(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の各気筒毎に燃料噴射手段を設けると共に、前記内燃機関の排気通路に、排気中の窒素酸化物を還元浄化する複数の触媒を直列に設置し、前記各気筒の燃料噴射手段に対し圧縮上死点近傍で機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に少なくとも１つの気筒の燃料噴射手段に対し機関の膨張行程又は排気行程において前記触媒に炭化水素を供給するための後噴射指令を出力する燃料噴射制御手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記複数の触媒の中で最下流の触媒よりも上流側に配置された触媒（以下「上流側触媒」という）の活性状態を判定する上流側触媒活性状態判定手段を備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記上流側触媒活性状態判定手段で判定した前記上流側触媒の活性状態に応じて前記後噴射指令における後噴射時期を補正する後噴射時期補正手段を有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】
前記後噴射時期補正手段は、前記上流側触媒活性状態判定手段で判定した前記上流側触媒の活性状態が低いほど、前記後噴射時期を進角補正し、前記上流側触媒の活性状態が高いほど、前記後噴射時期を遅角補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に直列に配設され、排気中の窒素酸化物を還元浄化する複数の触媒と、
前記触媒に窒素酸化物の還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記複数の触媒の間に並列に形成された主排気通路及びバイパス排気通路と、
前記バイパス排気通路に設けられ、低温時に排気中の炭化水素を吸着し、高温時に吸着した炭化水素を脱離する炭化水素吸着材と、
排気の流れを前記主排気通路と前記バイパス排気通路のいずれかに選択的に切り換える排気通路切換手段と、
前記主排気通路と前記バイパス排気通路との並列通路よりも上流側に配置された触媒（以下「上流側触媒」という）の活性状態を判定する上流側触媒活性状態判定手段と、
前記主排気通路と前記バイパス排気通路との下流側合流部よりも下流側に配置された触媒（以下「下流側触媒」という）の活性状態が窒素酸化物浄化率の高い所定範囲内であるか否かを判定する下流側触媒活性状態判定手段と、
前記上流側触媒活性状態判定手段及び前記下流側触媒活性状態判定手段で判定した前記上流側触媒の活性状態及び前記下流側触媒の活性状態に基づいて前記排気通路切換手段の切換位置を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記上流側触媒の活性状態が窒素酸化物浄化率の高い所定範囲よりも低く且つ前記下流側触媒の活性状態が前記所定範囲から外れていると判定された時に、排気を前記バイパス排気通路に流すように前記排気通路切換手段を切り換え、
前記上流側触媒の活性状態が前記所定範囲よりも低く且つ前記下流側触媒の活性状態が前記所定範囲内にあると判定された時に、排気を前記主排気通路に流すように前記排気通路切換手段を切り換え、
前記上流側触媒の活性状態が前記所定範囲内又はそれよりも高く且つ前記下流側触媒の活性状態が前記所定範囲から外れていると判定された時に、排気を前記主排気通路に流すように前記排気通路切換手段を切り換え、
前記上流側触媒の活性状態が前記所定範囲内又はそれよりも高く且つ前記下流側触媒の活性状態が前記所定範囲内にあると判定された時に、排気を前記バイパス排気通路に流すように前記排気通路切換手段を切り換えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に直列に配設され、排気中の窒素酸化物を還元浄化する複数の触媒と、
前記触媒に窒素酸化物の還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記複数の触媒の間に並列に形成された主排気通路及びバイパス排気通路と、
前記バイパス排気通路に設けられ、低温時に排気中の炭化水素を吸着し、高温時に吸着した炭化水素を脱離する炭化水素吸着材と、
排気の流れを前記主排気通路と前記バイパス排気通路のいずれかに選択的に切り換える排気通路切換手段と、
前記主排気通路と前記バイパス排気通路との並列通路よりも上流側に配置された触媒（以下「上流側触媒」という）の活性状態を判定する上流側触媒活性状態判定手段と、
前記上流側触媒活性状態判定手段で判定した前記上流側触媒の活性状態に基づいて前記排気通路切換手段の切換位置を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、排気の流れを前記主排気通路から前記バイパス排気通路に切り換える際に、暫くの期間は、前記排気通路切換手段を前記バイパス排気通路側と前記主排気通路側とに交互に切り換える動作を繰り返すことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記上流側触媒活性状態判定手段は、前記上流側触媒の活性状態が窒素酸化物浄化率の高い所定範囲内であるか否かを判定し、
前記制御手段は、前記上流側触媒の活性状態が前記所定範囲内であると判定された時に排気を前記主排気通路に流すように前記排気通路切換手段を切り換え、前記上流側触媒の活性状態が前記所定範囲から外れていると判定された時に排気を前記バイパス排気通路に流すように前記排気通路切換手段を切り換えることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記上流側触媒活性状態判定手段で判定した前記上流側触媒の活性状態の変化速度を判定する手段を備え、
前記制御手段は、排気の流れを前記主排気通路から前記バイパス排気通路に切り換える際に、前記上流側触媒の活性状態の変化速度に応じて前記排気通路切換手段の切換周波数と切換間隔の時間比率の少なくとも一方を変化させることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の各気筒毎に燃料噴射手段を設けると共に、前記内燃機関の排気通路に、排気中の窒素酸化物を還元浄化する複数の触媒を直列に設置し、前記各気筒の燃料噴射手段に対し圧縮上死点近傍で機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に少なくとも１つの気筒の燃料噴射手段に対し機関の膨張行程又は排気行程において前記触媒に炭化水素を供給するための後噴射指令を出力する燃料噴射制御手段と、前記複数の触媒の中で最下流の触媒よりも上流側に設置された触媒（以下「上流側触媒」という）の活性状態を判定する上流側触媒活性状態判定手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記複数の触媒は、低温時に排気中の炭化水素を吸着し、高温時に吸着した炭化水素を脱離する炭化水素吸着手段をそれぞれ有し、前記複数の炭化水素吸着手段は、炭化水素吸着能力が上流側のものより下流側のものの方が大きくなるように構成され、
前記燃料噴射制御手段は、前記上流側触媒活性状態判定手段で判定した前記上流側触媒の活性状態が窒素酸化物浄化率が高い所定範囲よりも低い場合に、所定期間だけ、後噴射指令を出力することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と表記する）を複数の触媒で浄化する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特開平４−２１４９１９号公報に示すように、排気の浄化効率を高めるために、内燃機関の排気管に複数個の触媒を直列に配置することが提案されている。また、ディーゼルエンジン等の酸素過剰雰囲気の排気中でＮＯｘを浄化するためには、触媒にＮＯｘの還元剤として燃料等の炭化水素（以下「ＨＣ」と表記する）を供給する必要がある。
【０００３】
図２に示すように、触媒におけるＨＣの反応量は触媒温度の上昇とともに上昇し（図２のＢ）、触媒温度が高いと、ＨＣの反応量がほぼ１００％となる（図２のＣ）。従って、直列に配置した触媒の最上流からＨＣを供給する場合には、上流側に配置された触媒の温度が高いと、供給したＨＣのほぼ全量が上流側の触媒で反応してしまい、下流側の触媒にはＨＣを供給できない。このため、下流側の触媒ではＮＯｘを浄化することができず、高いＮＯｘ浄化率が得られないという問題がある。
【０００４】
この問題を解決するために、特開平４−２１４９１９号公報では、直列に設置した複数個の触媒のそれぞれの上流に複数個のＨＣ供給装置を設け、それぞれの触媒に対して別々にＨＣを供給するようにしている。これにより、複数個の全ての触媒にＨＣを供給することで、高いＮＯｘ浄化率が得られるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報の構成では、複数の触媒のそれぞれにＨＣ供給装置が１つずつ必要になることから構成が複雑になり、コストが高くなるばかりか、装置が大型化して、車載が事実上、困難になるという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、簡素な構成で複数個の全ての触媒にＨＣを供給することを可能とし、高効率でＮＯｘを浄化できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気通路に複数の触媒を直列に設置し、燃料噴射制御手段は、各気筒の燃料噴射手段に対し圧縮上死点近傍で機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に、少なくとも１つの気筒の燃料噴射手段に対し機関の膨張行程又は排気行程において前記触媒にＨＣを供給するための後噴射指令を出力する。この際、複数の触媒の中で最下流の触媒よりも上流側に配置された触媒（以下「上流側触媒」という）の活性状態を上流側触媒活性状態判定手段により判定し、その上流側触媒の活性状態に応じて後噴射時期を後噴射時期補正手段により補正する。これにより、上流側触媒で反応するＨＣ量を制御して、後噴射により供給したＨＣを下流側触媒まで到達させるようにする。
【０００８】
ここで、後噴射時期の補正により上流側触媒で反応するＨＣ量を制御できる理由を説明する。後噴射する燃料（軽油）は、高沸点ＨＣであるが、これがシリンダ内の燃焼熱により改質（熱分解）されて低沸点ＨＣに変化し、この低沸点ＨＣの割合が高くなるほど（つまり改質度合が高くなるほど）、触媒上で反応しやすくなる。図３に示すように、後噴射燃料（ＨＣ）の改質度合は後噴射時のシリンダ内の温度によって変化し、後噴射時のシリンダ内の温度は後噴射時期によって変化するため、後噴射時期を変えれば、後噴射燃料（ＨＣ）の改質度合を変えることができる。
【０００９】
このように、後噴射燃料の改質度合の変化によりＨＣの反応性が変わるため、上流側触媒で反応するＨＣ量を制御することが可能となる。このため、上流側触媒の活性状態に応じて後噴射時期を補正することで、下流側触媒にもＨＣを行き渡らせることができ、複数の触媒を全て有効に使用してＮＯｘを効率良く浄化することができ、高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。しかも、後噴射により複数の触媒にＨＣを供給するため、前記公知例のように触媒の個数と同数のＨＣ供給装置を設ける必要がなく、装置の構成を簡素化できて、装置を小型化・低コスト化することができ、車載が容易である。
【００１０】
この場合、請求項２のように、上流側触媒活性状態判定手段で判定した上流側触媒の活性状態が低いほど、後噴射時期を進角補正し、上流側触媒の活性状態が高いほど、後噴射時期を遅角補正するように構成すると良い。すなわち、上流側触媒の温度が高く活性状態が高い場合（図２のＣ）には、後噴射時期を遅角補正すると、後噴射時のシリンダ内の温度が低くなるため、ＨＣの改質度合が小さく（炭素数が大きく）なり、高沸点ＨＣの割合が多いＨＣを触媒上流から供給できる。高沸点ＨＣは反応性が低く、高い温度でもあまり反応しないため、上流側触媒の温度が高く活性状態が高くても、そこでのＨＣ反応量を抑制することが可能となり、下流触媒にもＨＣを行き渡らせることができる。
【００１１】
一方、上流側触媒の温度が低く活性状態が低い場合（図２のＡ及びＢの低温側）には、後噴射時期を進角補正すると、後噴射時のシリンダ内の温度が高くなるため、ＨＣの改質度が大きく（炭素数が小さく）なり、低沸点ＨＣの割合が多いＨＣを触媒上流から供給できる。低沸点ＨＣは反応性が高く、比較的低い温度でも反応するため、上流側触媒の温度が低く活性状態が低くても、ＮＯｘを浄化することが可能となる。また、低温時（図２のＡ及びＢの低温側）には触媒におけるＨＣの浄化率が比較的低いため、上流側触媒で反応しなかったＨＣが下流側触媒に供給される。これにより、複数個の触媒を全て有効に使用してＮＯｘを効率良く浄化することができ、高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。
【００１２】
また、請求項３では、排気通路に直列に配設された複数の触媒の間に、主排気通路と、ＨＣ吸着材を有するバイパス排気通路を並列に設けると共に、この並列通路よりも上流側に配置された触媒の活性状態を上流側触媒活性状態判定手段により判定して、その判定結果に応じて両排気通路を排気通路切換手段により切り換えるようにしても良い。このようにすれば、上流側触媒の活性状態が高く、後噴射したＨＣが上流側触媒で全量反応してしまう場合でも、排気の流れを、ＨＣ吸着材を有するバイパス排気通路に切り換えることで、それまでにＨＣ吸着材に吸着させておいたＨＣを脱離させて下流側の触媒に供給することができる。従って、上流側触媒の活性状態が高くなっても、下流側の触媒にＨＣを供給することができ、全ての触媒を有効に使うことができて、高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。
【００１３】
この場合、請求項５のように、上流側触媒の活性状態がＮＯｘ浄化率の高い所定範囲内（図２のＢ）であるか否かによって排気通路切換手段を切り換えるようにしても良い。例えば、上流側触媒の活性状態が所定範囲よりも低い場合（図２のＡ）には、ＨＣの浄化率が低いため、供給したＨＣが未反応のまま上流側触媒を通過してしまう。そこで、この状態では、排気をバイパス排気通路側へ流し、通過したＨＣをＨＣ吸着材で吸着するようにする。つまり、上流側触媒の活性状態が所定範囲よりも低い場合には、下流側触媒の活性状態も所定範囲よりも低いと推定し、上流側触媒を通過した排気中のＨＣをバイパス排気通路内のＨＣ吸着材で吸着することで、その後のＮＯｘの浄化のためにＨＣを蓄えるものである。これにより、後噴射量を低減できると共に、ＨＣが下流側触媒をすり抜けて大気中に排出されることを防止でき、大気中へのＨＣ排出量を大幅に低減することができる。
【００１４】
また、上流側触媒の活性状態が所定範囲内（図２のＢ）にある場合には、供給したＨＣの一部が未反応のまま上流側触媒を通過するが、排気温度が比較的高いため、下流側触媒の温度も高くなり、下流側触媒でもＮＯｘを浄化可能となる。そこで、この状態では、排気の流れを主排気通路側に切り換えて、上流側触媒を通過したＨＣを主排気通路を通して下流側触媒へ供給することで、下流側触媒でもＮＯｘを浄化することができる。
【００１５】
また、上流側触媒の活性状態が所定範囲よりも高い場合（図２のＣ）には、上流側触媒におけるＨＣ浄化率がほぼ１００％となるため、後噴射により供給したＨＣは、全て上流側触媒で反応してしまい、下流側触媒には供給されない。そこで、この状態では、高温の排気をバイパス排気通路側へ流して、ＨＣ吸着材の温度を上昇させることで、それまでにＨＣ吸着材に吸着させておいたＨＣを脱離させて下流側触媒へ供給し、下流側触媒でＮＯｘを浄化する。
【００１６】
このように、上流側触媒の活性状態が所定範囲内（図２のＢ）であるか否かによって排気通路を切り換えるようにすれば、上流側触媒の活性状態が変化しても下流側触媒へＨＣを確実に供給することができ、全ての触媒を有効に使用して、高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。
【００１７】
また、請求項３のように、上流側触媒の活性状態に加え、下流側触媒の活性状態を判定し、両者をもとに排気通路切換手段を次のように切り換えるようにしても良い。
【００１８】
（１）上流側触媒の活性状態が所定範囲よりも低い場合（図２のＡ）
この場合には、上流側触媒で未反応のＨＣが上流側触媒を通過する。その際、下流側触媒の活性状態が所定範囲内（図２のＢ）にあり、下流側触媒において高いＮＯｘ浄化率が得られる場合には、排気を主排気通路へ流し、ＨＣを直接下流側触媒へ供給してＮＯｘを浄化させる。一方、下流側触媒の活性状態が所定範囲内になく（図２のＡとＣ）、下流側触媒において高いＮＯｘ浄化率が得られない場合には、下流側触媒でＨＣを有効に利用できないため、排気をバイパス排気通路へ流し、排気中のＨＣをＨＣ吸着材に吸着させる。
【００１９】
（２）上流側触媒の活性状態が所定範囲内にある場合（図２のＢ）
この場合には、供給したＨＣの多くが上流側触媒で反応するため、下流側触媒の活性状態が所定範囲内（図２のＢ）にあっても、下流側触媒では、ＨＣが不足してＮＯｘ浄化率が低下する。そこで、この場合には、排気をバイパス排気通路へ流す。これにより、ＨＣ吸着材に比較的高温の排気が通過するため、それまでにＨＣ吸着材に吸着させておいたＨＣが脱離し、下流側触媒へと供給されるため、下流側触媒にも十分な量のＨＣが供給されてＮＯｘが浄化される。一方、下流側触媒の活性状態が所定範囲内になく（図２のＡとＣ）、下流側触媒において高いＮＯｘ浄化率が得られない場合には、下流側触媒では、ＨＣを有効に利用できないため、排気を主排気通路へ流すことで、バイパス排気通路内のＨＣ吸着材からのＨＣの脱離を防ぐ。
【００２０】
（３）上流側触媒の活性状態が所定範囲よりも高い場合（図２のＣ）
この場合には、供給したＨＣのほぼ全てが上流側触媒で反応するため、上流側触媒の活性状態が所定範囲内にある場合と同様に、下流側触媒の活性状態が所定範囲内であるか否かによって排気通路を切り換える。
【００２１】
以上のように、上流側触媒の活性状態と下流側触媒の活性状態に応じて排気通路を切り換えることで、後噴射により供給したＨＣを複数の触媒それぞれにおいて極めて効率良く利用でき、ＮＯｘ浄化率を高めることができる。
【００２２】
ところで、主排気通路に排気を流す時間が長くなると、バイパス排気通路内のＨＣ吸着材の温度が放熱のために低下する。この状態で、排気の流れを主排気通路からバイパス排気通路側へ急に切り換えると、冷えたＨＣ吸着材を排気が通過するため、排気温度が下がる。そのため、下流側触媒の温度が低下して、ＮＯｘ浄化率が低下する場合がある。
【００２３】
この対策として、請求項４のように、排気の流れを主排気通路からバイパス排気通路に切り換える際に、暫くの期間は、排気通路切換手段をバイパス排気通路側と主排気通路側とに交互に切り換える動作を繰り返すようにしても良い。このようにすれば、排気の流れを主排気通路からバイパス排気通路に切り換える際に、暫くの期間は、高温の排気が間欠的に主排気通路を通って下流側触媒に供給されるため、下流側触媒の急激な温度低下を防ぐことができ、排気通路切換直後から下流側触媒でも高い浄化率でＮＯｘを浄化することができる。
【００２４】
この場合、請求項６のように、排気の流れを主排気通路からバイパス排気通路に切り換える際に、上流側触媒の活性状態の変化速度に応じて排気通路切換手段の切換周波数と切換間隔の時間比率の少なくとも一方を変化させるようにしても良い。すなわち、上流側触媒の活性状態の変化が緩やかな時ほど（つまり排気温度の変化が緩やかな時ほど）、排気の流れを主排気通路からバイパス排気通路に急激に切り換えると、下流側触媒に流入する排気の温度低下によるＮＯｘ浄化率の低下が大きくなりやすい。この場合には、排気通路切換手段の切換周波数を大きくして、バイパス排気通路側から下流側触媒に低温の排気を供給する時間間隔を短くしたり、或は、主排気通路側を流す排気の割合を多くするように切換間隔の時間比率を変更すれば、下流側触媒に流入する排気の温度低下を抑えることができて、下流側触媒のＮＯｘ浄化率の低下をより確実に防ぐことができる。
【００２５】
また、請求項７のように、直列に設置した複数の触媒にそれぞれＨＣ吸着材を設け、そのＨＣ吸着能力を下流側のＨＣ吸着材ほど大きくしても良い。すなわち、触媒高活性時に、直列に設置した触媒のうち上流側の触媒には、主に後噴射によりＨＣを供給し、一方、下流側の触媒には、主にＨＣ吸着手段にて予め吸着していたＨＣを脱離させることでＨＣを供給する。これにより、触媒高活性時に後噴射により供給したＨＣが上流側の触媒で消費されて下流側の触媒へ到達しにくいという事情があっても、ＨＣ吸着手段からＨＣを脱離させて下流側の触媒にＨＣを供給することができるため、触媒高活性時に下流側触媒においてＨＣが不足してＮＯｘを浄化できなくなることを防止することができ、浄化率向上に極めて有効である。
【００２６】
この場合、上流側のＨＣ吸着手段のＨＣ吸着能力を大きくすると、後噴射で供給したＨＣの多くが上流側のＨＣ吸着手段で吸着されてしまい、下流側のＨＣ吸着手段へ到達するＨＣが少なくなってしまう。そこで、請求項７では、ＨＣ吸着手段のＨＣ吸着能力が上流側のものより下流側のものの方が大きくなるように構成することで、後噴射で供給したＨＣを下流側にも十分に行き渡らせて、上流側、下流側の双方のＨＣ吸着手段に十分な量のＨＣを吸着させる。その後、触媒の活性状態が高くなった時に、各ＨＣ吸着手段からＨＣが脱離して下流側の触媒にも供給されるため、下流側の触媒も、上流側の触媒と同じように有効に使用してＮＯｘを浄化することができ、ＮＯｘ浄化率を大きく向上することができる。
【００２７】
更に、請求項７のように、複数の触媒の中で最下流の触媒よりも上流側に設置された触媒（以下「上流側触媒」という）の活性状態を上流側触媒活性状態判定手段により判定し、上流側触媒の活性状態が低く上流側触媒におけるＮＯｘ浄化率が低い場合には後噴射指令を所定期間だけ出力するようにしても良い。すなわち、上流側触媒の活性状態が低くＮＯｘ浄化率が低い場合には、上流側触媒及び下流側触媒のＨＣ吸着手段にＨＣを吸着させて、その後の触媒高活性時に各ＨＣ吸着手段からＨＣを脱離させてＮＯｘ浄化率を向上することを狙う。但し、ＨＣ吸着手段のＨＣ吸着量は有限であるため、過剰のＨＣ供給はＮＯｘ浄化率向上につながらず、燃費悪化を招いてしまう。そこで、所定期間だけ後噴射を実施して有効なＨＣ量を吸着した後は後噴射を中止することで、後噴射による燃料消費を必要最小限に抑えて、低燃費の要求を満たす。
【００２８】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明をディーゼルエンジンに適用した実施形態（１）を図１乃至図８に基づいて説明する。
【００２９】
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の構成を説明する。内燃機関であるディーゼルエンジン１０の各気筒には、吸気管１１を通して吸入される吸入空気が吸気マニホールド１３を通して吸入される。ディーゼルエンジン１０の各気筒には、電磁弁式の燃料噴射弁１４（燃料噴射手段）が取り付けられ、各燃料噴射弁１４には、高圧燃料ポンプ１５から高圧に蓄圧された燃料がコモンレール１６を通して分配される。このコモンレール１６には、燃料噴射弁１４に分配する燃料の圧力（コモンレール燃圧）を検出する燃圧センサ１２が取り付けられている。
【００３０】
燃料噴射弁１４は、図４に示すように、圧縮上死点近傍でエンジン出力発生のための主噴射を行うと共に、この主噴射に先立ち、パイロット噴射を行って少量の燃料を噴射し、この燃料が着火状態になったところで、主噴射を行うことで、燃焼初期の予混合燃焼を減少させてＮＯｘ排出量を低減させる。更に、少なくとも１つの気筒の燃料噴射弁１４は、膨張行程又は排気行程において後述するＮＯｘ触媒２０，２１にＨＣを供給するための後噴射を実行する。
【００３１】
ディーゼルエンジン１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１７を通して１本の排気管１８（排気通路）に排出され、この排気管１８の途中には、２個のＮＯｘ触媒１９，２０が直列に配設されている。各ＮＯｘ触媒１９，２０は、セラミックや金属等の担体の表面に、酸素過剰雰囲気中でも還元剤（ＨＣ）の存在下でＮＯｘを還元浄化可能な触媒成分（例えばＣｕーゼオライトやＰｔ−ゼオライト等）を担持したものである。
【００３２】
この場合、担持されたゼオライトは低温時（例えば２００℃以下）に排気中のＨＣを吸着し、高温時（例えば２００℃以上）に吸着したＨＣを脱離する炭化水素吸着手段の役割を果たし、ゼオライト量が多いほどＨＣ吸着能力が大きくなる。本実施形態（１）では、上流側のＮＯｘ触媒１９と比較して下流側のＮＯｘ触媒２０のゼオライトの量を増やして（例えば１．５倍）担持する。
【００３３】
このＮＯｘ触媒１９，２０のＮＯｘ浄化特性は、図２に示すように、所定温度範囲ＢにおいてＮＯｘ浄化率が高く、これ以外の温度範囲Ａ，ＣではＮＯｘ浄化率が極端に低下する。また、ＮＯｘ触媒１９，２０のＨＣ浄化特性は、低温領域Ａでは、ＨＣはほとんど反応せずに通り抜ける。更に、ＮＯｘ浄化率が高くなる所定温度範囲Ｂでは、温度が高くなるほどＨＣ浄化率が高くなり、高温領域Ｃでは、ＨＣ浄化率がほぼ１００％となる。
【００３４】
２個のＮＯｘ触媒１９，２０の間には排気温度センサ２１が設置されている。この排気温度センサ２１は、上流側ＮＯｘ触媒１９の流出ガス温度を検出することで、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（触媒温度）を判定する上流側触媒活性状態判定手段としての役割を果たす。
【００３５】
この排気温度センサ２１の出力信号は、エンジン電子制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２２に入力される。このＥＣＵ２２は、エンジン回転数センサ２３やアクセルセンサ２４等の出力信号を読み込んでディーゼルエンジン１０の運転状態を検出し、パイロット噴射、主噴射、後噴射の噴射量と噴射時期を演算し、特許請求の範囲でいう燃料噴射制御手段としての役割を果たすと共に、排気温度センサ２１で検出した排気温度、すなわち上流側ＮＯｘ触媒１９の温度（以下「上流側触媒温度」という）に応じて後噴射時期を補正する。
【００３６】
この場合、上流側触媒温度が低い場合（図２のＡ）には、所定期間だけ後噴射を行う。すなわち、温度が高いシリンダ内へ燃料を後噴射して十分にガス化したＨＣをＮＯｘ触媒１９，２０へ供給する。このＨＣは、活性が低い上流側ＮＯｘ触媒１９ではほとんど反応せず、その一部が上流側ＮＯｘ触媒１９のＨＣ吸着手段（ゼオライト）に吸着されるが、ガス化しているためその吸着量は少なく、多くが下流側ＮＯｘ触媒２０のＨＣ吸着手段へ到達する。下流側ＮＯｘ触媒２０のＨＣ吸着手段はＨＣ吸着能力が大きいため、到達したＨＣの大部分がそこで吸着される。こうして下流側ＮＯｘ触媒２０のＨＣ吸着手段に吸着されたＨＣは、その後の触媒活性時に脱離して下流側ＮＯｘ触媒２０へと供給されてＮＯｘ浄化に有効に使われる。その際にＨＣ吸着手段におけるＨＣ吸着量には上限があり、また長時間にわたる多量の後噴射は燃費悪化につながるため、これを回避すべく、所定期間経過したら後噴射を中止する。
【００３７】
一方、上流側触媒温度が比較的高い場合（図２のＢ、Ｃ）には、上流側触媒温度が低いほど、後噴射時期を遅角補正する。すなわち、上流側触媒温度が高い場合には、供給したＨＣのほぼ全量が上流側ＮＯｘ触媒１９で反応するため、下流側ＮＯｘ触媒２０にはＨＣが行き渡らず、下流側ＮＯｘ触媒２０ではＮＯｘを浄化できなくなってしまう。
【００３８】
これを防ぐために、上流側触媒温度が高い場合には、後噴射時期を遅角して、後噴射時のシリンダ内の温度を低くし、それによってＨＣの改質度合を低下させて、高沸点ＨＣの割合が多いＨＣを両ＮＯｘ触媒１９，２０に供給する。高沸点ＨＣは反応性が低く、高い温度でもあまり反応しないため、上流側触媒温度が高く活性状態が高くても、上流側ＮＯｘ触媒１９でのＨＣ反応量を抑制することが可能となり、下流側ＮＯｘ触媒２０にもＨＣを供給することができる。
【００３９】
一方、上流側触媒温度が比較的低い場合（図２のＢ、特に低温側）には、後噴射時期を進角して、後噴射時のシリンダ内の温度を高くし、それによってＨＣの改質度合を大きくして、低沸点ＨＣの割合が多いＨＣを両ＮＯｘ触媒１９，２０に供給する。低沸点ＨＣは反応性が高く、比較的低い温度でも反応するため、上流側触媒温度が低く活性状態が低くても、ＮＯｘを浄化することが可能となる。また、低温時（図２のＢ、特に低温側）ではＨＣ浄化率が比較的低いため、上流側ＮＯｘ触媒１９で反応しなかったＨＣが下流側ＮＯｘ触媒２０へ供給される。これにより、上流側と下流側の２つのＮＯｘ触媒１９，２０を有効に使用してＮＯｘを効率良く浄化することができ、高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。
【００４０】
以上説明したＮＯｘ浄化制御は、図５に示す後噴射時期補正プログラムにより実行される。本プログラムは、ＥＣＵ２２にて所定時間毎（例えば１秒毎）に実行され、特許請求の範囲でいう後噴射時期補正手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１において、排気温度センサ２１の出力信号を読み込む。この場合、排気温度センサ２１は上流側ＮＯｘ触媒１９の下流に設けられているため、排気温度センサ２１で検出する温度は、上流側ＮＯｘ触媒１９の流出ガス温度であり、ひいては上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態を表す上流側触媒温度Ｔである。
【００４１】
次のステップ１０２で、この上流側触媒温度Ｔが含まれる領域が図２のＡ、Ｂ、Ｃのいずれに該当するか判定する。例えば、上流側触媒温度Ｔが２００℃以下ならばＡと判定し、上流側触媒温度Ｔが２００〜３００℃ならばＢと判定し、上流側触媒温度Ｔが３００℃以上ならばＣと判定する。
【００４２】
そして、上記ステップ１０２で判定した領域がＡならば、ステップ１０３にて後噴射を実施する。この際の後噴射時期は、後噴射燃料がシリンダ内で燃焼しない時期に設定され、各センサの出力をもとにＥＣＵ２２にて決定する。ステップ１０３で後噴射を開始した後、ステップ１０４にて所定時間が経過したか否かを判定し、経過していなければ、経過するまで待機し、経過した時点で、ステップ１０５へ進み、後噴射を中止する。この場合の所定時間は、例えばＨＣ吸着手段における飽和吸着量とエンジン運転条件、後噴射量等をもとにＥＣＵ２２にて決定する。また、簡易的に一定値としてもよい。
【００４３】
一方、上記ステップ１０２で判定した領域がＢ或はＣならば、ステップ１０６へ進み、この上流側触媒温度Ｔを設定温度Ｔ１と比較する。ここで、設定温度Ｔ１は、図２のＢにおいてＮＯｘ浄化率がピークとなる温度であり、例えば２５０〜５００℃の間に設定されている。もし、上流側触媒温度Ｔが設定温度Ｔ１よりも高ければ、ステップ１０７に進み、上流側触媒温度Ｔに応じて後噴射時期をマップ等により遅角補正し、次のステップ１０８で、補正した後噴射時期で後噴射を実施する。その際の後噴射時期の補正量は、図６に示すように、上流側触媒温度Ｔが高いほど遅角量を大きくする。これにより、上流側触媒温度Ｔが高いほどＨＣの改質度合を小さくして反応性が低いＨＣを得ることで、図７に示すように、上流側ＮＯｘ触媒１９におけるＨＣの反応による減少量を少なくでき、下流側ＮＯｘ触媒２０にも十分な量のＨＣを供給できる。この結果、下流側ＮＯｘ触媒２０でも十分にＮＯｘを浄化できるようになり、高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。
【００４４】
一方、上流側触媒温度Ｔが設定温度Ｔ１以下であれば、ステップ１０９に進み、上流側触媒温度に応じて後噴射時期をマップ等により進角補正し、続くステップ１０８で、補正した後噴射時期で後噴射を実施する。その際の後噴射時期の補正量は、図６に示すように、上流側触媒温度Ｔが低いほど進角量を大きくする。これにより、上流側触媒温度Ｔが低いほどＨＣの改質度合を大きくして反応性が高いＨＣを得ることで、図８に示すように、上流側と下流側の両ＮＯｘ触媒１９，２０を有効に使用してＮＯｘを効率良く浄化することができ、高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。
【００４５】
以上説明した実施形態（１）では、図６のマップに従って、上流側触媒温度に応じて後噴射時期を連続的に補正するようにしたが、後噴射時期の補正量を上流側触媒温度に応じて複数段階に切り換えるようにしても良い。また、シリンダ内の温度はクランク角度が同じでも、エンジン運転条件（エンジン回転数と負荷）により異なるため、エンジン運転条件に応じて後噴射時期や後噴射時期の補正量を異ならせるようにしても良い。
【００４６】
また、本実施形態（１）では、上流側ＮＯｘ触媒１９の下流に設けた排気温度センサ２１により上流側ＮＯｘ触媒１９の流出ガス温度を検出することで、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（上流側触媒温度）を評価するようにしたが、この代わりに、上流側ＮＯｘ触媒１９の流入ガス温度と流出ガス温度を検出して両者から上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（上流側触媒温度）を推定しても良い。その際に、上流側ＮＯｘ触媒１９の流入ガス温度をエンジン運転条件から算出するようにしても良い。また、上流側ＮＯｘ触媒１９自体に温度センサを設けて、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（上流側触媒温度）を直接検出するようにしても良い。
【００４７】
尚、本実施形態（１）では、排気管１８に２個のＮＯｘ触媒を直列に設けたが、３個以上のＮＯｘ触媒を直列に設けるようにしても良い。
【００４８】
［実施形態（２）］
図９に本発明の実施形態（２）の構成を示す。以下、図１に示す実施形態（１）と異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
本実施形態（２）では、上流側触媒１９と下流側触媒２０との間に、ＨＣ吸着手段としてＨＣ吸着材４０を設置している。すなわち、前記実施形態（１）では下流側触媒２０におけるＨＣ吸着手段は下流側触媒２０に担持したゼオライト層のみから構成されたが、本実施形態（２）では、下流側触媒２０のＨＣ吸着手段におけるＨＣ吸着量を更に増やすためにＨＣ吸着材４０を設置している。このＨＣ吸着材４０は、セラミックや金属等の担体の表面に、例えばゼオライト等の多孔材質を担持したものであり、低温時（例えば２００℃以下）に排気中のＨＣを吸着し、高温時（例えば２００℃以上）に吸着したＨＣを脱離する。
【００５０】
以上の構成の本実施形態（２）を前記実施形態（１）と同様に制御することで、前記実施形態（１）で説明したのと同等以上の効果を得ることができる。
尚、ＮＯｘ触媒１９，２０、ＨＣ吸着材４０のうち複数のものを同一ケース内に収納しても構わない。
【００５１】
［実施形態（３）］
以下、図１０乃至図１２を用いて本発明の実施形態（３）を説明する。この実施形態（３）では、排気管１８に直列に配設された２個のＮＯｘ触媒１９，２０の間に主排気通路３１とバイパス排気通路３２を並列に設け、バイパス排気通路３２の途中に、排気中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材３３を配設している。このＨＣ吸着材３３は、セラミックや金属等の担体の表面に、例えばゼオライト等の多孔質材を担持したものであり、低温時（例えば２００℃以下）に排気中のＨＣを吸着し、高温時（例えば２００℃以上）に吸着したＨＣを脱離する。
【００５２】
一方、主排気通路３１とバイパス排気通路３２との上流側分岐部に、排気通路切換バルブ３４が設けられ、この排気通路切換バルブ３４の切り換えにより排気の流れを主排気通路３１とバイパス排気通路３２のいずれかに選択的に切り換えるようになっている。この排気通路切換バルブ３４は、駆動源としてモータ又は負圧を用い、ＥＣＵ２２によって制御される。上流側ＮＯｘ触媒１９と排気通路切換バルブ３４との間に排気温度センサ２１（上流側触媒活性状態判定手段）が設置されている。その他のシステム構成は、前述した実施形態（１）と同じである。
【００５３】
本実施形態（３）においても、前記実施形態（３）と同様に、エンジン出力発生のための主燃料噴射の後の膨張行程又は排気行程においてＮＯｘ触媒１９，２０に還元剤としてのＨＣを供給するための後噴射を行うが、その際に、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（上流側触媒温度）に応じて排気の流れを主排気通路３１とバイパス排気通路３２のいずれかに選択的に切り換える。
【００５４】
すなわち、上流側触媒温度（活性状態）が所定範囲よりも低い場合（図２のＡ）には、ＨＣの浄化率が低いため、供給したＨＣが未反応のまま上流側ＮＯｘ触媒１９を通過してしまう。そこで、この状態では、排気をバイパス排気通路３２側へ流し、通過したＨＣをＨＣ吸着材３３で吸着するようにする。つまり、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が所定範囲よりも低い場合には、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態も所定範囲よりも低いと推定し、上流側ＮＯｘ触媒１９を通過した排気中のＨＣをバイパス排気通路３２内のＨＣ吸着材３３で吸着することで、その後のＮＯｘの浄化のためにＨＣを蓄えるものである。特に、コモンレール式ディーゼルエンジンの後噴射で得られたＨＣは、十分にガス化しているため、上流側ＮＯｘ触媒１９を比較的通過しやすい。従って、このＨＣをＨＣ吸着材３３に吸着させれば、ＨＣ有効利用とＨＣ排出量低減の効果が大きい。
【００５５】
また、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が所定範囲内（図２のＢ）にある場合には、供給したＨＣの一部が未反応のまま上流側ＮＯｘ触媒１９を通過するが、排気温度が比較的高いため、下流側ＮＯｘ触媒２０の温度も高くなり、下流側ＮＯｘ触媒２０でもＮＯｘを浄化可能となる。そこで、この状態では、排気の流れを主排気通路３１側に切り換えて、上流側ＮＯｘ触媒１９を通過したＨＣを主排気通路３１を通して下流側ＮＯｘ触媒２０に供給することで、下流側ＮＯｘ触媒２０でもＮＯｘを浄化する。
【００５６】
また、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が所定範囲よりも高い場合（図２のＣ）には、上流側ＮＯｘ触媒１９におけるＨＣ浄化率がほぼ１００％となるため、後噴射により供給したＨＣは、全て上流側ＮＯｘ触媒１９で反応してしまい、下流側ＮＯｘ触媒２０には供給されない。そこで、この状態では、高温の排気をバイパス排気通路３２側へ流して、ＨＣ吸着材３３の温度を上昇させることで、それまでにＨＣ吸着材３３に吸着させておいたＨＣを脱離させて下流側ＮＯｘ触媒２０へ供給し、下流側ＮＯｘ触媒２０でＮＯｘを浄化する。
【００５７】
以上説明したＮＯｘ浄化制御は、図１１に示す排気通路切換制御プログラムにより実行される。本プログラムは、ＥＣＵ２２にて所定時間毎（例えば１秒毎）に実行され、特許請求の範囲でいう制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、排気温度センサ２１で検出した上流側触媒温度Ｔ（上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態）を読み込み、次のステップ２０２で、この上流側触媒温度Ｔが含まれる活性状態の領域が図２のＡ，Ｂ，Ｃのいずれに該当するか判定する。例えば、上流側触媒温度Ｔが２００℃以下ならばＡと判定し、上流側触媒温度Ｔが２００〜３００℃ならばＢと判定し、上流側触媒温度Ｔが３００℃以上ならばＣと判定する。
【００５８】
そして、上記ステップ２０２で判定した領域がＡ又はＣならば、ステップ２０３に進み、排気通路切換バルブ３４をバイパス排気通路３２側に排気を流すように切り換える。すなわち、上流側触媒温度Ｔが低温の領域Ａでは、ＨＣが未反応のまま上流側ＮＯｘ触媒１９を通過し、且つ下流側ＮＯｘ触媒２０も温度が低く低活性状態であるため、上流側ＮＯｘ触媒１９から流出する排気をバイパス排気通路３２のＨＣ吸着材３３に流すことで、排気中のＨＣをＨＣ吸着材３３に吸着させる。また、上流側触媒温度Ｔが高温の領域Ｃでは、供給したＨＣが全て上流側ＮＯｘ触媒１９で反応してしまうため、高温の排気をバイパス排気通路３２側へ流して、ＨＣ吸着材３３の温度を上昇させることで、それまでにＨＣ吸着材３３に吸着させておいたＨＣを脱離させて下流側ＮＯｘ触媒２０へ供給し、下流側ＮＯｘ触媒２０でＮＯｘを浄化する。
【００５９】
一方、上記ステップ２０２で判定した領域がＢならば、ステップ２０４に進み、排気通路切換バルブ３４を主排気通路３１側に排気を流すように切り換える。すなわち、領域Ｂでは、供給したＨＣの一部が未反応のまま上流側ＮＯｘ触媒１９を通過するが、下流側ＮＯｘ触媒２０もＮＯｘ浄化可能な状態になっているため、排気の流れを主排気通路３１側に切り換えて、上流側ＮＯｘ触媒１９を通過したＨＣを下流側ＮＯｘ触媒２０に供給することで、下流側ＮＯｘ触媒２０でもＮＯｘを浄化する。
【００６０】
以上説明した排気通路切換制御では、例えば、図１２に示すように、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（上流側触媒温度）がＡ→Ｂ→Ｃの順に変化する場合、最初の低温の領域Ａでは、排気をバイパス排気通路３２側へ流し、通過したＨＣをＨＣ吸着材３３で吸着する。その後、領域Ｂになると、排気の流れを主排気通路３１側に切り換えて、上流側ＮＯｘ触媒１９を通過したＨＣを主排気通路３１を通して下流側ＮＯｘ触媒２０に供給する。これにより、上流側ＮＯｘ触媒１９と下流側ＮＯｘ触媒２０の双方でＮＯｘを浄化する。この際、以前の領域ＡでＨＣ吸着材３３に吸着させたＨＣは保持される。
【００６１】
その後、高温の領域Ｃになると、排気をバイパス排気通路３２側へ流して、ＨＣ吸着材３３の温度を上昇させることで、それまでにＨＣ吸着材３３に吸着させておいたＨＣを脱離させて下流側ＮＯｘ触媒２０に供給し、下流側ＮＯｘ触媒２０でＮＯｘを浄化する。この際、従来は、下流側ＮＯｘ触媒２０に供給するＨＣが不足して、下流側ＮＯｘ触媒２０ではほとんどＮＯｘを浄化できなかったが、本実施形態（３）では、ＨＣ吸着材３３からＨＣを下流側ＮＯｘ触媒２０に供給できるため、下流側ＮＯｘ触媒２０でＮＯｘを浄化することができ、従来と比較してＮＯｘ浄化率を向上できる。
【００６２】
以上説明した実施形態（３）によれば、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（上流側触媒温度）に応じて排気通路を切り換えるので、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が高い場合でも、下流側ＮＯｘ触媒２０にＨＣを確実に供給することができ、上流側と下流側の２つのＮＯｘ触媒１９，２０を有効に使用して、高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。しかも、上流側ＮＯｘ触媒１９がＮＯｘを高効率で浄化できない低温状態である時には、上流側ＮＯｘ触媒１９を通過した排気中のＨＣをＨＣ吸着材３３で吸着して、その後のＮＯｘの浄化のためにＨＣを蓄えることができるので、後噴射量を低減できて燃費を節減できると共に、ＨＣが下流側ＮＯｘ触媒２０をすり抜けて大気中に排出されることを防止でき、大気中へのＨＣ排出量を大幅に低減することができる。
【００６３】
尚、本実施形態（３）では、ＮＯｘ触媒に還元剤（ＨＣ）を供給する還元剤供給手段として、燃料噴射弁１４の後噴射を用いたが、これに代えて、ＨＣ供給ノズルを上流側ＮＯｘ触媒１９の上流側の排気管１８に取り付け、このＨＣ供給ノズルから排気管１８内にＨＣを供給するようにしても良い。また、本実施形態（３）においても、排気管に３個以上のＮＯｘ触媒を直列に設けるようにしても良い。
【００６４】
［実施形態（４）］
図１３及び図１４に示す本発明の実施形態（４）では、前記実施形態（３）のシステム構成に加え、下流側ＮＯｘ触媒２０の下流側に、下流側触媒活性状態判定手段として排気温度センサ３５を設けている。その他のシステム構成は、前記実施形態（３）と同じである。
【００６５】
本実施形態（４）では、ＥＣＵ２２は、上流側と下流側の２つの排気温度センサ２１，３５の出力信号に基づいて排気通路切換バルブ３４を次のように制御する。
【００６６】
（１）上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が所定範囲よりも低い場合（図２のＡ）の制御方法は次の通りである。
この場合には、上流側ＮＯｘ触媒１９で未反応のＨＣが上流側ＮＯｘ触媒１９を通過する。その際、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定範囲内（図２のＢ）にあり、下流側ＮＯｘ触媒２０で高いＮＯｘ浄化率が得られる場合には、排気を主排気通路３１に流し、ＨＣを直接下流側ＮＯｘ触媒２０へ供給してＮＯｘを浄化させる。一方、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定範囲内になく（図２のＡとＣ）、下流側ＮＯｘ触媒２０で高いＮＯｘ浄化率が得られない場合には、下流側ＮＯｘ触媒２０でＨＣを有効に利用できないため、排気をバイパス排気通路３２に流し、ＨＣをＨＣ吸着材３３に吸着させる。
【００６７】
（２）上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が所定範囲内にある場合（図２のＢ）の制御方法は次の通りである。
この場合には、供給したＨＣの多くが上流側ＮＯｘ触媒１９で反応するため、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定範囲内（図２のＢ）にあっても、下流側ＮＯｘ触媒２０では、ＨＣが不足してＮＯｘ浄化率が低下する。そこで、この場合には、排気をバイパス排気通路３２に流す。これにより、ＨＣ吸着材３３に比較的高温の排気が通過するため、それまでにＨＣ吸着材３３に吸着させておいたＨＣが脱離し、下流側ＮＯｘ触媒２０へと供給される。このため、下流側ＮＯｘ触媒２０にも十分の量のＨＣが供給されてＮＯｘが浄化される。一方、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定範囲内になく（図２のＡとＣ）、下流側ＮＯｘ触媒２０で高いＮＯｘ浄化率が得られない場合には、下流側ＮＯｘ触媒２０では、ＨＣを有効に利用できないため、排気を主排気通路３１に流すことで、バイパス排気通路３２内のＨＣ吸着材３３からのＨＣの脱離を防ぐ。
【００６８】
（３）上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が所定範囲よりも高い場合（図２のＣ）の制御方法は次の通りである。
この場合には、供給したＨＣのほぼ全てが上流側ＮＯｘ触媒１９で反応するため、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が所定範囲内にある場合と同様に、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定範囲内であるか否かによって排気通路を切り換える。
【００６９】
以上説明したＮＯｘ浄化制御は、ＥＣＵ２２にて所定時間毎（例えば１秒毎）に図１４の排気通路切換制御プログラムに従って実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ３０１で、２つの排気温度センサ２１，３５で検出した上流側触媒温度Ｔａ（上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態）と下流側触媒温度Ｔｂ（下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態）を読み込む。この後、ステップ３０２で、上流側触媒温度Ｔａが領域Ａに含まれるか否かを判定する。
【００７０】
上流側触媒温度Ｔａが領域Ａに含まれる場合（つまり上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が低い場合）には、ステップ３０３に進み、下流側触媒温度Ｔｂが領域Ｂに含まれるか否かを判定する。下流側触媒温度Ｔｂが領域Ｂに含まれる場合には、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定の範囲内にあり、下流側ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ浄化率が高いため、ステップ３０６に進み、排気通路切換バルブ３４を主排気通路３１側に排気を流すように切り換え、未反応のまま上流側ＮＯｘ触媒１９を通過したＨＣを下流側ＮＯｘ触媒２０に供給する。
【００７１】
一方、ステップ３０３で、下流側触媒温度Ｔｂが領域Ｂに含まれないと判定した場合には、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定の範囲内になく、下流側ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ浄化率があまり高くないため、ＨＣの有効利用の観点から、ステップ３０５に進み、排気通路切換バルブ３４をバイパス排気通路３２側に排気を流すように切り換え、上流側ＮＯｘ触媒１９を通過したＨＣをＨＣ吸着材３３に吸着させる。
【００７２】
また、前述したステップ３０２において、上流側触媒温度Ｔａが領域Ａに含まれないと判定された場合、上流側ＮＯｘ触媒１９が活性化しているため、上流側ＮＯｘ触媒１９を通過するＨＣは比較的少ない。この場合には、ステップ３０４に進み、下流側触媒温度Ｔｂが領域Ｂに含まれるか否かを判定し、領域Ｂに含まれる場合は、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定の範囲内にあり、下流側ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ浄化率が高いため、ステップ３０５に進み、排気通路切換バルブ３４をバイパス排気通路３２側に排気を流すように切り換える。これにより、高温の排気をバイパス排気通路３２側へ流して、ＨＣ吸着材３３の温度を上昇させることで、それまでにＨＣ吸着材３３に吸着させておいたＨＣを脱離させて下流側ＮＯｘ触媒２０へ供給し、下流側ＮＯｘ触媒２０でＮＯｘを浄化する。
【００７３】
一方、ステップ３０４において、下流側触媒温度Ｔｂが領域Ｂに含まれないと判定した場合には、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定範囲内になく、下流側ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ浄化率があまり高くないため、ＨＣの有効利用の観点から、ステップ３０６に進み、排気通路切換バルブ３４を主排気通路３１側に排気を流すように切り換え、ＨＣ吸着材３３からのＨＣの脱離を中止する。
【００７４】
以上説明した実施形態（４）では、上流側触媒温度Ｔａ（上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態）に加え、下流側触媒温度Ｔｂ（下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態）も検出し、双方の検出結果に応じて排気通路を切り換えるようにしたので、前記実施形態（３）のように上流側触媒温度のみに基づいて排気通路を切り換える場合と比較して、より適正な排気通路の切換を行うことができ、燃費の節減やＮＯｘ浄化率向上の効果を更に大きくできる。
【００７５】
尚、本実施形態（４）においても、ＮＯｘ触媒に還元剤（ＨＣ）を供給する還元剤供給手段として、後噴射に代えて、上流側ＮＯｘ触媒の上流側にＨＣ供給ノズルを接続しても良く、また、排気管に３個以上のＮＯｘ触媒を直列に設けるようにしても良い。
【００７６】
［実施形態（５）］
図１５乃至図１７に示す本発明の実施形態（５）では、図１０に示す実施形態（３）と同じシステム構成において、排気の流れを主排気通路３１からバイパス排気通路３２に切り換える際に、排気通路切換バルブ３４をバイパス排気通路３２側と主排気通路３１側とに交互に切り換える動作を所定時間又は所定回数繰り返すようにしたものである。その他の構成は、図１０と同じである。
【００７７】
つまり、主排気通路３１に排気を流す時間が長くなると、バイパス排気通路３２内のＨＣ吸着材３３の温度が放熱のために低下する。この状態で、排気の流れを主排気通路３１からバイパス排気通路３２側へ急激に切り換えると、冷えたＨＣ吸着材３３を排気が通過するため、排気温度が下がる。そのため、下流側ＮＯｘ触媒２０の温度が低下して、ＮＯｘ浄化率が低下する場合がある。
【００７８】
本実施形態（５）では、これを防止するために、排気の流れを主排気通路３１からバイパス排気通路３２に切り換える際に、排気通路切換バルブ３４をバイパス排気通路３２側と主排気通路３１側とに交互に切り換える動作を所定時間又は所定回数繰り返すことで、下流側ＮＯｘ触媒２０の急激な温度低下を防ぐものである。更に、この排気通路切換時に、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（上流側触媒温度）の変化速度が小さいほど、排気通路切換バルブ３４の切換周波数ｆを大きくする。
【００７９】
すなわち、排気温度の変化が緩やかで上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態の変化が小さい時ほど、排気の流れを主排気通路３１からバイパス排気通路３２に急に切り換えると、下流側ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の温度低下によるＮＯｘ浄化率の低下が大きくなりやすい。この対策として、排気通路切換バルブ３４の切換周波数ｆを大きくすると、バイパス排気通路３２側から下流側ＮＯｘ触媒２０に低温の排気を供給する時間間隔が短くなり、下流側ＮＯｘ触媒２０の温度変化が少なくなるため、排気の温度低下によるＮＯｘ浄化率の低下を防ぐことができる。
【００８０】
以上説明したＮＯｘ浄化制御は、ＥＣＵ２２にて所定時間毎（例えば１秒毎）に図１５の排気通路切換制御プログラムに従って実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ４０１で、排気温度センサ２１で検出した上流側触媒温度Ｔ（上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態）を読み込み、次のステップ４０２で、この上流側触媒温度Ｔが含まれる活性状態の領域が図２のＡ，Ｂ，Ｃのいずれに該当するか判定する。
【００８１】
そして、上記ステップ４０２で判定した領域がＡ又はＣならば、ステップ４０３に進み、上流側触媒温度Ｔの変化速度を例えば前回の温度Ｔから今回の温度Ｔを差し引くことで算出し、更に、この上流側触媒温度Ｔの変化速度に基づいて排気通路切換バルブ３４の切換周波数ｆをマップにより算出する。この切換周波数ｆのマップは、図１６に示すように上流側触媒温度Ｔの変化速度をパラメータとして決められ、上流側触媒温度Ｔの変化速度が小さくなるほど、切換周波数ｆが大きくなるように設定されている。
【００８２】
切換周波数ｆの算出後、ステップ４０４に進み、排気の流れを主排気通路３１からバイパス排気通路３２に切り換える際に、排気通路切換バルブ３４を切換周波数ｆでバイパス排気通路３２側と主排気通路３１側とに交互に切り換える動作を所定時間又は所定回数繰り返す。一方、上記ステップ４０２で判定した領域がＢならば、ステップ４０５に進み、排気通路切換バルブ３４を主排気通路３１側に排気を流すように切り換える。
【００８３】
以上説明した排気通路切換制御では、例えば、図１７に示すように、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（上流側触媒温度）がＡ→Ｂ→Ｃの順に変化する場合、Ａ→Ｂの領域は、前記実施形態（３）と同じ制御が行われる。この後、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態がＢからＣへ変わる時刻Ｘにおいて、排気通路を主排気通路３１側からバイパス排気通路３２側に切り換えるが、これを一度に切り換えると、時刻Ｘ以前での放熱により冷えたＨＣ吸着材３３を排気が通過するため、排気温度が下がり、そのため、下流側ＮＯｘ触媒２０の温度が低下して、ＮＯｘ浄化率が低下する。
【００８４】
これに対し、本実施形態（５）では、排気通路を主排気通路３１側からバイパス排気通路３２側に切り換える際に、排気通路切換バルブ３４を切換周波数ｆで切り換えることで、高温の排気を間欠的に主排気通路３１側から下流側ＮＯｘ触媒２０に供給することができて、下流側ＮＯｘ触媒２０の急激な温度低下を防ぐことができ、排気通路切換直後から下流側ＮＯｘ触媒２０でも高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。
【００８５】
尚、本実施形態（５）では、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（上流側触媒温度）の変化速度に応じて切換周波数を変更したが、切換周波数一定で切換間隔の時間比率（デューティー比）を変更しても良く、勿論、切換周波数と切換間隔の時間比率の双方を変更しても良い。この場合、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態の変化速度が小さいほど、主排気通路３１側を流す排気の割合を多くするように切換間隔の時間比率を変更すれば良い。
【００８６】
或は、排気通路切換時に、排気通路切換バルブ３４を切換周波数ｆで切り換える代わりに、排気通路切換バルブ３４を中間的な位置で保持し、その開度を上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態に応じて制御するようにしても、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）を示すエンジン制御システム全体の構成図
【図２】触媒温度と浄化率との関係を示す図
【図３】後噴射時期、シリンダ内温度、ＨＣの改質度合の関係を示す図
【図４】パイロット噴射、主噴射、後噴射の関係を示すタイムチャート
【図５】後噴射時期制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】上流側触媒温度Ｔと後噴射時期との関係を示す図
【図７】上流側触媒温度Ｔ＞設定温度Ｔ１の場合の排気中のＨＣ量とＮＯｘ量の分布を示す図
【図８】上流側触媒温度Ｔ≦設定温度Ｔ１の場合の排気中のＨＣ量とＮＯｘ量の分布を示す図
【図９】本発明の実施形態（２）を示すエンジン制御システム全体の構成図
【図１０】本発明の実施形態（３）を示すエンジン制御システム全体の構成図
【図１１】本発明の実施形態（３）の排気通路切換制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１２】本発明の実施形態（３）の排気通路切換制御の挙動を示すタイムチャート
【図１３】本発明の実施形態（４）を示すエンジン制御システム全体の構成図
【図１４】本発明の実施形態（４）の排気通路切換制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１５】本発明の実施形態（５）の排気通路切換制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１６】上流側触媒温度の変化速度をパラメータとする排気通路切換バルブの切換周波数のマップを概念的に示す図
【図１７】本発明の実施形態（５）の排気通路切換制御の挙動を示すタイムチャート
【符号の説明】
１０…ディーゼルエンジン（内燃機関）、１１…吸気管、１４…燃料噴射弁（燃料噴射手段，還元剤供給手段）、１５…高圧燃料ポンプ、１８…排気管（排気通路）、１９…上流側ＮＯｘ触媒（触媒）、２０…下流側ＮＯｘ触媒（触媒）、２１…排気温度センサ（上流側触媒活性状態判定手段）、２２…ＥＣＵ（燃料噴射制御手段，後噴射時期補正手段，制御手段）、２３…エンジン回転数センサ、３１…主排気通路、３２…バイパス排気通路、３３…ＨＣ吸着材、３４…排気通路切換バルブ（排気通路切換手段）、３５…排気温度センサ（下流側触媒活性状態判定手段）、４０…ＨＣ吸着材（ＨＣ吸着手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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