(57)【要約】【課題】選択還元触媒におけるアンモニアスリップを抑制しつつ効率的にパティキュレートフィルタの再生処理を行うことができるようにする。【解決手段】排気浄化装置は、パティキュレートフィルタ２６と、その下流側に設けられた選択還元触媒２８と、選択還元触媒にアンモニア成分を供給するアンモニア成分供給装置３２と、選択還元触媒のアンモニア成分吸着量が目標吸着量となるように制御する制御装置と、実行開始条件が成立したときにパティキュレートフィルタに堆積しているＰＭを除去するフィルタ再生処理を行うフィルタ再生装置とを具備する。パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が要求されたときには、フィルタ再生装置によるフィルタ再生処理の実行開始条件が成立しない限り、目標吸着量が段階的に複数回減少せしめられると共に、フィルタ再生処理の実行開始条件が目標吸着量の各段階毎に異なる条件に変更される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタよりも排気流れ方向下流側において機関排気通路に設けられた選択還元触媒と、該選択還元触媒にアンモニア成分を供給するアンモニア成分供給装置と、前記選択還元触媒に吸着されているアンモニア成分の量が目標吸着量となるように前記アンモニア成分供給装置からのアンモニア成分の供給量を制御する制御装置と、フィルタ再生処理の実行開始条件が成立したときに前記パティキュレートフィルタに堆積しているＰＭを除去するフィルタ再生処理を行うフィルタ再生装置とを具備する、内燃機関の排気浄化装置において、
前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が要求されたときには、前記フィルタ再生装置によるフィルタ再生処理の実行開始条件が成立しない限り、前記目標吸着量が段階的に複数回減少せしめられると共に、
前記フィルタ再生処理の実行開始条件が前記目標吸着量の各段階毎に異なる条件に変更される、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記フィルタ再生処理の実行開始条件は、前記目標吸着量が段階的に減少せしめられるにつれて成立頻度の高い条件とされる、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記フィルタ再生処理の各実行開始条件はそれぞれ機関回転数が予め定められた回転数以下であるときに成立し、該予め定められた回転数は前記目標吸着量が段階的に減少せしめられるにつれて高い回転数とされる、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記目標吸着量は、該目標吸着量が前回減少せしめられてからＮＯｘの排出量積算値が所定量に到達すると再度減少せしめられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記フィルタ再生装置は、前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去を行う複数のフィルタ再生手段を有し、前記目標吸着量の各段階において前記フィルタ再生処理の実行開始条件が成立したときには、前記目標吸着量の各段階毎に少なくとも部分的に異なるフィルタ再生手段を用いて前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去を行う、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記フィルタ再生装置は、前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去を行う複数のフィルタ再生手段を有し、
前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が要求されたときには、前記フィルタ再生装置によるフィルタ再生処理の実行開始条件が成立しない限り、第一段階目として前記目標吸着量が第一吸着量に設定されると共に、第二段階目として前記目標吸着量が前記第一吸着量よりも少ない第二吸着量に設定され、
前記目標吸着量が前記第一吸着量に設定されているときには前記フィルタ再生処理の実行開始条件が第一条件とされると共に前記目標吸着量が前記第一吸着量に設定されているときに前記フィルタ再生処理の実行開始条件が成立したときには第一フィルタ再生手段により前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が行われ、
前記目標吸着量が前記第二吸着量に設定されているときには前記フィルタ再生処理の実行開始条件が前記第一条件よりも成立頻度の高い第二条件とされると共に前記目標吸着量が前記第二吸着量に設定されているときに前記フィルタ再生処理の実行開始条件が成立したときには前記第一フィルタ再生手段とは少なくとも部分的に異なる第二フィルタ再生手段により前記パティキュレートフィルタの昇温が行われる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が要求されていない通常運転時において前記目標吸着量は内燃機関の運転パラメータに基づいて設定される通常時目標吸着量とされ、
前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が要求されたときに、前記第一吸着量が前記通常時目標吸着量よりも多い場合には、前記第一段階目において前記目標吸着量は前記第一吸着量の代わりに前記通常時目標吸着量に設定され、
前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が要求されたときに、前記第二吸着量が前記通常時目標吸着量よりも多い場合には、前記第二段階目において前記目標吸着量が前記第二吸着量の代わりに前記通常時目標吸着量に設定される、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記パティキュレートフィルタを電力によって加熱するヒータと、前記パティキュレートフィルタに二次空気を供給する二次空気供給装置と、前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する燃料添加弁とを更に具備し、
前記第一条件は機関回転数がゼロとなっているときに成立し、
前記第一フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させると共に前記二次空気供給装置から二次空気を供給し、
前記第二フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記燃料添加弁から前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する、請求項６又は７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記パティキュレートフィルタを電力によって加熱するヒータと、前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する燃料添加弁とを更に具備し、
前記第一条件は機関回転数がゼロよりも高い所定のアイドル上限回転数以下となっているときに成立し、
前記第一フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させると共に前記燃料添加弁から前記パティキュレートフィルタに供給し、
前記第二フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させることなく前記燃料添加弁から前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する、請求項６又は７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記パティキュレートフィルタを電力によって加熱するヒータと、前記パティキュレートフィルタに二次空気を供給する二次空気供給装置と、前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する燃料添加弁とを更に具備し、
前記第一条件は機関回転数がゼロとなっているときに成立し、前記第二条件は機関回転数がゼロよりも高い所定のアイドル上限回転数以下となっているときに成立し、
前記第一フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させると共に前記二次空気供給装置から二次空気を供給し、
前記第二フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させると共に前記燃料添加弁から前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する、請求項６又は７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が要求されたときには、前記フィルタ再生装置によるフィルタ再生処理が開始されない限り、第三段階目として前記目標吸着量が前記第二吸着量よりも少ない第三吸着量に設定され、
前記目標吸着量が前記第三吸着量に設定されているときには前記フィルタ再生処理の実行開始条件が前記第二条件よりも成立頻度の高い第三条件とされると共に前記目標吸着量が前記第三吸着量に設定されているときに前記フィルタ再生処理の実行開始条件が成立したときには前記第一フィルタ再生手段及び前記第二フィルタ再生手段とは少なくとも部分的に異なる第三フィルタ再生手段により前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が行われる、請求項６又は７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記パティキュレートフィルタを電力によって加熱するヒータと、前記パティキュレートフィルタに二次空気を供給する二次空気供給装置と、前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する燃料添加弁とを更に具備し、
前記第一条件は機関回転数がゼロとなっているときに成立し、前記第二条件は機関回転数がゼロよりも高い所定のアイドル上限回転数以下となっているときに成立し、
前記第一フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させると共に前記二次空気供給装置から二次空気を供給し、
前記第二フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させると共に前記燃料添加弁から前記パティキュレートフィルタに燃料を供給し、
前記第三フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させずに前記燃料添加弁から前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する、請求項１１に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、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気通路に、排気ガス中の粒子状物質（以下、「ＰＭ」と称す）を捕集するパティキュレートフィルタと、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する選択還元触媒とが設けられた排気浄化装置が知られている。斯かる排気浄化装置では、選択還元触媒に尿素やアンモニア等のアンモニア成分を供給するアンモニア供給装置が設けられると共に、アンモニア供給装置からのアンモニア供給量を調整することで選択還元触媒におけるアンモニア成分の吸着量を適切な量に保つようにしている。これにより、排気ガス中に含まれるＮＯｘを選択還元触媒において確実に浄化することができるようにしている。
【０００３】
ところで、パティキュレートフィルタには内燃機関の使用に伴って徐々にＰＭが堆積されていく。そして、ＰＭの堆積量が多くなると、パティキュレートフィルタに目詰まりが生じ、パティキュレートフィルタによる排気抵抗が大きくなってしまう。このため、パティキュレートフィルタを備える内燃機関では、パティキュレートフィルタへのＰＭ堆積量が或る程度以上になると、パティキュレートフィルタを昇温して、パティキュレートフィルタに堆積しているＰＭを除去するフィルタ再生処理を行う。機関排気通路に上述したように選択還元触媒も設けられている内燃機関では、このフィルタ再生処理に伴って選択還元触媒も昇温されることになる。
【０００４】
ところが、選択還元触媒は、その温度が高温になると、アンモニアを吸着することができなくなり、よってアンモニアを含んだ排気ガスが選択還元触媒から流出する、いわゆるアンモニアスリップという現象が発生する。上述したようにフィルタ再生処理を行う場合にも選択還元触媒が昇温されることから、この場合にもアンモニアスリップが発生しうる。
【０００５】
そこで、フィルタ再生処理を行う際には、アンモニア供給装置からのアンモニアの供給を停止すると共に、選択還元触媒のアンモニア吸着量が一定値以下になってからフィルタ再生処理を開始することが提案されている（例えば、特許文献１）。このように選択還元触媒のアンモニア吸着量が減少してからフィルタ再生処理を開始することにより、フィルタ再生処理に伴って選択還元触媒の温度が上昇しても、選択還元触媒からのアンモニア成分の流出を抑制することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２０６５号公報
【特許文献２】特開２０１１−９９４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した特許文献１では、内燃機関の通常運転中にフィルタ再生処理が行われる。一方、本願の発明者らによれば、内燃機関のアイドル運転中や停止中にフィルタ再生処理を行うと、通常運転中（すなわち、アイドル運転中や機関停止中ではないとき）にフィルタ再生処理を行う場合に比べてパティキュレートフィルタの再生に必要なエネルギが少ないことが判明した。すなわち、内燃機関の通常運転中にフィルタ再生処理を行うと、再生処理中に多量の排気ガスがパティキュレートフィルタを流通するため、パティキュレートフィルタを高温に維持するのに必要なエネルギが大きくなる。一方、内燃機関のアイドル運転中や機関停止中にフィルタ再生処理を行うと、再生処理中に流通する排気ガスの流量が少ないため、パティキュレートフィルタを高温に維持するのに必要なエネルギが小さくなる。
【０００８】
また、通常運転中にフィルタ再生処理を行うと、これに伴って選択還元触媒の温度が急激に上昇する。このため、フィルタ再生処理を行う際には選択還元触媒のアンモニア吸着量を十分に低下させておくことが必要になる。同様にアイドル運転中や機関停止中にフィルタ再生処理を行う場合でも、選択還元触媒の温度が上昇するため、フィルタ再生処理前に選択還元触媒のアンモニア吸着量を低減させておくことが必要になる。しかしながら、アイドル運転中や機関停止中にフィルタ再生処理を行っても、選択還元触媒の温度はそれほど急激には上昇せず、このためフィルタ再生処理を行う際にもアンモニア吸着量をそれほど低下させなくてもよい。
【０００９】
しかしながら、アイドル運転中や機関停止中にのみフィルタ再生処理を行う場合には、内燃機関が長期に亘ってアイドル運転や機関停止が行われないと、それに伴ってフィルタ再生処理も長期に亘って行われないことになる。このように、フィルタ再生処理が長期に亘って行われないと、パティキュレートフィルタ上のＰＭ堆積量が増大し、パティキュレートフィルタによる圧力損失が大きなものとなってしまう。
【００１０】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、パティキュレートフィルタ及び選択還元触媒を有する内燃機関の排気浄化装置において、選択還元触媒におけるアンモニアスリップを抑制しつつ効率的にパティキュレートフィルタの再生処理を行うことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、第１の発明では、機関排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタよりも排気流れ方向下流側において機関排気通路に設けられた選択還元触媒と、該選択還元触媒にアンモニア成分を供給するアンモニア成分供給装置と、前記選択還元触媒に吸着されているアンモニア成分の量が目標吸着量となるように前記アンモニア成分供給装置からのアンモニア成分の供給量を制御する制御装置と、フィルタ再生処理の実行開始条件が成立したときに前記パティキュレートフィルタに堆積しているＰＭを除去するフィルタ再生処理を行うフィルタ再生装置とを具備する、内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が要求されたときには、前記フィルタ再生装置によるフィルタ再生処理の実行開始条件が成立しない限り、前記目標吸着量が段階的に複数回減少せしめられると共に、前記フィルタ再生処理の実行開始条件が前記目標吸着量の各段階毎に異なる条件に変更される、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１２】
第２の発明では、第１の発明において、前記フィルタ再生処理の実行開始条件は、前記目標吸着量が段階的に減少せしめられるにつれて成立頻度の高い条件とされる。
【００１３】
第３の発明では、第２の発明において、前記フィルタ再生処理の各実行開始条件はそれぞれ機関回転数が予め定められた回転数以下であるときに成立し、該予め定められた回転数は前記目標吸着量が段階的に減少せしめられるにつれて高い回転数とされる。
【００１４】
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、前記目標吸着量は、該目標吸着量が前回減少せしめられてからＮＯｘの排出量積算値が所定量に到達すると再度減少せしめられる。
【００１５】
第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、前記フィルタ再生装置は、前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去を行う複数のフィルタ再生手段を有し、前記目標吸着量の各段階において前記フィルタ再生処理の実行開始条件が成立したときには、前記目標吸着量の各段階毎に少なくとも部分的に異なるフィルタ再生手段を用いて前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去を行う。
【００１６】
第６の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、前記フィルタ再生装置は、前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去を行う複数のフィルタ再生手段を有し、前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が要求されたときには、前記フィルタ再生装置によるフィルタ再生処理の実行開始条件が成立しない限り、第一段階目として前記目標吸着量が第一吸着量に設定されると共に、第二段階目として前記目標吸着量が前記第一吸着量よりも少ない第二吸着量に設定され、前記目標吸着量が前記第一吸着量に設定されているときには前記フィルタ再生処理の実行開始条件が第一条件とされると共に前記目標吸着量が前記第一吸着量に設定されているときに前記フィルタ再生処理の実行開始条件が成立したときには第一フィルタ再生手段により前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が行われ、前記目標吸着量が前記第二吸着量に設定されているときには前記フィルタ再生処理の実行開始条件が前記第一条件よりも成立頻度の高い第二条件とされると共に前記目標吸着量が前記第二吸着量に設定されているときに前記フィルタ再生処理の実行開始条件が成立したときには前記第一フィルタ再生手段とは少なくとも部分的に異なる第二フィルタ再生手段により前記パティキュレートフィルタの昇温が行われる。
【００１７】
第７の発明では、第６の発明において、前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が要求されていない通常運転時において前記目標吸着量は内燃機関の運転パラメータに基づいて設定される通常時目標吸着量とされ、前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が要求されたときに、前記第一吸着量が前記通常時目標吸着量よりも多い場合には、前記第一段階目において前記目標吸着量は前記第一吸着量の代わりに前記通常時目標吸着量に設定され、前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が要求されたときに、前記第二吸着量が前記通常時目標吸着量よりも多い場合には、前記第二段階目において前記目標吸着量が前記第二吸着量の代わりに前記通常時目標吸着量に設定される。
【００１８】
第８の発明では、第６又は第７の発明において、前記パティキュレートフィルタを電力によって加熱するヒータと、前記パティキュレートフィルタに二次空気を供給する二次空気供給装置と、前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する燃料添加弁とを更に具備し、前記第一条件は機関回転数がゼロとなっているときに成立し、前記第一フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させると共に前記二次空気供給装置から二次空気を供給し、前記第二フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記燃料添加弁から前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する。
【００１９】
第９の発明では、第６又は第７の発明において、前記パティキュレートフィルタを電力によって加熱するヒータと、前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する燃料添加弁とを更に具備し、前記第一条件は機関回転数がゼロよりも高い所定のアイドル上限回転数以下となっているときに成立し、前記第一フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させると共に前記燃料添加弁から前記パティキュレートフィルタに供給し、前記第二フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させることなく前記燃料添加弁から前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する。
【００２０】
第１０の発明では、第６又は第７の発明において、前記パティキュレートフィルタを電力によって加熱するヒータと、前記パティキュレートフィルタに二次空気を供給する二次空気供給装置と、前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する燃料添加弁とを更に具備し、前記第一条件は機関回転数がゼロとなっているときに成立し、前記第二条件は機関回転数がゼロよりも高い所定のアイドル上限回転数以下となっているときに成立し、前記第一フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させると共に前記二次空気供給装置から二次空気を供給し、前記第二フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させると共に前記燃料添加弁から前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する。
【００２１】
第１１の発明では、第６又は第７の発明において、前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が要求されたときには、前記フィルタ再生装置によるフィルタ再生処理が開始されない限り、第三段階目として前記目標吸着量が前記第二吸着量よりも少ない第三吸着量に設定され、前記目標吸着量が前記第三吸着量に設定されているときには前記フィルタ再生処理の実行開始条件が前記第二条件よりも成立頻度の高い第三条件とされると共に前記目標吸着量が前記第三吸着量に設定されているときに前記フィルタ再生処理の実行開始条件が成立したときには前記第一フィルタ再生手段及び前記第二フィルタ再生手段とは少なくとも部分的に異なる第三フィルタ再生手段により前記パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が行われる。
【００２２】
第１２の発明では、第１１の発明において、前記パティキュレートフィルタを電力によって加熱するヒータと、前記パティキュレートフィルタに二次空気を供給する二次空気供給装置と、前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する燃料添加弁とを更に具備し、前記第一条件は機関回転数がゼロとなっているときに成立し、前記第二条件は機関回転数がゼロよりも高い所定のアイドル上限回転数以下となっているときに成立し、前記第一フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させると共に前記二次空気供給装置から二次空気を供給し、前記第二フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させると共に前記燃料添加弁から前記パティキュレートフィルタに燃料を供給し、前記第三フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させずに前記燃料添加弁から前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、パティキュレートフィルタ及び選択還元触媒を有する内燃機関の排気浄化装置において、選択還元触媒におけるアンモニアスリップを抑制しつつ効率的にパティキュレートフィルタの再生処理を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の排気浄化装置が搭載された内燃機関の概略的な全体図である。
【図２】図２は、各再生モードにおけるＮＯｘ選択還元触媒へのアンモニア目標吸着量を示す図である。
【図３】図３は、第一実施形態におけるフィルタ再生制御を行った際の機関回転数等のタイムチャートである。
【図４】図４は、第一実施形態におけるフィルタ再生制御を行った際の図３と同様なタイムチャートである。
【図５】図５は、第一実施形態におけるフィルタ再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【図６】図６は、第一実施形態におけるフィルタ再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【図７】図７は、第二実施形態におけるフィルタ再生制御を行った際の機関回転数等のタイムチャートである。
【図８】図８は、第三実施形態におけるフィルタ再生制御を行った際の機関回転数等のタイムチャートである。
【図９】図９は、第四実施形態におけるフィルタ再生制御を行った際の機関回転数等のタイムチャートである。
【図１０】図１０は、ＮＯｘ選択還元触媒の温度とアンモニア目標吸着量との関係を示す図である。
【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ついて詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００２６】
＜内燃機関の構成＞
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ｃの出口に連結され、コンプレッサ７ｃの入口はエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁１０が配置され、さらに吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｔの入口に連結され、排気タービン７ｔの出口は排気浄化装置２０に連結される。
【００２７】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気再循環（以下、「ＥＧＲ」という）通路１２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１３が配置される。また、ＥＧＲ通路１２周りにはＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４が配置される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１５を介してコモンレール１６に連結され、このコモンレール１６は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７を介して燃料タンク１８に連結される。燃料タンク１８内の燃料は燃料ポンプ１７によってコモンレール１６内に供給され、コモンレール１６内に供給された燃料は各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００２８】
排気浄化装置２０は排気管２１を介して排気タービン７ｔの出口に連結された上流側ケーシング２２と、排気管２３を介して上流側ケーシング２２に連結された下流側ケーシング２４とを具備する。上流側ケーシング２２内には、酸化触媒又は三元触媒２５と、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ２６と、パティキュレートフィルタ２６を加熱するための電気ヒータ２７とが収容され、パティキュレートフィルタ２６上には酸化触媒が担持されている。一方、下流側ケーシング２４内には、酸素過剰のもとでアンモニアにより排気ガス中のＮＯｘを還元するのに適したＮＯｘ選択還元触媒２８と、酸化触媒又は三元触媒２９とが収容される。
【００２９】
一方、アンモニアを発生するアンモニア発生化合物を含む液体がタンク３０内に貯えられており、タンク３０内に貯えられているアンモニア発生化合物を含む液体は供給ポンプ３１及び電磁制御式添加制御弁３２を介して排気管２３内に供給される。なお、タンク３０にはアンモニアが蓄えられてもよく、この場合には電磁制御式添加制御弁３２からはアンモニアが供給されることになる。
【００３０】
また、排気管２１には、排気管２１内を流れる排気ガス中に燃料を添加する燃料添加弁３３と、排気管２１内を流れる排気ガス中に二次空気を供給する二次空気供給装置３４とが設けられる。したがって、本実施形態では、燃料添加弁３３及び二次空気供給装置３４により、パティキュレートフィルタ２６に燃料及び空気を供給することができる。
【００３１】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。エアフローメータ８は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００３２】
下流側ケーシング２４内には、パティキュレートフィルタ２６の前後差圧（パティキュレートフィルタ２６の排気流れ方向上流側と下流側との差圧）を検出するための差圧センサ３６が取り付けられる。また、ＮＯｘ選択還元触媒２８上流の排気管２３内にはＮＯｘ選択還元触媒２８に流入する排気ガス中のＮＯｘ量又はＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ３７が取り付けられる。加えて、ＮＯｘ選択還元触媒２８下流の下流側ケーシング２４内にはＮＯｘ選択還元触媒２８から流出した排気ガス中のＮＯｘ量又はＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ３８が取り付けられる。これらセンサ３６、３７、３８の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００３３】
アクセルペダル４９にはアクセルペダル４９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５０が接続され、負荷センサ５０の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに、入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５１が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０駆動装置、ＥＧＲ制御弁１３、燃料ポンプ１７、供給ポンプ３１、及び添加制御弁３２に接続される。
【００３４】
＜ＮＯｘ選択還元触媒におけるアンモニア成分保持量＞
さて、前述したようにＮＯｘ選択還元触媒２８上流の排気管２３内にはアンモニア発生化合物を含む液体、又はアンモニアが供給される。アンモニアを発生しうるアンモニア発生化合物については種々の化合物が存在し、したがってアンモニア発生化合物として種々の化合物を用いることができる。具体的には、アンモニア発生化合物としては、尿素等が挙げられる。以下では、ＮＯｘ選択還元触媒２８上流の排気管２３内に尿素水溶液を供給する場合を例にとって説明する。なお、本明細書では、アンモニア発生化合物及びアンモニアをまとめてアンモニア成分と称する。
【００３５】
一方、ＮＯｘ選択還元触媒２８としては、例えば、チタニアを担体とし、この担体上に酸化バナジウムを担持した触媒Ｖ２Ｏ５／ＴｉＯ２（バナジウム・チタニア触媒）、又はゼオライトを担体とし、この担体上に銅を担持した触媒Ｃｕ／ＺＳＭ５（銅ゼオライト触媒）が用いられる。
【００３６】
このように構成さされたＮＯｘ選択還元触媒２８では、アンモニアＮＨ３を用いて、過剰酸素を含んでいる排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する。排気ガス中のＮＯは、例えば、下記式（１）のような反応によって還元され、排気ガス中のＮＯ2は、例えば、下記式（２）のような反応によって還元される。
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ      …（１）
８ＮＨ３＋６ＮＯ2→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ      …（２）
【００３７】
また、ＮＯｘ選択還元触媒２８は、アンモニアを吸着する吸着能力を有している。したがって、ＮＯｘ選択還元触媒２８上流の排気管２３内にアンモニアが供給される場合には、ＮＯｘ選択還元触媒２８にはアンモニアが吸着される。また、ＮＯｘ選択還元触媒２８上流の排気管２３内に尿素水溶液が供給される場合には、供給された尿素水溶液は、下記式（３）のような反応により加水分解されてアンモニアが生成される。このようにして生成されたアンモニアは、ＮＯｘ選択還元触媒２８に吸着されることになる。
（ＮＨ2）２ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2      …（３）
【００３８】
ＮＯｘ選択還元触媒２８におけるＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ選択還元触媒２８のアンモニア吸着量が多い方が高い。ただし、ＮＯｘ選択還元触媒２８に吸着可能なアンモニアの量には限界があり、ＮＯｘ選択還元触媒２８に吸着されたアンモニアの量が或る限界吸着量に到達するとそれ以上アンモニアを吸着することができない。そこで、本実施形態では、ＮＯｘ選択還元触媒２８に吸着されたアンモニアの量が、ゼロよりも多く且つ限界吸着量よりも少ない所定の目標吸着量となるように、添加制御弁３２から供給される尿素水溶液の量が制御される。
【００３９】
具体的には、まず、ＮＯｘ選択還元触媒２８におけるアンモニア吸着量が算出される。アンモニア吸着量の算出にあたっては、添加制御弁３２からの尿素水溶液の単位時間当たりの供給量に基づいて、単位時間当たりにＮＯｘ選択還元触媒２８に供給されたアンモニア量が算出される。加えて、上流側ＮＯｘセンサ３７の出力に基づいて、単位時間当たりにＮＯｘ選択還元触媒２８に流入するＮＯｘ量が算出される。
【００４０】
ここで、ＮＯｘ選択還元触媒２８に流入するＮＯｘの浄化率は、機関運転状態に応じて変化する。例えば、現在のアンモニア吸着量が多いほどＮＯｘの浄化率は高くなる。また、添加制御弁３２から尿素水溶液を供給中であると、尿素水溶液を供給中でないときにくらべてＮＯｘの浄化率が高くなる。そこで、本実施形態では、機関運転状態に応じたＮＯｘの浄化率が予め実験的に又は計算によって求められると共に、機関運転状態とＮＯｘ浄化率との関係がマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存される。使用時においては、機関運転状態に基づいてマップを用いてＮＯｘ浄化率が算出されると共に、上流側ＮＯｘセンサ３７の出力に基づいて算出されたＮＯｘ量にＮＯｘ浄化率を乗算する。このようにして算出された値は、ＮＯｘ選択還元触媒２８において消費されたアンモニアの量を表している。したがって、上述したＮＯｘ選択還元触媒２８に供給されたアンモニア量からＮＯｘ還元触媒２８において消費されたアンモニア量を減算することにより、ＮＯｘ選択還元触媒２８におけるアンモニア吸着量を算出することができる。
【００４１】
本実施形態では、このようにして算出されたＮＯｘ選択還元触媒２８におけるアンモニア吸着量が、目標吸着量となるように、添加制御弁３２からの尿素水溶液の供給量がフィードバック制御される。この結果、ＮＯｘ選択還元触媒２８には適切な量のアンモニアが吸着されることになり、これにより排気ガス中のＮＯｘを適切に浄化することができる。
【００４２】
＜フィルタの再生制御＞
一方、排気ガス中に含まれるＰＭはパティキュレートフィルタ２６上に捕集され、順次酸化される。しかしながら、捕集されるＰＭの量が酸化されるＰＭの量よりも多くなると、ＰＭがパティキュレートフィルタ２６上に次第に堆積していく。このようにＰＭの堆積量が増大すると、パティキュレートフィルタ２６における圧力損失が増大し、その結果、機関出力の低下を招いてしまう。したがって、ＰＭの堆積量が増大したときには、堆積したＰＭを除去することが必要となる。これに対して、酸素過剰のもとでパティキュレートフィルタ２６の温度を６００℃程度（以下、「ＰＭ再生温度」という）まで上昇させると、堆積したＰＭは酸化され、除去される。
【００４３】
このため、パティキュレートフィルタ２６上に堆積したＰＭの量が多くなったとき、すなわち差圧センサ３６によって検出されたパティキュレートフィルタ２６の前後差圧ｄＰが大きくなったときには、パティキュレートフィルタ２６の温度を上昇させ、それによって堆積したＰＭを酸化除去するフィルタ再生処理を行うことが必要になる。
【００４４】
このようなフィルタ再生処理としては、例えば、停止時再生処理、アイドル再生処理及び強制再生処理の３つの再生処理方法が挙げられる。
【００４５】
＜停止時再生処理＞
このうち、停止時再生処理は、内燃機関の停止中、すなわち機関回転数がゼロとなっているときに行われる再生処理である。具体的には、例えば、内燃機関を搭載した車両の停止中に内燃機関の運転が停止されるような場合や、動力として内燃機関とモータとを搭載した車両においてモータのみにより車両が駆動されているような場合に行われる。
【００４６】
停止時再生処理では、二次空気供給装置３４により排気ガス中に二次空気が供給される。内燃機関の停止中には排気ガスの流れが停止しているため、二次空気供給装置３４によって供給された空気の量に応じて排気管２１やパティキュレートフィルタ２６内のガスが流動することになる。加えて、停止時再生処理では、電気ヒータ２７によりパティキュレートフィルタ２６の加熱が行われる。
【００４７】
停止時再生処理では、パティキュレートフィルタ２６を流通するガスの流量を極めて少量にすることができる。このため、再生処理中にパティキュレートフィルタ２６からガスに奪われる熱量が極めて少なく、よってパティキュレートフィルタ２６の再生を効率的に行うことができる。また、二次空気供給装置３４によりパティキュレートフィルタ２６を流通するガスの流れを完全に制御することができるため、パティキュレートフィルタ２６の温度が不用意に変化することがない。したがって、停止時再生処理によれば、パティキュレートフィルタ２６の温度を所望するように制御することができる。
【００４８】
一方、停止時再生処理は、内燃機関の停止中にしか行うことができない。しかしながら、内燃機関は必ずしも頻繁に停止されるわけではなく、場合によっては長期に亘って停止時再生処理を実行することができないことになる。したがって、停止時再生処理を実行可能な頻度は低いということができる。
【００４９】
＜アイドル再生処理＞
一方、アイドル再生処理は、内燃機関のアイドル運転中、すなわち機関回転数が所定のアイドル上限回転数（例えば、８００ｒｐｍ）以下で内燃機関が運転されているときに行われる再生処理である。アイドル再生処理の行われるアイドル運転中には、機関本体１の燃焼室２から排出された排気ガスがパティキュレートフィルタ２６を流通するため、二次空気供給装置３４からの吸気の供給は必要ない。
【００５０】
また、アイドル再生処理では、電気ヒータ２７によりパティキュレートフィルタ２６の加熱が行われる。加えて、電気ヒータ２７のみによってはパティキュレートフィルタ２６を十分に昇温させることができない場合には、燃料添加弁３３によってパティキュレートフィルタ２６に流入する排気ガスへの燃料添加が行われる。このようにして添加された燃料は、排気ガス中の酸素と反応して燃焼し、これによりパティキュレートフィルタ２６が十分に加熱される。
【００５１】
アイドル再生処理では、パティキュレートフィルタ２６を流通する排気ガスの流量が比較的少ない。このため、再生処理中にパティキュレートフィルタ２６から排気ガスに奪われる熱量は比較的少ない。したがって、停止時再生処理ほどではないが、パティキュレートフィルタ２６の再生を比較的効率的に行うことができる。また、アイドル再生処理では、機関回転数が低いためパティキュレートフィルタ２６を流通する排気ガスの流量が比較的少ない。このため、燃料添加弁３３により燃料添加が行われて排気ガスの温度が上昇しても、それほど急激には上昇しない。したがって、アイドル再生処理では、停止時再生処理ほどではないが、パティキュレートフィルタ２６の温度を或る程度所望するように制御することができる。
【００５２】
一方、アイドル再生処理は、内燃機関のアイドル運転中にしか行うことができない。しかしながら、例えば、高速道路を走行することによって中負荷や高負荷の運転が継続されているような場合には、長期に亘ってアイドル運転が行われない場合がある。その一方で、内燃機関のアイドル運転が行われる頻度は、内燃機関が停止される頻度よりも多い。したがって、アイドル再生処理を実行可能な頻度は、或る程度高いということができる。
【００５３】
＜強制再生処理＞
強制再生処理は、内燃機関の運転中、基本的にはいつでも実行可能な再生処理である。強制再生処理中には、内燃機関は或る程度の回転数で回転しており、その結果、内燃機関から流出する排気ガスの流量も多い。このため、電気ヒータ２７によってパティキュレートフィルタ２６の加熱を行っても、パティキュレートフィルタ２６の温度をＰＭ再生温度まで昇温することができない。したがって、強制再生処理では、電気ヒータ２７による加熱を行わずに、燃料添加弁３３から排気ガス中への燃料添加が行われる。添加された燃料は、酸化触媒２５において排気ガス中の酸素と反応して燃焼し、これによりパティキュレートフィルタ２６には高温の排気ガスが流入することになる。この結果、パティキュレートフィルタ２６はＰＭ再生温度まで昇温される。
【００５４】
強制再生処理では、パティキュレートフィルタ２６には高温の排気ガスが多量にＮＯｘ選択還元触媒２８に供給される。しかしながら、パティキュレートフィルタ２６に伝達される熱はこのうちの一部であり、よって排気ガスは高温のままパティキュレートフィルタ２６から流出する。したがって、強制再生処理では、パティキュレートフィルタ２６の再生のために投入するエネルギ量（燃料量）が多く、よってパティキュレートフィルタ２６の再生を効率的に行うことはできない。また、燃料添加弁３３によって燃料添加を行うと、高温の排気ガスが多量にパティキュレートフィルタ２６に流入することから、パティキュレートフィルタ２６の温度は急激に上昇する。したがって、強制再生処理では、パティキュレートフィルタ２６の温度を所望するように制御することは困難である。
【００５５】
一方、強制再生処理は、基本的に内燃機関の運転中いつでも実行することができる。したがって、強制再生を実行可能な頻度は極めて高いということができる。
【００５６】
上述した停止時再生処理、アイドル再生処理及び強制再生処理をまとめると、表１のように表すことができる。
【表１】
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表１において、構成欄は、その再生処理を行うのに必要な構成を示している。「燃料添加」は、燃料添加弁３３による排気ガス中への燃料添加、「ヒータ」は電気ヒータ２７によるパティキュレートフィルタ２６の加熱、「二次空気」は二次空気供給装置３４による排気ガス中への二次空気の供給が必要であることをそれぞれ表している。図中の横線は、その構成が不要であることを示している。
【００５７】
また、表１において、特徴欄は、その再生処理における特徴を表している。「再生効率」は、パティキュレートフィルタ２６の再生のために投入するエネルギ量を表しており、投入エネルギが少ないほど効率が良いとされる。「再生可能頻度」は、フィルタ再生処理のうちその再生処理を実行可能な頻度を表しており、フィルタ再生処理の実行開始条件の成立頻度（成立割合）を表しているといえる。「温度制御性」は、その再生処理中にいかに所望の温度制御を行うことができるか、特に、パティキュレートフィルタ２６の昇温をいかにゆっくりと行うことができるかを表している。
【００５８】
＜ＮＯｘ選択還元触媒の温度とフィルタ再生処理＞
ところで、ＮＯｘ選択還元触媒２８は、その温度が高くなるほど、吸着可能なアンモニアの最大量（最大吸着可能アンモニア量）が減少する。特に、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度が３５０℃を超えると、アンモニアをほとんど吸着することができなくなる。
【００５９】
一方、上述したように、フィルタ再生処理を行うためには、パティキュレートフィルタ２６の温度をＰＭ再生温度以上に上昇させることが必要になる。このようにパティキュレートフィルタ２６の温度をＰＭ再生温度にまで昇温させると、これに伴ってパティキュレートフィルタ２６の排気流れ方向下流側に配置されたＮＯｘ選択還元触媒２８も高温となる。この結果、ＮＯｘ選択還元触媒２８はアンモニアをほとんど吸着することができなくなり、ＮＯｘ選択還元触媒２８に吸着されていたアンモニアは放出されることになる。
【００６０】
このようにフィルタ再生処理を行う際には、ＮＯｘ選択還元触媒２８に吸着されていたアンモニアが放出されることになる。このとき、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度を急激に上昇させると、ＮＯｘ選択還元触媒２８に吸着されていたアンモニアが急激に放出される。このため、単位時間当たりにアンモニアが多量に放出されることになる。したがって、フィルタ再生処理を行う際に、単位時間当たりに放出されるアンモニア量を少なく抑えるためには、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度を徐々に上昇させていくことが必要になる。
【００６１】
ここで、上述したように、フィルタ再生処理として停止時再生処理を行った場合には、温度制御性が高いため、パティキュレートフィルタ２６の温度を徐々に上昇させていくことができる。このため、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度も同様に徐々に上昇させていくことができる。一方、フィルタ再生処理として強制再生処理を行った場合には、温度制御性が低いため、パティキュレートフィルタ２６の温度は急激に上昇してしまう。したがって、フィルタ再生処理を行った際のＮＯｘ選択還元触媒２８の温度制御性という観点からは、停止時再生処理を行うことが好ましい。
【００６２】
しかしながら、上述したように、停止時再生処理の再生可能頻度は低い。このため、停止時再生処理の実行開始条件（すなわち、機関回転数がゼロになること）が成立するまでフィルタ再生処理の実行を遅延させると、場合によってはパティキュレートフィルタ２６の圧力損失が極端に増大してしまうことになる。一方で、強制再生処理の再生可能頻度は高い。このため、強制再生処理は基本的にフィルタ再生処理を実行したいタイミングでいつでも実行することができる。
【００６３】
＜本実施形態のフィルタ再生制御＞
そこで、本実施形態では、これら各フィルタ再生処理の特性、すなわち停止時再生処理、アイドル再生処理及び強制再生処理の特性を考慮して、以下のような手順でフィルタ再生制御が行われる。
【００６４】
本実施形態では、フィルタ再生処理にあたり、三つの再生モード、すなわち停止時再生モード、アイドル再生モード及び強制再生モードを実行可能である。このうち停止時再生モードが実行されると、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量が停止時再生目標吸着量に設定される。停止時再生目標吸着量は、停止時再生処理が実行されてもＮＯｘ選択還元触媒２８から流出する単位時間当たりのアンモニア量が予め定められた限界値以下になるような量とされる。したがって、停止時再生目標吸着量は、図２に示したように、通常運転時（フィルタ再生処理等が行われていない運転時）における目標吸着量（以下、「通常時目標吸着量」という）よりも少ない量とされる。このため、停止時再生モード実行中には、通常運転時に比べて、ＮＯｘ選択還元触媒２８からＮＯｘが僅かに流出し易くなる。また、停止時再生モードの実行中には、停止時再生処理の実行開始条件が成立すると、すなわち機関回転数がゼロになると停止時再生処理が実行される。
【００６５】
また、アイドル再生モードが実行されると、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量がアイドル再生目標吸着量に設定される。アイドル再生目標吸着量は、アイドル再生処理が実行されてもＮＯｘ選択還元触媒２８から流出する単位当たりのアンモニア量が予め定められた限界値以下になるような量とされる。したがって、アイドル再生目標吸着量は、図２に示したように、停止時再生目標吸着量よりも少ない量とされる。このため、アイドル再生モード実行中においては、停止時再生モード実行中に比べて、ＮＯｘ選択還元触媒２８からＮＯｘが流出し易くなる。また、アイドル再生モードの実行中には、アイドル再生処理の実行開始条件が成立すると、すなわち機関回転数がアイドル上限回転数以下になるとアイドル再生処理が実行される。
【００６６】
加えて、強制再生モードが実行されると、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量が強制再生目標吸着量に設定される。強制再生目標吸着量は、強制再生処理が実行されてもＮＯｘ選択還元触媒２８から流出する単位当たりのアンモニア量が予め定められた限界値以下になるような量とされる。したがって、強制再生目標吸着量は、図２に示したように、アイドル再生目標吸着量よりも少ない量とされる。また、強制再生モードが実行されると、基本的にはこれに伴って強制再生処理が実行される。ただし、機関負荷が高く且つ機関回転数が高いときには強制再生処理を実行しないように設定することも可能である。このような場合には、強制再生モードの実行中において、強制再生処理の実行開始条件が成立すると、すなわち機関負荷が所定値以下であって機関回転数が所定回転数（アイドル上限回転数よりも高い回転数）以下であるときに強制再生処理が実行される。
【００６７】
加えて、本実施形態では、パティキュレートフィルタ２６の再生が要求されたとき、例えばパティキュレートフィルタ２６のＰＭ堆積量が判定基準量以上であったときには、まず停止時再生モードが実行される。そして、停止時再生モードが開始されてから予め定められた停止時再生限界継続時間に亘って停止時再生処理が実行されなかった場合には、停止時再生モードからアイドル再生モードに切り替えられる。その後、アイドル再生モードが開始されてから予め定められたアイドル再生限界継続時間に亘ってアイドル再生処理が実行されなかった場合には、強制再生モードが開始される。
【００６８】
なお、各再生モードにおいて、実際の再生処理の実行は、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア吸着量が目標吸着量に到達してから行われる。したがって、例えば停止時再生モードが実行されて、その直後に機関回転数がゼロになったとしても、実際のアンモニア吸着量が停止時再生目標吸着量に到達するまでは、停止時再生処理は開始されない。
【００６９】
＜図３のタイムチャート＞
図３は、本実施形態におけるパティキュレートフィルタ２６の再生制御を行った際における、機関回転数ＲＥ、ＰＭ堆積量Ｑｐ、アンモニア吸着量Ｑｎ、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度Ｔ及びＮＯｘ選択還元触媒２８からのアンモニア排出濃度Ｃｎのタイムチャートである。触媒温度Ｔにおける破線は、パティキュレートフィルタ２６の温度を表している。
【００７０】
図３に示した例では、時刻ｔ1以前においては、フィルタ再生制御は行われておらず、通常運転が行われている。したがって、このときにＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量Ｑｎｔは、通常時目標吸着量Ｑｎｔｎとされる。通常時目標吸着量Ｑｎｔｎは、例えば、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度が３５０℃よりも低い所定温度となっているときの最大吸着可能アンモニア量近傍の量とされる。或いは、通常時目標吸着量Ｑｎｔｎは、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度に応じて変化するように設定されていてもよい。この場合には、温度が高くなるほど、通常時目標吸着量Ｑｎｔｎは少なく設定される。
【００７１】
また、時刻ｔ1以前においてはフィルタ再生制御が行われていないことから、パティキュレートフィルタ２６におけるＰＭ堆積量は徐々に増大する。図示した例では、ＰＭ堆積量Ｑｐは、時刻ｔ1において判定基準量Ｑｐｒｅｆに到達する。このようにＰＭ堆積量Ｑｐが判定基準量Ｑｐｒｅｆに到達すると、ＰＭ再生要求フラグがＯＮになり、フィルタ再生制御が開始される。
【００７２】
上述したように、本実施形態では、フィルタ再生制御が開始されると、まず、停止時再生モードが実行される。このため、時刻ｔ1には、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量Ｑｎｔが、通常時目標吸着量Ｑｎｔｎから停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓに減量せしめられる。このように目標吸着量Ｑｎｔが減少せしめられると、これに伴って実際のアンモニア吸着量Ｑｎも徐々に減少せしめられる。アンモニア吸着量Ｑｎｔの減少は、添加制御弁３２からの尿素水溶液の供給量を減少させることによって行われる。その後、実際のアンモニア吸着量Ｑｎは停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓ近傍に維持される。
【００７３】
停止時再生モードの実行中に機関回転数ＲＥがゼロになると、停止時再生処理が実行される。しかしながら、図３に示した例では、時刻ｔ1において停止時再生モードが開始されてから停止時再生限界継続時間Δｔ1に亘って、機関回転数ＲＥはゼロにならない。このため、この期間中には停止時再生処理は実行されない。そこで、図３に示した例では、時刻ｔ1において停止時再生モードが開始されてから停止時再生限界継続時間Δｔ1が経過した時刻ｔ2において、再生モードが停止時再生モードからアイドル再生モードへと切り替えられる。
【００７４】
時刻ｔ2においてアイドル再生モードが実行されると、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量Ｑｎｔが、停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓからアイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉへと減量せしめられる。これに伴って実際のアンモニア吸着量Ｑｎも徐々に減少せしめられる。その後、実際のアンモニア吸着量Ｑｎはアイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉ近傍に維持される。
【００７５】
アイドル再生モードの実行中に機関回転数がアイドル上限回転数ＲＥｉ以下になると、アイドル再生処理が実行される。しかしながら、図３に示した例では、時刻ｔ2においてアイドル再生モードが開始されてからアイドル再生限界継続時間Δｔ2に亘って、機関回転数はアイドル上限回転数ＲＥｉ以下にならない。このため、この期間中にはアイドル再生処理は実行されない。そこで、図３に示した例では、時刻ｔ3において、再生モードがアイドル再生モードから強制再生モードへと切り替えられる。
【００７６】
時刻ｔ3において、強制再生モードが実行されると、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量Ｑｎｔが、アイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉから強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆへと減量せしめられる。これに伴って実際のアンモニア吸着量Ｑｎも徐々に減少せしめられる。
【００７７】
その後、時刻ｔ4において、実際のアンモニア吸着量が強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆ近傍の量にまで減少されると、強制再生処理が実行される。したがって、燃料添加弁３３から排気ガス中への燃料添加が行われ、これにより、パティキュレートフィルタ２６の温度（図中の破線）がＰＭ再生温度にまで上昇せしめられる。このようにパティキュレートフィルタ２６が昇温せしめられると、これに伴ってＮＯｘ選択還元触媒２８も昇温せしめられる。したがって、時刻ｔ4以降はＮＯｘ選択還元触媒２８の温度Ｔが上昇せしめられる。この温度上昇に伴って、ＮＯｘ選択還元触媒２８のアンモニア吸着量Ｑｎが減少せしめられると共に、ＮＯｘ選択還元触媒２８からアンモニアが排出される。
【００７８】
ただし、時刻ｔ4において、ＮＯｘ選択還元触媒２８のアンモニア吸着量Ｑｎは、強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆ近傍まで減少せしめられている。このため、時刻ｔ4以降に強制再生処理によってＮＯｘ選択還元触媒２８からアンモニアが排出されても、このときのアンモニア排出濃度Ｃｎはそれほど高くはならず、予め定められた限界値Ｃｎｍａｘ以下に抑えられる。
【００７９】
その後、時刻ｔ5において、パティキュレートフィルタ２６のＰＭ堆積量Ｑｐがほぼゼロに到達すると、強制再生処理が終了せしめられる。このため、時刻ｔ5以降は、内燃機関の通常運転が行われる。このため、時刻ｔ5以降はパティキュレートフィルタ２６のＰＭ堆積量Ｑｐが徐々に増大していくと共に、ＮＯｘ選択還元触媒２８のアンモニア吸着量が通常時目標吸着量に向けて徐々に増大していく。
【００８０】
＜図４のタイムチャート＞
図４は、本実施形態におけるフィルタ再生制御を行った際の図３と同様なタイムチャートである。ただし、図４に示した例では、アイドル再生モードの実行中に、機関回転数ＲＥがアイドル上限回転数ＲＥｉ以下になり、よってアイドル再生実行開始条件が成立した場合を示している。
【００８１】
図４に示した例では、時刻ｔ2までは、各パラメータは図３に示した例と同様に推移する。時刻ｔ2においてアイドル再生モードが実行されると、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量Ｑｎｔが、アイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉへと減量せしめられ、これに伴って実際のアンモニア吸着量Ｑｎがアイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉ近傍に維持される。
【００８２】
図４に示した例では、アイドル再生モードが開始され且つ実際のアンモニア吸着量Ｑｎがアイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉ近傍に維持されている間に、時刻ｔ3において、機関回転数ＲＥがアイドル上限回転数ＲＥｉ以下に低下する。したがって、時刻ｔ3においてアイドル再生処理の実行開始条件が成立し、アイドル再生処理が実行される。したがって、電気ヒータ２７によりパティキュレートフィルタ２６の加熱が行われると共に、燃料添加弁３３によって排気ガスへの燃料添加が行われる。これにより、パティキュレートフィルタ２６の温度がＰＭ再生温度にまで上昇せしめられる。
【００８３】
しかしながら、アイドル再生処理は内燃機関のアイドル運転中に行われるため、パティキュレートフィルタ２６の温度を比較的ゆっくりと上昇させることができる。この結果、アイドル再生処理におけるＮＯｘ選択還元触媒２８の温度上昇の速度は、強制再生処理の実行時に比べて遅くなる。このため、アイドル再生処理の実行に伴ってＮＯｘ選択還元触媒２８からアンモニアが排出されても、アンモニア排出濃度Ｃｎは少なく抑えられる。このため、アイドル再生処理の実行時にはＮＯｘ選択還元触媒２８のアンモニア吸着量Ｑｎが、強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆよりも多いアイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉとされていても、アンモニア排出濃度Ｃｎを予め定められた限界値Ｃｎｍａｘ以下に抑えることができる。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態では、パティキュレートフィルタ２６の再生が要求されたときには、フィルタ再生処理が開始されない限り、再生モードが順次切り替えられる。この再生モードの切替に伴って、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量が段階的に複数回減少せしめられる。また、各再生モード毎にフィルタ再生処理の実行開始条件が変更されることから、本実施形態ではアンモニア目標吸着量の各段階毎にフィルタ再生処理の実行開始条件が変更されているということができる。特に、本実施形態では、アンモニア目標吸着量が段階的に減少せしめられるのにつれて成立頻度の高い実行開始条件に変更される。
【００８５】
加えて、本実施形態では、各再生処理毎に少なくとも部分的に異なるフィルタ再生手段が用いられる。例えば、停止時再生処理では、フィルタ再生手段として電気ヒータ２７及び二次空気供給装置３４が用いられ、アイドル再生処理では、フィルタ再生手段として電気ヒータ２７と、場合によっては燃料添加弁３３とが用いられる。加えて、強制再生処理では、フィルタ再生手段として燃料添加弁３３のみが用いられる。したがって、本実施形態では、アンモニア目標吸着量の各段階毎に少なくとも部分的に異なるフィルタ再生手段を用いてフィルタ再生処理が行われるといえる。
【００８６】
このように、本実施形態によれば、パティキュレートフィルタ２６の再生が要求されると、フィルタ再生処理の実行開始条件が段階的に成立頻度の高い実行開始条件に変更される。しかしながら、成立頻度の高い実行開始条件において実行可能なフィルタ再生処理は、成立頻度の低い実行開始条件において実行可能なフィルタ再生処理に比べて、ＮＯｘ選択還元触媒２８に吸着されていたアンモニアが流出し易い。そこで、本実施形態では、フィルタ再生処理の実行開始条件を段階的に変更するのに伴って、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量を段階的に減少するようにしている。本実施形態によれば、このような制御を行うことにより、ＮＯｘ選択還元触媒２８からのアンモニアの流出を抑制しつつ、高率的にパティキュレートフィルタ２６の再生処理を行うことができる。
【００８７】
なお、上記実施形態では、停止時再生モードの開始後に再生モードをアイドル再生モードに切り替えるまでの時間（停止時再生限界継続時間）、及びアイドル再生モードの開始後に再生モードを強制再生モードに切り替えるまでの時間（アイドル再生限界継続時間）は予め定められた値とされている。しかしながら、これら継続時間は、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度や、ＮＯｘ選択還元触媒２８に流入するＮＯｘの流量に応じて変化せしめられてもよい。この場合、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度が高くなるほど継続時間は短くされ、ＮＯｘの流量が多くなるほど継続時間は短くされる。
【００８８】
或いは、停止時再生モードからアイドル再生モードへの切替や、アイドル再生モードから強制再生モードへの切替は、ＮＯｘ選択還元触媒２８からの単位時間又は単位走行距離当たりのＮＯｘ排出量又はその積算値に基づいて行っても良い。この場合、例えば、停止時再生モードを開始した後にＮＯｘ排出量が予め定められた上限値に到達すると、再生モードが停止時再生モードからアイドル再生モードへと切り替えられる。或いは、停止時再生モードを開始してからのＮＯｘ排出量の積算値が予め定められた上限値に到達すると、再生モードが停止時再生モードからアイドル再生モードへと切り替えられる。
【００８９】
また、上記実施形態では、停止時再生処理及びアイドル再生処理の実行開始条件をいずれも機関回転数のみに基づいて設定している。しかしながら、これら再生処理の実行開始条件は、機関回転数に加えて他のパラメータを用いてもよい。このようなパラメータとしては、機関負荷や内燃機関を搭載した車両の速度等が挙げられる。
【００９０】
＜フローチャート＞
図５及び図６は、本実施形態におけるフィルタ再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
【００９１】
図５及び図６に示したように、まず、ステップＳ１１では、ＰＭ再生フラグがＯＮであるか否かが判定される。ＰＭ再生フラグは、パティキュレートフィルタ２６の再生が要求されているときにＯＮとされ、それ以外のときにＯＦＦとされるフラグである。ステップＳ１１において、ＰＭ再生フラグがＯＦＦである場合には、ステップＳ１２へと進む。
【００９２】
ステップＳ１２では、差圧センサ３６によって検出されたパティキュレートフィルタ２６の前後差圧ｄＰが判定基準差圧ｄＰｒｅｆ以上であるか否かが判定される。パティキュレートフィルタ２６の前後差圧ｄＰはＰＭ堆積量に応じて変化することから、ステップＳ１２ではパティキュレートフィルタ２６のＰＭ堆積量が判定基準量以上であるか否かが判定されているといえる。前後差圧ｄＰが判定基準差圧ｄＰｒｅｆよりも低いと判定された場合、すなわちＰＭ堆積量が判定基準量よりも少ないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ１２において、前後差圧ｄＰが判定基準差圧ｄＰｒｅｆ以上であると判定された場合、すなわちＰＭ堆積量が判定基準量以上であると判定された場合には、ステップＳ１３へと進む。ステップＳ１３では、ＰＭ再生フラグがＯＮにセットされる。
【００９３】
ＰＭ再生フラグがＯＮにセットされると、次の制御ルーチンではステップＳ１１からステップＳ１４へと進む。ステップＳ１４では強制フラグがＯＮであるか否かが判定される。強制フラグは強制再生モードの実行中にＯＮとされるフラグである。ステップＳ１４において、強制フラグがＯＦＦである場合には、ステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５ではアイドルフラグがＯＮであるか否かが判定される。アイドルフラグはアイドル再生モードの実行中にＯＮとされるフラグである。ステップＳ１５において、アイドルフラグがＯＦＦである場合には、ステップＳ１６へと進む。
【００９４】
ステップＳ１６〜Ｓ１９では、停止時モードが実行される。ます、ステップＳ１６では、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量Ｑｎｔが停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓに設定される。次いで、ステップＳ１７では、機関回転数がゼロであってアンモニア吸着量Ｑｎが停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓ近傍であるか否か、すなわち停止時再生処理の実行開始条件を満たしているか否かが判定される。ステップＳ１７において、停止時再生処理の実行開始条件を満たしていると判定された場合にはステップＳ１８へと進む。ステップＳ１８では、停止時再生処理が実行される。したがって、二次空気供給装置３４により排気ガス中に空気が供給されると共に、電気ヒータ２７によりパティキュレートフィルタ２６の加熱が行われる。次いで、ステップＳ１９では、ＰＭ再生フラグ等の全てのフラグがＯＦＦにリセットされる。
【００９５】
一方、ステップＳ１７において、停止時再生処理の実行開始条件を満たしていないと判定された場合には、ステップＳ２０へと進む。ステップＳ２０では、停止時再生処理が開始されてからの時間Δｔが停止時再生限界継続時間Δｔ1よりも長いか否かが判定される。ステップＳ２０において時間Δｔが停止時再生限界継続時間Δｔ1以下であると判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ２０において、時間Δｔが停止時再生限界継続時間Δｔ1よりも長いと判定された場合にはステップＳ２１へと進む。ステップＳ２１では、アイドルフラグがＯＮにセットされて制御ルーチンが終了せしめられる。
【００９６】
アイドルフラグがＯＮにセットされると、次の制御ルーチンではステップＳ１５からステップＳ２２へと進む。ステップＳ２２〜Ｓ２５では、アイドル再生モードが実行される。まず、ステップＳ２２では、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量Ｑｎｔがアイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉに設定される。次いで、ステップＳ２３では、機関回転数がアイドル上限回転数ＲＥｉ以上であってアンモニア吸着量Ｑｎがアイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉ近傍であるか否か、すなわちアイドル再生処理の実行開始条件を満たしているか否かが判定される。ステップＳ２３において、アイドル再生処理の実行開始条件を満たしていると判定された場合にはステップＳ２４へと進む。ステップＳ２４では、アイドル再生処理が実行される。したがって、電気ヒータ２７によりパティキュレートフィルタ２６の加熱が行われると共に燃料添加弁３３によりパティキュレートフィルタ２６に流入する排気ガスへの燃料添加が行われる。次いで、ステップＳ２５では、ＰＭ再生フラグ等の全てのフラグがＯＦＦにリセットされる。
【００９７】
一方、ステップＳ２３において、アイドル再生処理の実行開始条件を満たしていないと判定された場合には、ステップＳ２６へと進む。ステップＳ２６では、アイドル再生処理が開始されてからの時間Δｔがアイドル再生限界継続時間Δｔ2よりも長いか否かが判定される。ステップＳ２６において時間Δｔがアイドル再生限界継続時間Δｔ2以下であると判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ２６において、時間Δｔがアイドル再生限界継続時間Δｔ2よりも長いと判定された場合にはステップＳ２７へと進む。ステップＳ２７では、強制フラグがＯＮにセットされて制御ルーチンが終了せしめられる。
【００９８】
強制フラグがＯＮにセットされると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１４からステップＳ２８へと進む。ステップＳ２８〜Ｓ３１では、強制再生モードが実行される。まず、ステップＳ２８では、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量Ｑｎｔが強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆに設定される。次いで、ステップＳ２９では、アンモニア吸着量Ｑｎが強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆ近傍であるか否かが判定される。ステップＳ２９において、アンモニア吸着量Ｑｎが強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆ近傍であると判定された場合にはステップＳ３０へと進む。ステップＳ３０では、強制再生処理が実行される。したがって、燃料添加弁３３によりパティキュレートフィルタ２６に流入する排気ガスへの燃料添加が行われる。次いで、ステップＳ３１では、ＰＭ再生フラグ等の全てのフラグがＯＦＦにリセットされる。一方、ステップＳ２９において、アンモニア吸着量Ｑｎが強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆ近傍でないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００９９】
なお、上記実施形態では、パティキュレートフィルタ２６の前後差圧を検出する差圧センサ３６によってパティキュレートフィルタ２６のＰＭ堆積量を算出している。しかしながら、パティキュレートフィルタ２６のＰＭ堆積量は、例えば機関負荷や出力トルク等に基づいて算出する等、他の手段によって求めるようにしてもよい。
【０１００】
＜第二実施形態＞
次に、図７を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態における内燃機関の排気浄化装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態における排気浄化装置の構成及び制御と同様である。しかしながら、第二実施形態の排気浄化装置では、アイドル再生モードが実行されず、よってアイドル再生処理が実行されない。
【０１０１】
すなわち、第二実施形態の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタ２６の再生が要求されたときには、まず停止時再生モードが実行される。そして、停止時再生モードが開始されてから予め定められた停止時再生限界継続時間に亘って停止時再生処理が実行されなかった場合には、再生モードが停止時再生モードから強制再生モードに切り替えられる。
【０１０２】
図７は、第二実施形態におけるフィルタ再生制御を行った際の図３と同様なタイムチャートである。図７に示した例では、時刻ｔ2までは各パラメータは図３に示した例と同様に推移する。しかしながら、本実施形態では、時刻ｔ2において、すなわち停止時再生モードが開始されてから停止時再生限界継続時間Δｔ1が経過したときに、再生モードが停止時再生モードから強制再生モードへと切り替えられる。
【０１０３】
時刻ｔ2において、強制再生モードが実行されると、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量Ｑｎｔが、停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓから強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆへと減量される。これに伴って実際のアンモニア吸着量も強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆ近傍まで減量せしめられる。時刻ｔ3において、実際のアンモニア吸着量が強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆ近傍まで減少されると、強制再生処理が実行される。この結果、パティキュレートフィルタ２６に堆積していたＰＭが除去されると共に、ＮＯｘ選択還元触媒から予め定められた限界値以下のアンモニアが排出される。
【０１０４】
すなわち、本実施形態では、パティキュレートフィルタ２６の再生が要求されたときには、フィルタ再生処理が開始されない限り、第一段階目として目標吸着量が第一吸着量（停止時再生目標吸着量）に設定されると共に、第二段階目として目標吸着量が第一吸着量よりも少ない第二吸着量（強制再生目標吸着量）に設定される。そして、目標吸着量が第一吸着量に設定されているときにはフィルタ再生処理の実行開始条件が第一条件（機関回転数がゼロ且つ実際のアンモニア吸着量がほぼ停止時再生目標吸着量に到達）とされる。加えて、目標吸着量が第一吸着量に設定されているときにフィルタ再生処理の実行開始条件が成立したときには第一フィルタ再生手段によりパティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去が行われる。目標吸着量が第二吸着量に設定されているときにはフィルタ再生処理の実行開始条件が第一条件よりも成立頻度の高い第二条件（実際のアンモニア吸着量がほぼ強制再生目標吸着量に到達）とされる。加えて、目標吸着量が第二吸着量に設定されているときにフィルタ再生処理の実行開始条件が成立したときには第一フィルタ再生手段とは少なくとも部分的に異なる第二フィルタ再生手段によりパティキュレートフィルタの昇温が行われる。
【０１０５】
＜第三実施形態＞
次に、図８を参照して、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態における内燃機関の排気浄化装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態における排気浄化装置の構成及び制御と同様である。しかしながら、第三実施計チアの排気浄化装置では、停止時再生モードが実行されず、よって停止時再生処理が実行されない。
【０１０６】
すなわち、第三実施形態の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタ２６の再生が要求されたときには、まず、アイドル再生処理が実行される。そして、アイドル再生モードが開始されてから予め定められたアイドル再生限界継続時間に亘ってアイドル再生処理が実行されなかった場合には、再生モードがアイドル再生モードから強制再生モードに切り替えられる。
【０１０７】
図８は、第三実施形態におけるフィルタ再生制御を行った際の図３と同様なタイムチャートである。図８に示した例では、時刻ｔ1においてパティキュレートフィルタ２６のＰＭ堆積量Ｑｐが、判定基準量Ｑｐｒｅｆに到達し、フィルタ再生制御が開始される。フィルタ再生制御が開始されると、本実施形態では、まず、アイドル再生モードが実行される。このため、時刻ｔ1には、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量Ｑｎｔが、通常時目標吸着量Ｑｎｔｎからアイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉに減量せしめられ、これに伴って実際のアンモニア吸着量もアイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉ近傍に維持される。
【０１０８】
アイドル再生モードの実行中に機関回転数がアイドル上限回転数ＲＥｉ以下になると、アイドル再生処理が実行される。しかしながら、図８に示した例では、時刻ｔ1からアイドル再生限界継続時間Δｔ2に亘って、機関回転数ＲＥはアイドル上限回転数ＲＥｉ以下にならない。このため、この期間中にはアイドル再生処理は実行されず、時刻ｔ2において、再生モードがアイドル再生モードから強制再生モードへと切り替えられる。
【０１０９】
時刻ｔ2において、強制再生モードが実行されると、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量Ｑｎｔが、アイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉから強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆへと減量される。これに伴って実際のアンモニア吸着量も強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆ近傍まで減量せしめられる。時刻ｔ3において、実際のアンモニア吸着量が強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆ近傍まで減少されると、強制再生処理が実行される。この結果、パティキュレートフィルタ２６に堆積していたＰＭが除去されると共に、ＮＯｘ選択還元触媒から予め定められた限界値以下のアンモニアが排出される。
【０１１０】
＜第四実施形態＞
次に、図９を参照して、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態における内燃機関の排気浄化装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態における排気浄化装置の構成及び制御と同様である。しかしながら、第四実施形態の排気浄化装置では、強制再生モードが実行されず、よって強制再生処理が実行されない。
【０１１１】
すなわち、第四実施形態の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタ２６の再生が要求されたときには、まず停止時再生モードが実行される。そして、停止時再生モードが開始されてから予め定められた停止時再生限界継続時間に亘って停止時再生処理が実行されなかった場合には、再生モードが停止時再生モードからアイドル再生モードに切り替えられる。その後、アイドル再生処理の実行開始条件が成立するまで、すなわち機関回転数ＲＥがアイドル上限回転数ＲＥｉ以下になるまで再生モードがアイドル再生モードに維持される。
【０１１２】
図９は、第四実施形態におけるフィルタ再生制御を行った際の図３と同様なタイムチャートである。図９に示した例では、時刻ｔ2までは各パラメータは図３に示した例と同様に推移する。加えて、時刻ｔ2において、すなわち停止時再生モードが開始されてから停止時再生限界継続時間Δｔ1が経過したときに、再生モードが停止時再生モードからアイドル再生モードへと切り替えられる。
【０１１３】
時刻ｔ2において、アイドル再生モードが実行されると、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量Ｑｎｔが、停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓからアイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉに減量せしめられ、これに伴って実際のアンモニア吸着量もアイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉ近傍に維持される。
【０１１４】
その後、図９に示した例では、時刻ｔ2から上述したアイドル再生限界継続時間Δｔ2に亘って機関回転数ＲＥはアイドル上限回転数ＲＥｉ以下に低下せず、よってアイドル再生処理は実行されない。しかしながら、本実施形態では、アイドル再生限界継続時間Δｔ2に亘ってアイドル再生処理が実行されなくても、アイドル再生モードは継続される。すなわち、本実施形態では、アイドル再生処理が実行されるまでアイドル再生モードが継続せしめられる。
【０１１５】
図９に示した例では、時刻ｔ2からアイドル再生限界継続時間Δｔ2以上経過した時刻ｔ3において、機関回転数ＲＥが上限回転数ＲＥｉ以下になる。よって、時刻ｔ3においてアイドル再生処理が実行される。したがって、電気ヒータ２７によりパティキュレートフィルタ２６の加熱が行われると共に、燃料添加弁３３によって排気ガスへの燃料添加が行われる。これにより、パティキュレートフィルタ２６の温度がＰＭ再生温度にまで上昇せしめられ、パティキュレートフィルタ２６に堆積しているＰＭを除去することができる。
【０１１６】
＜第五実施形態＞
次に、図１０を参照して、本発明の第五実施形態について説明する。第五実施形態における内燃機関の排気浄化装置の構成及び制御は基本的に上記実施形態における排気浄化装置の構成及び制御と同様である。しかしながら、第五実施形態の排気浄化装置では、各再生モードにおけるアンモニア目標吸着量がＮＯｘ選択還元触媒２８の温度に応じて変化する場合がある。
【０１１７】
上記実施形態においては、通常時目標吸着量ＱｎｔｎはＮＯｘ選択還元触媒２８の温度に応じて変化する場合がる。しかしながら、この場合であっても、通常時目標吸着量Ｑｎｔｎは、常に停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓよりも多い量とされている。これに対して、本実施形態では、図１０に示すように、通常時目標吸着量Ｑｎｔｎは、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度によっては、停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓ、アイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉや強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆよりも少なくなるように設定される。
【０１１８】
図１０は、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度とアンモニア目標吸着量Ｑｎｔとの関係を示す図である。図１０に示したように、通常時目標吸着量Ｑｎｔｎは、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度が高くなるほど小さくされる。この結果、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度が或る温度以上になると、通常時目標吸着量Ｑｎｔｎは停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓ、アイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉや強制再生目標吸着量Ｑｎｔｆよりも少なくなる。
【０１１９】
そこで、通常時目標吸着量Ｑｎｔｎがこのように設定された本実施形態では、実行されているモードにおけるアンモニア目標吸着量が、通常時目標吸着量Ｑｎｔｎよりも多いときには、アンモニア目標吸着量が通常時目標吸着量Ｑｎｔｎに設定される。例えば、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度が図１０のＴ2である場合、停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓは通常時目標吸着量Ｑｎｔｎよりも多い。このため、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度がＴ2であるときには、停止時再生モードにおいてはアンモニア目標吸着量は通常時目標吸着量Ｑｎｔｎとされる。一方、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度が図１０のＴ1である場合、停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓは通常時目標吸着量Ｑｎｔｎよりも少ない。このため、ＮＯｘ選択還元触媒２８の温度がＴ1であるときには、停止時再生モードにおいてはアンモニア目標吸着量は停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓに設定される。
【符号の説明】
【０１２０】
１    機関本体
２    燃焼室
３    燃料噴射弁
４    吸気マニホルド
５    排気マニホルド
２０    排気浄化装置
２２    上流側ケーシング
２４    下流側ケーシング
２５    三元触媒
２６    パティキュレートフィルタ
２７    電気ヒータ
２８    ＮＯｘ選択還元触媒
２９    三元触媒
３２    添加制御弁
３３    燃料添加弁
３４    二次空気供給装置
４０    ＥＣＵ
【図１】
2015224551.tif 000004
【図２】
2015224551.tif 000005
【図３】
2015224551.tif 000006
【図４】
2015224551.tif 000007
【図５】
2015224551.tif 000008
【図６】
2015224551.tif 000009
【図７】
2015224551.tif 000010
【図８】
2015224551.tif 000011
【図９】
2015224551.tif 000012
【図１０】
2015224551.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月1日(2015.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
上流側ケーシング２２内には、パティキュレートフィルタ２６の前後差圧（パティキュレートフィルタ２６の排気流れ方向上流側と下流側との差圧）を検出するための差圧センサ３６が取り付けられる。また、ＮＯｘ選択還元触媒２８上流の排気管２３内にはＮＯｘ選択還元触媒２８に流入する排気ガス中のＮＯｘ量又はＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ３７が取り付けられる。加えて、ＮＯｘ選択還元触媒２８下流の下流側ケーシング２４内にはＮＯｘ選択還元触媒２８から流出した排気ガス中のＮＯｘ量又はＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ３８が取り付けられる。これらセンサ３６、３７、３８の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
強制再生処理では、パティキュレートフィルタ２６には高温の排気ガスが多量に供給される。しかしながら、パティキュレートフィルタ２６に伝達される熱はこのうちの一部であり、よって排気ガスは高温のままパティキュレートフィルタ２６から流出する。したがって、強制再生処理では、パティキュレートフィルタ２６の再生のために投入するエネルギ量（燃料量）が多く、よってパティキュレートフィルタ２６の再生を効率的に行うことはできない。また、燃料添加弁３３によって燃料添加を行うと、高温の排気ガスが多量にパティキュレートフィルタ２６に流入することから、パティキュレートフィルタ２６の温度は急激に上昇する。したがって、強制再生処理では、パティキュレートフィルタ２６の温度を所望するように制御することは困難である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
上述した停止時再生処理、アイドル再生処理及び強制再生処理をまとめると、表１のように表すことができる。
【表１】
2015224551.tif 000014
表１において、構成欄は、その再生処理を行うのに必要な構成を示している。「燃料添加」は、燃料添加弁３３による排気ガス中への燃料添加、「ヒータ」は電気ヒータ２７によるパティキュレートフィルタ２６の加熱、「二次空気」は二次空気供給装置３４による排気ガス中への二次空気の供給が必要であることをそれぞれ表している。表中の横線は、その構成が不要であることを示している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
ステップＳ１６〜Ｓ１９では、停止時再生モードが実行される。ます、ステップＳ１６では、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量Ｑｎｔが停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓに設定される。次いで、ステップＳ１７では、機関回転数がゼロであってアンモニア吸着量Ｑｎが停止時再生目標吸着量Ｑｎｔｓ近傍であるか否か、すなわち停止時再生処理の実行開始条件を満たしているか否かが判定される。ステップＳ１７において、停止時再生処理の実行開始条件を満たしていると判定された場合にはステップＳ１８へと進む。ステップＳ１８では、停止時再生処理が実行される。したがって、二次空気供給装置３４により排気ガス中に空気が供給されると共に、電気ヒータ２７によりパティキュレートフィルタ２６の加熱が行われる。次いで、ステップＳ１９では、ＰＭ再生フラグ等の全てのフラグがＯＦＦにリセットされる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
一方、ステップＳ１７において、停止時再生処理の実行開始条件を満たしていないと判定された場合には、ステップＳ２０へと進む。ステップＳ２０では、停止時再生モードが開始されてからの時間Δｔが停止時再生限界継続時間Δｔ1よりも長いか否かが判定される。ステップＳ２０において時間Δｔが停止時再生限界継続時間Δｔ1以下であると判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ２０において、時間Δｔが停止時再生限界継続時間Δｔ1よりも長いと判定された場合にはステップＳ２１へと進む。ステップＳ２１では、アイドルフラグがＯＮにセットされて制御ルーチンが終了せしめられる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
アイドルフラグがＯＮにセットされると、次の制御ルーチンではステップＳ１５からステップＳ２２へと進む。ステップＳ２２〜Ｓ２５では、アイドル再生モードが実行される。まず、ステップＳ２２では、ＮＯｘ選択還元触媒２８へのアンモニア目標吸着量Ｑｎｔがアイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉに設定される。次いで、ステップＳ２３では、機関回転数がアイドル上限回転数ＲＥｉ以下であってアンモニア吸着量Ｑｎがアイドル再生目標吸着量Ｑｎｔｉ近傍であるか否か、すなわちアイドル再生処理の実行開始条件を満たしているか否かが判定される。ステップＳ２３において、アイドル再生処理の実行開始条件を満たしていると判定された場合にはステップＳ２４へと進む。ステップＳ２４では、アイドル再生処理が実行される。したがって、電気ヒータ２７によりパティキュレートフィルタ２６の加熱が行われると共に燃料添加弁３３によりパティキュレートフィルタ２６に流入する排気ガスへの燃料添加が行われる。次いで、ステップＳ２５では、ＰＭ再生フラグ等の全てのフラグがＯＦＦにリセットされる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０５】
＜第三実施形態＞
次に、図８を参照して、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態における内燃機関の排気浄化装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態における排気浄化装置の構成及び制御と同様である。しかしながら、第三実施形態の排気浄化装置では、停止時再生モードが実行されず、よって停止時再生処理が実行されない。
【手続補正８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
前記パティキュレートフィルタを電力によって加熱するヒータと、前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する燃料添加弁とを更に具備し、
前記第一条件は機関回転数がゼロよりも高い所定のアイドル上限回転数以下となっているときに成立し、
前記第一フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させると共に前記燃料添加弁から前記パティキュレートフィルタに燃料を供給し、
前記第二フィルタ再生手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積するＰＭを除去するときには、前記ヒータによってパティキュレートフィルタを昇温させることなく前記燃料添加弁から前記パティキュレートフィルタに燃料を供給する、請求項６又は７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2015224551.tif 000015