(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設置されて排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタであって、排気中の酸素を吸収するとともに、吸収した酸素を放出して、捕集されたパティキュレートの燃焼を促進する燃焼促進剤を担持させた第１のパティキュレートフィルタと、
前記第１のパティキュレートフィルタの下流で前記排気通路に設置され、前記第１のパティキュレートフィルタを通過した排気中のパティキュレートを捕集する第２のパティキュレートフィルタと、
前記第１のパティキュレートフィルタの下流で前記排気通路に設置され、排気の空燃比が理論値よりも高い第１の空燃比であるときに、排気中のＮＯｘをトラップする一方、排気の空燃比が前記第１の空燃比よりも低い第２の空燃比であるときに、トラップしているＮＯｘを放出して、これを還元させるＮＯｘトラップ触媒と
を含んで構成されるエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘトラップ触媒の硫黄分による被毒の進行度合いをＳ被毒量として検出するＳ被毒量検出手段と、
前記Ｓ被毒量検出手段により検出されたＳ被毒量が所定の進行度合いを示すときに、燃料の二次供給により前記第１のパティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させて、前記ＮＯｘトラップ触媒の温度を、この触媒から前記硫黄分を脱離させるための目標温度に上昇させる触媒脱硫再生手段と、を更に含んで構成される請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記第２のパティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートの量をパティキュレート堆積量として検出するパティキュレート堆積量検出手段と、
前記パティキュレート堆積量検出手段により検出されたパティキュレート堆積量が所定の値に達しているときに、燃料の二次供給により前記第１パティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させて、前記第２のパティキュレートフィルタの温度を、このフィルタが捕集しているパティキュレートを燃焼させるための目標温度に上昇させるフィルタ再生手段と、を更に含んで構成される請求項１または２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記第１及び第２のパティキュレートフィルタは、いずれも多孔質材料からなるフィルタエレメントを含んで構成され、このフィルタエレメントにより排気をろ過してパティキュレートを捕集するものであり、かつ前記第１のパティキュレートフィルタは、前記第２のパティキュレートフィルタよりもフィルタエレメントの細孔径が大きい請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記第１のパティキュレートフィルタは、前記第２のパティキュレートフィルタよりも熱容量が小さい請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記燃焼促進剤が酸化セリウム、酸化プラセオジウム、銅、アルミニウム又は鉄である請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、詳細には、排気浄化装置を構成するパティキュレートフィルタ等の浄化デバイスにかかる熱負荷を軽減し、その破損等を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気後処理用の浄化デバイスとしてディーゼルパティキュレートフィルタを備えるディーゼルエンジンの排気浄化装置が知られている。ディーゼルパティキュレートフィルタは、多孔質材料からなるフィルタエレメントを内蔵し、このフィルタエレメントにより排気をろ過し、排気中のパティキュレートマター（以下、単に「パティキュレート」という。）を除去するものである。ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートの量が所定の限界量に達してもなおそれまで通りの運転を継続したとすると、フィルタエレメントに目詰まりが生じて排気抵抗の過剰な上昇を招き、エンジンの運転効率を低下させることから、この第１の排気浄化装置では、ディーゼルパティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートを定期的に処理し、このフィルタを再生させる必要がある。ディーゼルパティキュレートフィルタの再生は、膨張行程噴射等の燃料の二次供給により排気の温度を上昇させて、堆積しているパティキュレートをフィルタエレメント上で燃焼させることによるのが一般的である。
【０００３】
また、ディーゼルエンジンに採用される第２の排気浄化装置として、ディーゼルパティキュレートフィルタの上流にＮＯｘトラップ触媒を備えるものが知られている（特許文献１）。ＮＯｘトラップ触媒は、この触媒に流入する排気の空燃比に応じて異なる性質を示し、この空燃比が理論値よりも高い場合に、排気中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）をトラップする一方、この空燃比が理論値又はこれよりも低い場合に、トラップしているＮＯｘを放出させる。放出されたＮＯｘは、排気中の還元成分と反応して還元され、無害なガスに転換される。
【特許文献１】特開２００５−０４８７４８号公報（図１、段落番号００５６〜００６０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記第１の排気浄化装置によれば、ディーゼルパティキュレートフィルタにより、その再生による機能回復を図りながら排気中のパティキュレートを除去することができ、また、上記第２の排気浄化装置によれば、パティキュレートに加え、排気中のＮＯｘを除去することができる。しかしながら、これらの排気浄化装置には、再生に関して夫々次のような問題がある。
【０００５】
すなわち、ディーゼルパティキュレートフィルタを備える第１の排気浄化装置では、再生を開始する際のパティキュレート堆積量を、再生の頻発回避による運転性能等確保の観点から適合させる必要があるが、この再生時堆積量を増大させることで、パティキュレートの燃焼により再生時に発生する熱量が増大し、フィルタエレメントに過大な熱負荷をかけ、その破損を来すことである。また、燃焼促進のためにフィルタエレメントに酸化触媒を担持させたものでは、フィルタエレメントの破損に加え、この酸化触媒の劣化を進行させることである。
【０００６】
他方、ディーゼルパティキュレートフィルタ以外にＮＯｘトラップ触媒を備える第２の排気浄化装置では、第１の排気浄化装置におけると同様にフィルタエレメントの熱負荷による破損が問題となるとともに、この問題を回避すべく再生時堆積量を小さな値に設定したとしても、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生頻度の増大によりＮＯｘトラップ触媒に大きな熱負荷がかかる頻度も増大するため、ＮＯｘトラップ触媒の劣化を進行させることである。この熱負荷によるＮＯｘトラップ触媒の劣化は、いわゆるＳ被毒等によるものとは異なり、永久的な劣化であることが知られている。
【０００７】
本発明は、エンジンの排気浄化装置において、パティキュレートフィルタ等の浄化デバイスを再生に伴う熱負荷から保護し、その破損等を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、エンジンの排気浄化装置を提供するものであり、排気通路において、パティキュレートフィルタ又はＮＯｘトラップ触媒の上流に、燃焼促進剤を担持させた、前記パティキュレートフィルタとは別のパティキュレートフィルタを設置したことを特徴とする。この燃焼促進剤は、排気中の酸素を吸収するとともに、吸収した酸素を放出する性質を有し、放出した酸素によりパティキュレートフィルタにより捕集されたパティキュレートの燃焼を促進させる。
【０００９】
本発明は、エンジンの排気通路に設置されて排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタであって、排気中の酸素を吸収するとともに、吸収した酸素を放出して、捕集されたパティキュレートの燃焼を促進する燃焼促進剤を担持させた第１のパティキュレートフィルタと、前記第１のパティキュレートフィルタの下流で前記排気通路に設置され、前記第１のパティキュレートフィルタを通過した排気中のパティキュレートを捕集する第２のパティキュレートフィルタと、前記第１のパティキュレートフィルタの下流で前記排気通路に設置され、排気の空燃比が理論値よりも高い第１の空燃比であるときに、排気中のＮＯｘをトラップする一方、排気の空燃比が前記第１の空燃比よりも低い第２の空燃比であるときに、トラップしているＮＯｘを放出して、これを還元させるＮＯｘトラップ触媒とを含んで構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１及び第２のパティキュレートフィルタにより排気中のパティキュレートを確実に除去するとともに、ＮＯｘトラップ触媒により排気中のＮＯｘを除去することができる。燃焼促進剤を担持させた第１のパティキュレートフィルタを第２のパティキュレートフィルタ及びＮＯｘトラップ触媒の上流に設置したことで、第２のパティキュレートフィルタの再生頻度を抑えつつその再生時堆積量を減少させ、パティキュレートフィルタへの熱負荷の軽減と、ＮＯｘトラップ触媒への熱負荷の軽減とを両立させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジン（以下「エンジン」という。）１の構成を示している。このエンジン１は、車載型の直噴ディーゼルエンジンであり、図示しない燃料ポンプからコモンレール２２を介して燃料が供給され、燃料噴射弁２１により筒内に燃料が直接噴射される。
【００１４】
吸気通路１１の導入部には、図示しないエアクリーナが取り付けられており、このエアクリーナにより吸入空気中の粉塵が除去される。吸気通路１１には、ターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ａが設置されており、コンプレッサ１２ａにより吸入空気が圧縮されて送り出される。圧縮された吸入空気は、サージタンク１３に流入し、マニホールド部で各気筒に分配される。本実施形態では、サージタンク１３の上流に吸気絞り弁１４が設置されており、後述するディーゼルパティキュレートフィルタ３４又はＮＯｘトラップ触媒３３の再生に際し、この吸気絞り弁１４により吸入空気量を減少させる。
【００１５】
エンジン本体において、シリンダヘッドには、燃料噴射弁２１が気筒毎に設置されている。燃料噴射弁２１は、各気筒において、燃焼室に臨ませてシリンダヘッドに設置されており、電子制御ユニットとして構成されるエンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という。）４１からの指令信号に基づいて作動する。図示しない燃料ポンプにより送り出された燃料は、コモンレール２２を介して燃料噴射弁２１に供給され、燃料噴射弁２１により燃焼室内に直接噴射される。
【００１６】
排気通路３１には、マニホールド部の下流にターボチャージャ１２のタービン１２ｂが設置されている。燃焼により生じた排気が排気通路３１に排出され、この排気によりタービン１２ｂが駆動されることで、コンプレッサ１２ａが回転する。タービン１２ｂの下流には、上流側から順に第１のディーゼルパティキュレートフィルタ３２、ＮＯｘトラップ触媒３３及び第２のディーゼルパティキュレートフィルタ３４が設置されている。ディーゼルパティキュレートフィルタ３２，３４は、コーディエライト又は炭化珪素等の多孔質材料からなるフィルタエレメントを内蔵しており、このフィルタエレメントにより排気中のパティキュレートを捕集し、これを排気から除去するものである。本実施形態では、ウォールフロー型のフィルタエレメントを採用しているが、耐熱金属からなるもの等、他の形式のフィルタエレメントを採用してもよい。図２は、上流のディーゼルパティキュレートフィルタ３２に備わるフィルタエレメント３２１の構成を軸方向の断面により示している。ディーゼルパティキュレートフィルタ３２は、本発明の「第１のパティキュレートフィルタ」に相当するものであり、このフィルタエレメント３２１をケースに収納して構成される。フィルタエレメント３２１は、ハニカム状のモノリス担体において、入口側又は出口側で交互に通路３２２の目封じ３２３を形成したものである。本実施形態では、このように形成されたフィルタエレメント３２１において、入口側の内壁を燃焼促進剤としての酸化セリウムを含む機能層３２４でコーティングしている。機能層３２４は、酸化セリウムを粉末化して、これを所定の重量濃度（たとえば、５０Ｗｔ％）でスラリーに攪拌するとともに、このスラリーをフィルタエレメント３２１の内壁上に塗布し、更に乾燥及び焼成を経て形成する。酸化セリウムは、酸素の吸収及び放出機能を有し、排気中の酸素を吸収するとともに、吸収した酸素をパティキュレートとの接触に伴い放出して、そのパティキュレートの燃焼を促進させる。この酸化セリウムによる燃焼促進の作用自体は、一般的に知られたところである。他方、ＮＯｘトラップ触媒３３は、流入する排気の空燃比が理論値よりも高いときに、排気中の窒素酸化物（すなわち、ＮＯｘ）をトラップする一方、この排気の空燃比が理論値（その実質的な近傍の範囲を含む。）又はこれよりも低いときに、トラップしているＮＯｘを放出する性質を持つ。ＮＯｘトラップ触媒３３からのＮＯｘの放出に併せ、放出されたＮＯｘが排気中の還元成分により浄化される。エンジン１の排気は、これらの浄化デバイスを通過した後、大気中に放出される。なお、ＮＯｘトラップ触媒３３と下流のディーゼルパティキュレートフィルタ３４との関係は、図示のものに限らず、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４をＮＯｘトラップ触媒３３の上流に位置させてもよい。
【００１７】
また、排気通路３１は、ＥＧＲ管３５により吸気通路１１（ここでは、サージタンク１３）と接続されており、タービン１２ｂに対する流入前の排気がＥＧＲ管３５を介して吸気通路１１に還流される。ＥＧＲ管３５には、ＥＧＲ弁３６が介装されており、ＥＧＲ弁３６により還流される排気の流量が制御される。ＥＧＲ弁３６は、アクチュエータ３７により開度が制御される。
【００１８】
ＥＣＵ４１には、アクセル開度ＡＰＯとしてアクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルセンサ５１からの信号、クランク角センサ５２により発せられる単位クランク角又は基準クランク角毎の信号（ＥＣＵ４１は、これに基づいてエンジン１の回転速度ＮＥを算出する。）、エンジン冷却水の温度ＴＷを検出する冷却水温度センサ５３からの信号、ＮＯｘトラップ触媒３３の温度（以下「触媒温度」という。）Ｔｎｏｘを検出する触媒温度センサ５４からの信号、下流のディーゼルパティキュレートフィルタ３４の温度（以下「フィルタ温度」という。）Ｔｄｐｆを検出するフィルタ温度センサ５５からの信号、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４の上流（本実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒３３の下流）における排気通路３１内の圧力Ｐｅｘｈを検出する排気圧力センサ５６からの信号、及びコモンレール２２内の圧力を検出する燃料圧力センサ（図示せず。）からの信号等が入力される。ＥＣＵ４１は、入力した信号に基づいて所定の演算を実行し、燃料噴射弁２１等のエンジン制御デバイスに対する指令信号を発生させる。ＥＣＵ４１は、特に、ＮＯｘトラップ触媒３３及び下流のディーゼルパティキュレートフィルタ３４の再生に関して以下の演算を実行し、これらの浄化デバイスの必要に応じた機能回復を図る。
【００１９】
以下、ＥＣＵ４１が行う制御について、フローチャートを参照して説明する。
図３は、再生処理に関する基本ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、キースイッチの操作による電源のオンにより起動され、その後所定の時間毎に実行される。
Ｓ１０１では、アクセル開度ＡＰＯ、エンジン回転数ＮＥ、触媒温度Ｔｎｏｘ及びフィルタ温度Ｔｄｐｆ等の各種の運転状態を読み込む。本実施形態では、触媒温度センサ５４及びフィルタ温度センサ５５をＮＯｘトラップ触媒３３及びディーゼルパティキュレートフィルタ３４の各ケースを側面から貫通させて設置している。
【００２０】
Ｓ１０２では、ＮＯｘトラップ触媒３３が活性状態にあるか否かを判定する。活性状態にあるときは、Ｓ１０３へ進み、活性状態にないときは、このルーチンを終了して、図示しない触媒活性ルーチンへ移行する。この触媒活性ルーチンでは、燃料の噴射時期を遅角させるなどして燃料の後燃えを生じさせ、排気の温度を上昇させてＮＯｘトラップ触媒３３の活性促進を図る。ＮＯｘトラップ触媒３３の活性状態は、触媒温度Ｔｎｏｘに基づいて判定することができる。
【００２１】
Ｓ１０３では、触媒再生フラグＦｒｓｐが０であるか否かを判定する。Ｆｒｓｐは、通常は０に設定されており、ＮＯｘトラップ触媒３３にトラップされているＮＯｘを放出させる必要がある触媒再生時に１に設定される。Ｆｒｓｐが０であるときは、Ｓ１０４へ進み、１であるときは、後述する触媒再生ルーチン（図４）に進む。
Ｓ１０４では、触媒脱硫再生フラグＦｄｅｓｕｌが０であるか否かを判定する。Ｆｄｅｓｕｌも通常は０に設定されており、ＮＯｘトラップ触媒３３に蓄積している硫黄分を放出させる（すなわち、ＮＯｘトラップ触媒３３の硫黄分による被毒を解除する）必要がある触媒脱硫再生時に１に設定される。Ｆｄｅｓｕｌが０であるときは、Ｓ１０５へ進み、１であるときは、後述する触媒脱硫再生ルーチン（図５）へ進む。
【００２２】
Ｓ１０５では、フィルタ再生フラグＦｒｅｇが０であるか否かを判定する。Ｆｒｅｇも通常は０に設置されており、下流のディーゼルパティキュレートフィルタ３４に堆積しているパティキュレートを処理する必要があるフィルタ再生時に１に設定される。Ｆｒｅｇが０であるときは、Ｓ１０６へ進み、１であるときは、後述するフィルタ再生ルーチン（図６）へ進む。
【００２３】
Ｓ１０６では、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸが、ＮＯｘトラップ触媒３３の限界トラップ量として設定された所定の値ＮＯＸ１に達しているか否かを判定する。達しているときは、Ｓ１０７へ進み、達していないときは、Ｓ１０８へ進む。ＮＯｘトラップ量ＮＯＸは、ＮＯｘトラップ触媒３３にトラップされているＮＯｘの量であり、エンジン回転数ＮＥ及び触媒温度Ｔｎｏｘ等に基づいて演算周期毎のＮＯｘトラップ量を算出し、これを積算することにより検出する。
【００２４】
Ｓ１０７では、触媒再生フラグＦｒｓｐを１に設定する。これにより、次回の演算周期において、Ｓ１０３で否定判定が下され、図４に示す触媒再生ルーチンが実行される。
Ｓ１０８では、Ｓ被毒量ＳＯＸが、ＮＯｘトラップ触媒３３の限界被毒量として設定された所定の値ＳＯＸ１に達しているか否かを判定する。達しているときは、Ｓ１０９へ進み、達していないときは、Ｓ１１０へ進む。Ｓ被毒量ＳＯＸは、ＮＯｘトラップ触媒３３の硫黄分による被毒の進行度合いを示すものであり、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸと同様にエンジン回転数ＮＥ等に基づいて演算周期毎の硫黄分吸収量を算出し、これを積算することにより検出する。硫黄分による被毒の進行度合いは、このように運転状態に基づいて算出するほか、ＮＯｘトラップ触媒３３の下流に排気中のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサを設置し、このＮＯｘセンサの出力に基づいて判定することもできる。
【００２５】
Ｓ１０９では、触媒脱硫再生フラグＦｄｅｓｕｌを１に設定する。これにより、次回の演算周期において、Ｓ１０４で否定判定が下され、図５に示す触媒脱硫再生ルーチンが実行される。
Ｓ１１０では、パティキュレート堆積量ＰＭが、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４の限界堆積量として設定された所定の値ＰＭ１に達しているか否かを判定する。達しているときは、Ｓ１１１へ進み、達していないときは、このルーチンをリターンする。パティキュレート堆積量ＰＭは、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４に堆積しているパティキュレートの量である。パティキュレート堆積量ＰＭは、演算周期毎のパティキュレート堆積量を積算することで検出してもよいが、本実施形態では、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４の入口圧力（ここでは、排気圧力Ｔｅｘｈを採用する。）に基づいて推定する。燃料噴射量等に基づいてパティキュレートの未堆積時における基準排気圧力を算出し、排気圧力Ｔｅｘｈがこの基準排気圧力よりも大きいときほどパティキュレート堆積量ＰＭが大きいものと推定することができる。
【００２６】
Ｓ１１１では、フィルタ再生フラグＦｒｅｇを１に設定する。これにより、次回の演算周期において、Ｓ１０５で否定判定が下され、図６に示すフィルタ再生ルーチンが実行される。
図４は、触媒再生ルーチンのフローチャートである。
Ｓ２０１では、排気の空燃比λを理論値よりも低い所定の値に調整する。ここでの空燃比λの調整は、吸気絞り弁１４により吸入空気量を減少させることによる。これによりＮＯｘトラップ触媒３３が還元雰囲気下に置かれ、ＮＯｘトラップ触媒３３からＮＯｘが放出され、浄化される。
【００２７】
Ｓ２０２では、タイマーからこの触媒再生ルーチンの開始後の経過時間ＴＩＭｒｓｐを読み取り、読み取ったＴＩＭｒｓｐがＮＯｘの放出に充分な時間として設定された所定の値ＴＩＭ１に達しているか否かを判定する。達しているときは、Ｓ２０３へ進み、達していないときは、このルーチンを終了する。
Ｓ２０３では、触媒再生フラグＦｒｓｐを０に設定する。
【００２８】
Ｓ２０４では、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸを０に設定する。
図５は、触媒脱硫再生ルーチンのフローチャートである。本実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒３３の脱硫再生に際し、理論値よりも若干高い空燃比λのもとで排気の温度を上昇させて、上流のディーゼルパティキュレートフィルタ３２におけるパティキュレートの燃焼を促進し、発生した熱を利用して排気の温度を更に上昇させる。排気の昇温は、出力形成のための通常の燃料噴射とは別に、膨張行程中に追加の燃料噴射（以下「二次噴射」という。）を行うことにより、また、空燃比λの調整のため、吸気絞り弁１４により吸入空気量を減少させる。二次噴射により排気中の還元成分を増加させるとともに、燃料の後燃えを生じさせ、エンジン１から排出される際の排気の温度を４００℃程度にまで上昇させる。これにより上流のディーゼルパティキュレートフィルタ３２において、堆積しているパティキュレート（燃焼促進剤の作用によりその量は本来的に少ない。）を燃焼させるとともに、排気中の燃料を燃焼させることで、排気の温度を更に上昇させ、ＮＯｘトラップ触媒３３をこの高温の排気により脱硫可能温度（たとえば、６００℃）にまで加熱する。ＮＯｘトラップ触媒３３を脱硫可能温度にまで加熱した時点で空燃比λを更に低下させて理論値に切り換え、蓄積している硫黄分を放出させる。
【００２９】
Ｓ３０１では、触媒温度Ｔｎｏｘが脱硫下限温度として設定された所定の値Ｔ１１以上であるか否かを判定する。Ｔ１１以上であるときは、Ｓ３０２へ進み、Ｔ１１未満であるときは、Ｓ３１０へ進む。
Ｓ３０２では、触媒温度Ｔｎｏｘが脱硫上限温度として設定された所定の値Ｔ１２以下であるか否かを判定する。Ｔ１２以下であるときは、Ｓ３０３へ進み、Ｔ１２を上回るときは、Ｓ３０８へ進む。
【００３０】
Ｓ３０３では、排気の空燃比λを理論値に調整する。ここでの空燃比λの調整は、吸気絞り弁１４により吸入空気量を減少させることによる。空燃比λが理論値に調整されるとともに、ＮＯｘトラップ触媒３３が脱硫可能温度にまで加熱されることで、ＮＯｘトラップ触媒３３に蓄積している硫黄分がＮＯｘとともに放出され、排気中の還元成分により浄化される。
【００３１】
Ｓ３０４では、タイマーからこの触媒脱硫再生ルーチンの開始後の経過時間ＴＩＭｄｅｓｕｌを読み取り、読み取ったＴＩＭｄｅｓｕｌが硫黄分（及びＮＯｘ）の放出に充分な時間として設定された所定の値ＴＩＭ２に達しているか否かを判定する。達しているときは、Ｓ３０５へ進み、達していないときは、このルーチンを終了する。
Ｓ３０５では、触媒脱硫再生フラグＦｄｅｓｕｌを０に設定する。
【００３２】
Ｓ３０６では、Ｓ被毒量ＳＯＸを０に設定する。
Ｓ３０７では、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸを０に設定する。
Ｓ３０８では、触媒温度Ｔｎｏｘが限界加熱温度として設定された所定の値Ｔ１３（＞Ｔ１２）以下であるか否かを判定する。Ｔ１３以下であるときは、Ｓ３０９へ進み、Ｔ１３を上回るときは、このルーチンを終了する。限界加熱温度を超えてＮＯｘトラップ触媒３３を加熱すると、過剰な熱負荷により永久劣化、延いては破損を来すため、このルーチンを一旦終了し、ＮＯｘトラップ触媒３３を冷却するのである。
【００３３】
Ｓ３０９では、二次噴射の時期を進角させて排気及びＮＯｘトラップ触媒３３の温度を低下させる。
Ｓ３１０では、二次噴射の時期を遅角させて排気の温度を上昇させる。
なお、この触媒脱硫再生ルーチンでは、脱硫再生に際して上流のディーゼルパティキュレートフィルタ３２に堆積しているパティキュレートの量を検出し、再生可能なほどの量のパティキュレートが堆積している場合とそれ以外の場合とで、通常時からの排気の昇温代を異ならせてもよい。すなわち、上流のディーゼルパティキュレートフィルタ３２でパティキュレートの燃焼による昇温作用が得られる場合は、排気の温度を比較的に低い温度（たとえば、４００℃）にまで上昇させる一方、この昇温作用が得られない場合は、排気の温度をより高い温度（たとえば、６００℃）にまで上昇させるのである。この昇温代の切換えは、たとえば、脱硫下限温度としての所定の値Ｔ１１の切換えによる。
【００３４】
図６は、フィルタ再生ルーチンのフローチャートである。
Ｓ４０１では、排気の空燃比λを理論値よりも若干高い値に調整する。ディーゼルパティキュレートフィルタ３４の再生には、パティキュレートの燃焼可能温度（たとえば、６００℃）にまでこのフィルタ３４を加熱する必要があることから、ここでの空燃比λの調整は、二次噴射により燃料の後燃えを生じさせるとともに、フィルタ３４に対する酸素の過剰供給回避のため、吸気絞り弁１４により吸入空気量を減少させることによる。二次噴射により排気の温度が上昇するとともに、上流のディーゼルパティキュレートフィルタ３２での燃焼によりその温度が更に上昇するため、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４には、充分に高温の排気が流入する。
【００３５】
Ｓ４０２では、フィルタ温度Ｔｄｐｆが再生下限温度として設定された所定の値Ｔ２１以上であるか否かを判定する。Ｔ２１以上であるときは、Ｓ４０３へ進み、Ｔ２１未満であるときは、Ｓ４０９へ進む。
Ｓ４０３では、フィルタ温度Ｔｄｐｆが再生上限温度として設定された所定の値Ｔ２２以下であるか否かを判定する。Ｔ２２以下であるときは、Ｓ４０４へ進み、Ｔ２２を上回るときは、Ｓ４０７へ進む。
【００３６】
Ｓ４０４では、タイマーからこのフィルタ再生ルーチンの開始後の経過時間ＴＩＭｒｅｇを読み取り、読み取ったＴＩＭｒｅｇがパティキュレートの処理に充分な時間として設定された所定の値ＴＩＭ３に達しているか否かを判定する。達しているときは、Ｓ４０５へ進み、達していないときは、このルーチンを終了する。
Ｓ４０５では、フィルタ再生フラグＦｒｅｇを０に設定する。
【００３７】
Ｓ４０６では、パティキュレート堆積量ＰＭを０に設定する。
Ｓ４０７では、フィルタ温度Ｔｄｐｆが限界加熱温度として設定された所定の値Ｔ２３（＞Ｔ２２）以下であるか否かを判定する。Ｔ２３以下であるときは、Ｓ４０８へ進み、Ｔ２３を上回るときは、このルーチンを終了する。限界加熱温度を超えてディーゼルパティキュレートフィルタ３４を加熱すると、過剰な熱負荷によりフィルタエレメント３２１に破損を来すためである。
【００３８】
Ｓ４０８では、二次噴射の時期を進角させて排気及びディーゼルパティキュレートフィルタ３４の温度を低下させる。
Ｓ４０９では、二次噴射の時期を遅角させて排気の温度を上昇させる。
なお、本実施形態において、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４の再生と、ＮＯｘトラップ触媒３３の脱硫再生とを同時に行う必要が生じた場合は、エンジン１の運転状態に応じていずれの再生を優先すべきかを決定すればよい。すなわち、エンジン１がＮＯｘ排出量の多い領域で運転している場合は、図６のフィルタ再生ルーチンを優先して行う一方、それ以外の場合は、図５の触媒脱硫再生ルーチンを優先して行うのである。
【００３９】
本実施形態に関し、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２，３４及びＮＯｘトラップ触媒３３、ならびにＥＣＵ４１が本発明の「エンジンの排気浄化装置」を構成する。すなわち、本発明を構成する各手段は、ＥＣＵ４１により実現されるものであり、図３に示すフローチャートのＳ１０８により「Ｓ被毒量検出手段」としての機能が、図５に示すフローチャートのＳ３０１，３０２，３０３〜３０６，３０９及び３１０により「触媒脱硫再生手段」としての機能が、図３に示すフローチャートのＳ１１０により「パティキュレート堆積量検出手段」としての機能が、図６に示すフローチャートのＳ４０１〜４０６，４０８及び４０９により「フィルタ再生手段」としての機能が実現される。
【００４０】
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態では、上流及び下流の両ディーゼルパティキュレートフィルタ３２，３４により排気中のパティキュレートを確実に除去するとともに、ＮＯｘトラップ触媒３３により排気中のＮＯｘを除去することができる。本実施形態では、ディーゼルパティキュレートフィルタ３２，３４を２段に設置し、かつ上流のディーゼルパティキュレートフィルタ３２に燃焼促進剤を担持させたことで、上流のディーゼルパティキュレートフィルタ３２により下流のディーゼルパティキュレートフィルタ３４へのパティキュレートの堆積を抑制しつつ、上流のディーゼルパティキュレートフィルタ３２を比較的に低い温度のもとで連続的に再生させることができる。このため、下流のディーゼルパティキュレートフィルタ３４の再生時堆積量（＝ＰＭ１）を、その再生頻度を抑えつつ減少させることができ、再生時堆積量の減少によりディーゼルパティキュレートフィルタ３４への熱負荷を軽減するとともに、再生頻度の低減によりＮＯｘトラップ触媒３３への熱負荷を軽減することができる。また、再生頻度が低減されることで、再生時における偶発的な酸素の過剰供給によるディーゼルパティキュレートフィルタ３４の破損の可能性を低減することができる。図７は、再生前後に亘るパティキュレート堆積量ＰＭの変化を示しており、本実施形態に係る２段のディーゼルパティキュレートフィルタ３２，３４による場合の、下流のディーゼルパティキュレートフィルタ３４におけるパティキュレート堆積量ＰＭを実線Ａで、比較例として燃焼促進剤を担持させていない１つのディーゼルパティキュレートフィルタのみによる場合のものを二点鎖線Ｂで示している。本実施形態によれば、下流のディーゼルパティキュレートフィルタ３４へのパティキュレートの堆積が抑制されるので、再生時堆積量（＝ＰＭ１）を一定とした場合に、このフィルタ３４の再生周期ＩＮＴ１を広げ、再生頻度を低減させることができる（図７（ａ））。他方、本実施形態によれば、再生時堆積量を減少させることができ、かつこの効果を再生の頻繁を回避しつつ得ることができる（同図（ｂ））。
【００４１】
また、本実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒３３の脱硫再生又は下流のディーゼルパティキュレートフィルタ３４の再生に際し、上流のディーゼルパティキュレートフィルタ３２で発生するパティキュレートの酸化熱を利用して、通常時からの排気の昇温代を減少させることができる。本実施形態によれば、酸化熱の利用により、ＮＯｘトラップ触媒３３等の浄化デバイスを再生時における目標温度にまで速やかに加熱することができるので、再生に要する時間、すなわち、ＮＯｘトラップ触媒３３等が高温下に置かれる時間を短縮し、再生毎の熱負荷を軽減することができる。
【００４２】
なお、上流のディーゼルパティキュレートフィルタ３２において、下流のディーゼルパティキュレートフィルタ３４よりもフィルタエレメントの細孔径を大きくすることで、双方のディーゼルパティキュレートフィルタ３２，３４でパティキュレートの捕集を分担させ、エンジン１の排圧上昇を効果的に抑制することができる。
また、上流のディーゼルパティキュレートフィルタ３２の熱容量を、下流のディーゼルパティキュレートフィルタ３４の熱容量よりも小さくすることで、再生に際してパティキュレートの酸化熱による排気の昇温効果を速やかに得て、再生対象の浄化デバイスを目標温度にまで速やかに加熱することができる。
【００４３】
以上では、燃焼促進剤を担持させた第１のパティキュレートフィルタ３２の下流にＮＯｘトラップ触媒３３及び第２のパティキュレートフィルタ３４を設置した場合について説明した。本発明は、このような形式の排気浄化装置に限らず、第１のパティキュレートフィルタ３２の下流にＮＯｘトラップ触媒３３又は第２のパティキュレートフィルタ３４のいずれかを設置したものに適用することもできる。
【００４４】
前者の変更例として、第１のパティキュレートフィルタの下流にＮＯｘトラップ触媒を設置したものでは、第１のパティキュレートフィルタにより排気中のパティキュレートを除去するとともに、ＮＯｘトラップ触媒により排気中のＮＯｘを除去することができる。第１のパティキュレートフィルタに燃焼促進剤を担持させたことで、このフィルタの連続再生の効果が得られ、排気の温度を上昇させて行う第１のパティキュレートフィルタの再生の頻度を減らし、又はこの再生自体を不要とし、再生に伴う第１のパティキュレートフィルタ及びＮＯｘトラップ触媒への熱負荷を軽減することができる。
【００４５】
また、後者の変更例として、第１のパティキュレートフィルタの下流に第２のパティキュレートフィルタを設置したものでは、第１及び第２のパティキュレートフィルタにより排気中のパティキュレートを確実に除去することができる。上流の第１のパティキュレートフィルタに燃焼促進剤を担持させたことで、このフィルタを連続的に再生させつつ下流の第２のパティキュレートフィルタへのパティキュレートの堆積が抑制されるので、第２のパティキュレートフィルタの再生頻度を減らし、又はこの頻度を一定に設定した場合の再生時堆積量を減少させ、これらのパティキュレートフィルタへの熱負荷を軽減することができる。
【００４６】
なお、本発明は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンに適用することもでき、また、電気駆動源としてのモータジェネレータとの複合駆動源を構成するディーゼルエンジンに適用することもできる。
また、第１のパティキュレートフィルタに担持させる燃焼促進剤には、酸化セリウム以外に遷移金属全般を採用することができ、そのうち特に好ましいものは、酸化プラセオジウム、銅、アルミニウム又は鉄である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの構成
【図２】同上実施形態に係るＤＰＦのフィルタエレメント
【図３】再生処理ルーチンのフローチャート
【図４】触媒再生ルーチンのフローチャート
【図５】触媒脱硫再生ルーチンのフローチャート
【図６】フィルタ再生ルーチンのフローチャート
【図７】パティキュレート堆積量の時間推移を示すタイムチャート
【符号の説明】
【００４８】
１…ディーゼルエンジン、１１…吸気通路、１２…ターボチャージャ、１３…サージタンク、１４…吸気絞り弁、２１…燃料噴射弁、２２…コモンレール、３１…排気通路、３２…「第１のパティキュレートフィルタ」としての燃焼促進機能付きのディーゼルパティキュレートフィルタ、３３…ＮＯｘトラップ触媒、３４…「第２のパティキュレートフィルタ」としてのディーゼルパティキュレートフィルタ、３５…ＥＧＲ管、３６…ＥＧＲ弁、４１…エンジンコントロールユニット、５１…アクセルセンサ、５２…クランク角センサ、５３…冷却水温度センサ、５４…触媒温度センサ、５５…フィルタ温度センサ、５６…排気圧力センサ。
【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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