(57)【要約】【課題】  微粒子除去制御および硫黄分放出制御の実行時間を短くして燃費悪化を抑制する。【解決手段】  本発明の排気浄化装置は、フィルタとＮＯX吸蔵剤とを有する排気浄化手段と、排気浄化手段に流入する排気ガス中に還元剤を添加する還元剤添加手段を具備する。微粒子堆積量が多くなった場合または硫黄分吸蔵量が多くなった場合にはフィルタの温度を微粒子燃焼温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をリーンとする微粒子除去制御を実行し、その後所定時間が経過してから、ＮＯX吸蔵剤の温度を硫黄分放出温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチとする硫黄分放出制御と上記微粒子除去制御とを交互に複数回繰り返す。【選択図】      図３
2005188387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタとＮＯX吸蔵剤とを有する排気浄化手段が機関排気通路上に配置され、上記ＮＯX吸蔵剤は排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってＮＯX吸蔵剤の温度が硫黄分放出温度以上であるとＮＯX吸蔵剤に吸蔵されている硫黄分を放出する内燃機関の排気浄化装置において、
上記パティキュレートフィルタへの微粒子堆積量が予め定められた限界堆積量よりも多くなった場合または上記ＮＯX吸蔵剤の硫黄分吸蔵量が予め定められた限界吸蔵量よりも多くなった場合にはパティキュレートフィルタの温度を微粒子燃焼温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をリーンにしてパティキュレートフィルタに堆積している微粒子を燃焼させて除去する微粒子除去制御を開始し、該微粒子除去制御の開始から所定時間経過後に、上記ＮＯX吸蔵剤の温度を硫黄分放出温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯX吸蔵剤に吸蔵されている硫黄分を放出させる硫黄分放出制御と上記微粒子除去制御とを交互に複数回繰り返す硫黄分放出・微粒子除去制御を実行する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記所定時間は上記パティキュレートフィルタへの微粒子堆積量とは無関係に定められた時間である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記所定時間は、微粒子除去制御を開始してからパティキュレートフィルタへの微粒子堆積量が上記限界堆積量よりも少なく且つ零近傍よりも多い予め定められた堆積量となるまでにかかる時間であり、硫黄分放出・微粒子除去制御実行中には残りの微粒子が除去される請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタとＮＯX吸蔵剤とを有する排気浄化手段が機関排気通路上に配置され、上記ＮＯX吸蔵剤は排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってＮＯX吸蔵剤の温度が硫黄分放出温度以上であるとＮＯX吸蔵剤に吸蔵されている硫黄分を放出する内燃機関の排気浄化装置において、
上記パティキュレートフィルタへの微粒子堆積量が予め定められた限界堆積量よりも多くなった場合または上記ＮＯX吸蔵剤への硫黄分吸蔵量が予め定められた限界吸蔵量よりも多くなった場合には、ＮＯX吸蔵剤の温度を硫黄分放出温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチとする硫黄分放出制御と、パティキュレートフィルタの温度を微粒子燃焼温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をリーンにする微粒子除去制御とを複数回交互に繰り返す硫黄分放出・微粒子除去制御を実行し、該硫黄分放出・微粒子除去制御において硫黄分放出制御と微粒子除去制御とを繰り返す周期を微粒子堆積量が少ないほど短くなるようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記硫黄分放出・微粒子除去制御中には排気浄化手段の温度は硫黄分放出温度近傍に維持される請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【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】
内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化装置として、ＮＯX吸蔵剤を担持したパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と称す）が知られている。ＮＯX吸蔵剤は流入排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯXを吸蔵し、流入排気ガスの酸素濃度が低下すると吸蔵しているＮＯXを放出するというＮＯXの吸放出作用を行い、排気ガス中のＮＯXの浄化を行うことができる。
【０００３】
ＮＯX吸蔵剤は、流入排気ガスの空燃比がリーンのとき排気ガス中のＮＯXだけでなくＳＯX等の硫黄分も吸蔵する。ＮＯX吸蔵剤に硫黄分が多く吸蔵されるとＮＯX吸蔵剤のＮＯX吸蔵能力が低下するため、ＮＯX吸蔵剤に吸蔵された硫黄分をＮＯX吸蔵剤から放出する必要がある。しかし、硫黄分はＮＯX吸蔵剤に比較的安定した状態で吸蔵されるため、ＮＯX吸蔵剤から硫黄分を放出するためには、流入排気ガスの酸素濃度を低下させると同時にＮＯX吸蔵剤を担持したフィルタの温度を硫黄分放出温度（例えば、６００℃〜７００℃）まで昇温する硫黄分放出制御を実行する必要がある。
【０００４】
一方、フィルタは、流入排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter）等の微粒子を捕集する。フィルタに捕集されて堆積した微粒子をそのままにすると、フィルタが目詰まりを起こすため、堆積した微粒子を除去する必要がある。微粒子の除去は、流入排気ガスの空燃比をリーンにした状態でフィルタを微粒子燃焼温度（例えば、５００℃）にまで昇温して微粒子を燃焼させる微粒子除去制御を実行することによって行われる。
【０００５】
硫黄分放出温度は微粒子燃焼温度よりも高いため、硫黄分放出制御を実行する際には、フィルタの温度は微粒子燃焼温度以上となっており、また、硫黄分放出制御実行中に流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ（以下、「ストイキ・リッチ」と称す）とリーンとを繰り返すようにすれば、硫黄分放出制御によっても微粒子を除去することができるとも考えられる。ところが、フィルタに多量の微粒子が堆積している状態で上述した硫黄分放出制御を実行すると、微粒子の燃焼に加えて燃料（還元剤）の燃焼も行われるため、フィルタの温度は硫黄分放出温度から次第に上昇してしまい、フィルタの熱劣化が大きくなってしまう。このようなフィルタの大きな熱劣化を防止するためには、フィルタの温度を制御しなければならないが、このようなフィルタの温度制御は困難であった。
【０００６】
このようなフィルタの温度制御の困難性を回避するために、特許文献１に開示されている排気浄化装置では、先に微粒子除去制御を実行してフィルタに堆積している微粒子を完全に除去してから硫黄分放出制御を実行することとしている。こうすることで、硫黄分放出制御中にはフィルタには微粒子がほとんど堆積しておらず、硫黄分放出制御中におけるフィルタの温度制御の困難性を回避することとしている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２７２７９０６号公報
【特許文献２】特開２００２−０３８９３０号公報
【特許文献３】特許第２６０５５８６号公報
【特許文献４】特開２０００−２７４２３２号公報
【特許文献５】特開２００３−１６６４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、微粒子除去制御および硫黄分放出制御の実行時には、フィルタを昇温して高温維持したり、流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにしたりすることが必要であるため、通常制御時に比べて燃料を消費する。したがって、これら制御の実行時間が長くなるほど、燃費の悪化を招くこととなる。
【０００９】
上述したように特許文献１に開示されている排気浄化装置では、微粒子除去制御によってフィルタに堆積している微粒子を完全に除去してから硫黄分放出制御が行われるため、これら両制御が行われるトータルの時間は長いものとなっており、燃費悪化を招いてしまっている。このため、微粒子除去制御および硫黄分放出制御のトータルの実行時間をできるだけ短くすることが望まれている。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、微粒子除去制御および硫黄分放出制御によるフィルタ等の排気浄化手段の熱劣化を小さく抑制しつつ、これら制御の実行時間を短くすることで燃費悪化を抑制する内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【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、排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタとＮＯX吸蔵剤とを有する排気浄化手段が機関排気通路上に配置され、上記ＮＯX吸蔵剤は排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってＮＯX吸蔵剤の温度が硫黄分放出温度以上であるとＮＯX吸蔵剤に吸蔵されている硫黄分を放出する内燃機関の排気浄化装置において、上記パティキュレートフィルタへの微粒子堆積量が予め定められた限界堆積量よりも多くなった場合または上記ＮＯX吸蔵剤の硫黄分吸蔵量が予め定められた限界吸蔵量よりも多くなった場合にはパティキュレートフィルタの温度を微粒子燃焼温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をリーンにしてパティキュレートフィルタに堆積している微粒子を燃焼させて除去する微粒子除去制御を開始し、該微粒子除去制御の開始から所定時間経過後に、上記ＮＯX吸蔵剤の温度を硫黄分放出温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてＮＯX吸蔵剤に吸蔵されている硫黄分を放出させる硫黄分放出制御と上記微粒子除去制御とを交互に複数回繰り返す硫黄分放出・微粒子除去制御を実行する。
硫黄分放出・微粒子除去制御中においては微粒子堆積量に応じてパティキュレートフィルタの温度が変化し、微粒子堆積量が多いとパティキュレートフィルタの温度は徐々に上昇するが、微粒子堆積量が少ないとパティキュレートフィルタの温度はあまり上昇しない。第１の発明によれば、微粒子除去制御を実行して微粒子堆積量が或る程度少なくなってから硫黄分放出制御が行われるため、硫黄分放出・微粒子除去制御中においてもパティキュレートフィルタが大きな熱劣化を生じるほど温度が上昇してしまうことはなく、また、微粒子堆積量がほぼ零となる前から硫黄分放出制御が行われれば、微粒子除去制御および硫黄分放出制御のトータルの実行時間が短くされる。
なお、限界堆積量とは、例えば、パティキュレートフィルタの温度を硫黄分放出温度近傍に昇温しても堆積している微粒子が一気に燃焼してパティキュレートフィルタの温度が溶損を招くほど高温になることのない範囲で最大の堆積量、またはそれよりも僅かに少ない堆積量である。限界吸蔵量とは、例えば、ＮＯX吸蔵剤のＮＯX吸蔵容量が著しく低下することのない範囲で最大の硫黄分吸蔵量、またはそれよりも僅かに少ない硫黄分吸蔵量である。
【００１２】
第２の発明では、第１の発明において、上記所定時間は上記パティキュレートフィルタへの微粒子堆積量とは無関係に定められた時間である。
【００１３】
第３の発明では、第１の発明において、上記所定時間は、微粒子除去制御を開始してからパティキュレートフィルタへの微粒子堆積量が上記限界堆積量よりも少なく且つ零近傍よりも多い予め定められた堆積量となるまでにかかる時間であり、硫黄分放出・微粒子除去制御実行中には残りの微粒子が除去される。
なお、予め定められた堆積量（許容堆積量）とは、パティキュレートフィルタの温度を硫黄分放出温度にまで昇温してから、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一定の周期でリーンとほぼ理論空燃比またはリッチとを繰り返すようにした場合にパティキュレートフィルタの温度を硫黄分放出温度近傍に維持することができるような堆積量、またはパティキュレートフィルタの温度を硫黄分放出温度近傍に昇温しても、堆積している微粒子の燃焼を制御してパティキュレートフィルタの温度を硫黄分放出温度近傍に維持することができるような堆積量であり、例えば、限界堆積量の半分の堆積量である。
【００１４】
上記課題を解決するために、第４の発明では、排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタとＮＯX吸蔵剤とを有する排気浄化手段が機関排気通路上に配置され、上記ＮＯX吸蔵剤は排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってＮＯX吸蔵剤の温度が硫黄分放出温度以上であるとＮＯX吸蔵剤に吸蔵されている硫黄分を放出する内燃機関の排気浄化装置において、上記パティキュレートフィルタへの微粒子堆積量が予め定められた限界堆積量よりも多くなった場合または上記ＮＯX吸蔵剤への硫黄分吸蔵量が予め定められた限界吸蔵量よりも多くなった場合には、ＮＯX吸蔵剤の温度を硫黄分放出温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチとする硫黄分放出制御と、パティキュレートフィルタの温度を微粒子燃焼温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をリーンにする微粒子除去制御とを複数回交互に繰り返す硫黄分放出・微粒子除去制御を実行し、該硫黄分放出・微粒子除去制御において硫黄分放出制御と微粒子除去制御とを繰り返す周期を微粒子堆積量が少ないほど短くなるようにした。
微粒子堆積量が多い状態で硫黄分放出・微粒子除去制御を実行する場合、硫黄分放出制御と微粒子除去制御とを繰り返す周期、特に各微粒子除去制御期間を長くして、パティキュレートフィルタの冷却期間を長くしなければ、パティキュレートフィルタの温度は徐々に上昇してしまう。一方、微粒子堆積量が少なくなってくると、周期を短くしてもパティキュレートフィルタの温度はあまり上昇しない。第２の発明によれば、硫黄分放出・微粒子除去制御中に微粒子堆積量に基づいて周期が変更されるため、パティキュレートフィルタの温度が硫黄分放出温度近傍から次第に上昇してしまうことを防止することができるようになる。また、硫黄分放出制御および微粒子除去制御が別々に実行されずに、硫黄分放出・微粒子除去制御中に微粒子の除去と硫黄分の放出との両方が行われるため、微粒子の除去と硫黄分の放出を行うための制御の実行時間を短くすることができる。
【００１５】
第５の発明では、第１〜第４の発明において、上記硫黄分放出・微粒子除去制御中には排気浄化手段の温度は硫黄分放出温度近傍に維持される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、微粒子除去制御および硫黄分放出制御によるフィルタ等の排気浄化手段の熱劣化を小さく抑制しつつ、これら両制御の実行時間が短くされ燃費悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の第一実施形態の内燃機関の排気浄化装置について説明する。図１は本発明の排気浄化装置が用いられるディーゼル型の圧縮自着火式内燃機関を示す。なお本発明は火花点火式内燃機関にも適用可能である。
【００１８】
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７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアクリーナ８に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９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１０が配置される。図１に示した実施形態では機関冷却水が冷却装置１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。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７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口はパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と称す）１１を内蔵したケーシング１２に連結される。排気マニホルド５の集合部出口には排気マニホルド５内を流れる排気ガス中に例えば炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）からなる還元剤を添加するための還元剤添加弁１３が配置される。なお、還元剤添加弁１３は、本実施形態では排気ガス中に還元剤として燃料を添加するため、以下燃料添加弁と称す。
【００１９】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１４内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１５が配置される。また、ＥＧＲ通路１４周りにはＥＧＲ通路１４内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置１６が配置される。図１に示した実施形態では機関冷却水が冷却装置１６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１７を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール１８に連結される。このコモンレール１８内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１９から燃料が供給され、コモンレール１８内に供給された燃料は各燃料供給管１７を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００２０】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。フィルタ１１にはフィルタ１１の温度を検出するための温度センサ２０が取付けられ、さらに、フィルタ１１の上下流の排気管にはフィルタ１１の上下差圧を検出するための差圧センサ２１が取付けられる。これら温度センサ２０および差圧センサ２１の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに入力ポート３５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４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９駆動用ステップモータ、燃料添加弁１３、ＥＧＲ制御弁１５、および燃料ポンプ１９に接続される。
【００２１】
上述したフィルタ１１は、コージェライトのような多孔質材料からなるハニカム構造をなしており、互いに平行に延びる複数の排気ガス流通路を具備する。これら排気ガス流通路は下流端が栓により閉塞された排気ガス流入通路と、上流端が栓により閉塞された排気ガス流出通路とにより構成され、これら排気ガス流通路は薄肉の隔壁を介して交互に配置される。したがって、排気ガス流入通路に流入した排気ガスは周囲の隔壁内を通って隣接する排気ガス流出通路に流出する。
【００２２】
各排気ガス流通路の周壁面、すなわち各隔壁の両側表面上および隔壁内の細孔内壁面上にはアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上にはＮＯX吸蔵剤と触媒貴金属とが担持されている。ＮＯX吸蔵剤としては、例えば、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシム（Ｃａ）のようなアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられる。また、触媒貴金属としては、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）から選ばれた少なくとも一つが用いられる。
【００２３】
ＮＯX吸蔵剤は、フィルタ１１に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」と称す）の空燃比（フィルタ１１上流側の排気通路、燃焼室５および吸気通路に供給および添加された空気と燃料との比率）がリーンのときには流入排気ガス中のＮＯXを吸蔵すると共に、フィルタ１１、すなわちＮＯX吸蔵剤への流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ（以下、「ストイキ・リッチ」と称す）になると吸蔵されているＮＯXを放出する吸放出作用を行う。ＮＯX吸蔵剤から放出されたＮＯXは排気ガス中の燃料（還元剤）と反応して還元され、浄化される。
【００２４】
ＮＯX吸蔵剤によるＮＯXの吸放出作用のメカニズムについては完全に明らかにされていない。以下に、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金およびバリウムを担持させた場合を例にとって説明する。
【００２５】
流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、酸素がＯ2-またはＯ2-の形で白金の表面に付着する。一方、流入排気ガス中のＮＯは白金の表面上でＯ2-またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。次いで流入排気ガス中のＮＯ2および生成されたＮＯ2の一部は、白金上でさらに酸化されつつＮＯX吸蔵剤内に吸収されて酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながら硝酸イオン（ＮＯ3-）の形でＮＯX吸蔵剤内に拡散して吸蔵されるか、または亜硝酸（ＮＯ2-）の形でＮＯX吸蔵剤内に拡散して吸蔵される。
【００２６】
これに対して流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチになると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ2の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進む。このためＮＯX吸蔵剤内の硝酸イオン（ＮＯ3-）等がＮＯ2の形でＮＯX吸蔵剤から放出される。放出されたＮＯXは排気ガス中の燃料（還元剤）と反応して還元せしめられる。このようにして白金の表面上にＮＯ2が存在しなくなるとＮＯX吸蔵剤から次から次へとＮＯ2が放出され、ＮＯX吸蔵剤内に吸蔵されているＮＯXの量が減少せしめられる。
【００２７】
なお、上記説明では、ＮＯXはＮＯX吸蔵剤に吸収される（すなわち、硝酸塩等の形で蓄積する）ものとして説明しているが、実際にはＮＯXは吸収されているのか吸着（すなわち、ＮＯXをＮＯ2等の形で吸着する）しているのかは必ずしも明確ではなく、これら吸収および吸着の両概念を含む吸蔵という用語を用いる。また、ＮＯX吸蔵剤からの「放出」という用語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。また、活性酸素Ｏ*に着目すれば、ＮＯX吸蔵剤はＮＯXの吸蔵および放出に伴って活性酸素Ｏ*を生成する活性酸素生成剤であると考えることもできる。
【００２８】
さて、本実施形態では、以下に説明するＮＯX放出還元制御、微粒子除去制御およびＳＯX放出制御（硫黄分放出制御）が実行される。これらの制御が実行されない通常制御（通常運転）時には、例えばアクセルペダル４０の踏み込み量に応じてスロットル弁９の開度が制御され、新気量が機関運転状態、例えば燃料噴射量および機関回転数に応じて定まる目標新気量に一致するようにＥＧＲ制御弁１５の開度が制御される。ここで、燃料噴射量は例えばアクセルペダル４０の踏み込み量および機関回転数に応じて定められる。さらに、通常制御時には、図２（Ａ）に示したように例えば圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍で主燃料噴射ＦＭのみが行われるか、または図２（Ｂ）に示したように主燃料噴射ＦＭと共にパイロット噴射ＦＰが行われる。パイロット噴射ＦＰは燃焼を安定させるために、主燃料噴射ＦＭが行われる前の例えば圧縮上死点前１０から４０度クランク角程度に行われる。
【００２９】
ところで、圧縮自着火式内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、したがってフィルタ１１への流入排気ガスの空燃比は基本的にリーンに維持されている。このため、排気ガス中のＮＯXはＮＯX吸蔵剤内に吸蔵される。
【００３０】
しかし、ＮＯX吸蔵剤によるＮＯX吸蔵容量には限りがあり、ＮＯX吸蔵剤のＮＯX吸蔵量が多くなると、ＮＯX吸蔵剤はそれ以上ＮＯXを吸蔵しにくくなる。そこで、本実施形態では、ＮＯX吸蔵剤に吸蔵されているＮＯXを放出させて還元し、ＮＯX吸蔵剤のＮＯX吸蔵量を減少させるために、フィルタ１１への流入排気ガスの空燃比を一時的にストイキ・リッチに切り替えるＮＯX放出還元制御を行う。
【００３１】
具体的に説明すると、本実施形態では、フィルタ１１への流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチになるように燃料添加弁１３から燃料が一時的に供給される。この場合、ＮＯX吸蔵剤のＮＯX吸蔵量が下限量、例えばほぼ零になるのに必要な量だけ燃料添加弁１３から燃料が添加される。このようなＮＯX放出還元制御は予め定められた設定時間間隔で繰り返し行われる。この設定時間間隔は機関運転状態、例えば燃料噴射量および機関回転数に応じて設定される。なお、ＮＯX吸蔵剤のＮＯX吸蔵量を求め、ＮＯX吸蔵剤のＮＯX吸蔵量が上限量を越えたときにＮＯX放出還元制御を行うようにすることもできる。
【００３２】
一般に、本実施形態で用いられる圧縮自着火式内燃機関では、燃焼室２から排出される排気ガス中に粒子状物質等の炭素から成る微粒子が含まれており、このような排気ガスがフィルタ１１に流入するとこれら微粒子はフィルタ１１の隔壁等上に捕集される。これにより、微粒子の大気への放出が抑制される。
【００３３】
また、フィルタ１１に担持されたＮＯX吸蔵剤は上述したようにＮＯXの吸放出作用を行うに当たり活性酸素Ｏ*を生成する。この活性酸素Ｏ*は酸素よりも活性が高く、したがってフィルタ１１の温度が比較的低温であってもフィルタ１１上に捕集された微粒子が酸化、除去される。すなわち、フィルタ１１にＮＯX吸蔵剤が担持されていることにより、フィルタ１１への流入排気ガスの空燃比に関わらず、フィルタ１１上に捕集されている微粒子が連続的に酸化される。
【００３４】
ところが、単位時間当たりにフィルタ１１に流入する微粒子が多くなると、フィルタ１１に捕集される微粒子の量がフィルタ１１によって連続的に酸化可能な微粒子の量を超え、フィルタ１１上に堆積する微粒子の量が次第に増大し、これに伴ってフィルタ１１による圧損が増大する。
【００３５】
そこで、本実施形態では、フィルタ１１上への微粒子堆積量が多くなると、フィルタ１１上に堆積している微粒子を除去する微粒子除去制御が実行される。微粒子除去制御においては、ＥＧＲガスの供給を停止してフィルタ１１への流入排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ、フィルタ１１の温度を微粒子燃焼温度（例えば、５００℃）以上に昇温する昇温処理を行った後、フィルタ１１の温度を微粒子燃焼温度以上に維持してフィルタ１１上に堆積している微粒子を強制的に燃焼させて除去する高温維持処理が行われる。
【００３６】
具体的には、昇温処理では温度センサ２０により検出されるフィルタ１１の温度が微粒子燃焼温度になるまでは、まず、図２（Ｃ）に示したように主燃料噴射ＦＭと共にパイロット噴射ＦＰおよびアフター噴射ＦＡが行われる。アフター噴射ＦＡは燃焼室から排出される排気ガスの温度を上昇させるために、例えば圧縮上死点後２０から３０度クランク角程度に行われる。また、このとき主燃料噴射ＦＭおよびパイロット噴射ＦＰの噴射時期は通常制御時（図２（Ｂ）参照）に比べて遅角される。
【００３７】
昇温処理によりフィルタ１１の温度が微粒子燃焼温度まで上昇されると、高温維持処理が行われる。高温維持処理では、図２（Ｄ）に示したように、主燃料噴射ＦＭと共にパイロット噴射ＦＰおよびアフター噴射ＦＡが行われ、さらに例えば圧縮上死点後９０から１２０度程度にポスト噴射ＦＰＯが行われる。この場合、フィルタ１１の温度が微粒子燃焼温度近傍に維持されるように、ポスト噴射ＦＰＯの噴射量が制御される。なお、ポスト噴射ＦＰＯは機関出力に寄与しない点でアフター噴射ＦＡと性質を異にしている。
【００３８】
ところで、排気ガス中には硫黄分が例えばＳＯXの形で含まれており、ＮＯX吸蔵剤はＮＯXだけでなくＳＯXも吸蔵する。このＳＯXのＮＯX吸蔵剤への吸蔵メカニズムは基本的にＮＯXの吸蔵メカニズムと同じであると考えられる。すなわち、担体上に白金（Ｐｔ）およびバリウム（Ｂａ）を担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、フィルタ１１、すなわちＮＯX吸蔵剤への流入排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素Ｏ2がＯ2-またはＯ2-の形で白金の表面に付着しており、流入排気ガス中のＳＯ2は白金の表面に付着し白金の表面上でＯ2-またはＯ2-と反応し、ＳＯ3となる。次いで生成されたＳＯ3は白金上でさらに酸化されつつＮＯX吸蔵剤に吸収されて酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながら、硫酸イオン（ＳＯ4-）の形でＮＯX吸蔵剤内に拡散する。この硫酸イオンは次いでバリウムイオン（Ｂａ+）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ4）を生成する。
【００３９】
この硫酸塩（ＢａＳＯ4）は分解しにくく、フィルタ１１への流入排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもＮＯX吸蔵剤内の硫酸塩の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてＮＯX吸蔵剤内の硫酸塩の量が増大し、その結果ＮＯX吸蔵剤が吸蔵しうるＮＯXの量が減少することになる。
【００４０】
ところが、ＮＯX吸蔵剤の温度を例えば６００℃以上に維持しつつフィルタ１１への流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにすると、ＮＯX吸蔵剤内の硫酸塩が分解してＳＯ3の形でＮＯX吸蔵剤から放出される。放出されたＳＯ3は排気ガス中の燃料（還元剤）と反応してＳＯ2に還元せしめられる。このようにしてＮＯX吸蔵剤内に硫酸塩の形で吸蔵されているＳＯXの量が次第に減少し、このときＮＯX吸蔵剤からＳＯXがＳＯ3の形で流出することがない。
【００４１】
そこで本実施形態では、ＮＯX吸蔵剤に吸蔵されているＳＯX吸蔵量が多くなると、ＮＯX吸蔵剤に吸蔵されているＳＯXを放出させるＳＯX放出制御が実行される。ＳＯX放出制御においては、ＮＯX吸蔵剤の温度、すなわちフィルタ１１の温度をＳＯX放出温度（硫黄分放出温度、例えば６００℃）以上に維持しつつ、フィルタ１１への流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにしている。
【００４２】
具体的には、ＳＯX放出制御では、機関の燃焼がいわゆるＥＧＲ燃焼とされると共に、燃料添加弁１３からＮＯX吸蔵剤に流入する排気ガスに燃料が添加される。ＥＧＲ燃焼とは、燃焼室２から排出された排気ガスの一部であるＥＧＲガスを再び燃焼室に吸入させて行われる燃焼であって、そのＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））が通常燃焼に比べて高い燃焼をいう。一般に、圧縮自着火式内燃機関では、燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比はほとんどリーンであり、またそのリーン度合も高い（以下、「強リーン」と称す）。一方、ＥＧＲ燃焼を行っているときは、燃焼室２への吸入空気量が少なく押さえられるため、燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比はリーンでありながらもそのリーン度合は低い（例えば、排気ガスの空燃比１８〜２５。以下、「弱リーン」と称す）。また、多くの排気ガスが再び燃焼室５に戻されるため、フィルタ１１に到達する排気ガスは少ない。このため、燃料添加装置から排気ガス中に添加する燃料の量が少量であってもフィルタ１１への流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにすることができる。
【００４３】
さらに、ＥＧＲ燃焼では燃焼室５内への吸入空気よりも温度の高いＥＧＲガスが多く吸入せしめられるため、燃焼室２から排出される排気ガスの温度はＥＧＲ燃焼を行っていないときよりも高い。また、このように温度の高い排気ガスに燃料添加弁１３から燃料が添加されるため、添加された燃料は、排気ガスがフィルタ１１に流入するまでにおよびフィルタ１１において燃焼し、排気ガスの温度およびフィルタ１１の温度を上昇させる。したがって、機関の燃焼をＥＧＲ燃焼とし且つ燃料添加装置５２から燃料を添加することで、フィルタ１１の温度、すなわちＮＯX吸蔵剤の温度をＳＯX放出温度以上に維持することができる。
【００４４】
なお、ＥＧＲ燃焼には低温燃焼と高ＥＧＲ燃焼とがある。ここで、低温燃焼および高ＥＧＲ燃焼について簡単に説明する。一般に、圧縮自着火内燃機関では、燃料噴射時期等の条件を一定として燃焼室５に流入する混合気中に占めるＥＧＲガスの割合（以下、「ＥＧＲ率」と称す）を高くすると、それに伴ってスモークの発生量が増加するが、或るスモークの発生量のピークを超えると逆にスモークの発生量が減少する。
【００４５】
低温燃焼は、このスモークの発生量のピークを超えるような高いＥＧＲ率でＥＧＲガスを燃焼室５に吸入させて行う燃焼をいい、高ＥＧＲ燃焼は、このスモークの発生量のピークを超えない範囲内で比較的高いＥＧＲ率でＥＧＲガスを燃焼室に吸入させて行う燃焼をいう。この場合、燃焼室で燃焼される混合気の空燃比は低温燃焼では例えば１８から２０程度にされており、高ＥＧＲ燃焼では２２から２５程度にされている。なお、通常制御時の空燃比は２５から７０程度にされている。一方、低温燃焼では圧縮上死点前２０度クランク角程度に主燃料噴射のみが行われ、高ＥＧＲ燃焼では圧縮上死点近傍に主燃料噴射のみが行われる。
【００４６】
本明細書においては、単にこれら低温燃焼と高ＥＧＲ燃焼とをまとめてＥＧＲ燃焼として説明するが、本実施形態ではＥＧＲ燃焼中にはこれら低温燃焼と高ＥＧＲ燃焼とが状況に応じて使い分けられている。
【００４７】
また、低温燃焼および高ＥＧＲ燃焼を含むＥＧＲ燃焼は、機関負荷が高いとき、燃料噴射量が多いとき、または内燃機関に対する要求トルクが大きいときには実行が困難となる。これは、燃焼時における燃料および周囲のガスの温度が高くなるためである。したがって、このようなときにはフィルタ１１への流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにすることが困難である。そこで、本実施形態のＳＯX放出制御では、このようなときにＥＧＲ燃焼を行わず、通常制御と同様なＥＧＲ率のかなり低いまたはほぼ零の燃焼を行うと共に燃料添加弁１３から燃料を添加してフィルタ１１の温度をＳＯX放出温度以上に維持することとしている。すなわち、ＳＯX放出制御では、基本的にフィルタ１１への流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにすると共に該ＮＯX吸蔵剤の温度をＳＯX放出温度以上に昇温して維持するように制御するが、機関負荷が高いとき等には空燃比をストイキ・リッチにすることが困難であるため、フィルタ１１の昇温および温度維持のみ実行している。ただし、以下の説明では、上述したようなときにもＳＯX放出制御が行われるものとして説明する。
【００４８】
上述した微粒子除去制御とＳＯX放出制御では、いずれの制御においてもフィルタ１１の温度を昇温することが必要となるが、フィルタ１１の昇温には上述したようにパイロット噴射、アフター噴射およびポスト噴射を行うことや燃料添加弁１３から燃料を添加することが必要となり、燃料消費量の増大を招く。したがって、本実施形態では、フィルタ１１上への微粒子堆積量が予め定められた限界堆積量を越えた場合、またはＮＯX吸蔵剤のＳＯX吸蔵量が予め定められた限界吸蔵量を超えた場合に、燃費悪化抑制の観点から、微粒子除去制御とＳＯX放出制御を連続して行い、フィルタ１１の昇温回数を減らすようにしている。ここで、限界堆積量とは、例えば、フィルタ１１の温度をＳＯX放出温度近傍に昇温してもフィルタ１１上に堆積している微粒子が一気に燃焼してフィルタ１１の温度がフィルタ１１の溶損を招くほど高温となることのない範囲で最大の堆積量以下であり、従来の排気浄化装置における微粒子除去制御を実行する際の微粒子堆積量の閾値と同様な量である。また、限界吸蔵量とは、例えば、ＮＯX吸蔵剤のＮＯX吸蔵容量が著しく低下することのない範囲で最大のＳＯX吸蔵量、またはそれよりも僅かに少ないＳＯX吸蔵量である。
【００４９】
ところで、従来の排気浄化装置では、微粒子除去制御とＳＯX放出制御を連続して行う際に、ＳＯX放出制御よりも先に微粒子除去制御を実行し、フィルタ１１上への微粒子堆積量をほぼ零にしてから、ＳＯX放出制御を行うこととしていた。すなわち、従来のＳＯX放出制御では、フィルタ１１への流入排気ガスの空燃比を実際にストイキ・リッチに維持すると燃料（還元剤）がフィルタ１１の担体表面に付着するため、フィルタ１１への流入排気ガスの空燃比を一定の周期でリーンとストイキ・リッチとを繰り返すように燃料を添加して、フィルタ１１の担体表面に付着した燃料を燃焼させることとしている。しかし、フィルタ１１上に微粒子が多量に堆積した状態でこのような従来のＳＯX放出制御を実行した場合、ＳＯX放出制御実行中にフィルタ１１上の微粒子が燃焼し易くなる。このため、ＳＯX放出制御実行中にフィルタ１１の温度はかなりの高温となり、フィルタ１１の熱劣化が大きくなる。また、この場合、微粒子の燃焼の制御が困難であるため、フィルタ１１の温度がかなりの高温とならないようにフィルタ１１の温度をＳＯX放出温度近傍に維持するのは困難である。したがって、先に微粒子除去制御を実行して微粒子堆積量をほぼ零にしてからＳＯX放出制御を行うことで、大きな熱劣化の防止およびフィルタ温度維持の困難性回避を図っていた。
【００５０】
しかし、上述した微粒子除去制御ではフィルタ１１の温度を微粒子燃焼温度以上に維持するのに燃料を必要とし、また、ＳＯX放出制御ではフィルタ１１への流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにするのに燃料を必要とする。したがって、両制御のトータルの実行時間が長くなるほど燃料消費量が増大する。従来の排気浄化装置では、微粒子が多量に堆積している状態でのフィルタの温度維持の困難性回避を理由に、微粒子除去制御によりフィルタ１１上の微粒子を完全に除去してからＳＯX放出制御を行うこととしているが、燃料消費量低減の観点からは、両制御のトータルの実行時間をできるだけ短くすることが好ましい。
【００５１】
そこで、本実施形態では、微粒子除去制御およびＳＯX放出制御を実行するにあたり、先に微粒子除去制御を開始して、微粒子除去制御の開始から所定時間経過後にＳＯX放出制御と微粒子除去制御とを交互に複数回繰り返すＳＯX放出・微粒子除去制御（硫黄分放出・微粒子除去制御）を実行するようにしている。
【００５２】
本実施形態では、ＳＯX放出・微粒子除去制御中には、従来のＳＯX放出制御中と同様に、フィルタ１１の温度がＳＯX放出温度以上に維持されつつ、フィルタ１１への流入排気ガスの空燃比がリーンとストイキ・リッチとを繰り返すようにされる。そして、流入排気ガスの空燃比がリーンのときには微粒子除去制御としてフィルタ１１に堆積している微粒子が除去され、流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチのときにはＳＯX放出制御としてＮＯX吸蔵剤からＳＯXが放出される。したがって、ＳＯX放出・微粒子除去制御終了時にはＳＯX吸蔵量および微粒子堆積量はほぼ零となっている。
【００５３】
また、フィルタ１１上への微粒子堆積量が多い状態でＳＯX放出・微粒子除去制御を実行すると微粒子の燃焼速度すなわち微粒子が燃え広がる速さが速く、フィルタ１１の温度をＳＯX放出温度近傍に維持するのは困難であるが、フィルタ１１上への微粒子堆積量が少ないときには微粒子の燃焼速度が遅く、ＳＯX放出・微粒子除去制御を実行してもフィルタ１１の温度を容易にＳＯX放出温度近傍に維持することができる。本実施形態では、先に微粒子除去制御を所定時間実行して、微粒子堆積量を低減してからＳＯX放出・微粒子除去制御が行われるため、ＳＯX放出・微粒子除去制御中であってもフィルタ１１の温度を容易にＳＯX放出温度近傍に維持することができる。
【００５４】
さらに、微粒子堆積量が零になる前にＳＯX放出・微粒子除去制御が開始されれば、従来の排気浄化装置に比べ、両制御のトータルの実行時間を短くすることができる。すなわち、本実施形態のＳＯX放出・微粒子除去制御ではほとんどの場合ＳＯXよりも先に微粒子が除去されると考えられるため、従来のＳＯX放出制御と本実施形態におけるＳＯX放出・微粒子除去制御とはＳＯXの放出に必要な時間だけ、よってほぼ同様な時間だけ行われることになるが、本実施形態における微粒子除去制御の実行時間は従来の排気浄化装置に比べて短い。このため、本実施形態によれば、従来の排気浄化装置に比べてこれら制御のトータルの実行時間を短くすることができ、これら制御による燃料消費量を低減することができる。したがって、本実施形態によれば、ＳＯX放出・微粒子除去制御中におけるフィルタ１１の温度をＳＯX放出温度近傍に維持しながらも、両制御のトータルの実行時間を短くすることができる。
【００５５】
ここで、上記所定時間は、微粒子堆積量に無関係に一定の時間としてもよいし、フィルタ１１への微粒子堆積量に応じて変化する時間としてもよい。所定時間を微粒子堆積量に無関係に一定の時間とする場合、所定時間は、例えば、微粒子除去制御を実行しても基本的に限界堆積量近傍にまで堆積していた微粒子が完全に除去されることのないような時間とされ、予め実験的に求められる一定時間である。
【００５６】
所定時間を微粒子堆積量に応じて変化する時間とする場合、例えば、所定時間は、例えば、微粒子除去制御を開始してからパティキュレートフィルタへの微粒子堆積量が上記限界堆積量よりも少なく且つ零近傍よりも多い予め定められた許容堆積量となるまでにかかる時間とされる。なお、許容堆積量とは、例えば、上記限界堆積量の５０％の堆積量である。
【００５７】
図３を参照して具体的に説明する。本発明の実施形態では、差圧センサ２１によって検出されたフィルタ１１の上下差圧と機関回転数とに基づいてフィルタ１１上への微粒子堆積量ΣＰＭが算出される。これは、機関回転数を一定とした場合におけるフィルタ１１の上下差圧がフィルタ１１上への微粒子堆積量に応じて変化するためである。一方、単位時間当たりにＮＯX吸蔵剤内に流入するＳＯX量を逐次積算することによりＳＯX吸蔵量ΣＳＯXが算出される。この単位時間当たりの流入ＳＯX量は単位時間当たりに燃焼室２から排出されるＳＯX量に一致し、この排出ＳＯX量は機関運転状態、例えば燃料噴射量および燃料中の硫黄濃度に応じて算出することができる。
【００５８】
算出された微粒子堆積量ΣＰＭが限界堆積量ΣＰＭＨを超えた場合、またはＳＯX吸蔵量ΣＳＯＸが限界吸蔵量ΣＳＯＸＨを越えた場合には、まず上述した微粒子除去制御が開始される（図３の時刻ｔ0）。微粒子除去制御が開始されると昇温処理が行われ、フィルタ１１の温度Ｔｃが上昇せしめられる（時刻ｔ0〜ｔ1）。温度センサ２０によって検出されたフィルタ１１の温度Ｔｃが微粒子燃焼温度になると、高温維持処理に切り替えられ（時刻ｔ1）、フィルタ１１の温度Ｔｃが微粒子燃焼温度近傍に維持される。微粒子除去制御の高温維持処理中（時刻ｔ1〜ｔ2）にはフィルタ１１上への微粒子堆積量ΣＰＭが次第に減少する。そして、上記所定時間を微粒子堆積量に無関係に一定の時間とする場合、微粒子除去制御開始から所定時間が経過すると微粒子除去制御が中止されて、ＳＯX放出・微粒子除去制御が開始される（時刻ｔ2）。
一方、上記所定時間を微粒子堆積量に応じて変化する時間とする場合、例えば、単位時間当たりに減少する微粒子の量をフィルタ１１の温度に応じて算出する。そして、単位時間当たりに減少する微粒子の量を微粒子除去制御開始時における微粒子堆積量から逐次減算し、微粒子堆積量ΣＰＭが許容堆積量ΣＰＭＬになると微粒子除去制御が中止されて、ＳＯX放出・微粒子除去制御が開始される（時刻ｔ2）。
【００５９】
ＳＯX放出・微粒子除去制御が開始されると、流入排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがストイキ・リッチとリーンとを繰り返すように燃料添加弁１３から燃料が添加され、流入排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがストイキ・リッチからリーンに変わったときにフィルタ１１表面上に付着した燃料（還元剤）および微粒子が燃焼するため、フィルタ１１の温度が上昇する。燃料の燃焼が終了しても微粒子の燃焼は続くが、フィルタ１１上への微粒子堆積量が少ないため、その燃焼速度は遅く、フィルタ１１の温度Ｔｃは低下していく。また、微粒子の燃焼に伴ってフィルタ１１上への微粒子堆積量ΣＰＭは減少し、遂にはほぼ零となる。さらに、ＳＯX放出・微粒子除去制御中には、主に流入排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがストイキ・リッチのときにＮＯX吸蔵剤のＳＯX吸蔵量ΣＳＯＸが次第に減少する。単位時間当たりに減少するＳＯX量は例えばフィルタ１１の温度に応じて算出することができる。本実施形態では、単位時間当たりに減少するＳＯX量をＳＯX吸蔵量から逐次減算し、ＳＯX吸蔵量が下限値、例えば零になるとＳＯX放出制御が完了される（時刻ｔ3）。即ち、通常制御に戻される。
【００６０】
図４および図５は上記所定時間を微粒子堆積量に無関係に一定の時間とする場合の本実施形態における排気浄化ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００６１】
図４および図５を参照すると、まずステップ１００ではＮＯX吸蔵剤のＳＯX吸蔵量ΣＳＯＸとフィルタ１１上への微粒子堆積量ΣＰＭが算出される。これらは、通常制御時のみならず、微粒子除去制御およびＳＯX放出・微粒子除去制御中においても算出される。次いで、ステップ１０１では、ＳＯX放出・微粒子除去フラグＸＳＰＭがセットされているか否かが判別される。このＳＯX放出・微粒子除去フラグＸＳＰＭはＳＯX放出・微粒子除去制御を実行すべきときにセットされ（ＸＳＰＭ＝１）、それ以外のときにはセットされない（ＸＳＰＭ＝０）ものである。ＳＯX放出・微粒子除去フラグＸＳＰＭがセットされていないときにはステップ１０２へと進み、微粒子除去フラグＸＰＭがセットされているか否かが判別される。この微粒子除去フラグＸＰＭは微粒子除去制御を実行すべきときにセットされ（ＸＰＭ＝１）、それ以外のときにはセットされない（ＸＰＭ＝０）ものである。
【００６２】
微粒子除去フラグＸＰＭがセットされていないときにはステップ１０３へと進み、フィルタ１１上への微粒子堆積量ΣＰＭが限界堆積量ΣＰＭＨを越えているか否かが判別される。ΣＰＭ≦ΣＰＭＨのときには次いでステップ１０４へと進み、ＮＯX吸蔵剤のＳＯX吸蔵量ΣＳＯＸが限界吸蔵量ΣＳＯＸＨを越えているか否かが判別される。ΣＳＯＸ≦ΣＳＯＸＨのときには次いでステップ１０５へと進み、ＮＯX放出還元制御の実行条件が成立しているか否かが判別される。本実施形態では、先のＮＯX放出還元制御から上述した設定時間間隔が経過し且つＮＯX吸蔵剤の温度が設定温度例えば１９０℃よりも高いときにＮＯX放出還元制御の実行条件が成立していると判別され、それ以外はＮＯX放出還元制御の実行条件が成立していないと判別される。ＮＯX放出還元制御の実行条件が成立していないと判別されたときにはステップ１０６へと進み、通常制御が行われる。これに対し、ＮＯX放出還元制御の実行条件が成立していると判別されたときにはステップ１０７へと進み、ＮＯX放出還元制御が行われる。
【００６３】
一方、ステップ１０３においてΣＰＭ＞ΣＰＭＨのときまたはステップ１０４においてΣＳＯＸ＞ΣＳＯＸＨのときには次いでステップ１０８に進み、微粒子除去フラグＸＰＭがセットされる。
【００６４】
微粒子除去フラグＸＰＭがセットされたときにはステップ１０２からステップ１０９へと進み、微粒子除去フラグＸＰＭがセットされてから所定時間が経過したか否かが判別される。所定時間が経過していないときにはステップ１１０へと進んで微粒子除去制御が実行される。これに対し所定時間が経過したときには、ステップ１１１で微粒子除去フラグＸＰＭがリセットされ（ＸＰＭ＝０）、微粒子除去制御が終了せしめられる。続くステップ１１２でＳＯX放出・微粒子除去フラグＸＳＰＭがセットされる（ＸＳＰＭ＝１）。
【００６５】
ＳＯX放出・微粒子除去フラグＸＳＰＭがセットされたときにはステップ１０１からステップ１１３へと進み、ＮＯX吸蔵剤のＳＯX吸蔵量ΣＳＯＸがほぼ零であるか否かが判別される。ＳＯX吸蔵量が零ではないときには、ステップ１１４へと進み、ＳＯX放出・微粒子除去制御が実行される。一方、ＳＯX吸蔵量がほぼ零であるときには、ステップ１１５へと進んでＳＯX放出・微粒子除去フラグＸＳＰＭがリセットされる（ＸＳＰＭ＝０）。すなわち、ＳＯX放出制御が終了する。
【００６６】
なお、上記所定時間を微粒子堆積量に応じて変化する時間とする場合には、例えば、ステップ１０９においてフィルタ１１上への微粒子堆積量ΣＰＭが許容堆積量ΣＰＭＬ以下であるか否かが判別される。ΣＰＭ＞ΣＰＭＬのときにはステップ１１０へと進んで微粒子除去制御が実行される。これに対しΣＰＭ≦ΣＰＭＬのときには、ステップ１１１で微粒子除去フラグＸＰＭがリセットされ（ＸＰＭ＝０）、微粒子除去制御が終了せしめられる。
【００６７】
ところで、フィルタ１１に微粒子が多量に堆積した状態でＳＯX放出制御を実行すると、微粒子の燃焼を制御してフィルタ１１の温度をＳＯX放出温度近傍に維持するのは困難であると説明したが、この理由について以下に詳述する。
【００６８】
一般に、ＳＯX放出制御では、上述したようにフィルタ１１への流入排気ガスの空燃比を一定の周期でリーンとストイキ・リッチとを繰り返すように燃料を添加して、フィルタ１１の担体表面に付着した燃料を燃焼させることとしている。この場合、ＳＯX放出制御中には流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチからリーンに切り替えたときに燃料の燃焼によりフィルタ１１の温度が上昇する。しかし、このフィルタ１１の昇温は一時的なものであり、燃料の燃焼が終わるとフィルタ１１の温度は排気ガスによって冷却されることで低下していき、フィルタ１１に微粒子が堆積していなければフィルタ１１の温度は多少の変動を繰り返しながらもほぼ一定の温度に維持されることとなる。
【００６９】
ところが、フィルタ１１に微粒子が多量に堆積している場合、上述したフィルタ１１の温度の低下が行われる期間に微粒子が燃焼しているため、その温度の低下速度は非常に遅い。このため、一旦流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチからリーンに切り替えてから、次に再び同じ切り替を行うときまでにフィルタ１１の温度は十分に低下していない。したがって、一定の周期での流入排気ガスの空燃比のリーンとストイキ・リッチとの間の繰り返しを続けるとフィルタ１１の温度は徐々に上昇していき、極端な高温となり、フィルタ１１の熱劣化が大きくなってしまう。
【００７０】
一方、フィルタ１１への流入排気ガスの空燃比のリーンとストイキ・リッチとを繰り返す１サイクルの繰返し周期を長くして、特にフィルタ１１への流入排気ガスの空燃比がリーンとなっている各期間（以下、「リーン期間」と称す）を長くして、フィルタ１１に微粒子が多量に堆積している場合であっても一旦流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチからリーンに切り替えてから、次に再び同じ切り替を行うときまでにフィルタ１１の温度が十分に低下しているようにすることも考えられる。
【００７１】
ここで、フィルタ１１に堆積している微粒子の燃焼速度、すなわち微粒子が燃え広がる速さは、フィルタ１１上への微粒子堆積量によって異なる。微粒子が多量に堆積している状態では、堆積している微粒子間の間隔が短く、或る微粒子が燃焼するとその燃焼熱が近接して堆積している微粒子に伝わりやすい。このため、微粒子の燃焼速度は速く、フィルタ１１の温度は下がりにくい。逆に、微粒子堆積量が少ない状態では、近接して堆積している微粒子間の距離が長く、よって微粒子の燃焼速度は遅く、フィルタ１１の温度は下がり易い。
【００７２】
したがって、フィルタ１１に微粒子が多量に堆積している場合に合わせて流入排気ガスの空燃比の繰返し周期、特にリーン期間を定めると、フィルタ１１上への微粒子堆積量が減少してきたときにフィルタ１１の温度を必要以上に下げてしまい、ＳＯX放出温度以下になってしまうことになる。このため、ＳＯX放出制御の実行時間が不必要に長くなってしまい、またＳＯX放出制御を続行するためには昇温制御が必要となるため、燃費の悪化を招く。
【００７３】
そこで、本発明の第二実施形態では、フィルタ１１上に微粒子が多量に堆積している場合またはＮＯX吸蔵剤にＳＯXが多量に吸蔵されている場合に、フィルタ１１上に堆積している微粒子を除去する微粒子除去制御とＮＯX吸蔵剤に吸蔵されているＳＯXを放出させるＳＯX放出制御とを複数回交互に繰り返すＳＯX放出・微粒子除去制御を実行する。ＳＯX放出・微粒子除去制御においては、ＳＯX放出制御と微粒子除去制御とを繰り返す周期を微粒子堆積量に応じて逐次変更するようにしており、特に上記周期は微粒子堆積量が少ないほど短くされる。
【００７４】
例えば、ＳＯX放出・微粒子除去制御中には、フィルタ１１の温度がＳＯX放出温度以上に維持されつつ、フィルタ１１への流入排気ガスの空燃比がリーンとストイキ・リッチとを繰り返すようにされ、流入排気ガスの空燃比がリーンとストイキ・リッチとを繰り返す周期を微粒子堆積量が少ないほど短くなるようにしている。
【００７５】
図６を参照して説明すると、より詳細には、本実施形態では、流入排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの繰返し周期ａのうちストイキ・リッチ期間ｂは一定としつつ、流入排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの繰返し周期ａを微粒子堆積量に応じて変更しており、微粒子堆積量が多いときには繰返し周期ａを長くし、微粒子堆積量が少なくなってきたときには繰返し周期ａを短くするようにしている。あるいは、本実施形態では繰返し周期ａのうちストイキ・リッチ期間ｂを除いたリーン期間ｃを微粒子堆積量に応じて変更するようにしてもよい。なお、本実施形態ではストイキ・リッチ期間を一定としているが、必ずしも一定である必要はなく、その場合、ストイキ・リッチ期間ｂに対する繰返し周期ａの長さまたはリーン期間ｃの長さの割合を変更するようにしてもよい。
【００７６】
これにより、フィルタ１１に微粒子が多量に堆積している場合にはフィルタ１１の温度を下げるのに十分な時間が確保されると共に、フィルタ１１上への微粒子堆積量が減少してきた場合には、フィルタ１１の温度が下がり過ぎることなく維持することができるようになる。すなわち、フィルタ１１の温度をＳＯX放出温度近傍に維持することができるようになる。
【００７７】
ここで、ＳＯX放出・微粒子除去制御中においては、フィルタ１１の温度は図６に示したように変動していると考えられる。すなわち、流入排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがストイキ・リッチからリーンに切り替えられたときに多量の酸素がフィルタ１１に流入するため、フィルタ１１上に堆積している微粒子が燃焼すると共に担体表面上に付着している燃料（還元剤）が燃焼して、一時的にフィルタ１１の温度Ｔｃが上昇する。燃料の燃焼が完了すると、フィルタ１１の温度Ｔｃは低下していく。すなわち、燃料の燃焼が完了しても微粒子は燃焼し続けるが、フィルタ１１の温度ＴｃがＳＯX放出温度近傍である場合にはフィルタ１１の温度を上昇させるほど微粒子の燃焼による熱エネルギは大きくないものと考えられる。そして、流入排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが再びリーンからストイキ・リッチに切り替えられると、流入排気ガス中の酸素濃度が低下するため、微粒子の燃焼が抑制され、フィルタ１１の温度Ｔｃはより早く低下していく。
【００７８】
以上の推察を考慮すると、フィルタ１１の温度低下に関しては、リーン期間のうち担体上に付着した燃料の燃焼によりフィルタ１１の温度Ｔｃが上昇する温度上昇期間ｄを除いた期間の長さが影響するものと考えられる。そこで、流入排気ガスの切替タイミングの変更方法としては、繰返し周期の変更、およびリーン期間の変更の他にも以下のような方法を採用してもよい。
【００７９】
すなわち、リーン期間のうち温度上昇期間ｄを除いた温度下降期間ｅを微粒子堆積量に応じて変更するか、上述した温度下降期間ｅとストイキ・リッチ期間ｂとを合計した期間ｆを微粒子堆積量に応じて変更する。いずれの方法を採用した場合であっても、微粒子堆積量が多いときには期間ｅ、ｆを長くし、微粒子堆積量が少なくなってきたときには周期ｅ、ｆを短くする。
【００８０】
図７を参照して第二実施形態について具体的に説明する。第二実施形態では、各種センサ等に基づいて算出された微粒子堆積量ΣＰＭが限界堆積量ΣＰＭＨを超えた場合、またはＳＯX吸蔵量ΣＳＯＸが限界吸蔵量ΣＳＯＸＨを越えた場合に、ＳＯX放出・微粒子除去制御が実行される（図７中の時刻ｔ4）。ＳＯX放出・微粒子除去制御が開始されると最初に昇温処理が行われ、フィルタ１１が昇温せしめられる（時刻ｔ4〜ｔ5）。温度センサ２０によって検出されたフィルタ１１の温度ＴｃがＳＯX放出温度になると、昇温処理が中止され、流入排気ガスの空燃比Ａ／Ｆのリーンとストイキ・リッチとの間の繰り返しが開始される。このとき、各ストイキ・リッチ期間の長さはほぼ一定とされるが、各リーン期間ｔlの長さは基本リーン時間ｔlbに補正係数Δｔを加えた値とされる（ｔl＝ｔlb＋Δｔ）。ここで、基本リーン時間は、予め実験等により求めたマップを用いて機関回転数と燃料噴射量とに基づいて算出される値であり、微粒子堆積量とは無関係に定まる値である。補正係数Δｔは、予め実験等により求めたマップを用いて微粒子堆積量ΣＰＭに基づいて算出され、例えば図７に示したように微粒子堆積量ΣＰＭに応じて変化する値である。ＳＯX放出・微粒子除去制御中にはフィルタ１１上への微粒子堆積量ΣＰＭおよびＮＯX吸蔵剤のＳＯX吸蔵量ΣＳＯＸが次第に減少し、微粒子堆積量ΣＰＭおよびＳＯX吸蔵量ΣＳＯＸがほぼ零になると制御が終了せしめられる（時刻ｔ6）。
【００８１】
図８および図９は第二実施形態における排気浄化ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。図８および図９のステップ１５０〜１５７は基本的に図４および図５のステップ１００、１０１、１０３〜１０８と同様であるため、説明を省略する。
【００８２】
ステップ１５７においてＳＯX放出・微粒子除去フラグがセットされる（ＸＳＰＭ＝１）と、次回のルーチン実行時にステップ１５１からステップ１５８および１５９へと進み、ＮＯX吸蔵剤のＳＯX吸蔵量ΣＳＯＸがほぼ零であるか否かおよびフィルタ１１上への微粒子堆積量ΣＰＭがほぼ零であるか否かが判別される。ＳＯX吸蔵量ΣＳＯＸおよび微粒子堆積量ΣＰＭのうち少なくともいずれか一方が零でないときには、ステップ１６０へと進む。ステップ１６０では、機関回転数および燃料噴射量に基づいて基本リーン時間ｔlbが算出され、ステップ１５０で算出された微粒子堆積量ΣＰＭに基づいて補正係数Δｔが算出される。次いで、ステップ１６１では、ステップ１６０で算出した基本リーン時間ｔlbに補正係数Δｔを加算してリーン時間ｔlが算出される。ステップ１６２では、ステップ１６１で算出されたリーン時間ｔlでＳＯX放出・微粒子除去制御が実行される（ｔl＝ｔlb＋Δｔ）。一方、ＳＯX放出・微粒子除去制御によってＳＯX吸蔵量ΣＳＯＸおよび微粒子堆積量ΣＰＭが共にほぼ零となった場合には、ステップ１５８および１５９からステップ１６３へと進み、ＳＯX放出・微粒子除去フラグＸＳＰＭがリセットされる（ＸＳＰＭ＝０）。すなわち、ＳＯX放出・微粒子除去制御が終了する。
【００８３】
なお、第一実施形態の排気浄化装置と第二実施形態の排気浄化装置とを組合せることも可能である。したがって、例えば、微粒子堆積量が一定の堆積量になるまで微粒子除去制御を実行し、その後、ＳＯX放出・微粒子除去制御を実行して第二実施形態に示したようにリーン期間を調整しつつＮＯX吸蔵剤からＳＯXを放出させるようにしてもよい。
【００８４】
また、上述した全ての実施形態では、ＮＯX吸蔵剤および触媒貴金属を担持したフィルタ１１を排気浄化手段として用いた場合について説明しているが、排気浄化手段はこれに限られず、例えば、ＮＯX吸蔵剤および触媒貴金属を担持したモノリス型のＮＯX吸蔵還元触媒とパティキュレートフィルタとを有する排気浄化手段についても本発明を適用することができる。この場合、ＮＯX吸蔵還元触媒とパティキュレートフィルタとは同一のケーシングに内蔵されてもよいし、別個のケーシングに内蔵されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の排気浄化装置を有する内燃機関全体を示す図である。
【図２】燃料噴射の形態および時期を説明するための図である。
【図３】本発明の第一実施形態を説明するためのタイムチャートである。
【図４】第一実施形態における排気浄化ルーチンのフローチャートの一部である。
【図５】第一実施形態における排気浄化ルーチンのフローチャートの一部である。
【図６】第二実施形態における切替タイミングを説明するための図である。
【図７】本発明の第二実施形態を説明するためのタイムチャートである。
【図８】第二実施形態における排気浄化ルーチンのフローチャートの一部である。
【図９】第二実施形態における排気浄化ルーチンのフローチャートの一部である。
【符号の説明】
【００８６】
１…機関本体
２…燃焼室
３…燃料噴射弁
１１…フィルタ
１３…燃料添加弁
１４…ＥＧＲ通路
２０…温度センサ
２１…差圧センサ
３０…ＥＣＵ
【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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