(57)【要約】【課題】燃費悪化を抑制しながら排気中の所定成分を適切に除去する。【解決手段】内燃機関１の排気通路１６の上流側から順に上流触媒３１及び下流触媒３３を備える。上流触媒３１及び下流触媒３３は、排気中の所定成分を酸化雰囲気下で吸蔵して還元雰囲気下で放出する。上流触媒３１に吸蔵した所定成分の吸蔵量が第一閾値以上のとき還元剤を供給して上流触媒３１から所定成分を放出する第一パージ制御と、下流触媒３３に吸蔵した所定成分の吸蔵量が第二閾値以上のとき還元剤を供給して下流触媒３３から所定成分を放出する第二パージ制御とを実施する制御手段４０を備える。制御手段４０は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵した所定成分の吸蔵量が第一閾値よりも小さい第三閾値を超えるとともに下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵した所定成分の吸蔵量が第二閾値よりも小さい第四閾値を超えたとき、第一パージ制御及び第二パージ制御を同時連続的に実施する。【選択図】図１
2015187404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の所定成分を酸化雰囲気下で吸蔵して還元雰囲気下で放出する上流触媒と、
前記上流触媒の排気流れ方向下流側の前記排気通路に設けられ、排気中の前記所定成分を酸化雰囲気下で吸蔵して還元雰囲気下で放出する下流触媒と、
前記上流触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵量が第一閾値以上のとき還元剤を供給して前記上流触媒に吸蔵した前記所定成分を放出する第一パージ制御と、前記下流触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵量が第二閾値以上のとき前記還元剤を供給して前記下流触媒に吸蔵した前記所定成分を放出する第二パージ制御とを実施する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記上流触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵量が前記第一閾値よりも小さい第三閾値を超えるとともに前記下流触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵量が前記第二閾値よりも小さい第四閾値を超えたとき、前記第一パージ制御及び前記第二パージ制御を同時連続的に実施する
ことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記第一パージ制御及び前記第二パージ制御を同時連続的に実施する場合は、前記第一パージ制御の開始後に前記第二パージ制御を開始する
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記上流触媒と前記下流触媒との間の前記排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、
前記所定成分は、排気中の窒素酸化物であって、
前記制御手段は、
前記フィルタに捕集された粒子状物質の量に基づいて前記フィルタから粒子状物質を除去する再生制御と前記第二パージ制御とを共に実施する場合は、前記第二パージ制御の開始後に前記再生制御を開始する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記再生制御を実施すると判断してから前記再生制御を開始するまでの待機時間が所定時間以上になった場合は、前記第一パージ制御及び前記第二パージ制御よりも先に前記再生制御を開始する
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（以下、エンジンという）の排気通路に設けられ、排気中の所定成分を酸化雰囲気下で吸蔵し還元雰囲気下で放出する触媒を備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから排出される排気には、一酸化窒素（NO），二酸化窒素（NO2）を含む窒素酸化物（以下、NOxという）や硫黄成分（以下、これらを総称して所定成分ともいう）が含有されており、エンジンの排気通路にはこのような所定成分のうちのNOxを浄化するための排気浄化触媒として、ＮＯｘトラップ触媒（吸蔵還元触媒）が介装されたものがある。ＮＯｘトラップ触媒は、酸素濃度が比較的高いリーン雰囲気下で排気中のNOxを硝酸塩として吸蔵するとともに、酸素濃度が比較的低いリッチ雰囲気下で吸蔵したNOxを放出して窒素（N2）に還元するものである。
【０００３】
ＮＯｘトラップ触媒を備えた排気浄化装置は、ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたNOxの量が多くなると、NOxを還元するための還元剤を添加して排気をリッチ雰囲気とし、ＮＯｘトラップ触媒からNOxを放出させてN2に還元するＮＯｘパージ制御を実施する。また、エンジンの排気通路には、ＮＯｘトラップ触媒のほかに、排気中の成分に対する酸化能を持った酸化触媒や、排気中の粒子状物質（PM）を捕集するためのフィルタが介装されることもある。
【０００４】
例えば特許文献１には、排気上流側からＮＯｘトラップ触媒，フィルタ，ＮＯｘトラップ触媒の順に配置された排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置では、フィルタのＰＭ堆積量が下限値を越えており、上流側ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ量が所定量以上の場合に、ＨＣ濃度を適切に増加させるＨＣ変動運転を開始している。これにより、上流側ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているNOxがNO2となって触媒から脱離し、フィルタへと供給されて、フィルタに堆積しているPMを効率よく燃焼させて除去している。また、ＨＣ変動運転に先行して、下流側ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ量が所定の飽和量を越えている場合は、下流側ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ量を低減させるためのリッチ運転が開始されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８１２３０２号公報（第３実施例）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたNOxを還元するためには、還元剤を供給してＮＯｘトラップ触媒の周辺雰囲気をリッチ雰囲気（還元雰囲気）にする必要がある。そのため、ＮＯｘパージの頻度によっては燃費悪化が懸念される。特に、上記の特許文献１のように、排気通路にＮＯｘトラップ触媒が二つ配置された排気浄化装置の場合、それぞれのＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたNOxの量に応じて各ＮＯｘトラップ触媒に対してＮＯｘパージを行う必要があるため、ＮＯｘパージによる燃費悪化をもたらす可能性が高い。
【０００７】
また、ＮＯｘトラップ触媒には、排気中の硫黄成分を吸蔵する性質があることが知られており、ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵した硫黄成分を放出するためのＳパージ制御が定期的に実施される。Ｓパージ制御では、追加燃料を噴射するなどしてＮＯｘトラップ触媒の温度をＮＯｘパージ制御時よりも高温にすることが行われるため、Ｓパージ制御の頻度によっても燃費悪化を招くこととなる。
【０００８】
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、燃費悪化を抑制しながら排気中の所定成分を適切に除去することができるようにした、内燃機関の排気浄化装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）ここで開示する内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の所定成分を酸化雰囲気下で吸蔵して還元雰囲気下で放出する上流触媒と、前記上流触媒の排気流れ方向下流側の前記排気通路に設けられ、排気中の前記所定成分を酸化雰囲気下で吸蔵して還元雰囲気下で放出する下流触媒と、を備える。また、前記排気浄化装置は、前記上流触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵量が第一閾値以上のとき還元剤を供給して前記上流触媒に吸蔵した前記所定成分を放出する第一パージ制御と、前記下流触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵量が第二閾値以上のとき前記還元剤を供給して前記下流触媒に吸蔵した前記所定成分を放出する第二パージ制御とを実施する制御手段を備える。前記制御手段は、前記上流触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵量が前記第一閾値よりも小さい第三閾値を超えるとともに前記下流触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵量が前記第二閾値よりも小さい第四閾値を超えたとき、前記第一パージ制御及び前記第二パージ制御を同時連続的に実施する。
【００１０】
（２）前記制御手段は、前記第一パージ制御及び前記第二パージ制御を同時連続的に実施する場合は、前記第一パージ制御の開始後に前記第二パージ制御を開始することが好ましい。
（３）前記排気浄化装置は、前記上流触媒と前記下流触媒との間の前記排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えることが好ましい。また、前記所定成分は、排気中の窒素酸化物であることが好ましい。この場合、前記制御手段は、前記フィルタに捕集された粒子状物質の量に基づいて前記フィルタから粒子状物質を除去する再生制御と前記第二パージ制御とを共に実施する場合は、前記第二パージ制御の開始後に前記再生制御を開始することが好ましい。
【００１１】
（４）前記制御手段は、前記再生制御を実施すると判断してから前記再生制御を開始するまでの待機時間が所定時間以上になった場合は、前記第一パージ制御及び前記下流ＮＯｘパージ制御よりも先に前記再生制御を開始することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
開示の内燃機関の排気浄化装置によれば、上流触媒のパージ制御と下流触媒のパージ制御とを同時連続的に実施するための閾値（第三閾値，第四閾値）を、それぞれ単独でパージ制御を実施するときの閾値（第一閾値，第二閾値）よりも小さい値に設定しておくことで、できる限り上流触媒と下流触媒のパージ制御を同時連続的に実施することができるため、燃費悪化を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一実施形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の模式的な全体構成図である。
【図２】図１の排気浄化装置の負荷とＮＯｘ浄化性能との関係を示したグラフである。
【図３】図１の排気浄化装置の上流ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵量及び下流ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵量の変化を模式的に示したグラフである。
【図４】図１の排気浄化装置で実施される制御手順を例示するフローチャート（ＮＯｘパージの要求判定フロー）である。
【図５】図１の排気浄化装置で実施される制御手順を例示するメインフローチャートである。
【図６】図５のサブフローチャートであり、（ａ）はＮＯｘパージ制御の実行フローチャート、（ｂ）は再生制御の実行フローチャートである。
【図７】第二実施形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の模式的な全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面により実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
［１．第一実施形態］
［１−１．装置構成］
本実施形態の排気浄化装置は、車両に搭載されたディーゼルエンジン（内燃機関）１に適用される。図１には、エンジン１に設けられる複数のシリンダ２のうちの一つを示すが、他のシリンダ２も同様の構成である。エンジン１のシリンダ２内には、頂面にキャビティが形成されたピストン３が設けられ、シリンダ２内を上下方向に往復摺動する。
【００１５】
シリンダ２上部のシリンダヘッドには、燃料噴射用の筒内噴射弁（インジェクタ）４が設けられる。筒内噴射弁４は、その先端部がシリンダ２の筒内空間に突出して設けられ、シリンダ２内に直接燃料を噴射する。筒内噴射弁４の基端部には燃料配管が接続され、この燃料配管から加圧された燃料が筒内噴射弁４に供給される。筒内噴射弁４からの燃料噴射量及びその噴射タイミングは、後述のエンジン制御装置４０で制御される。
【００１６】
シリンダヘッドには、シリンダ２の筒内空間と連通する吸気ポート５及び排気ポート６が設けられ、これらの各ポート５，６を開閉するための吸気弁７及び排気弁８が設けられる。吸気ポート５の上流側にはインテークマニホールド９（以下、インマニ９という）が設けられ、インマニ９には吸気ポート５側へと流れる空気を一時的に溜めるためのサージタンク１０が設けられる。インマニ９の上流端には、電子制御式のスロットルバルブ１１を内蔵したスロットルボディ（図示略）が接続され、このスロットルバルブ１１の開度（スロットル開度）に応じてインマニ９側へと流通する空気量が調節される。なお、スロットル開度は、エンジン制御装置４０で制御される。スロットルボディの上流側には吸気通路１２が接続される。吸気通路１２の最上流にはエアフィルタ１３が設けられ、エアフィルタ１３で濾過された新気が吸気通路１２に導入される。
【００１７】
一方、排気ポート６よりも排気下流側には、複数のシリンダ２から合流するように形成されたエキゾーストマニホールド１５（以下、エキマニ１５という）が設けられ、エキマニ１５の下流側には排気通路１６が接続される。また、このエンジン１の吸排気系には、排気圧を利用してシリンダ２内に吸気を過給するターボチャージャ（過給機）１７が設けられる。ターボチャージャ１７は、吸気通路１２と排気通路１６との両方にまたがって介装された過給機である。ターボチャージャ１７は、排気通路１６内の排気圧で排気通路１６上のタービンを回転させ、その回転力を利用して吸気通路１２上のコンプレッサを駆動することにより、吸気通路１２側の吸気を圧縮してエンジン１への過給を行う。なお、吸気通路１２におけるコンプレッサよりも吸気流の下流側にはインタクーラ１４が設けられ、圧縮された空気が冷却される。
【００１８】
本実施形態に係るエンジン１には、排気通路１６を流通する排気を吸気通路１２へ還流させるＥＧＲ通路１８（排気再循環通路や還流通路ともいう）が設けられる。ＥＧＲ通路１８は、ターボチャージャ１７のタービンよりも上流側の排気通路１６とコンプレッサよりも下流側の吸気通路１２とを連通し、いわゆる高圧ＥＧＲ通路を構成する。ＥＧＲ通路１８と吸気通路１２との接続部には、ＥＧＲ弁１９が内蔵され、ＥＧＲ通路１８を流通する還流ガス量がＥＧＲ弁１９の開度に応じて調節される。ＥＧＲ弁１９の開度は、エンジン制御装置４０によって制御される。例えば、後述の再生制御中は、エンジン制御装置４０はＥＧＲ弁１９の開度を０に制御し（閉弁し）、還流ガスをカットする。なお、ＥＧＲ通路１８には、還流ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２０が設けられる。
【００１９】
排気通路１６のタービンの下流側には、排気浄化装置３０として、排気流れ方向の上流側から順に上流ＮＯｘトラップ触媒（上流触媒）３１，フィルタ３２，下流ＮＯｘトラップ触媒（下流触媒）３３が介装される。排気通路１６を流通する排気は、排気浄化装置３０において浄化された後、車外へと排出される。なお、排気浄化装置３０には、後述するエンジン制御装置４０が含まれる。
【００２０】
上流ＮＯｘトラップ触媒３１及び下流ＮＯｘトラップ触媒３３は、何れも酸化雰囲気下（排気空燃比が理論空燃比よりもリーンな状態）で排気中のNOx（所定成分）を硝酸塩として担体上に吸蔵し、還元雰囲気下（排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな状態）で吸蔵したNOxを放出してN2に還元する機能を有する。これらの機能に対応して、上流ＮＯｘトラップ触媒３１及び下流ＮＯｘトラップ触媒３３には、NOxの吸蔵機能を担う吸蔵材と、還元機能を担う貴金属元素等とがそれぞれ担持される。
【００２１】
ここでは、上流ＮＯｘトラップ触媒３１及び下流ＮＯｘトラップ触媒３３の構成成分（吸蔵材や貴金属元素等の種類及び量）は同一であるものとし、これらを特に区別しない場合はＮＯｘトラップ触媒３１，３３と表す。なお、図１では下流ＮＯｘトラップ触媒３３の方が上流ＮＯｘトラップ触媒３１よりも容量が大きい場合を例示しているが、ＮＯｘトラップ触媒３１，３３が同一容量であってもよい。これらＮＯｘトラップ触媒３１，３３は、ある温度域で優れたＮＯｘ浄化性能を持つ（ある温度域にＮＯｘ浄化性能のピークを有する）という性質がある。言い換えると、ＮＯｘ浄化性能は常に一定ではなく、ＮＯｘトラップ触媒３１，３３の温度に応じて変化するものであり、ある温度域で最も高いＮＯｘ浄化性能を発揮する。
【００２２】
上流ＮＯｘトラップ触媒３１，下流ＮＯｘトラップ触媒３３は、容量に応じて吸蔵しうるNOxの量（最大量）がそれぞれ決まっている。上流ＮＯｘトラップ触媒３１及び下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵した各NOxの量がそれぞれ最大量（飽和状態）に近づくと、エンジン制御装置４０により上流ＮＯｘトラップ触媒３１又は下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵したNOxを放出してN2に還元する制御（以下、これをＮＯｘパージ制御という）が実施される。
【００２３】
また、これらＮＯｘトラップ触媒３１，３３には、排気中の硫黄成分（所定成分単にＳとも表す）が吸蔵しうる性質がある。ＮＯｘトラップ触媒３１，３３に吸蔵してしまった硫黄成分は、上記のＮＯｘパージ制御では僅かな量しか放出されないため、ＮＯｘトラップ触媒３１,３３は徐々に増加する硫黄成分によって本来の機能であるNOxを吸蔵するという能力（性能）が低下する。これはＳ被毒と呼ばれ、ＮＯｘトラップ触媒３１，３３のＳ被毒を解消すべく、エンジン制御装置４０によってこの硫黄成分をＮＯｘトラップ触媒３１，３３から放出させる制御（以下、これをＳパージ制御という）が上記のＮＯｘパージ制御とは別で実施される。
【００２４】
フィルタ３２は、排気中の粒子状物質（Particulate Matter、以下、PMという）を捕集する多孔質フィルタであり、熱容量が比較的大きい。フィルタ３２の内部は、多孔質の壁体によって排気の流通方向に沿って複数に分割されている。この壁体には、PMの微粒子に見合った大きさの多数の細孔が形成され、排気が壁体の近傍や内部を通過する際に壁体内，壁体表面にPMが捕集される。フィルタ３２では、捕集されたPMが連続的に酸化される連続再生と、エンジン制御装置４０によってPMが強制的に燃焼されてフィルタ３２を再生する再生制御とが実施される。
【００２５】
排気浄化装置３０は、排気通路１６に上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３とがフィルタ３２を挟んで配置されているため、上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３とでは温度状態が異なる。これは、排気通路１６の上流ほど排気温度が高いため、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の方が下流ＮＯｘトラップ触媒３３よりも排気熱によって昇温されやすいからである。高温の排気は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１を通過することで熱が奪われて温度低下し、さらに熱容量の大きなフィルタ３２を通過することで温度低下した後、下流ＮＯｘトラップ触媒３３を通過する。そのため、下流ＮＯｘトラップ触媒３３は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１よりも昇温されにくく、上流ＮＯｘトラップ触媒３１よりも温度が低い状態となる。なお、排気温度はエンジン１の運転領域（エンジン負荷）に応じて変化し、高負荷ほど排気温度は高くなる傾向がある。
【００２６】
上記のように、ＮＯｘトラップ触媒３１，３３は、ある温度域にＮＯｘ浄化性能のピークを有するため、上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３とを温度帯の異なる場所に配置することで、上流ＮＯｘトラップ触媒３１が高いＮＯｘ浄化性能を発揮する運転領域と、下流ＮＯｘトラップ触媒３３が高いＮＯｘ浄化性能を発揮する運転領域とを相違させることができる。これにより、システム全体のＮＯｘ浄化性能を高めることが可能となる。これについて、図２を用いて説明する。図２中の破線及び一点鎖線は、それぞれ上流ＮＯｘトラップ触媒３１，下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘ浄化性能を示し、実線はシステム全体のＮＯｘ浄化性能を示す。横軸のエンジン負荷は、上記したように排気温度と正の相関関係を有し、高負荷ほど排気温度は高い。
【００２７】
図２に示すように、低負荷側では上流ＮＯｘトラップ触媒３１がＮＯｘ浄化性能のピークを持ち、高負荷側では下流ＮＯｘトラップ触媒３３がＮＯｘ浄化性能のピークを持つ。これは、エンジン１の負荷が低い場合は、排気熱により上流ＮＯｘトラップ触媒３１は高いＮＯｘ浄化性能を発揮しうる温度域まで昇温される一方、下流ＮＯｘトラップ触媒３３は高いＮＯｘ浄化性能を発揮しうる温度域まで昇温されないためである。また、エンジン１の負荷が高い場合は、排気熱により上流ＮＯｘトラップ触媒３１は高いＮＯｘ浄化性能を発揮しうる温度域よりも高温まで昇温されてしまってＮＯｘ浄化性能が低下するのに対し、下流ＮＯｘトラップ触媒３３は高温の排気が届いて高いＮＯｘ浄化性能を発揮しうる温度域まで昇温されるためである。
【００２８】
したがって、エンジン１の低負荷運転領域では、主に上流ＮＯｘトラップ触媒３１によりNOxが浄化され、エンジン１の高負荷運転領域では、主に下流ＮＯｘトラップ触媒３３によりNOxが浄化されることになるため、システム全体で見ると、エンジン１の運転領域全体に亘って高いＮＯｘ浄化性能を確保することができる。
【００２９】
排気浄化装置３０は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の直上流の排気通路１６に設けられた上流インジェクタ３４を備える。上流インジェクタ３４は、一酸化炭素（CO）や炭化水素（HC）等の還元剤を排気通路１６へ直接供給する噴射弁であり、その先端部が排気通路１６内に突出して設けられる。また、上流インジェクタ３４の基端部には燃料ポンプへと繋がる燃料配管が接続されており、ここでは還元剤として燃料が用いられる。
【００３０】
上流インジェクタ３４は、上記のＮＯｘパージ制御及びＳパージ制御において、還元剤を上流ＮＯｘトラップ触媒３１に供給し、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の周辺雰囲気を還元雰囲気（リッチ雰囲気）にするとともに上流ＮＯｘトラップ触媒３１を昇温させる。上流インジェクタ３４からの還元剤の噴射量及びその噴射タイミングは、エンジン制御装置４０で制御される。なお、下流ＮＯｘトラップ触媒３３に対する還元剤の供給は、上記の筒内噴射弁４によるポスト噴射によって行う。すなわち、筒内噴射弁４からトルクに寄与しないタイミング（例えば膨張行程後半や排気工程）で燃料を噴射させることで、排気通路１６へ還元剤としての未燃燃料を供給する。
【００３１】
吸気通路１２のエアフィルタ１３とコンプレッサとの間には、吸気流量を検出するエアフローセンサ２１が設けられる。吸気流量は、エアフィルタ１３を通過した空気の流量に対応するパラメータである。吸気通路１２のＥＧＲ弁１９とサージタンク１０との間には、吸気の空燃比を検出するための空燃比センサ２２が設けられる。空燃比センサ２２は、吸気通路１２を流通する吸気の酸素濃度を検出し、酸素濃度に比例する値を出力する、いわゆるリニア空燃比センサである。また、サージタンク１０内には、インマニ圧センサ２３及び吸気温センサ２４が設けられる。インマニ圧センサ２３はサージタンク１０内の圧力をインマニ圧として検出し、吸気温センサ２４はサージタンク１０内の吸気温度を検出する。
【００３２】
排気通路１６の上流インジェクタ３４の下流であって上流ＮＯｘトラップ触媒３１の上流には、排気の空燃比を検出する空燃比センサ２５及び排気温度を検出する排気温センサ２６が設けられる。また、排気通路１６の下流ＮＯｘトラップ触媒３３の直上流には、排気の空燃比を検出する空燃比センサ２７及び排気温度を検出する排気温センサ２８が設けられる。なお、これらのほかにも、例えばエンジン１の回転速度を検出するエンジン回転速度センサや、エンジン１の冷却水の温度を検出する冷却水温センサ，筒内噴射弁４やインジェクタ３４から噴射される燃料の圧力を検出する燃圧センサ等を設けてもよい。各種センサ２１〜２８で検出された各種情報は、エンジン制御装置４０に伝達される。
【００３３】
上記のエンジン１を搭載する車両には、エンジン制御装置（制御手段）４０が設けられる。このエンジン制御装置４０は、例えばマイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積したＬＳＩデバイスや組み込み電子デバイスとして構成され、車両に設けられた車載ネットワーク網の通信ラインに接続される。なお、車載ネットワーク上には、例えばブレーキ制御装置や空調制御装置といった他の電子制御装置が互いに通信可能に接続される。
【００３４】
エンジン制御装置４０は、エンジン１に関する点火系，燃料系，吸排気系及び動弁系といった広汎なシステムを総合的に制御する電子制御装置であり、エンジン１の各シリンダ２に対して供給される空気量や燃料噴射量，各シリンダ２の点火時期，過給圧等を制御するものである。エンジン制御装置４０の入力ポートには、前述の各種センサ２１〜２８が接続される。エンジン制御装置４０の具体的な制御対象としては、筒内噴射弁４から噴射される燃料噴射量とその噴射タイミング，ターボチャージャ１７の作動状態，スロットル開度，ＥＧＲ弁１９の開度，上流インジェクタ３４から噴射される還元剤噴射量とその噴射タイミング等が挙げられる。本実施形態では、上記したＮＯｘトラップ触媒３１，３３のＮＯｘパージ制御とフィルタ３２の再生制御の二つの制御について、さらに詳述する。
【００３５】
［１−２．制御構成］
図１に示すように、上記の二つの制御を実施するための要素として、エンジン制御装置４０には、推定部４１，ＮＯｘパージ制御部４２，再生制御部４３が設けられる。これらの各要素は電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、ソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。
【００３６】
推定部４１は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵されたNOxの量（ＮＯｘ吸蔵量Aという）と、下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵されたNOxの量（ＮＯｘ吸蔵Bという）と、フィルタ３２に堆積したPMの量（ＰＭ堆積量Dという）とを推定するものである。ＮＯｘ吸蔵量A，Bの推定手法には、種々の公知技術を適用可能であり、例えばエンジンの運転領域や排気の温度，空燃比，流量等に基づいて推定可能である。図２に示すように、エンジン１の低負荷運転領域や排気温度の低温域では、主に上流ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘ吸蔵量Aが増大し、エンジン１の高負荷運転領域や排気温度の高温域では、主に下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘ吸蔵量Bが増大する。また、後述のＮＯｘパージ制御中は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１，下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵されたNOxが放出されて還元されるため、ＮＯｘ吸蔵量A，Bは所定の速さで減少する。
【００３７】
また、ＰＭ堆積量Dの推定手法の一例として、推定部４１は、エンジン１の回転速度やエンジン負荷等に基づき、エンジン１から排出されるPMの量を推定して、これを前回の再生制御の終了後から積算することでＰＭ堆積量Dを推定する。あるいは、フィルタ３２の上下流の差圧を検出又は推定して、この差圧に基づいてＰＭ堆積量Dを推定する手法も公知であり、推定部４１はこのような手法によりＰＭ堆積量Dを推定してもよい。推定部４１は、推定したＮＯｘ吸蔵量A，B及びＰＭ堆積量Dを、ＮＯｘパージ制御部４２及び再生制御部４３に伝達する。
【００３８】
ＮＯｘパージ制御部４２は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵したNOxの吸蔵状態（ＮＯｘ吸蔵量A）に基づき、還元剤を供給して上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵されたNOxを還元する上流ＮＯｘパージ制御（第一パージ制御）と、下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵したNOxの吸蔵状態（ＮＯｘ吸蔵量B）に基づき、還元剤を供給して下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵されたNOxを還元する下流ＮＯｘパージ制御（第二パージ制御）とを実施するものである。
【００３９】
具体的には、ＮＯｘパージ制御部４２は、推定部４１で推定された上流ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘ吸蔵量Aが所定の上限閾値（第一閾値）Ah以上（A≧Ah）の場合に、上流ＮＯｘパージ制御が必要（上流ＮＯｘパージ制御を実施する）と判断する。そして、上流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態のときに上流インジェクタ３４から所定量の還元剤を間欠的に噴射させることで、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の周辺雰囲気をリッチ化するとともに上流ＮＯｘトラップ触媒３１をＮＯｘパージ可能温度以上に昇温させて、上流ＮＯｘトラップ触媒３１のNOxを放出させて還元する（上流ＮＯｘパージ制御）。なお、上流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態とは、例えば上流ＮＯｘトラップ触媒３１の温度やエンジン負荷等から判断される。
【００４０】
また、ＮＯｘパージ制御部４２は、推定部４１で推定された下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘ吸蔵量Bが所定の上限閾値（第二閾値）Bh以上（B≧Bh）の場合に、下流ＮＯｘパージ制御が必要（下流ＮＯｘパージ制御を実施する）と判断する。そして、下流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態のときに筒内噴射弁４にポスト噴射をさせることで、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の周辺雰囲気をリッチ化するとともに下流ＮＯｘトラップ触媒３３をＮＯｘパージ可能温度以上に昇温させて、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のNOxを放出させて還元する（下流ＮＯｘパージ制御）。なお、下流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態も、例えば下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度やエンジン負荷等から判断される。
【００４１】
各上限閾値Ah，Bhは、上流ＮＯｘトラップ触媒３１，下流ＮＯｘトラップ触媒３３にそれぞれ吸蔵されたNOxを除去する必要性があるか否か（上流ＮＯｘトラップ触媒３１，下流ＮＯｘトラップ触媒３３の飽和状態）を判定するための閾値であり、上流ＮＯｘトラップ触媒３１，下流ＮＯｘトラップ触媒３３の容量等に基づいて予め設定されている。なお、上流インジェクタ３４によって還元剤を間欠噴射させることで、硫化水素（H2S）の発生が抑制される。
【００４２】
ＮＯｘパージ制御部４２は、上流ＮＯｘパージ制御を開始した後に推定部４１で推定されたＮＯｘ吸蔵量Aが所定の終了閾値Af未満（A＜Af）になった場合に、上流インジェクタ３４からの還元剤の噴射を停止させて上流ＮＯｘパージ制御を終了する。同様に、下流ＮＯｘパージ制御を開始した後に推定部４１で推定されたＮＯｘ吸蔵量Bが所定の終了閾値Bf未満（B＜Bf）になった場合に、筒内噴射弁４からのポスト噴射を停止させて下流ＮＯｘパージ制御を終了する。なお、上流側の終了閾値Af及び下流側の終了閾値Bfは、何れも０に近い小さな値に予め設定されており、これらは同一の値であってもよいし異なる値であってもよい。
【００４３】
このように、ＮＯｘパージ制御部４２は、基本的には上流ＮＯｘパージ制御と下流ＮＯｘパージ制御とを独立して（各ＮＯｘトラップ触媒３１，３３のＮＯｘ吸蔵量A，Bに応じて）実施する。ただし、ＮＯｘパージ制御部４２は、上流ＮＯｘパージ制御と下流ＮＯｘパージ制御とを実施するタイミングが重なった場合（すなわち、二つのＮＯｘパージ制御を共に必要と判断した場合，A≧AhかつB≧Bhとなった場合）は、上流ＮＯｘパージ制御を先に開始した後、続けて下流ＮＯｘパージ制御を開始して、上流ＮＯｘパージ制御と下流ＮＯｘパージ制御とを同時連続的に実施する。言い換えると、下流ＮＯｘパージ制御の開始タイミングを上流ＮＯｘパージ制御の実施中（開始後であって終了前）とする。なお、同時連続的とは、上下流のＮＯｘパージ制御を同じタイミングで実施するが、上流側を先行して開始し、これに連続して下流側を開始することを意味する。
【００４４】
これにより、上流ＮＯｘパージ制御で消費されなかった還元剤を下流ＮＯｘパージ制御で使うことができるため、燃費悪化が防止される。さらに、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度を確保しやすくなり、下流ＮＯｘトラップ触媒３３におけるＮＯｘ還元性能を高めることが可能となる。つまり、上流ＮＯｘパージ制御と下流ＮＯｘパージ制御とは、できる限り同時連続的に実施することが好ましい。
【００４５】
そこで、本実施形態に係るエンジン制御装置４０には、上流側の上限閾値Ahよりも小さい実施判定閾値（第三閾値）As（Ah＞As）と、下流側の上限閾値Bhよりも小さい実施判定閾値（第四閾値）Bs（Bh＞Bs）とが予め設定されており、ＮＯｘパージ制御部４２は、推定部４１で推定されたＮＯｘ吸蔵量A，Bが何れも実施判定閾値As，Bsを超える場合には、上流ＮＯｘパージ制御と下流ＮＯｘパージ制御とを同時連続的に実施する。
【００４６】
これについて図３を用いて説明する。図３は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘ吸蔵量Aと下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘ吸蔵量Bの変化を模式的に示したグラフである。上流ＮＯｘトラップ触媒３１には、上流ＮＯｘパージ制御を実施するか否かを判定するための閾値が上限閾値Ahと実施判定閾値Asの二つ設定されている。同様に、下流ＮＯｘトラップ触媒３３にも、下流ＮＯｘパージ制御を実施するか否かを判定するための閾値が上限閾値Bhと実施判定閾値Bsの二つ設定されている。図３に示すように、上流ＮＯｘトラップ触媒３１及び下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘ吸蔵量A，Bは、エンジン１の運転状態に応じた速度で増大していく。なお、ここでは下流ＮＯｘトラップ触媒３３により多くのNOxが吸蔵される場合を例示している。
【００４７】
ＮＯｘパージ制御部４２は、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘ吸蔵量Bが実施判定閾値Bsを超えた時点（時刻t1）での上流ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘ吸蔵量Aをチェックする。ここでは、ＮＯｘ吸蔵量Aが実施判定閾値As以下であるため、何れのＮＯｘパージ制御も実施しない。その後、ＮＯｘ吸蔵量Bが上限閾値Bhに達するまでの間、ＮＯｘ吸蔵量Aは実施判定閾値As以下であるため、ＮＯｘパージ制御部４２は、ＮＯｘ吸蔵量Bが上限閾値Bhに達した時点（時刻t2）以降で下流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態のときに下流ＮＯｘパージ制御を開始する。なお、下流ＮＯｘパージ制御中も上流ＮＯｘトラップ触媒３１にはNOxが吸蔵される。
【００４８】
ＮＯｘパージ制御部４２は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘ吸蔵量Aが実施判定閾値Asを超えた時点（時刻t3）での下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘ吸蔵量Bをチェックする。ここでは、ＮＯｘ吸蔵量Bが実施判定閾値Bs以下であるため、何れのＮＯｘパージ制御も実施しない。その後、ＮＯｘ吸蔵量Bが実施判定閾値Bsを超えると（時刻t4）、ＮＯｘパージ制御部４２は、まず上流ＮＯｘパージ制御を開始し、続けて下流ＮＯｘパージ制御を開始することで、上流ＮＯｘパージ制御と下流ＮＯｘパージ制御とを同時連続的に実施する。
【００４９】
その後も、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘ吸蔵量Bが実施判定閾値Bsを超えた時点（時刻t5）以降に、上流ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘ吸蔵量Aが実施判定閾値Asを超えた場合（時刻t6）、ＮＯｘパージ制御部４２は、まず上流ＮＯｘパージ制御を開始し、続けて下流ＮＯｘパージ制御を開始することで、上流ＮＯｘパージ制御と下流ＮＯｘパージ制御とを同時連続的に実施する。このように、上下流のＮＯｘパージ制御を同時連続的に実施するための閾値（実施判定閾値）As，Bsを上限閾値Ah，Bhとは別で設けておくことで、上流ＮＯｘパージ制御と下流ＮＯｘパージ制御とをできるだけ同時連続的に実施する。
【００５０】
再生制御部４３は、フィルタ３２に捕集されたPMの量（ＰＭ堆積量D）に基づいて、フィルタ３２からPMを除去する再生制御の必要性（再生制御の実施要求）を判断し、必要性（実施要求）に応じて再生制御を実施するものである。具体的には、再生制御部４３は、推定部４１で推定されたＰＭ堆積量Dが所定の再生開始閾値Ds以上（D≧Ds）の場合に再生制御が必要であると判断し、ＰＭ堆積量Dが再生開始閾値Ds未満の場合に再生制御が不要であると判断する。
【００５１】
再生制御部４３は、再生制御の実施要求があると判断したときに、ＮＯｘパージ制御部４２によって上流ＮＯｘパージ制御及び下流ＮＯｘパージ制御の少なくとも一方が実施される場合は、上記のＮＯｘパージ制御部４２による制御を優先させる。つまりこの場合、再生制御部４３は、ＮＯｘパージ制御部４２によって上流ＮＯｘパージ制御又は下流ＮＯｘパージ制御が単独で、あるいは上下流のＮＯｘパージ制御が同時連続的に実施されて終了した後に、再生制御を開始する。
【００５２】
再生制御中は、エンジン１が高負荷運転状態であることに加えてＥＧＲ弁１９が閉弁されて還流ガスがカットされることで、シリンダ２から排出されるNOxの量が増大するため、再生制御前に上流ＮＯｘトラップ触媒３１，下流ＮＯｘトラップ触媒３３のNOx吸蔵能力を確保しておく必要がある。そこで、再生制御の実施要求があるときに上流ＮＯｘパージ制御や下流ＮＯｘパージ制御が必要である場合は、ＮＯｘパージ制御を再生制御に先行して実施することで、再生制御中のNOxの排出量を低減することができる。
【００５３】
ただし、再生制御部４３は、再生制御が必要と判断してから再生制御を開始するまでの待機時間が所定時間tL以上になった場合は、ＮＯｘパージ制御部４２による制御よりも先に再生制御を実施する。つまり、再生制御部４３は、再生制御が必要な場合にＮＯｘパージ制御部４２によりＮＯｘパージ制御が必要と判断されていれば、まずはＮＯｘパージ制御を優先させるものの、所定時間tLが経過するまでにＮＯｘパージ制御が開始されなければ、再生制御を開始する。これにより、フィルタ３２にPMが大量に堆積することによるエンジン１の停止が防止される。なお、再生制御部４３は、再生制御が必要と判断したときにＮＯｘパージ制御部４２による制御が実施されない場合は、速やかに再生制御を開始する。
【００５４】
再生制御部４３は、上流インジェクタ３４から所定量の還元剤を間欠的に噴射させ、これを上流ＮＯｘトラップ触媒３１上で燃焼させることで、フィルタ３２を再生可能温度以上に昇温させてPMを燃焼させる（再生制御）。再生開始閾値Dsは、フィルタ３２に堆積したPMを強制的に燃焼させて除去する必要性があるか否かを判定するための閾値であり、フィルタ３２の圧力損失の増加度合いやPM過堆積によるフィルタ３２の溶損リスク等に基づいて予め設定されている。なお、再生制御では、上流インジェクタ３４から還元剤を噴射する代わりに、筒内噴射弁４にポスト噴射させることで排気通路１６に燃料を供給してもよい。
【００５５】
再生制御部４３は、再生制御を開始した後に推定部４１で推定されたＰＭ堆積量Dが所定の再生終了閾値Df未満（D＜Df）になった場合に、上流インジェクタ３４からの還元剤の噴射又は筒内噴射弁４によるポスト噴射を停止させて、再生制御を終了する。なお、再生終了閾値Dfは、０に近い小さな値に予め設定されている。
【００５６】
［１−３．フローチャート］
図４〜図６は、上記のＮＯｘパージ制御及び再生制御の手順を説明するためのフローチャートである。図４は上下流のＮＯｘパージ制御の実施要求の有無を判定するためのフローであり、図５は上下流のＮＯｘパージ制御及び再生制御の実行フローであり、図６は図５のサブフローであって、（ａ）は上下流のＮＯｘパージ制御の実行フロー、（ｂ）は再生制御の実行フローである。これらのフローは、エンジン制御装置４０において所定の演算周期で繰り返し実施される。なお、これらのフローとは別に、上記の推定部４１によるＮＯｘ吸蔵量A，B及びＰＭ堆積量Dの推定は常に実施されており、ＮＯｘパージ制御部４２及び再生制御部４３は、推定された各推定値を読み込んで上流ＮＯｘパージ制御，下流ＮＯｘパージ制御及び再生制御を実施する。
【００５７】
まず、ＮＯｘパージ制御部４２において実施される図４のフローについて説明する。図４に示すように、フラグFAがFA=0であるか否かが判定される（ステップＳ１０）。フラグFAは、上流ＮＯｘパージ制御の実施要求（必要性）の有無を判定するものであり、FA=1は要求ありに対応し、FA=0は要求なしに対応する。フラグFA=0のときは、推定部４１で推定されたＮＯｘ吸蔵量Aが読み込まれ（ステップＳ１５）、ＮＯｘ吸蔵量Aが実施判定閾値Asよりも大きい（A＞As）か否かが判定される（ステップＳ２０）。
【００５８】
A＞Asのときは、ＮＯｘ吸蔵量Aが上限閾値Ah以上（A≧Ah）であるか否かが判定される（ステップＳ２５）。A≧Ahであれば、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘ吸蔵量Bにかかわらず、上流ＮＯｘパージ制御を行う必要があるため、フラグFAがFA=1に設定され（ステップＳ３０）、ステップＳ３５へ進む。ステップＳ３５では、フラグFBがFB=0であるか否かが判定される。フラグFBは、下流ＮＯｘパージ制御の実施要求（必要性）の有無を判定するものであり、FB=1は要求ありに対応し、FB=0は要求なしに対応する。フラグFB=0のときは、推定部４１で推定されたＮＯｘ吸蔵量Bが読み込まれ（ステップＳ４０）、ＮＯｘ吸蔵量Bが実施判定閾値Bsよりも大きい（B＞Bs）か否かが判定される（ステップＳ４５）。B＞Bsであれば、ＮＯｘ吸蔵量A，Bが共に実施判定閾値As，Bsよりも大きいため、フラグFBもFB=1に設定されて（ステップＳ５０）、このフローをリターンする。これにより、上下流のＮＯｘパージ制御が共に実施要求ありの状態となる。
【００５９】
ステップＳ２０において、A＞AsでないときはフラグFA=0のままステップＳ８０へ進み、フラグFBがFB=0であるか否かが判定される。フラグFB=0のときはＮＯｘ吸蔵量Bが読み込まれ（ステップＳ８５）、ＮＯｘ吸蔵量Bが上限閾値Bh以上（B≧Bh）であるか否かが判定される（ステップＳ９０）。B≧Bhであれば、下流ＮＯｘパージ制御を行う必要があるため、フラグFBがFB=1に設定され（ステップＳ９５）、このフローをリターンする。一方、B≧Bhでない場合は、フラグFBはFB=0のままこのフローをリターンする。
【００６０】
ここで、ステップＳ２５において、ＮＯｘ吸蔵量Aが上限閾値Ah未満（A＜Ah）である場合は、フラグFBがFB=0であるか否かが判定され（ステップＳ５５）、フラグFBがFB=0のときは、ＮＯｘ吸蔵量Bが読み込まれ（ステップＳ６０）、ＮＯｘ吸蔵量Bが実施判定閾値Bsよりも大きい（B＞Bs）か否かが判定される（ステップＳ６５）。
【００６１】
B＞Bsのときは、ＮＯｘ吸蔵量A，Bが共に実施判定閾値As，Bsを超えているため、フラグFAがFA=1に設定されるとともに（ステップＳ７０）、フラグFBもFB=1に設定されて（ステップＳ７５）、このフローをリターンする。これにより、上下流のＮＯｘパージ制御が共に実施要求ありの状態となる。一方、B＞Bsでない場合は、フラグFBはFB=0のままこのフローをリターンする。
【００６２】
なお、すでにフラグFAがFA=1に設定されている場合は、上流ＮＯｘパージ制御が終了するまでの間、上流ＮＯｘパージ制御の要求判定は行われず、ステップＳ１０からステップＳ３５へ進んで下流ＮＯｘパージ制御の要求判定が実施される。同様に、フラグFBがFB=1に設定されている場合は、下流ＮＯｘパージ制御が終了するまでの間、下流ＮＯｘパージ制御の要求判定は行われず、ステップＳ３５，Ｓ５５，Ｓ８０からフローをリターンする。このように設定されたフラグFA，FBの情報は、図５，図６（ａ）のフローで用いられる。
【００６３】
次に、ＮＯｘパージ制御部４２及び再生制御部４３で実施される図５及び図６（ａ），（ｂ）のフローについて説明する。図５に示すように、まず、推定部４１で推定されたＮＯｘ吸蔵量A，B及びＰＭ堆積量Dが読み込まれ（ステップＴ１０）、フラグFDがFD=0であるか否かが判定される（ステップＴ１５）。フラグFDは、再生制御の必要性（要求）の有無を判定するものであり、FD=1は要求ありに対応し、FD=0は要求なしに対応する。フラグFD=0のときは、ＰＭ堆積量Dが再生開始閾値Ds以上（D≧Ds）であるか否かが判定され（ステップＴ２０）、D≧DsであればフラグFDがFD=1に設定されて（ステップＴ２５）、タイマのカウントが開始される（ステップＴ３０）。このタイマは再生制御の待機時間を計るものである。一度フラグFDがFD=1に設定された後は、ステップＴ１５からステップＴ３５へと進む。また、D＜Dsの場合は、フィルタ３２の再生制御は必要ないため、図６（ａ）に示すＮＯｘパージ制御の実行フローが開始される（ステップＴ１３０）。
【００６４】
ステップＴ３５では、フラグFAがFA=1であるか否かが判定され、フラグFA=1のときは再生制御よりも上流ＮＯｘパージ制御が優先される。また、フラグFA=0のときは、続けてフラグFBがFB=1であるか否かが判定され（ステップＴ８０）、フラグFB=1のときは再生制御よりも下流ＮＯｘパージ制御が優先される。なお、フラグFA，FBが何れも0の場合は、上下流のＮＯｘパージ制御が何れも実施要求なしのため、速やかに再生制御が実施される（ステップＴ１２５）。
【００６５】
ステップＴ４０では、上流ＮＯｘパージ制御を実施中か否かが判定され、上流ＮＯｘパージ制御が未だ開始されていなければタイマカウント（待機時間）が所定時間tL以上であるか否かが判定される（ステップＴ４５）。タイマカウントが所定時間tL未満であれば、上流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態であるか否かが判定され（ステップＴ５０）、実施可能な場合に上流ＮＯｘパージ制御が開始される（ステップＴ５５）。
【００６６】
これに対して、上流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態でない場合はこのフローをリターンし、次回以降の演算周期において、タイマカウントが所定時間tLに達する前に実施可能な運転状態になれば上流ＮＯｘパージ制御が開始される。上流ＮＯｘパージ制御が開始された後は、ＮＯｘ吸蔵量Aが終了閾値Af未満になるまで上流ＮＯｘパージ制御が継続され（ステップＴ４０，Ｔ６０）、A＜Afとなると上流ＮＯｘパージ制御が終了される（ステップＴ６５）。そして、フラグFAがFA=0にリセットされて（ステップＴ７０）、このフローをリターンする。次の制御周期では、下流ＮＯｘパージ制御の実施要求がなければ、図６（ｂ）に示す再生制御の実行フローが開始される（ステップＴ１２５）。
【００６７】
反対に、上流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態となる前にタイマカウントが所定時間tL以上となった場合は、図６（ｂ）の再生制御の実行フローが開始される（ステップＴ７５）。すなわちこの場合は、再生制御よりも上流ＮＯｘパージ制御を優先させたものの、再生制御の実施要求ありとなってから所定時間tLの間に上流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態とはならなかったため、上流ＮＯｘパージ制御よりも先に再生制御が実施される。
【００６８】
上流ＮＯｘパージ制御の開始後、A＜Afとなるまでは、ステップＴ８０へ進み、フラグFBがFB=1であるか否かが判定される。ここで、フラグFB=1であれば、下流ＮＯｘパージ制御を実施中か否かが判定され（ステップＴ８５）、まだ下流ＮＯｘパージ制御が開始されていなければタイマカウント（待機時間）が所定時間tL以上であるか否かが判定される（ステップＴ９０）。そして、タイマカウントが所定時間tL未満であれば、下流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態であるか否かが判定されて（ステップＴ９５）、実施可能な場合に下流ＮＯｘパージ制御が開始される（ステップＴ１００）。これにより、上流ＮＯｘパージ制御の開始後に下流ＮＯｘパージ制御も開始されて、上下流のＮＯｘパージ制御が同時連続的に実施される。
【００６９】
一方、ステップＴ９５において下流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態でない場合はこのフローをリターンし、次回以降の演算周期において、タイマカウントが所定時間tLに達する前に実施可能な運転状態になれば下流ＮＯｘパージ制御が開始されて、上下流のＮＯｘパージ制御が同時連続的に実施される。下流ＮＯｘパージ制御が開始された後は、ＮＯｘ吸蔵量Bが終了閾値Bf未満になるまで下流ＮＯｘパージ制御が継続され（ステップＴ８５，Ｔ１０５）、B＜Bfとなると下流ＮＯｘパージ制御が終了される（ステップＴ１１０）。そして、フラグFBがFB=0にリセットされて（ステップＴ１１５）、このフローをリターンする。次の制御周期では、図６（ｂ）の再生制御の実行フローが開始される（ステップＴ１２５）。
【００７０】
また、下流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態となる前にタイマカウントが所定時間tL以上となった場合は、上流ＮＯｘパージ制御が実施中であるか否かが判定され（ステップＴ１２０）、実施中であればこのフローをリターンし、実施中でなければ図６（ｂ）の再生制御の実行フローが開始され（ステップＴ１２５）、このフローをリターンする。すなわちこの場合は、再生制御よりも下流ＮＯｘパージ制御を優先させたものの、再生制御の実施要求ありとなってから所定時間tLの間に下流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態とはならなかったため、下流ＮＯｘパージ制御よりも先に再生制御が実施される。なお、上流ＮＯｘパージ制御が実施中であれば上流ＮＯｘパージ制御の終了後、速やかに再生制御が実施される。
【００７１】
次に、ステップＴ１３０に進んだ場合のＮＯｘパージ制御の実行フローについて説明する。図６（ａ）に示すように、まず、フラグFAがFA=1であるか否かが判定され（ステップＸ１０）、フラグFA=1のときは上流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態であるか否かが判定され（ステップＸ１５）、実施可能な場合に上流ＮＯｘパージ制御が開始される（ステップＸ２０）。一方、上流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態でない場合はこのフローを終了し、図５のメインフローをリターンする。そして、次回以降の演算周期においてステップＴ１３０へ進んだ場合は、上流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態となったら上流ＮＯｘパージ制御が開始される。
【００７２】
上流ＮＯｘパージ制御が開始された後は、A＜Afであるか否かが判定され（ステップＸ２５）、A＜Afでなければ、続いてフラグFBがFB=1であるか否かが判定される（ステップＸ４０）。フラグFB=1のときは下流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態であるか否かが判定され（ステップＸ４５）、実施可能な場合に下流ＮＯｘパージ制御が開始される（ステップＸ５０）。一方、下流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態でない場合はこのフローを終了し、図５のメインフローをリターンする。そして、次回以降の演算周期においてステップＴ１３０へ進んだ場合は、下流ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態となったら下流ＮＯｘパージ制御が開始される。
【００７３】
下流ＮＯｘパージ制御が開始された後は、B＜Bfであるか否かが判定され（ステップＸ５５）、B＜Bfでなければこのフローを終了し、図５のメインフローをリターンする。そして、ステップＴ１０で読み込まれたＮＯｘ吸蔵量Aが終了閾値Af未満となったら（ステップＸ２５）、上流ＮＯｘパージ制御が終了され（ステップＸ３０）、フラグFAがFA=0にリセットされて（ステップＸ３５）、このフローを終了する。また、ステップＴ１０で読み込まれたＮＯｘ吸蔵量Bが終了閾値Bf未満となったら（ステップＸ５５）、下流ＮＯｘパージ制御が終了され（ステップＸ６０）、フラグFBがFB=0にリセットされて（ステップＸ６５）、このフローを終了する。
【００７４】
最後に、ステップＴ７５又はステップＴ１２５に進んだ場合の再生制御の実行フローについて説明する。図６（ｂ）に示すように、再生制御を実施可能な運転状態であるか否かが判定され（ステップＹ１０）、実施可能な運転状態であれば再生制御が開始される（ステップＹ１５）。再生制御可能な運転状態でないときはこのフローを終了し、図５のメインフローをリターンする。そして、次回以降の演算周期でステップＴ７５又はステップＴ１２５へ進んだ場合は、再生制御可能な運転状態となったら再生制御が開始される。
【００７５】
再生制御が開始された後は、ＰＭ堆積量Dが再生終了閾値Df未満（D＜Df）であるか否かが判定され（ステップＹ２０）、D＜Dfとなるまで再生制御が実施される。D＜Dfとなると、再生制御が終了されて（ステップＹ２５）、フラグFDがFD=0にリセットされるとともに（ステップＹ３０）、タイマカウントがリセットされて停止され（ステップＹ３５）、このフローを終了する。
【００７６】
［１−４．効果］
したがって、上記の排気浄化装置３０によれば、上流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘパージ制御と下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘパージ制御とを同時連続的に実施するための閾値（実施判定閾値As，Bs）を、それぞれ単独でＮＯｘパージ制御を実施するときの閾値（上限閾値Ah，Bh）よりも小さい値に設定しておくことで、できる限り上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘパージ制御を同時連続的に実施することができるため、燃費悪化を効果的に抑制することができる。
【００７７】
上記の排気浄化装置３０では、上流ＮＯｘパージ制御と下流ＮＯｘパージとを同時連続的に実施する場合は、上流ＮＯｘパージ制御の開始後に下流ＮＯｘパージ制御を開始するため、上流ＮＯｘパージ制御で消費されなかった還元剤を下流ＮＯｘパージ制御で使うことができ、燃費悪化をさらに抑制することができる。また、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度を上流ＮＯｘパージ制御により上昇させることで下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度を確保し易くなるため、下流ＮＯｘトラップ触媒３３におけるＮＯｘ還元性能を向上させることができる。
【００７８】
また、上記の排気浄化装置３０では、排気通路１６に、排気流れ方向の上流側から順に上流ＮＯｘトラップ触媒３１，フィルタ３２，下流ＮＯｘトラップ触媒３３が設けられる。換言すると、排気通路１６に上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３とを離して配置するとともに、これらの間に熱容量の大きなフィルタ３２を配置することで、上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３とを温度帯の異なる場所に配置することができる。これにより、上流ＮＯｘトラップ触媒３１が高いＮＯｘ浄化性能を発揮する運転状態と、下流ＮＯｘトラップ触媒３３が高いＮＯｘ浄化性能を発揮する運転状態とを相違させることができ、システム全体のＮＯｘ浄化性能を高めることができる。すなわち、エンジン１の運転領域全体に亘って高いＮＯｘ浄化性能を確保することができる。これらによって、燃費悪化を抑制しながら、排気中のNOxを適切に除去することができる。
【００７９】
さらに、上記の排気浄化装置３０では、フィルタ３２のＰＭ堆積量Dに基づいて再生制御が実施される場合に、上流ＮＯｘパージ制御及び下流ＮＯｘパージ制御も実施する場合は、上下流のＮＯｘパージ制御の開始後に再生制御が開始される。フィルタ３２の再生制御中は、シリンダ２から排出されるNOxの量が増大するため、再生制御を実施する際に上下流のＮＯｘパージ制御の実施要求があればこれらのＮＯｘパージ制御を先に開始することで、再生制御中も上流ＮＯｘトラップ触媒３１，下流ＮＯｘトラップ触媒３３でNOxを吸蔵することができ、NOxの排出量を低減することができる。
【００８０】
上記の排気浄化装置３０では、再生制御を実施すると判断してから再生制御を開始するまでの待機時間が所定時間tL以上になった場合は、上下流のＮＯｘパージ制御よりも再生制御を先に開始する。すなわち、フィルタ３２の再生制御の待機時間に制限を設けることで、フィルタ３２にPMが大量に堆積することによるエンジン１の停止のおそれを回避することができる。
【００８１】
また、本実施形態では、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の直上流に上流インジェクタ３４を備え、上流ＮＯｘパージ制御ではこの上流インジェクタ３４から還元剤が噴射される。上流ＮＯｘパージ制御では、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の周辺は酸素濃度が高い傾向にあるため、上流インジェクタ３４により直接排気通路１６へ還元剤を噴射することで、反応性の高い還元剤を上流ＮＯｘトラップ触媒３１に供給することができ、上流ＮＯｘトラップ触媒３１においてNOxを効果的に還元することができる。また、下流ＮＯｘパージ制御では、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の周辺は酸素濃度が低い傾向にあるため、ポスト噴射でも十分に下流ＮＯｘトラップ触媒３３に還元剤としての燃料を供給することができる。これにより、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の直上流に還元剤を噴射する排気管噴射弁を設ける場合と比較して、装置構成を簡素化することができ、コストを低減することができる。
【００８２】
［２．第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る排気浄化装置３０′について、図７を用いて説明する。本排気浄化装置３０′は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３との間にフィルタ３２を備えていない点を除いて、第一実施形態の構成と同様に構成される。なお、フィルタ３２を再生制御するための再生制御部４３も、本実施形態のエンジン制御装置４０には設けられていない。以下、第一実施形態と同様の装置や構成については、第一実施形態と同様の符号を付し、重複する説明は簡略化する。
【００８３】
図７に示すように、本実施形態に係る排気浄化装置３０′は、排気通路１６のタービンの下流側に、排気流れ方向の上流側から順に上流ＮＯｘトラップ触媒（第一触媒）３１及び下流ＮＯｘトラップ触媒（第二触媒）３３が設けられる。上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵したＮＯｘ吸蔵量Aと下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵したＮＯｘ吸蔵量Bは、上記実施形態と同様、エンジン制御装置（制御手段）４０の推定部４１において推定される。
【００８４】
また、ＮＯｘパージ制御部４２は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘ吸蔵量Aが上限閾値（第一閾値）Ah以上のときに上流ＮＯｘパージ制御（第一パージ制御）を実施し、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘ吸蔵量Bが上限閾値（第二閾値）Bh以上のときに下流ＮＯｘパージ制御（第二パージ制御）を実施する。さらに、ＮＯｘパージ制御部４２は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘ吸蔵量Aが実施判定閾値（第三閾値）Asを超えるとともに下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘ吸蔵量Bが実施判定閾値（第四閾値）Bsを超えたとき、上流ＮＯｘパージ制御と下流ＮＯｘパージ制御とを同時連続的に実施する。このとき、ＮＯｘパージ制御部４２は、まず上流ＮＯｘパージ制御を開始し、続いて下流ＮＯｘパージ制御を開始する。なお、本実施形態に係る各閾値Ah，Bh，As，Bsは、いずれも第一実施形態のものと同一である。
【００８５】
このような排気浄化装置３０′によっても、第一実施形態と同様、できる限り上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘパージ制御を同時連続的に実施することができるため、燃費悪化を効果的に抑制することができる。また、上流ＮＯｘパージ制御と下流ＮＯｘパージとを同時連続的に実施する場合は、上流ＮＯｘパージ制御の開始後に下流ＮＯｘパージ制御を開始するため、上流ＮＯｘパージ制御で消費されなかった還元剤を下流ＮＯｘパージ制御で使うことができ、燃費悪化をさらに抑制することができる。さらに、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度を上流ＮＯｘパージ制御により上昇させることで下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度を確保し易くなるため、下流ＮＯｘトラップ触媒３３におけるＮＯｘ還元性能を向上させることができる。
【００８６】
［３．変形例］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
例えば、下流ＮＯｘパージ制御の開始タイミングは上記したものに限られず、上流ＮＯｘパージ制御を先に開始した後、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の直上流の排気温度を排気温センサ２８で検出し、上流ＮＯｘパージ制御によって下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度が所定の温度まで上昇してから下流ＮＯｘパージ制御を開始するように構成してもよい。これにより、下流ＮＯｘパージ制御で噴射する還元剤の量（燃料消費量）を低減することができるため、燃費向上を図ることができる。なお、上流ＮＯｘパージ制御と下流ＮＯｘパージ制御の開始タイミングが同時であってもよいし、下流ＮＯｘパージ制御を開始した後に上流ＮＯｘパージ制御を開始してもよい。何れの場合であっても、燃費悪化を抑制することができる。
【００８７】
また、上記の第一実施形態では、再生制御と上下流のＮＯｘパージ制御との実施要求がある場合に、上下流のＮＯｘパージ制御の開始後に再生制御を開始しているが、少なくとも再生制御の実施要求と下流ＮＯｘパージ制御の実施要求とをチェックし、これらを共に実施する場合に、下流ＮＯｘパージ制御を開始した後に再生制御を開始する構成としてもよい。再生制御中は、排気温度が高く、主に下流ＮＯｘトラップ触媒３３によりNOxが吸蔵されるため、再生制御前に少なくとも下流ＮＯｘトラップ触媒３３のNOxを還元し、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のNOx吸蔵能力を確保しておけば、NOｘの排出量を減らすことができる。この場合は、例えば図５のフローチャートにおいて、上流ＮＯｘトラップ触媒３１のフラグFAを判定する前に、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のフラグFBを判定するように構成してもよい。
【００８８】
上記の下流ＮＯｘパージ制御では、ポスト噴射を用いるものを例示しているが、図１に二点鎖線で示すように、フィルタ３２の下流側であって下流ＮＯｘトラップ触媒３３の直上流の排気通路１６に下流インジェクタ３５を設けてもよい。下流インジェクタ３５は、上流インジェクタ３４と同様、一酸化炭素（CO）や炭化水素（HC）等の還元剤を排気通路１６へ直接供給する噴射弁であり、その先端部は排気通路１６内に突出して設けられ、その基端部には燃料ポンプへと繋がる燃料配管が接続される。そして、下流ＮＯｘパージ制御を実施するときは、下流インジェクタ３５から直接排気通路１６へ還元剤を噴射して、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のNOxを還元する構成としてもよい。
【００８９】
また、ＮＯｘパージ制御の終了条件をＮＯｘ吸蔵量A，Bで判定するのではなく、例えばＮＯｘパージ制御の実施時間等で判定してもよい。同様に、再生制御の開始条件，終了条件も、上記したものに限られず、差圧や時間等で判定してもよい。
また、上記の第一実施形態では、エンジン制御装置４０に推定部４１，ＮＯｘパージ制御部４２，再生制御部４３という三つの機能要素を備え、第二実施形態では推定部４１及びＮＯｘパージ制御部４２という二つの機能要素を備えているものを例示しているが、これらの機能が複数の制御装置に分散して設けられていてもよい。
【００９０】
なお、上流ＮＯｘトラップ触媒３１及び下流ＮＯｘトラップ触媒３３は、その構成成分（吸蔵体及び貴金属元素等の種類，量）が同一でなくてもよい。また、エンジン１は、上記した構成のディーゼルエンジンに限られず、他の構成のディーゼルエンジンであってもよいし、ガソリンエンジンであってもよい。
【００９１】
上記の第一，第二実施形態では、排気中に含まれる所定成分としてNOxを挙げ、これを吸蔵するＮＯｘトラップ触媒３１，３３のＮＯｘパージ制御について詳述したが、排気中の所定成分はこれに限られず、例えば硫黄成分であってもよい。すなわち、排気中の硫黄成分を酸化雰囲気下で吸蔵し還元雰囲気下で放出するＮＯｘトラップ触媒３１，３３について、エンジン制御装置４０は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵した硫黄成分の量が所定の第一閾値以上のとき還元剤を供給して上流ＮＯｘトラップ触媒３１から硫黄成分を放出させる上流側のＳパージ制御（第一パージ制御）を実施する。また、下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵した硫黄成分の量が所定の第二閾値以上のとき還元剤を供給して下流ＮＯｘトラップ触媒３３から硫黄成分を放出させる下流側のＳパージ制御（第二パージ制御）を実施する。
【００９２】
さらに、エンジン制御装置４０は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵した硫黄成分の量が第一閾値よりも小さい第三閾値を超えるとともに下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵した硫黄成分の量が第二閾値よりも小さい第四閾値を超えたときに、上流側のＳパージ制御と下流側のＳパージ制御とを同時連続的に実施する。このような構成であっても、できる限り上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＳパージ制御を同時連続的に実施することができるため、燃費悪化を効果的に抑制することができる。また、上流側のＳパージ制御の開始後に下流側のＳパージ制御を開始することで、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度を早期に高めることができるため、下流Ｓパージ制御の実施時間を短縮することができる。そのため、下流Ｓパージ制御で消費される燃料量を低減することができ、結果として燃費悪化を抑制することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１  エンジン（内燃機関）
４  筒内噴射弁
１６  排気通路
３０，３０′  排気浄化装置
３１  上流ＮＯｘトラップ触媒（上流触媒）
３２  フィルタ
３３  下流ＮＯｘトラップ触媒（下流触媒）
４０  エンジン制御装置（制御手段）
４１  推定部
４２  ＮＯｘパージ制御部
４３  再生制御部
Ah  上流側の上限閾値（第一閾値）
As  上流側の実施判定閾値（第三閾値）
Bh  下流側の上限閾値（第二閾値）
Bs  下流側の実施判定閾値（第四閾値）
【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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