(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する粒子捕集手段と、
該手段の下流に備えられ、排気空燃比が希薄を示す高空燃比であるときに排気ガスに含まれるＮＯｘを吸収する一方、排気空燃比の低下に応じて吸収したＮＯｘを放出し及び還元するＮＯｘ吸収手段と、
前記粒子捕集手段の上流又はそれ自体に備えられ、排気ガスに含まれる特定成分を酸化する酸化手段と、
前記粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段が再生時期にあることをそれぞれ判定する再生時期判定手段と、
該手段による判定結果に基づいて前記粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段をともに再生するときに、排気ガスに炭化水素を供給するとともに、前記酸化手段に流入する排気ガスに該供給した炭化水素を燃焼させるのに必要な量よりも少ない量の酸素のみを含ませるように、炭化水素の供給量に基づいて吸入空気量を減少させて、過濃を示す低空燃比にまで排気空燃比を低下させる同時再生手段と、
を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記同時再生手段が、前記粒子捕集手段の温度に基づいて炭化水素の供給量を調整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】
前記同時再生手段が、前記粒子捕集手段がその再生に適した所定温度となるように炭化水素の供給量を調整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４】
前記同時再生手段が、前記粒子捕集手段の温度が低いほど炭化水素の供給量を増加させることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記同時再生手段が、前記粒子捕集手段の温度の前記所定温度に対する偏差に基づいて炭化水素の供給量を調整することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記同時再生手段が、前記偏差が所定値を超えたときに該偏差を前記所定値以下に収めるように、炭化水素の供給量を調整することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記所定温度が、前記粒子捕集手段の再生可能下限温度以上であることを特徴とする請求項３，５又は６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記所定温度が、前記粒子捕集手段の劣化限界温度以下であることを特徴とする請求項３及び５〜７のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記同時再生手段が炭化水素の供給量を調整して前記偏差を前記所定値以下に収める場合に、前記所定温度を前記再生可能下限温度及び劣化限界温度の中間温度に設定するとともに、前記所定値を前記再生可能下限温度及び劣化限界温度の差の半分の値に設定したことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
筒内に臨む燃料噴射弁を備える内燃機関において、前記同時再生手段が、膨張行程から排気行程にかけての所定時期に該燃料噴射弁を駆動して、炭化水素を供給することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
吸気絞り弁を備える内燃機関において、前記同時再生手段が、該吸気絞り弁により吸入空気量を制御して排気空燃比を低下させることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段をともに再生するときであって、前記粒子捕集手段が所定の低温状態にあり、かつ、燃焼残ガスに含まれる最大空気量が所定量以下となる場合に、前記同時再生手段が、吸入空気量を最大に設定するとともに、炭化水素の供給量を増加して排気空燃比を低下させることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する粒子捕集手段と、
該手段の下流に備えられ、排気空燃比が希薄を示す高空燃比であるときに排気ガスに含まれるＮＯｘを吸収する一方、排気空燃比の低下に応じて吸収したＮＯｘを放出し及び還元するＮＯｘ吸収手段と、
前記粒子捕集手段の上流又はそれ自体に備えられ、排気ガスに含まれる特定成分を酸化する酸化手段と、
前記粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段が再生時期にあることをそれぞれ判定する再生時期判定手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記再生時期判定手段による判定結果に基づいて前記粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段をともに再生するときに、排気ガスに炭化水素を供給するとともに、前記粒子捕集手段が再生するのに必要な温度となるための最少量の酸素が前記酸化手段に供給されるように、炭化水素の供給量に基づいて吸入空気量を減少させて、過濃を示す低空燃比にまで排気空燃比を低下させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
前記両手段をともに再生する同時再生時に前記酸化手段に供給される、前記最少量としての酸素の量が、前記再生時期判定手段による判定結果に基づいて前記粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段のうち前記粒子捕集手段のみを再生する場合に前記酸化手段に供給される量よりも少ない請求項１３に記載の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、ディーゼル機関等の内燃機関の排気ガスから粒子状物質及び窒素酸化物を除去する排気浄化装置に関し、詳細には、そのような排気浄化装置の再生技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガスから粒子状物質（以下、ＰＭ）及び窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）を除去する手段を備える内燃機関の排気浄化装置として、次に述べるものがある（特開平９−５３４４２号公報参照）。
従来技術に係るディーゼル機関は、排気系統において上流から順に酸化触媒、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦ）及びＮＯｘ吸収剤を備える。これらのうち、酸化触媒は、排気ガスに含まれる未燃燃料（炭化水素）及び一酸化炭素を酸化して無害化し、ＤＰＦは、排気ガスからＰＭを除去する。また、ＮＯｘ吸収剤は、排気ガスからＮＯｘを除去する機能を有し、排気空燃比が希薄（リーン）を示す高空燃比であるときに排気ガスに含まれるＮＯｘを吸収する。
【０００３】
このような排気浄化装置では、ＤＰＦにＰＭが捕集され続けると、やがて目詰まりを起こし、排圧が過大となってしまう。そのため、堆積したＰＭを定期的に除去する必要がある。これを達成するため、排気行程中に燃料を噴射して排気ガスに炭化水素を供給するとともに、排気温度を上昇させる。これにより、酸化触媒において排気ガス中のＮＯが酸化して得られた二酸化窒素（以下、ＮＯ２）と、ＤＰＦ上のＰＭとの反応を促進させることで、ＤＰＦが再生される。
【０００４】
また、ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘが吸収され続けても、やがてＮＯｘ吸収剤の吸収能力の限界に達し、流入したＮＯｘがそのまま放出されてしまう。そのため、ここでも吸収したＮＯｘを除去する必要がある。ここで、ＮＯｘ吸収剤には、排気空燃比が過濃（リッチ）な状態にあれば吸収したＮＯｘを放出するという性質がある。放出されたＮＯｘは、排気ガス中の炭化水素と反応して還元され、無害化される。そこで、従来は、定期的に排気空燃比をリッチとするため、排気行程中に燃料を噴射することとしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような排気浄化装置によれば、排気ガスからＰＭ及びＮＯｘを除去するとともに、必要に応じて蓄積したＰＭ等を処理して再生を図ることができるが、次に述べる問題がある。
すなわち、ＤＰＦを再生しているときに更にＮＯｘ吸収剤の再生要求があった場合に、排気空燃比をリッチとするために単に燃料を追加噴射しただけでは、酸化触媒の性能に支障を来しかねない。燃焼に寄与しなかった余剰酸素と、ＮＯｘ吸収剤の再生のために追加噴射された燃料（炭化水素）とが酸化触媒で反応し、発熱するからである。ＤＰＦ再生時において酸化触媒は、ＮＯ２とＰＭとの酸化促進のために燃料を燃焼させて高温となっており、そのうえ更に発熱するとなれば、酸化触媒が過剰に昇温し、条件によっては劣化してしまうのである。
【０００６】
酸化触媒が劣化すると、炭化水素や一酸化炭素を浄化するという本来的な役割が果たせなくなるばかりでなく、ＮＯの酸化反応も鈍くなってしまう。そうなると、ＤＰＦにＮＯ２が充分に供給されなくなるため、ＰＭが燃焼（酸化）され難くなって再生されず、排圧が高くなって機関運転が困難となる場合もある。
また、ＤＰＦに関して、使用するＤＰＦが耐熱性の高いものである場合はともかく、捕集効率の良好な炭化珪素等を用いたタイプのものは、熱に弱いので、酸化触媒を介して過剰に加熱された排気ガスが流入すると、劣化してしまう場合がある。
【０００７】
堆積したＰＭの燃焼を容易にすべく、ＤＰＦに酸化触媒を担持させたものを設置する方法がある。この場合に、前述同様にＤＰＦ再生時にＮＯｘ吸収剤の再生のために燃料が更に噴射されると、ＤＰＦが過剰に加熱されることになる。燃焼に寄与しなかった余剰酸素と、ＮＯｘ吸収剤の再生のために噴射された燃料とがＤＰＦ上で反応するからである。炭化珪素等を用いたタイプのＤＰＦは熱に弱いため、過剰な加熱は、その性能を大幅に劣化させてしまう。
【０００８】
以上のようなＤＰＦ再生中に更にＮＯｘ吸収剤の再生要求があった場合の酸化触媒やＤＰＦの劣化を回避するには、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチとするために燃焼空燃比（燃焼室内に形成される混合気の空燃比）を低下させることが考えられる。この方法によると、排気行程中に燃料を噴射する場合と比べてスモーク性能は悪化する傾向にあるが、ＤＰＦが設けられているためにそれが問題となることはない。
【０００９】
しかしながら、ＤＰＦを再生する際に燃焼空燃比がリッチとなると、酸化触媒に流入する排気ガスに酸素が含まれなくなるので、酸化反応が起こらなくなる。このため、ＤＰＦの加熱に必要な熱量が得られず、ＤＰＦの再生が行われないという問題がある。結果として、２次エア等を供給しない場合は、燃焼空燃比をリーンとして酸素を残し、燃焼後に燃料を追加噴射するのがＤＰＦの再生には好適と言える。
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気ガスに含まれるＰＭを捕集する手段と、排気ガスに含まれるＮＯｘを吸収する手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、これらの手段を有効に同時再生する点にある。
また、本発明は、それらの手段の同時再生を効率良く達成することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、そのような同時再生を簡素な構成により実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明では、内燃機関の排気浄化装置を、次の（ａ）〜（ｅ）の手段を含んで構成する。すなわち、（ａ）排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する粒子捕集手段、（ｂ）粒子捕集手段の下流に備えられ、排気空燃比が希薄を示す高空燃比であるときに排気ガスに含まれるＮＯｘを吸収する一方、排気空燃比の低下に応じて吸収したＮＯｘを放出し及び還元するＮＯｘ吸収手段、（ｃ）粒子捕集手段の上流又はそれ自体に備えられ、排気ガスに含まれる特定成分を酸化する酸化手段、（ｄ）粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段が再生時期にあることをそれぞれ判定する再生時期判定手段、及び（ｅ）再生時期判定手段による判定結果に基づいて粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段をともに再生するときに、排気ガスに炭化水素を供給するとともに、酸化手段に流入する排気ガスに該供給した炭化水素を燃焼させるのに必要な量よりも少ない量の酸素のみを含ませるように、炭化水素の供給量に基づいて吸入空気量を減少させて、過濃を示す低空燃比にまで排気空燃比を低下させる同時再生手段である。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、粒子捕集手段の温度に基づいて炭化水素の供給量を調整する。
請求項３に記載の発明では、粒子捕集手段がその再生に適した所定温度となるように炭化水素の供給量を調整する。
請求項４に記載の発明では、粒子捕集手段の温度が低いほど炭化水素の供給量を増加させる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、粒子捕集手段の温度の前記所定温度に対する偏差に基づいて炭化水素の供給量を調整する。
請求項６に記載の発明では、前記偏差が所定値を超えたときに該偏差を前記所定値以下に収めるように炭化水素の供給量を調整する。
請求項７に記載の発明では、前記所定温度を粒子捕集手段の再生可能下限温度以上に設定する。
【００１５】
請求項８に記載の発明では、前記所定温度を粒子捕集手段の劣化限界温度以下に設定する。
請求項９に記載の発明では、炭化水素の供給量を調整して前記偏差を前記所定値以下に収める場合に、前記所定温度を粒子捕集手段の再生可能下限温度及び劣化限界温度の中間温度に設定するとともに、前記所定値を前記再生可能下限温度及び劣化限界温度の差の半分の値に設定する。
【００１６】
請求項１０に記載の発明では、筒内に臨む燃料噴射弁を備える内燃機関において、膨張行程から排気行程にかけての所定時期に該燃料噴射弁を駆動して、炭化水素を供給する。
請求項１１に記載の発明では、吸気絞り弁を備える内燃機関において、該吸気絞り弁により吸入空気量を制御して排気空燃比を低下させる。
【００１７】
請求項１２に記載の発明では、粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段をともに再生するときであって、粒子捕集手段が所定の低温状態にあり、かつ、燃焼残ガスに含まれる最大空気量が所定量以下となる場合に、吸入空気量を最大に設定するとともに、炭化水素の供給量を増加して排気空燃比を低下させる。
なお、「燃焼残ガス」とは、筒内において燃焼により生成されるガスを言い、再生のための炭化水素が燃焼後に供給される場合は、燃焼残ガスとこの炭化水素とを含んで排気ガスが形成される。また、「最大空気量」とは、ある運転状態において燃焼残ガスの酸素濃度を減少させるための手段（例えば、ＥＧＲや吸気絞り）を作動させないで得られる燃焼残ガスに含まれる空気の量を言う。
【００１８】
また、請求項１３に記載の発明では、（イ）排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する粒子捕集手段、（ロ）粒子捕集手段の下流に備えられ、排気空燃比が希薄を示す高空燃比であるときに排気ガスに含まれるＮＯｘを吸収する一方、排気空燃比の低下に応じて吸収したＮＯｘを放出し及び還元するＮＯｘ吸収手段、（ハ）粒子捕集手段の上流又はそれ自体に備えられ、排気ガスに含まれる特定成分を酸化する酸化手段、及び（ニ）粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段が再生時期にあることをそれぞれ判定する再生時期判定手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、再生時期判定手段による判定結果に基づいて粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段をともに再生するときに、排気ガスに炭化水素を供給するとともに、粒子捕集手段が再生するのに必要な温度となるための最少量の酸素が酸化手段に供給されるように、炭化水素の供給量に基づいて吸入空気量を減少させて、過濃を示す低空燃比にまで排気空燃比を低下させることとする。
請求項１４に記載の発明では、粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段をともに再生する同時再生時に酸化手段に供給される、前記最少量としての酸素の量が、再生時期判定手段による判定結果に基づいて粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段のうち粒子捕集手段のみを再生する場合に酸化手段に供給されるものよりも少ない量に設定する。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１，１３及び１４に係る発明によれば、粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段がともに再生される同時再生に際し、同時再生手段により、まず、排気ガスに供給される炭化水素の量が決定される。そして、この炭化水素の供給量に基づいて、供給された炭化水素を燃焼させるのに必要な量よりも少ない量の酸素のみを酸化手段に流入する排気ガスに含ませるように（又は粒子捕集手段が再生するのに必要な温度となるための最少量の酸素が酸化手段に供給されるように）、吸入空気量が減少され、排気空燃比が過濃を示す低空燃比にまで低下される。従って、酸化手段において過剰な発熱が起こらず、粒子捕集手段を過剰に加熱することもないので、これらの手段の劣化を防止できる。そして、粒子捕集手段が適正範囲内で加熱されるとともに、残りの炭化水素がＮＯｘ吸収手段に供給されるので、これらを有効に同時再生できる。
【００２０】
請求項２，３に係る発明によれば、粒子捕集手段の温度に基づいてその再生のために最適な量の炭化水素を供給できる。そして、この供給量に基づいて排気空燃比が低下される。従って、例えば、同時再生時に炭化水素が増量された場合は、その増量分に対応して排気ガスに含まれる空気量が増加される。このため、酸化手段における発熱量を制御し、粒子捕集手段を温度調整できる。酸化手段において排気ガスに含まれる酸素の殆どが消費されるので、ＮＯｘ吸収手段の再生も効率良く行われる。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、粒子捕集手段が低温であるほど炭化水素の供給量が増加され、酸化手段における発熱量が大きくなるので、低温で再生効率の低い粒子捕集手段を速やかに適正温度にまで加熱できる。一方、粒子捕集手段が高温となると、炭化水素の供給量が減少され、酸化手段における発熱量が小さくなるので、粒子捕集手段の過剰な加熱による劣化を防止できる。
【００２２】
請求項５に係る発明によれば、粒子捕集手段を所定温度に温度調整できる。特に、所定温度を粒子捕集手段の再生可能下限温度以上とすることで（請求項７）、この手段の再生を確実に行わせ、また、所定温度を粒子捕集手段の劣化限界温度以下とすることで（請求項８）、この手段の劣化を防止できる。
ここで、粒子捕集手段の再生可能下限温度及び劣化限界温度は、本発明が適用されるシステムに応じて異なるので、実験等により最適に設定するのが望ましい。再生可能温度については、例えば、酸化手段及び粒子捕集手段として、先の従来技術で述べた酸化触媒とＤＰＦとの組合せを用い、ＤＰＦ上のＰＭを酸化触媒により生成されたＮＯ２を酸化剤として酸化させるシステム（ＣＲＦ）とした場合は、ＤＰＦは３００℃以下の温度でも再生可能とされる。また、ＤＰＦに酸化触媒を担持させ、排気ガスに含まれる酸素とＰＭとをＤＰＦ上で反応させるシステムでは、４００℃以上の温度が必要とされる。
【００２３】
請求項６に係る発明によれば、炭化水素の供給量を調整する際に、所定温度付近に粒子捕集手段の温度に関して調整動作に対する緩衝領域が形成されるので、安定した調整を行える。
請求項９に係る発明によれば、粒子捕集手段が劣化限界温度を超えた場合に、炭化水素の供給量を減少させて劣化温度以下に抑えるとともに、再生可能温度未満となった場合に、この供給量を増加させて再生可能温度に調整できる。
【００２４】
請求項１０に係る発明によれば、機関への燃料供給用の燃料噴射弁により再生のための炭化水素をも賄うことで、再生のために新たな装置を付加する必要がないうえ、制御を簡素化できる。
請求項１１に係る発明によれば、吸気絞り弁により吸入空気量を制御して排気空燃比を低下させることで、燃焼残ガスに含まれる酸素を消費したり或いは分離したりするための手段や、２次エア供給用のポンプ等を排気系統に設けることなく、酸化手段に供給される酸素量を調整できる。
【００２５】
請求項１２に係る発明によれば、同時再生に際し、粒子捕集手段が所定の低温状態にあり、かつ、燃焼残ガスに含まれる最大空気量が所定量以下である場合に、吸入空気量を最大とし、炭化水素の供給量の増量により排気空燃比を低下させることで、運転性に影響を与えずに同時再生が行える。このような条件では、粒子捕集手段が多少加熱されたところで劣化限界温度に至ることはなく、また、燃焼残ガスに含まれる酸素が比較的少ないため、酸化手段における発熱にも限界がある。従って、ここでは、同時再生に際して酸化手段に供給される酸素量を特に制限せずとも、酸化手段及び粒子捕集手段が劣化することはないと判断できる。なお、排気空燃比を低下させるには、ＥＧＲ量を増やしたり或いは吸気絞り弁を閉じることでも対応できるが、これらの場合は、機関の発生トルクに変動が生じてしまうことがある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
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内燃機関の排気浄化装置を備えるディーゼル機関（以下、エンジン）１の構成図である。
エンジン１のシリンダブロック２にピストン３が挿入されており、ピストン３は、コネクティングロッド（二点鎖線で示す）４を介してクランク軸５と連結している。シリンダブロック２上にシリンダヘッド６が固定され、ピストン上面とヘッド下面との間に燃焼室７が形成される。
【００２７】
吸気通路８は、燃焼室７の一側に連通しており、ポートに吸気弁９が設置されている。吸気弁９は、吸気カム１０により駆動される。吸気通路８には、上流よりエアクリーナ（図示せず）、エアフローメータ１１、吸気絞り弁（バタフライ弁）１２及びサージタンク１３が設置されている。エアフローメータ１１は、吸入空気量に対応する検出信号を電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）３１に出力する。吸気絞り弁１２は電磁弁であり、ＥＣＵ３１からの制御信号に基づいて駆動装置１４により駆動され、吸入空気量を制御する。吸入空気は、サージタンク１３を通過した後、マニホールド部において各気筒に分配され、吸気弁９の制御を受けて筒内に導入される。
【００２８】
燃焼室７の上部略中央に臨んで燃料噴射弁（以下、インジェクタ）１５が設置されている。インジェクタ１５は、ＥＣＵ３１からの制御信号に基づいて作動し、所定量の燃料を所定時期に筒内に直接噴射する。ＥＣＵ３１にアクセルセンサ１６及びクランク角センサ１７等の検出信号が入力され、ＥＣＵ３１は、これらの制御情報に基づいて噴射量及び噴射時期を設定する。燃焼による仕事をピストン３が受け、コネクティングロッド４を介してクランク軸５が駆動される。
【００２９】
燃焼残ガスは、排気通路１８を介して大気中に放出される。排気通路１８のポートに排気弁１９が設置されている。排気弁１９は、排気カム２０により駆動される。排気通路１８とサージタンク１３とがＥＧＲ通路２１を介して連通され、該通路に制御弁（以下、ＥＧＲ弁）２２が設置されている。ＥＧＲ弁２２がＥＣＵ３１からの制御信号に基づいて開閉し、開弁時において、開度に応じて適量に流量制御された排気ガスが吸気系統に還流される。ＥＧＲによりＮＯｘの発生が抑制される。
【００３０】
また、排気通路１８には、ＥＧＲ通路２１のポートよりも下流に、上流から順に酸化触媒２３、ＤＰＦ２４及びＮＯｘ吸収剤２５が設置されている。酸化触媒２３は、主に、排気ガスに含まれる未燃燃料（炭化水素）及び一酸化炭素を酸化する。ＤＰＦ２４は、排気ガス中に浮遊するＰＭを捕集する。ＮＯｘ吸収剤２５は、排気空燃比がリーンのときに排気ガスに含まれるＮＯｘを吸収し、排気空燃比がリッチのときに吸収したＮＯｘを放出し及び還元する。ここに、酸化触媒２３が本発明に係る酸化手段を、ＤＰＦ２４が粒子捕集手段を、ＮＯｘ吸収剤２５がＮＯｘ吸収手段をそれぞれ構成する。ここで、ＤＰＦ２４に温度センサ２６が設置され、その検出信号がＥＣＵ３１に入力される。
【００３１】
以下に、ＥＣＵ３１により実行される制御について説明する。まず、本制御系統の構成を、図２に示すブロック図により説明する。
ＤＰＦ再生許可部Ａは、ＤＰＦ２４に堆積しているＰＭの量を推定し、ＤＰＦ２４の再生が必要か否かを判定する。また、ＤＰＦ再生時には、再生の進行度合いを確認し、再生が完了したか否かを判定する。該許可部Ａの判定結果は、ポスト噴射量算出部Ｂに反映される。
【００３２】
ポスト噴射量算出部Ｂは、ＤＰＦ再生時において、温度センサ２６からの検出信号に基づいてＤＰＦ２４の温度を検出し、ＤＰＦ２４を所定の温度帯に制御するためのポスト噴射量（燃焼のための噴射以外に、インジェクタ１５が膨張行程から排気行程にかけての所定時期に追加噴射する際の噴射量）を演算する。演算結果は、インジェクタ１５に出力されるとともに、吸気空気量演算部Ｄに反映される。
【００３３】
インジェクタ１５は、圧縮行程に燃焼のために噴射するとともに、ポスト噴射量算出部Ｂにおける演算結果に基づいて、膨張行程から排気行程にかけての所定時期にも噴射する。
ＮＯｘ吸収剤再生許可部Ｃは、ＮＯｘ吸収剤２５に吸収されているＮＯｘの量を推定し、吸収剤２５の再生が必要か否かを判定する。また、吸収剤再生時には、再生の進行度合いを確認し、再生が完了したか否かを判定する。該許可部Ｃの判定結果は、吸入空気量演算部Ｄに反映される。
【００３４】
吸入空気量演算部Ｄは、ＤＰＦ２４及びＮＯｘ吸収剤２５の再生がともに許可された場合に、ポスト噴射による分の燃料をも含めた総合的な排気空燃比を所定空燃比とするための吸入空気量を算出する。該演算部Ｄの演算結果は、吸気絞り弁１２（駆動装置１４）に出力される。
吸気絞り弁１２は、吸入空気量演算部Ｄにおける演算結果に基づいて駆動され、吸気通路８の開口面積を調整する。
【００３５】
次に、各制御ブロックＡ〜Ｄにおける制御を、フローチャートを参照して詳細に説明する。
図３は、ＤＰＦ再生許可部Ａにおける制御のフローチャートである。Ｓ（ステップ）１では、ＤＰＦ再生許可フラグＦＰＭにより、ＤＰＦ２４の再生が許可されているか否かを判定する。許可されていると判定した場合は、Ｓ７へ進み、許可されていないと判定した場合は、Ｓ２へ進む。
【００３６】
Ｓ２では、アクセルセンサ１６及びクランク角センサ１７の出力値に基づいてアクセル開度ＡＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅを読み込む。
Ｓ３では、アクセル開度ＡＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅに応じて割り付けたマップを参照して、単位時間（本ルーチンの実行周期）当たりのＰＭ堆積量ＰＭを読み込む。
【００３７】
そして、Ｓ４で読み込んだＰＭを積算し、ＤＰＦ２４における総ＰＭ堆積量ΣＰＭを求める。
Ｓ５では、総ＰＭ堆積量ΣＰＭが、ＤＰＦ２４のＰＭの限界堆積量を示す所定値ＳＬＰＭを超えたか否かを判定する。超えていないと判定した場合は、ＤＰＦ２４を再生すべき時期にまだ達していないと判断して、本フローをそのまま終了する。一方、超えたと判定した場合は、ＤＰＦ２４を再生すべき時期に達したと判断して、Ｓ６に進む。
【００３８】
Ｓ６では、ＤＰＦ再生許可フラグＦＰＭに１を代入してＤＰＦ２４の再生を許可し、総ＰＭ堆積量ΣＰＭをリセットして再生停止後のΣＰＭの演算に備え、ＤＰＦ再生時間カウント用タイマＴＭＰＭをリセットする。このタイマＴＭＰＭは、ＤＰＦ２４の再生開始からの経過時間を把握するためのものである。
Ｓ１でＤＰＦ２４の再生が許可されていれば（ＦＰＭ＝１）、Ｓ７へ進み、ＤＰＦ再生時間カウント用タイマＴＭＰＭを所定間隔ＤＬＴＰＭだけ増加させる。この間隔ＤＬＴＰＭは、本ルーチンの実行周期が１秒であれば、１とし、本ルーチンが不等間隔で実行される場合は、前回実行時からの経過時間とする。
【００３９】
Ｓ８では、ＤＰＦ再生時間カウント用タイマＴＭＰＭが、再生完了を示す所定値ＳＬＴＭＰＭを超えたか否かを判定する。超えたと判定した場合は、Ｓ９に進み、ＤＰＦ再生許可フラグＦＰＭに０を代入してＤＰＦ２４の再生を停止した後、本ルーチンを終了する。一方、所定値ＳＬＴＭＰＭをまだ超えていないと判定した場合は、本ルーチンをそのまま終了し、ＤＰＦ２４の再生を続行する。
【００４０】
このように、本実施形態は、ＤＰＦ２４の再生停止を再生開始からの経過時間により判定する構成である。より正確を期すために、再生の間にＤＰＦ２４に流入したＰＭ量を推定して補正してもよい。また、ＤＰＦ２４の再生がＤＰＦの温度に依存することから、ＤＰＦが所定温度以上になった時からの経過時間により判定するのも好適である。再生停止を判定するための他の方法として、ＤＰＦ２４の前後差圧が流入ガス量に応じて決定される所定圧力以下となったときに、再生完了の判定を下すことが考えられる。
【００４１】
図４は、ＮＯｘ吸収剤再生許可部Ｃにおける制御のフローチャートである。本ルーチンの構成は、基本的に図３に示したものと同様である。本ルーチンを簡単に説明すると、次の通りである。
Ｓ１１でＮＯｘ吸収剤再生許可フラグＦＮＯにより、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されていると判定した場合は、Ｓ１２へ進み、アクセル開度ＡＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅを読み込む。そして、Ｓ１３でＡＶＯ及びＮｅに応じて割り付けたマップを参照して、単位時間当たりのＮＯｘ吸収量ＮＯを読み込む。Ｓ１４で読み込んだＮＯを積算し、総ＮＯｘ吸収量ΣＮＯを求める。さらに、Ｓ１５で総ＮＯｘ吸収量ΣＮＯが所定値ＳＬＮＯを超えたか否かを判定し、超えていないと判定した場合は、本フローをそのまま終了する一方、超えたと判定した場合は、ＮＯｘ吸収剤２５を再生すべき時期に達したと判断してＳ１６に進む。Ｓ１６では、ＮＯｘ吸収剤再生許可フラグＦＮＯに１を代入してＮＯｘ吸収剤２５の再生を許可し、総ＮＯｘ吸収量ΣＮＯをリセットして再生停止後のΣＮＯの演算に備え、再生開始からの経過時間を把握するためのＮＯｘ吸収剤再生時間カウント用タイマＴＭＮＯをリセットする。
【００４２】
一方、Ｓ１１でＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されていれば（ＦＮＯ＝１）、Ｓ１７へ進み、ＮＯｘ吸収剤再生時間カウント用タイマＴＭＮＯを所定間隔ＤＬＴＮＯだけ増加させる。この間隔ＤＬＴＮＯは、本ルーチンの実行周期が０．１秒であれば、０．１とし、本ルーチンが不等間隔で実行される場合は、前回実行時からの経過時間とする。そして、Ｓ１８でタイマＴＭＮＯが所定値ＳＬＴＭＮＯを超えたか否かを判定し、超えたと判定した場合は、Ｓ１９に進み、ＮＯｘ吸収剤再生許可フラグＦＮＯに０を代入してＮＯｘ吸収剤２５の再生を停止する。所定値ＳＬＴＭＮＯをまだ超えていないと判定した場合は、本ルーチンをそのまま終了し、ＮＯｘ吸収剤２５の再生を続行する。
【００４３】
図５は、吸入空気量演算部Ｄにおける制御のフローチャートである。Ｓ２１では、ＮＯｘ吸収剤再生許可フラグＦＮＯにより、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されているか否かを判定する。許可されていないと判定した場合は、Ｓ２７へ進み、後述するポスト噴射量算出部Ｂにおける制御で使用されるフラグＦＴＶＣに１を代入する。そして、Ｓ２８で要求吸入空気量Ｑａｒｅｑを最大値ＭＡＸに設定して、本ルーチンを終了する。つまり、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されていない間は、吸気絞り弁１２を全開させ、吸入空気量を最大限に得る。一方、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されていると判定した場合は、Ｓ２２へ進む。
【００４４】
Ｓ２２では、温度センサ２６及びエアフローメータ１１の出力値に基づいて、ＤＰＦ２５の温度ＴＤＰＦ及び吸入空気量Ｑａを読み込むとともに、燃焼のために噴射される燃料の重量流量（以下、燃焼燃料量）Ｑｆを読み込む。燃焼燃料量Ｑｆは、例えば、アクセル開度ＡＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅに対応させて割り付けたマップから読み込む。
【００４５】
Ｓ２３では、吸入空気量Ｑａ及び燃焼燃料量Ｑｆに基づいて、次式（１）により燃焼残ガスに含まれる空気量（筒内に吸入されたものの燃焼に寄与することなく排出される空気の量を言い、以下、燃焼残ガス中空気量）Ｑａｅｘｈを算出する。なお、Ｃ１は、定数であり、理論空燃比に相当する。
Ｑａｅｘｈ＝Ｑａ−Ｑｆ×Ｃ１  ・・・（１）
Ｓ２４では、ＤＰＦ温度ＴＤＰＦ及び燃焼残ガス中空気量Ｑａｅｘｈに対応させて割り付けたマップを参照して、現在の運転状態の属する領域を判定する。温度ＴＤＰＦが高く、かつ、空気量Ｑａｅｘｈも多い領域では、フラグＦＴＶＣに１を代入して、Ｓ２５へ進む。
【００４６】
Ｓ２５では、ポスト噴射量算出部Ｂにおいて算出されるポスト噴射量Ｑｐを読み込む。
そして、Ｓ２６で燃焼燃料量Ｑｆ及びポスト噴射量Ｑｐに基づいて、次式（２）により要求吸入空気量Ｑａｒｅｑを算出する。なお、Ｃ２は、定数であり、ＮＯｘ吸収剤２５の再生に必要な排気空燃比（過濃を示す低空燃比に設定され、ガソリンでは、およそ１２．５）に相当する。
【００４７】
Ｑａｒｅｑ＝（Ｑｆ＋Ｑｐ）×Ｃ２  ・・・（２）
ＮＯｘ吸収剤２５の再生（特に、ＤＰＦ２４との同時再生）に際し、ＤＰＦ温度ＴＤＰＦが高く、かつ、燃焼残ガス中空気量Ｑａｅｘｈも多い領域において、このように吸入空気量の調整により排気空燃比を低下させることとするのは、次の理由による。
【００４８】
すなわち、吸入空気量をそのままにして、ポスト噴射量Ｑｐの増量のみによる場合は、酸化触媒２３に供給される酸素量が多過ぎ、酸化反応が過剰に行われることとなり、ＤＰＦ２４が劣化限界温度を超えるおそれがあるためである。そこで、吸入空気量を減量して排気空燃比を低下させ、ＮＯｘ吸収剤２５に流入する排気ガスの空燃比をリッチに調整する。
【００４９】
ここでは、上記手法により排気空燃比をリッチ化したが、吸入空気をＱｆ及びＱｐが理論空燃比で燃焼する分、すなわち、Ｑａｒｅｑ＝（Ｑｆ＋Ｑｐ）×Ｃ１とし、排気空燃比のリッチ化のために必要な燃料を更にポスト噴射により供給する手法を採用してもよい。このような手法によっても、本発明の効果を充分得られる。
【００５０】
そして、Ｓ２６で算出された要求吸入空気量Ｑａｒｅｑに実際の吸入空気量を合わせるように吸気絞り弁１２が駆動される。
以上の結果、筒内へは、重量流量Ｑａｒｅｑの空気が吸入され、噴射された燃料（重量流量Ｑｆ）が燃焼する。燃焼残ガスは、燃焼に寄与せずに残った一部の吸入空気を含む。そして、膨張行程から排気行程にかけての所定時期にポスト噴射が行われ、ＤＰＦ２４及びＮＯｘ吸収剤２５の同時再生のための炭化水素を含んだ排気ガスが形成される。この排気ガスの空燃比はリッチとされるので、排気ガスに含まれる酸素は、上記炭化水素が完全に燃焼するのに必要な量よりも少ない。従って、酸化触媒２３では、この酸素の全部が消費されたとしても、一部の炭化水素が燃焼せずに残ることとなる。この残りの炭化水素は、ＤＰＦ２４を通過して、ＮＯｘ吸収剤２５に供給される。これにより、ＤＰＦ２４を再生可能温度に加熱するとともに、ＮＯｘ吸収剤２５に流入する排気ガスもリッチとなるので、双方を有効に同時再生できるのである。
【００５１】
Ｓ２４でＤＰＦ温度ＴＤＰＦが低く、かつ、燃焼残ガス中空気量Ｑａｅｘｈも少ない領域にあると判定した場合は、フラグＦＴＶＣに０を代入してＳ２８に進む。そして、Ｓ２８で要求吸入空気量Ｑａｒｅｑを最大値ＭＡＸとした後、本ルーチンを終了する。
このように、ＮＯｘ吸収剤２５の再生（ＤＰＦ２４との同時再生）に際し、ＤＰＦ温度ＴＤＰＦが低く、かつ、燃焼残ガス中空気量Ｑａｅｘｈも少ない領域では、吸入空気量を最大限に得て、ポスト噴射量の増量により排気空燃比を低下させる。ＤＰＦ２４は低温であるために劣化限界温度までに充分な余裕があるうえ、酸化触媒２３に供給される酸素量も比較的少ないので、ポスト噴射量を増量してもＤＰＦ２４が過剰に加熱されることはなく、劣化のおそれがないと推測できるからである。
【００５２】
このように、本実施形態では、吸入空気量演算部Ｄにおいて、ＮＯｘ吸収剤２５の再生に際し、ポスト噴射のみで対応できる場合（ＦＴＶＣ＝０）は、ポスト噴射のみによる対応を優先させた。それは、次の理由による。
すなわち、吸気絞り弁１２を閉弁させることにより吸入空気量を減少させる方法では、機関にポンプロスが発生し、同じアクセル開度ＡＶＯでも出力が低下する場合があるからである。近年の制御技術の発達により、そのポンプロス分を補正することも可能となってきたが、運転者の感じるトルク変動を常に消去できるとは限らない。このため、ＮＯｘ吸収剤２５の再生においても、トルク変動の生じ難いポスト噴射をできる限り利用するのが有利である。
【００５３】
図６は、ポスト噴射量算出部Ｂにおける制御のフローチャートである。Ｓ３１では、吸入空気量演算部Ｄで設定したフラグＦＴＶＣの値を判定する。ＦＴＶＣ＝０と判定した場合は、Ｓ４０へ進み、ＦＴＶＣ＝１と判定した場合は、Ｓ３２へ進む。
ＦＴＶＣ＝０の場合は、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されており、この再生にポスト噴射のみで対応したとしてもＤＰＦ２４が劣化するおそれのないことが推測されている。Ｓ４０では、吸入空気量Ｑａ及び燃焼燃料量Ｑｆを読み込む。ここで、吸気絞り弁１２は全開とされているため、Ｑａは最大値をとる。そして、Ｓ４１でＱａ及びＱｆに基づいて、次式（３）により排気空燃比をリッチとするポスト噴射量Ｑｐを算出する。
【００５４】
Ｑｐ＝（Ｑａ−Ｑｆ×Ｃ１）／Ｃ２  ・・・（３）
つまり、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されており、かつ、ＤＰＦ２４が劣化するおそれのない場合は、ＤＰＦ２４の再生許可の有無及び温度に拘わらず排気空燃比をリッチとし、ＮＯｘ吸収剤２５を再生する。このとき、ポスト噴射により供給された炭化水素の一部がＤＰＦ２４の再生のために消費され、残った炭化水素がＮＯｘ吸収剤２５に供給されて再生に寄与する。
【００５５】
一方、ＦＴＶＣ＝１の場合は、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されていないか、又は許可されていても、ポスト噴射のみで対応するとＤＰＦ２４が劣化するおそれがあるので、吸入空気量も調整することにより排気空燃比をリッチとする。以降のＳ３２〜３９及び４２では、ポスト噴射量Ｑｐが設定されるだけであり、排気空燃比をリッチとする制御は行われない。但し、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されている場合は、前述したＳ２６で排気空燃比がリッチとされるので、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が同時に行われる。
【００５６】
Ｓ３２では、ＤＰＦ再生許可フラグＦＰＭにより、ＤＰＦ２４の再生が許可されているか否かを判定する。許可されていないと判定した場合は、Ｓ４２へ進み、ポスト噴射量Ｑｐを０とした後、本ルーチンを終了する。
一方、ＤＰＦ２４の再生が許可されていると判定した場合は、Ｓ３３へ進んでＤＰＦ温度ＴＤＰＦを読み込み、以降のステップでＴＤＰＦに基づいてポスト噴射量Ｑｐを設定する。なお、設定されたＱｐは、図５のＳ２５で読み込まれ、要求吸入空気量Ｑａｒｅｑの算出に使用される。
【００５７】
Ｓ３４では、ＤＰＦ温度の目標値ＴＴＧＴと、現在のＤＰＦ温度ＴＤＰＦとの差ＴＤＬＴ（＝ＴＴＧＴ−ＴＤＰＦ）を算出する。
Ｓ３５では、温度差ＴＤＬＴが適正範囲（｜ＴＤＬＴ｜＜ＴＳＬ）内にあるか否かを判定する（ＴＳＬは、ＤＰＦ２４を再生するための適正範囲を示すしきい温度である）。適正範囲内にあると判定した場合は、本ルーチンをそのまま終了して、現在のポスト噴射量Ｑｐを維持する。一方、適正範囲内にないと判定した場合は、Ｓ３６に進む。
【００５８】
Ｓ３６では、温度差ＴＤＬＴに基づいてポスト噴射量の補正量Ｑｄｌｔを読み込む。補正量Ｑｄｔｌは、ＴＤＬＴの絶対値が大きいほど大きくなるように設定するとよい。
Ｓ３７では、補正量Ｑｄｌｔを現在のポスト噴射量Ｑｐに加算する。温度差ＴＤＬＴが正の値であり、ＤＰＦ温度ＴＤＰＦが目標温度ＴＴＧＴよりも低い場合は、Ｑｄｌｔが正の値をとるので、ポスト噴射量Ｑｐは増量される。一方、ＴＤＴＬが負の値である場合は、Ｑｄｌｔが負の値をとるので、ポスト噴射量Ｑｐは減量される。このように、ＴＤＰＦがＴＴＧＴへと収束するように制御される。
【００５９】
ここで、目標温度ＴＴＧＴは、ＤＰＦ２４の再生可能温度（システムによって異なるが、例えば、３００℃（＝再生可能下限温度）以上）であり、かつ、ＤＰＦ２４の劣化限界温度（システムによって異なるが、例えば、１０００℃）よりも充分に低い温度に設定する。例えば、ＴＴＧＴを再生可能下限温度及び劣化限界温度の中間値とするとともに、ＴＳＬをこれらの温度の差の半分の値とするのが望ましい。再生可能温度が低いほど再生効率が高くなるので、今後は、再生可能温度がより低下することも予想される。
【００６０】
そして、Ｓ３８でポスト噴射量Ｑｐがインジェクタ１５の動作限界を示す所定値ＱｐＭＡＸよりも大きいと判定された場合は、Ｓ３９においてＱｐにＱｐＭＡＸを代入し、ポスト噴射量ＱｐをＱｐＭＡＸ以下に制限する。
なお、補正量Ｑｄｌｔを算出するには、一般的なＰＩＤ制御等の方法を採用してもよい。また、上記の例では、ポスト噴射量算出部Ｂ（図６のフローチャート）において、ＤＰＦの再生が許可されていない場合にＱｐが０となる（Ｓ４２）。従って、次に再生が許可されたときのポスト噴射量Ｑｐの初期値は、０となる。目標温度ＴＴＧＴへの収束を速めるには、運転状態（例えば、トルク及びエンジン回転数）に対応させて初期値を割り付けたマップを使用するとよい。
【００６１】
本実施形態において、本発明に係る「再生時期判定手段」は、図５及び６に示すフローチャートのＳ２１及び３２が、また、「同時再生手段」は、両フロチャートのＳ２４〜２８（２７を除く），３７及び４１がそれぞれ相当する。
以上では、酸化手段及び粒子捕集手段として、酸化触媒２３とＤＰＦ２４との組合せを用い、ＤＰＦ２４の上流に酸化触媒２３を配した構成（ＣＲＦ）を示した。本発明は、このような構成に限らず、上流の酸化触媒によらず、ＤＰＦ上に酸化手段として酸化能力を持つ貴金属を担持したタイプのものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を備えるディーゼルエンジンの構成図
【図２】同上排気浄化装置の制御系統の構成を示すブロック図
【図３】ＤＰＦ再生許可部の制御フローチャート
【図４】ＮＯｘ吸収剤再生許可部の制御フローチャート
【図５】吸入空気量演算部の制御フローチャート
【図６】ポスト噴射量算出部の制御フローチャート
【符号の説明】
１…エンジン
２…シリンダブロック
３…ピストン
６…シリンダヘッド
７…燃焼室
８…吸気通路
９…吸気弁
１２…吸気絞り弁
１３…サージタンク
１４…駆動装置
１５…インジェクタ
１６…アクセルセンサ
１７…クランク角センサ
１８…排気通路
１９…排気弁
２１…ＥＧＲ通路
２２…ＥＧＲ弁
２３…酸化触媒
２４…ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）
２５…ＮＯｘ吸収剤
２６…温度センサ
３１…ＥＣＵ（電子制御ユニット）
【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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