３が放出され始めるまでの間に、所定の遅れ時間があることを突き止めた。さらに、本願発明者らは、前記遅れ時間は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されている酸素の低減速度である吸蔵酸素減少速度と相関が高く、吸蔵酸素減少速度が小さい方が前記遅れ時間が長くなることを突き止めた。ここで、前記遅れ時間が短い方が、長い方よりも、再生制御を開始した後、ＮＯｘ触媒から放出されてＳＣＲ触媒に供給されてこれに蓄積（吸蔵）されるＮＨ３の量は多くなる。従って、仮に、再生制御時に、遅れ時間によらず一定量のＮＨ３やこれの原料を別途排気通路に供給すると、ＳＣＲ触媒内のＮＨ３が過大あるいは不足するおそれがある。
【００１０】
本願発明は、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、前記排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、当該ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたＳＣＲ触媒と、を有するエンジンの排気浄化制御装置であって、排気ガスの空気過剰率を変更する空気過剰率変更手段と、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ触媒と前記ＳＣＲ触媒との間に、ＮＨ３の原料あるいはＮＨ３からなるＳＣＲ用還元剤を供給するＳＣＲ用還元剤供給手段と、前記空気過剰率変更手段と前記ＳＣＲ用還元剤供給手段とを制御するとともに、前記空気過剰率変更手段によって排気ガスの空気過剰率を１以下にして前記ＮＯｘ触媒を再生する再生制御を実施する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記再生制御時の排気ガスの空気過剰率が小さい場合は、大きい場合よりも前記ＳＣＲ用還元剤供給手段から前記排気通路に供給されるＳＣＲ用還元剤の量が少なくなるように前記ＳＣＲ用還元剤供給手段を制御する、ことを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
本願発明者らの知見によれば、排気ガスの空気過剰率が小さい方が、ＮＯｘ触媒に吸蔵されている酸素の低減速度である吸蔵酸素減少速度が大きくなる。
【００１２】
これに対して、この装置では、再生制御時の排気ガスの空気過剰率が小さい場合は、大きい場合よりもＳＣＲ用還元剤供給手段から排気通路に供給されるＳＣＲ用還元剤の量が少なくなるように制御される。つまり、この装置では、排気ガスの空気過剰率が小さいことに伴って吸蔵酸素減少速度が大きくなり前記遅れ時間が短い場合、さらには、この遅れ時間が短いことに伴ってＮＯｘ触媒から放出されてＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ３の総量が多くなる場合に、排気通路に供給されるＳＣＲ用還元剤の量が少なくされる。
【００１３】
従って、再生制御時に、ＮＯｘ触媒からＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ３と、ＳＣＲ用還元剤供給手段によってＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ３の量とを合わせた量であって、ＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ３の全量を適切な量に維持することができ、ＳＣＲ触媒においてＮＯｘを適切に浄化しつつＮＨ３のＳＣＲ触媒の下流側へのすり抜けを抑制することができる。
【００１４】
また、本願発明者らの知見によれば、排気ガスの空気過剰率と吸蔵酸素減少速度とは比例せず、排気ガスの空気過剰率が大きい方が、排気ガスの空気過剰率に対する吸蔵酸素減少速度の変化率が大きくなる。
【００１５】
従って、前記構成において、前記制御手段は、前記再生制御時の排気ガスの空気過剰率が大きい方が、排気ガスの空気過剰率に対する前記ＳＣＲ用還元剤の供給量の変化率が大きくなるように、前記ＳＣＲ用還元剤供給手段を制御するのが好ましい（請求項２）。
【００１６】
このようにすれば、ＮＯｘ触媒からＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ３と、ＳＣＲ用還元剤供給手段によってＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ３の量とを合わせた量を、より確実に適切な量に維持することができる。
【００１７】
前記構成において、前記制御手段は、前記再生制御が終了してから所定の期間が経過するまでは、前記再生制御が終了してから前記所定の期間が経過した後よりも、前記ＳＣＲ用還元剤供給手段から前記排気通路に供給される前記ＳＣＲ用還元剤の量が少なくなるように、前記ＳＣＲ用還元剤供給手段を制御するとともに、前記再生制御の開始に伴って前記ＮＯｘ触媒からＮＨ３が放出される時期であるＮＨ３放出開始時期を推定するとともに、このＮＨ３放出開始時期から前記再生制御の終了時期までの間に前記ＮＯｘ触媒から放出されたＮＨ３の総量を推定して、推定した当該ＮＨ３の放出量の総量が大きい方が、前記再生制御が終了してから前記所定の期間が経過するまでの間に前記ＳＣＲ用還元剤供給手段から前記排気通路に供給される前記ＳＣＲ用還元剤の量が少なくなるように、前記ＳＣＲ用還元剤供給手段を制御するのが好ましい（請求項３）。
【００１８】
このようにすれば、再生制御が終了してから所定の期間が経過するまでの間であって、再生制御の実施に伴ってＳＣＲ触媒内のＮＨ３の量が多くなっているときに、多量のＳＣＲ用還元剤がＳＣＲ触媒に供給されるのを防止することができ、ＳＣＲ触媒の下流側に多量のＳＣＲ用還元剤がすり抜けるのを抑制できる。
【００１９】
また、本願発明は、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、前記排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、当該ＮＯｘ触媒の下流側に設けられたＳＣＲ触媒と、を有するエンジンの排気浄化制御装置であって、排気ガスの空気過剰率を変更する空気過剰率変更手段と、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ触媒と前記ＳＣＲ触媒との間に、ＮＨ３の原料あるいはＮＨ３からなるＳＣＲ用還元剤を供給するＳＣＲ用還元剤供給手段と、前記空気過剰率変更手段と前記ＳＣＲ用還元剤供給手段とを制御するとともに、前記空気過剰率変更手段によって排気ガスの空気過剰率を１以下にして前記ＮＯｘ触媒を再生する再生制御を実施する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記再生制御時に、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されている酸素が減少する速度である吸蔵酸素減少速度を推定するとともに、当該吸蔵酸素減少速度が大きい場合は、小さい場合よりも前記ＳＣＲ用還元剤供給手段から前記排気通路に供給される前記ＳＣＲ用還元剤の量が少なくなるように前記ＳＣＲ用還元剤供給手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置を提供する（請求項４）。
【００２０】
この構成においても、吸蔵酸素減少速度が大きく前記遅れ時間が短い方が、ひいては、ＮＯｘ触媒から放出されてＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ３の総量が多い方が、排気通路に供給されるＳＣＲ用還元剤の量が少なくされる。従って、再生制御時に、ＮＯｘ触媒からＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ３と、ＳＣＲ用還元剤供給手段によってＳＣＲ触媒に供給されるＮＨ３の量とを合わせた量を、適切な量に維持することができ、ＳＣＲ触媒においてＮＯｘを適切に浄化しつつＮＨ３のＳＣＲ触媒の下流側へのすり抜けを抑制することができる。
【００２１】
ここで、吸蔵酸素減少速度は、排気ガスの空気過剰率と排気ガスの流量とに相関が高いことが分かっている。
【００２２】
従って、前記制御手段は、前記吸蔵酸素減少速度を排気ガスの空気過剰率と排気ガスの流量とに基づいて算出するのが好ましい（請求項５）。
【００２３】
このようにすれば、精度よく吸蔵酸素減少速度を推定することができる。
【００２４】
前記構成において、前記制御手段は、前記吸蔵酸素減少速度を、当該吸蔵酸素減少速度をＭｒｅＯ２とし、排気ガスの空気過剰率をλとし、排気ガスの流量をＭｅｘとして、以下の式（１）で算出するのが好ましい（請求項６）。
【００２５】
ＭｒｅＯ２＝（１−λ）×Ｍｅｘ・・・（１）
このようにすれば、精度よく吸蔵酸素減少速度を算出できる。
【００２６】
前記構成において、前記制御手段は、前記式（１）で算出される値に補正係数を掛けて、式（１）で算出される前記吸蔵酸素減少速度を補正し、前記補正係数は、排気ガスの空気過剰率が小さい方が大きい値になるように設定されている、のが好ましい（請求項７）。
【００２７】
この構成によれば、吸蔵酸素減少速度をより精度よく算出できる。
【００２８】
前記構成において、前記補正係数は、前記ＮＯｘ触媒の温度が高い方が大きい値になるように設定されているのが好ましい（請求項８）。
【００２９】
この構成によれば、吸蔵酸素減少速度をより精度よく算出できる。
【００３０】
前記構成において、前記補正係数は、排気ガスの流量が小さい方が大きい値になるように設定されているのが好ましい（請求項９）。
【００３１】
この構成によれば、吸蔵酸素減少速度をより精度よく算出できる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係るエンジンの排気浄化制御装置によれば、ＮＯｘを適切に浄化しつつＮＨ３のＳＣＲ触媒の下流側へのすり抜けを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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】パッシブＤｅＮＯｘ制御及びアクティブＤｅＮＯｘ制御の制御領域を示した図である。
【図４】燃料噴射の制御手順を示したフローチャートである。
【図５】排気ガスの空気過剰率と排気ガスに含まれる各物質の濃度との関係を示したグラフである。
【図６】排気ガスの空気不足幅と排気ガスに含まれる各物質の濃度との関係を示したグラフである。
【図７】空気過剰率と第１補正係数との関係を示したグラフである。
【図８】ＮＯｘ触媒の温度、排気流量と、酸化される還元剤の割合との関係を示したグラフである。
【図９】ＮＯｘ触媒から放出されるＮＨ３量の推定手順を説明するための図である。
【図１０】ＮＯｘ触媒の温度と第１温度係数との関係を示したグラフである。
【図１１】排気流量と第１流量係数との関係を示したグラフである。
【図１２】排気ガスの空燃比と第１Ａ／Ｆ係数との関係を示したグラフである。
【図１３】排気流量と第２流量係数との関係を示したグラフである。
【図１４】排気の空燃比と第２Ａ／Ｆ係数との関係を示したグラフである。
【図１５】尿素噴射量の制御手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
（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。
【００３６】
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から外部に排気ガス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、車両に設けられて、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。
【００３７】
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が形成されている。
【００３８】
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。
【００３９】
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（空気過剰率変更手段）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。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。
【００４０】
インジェクタ１０は、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。
【００４１】
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気筒２の燃焼室６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、各気筒２の燃焼室６で生成された排気ガスを排気通路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。
【００４２】
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、第２ターボ過給機５２のコンプレッサ５２ａ、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。
【００４３】
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、第１ターボ過給機５１のタービン５１ｂ、第１触媒４３、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ）４４、尿素インジェクタ（ＳＣＲ用還元剤供給手段）４５、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒４６、スリップ触媒４７、が設けられている。
【００４４】
第１触媒４３は、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒４１と、排気ガス中の酸素を用いて炭化水素（ＨＣ）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ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒、Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）４２とを含む。
【００４５】
ＮＯｘ触媒４１は、ＮＯｘ触媒４１は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＣ：ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）である。つまり、ＮＯｘ触媒４１は、排気ガスの空気過剰率λが１よりも大きいリーンな状態（排気ガス空燃比が理論空燃比よりも大きい状態）において排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。そして、ＮＯｘ触媒４１は、この吸蔵したＮＯｘを、排気ガスの空気過剰率λが１近傍あるいは１より小さいリッチな状態（排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である状態あるいは理論空燃比よりも小さい状態）、つまり、ＮＯｘ触媒４１を通過する排気が未燃のＨＣを多量に含む還元雰囲気下において還元する。
【００４６】
詳細には、ＮＯｘ触媒４１は、排気ガスの空気過剰率λが１よりも大きいリーンな状態で、排気ガスに含まれる酸素を吸蔵できるように構成されている。例えば、ＮＯｘ触媒４１は、酸素吸蔵能を有するセリア等を含む。そして、ＮＯｘ触媒４１は、排気ガス中のＮＯを、排気ガスに含まれる酸素および吸蔵している酸素を用いて酸化し（ＮＯ２とし）、これを吸蔵する。
【００４７】
また、ＮＯｘ触媒４１は、吸蔵していたＮＯｘを還元する際に、ＮＨ３（アンモニア）を発生して放出するようになっている。具体的には、ＮＯｘ還元時に、ＮＯｘ触媒４１が吸蔵していたＮＯｘ中の「Ｎ」およびＮＯｘ触媒４１を通過するＮＯｘと、ＮＯｘ触媒４１に導入された還元剤であるＨ等が結合することで、ＮＨ３が生成される。
【００４８】
第１触媒４３は、例えば、ＤＯＣ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。
【００４９】
なお、本実施形態では、排気通路に別途空気や燃料を供給する装置が設けられておらず、排気ガスの空気過剰率λと燃焼室６内の混合気の空気過剰率λとは対応する。つまり、燃焼室６内の混合気の空気過剰率λが１よりも大きいときに排気の空気過剰率λも１より大きくなり、燃焼室６内の混合気の空気過剰率λが１以下のときに排気ガスの空気過剰率λも１以下になる。
【００５０】
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。尿素インジェクタ４５は、尿素供給経路４５ａおよび尿素送出ポンプ４５ｂを介して尿素タンク４５ｃに接続されており、尿素送出ポンプ４５ｂにより尿素タンク４５ｃから圧送された尿素を排気通路４０内に噴射する。本実施形態では、尿素の凍結を防止するためのヒーター４５ｄが設けられている。尿素インジェクタ４５から噴射された尿素はＳＣＲ触媒４６に導入される。
【００５１】
ＳＣＲ触媒４６は、ＮＨ３（アンモニア）を排気ガス中のＮＯｘと反応（還元）させて浄化する。ＳＣＲ触媒４６は、尿素インジェクタ４５から噴射された尿素を加水分解してＮＨ３を生成し（ＣＯ（ＮＨ２）２＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋２ＮＨ３）、生成されたＮＨ３を排気ガス中のＮＯｘと反応（還元）させてＮＯｘを浄化する。
【００５２】
このように、本実施形態では、尿素インジェクタ４５により排気通路４０に噴射（供給）される尿素が、請求項におけるＮＨ３原料およびＳＣＲ用還元剤として機能する。
【００５３】
詳細には、ＳＣＲ触媒４６では、導入されたＮＨ３が吸着され、この吸着されたＮＨ３とＮＯｘとが反応することでＮＯｘが還元される。また、前記のように、ＮＯｘ触媒４１におけるＮＯｘの還元時には、このＮＯｘ触媒４１からもＮＨ３が放出されるようになっており、ＳＣＲ触媒４６は、ＮＯｘ触媒４１から放出されたＮＨ３を排気中のＮＯｘと反応（還元）させることによってもＮＯｘを浄化する。
【００５４】
例えば、ＳＣＲ触媒４６は、ＮＨ３によってＮＯｘを還元する機能を有する触媒金属（Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｗ等）を、ＮＨ３をトラップする機能を有するゼオライトに担持させて触媒成分とし、この触媒成分をハニカム担体のセル壁に担持させることで作られる。
【００５５】
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。
【００５６】
つまり、本実施形態では、ＮＯｘ触媒４１とＳＣＲ触媒４６との両方を用いてＮＯｘの浄化を行う。具体的には、ＳＣＲ触媒４６の温度が第１温度未満であり、ＳＣＲ触媒４６によるＮＯｘ浄化率が低いときには、ＮＯｘ触媒４１のみによってＮＯｘ浄化が行われ、ＳＣＲ触媒４６の温度が第２温度以上（第２温度は第１温度よりも高い）であってＳＣＲ触媒４６によるＮＯｘ浄化率が高いときにはＳＣＲ触媒４６のみによってＮＯｘ浄化を行う。そして、ＳＣＲ触媒４６の温度が第１温度と第２温度との間であるときには、ＮＯｘ触媒４１とＳＣＲ触媒４６との両方によってＮＯｘ浄化を行う。また、排気ガス流量が大きく、ＳＣＲ触媒４６によるＮＯｘ浄化率が低くなるときにも、ＮＯｘ触媒４１とＳＣＲ触媒４６との両方によってＮＯｘ浄化を行う。
【００５７】
スリップ触媒４７は、ＳＣＲ触媒４６から排出された未反応のＮＨ３を酸化させて浄化する。
【００５８】
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。排気側バイパスバルブ４９、ウエストゲートバルブ５４、および吸気側バイパスバルブ２５の開度は、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて変更される。
【００５９】
エンジンシステム１００は、さらに、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４９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５８とを有する。また、ＥＧＲ装置５５は、ＥＧＲクーラ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。
【００６０】
（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。車両には、主として尿素インジェクタ４５を制御するためのＤＣＵ（Ｄｏｓｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３００と、その他の各部を制御するためのＰＣＭ（Ｐｏｗｅｒ−ｔｒａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｏｄｕｌｅ）２００と、が設けられている。ＰＣＭ２００およびＤＣＵ３００は、それぞれ、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。本実施形態では、これらＰＣＭ２００とＤＣＵ３００とが、請求項における制御手段を構成する。
【００６１】
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を流通する新気（空気）の量である吸入空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と第１触媒４３との間の部分の酸素濃度を検出する排気Ｏ２センサＳＮ４等と電気的に接続されており、これらのセンサＳＮ１〜ＳＮ４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ＳＮ５や、車速を検出する車速センサＳＮ６等が設けられており、これらのセンサＳＮ５、ＳＮ６による検出信号もＰＣＭ２００に入力される。ＰＣＭ２００は、各センサ（ＳＮ１〜ＳＮ６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。
【００６２】
ＤＣＵ７０とＰＣＭ６０とは双方向に通信可能に接続されている。ＤＣＵ７０は、ＰＣＭ２００での演算結果等を用いて尿素インジェクタ４５によって排気通路４０に噴射させる尿素の量を算出し、尿素インジェクタ４５を制御する。また、ＤＣＵ７０は、尿素送出ポンプ４５ｂやヒーター４５ｄの制御も行う。
【００６３】
（２−１）ＤｅＮＯｘ制御
ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されたＮＯｘ（以下、適宜、吸蔵ＮＯｘという）を還元してＮＯｘ触媒４１から放出（離脱）させてＮＯｘ触媒４１を再生するための制御であるＤｅＮＯｘ制御（再生制御）について説明する。
【００６４】
本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御や、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されたＳＯｘを還元するための制御（いわゆるＤｅＳＯｘ制御）や、ＤＰＦ４４を再生するための制御（ＤＰＦ４４から微粒子状物質を燃焼除去するための制御）を実施しない通常運転時は、燃費性能を高めるべく、燃焼室６内の混合気の空気過剰率λひいては排気ガスの空気過剰率λがλ＞１（例えばλ＝１．７程度）にされる。以下、適宜、燃焼室６内の混合気の空気過剰率λを、単に、混合気の空気過剰率λという。
【００６５】
一方、前記のように、ＮＯｘ触媒４１では、排気ガスの空気過剰率λが１近傍あるいは１よりも小さいリッチな状態において、吸蔵ＮＯｘが還元されてＮＯｘ触媒４１からＮＯｘが放出されるようになっている。そのため、吸蔵ＮＯｘを還元するためには、排気ガスの空気過剰率λおよび混合気の空気過剰率λを通常運転時よりも低減させる必要がある。
【００６６】
混合気の空気過剰率λ（排気ガスの空気過剰率λ）を低減する一つの方法として、燃焼室６に導入される新気（空気）の量を少なくすることが考えられる。しかし、新気の量を単純に少なくするとエンジントルクを適切に得ることができないおそれがある。特に、加速時に新気の量が低減されると加速性が悪化するおそれがある。また、新気の量を調整する場合では、混合気の空気過剰率λを精度よく制御することが比較的困難である。
【００６７】
そこで、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御として、ポスト噴射を実施し、これにより新気の量の低減量を少なく抑えつつ混合気の空気過剰率を低減させる。つまり、ＰＣＭ２００は、ＤｅＮＯｘ制御として、インジェクタ１０にメイン噴射に加えてポスト噴射を行わせる制御を実施する。なお、通常運転時は、ポスト噴射は停止される。
【００６８】
本実施形態では、このように吸蔵ＮＯｘを還元するためにポスト噴射を実施する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以上となる領域である。
【００６９】
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（膨張行程の前半、詳細には、圧縮上死点から圧縮上死点後９０°ＣＡまでの間、例えば、圧縮上死点後３０〜７０°ＣＡ）でポスト噴射を行うアクティブＤｅＮＯｘ制御を実施する。なお、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実施時には、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。
【００７０】
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（膨張行程の後半、例えば、圧縮上死点後１１０°ＣＡ）でポスト噴射を行うパッシブＤｅＮＯｘ制御を実施する。
【００７１】
これは、次の理由による。
【００７２】
エンジン負荷が低い、あるいは、エンジン回転数が低い領域では、排気ガス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。そこで、本実施形態では、この領域ではＤｅＮＯｘ制御を停止する。
【００７３】
また、前記のようにＤｅＮＯｘ制御ではポスト噴射を実施するが、ポスト噴射された燃料が燃焼せずにそのまま排気通路４０に排出されると、この未燃燃料に起因するデポジットによってＥＧＲクーラー５８等が閉塞するおそれがある。そのため、ポスト噴射された燃料は燃焼室６内で燃焼させるのが好ましい。しかしながら、エンジン負荷が高い、あるいは、エンジン回転数が高い領域では、燃焼室６内の温度が高いこと、あるいは、１クランク角度あたりの時間が短いことに伴って、燃焼室６内のガスが排気されるまでの間にポスト噴射された燃料と空気とを十分に混合させることが難しく、ポスト噴射された燃料を燃焼室６内で十分に燃焼させることができないおそれがある。また、前記混合が不十分であることによって煤が増大するおそれがある。従って、このような領域では基本的にＤｅＮＯｘ制御を停止する。
【００７４】
ただし、エンジン負荷が非常に高い第２領域Ｒ２では、メイン噴射の噴射量（以下、適宜、メイン噴射量という）が多いことに伴って通常運転時であっても混合気の空気過剰率が小さく抑えられる。そのため、第２領域Ｒ２では、吸蔵ＮＯｘを還元するために必要なポスト噴射の噴射量（以下、適宜、ポスト噴射量という）を小さくして、未燃燃料が排気通路４０に排出されることによる前記影響を小さく抑えることができる。
【００７５】
そこで、本実施形態では、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では、ポスト噴射された燃料が燃焼室６内で燃焼するアクティブＤｅＮＯｘ制御を実施し、第２領域Ｒ２では、ポスト噴射された燃料を燃焼室６内で燃焼させないパッシブＤｅＮＯｘ制御を実施する。なお、第２領域Ｒ２は、排気の温度が十分に高くＤＯＣ触媒４２が十分に活性化する領域である。そのため、排気通路４０に排出された未燃燃料はこのＤＯＣ触媒４２によって浄化される。
【００７６】
（２−２）燃料噴射制御
図４のフローチャートを用いて、燃料噴射の制御手順について説明する。
【００７７】
まず、ステップＳ１で、ＰＣＭ２００は、アクセル開度、エンジン回転数、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグの値、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを含む車両の各種情報を取得する。
【００７８】
アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグは、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実施する基本的な条件が成立したときに「１」となり、その他のときに「０」となるフラグである。本実施形態では、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されているＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量が予め設定された第１基準量以上であり、ＳＣＲ触媒４６の温度が前記第２温度付近に設定されたＳＣＲ判定温度未満であり、且つ、ＮＯｘ触媒４１の温度が予め設定されたＮＯｘ還元可能温度以上である場合に、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「１」とされる。第１基準量は、エンジン始動後にはじめてアクティブＤｅＮＯｘ制御が実施される場合は、ＮＯｘ触媒４１が吸蔵可能なＮＯｘ量の最大量付近とされ、その他の場合は、この最大量よりもある程度低い値とされる。ＮＯｘ還元可能温度は、ＮＯｘ触媒４１がＮＯｘを還元可能な温度の最小値であり、予め設定されている。
【００７９】
パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグは、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実施する基本的な条件が成立したときに「１」となり、その他のときに「０」となるフラグである。本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵量が予め設定された第３基準量以上であり、ＳＣＲ触媒４６の温度がＳＣＲ判定温度未満であり、且つ、ＮＯｘ触媒４１の温度がＮＯｘ還元可能温度以上である場合に、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが１とされる。第３基準量は、第１吸蔵量判定値よりも小さな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が吸蔵できるＮＯｘの量の最大値の半分程度の値に設定されている。
【００８０】
このように、ＳＣＲ触媒４６によるＮＯｘの浄化率が比較的低く、ＮＯｘ触媒４１によってＮＯｘを浄化する必要があるにも関わらず、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されているＮＯｘの量が多い場合であって、ＮＯｘ触媒４１がＮＯｘを還元可能であるときに、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグおよびパッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが１となる。
【００８１】
なお、ＮＯｘ触媒４１の温度は、例えば、ＮＯｘ触媒４１の直上流側に設けられた温度センサによって検出された温度に基づいて推定される。ＳＣＲ触媒４６の温度は、例えば、ＳＣＲ触媒４６の直上流側に設けられた温度センサによって検出された温度に基づいて推定される。ＮＯｘ吸蔵量は、例えば、エンジン本体１の運転状態や排気の流量および温度等に基づいて推定された排気中のＮＯｘ量を積算していくことで推定される。
【００８２】
ステップＳ１の後はステップＳ２に進む。ステップＳ２では、ＰＣＭ２００は、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「１」であるか否かを判定する。ステップＳ２の判定がＮＯの場合は、ステップＳ１０に進む。一方、ステップＳ２の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ３に進む。
【００８３】
ステップＳ３では、ＰＣＭ２００は、エンジンが第１領域Ｒ１で運転されているか否かを判定する。ステップＳ３の判定がＮＯの場合は、ステップＳ１０に進む。
【００８４】
一方、ステップＳ３の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、ＰＣＭ２００は、アクティブＤｅＮＯｘ制御におけるポスト噴射の噴射量と噴射タイミングとを決定する。
【００８５】
具体的には、ＰＣＭ２００は、アクセル開度等から算出される要求トルクに対応する燃料噴射量をメイン噴射量として算出する。次に、算出したメイン噴射量とポスト噴射量とを合わせたトータル噴射量と、気筒２に導入される空気量とによって、混合気および排気ガスの空気過剰率λが、アクティブＤｅＮＯｘ制御用の気過剰率λの目標値となるように、前記メイン噴射と空気量とに基づいてポスト噴射量を決定する。なお、気筒２に導入される空気量は、エアフローセンサＳＮ２で検出された値等を用いて推定される。このように、本実施形態では、ポスト噴射の噴射量を変更することで排気ガスの空気過剰率λを変更する。
【００８６】
また、ＰＣＭ２００は、アクティブＤｅＮＯｘ制御用のポスト噴射の噴射タイミングを、前記のように、膨張行程の前半のタイミングに設定する。ここで、ポスト噴射タイミングを進角させ過ぎると、空気と燃料が十分に混合されていない状態でこの混合気が燃焼を開始する結果スモークの発生量が増大する。そこで、本実施形態では、気筒２に導入される空気量等に基づいて、スモークの発生量が所定量を超えないようにポスト噴射タイミングを膨張行程前半の範囲内で調整する。なお、本実施形態では、アクティブＤｅＮＯｘ制御時には、気筒２内に適量のＥＧＲガスを導入し、これによってもポスト噴射された燃料の着火を遅延させてスモークの発生を抑制している。
【００８７】
ステップＳ４の後は、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ＰＣＭ２００は、インジェクタ１０に、前記のメイン噴射量の燃料をメイン噴射させるとともに、ステップＳ４で決定したアクティブＤｅＮＯｘ制御用のポスト噴射量の燃料をステップＳ４で決定したタイミングでポスト噴射させる。ステップＳ５の後は処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。なお、ポスト噴射量が小さいときは、スロットルバルブ２３を閉じ側に制御する等により気筒２に導入される空気量を低減させてもよい。
【００８８】
一方、ステップＳ２の判定がＮＯまたはステップＳ３の判定がＮＯの場合に進むステップＳ１０では、ＰＣＭ２００は、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「１」であるか否かを判定する。ステップＳ１０の判定がＮＯの場合は、ステップＳ１１に進む。
【００８９】
ステップＳ１１では、ＰＣＭ２００は、アクティブＤｅＮＯｘ制御およびパッシブＤｅＮＯｘ制御を実行せずに通常の制御を実施する。つまり、ＰＣＭ２００は、ポスト噴射を停止し、アクセル開度等から算出される要求トルクに対応する燃料噴射量をメイン噴射させる。ステップＳ１１の後は処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。一方、ステップＳ１０の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ１２に進む。
【００９０】
ステップＳ１２では、ＰＣＭ２００は、エンジンが第２領域Ｒ２１で運転されているか否かを判定する。ステップＳ１２の判定がＮＯの場合は、ステップＳ１１に進む。
【００９１】
一方、ステップＳ１２の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、ＰＣＭ２００は、パッシブＤｅＮＯｘ制御におけるポスト噴射の噴射量と噴射タイミングとを決定する。
【００９２】
具体的には、ＰＣＭ２００は、アクセル開度等から算出される要求トルクに対応する燃料噴射量をメイン噴射量として算出する。次に、算出したメイン噴射量とポスト噴射量とを合わせたトータル噴射量と、気筒２に導入される空気量とによって、混合気および排気ガスの空気過剰率λが、パッシブＤｅＮＯｘ制御用の空気過剰率λの目標値となるように、前記メイン噴射と空気量とに基づいてポスト噴射量を決定する。本実施形態では、ＰＣＭ２００は、パッシブＤｅＮＯｘ制御用のポスト噴射の噴射タイミングを、前記のように、膨張行程前半のタイミングに設定する。
【００９３】
ステップＳ１３の後はステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ＰＣＭ２００は、インジェクタ１０に、前記のメイン噴射量の燃料をメイン噴射させるとともに、ステップＳ１３で決定したパッシブＤｅＮＯｘ制御用のポスト噴射量の燃料をステップＳ１２で決定したタイミングでポスト噴射させる。ステップＳ１４の後は処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。
【００９４】
（３）尿素水の噴射制御
次に、尿素インジェクタ４５の噴射制御について説明する。以下では、適宜、尿素インジェクタ４５から噴射される尿素の量を、尿素噴射量という。前記のように、尿素インジェクタ４５の噴射制御は、ＰＣＭ２００からの情報を得ながらＤＣＵ３００が実施する。
【００９５】
（３−１）ＤｅＮＯｘ制御時の尿素噴射制御の概要
前記のように、ＮＯｘ還元時つまりＤｅＮＯｘ制御の実施時には、ＮＯｘ触媒４１からＮＨ３が放出されてＳＣＲ触媒４６に導入される。そのため、ＤｅＮＯｘ制御の実施時の尿素噴射量を、ＤｅＮＯｘ制御の非実施時（ＤｅＮＯｘ制御を実施していない時）の尿素噴射量と同じ量にすると、ＳＣＲ触媒４６に供給されるＮＨ３の量が過大となり、ＳＣＲ触媒４６よりも下流側にＮＨ３がすり抜けるおそれがある。そこで、ＤｅＮＯｘ制御時はＤｅＮＯｘ制御の非実施時よりも尿素噴射量を少なくする。
【００９６】
しかしながら、ＤｅＮＯｘ制御時の尿素噴射量を、運転条件によらず単純に非ＤｅＮＯｘ制御時よりも少ない所定の量に制御しただけでは、ＳＣＲ触媒４６に供給されるＮＨ３の量が、過大になるあるいは不足して、ＳＣＲ触媒４６よりも下流側に多くのＮＨ３がすり抜けたり、ＳＣＲ触媒４６において適切にＮＯｘが浄化されないおそれがあることが分かった。
【００９７】
本願発明者らはこれについて鋭意研究した結果、ＮＯｘ触媒４１からのＮＨ３の放出は、ＤｅＮＯｘ制御を開始してから所定の期間が経過した後にはじめて生じること、そして、この所定の期間が運転条件によって異なるために、前記問題が生じることを突き止めた。以下、ＤｅＮＯｘ制御を開始してからＮＯｘ触媒４１からのＮＨ３の放出が開始するまでの期間を、適宜、遅れ期間という。
【００９８】
つまり、ＤｅＮＯｘ制御の実施期間が同じであっても、遅れ期間が短い方が、より長期にわたってＮＯｘ触媒４１からＳＣＲ触媒４６にＮＨ３が供給される。そのため、遅れ期間によらずにＤｅＮＯｘ制御の実施期間中に排気通路４０に噴射する尿素の総量を一定量とすると、ＳＣＲ触媒４６に供給されるＮＨ３の量が過大となり多くのＮＨ３がＳＣＲ触媒４６の下流側にすり抜けるあるいは、ＳＣＲ触媒４６に供給されるＮＨ３の量が不足してＳＣＲ触媒４６でのＮＯｘの浄化率が悪化するおそれがある。
【００９９】
また、本願発明者らは、遅れ期間と、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されている酸素の単位時間あたりの減少量（以下、吸蔵酸素減少速度という）とには相関があること、詳細には、吸蔵酸素減少速度が大きい方が遅れ期間が短くなることを突き止めた。
【０１００】
吸蔵酸素減少速度が大きい方が遅れ期間が短くなるのは次の理由によると考えられる。
【０１０１】
前記のように、ＮＯｘ触媒４１でＮＨ３が生成されるのは、ＤｅＮＯｘ制御に伴ってＮＯｘ触媒４１に還元剤が供給されることで、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されていたＮＯｘ中の「Ｎ」およびＮＯｘ触媒４１を通過するＮＯｘと、ＮＯｘ触媒４１に導入された還元剤であるＨ等が結合するためである。しかしながら、前記のように、ＮＯｘ触媒４１は、酸素吸蔵能を有している。そして、ＮＯｘ触媒４１には、通常運転時等において排気ガスの空気過剰率λが１よりも大きくされることに伴って多量の酸素が吸蔵されている。そのため、ＤｅＮＯｘ制御が開始されてＮＯｘ触媒４１への還元剤の導入が開始された直後は、供給された還元剤が、「Ｎ」ではなくＮＯｘ触媒４１に吸蔵されている酸素と反応してしまい、ＮＨ３の生成反応が抑制される。これより、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されていた酸素がなくなったときにはじめてＮＨ３の放出が開始されると考えられる。ここで、ＤｅＮＯｘ制御を開始してからＮＯｘ触媒４１に吸蔵されていた酸素がなくなるまでの期間は、吸蔵酸素減少速度が大きい方が大きい。従って、吸蔵酸素減少速度が大きい方が、ＮＨ３の放出が開始するタイミングが早くなり、遅れ期間が短くなると考えられる。
【０１０２】
そこで、本実施形態では、吸蔵酸素減少速度を推定し、これに基づいて、遅れ期間を推定する。
【０１０３】
具体的には、吸蔵酸素減少速度であってＮＯｘ触媒４１に吸蔵されている酸素の単位時間あたりの減少量を積算していき、この積算値が、吸蔵酸素最大量であってＮＯｘ触媒４１が吸蔵可能な酸素の最大量以上になった時期を、ＮＯｘ触媒４１からＮＨ３の放出が開始された時期（以下、ＮＨ３放出開始時期という）して推定する。そして、ＤｅＮＯｘ制御の開始時期からこのＮＨ３放出開始時期までの期間を、遅れ期間として推定する。吸蔵酸素減少速度の推定手順については後述する。
【０１０４】
そして、ＤｅＮＯｘ制御が開始してからこの遅れ期間が経過するまでは、尿素噴射量をＤｅＮＯｘ制御の実施前つまりＤｅＮＯｘ制御の非実施時と同じ量に維持し、遅れ期間が経過した後にはじめて（ＮＨ３放出開始時期になるとはじめて）尿素噴射量をＤｅＮＯｘ制御の非実施時よりも少なくする。
【０１０５】
従って、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御の実施期間が同じであっても、遅れ期間が短い方が、尿素噴射量がＤｅＮＯｘ制御の非実施時よりも少なくされる期間が長くなり、ＤｅＮＯｘ制御の実施期間中における尿素噴射量の総量、つまり、ＤｅＮＯｘ制御の実施期間に排気通路４０に供給されたトータルの尿素の量は、少なくなる。
【０１０６】
ここで、吸蔵酸素減少速度が大きい方が、遅れ期間は短い。従って、本実施形態では、吸蔵酸素減少速度が大きい方が、ＤｅＮＯｘ制御の実施期間中における尿素噴射量の総量が小さくされることになる。
【０１０７】
より詳細には、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御の実施中において、遅れ期間が経過すると（ＮＨ３放出開始時期になると）、各時刻において、ＮＯｘ触媒４１から放出されるＮＨ３の量（以下、適宜、ＮＨ３放出量という）を推定する。また、この推定したＮＨ３放出量を尿素換算する（ＮＨ３放出量のＮＨ３を生成するために必要な尿素の量の最小値を算出する）。そして、ＤｅＮＯｘ制御の非実施時の尿素噴射量から、ＮＨ３放出量の尿素換算値を減算し、求められた値を、尿素噴射量として算出する。
【０１０８】
ここで、この尿素噴射量の算出手順では、ＮＨ３放出量によっても尿素噴射量の量は変化する。しかしながら、ＤｅＮＯｘ制御の実施期間中にＮＯｘ触媒４１から放出されるＮＨ３のトータルの量に与える影響は、酸素減少速度の方が、ＮＨ３放出量よりも大きく、前記のように、本実施形態では、吸蔵酸素減少速度が大きい方が、ＤｅＮＯｘ制御の実施期間中における尿素噴射量の総量が小さくされる。
【０１０９】
なお、後述するように、排気ガスがリッチである方がＮＨ３放出量は大きい値に算出され、排気ガスの空気過剰率λが小さい方がつまり排気ガスがリッチである方が吸蔵酸素減少速度は大きい値に算出される。従って、排気ガスの空気過剰率λの変化に対して、ＮＨ３放出量が尿素噴射量の総量に与える影響と吸蔵酸素減少速度が尿素噴射量の総量に与える影響とは、ともに、同じ側（総量が増える側または減る側）である。つまり、排気ガスの空気過剰率λが小さいときは、尿素噴射量の総量は、吸蔵酸素減少速度が大きくなることによって小さくなるとともに、ＮＨ３放出量が大きくなることによっても小さくなる。
【０１１０】
また、同様に、排気ガスの流量（以下、適宜、排気流量という）が大きい方がＮＨ３放出量は大きい値に算出され、排気流量が大きい方が吸蔵酸素減少速度は大きい値に算出されるようになっており、排気流量の変化に対しても、ＮＨ３放出量が尿素噴射量の総量に与える影響と吸蔵酸素減少速度が尿素噴射量の総量に与える影響とは、ともに、同じ側（総量が増える側または減る側）となっている。
【０１１１】
（３−２）ＤｅＮＯｘ制御終了後の尿素噴射制御の概要
前記のように、ＤｅＮＯｘ制御時にはＮＯｘ触媒４１からＳＣＲ触媒４６にＮＨ３が導入される。そのため、ＤｅＮＯｘ制御が終了した直後はＳＣＲ触媒４６に多量のＮＨ３が吸着されていることになる。従って、仮に、ＤｅＮＯｘ制御の終了直後に即座に尿素噴射量を大幅に増大させてしまうと、ＳＣＲ触媒４６に供給されるＮＨ３が過大になってＮＨ３がＳＣＲ触媒４６の下流側にすり抜けるおそれがある。
【０１１２】
そこで、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御が終了してから所定の期間（以下、適宜、切り替え期間という）は、ＤｅＮＯｘ制御の非実施時であっても、その他の期間よりも尿素噴射量を少なくする。ただし、前記のように、切り替え期間であっても、ＤｅＮＯｘ制御が終了した後はＮＯｘ触媒４１からのＮＨ３の放出量であるＮＨ３放出量はほぼ０となるため、切り替え期間時においても、尿素噴射量は、ＤｅＮＯｘ制御時よりも多くする。なお、前記の切り替え期間は、予め設定されている。
【０１１３】
また、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御の実施に伴ってＮＯｘ触媒４１から排出されたＮＨ３の総量を推定し、切り替え期間中は、この総量が多い方が尿素噴射量が少なくなるようにこれを決定する。
【０１１４】
具体的には、前記のように、ＤｅＮＯｘ制御の実施中且つ遅れ期間経過後の各時刻のＮＨ３放出量を推定し、この放出Ｎｈ３量をＤｅＮＯｘ制御が終了するまで積算していき、この積算値を、前記総量（ＤｅＮＯｘ制御の実施に伴ってＮＯｘ触媒４１から排出されたＮＨ３の総量）として算出する。
【０１１５】
（３−３）吸蔵酸素減少速度の算出手順
次に、吸蔵酸素減少速度の算出手順について説明する。
【０１１６】
本願発明者らは、吸蔵酸素減少速度を、これをＭｒｅＯ２として次の式（２）により算出すれば精度よくこれを推定できることを突き止めた。そこで、本実施形態では、この式（２）を用いて吸蔵酸素減少速度を算出する。
【０１１７】
ＭｒｅＯ２＝（１−λ）×Ｋ×Ｍｅｘ・・・（２）
式（２）において、λは、排気ガスの空気過剰率である。本実施形態では、前記のように、ＤｅＮＯｘ制御時の排気ガスの空気過剰率λの目標値が予め設定されているとともに、これが実現されるようにポスト噴射が実施されている。従って、式（２）における空気過剰率λはほぼこの目標値となるが、本実施形態では、燃料噴射量や気筒２に導入される空気量等から現在の排気ガスの空気過剰率λを算出して、この算出値を式（２）に用いる。
【０１１８】
また、式（２）において、Ｍｅｘは排気ガスの流量である。本実施形態では、エアフローメータで検出された値等を用いて排気流量Ｍｅｘを算出する。
【０１１９】
また、式（２）において、Ｋは補正係数である。この補正係数Ｋは、第１補正係数をα１、第２補正係数をα２、第３補正係数をα３として、Ｋ＝α１×α２×α３により算出される。
【０１２０】
前記式（２）に含まれる（１−λ）×Ｍｅｘの項で算出される値は、ＮＯｘ触媒４１に流入する未燃燃料ひいては還元剤、の全てを酸化させようとしたときに、排気ガスに不足している酸素量である。従って、下記の式（３）によって得られるＸ１は、吸蔵酸素減少速度に近い値になると考えられる。つまり、ＤｅＮＯｘ制御の開始時において、ＮＯｘ触媒４１では、この（１−λ）×Ｍｅｘの項で算出される量の吸蔵酸素が消費されると考えられる。
【０１２１】
Ｘ１＝（１−λ）×Ｍｅｘ・・・（３）
しかしながら、式（３）で得られる値Ｘ１と実際の吸蔵酸素減少速度とにはずれがあり、各補正係数α１、α２、α３は、このずれを補正するための係数である。以下では、「１−λ」で表されるパラメータを、空気不足幅と称して説明する。
【０１２２】
（第１補正係数）
前記ずれをより小さくするべく鋭意研究を行った結果、排気ガスの空気過剰率λを１以下にしたときにエンジン本体１から排出される還元剤であるＣＯ，Ｈ２，ＴＨＣの濃度は、図５に示すようになることが分かった。また、図５に示すように、排気ガスの空気過剰率λが１以下であっても、エンジン本体１から排出される排気ガスに酸素（Ｏ２）が含まれることが分かった。
【０１２３】
具体的には、図５は、横軸を排気ガスの空気過剰率λとし、縦軸を排気ガス中の各物質の濃度としたものである。図５に示されるように、排気ガスの空気過剰率λが小さくなるほど排気ガスに含まれるＣＯ、Ｈ２、ＴＨＣの濃度はそれぞれ大きくなり、排気ガスの空気過剰率λが大きくなるほど排気ガスに含まれるＯ２の濃度は小さくなる。
【０１２４】
また、本願発明者らは、排気ガスに主として含まれるＣＯに加えてＨ２の量が吸蔵酸素減少速度に影響を及ぼすことを突き止めた。これは、Ｈ２は還元能力が高く、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されている酸素（以下、適宜、吸蔵酸素という）と反応しやすいためと考えられる。また、排気ガスに含まれるＯ２によって吸蔵酸素の減少が抑制されており、排気ガスに含まれるＯ２の量が吸蔵酸素減少速度に影響を及ぼすことも突き止めた。
【０１２５】
そして、これらの知見より、ＮＯｘ触媒４１で実際に吸蔵酸素と反応する還元剤の量は、排気ガスに含まれるＣＯとＨ２の合計量から、これらと反応するＯ２の量であって排気ガスに含まれるＯ２の量の半分の量を引いた値に近似することが分かった。
【０１２６】
ここで、図６は、排気ガスに含まれるＣＯとＨ２の濃度の合計値から、排気ガスに含まれるＯ２の濃度の半分の値、を差し引いた値であって、前記のように、ＮＯｘ触媒４１において吸蔵酸素と反応すると考えられる還元剤の濃度（以下、正味の還元剤の濃度という）を、排気ガスの空気不足幅（「１―λ」）毎にプロットしたグラフである。図６において、実線で示したラインＬ１は、これらプロット点の代表的な点を結んだラインである。
【０１２７】
図６に示されるように、排気ガスの空気過剰率λが小さくなるほど（リッチになるほど）、正味の還元剤の濃度は大きくなる。
【０１２８】
しかしながら、排気ガスの空気不足幅が大きくなるほど（排気ガスの空気過剰率λが小さくなるほど）、排気ガスの空気不足幅および排気ガスの空気過剰率λに対する正味の還元剤の濃度の変化率は大きくなっており、正味の還元剤の濃度と空気不足幅とは比例していない。すなわち、各空気不足幅について式（３）で算出される点を結んだラインであるラインＬ２と、空気不足幅に比例する点を結んだラインＬ１とにはずれがあり、このラインＬ１とラインＬ２とのずれが、式（３）によって得られるＸ１の値と実際の吸蔵酸素減少速度とのずれの少なくとも一部を構成していると考えられる。
【０１２９】
第１補正係数α１は、このずれを補正するための係数、つまり、ラインＬ１上の点をラインＬ２上の点に補正するための係数であり、図７のように設定されている。具体的には、第１補正係数α１は、排気ガスの空気過剰率λが小さくなるほどその値が大きくなるように設定されている。また、第１補正係数α１は、排気ガスの空気過剰率λが大きくなるほど排気ガスの空気過剰率λに対する第１補正係数α１の変化率が大きくなるように設定されている。
【０１３０】
（第２補正係数および第３補正係数）
また、本願発明者らは、ＮＯｘ触媒４１の温度および排気流量によっては、ＤｅＮＯｘ制御時であっても、ＮＯｘ触媒４１に導入された全ての還元剤が酸化されないこと、また、ＮＯｘ触媒４１の温度および排気流量によって、ＤｅＮＯｘ制御時においてＮＯｘ触媒４１にて吸蔵酸素によって酸化される還元剤の割合が異なることを突き止めた。
【０１３１】
図８は、横軸をＮＯｘ触媒４１の温度とし、縦軸を、ＤｅＮＯｘ制御時においてＮＯｘ触媒４１に導入された還元剤が酸化される割合としたグラフである。図８のグラフにおける３つのラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３は排気流量が互いに異なるときのラインである。ラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の順で排気流量は大きくなっている。
【０１３２】
図８に示されるように、ＮＯｘ触媒４１の温度が低い方が前記割合は小さくなる。より詳細には、ＮＯｘ触媒４１の温度が所定の温度（例えば、３５０℃程度）以上では前記割合は１００％となりＮＯｘ触媒４１に導入された還元剤はほぼ全て酸化される。一方、ＮＯｘ触媒４１の温度が所定の温度未満ではＮＯｘ触媒４１の温度が低くなるほど前記割合は小さくなる。また、排気流量が多い方が前記割合は小さくなる。
【０１３３】
従って、ＮＯｘ触媒４１にて実際に吸蔵酸素によって酸化される還元剤の量ひいてはこの酸化に利用される吸蔵酸素の量は、（１−λ）×Ｍｅｘ×α１で得られる値（ＮＯｘ触媒４１に導入される還元剤の全量およびこの全量に対応する吸蔵酸素の量と推定される値）に前記割合をかけた値になるとなる。
【０１３４】
そこで、本実施形態では、ＮＯｘ触媒４１の温度に応じて変化する前記割合を第２補正係数α２として設定するとともに、排気流量に応じて変化する前記割合を第３補正係数α３として設定して、これらα２、α３を（１−λ）×Ｍｅｘ×α１に掛けて、ＮＯｘ触媒４１にて吸蔵酸素によって酸化される還元剤の量ひいてはこの酸化に利用される吸蔵酸素の量をより精度よく推定する。
【０１３５】
第２補正係数α２つまりＮＯｘ触媒４１の温度に応じて変化する前記割合は、前記のように、ＮＯｘ触媒４１の温度が低い方が小さい値とされる。
【０１３６】
第３補正係数α３つまり排気流量に応じて変化する前記割合は、前記のように、排気流量が多い方が小さい値とされる。
【０１３７】
また、第２補正係数α２および第３補正係数α３は、ＮＯｘ触媒４１の温度が所定の温度以上では、ＮＯｘ触媒４１の温度および排気流量の値によらず一定値（例えば、１．０）とされる。
【０１３８】
なお、ＮＯｘ触媒４１の温度が高い方が前記割合が高くなるのは、温度が高い方がＮＯｘ触媒４１がより活性状態にあり還元剤の酸化反応が促進されるためと考えられる。また、排気流量が多い方が前記割合が小さくなるのは、排気流量が多い方が還元剤以外の物質の量も多くなりＮＯｘ触媒４１と還元剤との接触機会が小さくなるためと考えられる。
【０１３９】
このように、本実施形態では、式（２）によって吸蔵酸素減少速度が精度よく推定される。
【０１４０】
また、本実施形態では、このようにして推定した吸蔵酸素減少速度を用いてＮＨ３放出開始時期を推定する。具体的には、前記のように、推定した吸蔵酸素減少速度の積算値が吸蔵酸素最大量以上になった時期を、ＮＨ３放出開始時期として推定する。
【０１４１】
（３−４）ＤｅＮＯｘ制御時の空気過剰率の目標値
前記のように、ＮＯｘ触媒４１では、導入される排気ガスの空気過剰率λが１近傍あるいは１より小さいリッチな状態にされることで、ＮＯｘが還元される。そのため、ＮＯｘ触媒４１内でＮＯｘを還元するだけであれば、排気ガスの空気過剰率λは１近傍であってもよい。
【０１４２】
しかしながら、前記のように、ＮＯｘ触媒４１は、酸素吸蔵能を有しており、排気ガスの空気過剰率λが１以上になると酸素を吸蔵する。そして、ＮＯｘ触媒４１に酸素が吸蔵されると、この吸蔵された酸素がなくなるまでＮＯｘ触媒４１からのＮＨ３の放出が停止される。
【０１４３】
そこで、本実施形態では、ＳＣＲ触媒４６に効率よくＮＨ３を供給するために、排気ガスの空気過剰率λを１未満にする。すなわち、ＮＯｘ触媒４１からＮＨ３を放出させて、尿素インジェクタ４５から噴射される尿素の量を少なく抑えて尿素タンク４５ｃ内の尿素の減少を抑制するべく、排気ガスの空気過剰率λを１未満にする。特に、排気ガスの空気過剰率λが１以上になると、短時間でＮＯｘ触媒４１に多量の酸素が吸蔵されて比較的長い時間にわたってＮＨ３の放出が中断されることが分かっており、一定時間内でＮＯｘ触媒４１から多量のＮＨ３を放出させるためには、排気ガスの空気過剰率λを１未満にする必要がある。
【０１４４】
ただし、排気ガスの空気過剰率λは、気筒２に導入される空気の量と燃料の量とにより変化する。そのため、排気ガスの空気過剰率λの目標値を１に極めて近い値に設定した場合には、前記の空気量や燃料量の変動に伴って実際の排気ガスの空気過剰率λが１以上になる機会が多くなる。また、前記のように、排気ガスの空気過剰率λが１以上になるとＮＨ３の放出が停止されるため、排気ガスの空気過剰率λが１を跨ぐように変動すると、ＳＣＲ触媒４６に供給されるＮＨ３の変動が大きくなる。このことから、ＳＣＲ触媒４６に効率よく且つ安定してＮＨ３を供給するために、本実施形態では、排気ガスの空気過剰率λの目標値を０．９８未満にする。
【０１４５】
一方、図５の矢印に示すように、排気ガスの空気過剰率λが小さくなると、排気ガス中の還元剤の量が多くなるのに伴って排気ガス中の還元剤の量のばらつき幅が大きくなる。従って、排気ガスの空気過剰率λを小さくしすぎても、ＮＯｘ触媒４１から放出されるＮＨ３のひいてはＳＣＲ触媒４６内のＮＨ３が不安定になる。特に、排気ガスの空気過剰率λが０．９以上になると、排気ガス中の還元剤の量のばらつき幅が所定値以上になる。そこで、本実施形態では、排気ガスの空気過剰率λの目標値を０．９よりも大きくする。つまり、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御時の排気ガスの空気過剰率λの目標値を、０．９よりも大きく且つ０．９８未満となる値に設定する。
【０１４６】
例えば、第１領域Ｒ１のうちエンジン負荷が低い低負荷側第１領域Ｒ１＿Ｌでは、混合気ひいては排気ガスの空気過剰率λの目標値は０．９８に設定される。また、第１領域Ｒ１のうち低負荷側第１領域Ｒ１＿Ｌ以外の領域および第２領域Ｒ２では、混合気ひいては排気の空気過剰率λの目標値は０．９６に設定される。
【０１４７】
（３−５）ＮＯｘ触媒から放出されるＮＨ３量の推定手順
次に、ＤｅＮＯｘ制御時に、ＮＯｘ触媒４１から放出されるＮＨ３量の推定手順について説明する。図９は、この手順を説明するための図である。
【０１４８】
本実施形態では、ＤＣＵ３００に、機能的に、第１推定部３０１と、第２推定部３０２とが設けられている。
【０１４９】
第１推定部３０１は、ＤｅＮＯｘ制御時において、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されていたＮＯｘと、還元剤であるＨ等が結合することで生成されたＮＨ３（以下、適宜、第１ＮＨ３という）の量を推定する。
【０１５０】
第２推定部３０２は、ＤｅＮＯｘ制御時に、エンジン本体１で生成されてＮＯｘ触媒４１に流入したＮＯｘ（以下、適宜、ＲａｗＮＯｘ）と還元剤であるＨ等がＮＯｘ触媒４１にて結合することで生成されたＮＨ３（以下、適宜、第２ＮＨ３という）の量を推定する。
【０１５１】
第１推定部３０１は、まず、ＮＯｘ触媒４１の現在のＮＯｘ吸蔵量を推定する。次に、第１推定部３０１は、このＮＯｘ吸蔵量の推定値に、第１温度係数β１、第１流量係数β２、第１Ａ／Ｆ係数β３、および、第１熱劣化係数β４をそれぞれ掛けることで、第１ＮＨ３の量を算出する。
【０１５２】
第１温度係数β１は、図１０に示すマップに基づいて設定される係数であり、ＮＯｘ触媒４１の温度に応じて設定される。具体的には、温度係数β１は、ＮＯｘ触媒４１の温度が高いほど小さい値とされる。つまり、ＮＯｘ触媒４１の温度が高い方がＮＯｘ触媒４１に吸蔵されているＮＯｘがＨＮ３に変換される反応が促進されることがわかっており、ＮＯｘ触媒４１の温度が高い方が第１ＮＨ３量が大きく算出されるように、第１温度係数β１が設定されている。
【０１５３】
第１流量係数β２は、図１１に示すマップに基づいて設定される係数であり、排気流量に応じて設定される。具体的には、第１流量係数β２は、排気流量が多いほど大きい値とされる。つまり、排気流量が多いほどＮＯｘ触媒４１に流入する還元材の量が多くなりＮＯｘ触媒４１から放出されるＨＮ３量は増大するので、これに対応して、排気流量が多い方が第１ＮＨ３量が大きく算出されるように第１流量係数β２が設定されている。
【０１５４】
第１Ａ／Ｆ係数β３は、図１２に示すマップに基づいて設定される係数であり、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）に応じて設定される。具体的には、Ａ／Ｆ係数β３は、排気ガスの空燃比が小さい（リッチ）ほど大きい値とされる。つまり、排気ガスの空燃比がリッチであるほどＮＯｘ触媒４１に流入する還元材の量が多くなりＮＯｘ触媒４１から放出されるＮＨ３量は増大するので、これに対応して、排気流量が多い方が第１ＮＨ３量が大きく算出されるように第１Ａ／Ｆ係数β３が設定されている。
【０１５５】
第１熱劣化係数β４は、ＮＯｘ触媒４１の劣化度合いに応じて設定される係数である。ＰＣＭ２００は、車両の走行時間やＤｅＮＯｘ制御の実施回数等に基づいてＮＯｘ触媒４１の劣化度合いを推定しており、熱劣化係数β４は、この推定された劣化度合いが高いほど（劣化が進んでいるほど）、大きい値とされる。つまり、ＮＯｘ触媒４１の劣化度合いが高い方がＮＯｘ触媒４１に吸蔵されているＮＯｘがＮＨ３に変換される反応が促進されることがわかっており、これに対応して劣化度合いが高い方が第１ＮＨ３量が大きく算出されるように、熱劣化係数β４が設定されている。
【０１５６】
第２推定部３０２は、まず、エンジン本体１から排出されるＲａｗＮＯｘの量（流量）を推定する。本実施形態では、ＲａｗＮＯｘの流量は、排気流量と混合気の空気過剰率λ等から推定される。次に、第２推定部３０２は、この吸蔵ＮＯｘ量の推定値に、第２流量係数β２２および第２Ａ／Ｆ係数β２３をそれぞれ掛けることで、第２ＮＨ３の量を算出する。
【０１５７】
第２流量係数β２２は、図１３に示すマップに基づいて設定される係数であり、排気流量に応じて設定される。具体的には、第２流量係数β２２は、第１流量係数β２と同様に、排気流量が多いほど大きい値とされる。ただし、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されていたＮＯｘと異なり、ＲａｗＮＯｘに対してＮＯｘ触媒４１の温度が与える影響はＮＯｘ触媒４１の温度が所定温度以上になると同等となり、第２流量係数β２２はＮＯｘ触媒４１の温度が所定温度以上では一定値とされる。
【０１５８】
第２Ａ／Ｆ係数β２３は、図１４に示すマップに基づいて設定される係数であり、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）に応じて設定される。具体的には、第２Ａ／Ｆ係数β２３は、第２Ａ／Ｆ係数β３と同様に、排気ガスの空燃比が小さい（リッチ）ほど大きい値とされる。ただし、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されていたＮＯｘと異なり、ＲａｗＮＯｘに対して排気ガスの空燃比が与える影響は排気の空燃比が所定値以下になると同等となり、第２Ａ／Ｆ係数β２３は排気ガスの空燃比が所定値以上では一定値とされる。
【０１５９】
このようにして、本実施形態では、第１ＮＨ３の量と第２ＮＨ３の量とが推定される。そして、ＤＣＵ３００は、これら第１ＮＨ３の量と第２ＮＨ３の量とを合わせた量を、ＤｅＮＯｘ制御時（詳細には、ＮＨ３放出開始時期からＤｅＮＯｘ制御の終了時までの間）に、ＮＯｘ触媒４１から放出されるＮＨ３として算出する。
【０１６０】
（３−６）尿素噴射量の制御フロー
図１５は、尿素噴射量の制御手順をまとめたフローチャートである。このフローチャートを用いて、尿素噴射量の制御の全体の流れを説明する。なお、図１５は、ＳＣＲ触媒４６とＮＯｘ触媒４１の両方でＮＯｘ浄化が行われているときの制御フローである。
【０１６１】
まず、ステップＳ２１にて、ＤＣＵ３００は、エンジン回転数、エンジン負荷、混合気および排気ガスの空気過剰率λ、ＮＯｘ触媒４１の温度、排気流量を含む各種車両の各種情報を取得する。
【０１６２】
次に、ステップＳ２２にて、ＤＣＵ３００は、後述するように、ＤｅＮＯｘ制御の非実施時および切替期間を除く通常の運転時における尿素噴射量の値である基本尿素噴射量を算出する。本実施形態では、ＳＣＲ触媒４６に吸着されているＮＨ３の量が所定量に維持されるように、エンジンの運転条件等に基づいて基本尿素噴射量が決定される。
【０１６３】
次に、ステップＳ２３にて、ＤＣＵ３００は、ＤｅＮＯｘ制御中であるか否かを判定する。本実施形態では、アクティブＤｅＮＯｘ制御またはパッシブＤｅＮＯｘ制御の実施中は「１」となり、その他の場合には「０」となるフラグが設定されており、ステップＳ２３では、このフラグが１であるか否かを判定する。
【０１６４】
ステップＳ２３の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、補正係数Ｋの値を決定する。具体的には、Ｋ＝α１×α２×α３により、補正係数Ｋの値を算出する。
【０１６５】
ここで、第１補正係数α１は、排気ガスの空気過剰率λに応じて図７に示したマップから求められる。具体的には、ＤＣＵ３００には図７に示すマップが記憶されており、ＤＣＵ３００は、現在の排気ガスの空気過剰率λに対応する値をこのマップから抽出する。
【０１６６】
また、ＤＣＵ３００には、図８に対応するマップが記憶されており、ＤＣＵ３００は、現在の排気流量とＮＯｘ触媒４１の温度とに対応する値をこのマップから抽出して、α２×α３の値とする。
【０１６７】
ステップＳ２４の後はステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、ＤＣＵ３００は、吸蔵酸素減少速度ＭｒｅＯ２を算出する。具体的には、ＤＣＵ３００は、ステップＳ２４で決定した補正係数Ｋ、ステップＳ２１で読み込んだ、排気流量、排気ガスの空気過剰率λを用いて、式（２）により吸蔵酸素減少速度ＭｒｅＯ２を算出する。
【０１６８】
ステップＳ２５の後はステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、ステップＳ２５で算出した吸蔵酸素減少速度ＭｒｅＯ２を積算する。つまり、ΣＭｒｅＯ２を算出して、ＤｅＮＯｘ制御の開始に伴って現在までに減少したＮＯｘ触媒４１の吸蔵酸素量を算出する。
【０１６９】
ステップＳ２６の後はステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、ステップＳ２６で算出したΣＭｒｅＯ２が吸蔵酸素最大量以上であるか、つまり、ＮＨ３放出開始時期に到達したか否かを判定する。なお、前記のように、吸蔵酸素最大量は予め設定されてＤＣＵ３００に記憶されている。
【０１７０】
ステップＳ２７の判定がＮＯの場合、つまり、ΣＭｒｅＯ２が吸蔵酸素最大量未満であり、まだ、ＮＨ３放出開始時期に到達していないと推定される場合は、ステップＳ２８に進み、ＮＨ３放出量つまりＮＯｘ触媒４１からのＮＨ３の放出量を０にする。また、ステップＳ２８の後はステップＳ２９に進み、最終的な（実際に噴射される）尿素噴射量を、ステップＳ２２で算出した尿素噴射量の基本値に設定する。ステップＳ２９の後は処理を終了する（ステップＳ２１に戻る）。
【０１７１】
一方、ステップＳ２７の判定がＹＥＳであって、ΣＭｒｅＯ２が吸蔵酸素最大量以上であり、ＮＨ３放出開始時期に到達したあるいはこれを超えたと推定される場合は、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、ＮＨ３放出量つまりＮＯｘ触媒４１からのＮＨ３の放出量を前記（３−５）で説明した手順で算出する。
【０１７２】
ステップＳ３０の後はステップＳ３１に進む。ステップＳ３１では、ＤＣＵ３００は、ステップＳ３０で算出したＮＨ３放出量を尿素換算した値を削減量として算出する。
【０１７３】
ステップＳ３１の後はステップＳ３２に進む。ステップＳ３２では、ＤＣＵ３００は、ステップＳ３１で求めた尿素換算値を、ステップＳ２２で求めた基本尿素噴射量から減算し、その値を最終的な尿素噴射量とする。
【０１７４】
ステップＳ３２の後はステップＳ３３に進む。ステップＳ３３では、ＤＣＵ３００は、ステップＳ３０１で算出したＮＨ３の放出量を積算して、ＮＨ３放出開始時期以後にＤｅＮＯｘ触媒４１から放出されたＮＨ３の総量を算出する。ステップＳ３２の後は処理を終了する（ステップＳ２１に戻る）。
【０１７５】
このように、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御の実施中であっても、ステップＳ２７の判定がＹＥＳとなってＮＨ３放出開始時期に到達した後にのみ、尿素噴射量の基本尿素噴射量からの減量が行われる。従って、吸蔵酸素減少速度が大きく、ＤｅＮＯｘ制御が開始されてからＮＨ３放出開始時期に到達するまでの時間が短いほど、減量がなされる時間は長くなり、ＤｅＮＯｘ制御の実施中に排気通路４０に供給されるトータルの尿素噴射量は少なくなる。
【０１７６】
なお、前記のように、基本尿素噴射量は、ＳＣＲ触媒４６に吸着されているＮＨ３の量が所定量に維持されるように適宜調整されるが、基本尿素噴射量を上回る削減量が必要になった場合には、ＤｅＮＯｘ制御終了後の基本尿素噴射量に対して、その上回った分の削減量を差し引けば良い。
【０１７７】
一方、ステップＳ２３の判定がＮＯの場合は、ステップＳ４０に進む。
【０１７８】
ステップＳ４０では、ＤＣＵ３００は、吸蔵酸素減少速度の積算値（ΣＭｒｅＯ２）を０にリセットするとともに、ＮＯｘ触媒４１からのＮＨ３放出量を０にリセットする。なお、ＮＨ３放出量の総量は記憶しておく。
【０１７９】
ステップＳ４０の後はステップＳ４１に進む。ステップＳ４１では、ＤＣＵ３００は、ＤｅＮＯｘ制御が終了してから切り替え期間（前記のように、予め設定されている）が未経過か否かを判定する。
【０１８０】
ステップＳ４１の判定がＹＥＳの場合はステップＳ４２に進む。ステップＳ４２では、直前のＤｅＮＯｘ制御の実施時においてステップＳ３２で算出された値であって、ＤｅＮＯｘ制御の実施に伴ってＮＯｘ触媒４１から放出されたＮＨ３の総量に基づいて、尿素噴射量の削減量を決定する。前記のように、本実施形態では、ＮＨ３の総量が大きい方が削減量が大きくなるようにこれが決定される。また、前記のように、このステップＳ４２において算出される削減量（切り替え期間中の削減量）は、ステップＳ２６において算出される削減量（ＤｅＮＯｘ制御中の削減量）よりも小さい値に設定される。
【０１８１】
ステップＳ４２の後はステップＳ４３に進む。ステップＳ４３では、ＤＣＵ３００は、ステップＳ２２で算出した基本尿素噴射量からステップＳ４２で算出した削減量を引いた値を、最終的な尿素噴射量として決定する。ステップＳ４２の後は処理を終了する（ステップＳ２１に戻る）。
【０１８２】
一方、ステップＳ４１の判定がＮＯの場合、すなわちＤｅＮＯｘ制御で発生したＮＨ３放出量の総量に相当する量の尿素噴射量の削減が終了した場合にはステップＳ５１に進む。ステップＳ５１では、最終的な尿素噴射量をステップＳ２２で算出した尿素噴射量の基本値に設定する。ステップＳ５１の後は処理を終了する（ステップＳ２１に戻る）。
【０１８３】
（４）作用等
以上のように、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御時は、尿素噴射量がＤｅＮＯｘ制御の非実施時よりも低減される。従って、ＤｅＮＯｘ制御時において、ＳＣＲ触媒４６に供給されるＮＨ３が過大になりこれがＳＣＲ触媒４６の下流側にすり抜けるのを抑制できる。
【０１８４】
そして、ＤｅＮＯｘ制御時において、尿素噴射量が吸蔵酸素減少速度に応じて変更される。具体的には、吸蔵酸素減少速度が大きくＤｅＮＯｘ制御を開始してからＮＯｘ触媒４１からのＮＨ３の放出が開始されるまでの間の時間（遅れ時間）が短いほど、尿素噴射量が小さくされる。
【０１８５】
従って、ＳＣＲ触媒４６に供給されるＮＨ３の量を確実に適切な量にしてＮＨ３がＳＣＲ触媒４６の下流側にすり抜けるのを抑制できるとともにＳＣＲ触媒４６にて適切にＮＯｘを浄化させることができる。
【０１８６】
詳細には、前記遅れ時間が短いことに伴ってＮＯｘ触媒４１から多くのＮＨ３が放出されてＳＣＲ触媒４６に多くのＮＨ３が蓄積（吸着）されている状態で、尿素インジェクタ４５からＳＣＲ触媒４６に多量のＮＨ３が供給されるのを防止することができ、ＮＨ３がＳＣＲ触媒４６で吸着されずにＳＣＲ触媒４６の下流側にすり抜けるのを抑制できる。また、前記遅れ時間が長いことに伴ってＮＯｘ触媒４１からＳＣＲ触媒４６に導入されるＮＨ３が少なく、ＳＣＲ触媒４６内のＮＨ３が少なくなる状態で、尿素インジェクタ４５からＳＣＲ触媒４６に少量のＮＨ３しか供給されなくなるのを防止することができ、ＳＣＲ触媒４６内のＮＨ３量を確保して適切にＮＯｘを浄化させることができる。
【０１８７】
ここで、前記のように、吸蔵酸素減少速度は式（２）によって空気不足幅（「１−λ」）に比例するように算出される。また、式（２）における補正係数Ｋを構成する第１補正係数α１は、排気ガスの空気過剰率λが小さい方が大きくなるように設定されている。従って、排気ガスの空気過剰率λが小さい方が吸蔵酸素減少速度は小さい値に算出され、ＤｅＮＯｘ制御時において、排気ガスの空気過剰率λが大きい方が尿素噴射量は小さくされる。
【０１８８】
すなわち、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御時において、排気ガスの空気過剰率λが大きい方が尿素噴射量は小さくなるように尿素インジェクタ４５が制御されることで、吸蔵酸素減少速度が小さい方が尿素噴射量が小さくなるように制御されており、これにより、吸蔵酸素減少速度に応じて尿素噴射量を適切に変更して、前記のＮＨ３のすり抜けを防止しつつ効率よくＮＯｘを浄化するという効果を得ることができる。
【０１８９】
また、本実施形態では、図７に示したように、排気ガスの空気過剰率λが大きい方が、排気ガスの空気過剰率λに対する第１補正係数α１の変化率が大きくなるように、第１補正係数α１が設定されている。従って、本実施形態では、排気ガスの空気過剰率λが大きい方が、排気ガスの空気過剰率λに対する尿素噴射量の変化率が大きくなるように尿素噴射量が制御されることになる。
【０１９０】
すなわち、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御時において、排気ガスの空気過剰率λが大きい方がこの空気過剰率λに対する尿素噴射量の変化率が大きくなるように尿素噴射量が制御されることで、尿素噴射量が吸蔵酸素減少速度に応じたより適切な値とされており、これによって、より確実に前記効果を得ることができる。
【０１９１】
また、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御が終了した後、切り替え期間が経過するまでは、最終的な（実際に噴射される）尿素噴射量が基本尿素噴射量よりも小さくなるように構成されて、ＤｅＮＯｘ制御の非実施時の他の期間よりも尿素噴射量が小さくなるように構成されている。
【０１９２】
従って、ＤｅＮＯｘ制御の実施に伴ってＳＣＲ触媒４６に多量のＮＨ３が吸着されている状態で、尿素インジェクタ４５から過剰な量のＮＨ３が供給されるのを防止でき、ＮＨ３のＳＣＲ触媒４６の下流側へのすり抜けを防止しつつ、効率よくＮＯｘを浄化することができる。
【０１９３】
また、本実施形態では、吸蔵酸素減少速度を、第１補正係数α１、第２補正係数α２、第３補正係数α３を用いて算出していることで、これを精度よく推定することができる。そして、吸蔵酸素減少速度が精度よく推定されることで、この吸蔵酸素減少速度に応じて調整される尿素噴射量をより適切な値、つまり、ＮＨ３のＳＣＲ触媒４６の下流側へのすり抜けを防止しつつ効率よくＮＯｘを浄化することができる値に制御することができる。
【０１９４】
（５）変形例
前記実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御時に排気ガスの空気過剰率λを０．９６あるいは０．９８に制御する場合について説明したが、ＤｅＮＯｘ制御時の排気ガスの空気過剰率λの具体的な値はこれに限らない。
【０１９５】
ただし、前記のように、ＤｅＮＯｘ制御時に排気ガスの空気過剰率λを０．９よりも大きく且つ１．０未満となる値に制御すれば、効率よく且つ安定してＳＣＲ触媒４６にＮＨ３を供給することができる。
【０１９６】
また、前記実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御時において、ポスト噴射を実施することで排気ガスの空気過剰率λを調整する場合について説明したが、気筒２に導入される空気量を変更することで、排気ガスの空気過剰率λを調整するようにしてもよい。ただし、前記のように、空気量を低減すると加速性が悪化するとともに、空気過剰率λの制御精度が悪化するおそれがある。従って、前記のように、ＤｅＮＯｘ制御時には、ポスト噴射の噴射量を変更することで排気ガスの空気過剰率λを目標の値に制御するのが好ましい。
【０１９７】
また、図１５では、ＳＣＲ触媒４１とＮＯｘ触媒４６との両方でＮＯｘの浄化が行われている状態で尿素噴射量を減量する場合について説明したが、ＮＯｘ触媒４１のみでＮＯｘが浄化されており且つＤｅＮＯｘ制御が実施された後にＳＣＲ触媒４１でのＮＯｘの浄化が開始された場合は、ＳＣＲ触媒４１でのＮＯｘ浄化開始後の尿素噴射量を、基本尿素噴射量から、ステップＳ３３で算出したＮＨ３放出量の総量分を減量すればよい。
【符号の説明】
【０１９８】
１０    燃料噴射弁（空気過剰率変更手段）
４０    排気通路
４１    ＮＯｘ触媒
４５    尿素インジェクタ（ＳＣＲ用還元剤供給手段）
４６    ＳＣＲ触媒
２００  ＰＣＭ（制御手段）
３００  ＤＣＵ（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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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