(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路に並列して配置された一対のパティキュレートフィルタと、機関から排出される機関排気ガスのほとんど全てをいずれのパティキュレートフィルタに流入させるかを切り換えるための排気流切換手段と、パティキュレートフィルタの温度を上昇させることができる機関排気ガスの昇温能力よりも高い昇温能力を有する排気ガスをパティキュレートフィルタに供給するための燃焼装置とを具備し、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯxを吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯxを放出して排気ガス中の炭化水素によりＮＯxを還元浄化することができるＮＯx触媒と、微粒子を連続的に酸化除去することができる酸化物質とをパティキュレートフィルタに担持させ、上記ＮＯx触媒はその温度がＮＯx還元温度範囲内にあるときにＮＯxを放出して還元することができ、一方、上記酸化物質の温度が微粒子連続酸化温度よりも高いときに該酸化物質が流入するほとんど全ての微粒子を連続的に酸化除去することができる内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきか否かを判定するための還元判定手段を具備し、該還元判定手段によりＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきであると判定されたときには、上記排気流切換手段により当該ＮＯxを還元すべきであると判定されたＮＯx触媒を担持している方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、当該パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、当該パティキュレートフィルタに燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスを供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であって、
機関始動時において上記排気流切換手段により一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該一方のパティキュレートフィルタに排気ガスを供給して当該一方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
要求トルクと機関回転数とに基づいて機関運転が制御される第１の機関運転と、該第１の機関運転が実行されたときに機関から排出される機関排気ガスの温度よりも温度が高い機関排気ガスを機関から排出させる第２の機関運転とを選択的に実行するための機関運転制御手段を具備し、機関始動時においては該機関運転制御手段により第２の機関運転制御を実行して他方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにした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】
機関排気通路に並列して配置された一対のパティキュレートフィルタと、機関から排出される機関排気ガスのほとんど全てをいずれのパティキュレートフィルタに流入させるかを切り換えるための排気流切換手段と、パティキュレートフィルタの温度を上昇させることができる機関排気ガスの昇温能力よりも高い昇温能力を有する排気ガスをパティキュレートフィルタに供給するための燃焼装置とを具備し、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯxを吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯxを放出して排気ガス中の炭化水素によりＮＯxを還元浄化することができるＮＯx触媒と、微粒子を連続的に酸化除去することができる酸化物質とをパティキュレートフィルタに担持させ、上記ＮＯx触媒はその温度がＮＯx還元温度範囲内にあるときにＮＯxを放出して還元することができ、一方、上記酸化物質の温度が微粒子連続酸化温度よりも高いときに該酸化物質が流入するほとんど全ての微粒子を連続的に酸化除去することができる内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきか否かを判定するための還元判定手段を具備し、該還元判定手段によりＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきであると判定されたときには、上記排気流切換手段により当該ＮＯxを還元すべきであると判定されたＮＯx触媒を担持している方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、当該パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、当該パティキュレートフィルタに燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスを供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であり、
上記ＮＯx触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中の硫黄成分を吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになったときにその温度が吸収している硫黄成分を放出することができる硫黄成分放出温度よりも高いと吸収している硫黄成分を放出することができ、さらにＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分をＮＯx触媒から放出すべきか否かを判定するための硫黄成分放出判定手段を具備し、該硫黄成分放出判定手段によりＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分を放出させるべきであると判定されたときに、当該硫黄成分を放出すべきであると判定された方のパティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度よりも低いときには、当該パティキュレートフィルタの温度を硫黄成分放出温度にまで上昇させ、当該パティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度に達したときに、上記排気流切換手段により当該パティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該パティキュレートフィルタにリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとを交互に供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であって、
ＮＯx触媒から硫黄成分が放出されているときに機関回転数が予め定められた値よりも小さくなったときには上記燃焼装置からパティキュレートフィルタに供給される排気ガスの空燃比をリーンに維持することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
機関排気通路に並列して配置された一対のパティキュレートフィルタと、機関から排出される機関排気ガスのほとんど全てをいずれのパティキュレートフィルタに流入させるかを切り換えるための排気流切換手段と、パティキュレートフィルタの温度を上昇させることができる機関排気ガスの昇温能力よりも高い昇温能力を有する排気ガスをパティキュレートフィルタに供給するための燃焼装置とを具備し、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯxを吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯxを放出して排気ガス中の炭化水素によりＮＯxを還元浄化することができるＮＯx触媒と、微粒子を連続的に酸化除去することができる酸化物質とをパティキュレートフィルタに担持させ、上記ＮＯx触媒はその温度がＮＯx還元温度範囲内にあるときにＮＯxを放出して還元することができ、一方、上記酸化物質の温度が微粒子連続酸化温度よりも高いときに該酸化物質が流入するほとんど全ての微粒子を連続的に酸化除去することができる内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきか否かを判定するための還元判定手段を具備し、該還元判定手段によりＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきであると判定されたときには、上記排気流切換手段により当該ＮＯxを還元すべきであると判定されたＮＯx触媒を担持している方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、当該パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、当該パティキュレートフィルタに燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスを供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であり、
上記燃焼装置が機関排気ガスを取り込んで該機関排気ガス中の酸素により燃料を燃焼せしめる内燃機関の排気浄化装置であって、
上記燃焼装置が取り込んだ機関排気ガス中に空気を供給するための空気供給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５】
機関始動時において上記排気流切換手段により一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該一方のパティキュレートフィルタに排気ガスを供給して当該一方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにした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】
要求トルクと機関回転数とに基づいて機関運転が制御される第１の機関運転と、該第１の機関運転が実行されたときに機関から排出される機関排気ガスの温度よりも温度が高い機関排気ガスを機関から排出させる第２の機関運転とを選択的に実行するための機関運転制御手段を具備し、機関始動時においては該機関運転制御手段により第２の機関運転制御を実行して他方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにした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】
上記ＮＯx触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中の硫黄成分を吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになったときにその温度が吸収している硫黄成分を放出することができる硫黄成分放出温度よりも高いと吸収している硫黄成分を放出することができ、さらにＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分をＮＯx触媒から放出すべきか否かを判定するための硫黄成分放出判定手段を具備し、該硫黄成分放出判定手段によりＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分を放出させるべきであると判定されたときに、当該硫黄成分を放出すべきであると判定された方のパティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度よりも低いときには、当該パティキュレートフィルタの温度を硫黄成分放出温度にまで上昇させ、当該パティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度に達したときに、上記排気流切換手段により当該パティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該パティキュレートフィルタにリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとを交互に供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であって、
ＮＯx触媒から硫黄成分が放出されているときに機関回転数が予め定められた値よりも小さくなったときには上記燃焼装置からパティキュレートフィルタに供給される排気ガスの空燃比をリーンに維持す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８】
機関排気通路に並列して配置された一対のパティキュレートフィルタと、機関から排出される機関排気ガスのほとんど全てをいずれのパティキュレートフィルタに流入させるかを切り換えるための排気流切換手段と、パティキュレートフィルタの温度を上昇させることができる機関排気ガスの昇温能力よりも高い昇温能力を有する排気ガスをパティキュレートフィルタに供給するための燃焼装置とを具備し、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯxを吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯxを放出して排気ガス中の炭化水素によりＮＯxを還元浄化することができるＮＯx触媒と、微粒子を連続的に酸化除去することができる酸化物質とをパティキュレートフィルタに担持させ、上記ＮＯx触媒はその温度がＮＯx還元温度範囲内にあるときにＮＯxを放出して還元することができ、一方、上記酸化物質の温度が微粒子連続酸化温度よりも高いときに該酸化物質が流入するほとんど全ての微粒子を連続的に酸化除去することができる内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきか否かを判定するための還元判定手段を具備し、該還元判定手段によりＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきであると判定されたときには、上記排気流切換手段により当該ＮＯxを還元すべきであると判定されたＮＯx触媒を担持している方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、当該パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、当該パティキュレートフィルタに燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスを供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であって、
上記燃焼装置が空気を取り込むと共に排気ガスを取り込むことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
機関始動時において上記排気流切換手段により一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該一方のパティキュレートフィルタに排気ガスを供給して当該一方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるように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】
要求トルクと機関回転数とに基づいて機関運転が制御される第１の機関運転と、該第１の機関運転が実行されたときに機関から排出される機関排気ガスの温度よりも温度が高い機関排気ガスを機関から排出させる第２の機関運転とを選択的に実行するための機関運転制御手段を具備し、機関始動時においては該機関運転制御手段により第２の機関運転制御を実行して他方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにしたことを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
上記ＮＯx触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中の硫黄成分を吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになったときにその温度が吸収している硫黄成分を放出することができる硫黄成分放出温度よりも高いと吸収している硫黄成分を放出することができ、さらにＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分をＮＯx触媒から放出すべきか否かを判定するための硫黄成分放出判定手段を具備し、該硫黄成分放出判定手段によりＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分を放出させるべきであると判定されたときに、当該硫黄成分を放出すべきであると判定された方のパティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度よりも低いときには、当該パティキュレートフィルタの温度を硫黄成分放出温度にまで上昇させ、当該パティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度に達したときに、上記排気流切換手段により当該パティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該パティキュレートフィルタにリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとを交互に供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であって、
ＮＯx触媒から硫黄成分が放出されているときに機関回転数が予め定められた値よりも小さくなったときには上記燃焼装置からパティキュレートフィルタに供給される排気ガスの空燃比をリーンに維持する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１２】
上記燃焼装置がパティキュレートフィルタから流出した排気ガスを取り込むことを特徴とする請求項８から１１の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
機関排気通路に並列して配置された一対のパティキュレートフィルタと、機関から排出される機関排気ガスのほとんど全てをいずれのパティキュレートフィルタに流入させるかを切り換えるための排気流切換手段と、パティキュレートフィルタの温度を上昇させることができる機関排気ガスの昇温能力よりも高い昇温能力を有する排気ガスをパティキュレートフィルタに供給するための燃焼装置とを具備し、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯxを吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯxを放出して排気ガス中の炭化水素によりＮＯxを還元浄化することができるＮＯx触媒と、微粒子を連続的に酸化除去することができる酸化物質とをパティキュレートフィルタに担持させ、上記ＮＯx触媒はその温度がＮＯx還元温度範囲内にあるときにＮＯxを放出して還元することができ、一方、上記酸化物質の温度が微粒子連続酸化温度よりも高いときに該酸化物質が流入するほとんど全ての微粒子を連続的に酸化除去することができる内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきか否かを判定するための還元判定手段を具備し、該還元判定手段によりＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきであると判定されたときには、上記排気流切換手段により当該ＮＯxを還元すべきであると判定されたＮＯx触媒を担持している方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、当該パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、当該パティキュレートフィルタに燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスを供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であり、
各パティキュレートフィルタ下流からの排気ガスの流出を抑制するための流出抑制手段を具備し、上記排気流切換手段により一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制しているときに、上記流出制御手段により当該一方のパティキュレートフィルタ下流への排気ガスの流出を抑制するようにした内燃機関の排気浄化装置であって、
パティキュレートフィルタ内の圧力を検出するための圧力センサを具備し、上記排気流切換手段により一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し且つ上記流出抑制手段により当該一方のパティキュレートフィルタ下流からの排気ガスの流出を抑制しているときに、当該一方のパティキュレートフィルタ内の圧力を上記圧力センサにより検出し、当該一方のパティキュレートフィルタ内の圧力が燃焼装置の作動を阻害するほど高い圧力を超えないように上記流出抑制手段による流出抑制度合を制御するようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
機関始動時において上記排気流切換手段により一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該一方のパティキュレートフィルタに排気ガスを供給して当該一方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにしたことを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１５】
要求トルクと機関回転数とに基づいて機関運転が制御される第１の機関運転と、該第１の機関運転が実行されたときに機関から排出される機関排気ガスの温度よりも温度が高い機関排気ガスを機関から排出させる第２の機関運転とを選択的に実行するための機関運転制御手段を具備し、機関始動時においては該機関運転制御手段により第２の機関運転制御を実行して他方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにしたことを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１６】
上記ＮＯx触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中の硫黄成分を吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになったときにその温度が吸収している硫黄成分を放出することができる硫黄成分放出温度よりも高いと吸収している硫黄成分を放出することができ、さらにＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分をＮＯx触媒から放出すべきか否かを判定するための硫黄成分放出判定手段を具備し、該硫黄成分放出判定手段によりＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分を放出させるべきであると判定されたときに、当該硫黄成分を放出すべきであると判定された方のパティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度よりも低いときには、当該パティキュレートフィルタの温度を硫黄成分放出温度にまで上昇させ、当該パティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度に達したときに、上記排気流切換手段により当該パティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該パティキュレートフィルタにリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとを交互に供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であって、
ＮＯx触媒から硫黄成分が放出されているときに機関回転数が予め定められた値よりも小さくなったときには上記燃焼装置からパティキュレートフィルタに供給される排気ガスの空燃比をリーンに維持することを特徴とする請求項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】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
活性酸素を放出するための活性酸素放出剤と、ＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒とを担持したパティキュレートフィルタが既に出願されている（特願２０００−１２２４０９）。活性酸素放出剤はパティキュレートフィルタに捕集された微粒子を活性酸素により連続的に短時間のうちに酸化除去する。一方、ＮＯｘ触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになったときに、吸収しているＮＯｘを放出して排気ガス中の炭化水素によりＮＯｘを還元浄化する。
【０００３】
さて上記特許出願に記載のパティキュレートフィルタは、その温度（以下、フィルタ温度と称す）が高いほど、単位時間当たりに、より多くの微粒子を連続的に酸化する。すなわち、上記特許出願に記載のパティキュレートフィルタが連続的に酸化除去することができる微粒子の量（以下、単位微粒子連続酸化量と称す）はフィルタ温度が高いほど多くなる。したがって、上記特許出願に記載のパティキュレートフィルタには、単位流入微粒子量に応じて、流入する排気ガス中の微粒子を連続的に酸化除去することができる温度（以下、微粒子連続酸化温度と称す）が存在する。
【０００４】
そこで上記特許出願では、単位微粒子連続酸化量が単位時間当たりにパティキュレートフィルタに流入する微粒子の量（以下、単位流入微粒子量と称す）よりも多くなるようにフィルタ温度が微粒子連続酸化温度よりも高くなるようにフィルタ温度を制御するようにしている。
【０００５】
一方、上記特許出願に記載のＮＯｘ触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンである間に、いったんＮＯｘを吸収しておき、流入する排気ガスの空燃比がリッチになったときに吸収したＮＯｘを放出して還元浄化する。したがって、全体としてＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を高く維持するためには、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収率を高く維持する必要がある。ここでＮＯｘ触媒は、その温度が或る温度範囲（以下、ＮＯｘ吸収温度範囲と称す）内にあるときにＮＯｘを高い吸収率で吸収することができる。したがって、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を高く維持するためには、フィルタ温度をＮＯｘ吸収温度範囲内に維持することが必要である。
【０００６】
そこで上記特許出願では、単位微粒子連続酸化量が単位流入微粒子量よりも多くなるように、フィルタ温度を制御するときに、ＮＯｘ触媒の温度が上記ＮＯｘ吸収温度範囲内に収まるように、フィルタ温度を制御するようにしている。
【０００７】
すなわち、上記特許出願においては、パティキュレートフィルタの微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルを高いレベルに維持するために、フィルタ温度がＮＯｘ吸収温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高くなるようにフィルタ温度を制御するようにしている。
【０００８】
そして上記特許出願では、フィルタ温度がＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度よりも低くなったとき、或いは微粒子連続酸化温度よりも低くなったときには、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させ、この高温の排気ガスによりパティキュレートフィルタを加熱し、フィルタ温度がＮＯｘ吸収温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高くなるようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許出願では、ＮＯｘ触媒中に吸収されているＮＯｘを還元浄化すべきときには、リッチ空燃比の排気ガスをパティキュレートフィルタに供給することにより、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させ、この放出されたＮＯｘを排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）により還元浄化する。ところが、上記特許出願に記載のＮＯｘ触媒は、その温度が或る温度範囲（以下、ＮＯｘ還元温度範囲と称す）内にあるときに、ＮＯｘを還元浄化することができる。
【００１０】
したがって、ＮＯｘを高い還元率で還元するためには、リッチ空燃比の排気ガスをパティキュレートフィルタに供給したときに、フィルタ温度がこのＮＯｘ還元温度範囲内に維持する必要があり、また、ＮＯｘを還元浄化している間においても、パティキュレートフィルタに捕集された微粒子を連続的に酸化除去することも、微粒子酸化除去レベルを高く維持するためには好ましい。
【００１１】
しかしながら、上記特許出願に記載のパティキュレートフィルタにおいては、ＮＯｘ還元浄化中に、フィルタ温度を制御する点に関しては何ら開示されておらず、したがって、上記特許出願に記載のパティキュレートフィルタに対しても、さらに微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルを高められる余地が残されている。
【００１２】
したがって本発明の目的は、微粒子を連続的に酸化除去し且つＮＯｘを浄化することができるパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置において、その微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルを高めることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための１番目の発明は、機関排気通路に並列して配置された一対のパティキュレートフィルタと、機関から排出される機関排気ガスのほとんど全てをいずれのパティキュレートフィルタに流入させるかを切り換えるための排気流切換手段と、パティキュレートフィルタの温度を上昇させることができる機関排気ガスの昇温能力よりも高い昇温能力を有する排気ガスをパティキュレートフィルタに供給するための燃焼装置とを具備し、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯxを吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯxを放出して排気ガス中の炭化水素によりＮＯxを還元浄化することができるＮＯx触媒と、微粒子を連続的に酸化除去することができる酸化物質とをパティキュレートフィルタに担持させ、上記ＮＯx触媒はその温度がＮＯx還元温度範囲内にあるときにＮＯxを放出して還元することができ、一方、上記酸化物質の温度が微粒子連続酸化温度よりも高いときに該酸化物質が流入するほとんど全ての微粒子を連続的に酸化除去することができる内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきか否かを判定するための還元判定手段を具備し、該還元判定手段によりＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきであると判定されたときには、上記排気流切換手段により当該ＮＯxを還元すべきであると判定されたＮＯx触媒を担持している方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、当該パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、当該パティキュレートフィルタに燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスを供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であって、機関始動時において上記排気流切換手段により一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該一方のパティキュレートフィルタに排気ガスを供給して当該一方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置を提供する。すなわち本発明によれば、パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、パティキュレートフィルタに流入する機関排気ガスの量が少なくされた状態にて、燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスがパティキュレートフィルタに供給される。
【００１４】
２番目の発明では１番目の発明において、要求トルクと機関回転数とに基づいて機関運転が制御される第１の機関運転と、該第１の機関運転が実行されたときに機関から排出される機関排気ガスの温度よりも温度が高い機関排気ガスを機関から排出させる第２の機関運転とを選択的に実行するための機関運転制御手段を具備し、機関始動時においては該機関運転制御手段により第２の機関運転制御を実行して他方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようになっている。すなわちこれによれば、一方のパティキュレートフィルタには燃焼装置から排気ガスが供給され、他方のパティキュレートフィルタには機関から機関排気ガスが供給される。
【００１５】
３番目の発明は、機関排気通路に並列して配置された一対のパティキュレートフィルタと、機関から排出される機関排気ガスのほとんど全てをいずれのパティキュレートフィルタに流入させるかを切り換えるための排気流切換手段と、パティキュレートフィルタの温度を上昇させることができる機関排気ガスの昇温能力よりも高い昇温能力を有する排気ガスをパティキュレートフィルタに供給するための燃焼装置とを具備し、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯxを吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯxを放出して排気ガス中の炭化水素によりＮＯxを還元浄化することができるＮＯx触媒と、微粒子を連続的に酸化除去することができる酸化物質とをパティキュレートフィルタに担持させ、上記ＮＯx触媒はその温度がＮＯx還元温度範囲内にあるときにＮＯxを放出して還元することができ、一方、上記酸化物質の温度が微粒子連続酸化温度よりも高いときに該酸化物質が流入するほとんど全ての微粒子を連続的に酸化除去することができる内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきか否かを判定するための還元判定手段を具備し、該還元判定手段によりＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきであると判定されたときには、上記排気流切換手段により当該ＮＯxを還元すべきであると判定されたＮＯx触媒を担持している方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、当該パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、当該パティキュレートフィルタに燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスを供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であり、上記ＮＯx触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中の硫黄成分を吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになったときにその温度が吸収している硫黄成分を放出することができる硫黄成分放出温度よりも高いと吸収している硫黄成分を放出することができ、さらにＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分をＮＯx触媒から放出すべきか否かを判定するための硫黄成分放出判定手段を具備し、該硫黄成分放出判定手段によりＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分を放出させるべきであると判定されたときに、当該硫黄成分を放出すべきであると判定された方のパティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度よりも低いときには、当該パティキュレートフィルタの温度を硫黄成分放出温度にまで上昇させ、当該パティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度に達したときに、上記排気流切換手段により当該パティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該パティキュレートフィルタにリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとを交互に供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であって、ＮＯx触媒から硫黄成分が放出されているときに機関回転数が予め定められた値よりも小さくなったときには上記燃焼装置からパティキュレートフィルタに供給される排気ガスの空燃比をリーンに維持することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置を提供する。本発明によれば、パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度���囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、パティキュレートフィルタに流入する機関排気ガスの量が少なくされた状態にて、燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスがパティキュレートフィルタに供給される。また、パティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度に達した後においては、その温度上昇が抑制されつつＮＯx触媒から硫黄成分が放出される。
【００１６】
４番目の発明は、機関排気通路に並列して配置された一対のパティキュレートフィルタと、機関から排出される機関排気ガスのほとんど全てをいずれのパティキュレートフィルタに流入させるかを切り換えるための排気流切換手段と、パティキュレートフィルタの温度を上昇させることができる機関排気ガスの昇温能力よりも高い昇温能力を有する排気ガスをパティキュレートフィルタに供給するための燃焼装置とを具備し、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯxを吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯxを放出して排気ガス中の炭化水素によりＮＯxを還元浄化することができるＮＯx触媒と、微粒子を連続的に酸化除去することができる酸化物質とをパティキュレートフィルタに担持させ、上記ＮＯx触媒はその温度がＮＯx還元温度範囲内にあるときにＮＯxを放出して還元することができ、一方、上記酸化物質の温度が微粒子連続酸化温度よりも高いときに該酸化物質が流入するほとんど全ての微粒子を連続的に酸化除去することができる内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきか否かを判定するための還元判定手段を具備し、該還元判定手段によりＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきであると判定されたときには、上記排気流切換手段により当該ＮＯxを還元すべきであると判定されたＮＯx触媒を担持している方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、当該パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、当該パティキュレートフィルタに燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスを供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であり、上記燃焼装置が機関排気ガスを取り込んで該機関排気ガス中の酸素により燃料を燃焼せしめる内燃機関の排気浄化装置であって、上記燃焼装置が取り込んだ機関排気ガス中に空気を供給するための空気供給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を提供する。そして本発明によっても、パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、パティキュレートフィルタに流入する機関排気ガスの量が少なくされた状態にて、燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスがパティキュレートフィルタに供給される。
【００１７】
５番目の発明では４番目の発明において、機関始動時において上記排気流切換手段により一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該一方のパティキュレートフィルタに排気ガスを供給して当該一方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようになっている。これによれば、パティキュレートフィルタに流入する機関排気ガスの量が少なくされた状態にて、燃焼装置から排気ガスがパティキュレートフィルタに供給される。
【００１８】
６番目の発明では５番目の発明において、要求トルクと機関回転数とに基づいて機関運転が制御される第１の機関運転と、該第１の機関運転が実行されたときに機関から排出される機関排気ガスの温度よりも温度が高い機関排気ガスを機関から排出させる第２の機関運転とを選択的に実行するための機関運転制御手段を具備し、機関始動時においては該機関運転制御手段により第２の機関運転制御を実行して他方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようになっている。すなわちこれによれば、一方のパティキュレートフィルタには燃焼装置から排気ガスが供給され、他方のパティキュレートフィルタには機関から機関排気ガスが供給される。
【００１９】
７番目の発明では４番目の発明において、上記ＮＯx触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中の硫黄成分を吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになったときにその温度が吸収している硫黄成分を放出することができる硫黄成分放出温度よりも高いと吸収している硫黄成分を放出することができ、さらにＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分をＮＯx触媒から放出すべきか否かを判定するための硫黄成分放出判定手段を具備し、該硫黄成分放出判定手段によりＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分を放出させるべきであると判定されたときに、当該硫黄成分を放出すべきであると判定された方のパティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度よりも低いときには、当該パティキュレートフィルタの温度を硫黄成分放出温度にまで上昇させ、当該パティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度に達したときに、上記排気流切換手段により当該パティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該パティキュレートフィルタにリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとを交互に供給するようになっていると共に、ＮＯx触媒から硫黄成分が放出されているときに機関回転数が予め定められた値よりも小さくなったときには上記燃焼装置からパティキュレートフィルタに供給される排気ガスの空燃比をリーンに維持するようになっている。これによれば、パティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度に達した後においては、その温度上昇が抑制されつつＮＯx触媒から硫黄成分が放出される。
【００２０】
８番目の発明は、機関排気通路に並列して配置された一対のパティキュレートフィルタと、機関から排出される機関排気ガスのほとんど全てをいずれのパティキュレートフィルタに流入させるかを切り換えるための排気流切換手段と、パティキュレートフィルタの温度を上昇させることができる機関排気ガスの昇温能力よりも高い昇温能力を有する排気ガスをパティキュレートフィルタに供給するための燃焼装置とを具備し、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯxを吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯxを放出して排気ガス中の炭化水素によりＮＯxを還元浄化することができるＮＯx触媒と、微粒子を連続的に酸化除去することができる酸化物質とをパティキュレートフィルタに担持させ、上記ＮＯx触媒はその温度がＮＯx還元温度範囲内にあるときにＮＯxを放出して還元することができ、一方、上記酸化物質の温度が微粒子連続酸化温度よりも高いときに該酸化物質が流入するほとんど全ての微粒子を連続的に酸化除去することができる内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきか否かを判定するための還元判定手段を具備し、該還元判定手段によりＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきであると判定されたときには、上記排気流切換手段により当該ＮＯxを還元すべきであると判定されたＮＯx触媒を担持している方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、当該パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、当該パティキュレートフィルタに燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスを供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であって、上記燃焼装置が空気を取り込むと共に排気ガスを取り込むことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置を提供する。本発明によっても、パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、パティキュレートフィルタに流入する機関排気ガスの量が少なくされた状態にて、燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスがパティキュレートフィルタに供給される。
【００２１】
９番目の発明では８番目の発明において、機関始動時において上記排気流切換手段により一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該一方のパティキュレートフィルタに排気ガスを供給して当該一方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようになっている。これによれば、パティキュレートフィルタに流入する機関排気ガスの量が少なくされた状態にて、燃焼装置から排気ガスがパティキュレートフィルタに供給される。
【００２２】
１０番目の発明では９番目の発明において、要求トルクと機関回転数とに基づいて機関運転が制御される第１の機関運転と、該第１の機関運転が実行されたときに機関から排出される機関排気ガスの温度よりも温度が高い機関排気ガスを機関から排出させる第２の機関運転とを選択的に実行するための機関運転制御手段を具備し、機関始動時においては該機関運転制御手段により第２の機関運転制御を実行して他方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようになっている。すなわちこれによれば、一方のパティキュレートフィルタには燃焼装置から排気ガスが供給され、他方のパティキュレートフィルタには機関から機関排気ガスが供給される。
【００２３】
１１番目の発明では８番目の発明において、上記ＮＯx触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中の硫黄成分を吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになったときにその温度が吸収している硫黄成分を放出することができる硫黄成分放出温度よりも高いと吸収している硫黄成分を放出することができ、さらにＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分をＮＯx触媒から放出すべきか否かを判定するための硫黄成分放出判定手段を具備し、該硫黄成分放出判定手段によりＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分を放出させるべきであると判定されたときに、当該硫黄成分を放出すべきであると判定された方のパティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度よりも低いときには、当該パティキュレートフィルタの温度を硫黄成分放出温度にまで上昇させ、当該パティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度に達したときに、上記排気流切換手段により当該パティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該パティキュレートフィルタにリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとを交互に供給するようになっていると共に、ＮＯx触媒から硫黄成分が放出されているときに機関回転数が予め定められた値よりも小さくなったときには上記燃焼装置からパティキュレートフィルタに供給される排気ガスの空燃比をリーンに維持するようになっている。これによれば、パティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度に達した後においては、その温度上昇が抑制されつつＮＯx触媒から硫黄成分が放出される。
【００２４】
１２番目の発明では８番目から１１番目の何れかの発明において、上記燃焼装置がパティキュレートフィルタから流出した排気ガスを取り込むようになっている。
【００２５】
１３番目の発明は、機関排気通路に並列して配置された一対のパティキュレートフィルタと、機関から排出される機関排気ガスのほとんど全てをいずれのパティキュレートフィルタに流入させるかを切り換えるための排気流切換手段と、パティキュレートフィルタの温度を上昇させることができる機関排気ガスの昇温能力よりも高い昇温能力を有する排気ガスをパティキュレートフィルタに供給するための燃焼装置とを具備し、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯxを吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯxを放出して排気ガス中の炭化水素によりＮＯxを還元浄化することができるＮＯx触媒と、微粒子を連続的に酸化除去することができる酸化物質とをパティキュレートフィルタに担持させ、上記ＮＯx触媒はその温度がＮＯx還元温度範囲内にあるときにＮＯxを放出して還元することができ、一方、上記酸化物質の温度が微粒子連続酸化温度よりも高いときに該酸化物質が流入するほとんど全ての微粒子を連続的に酸化除去することができる内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきか否かを判定するための還元判定手段を具備し、該還元判定手段によりＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを還元すべきであると判定されたときには、上記排気流切換手段により当該ＮＯxを還元すべきであると判定されたＮＯx触媒を担持している方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、当該パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、当該パティキュレートフィルタに燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスを供給するようにした内燃機関の排気浄化装置であり、各パティキュレートフィルタ下流からの排気ガスの流出を抑制するための流出抑制手段を具備し、上記排気流切換手段により一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制しているときに、上記流出制御手段により当該一方のパティキュレートフィルタ下流への排気ガスの流出を抑制するようにした内燃機関の排気浄化装置であって、パティキュレートフィルタ内の圧力を検出するための圧力センサを具備し、上記排気流切換手段により一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し且つ上記流出抑制手段により当該一方のパティキュレートフィルタ下流からの排気ガスの流出を抑制しているときに、当該一方のパティキュレートフィルタ内の圧力を上記圧力センサにより検出し、当該一方のパティキュレートフィルタ内の圧力が燃焼装置の作動を阻害するほど高い圧力を超えないように上記流出抑制手段による流出抑制度合を制御するようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置を提供する。すなわち本発明によっても、パティキュレートフィルタの温度がＮＯx還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持されるように、パティキュレートフィルタに流入する機関排気ガスの量が少なくされた状態にて、燃焼装置からリッチ空燃比の排気ガスがパティキュレートフィルタに供給される。
【００２６】
１４番目の発明では１３番目の発明において、機関始動時において上記排気流切換手段により一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該一方のパティキュレートフィルタに排気ガスを供給して当該一方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようになっている。これによれば、パティキュレートフィルタに流入する機関排気ガスの量が少なくされた状態にて、燃焼装置から排気ガスがパティキュレートフィルタに供給される。
【００２７】
１５番目の発明では１４番目の発明において、要求トルクと機関回転数とに基づいて機関運転が制御される第１の機関運転と、該第１の機関運転が実行されたときに機関から排出される機関排気ガスの温度よりも温度が高い機関排気ガスを機関から排出させる第２の機関運転とを選択的に実行するための機関運転制御手段を具備し、機関始動時においては該機関運転制御手段により第２の機関運転制御を実行して他方のパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようになっている。すなわちこれによれば、一方のパティキュレートフィルタには燃焼装置から排気ガスが供給され、他方のパティキュレートフィルタには機関から機関排気ガスが供給される。
【００２８】
１６番目の発明では１３番目の発明において、上記ＮＯx触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中の硫黄成分を吸収し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチになったときにその温度が吸収している硫黄成分を放出することができる硫黄成分放出温度よりも高いと吸収している硫黄成分を放出することができ、さらにＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分をＮＯx触媒から放出すべきか否かを判定するための硫黄成分放出判定手段を具備し、該硫黄成分放出判定手段によりＮＯx触媒に吸収されている硫黄成分を放出させるべきであると判定されたときに、当該硫黄成分を放出すべきであると判定された方のパティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度よりも低いときには、当該パティキュレートフィルタの温度を硫黄成分放出温度にまで上昇させ、当該パティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度に達したときに、上記排気流切換手段により当該パティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、上記燃焼装置から当該パティキュレートフィルタにリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとを交互に供給するようになっていると共に、ＮＯx触媒から硫黄成分が放出されているときに機関回転数が予め定められた値よりも小さくなったときには上記燃焼装置からパティキュレートフィルタに供給される排気ガスの空燃比をリーンに維持するようになっている。これによれば、パティキュレートフィルタの温度が硫黄成分放出温度に達した後においては、その温度上昇が抑制されつつＮＯx触媒から硫黄成分が放出される。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施例を参照して本発明を説明する。図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお本発明は火花点火式内燃機関、特に直噴ガソリンエンジンに適用することもできる。図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。
【００３３】
吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、さらに吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示した実施例では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は機関排気通路７１を介して排気浄化装置７０に連結される。
【００３４】
排気浄化装置７０の詳細は図２に示されている。図２を参照すると機関排気通路７１は一対の排気枝通路７１ａ，７１ｂに分岐せしめられる。第１の排気枝通路７１ａには機関排気通路７１の一部として第１のケーシング２３ａが連結され、第２の排気枝通路７１ｂにも同様に機関排気通路７１の一部として第２のケーシング２３ｂが連結される。第１のケーシング２３ａは第１のパティキュレートフィルタ２２ａを内蔵し、第２のケーシング２３ｂは第２のパティキュレートフィルタ２２ｂを内蔵する。したがって、排気浄化装置７０は機関排気通路７１に並列して配置された一対のパティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂを有する。
【００３５】
パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂは排気ガス中の微粒子を捕集し、その捕集した微粒子を連続的に酸化除去することができる酸化物質を担持している。この酸化物質の構成および作用については後述にて詳細に説明するが、ここで作用についてのみ簡単に説明すると、酸化物質はその温度が或る温度よりも高くなると微粒子を酸化することができるようになり、単位時間当たりに酸化することができる微粒子の量（以下、単位微粒子連続酸化量と称す）はその温度が高いほど多くなる。
【００３６】
したがって、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂに流入する微粒子の量よりも単位微粒子連続酸化量が多くなる温度（以下、微粒子連続酸化温度と称す）にフィルタ温度を維持すれば、酸化物質はパティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂに流入するほとんど全ての微粒子を酸化除去することができる。
【００３７】
さらに、各パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂはＮＯｘを浄化することができるＮＯｘ触媒を担持している。このＮＯｘ触媒の構成および作用については後述にて詳細に説明するが、ここで作用についてのみ簡単に説明すると、ＮＯｘ触媒はその温度が或る温度範囲（以下、ＮＯｘ吸収温度範囲と称す）内にあるときに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中のＮＯｘを吸収し、その温度が或る温度範囲（以下、ＮＯｘ還元温度範囲と称す）内にあるときに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると吸収しているＮＯｘを放出して排気ガス中の未燃の炭化水素（ＨＣ）によりＮＯｘを還元浄化することができる。
【００３８】
パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂ上流において機関排気通路７１が一対の排気枝通路７１ａ，７１ｂに分岐する領域（以下、排気通路分岐領域と称す）には切換バルブ７２が配置される。切換バルブ７２にはステップモータ７３が接続される。切換バルブ７２は図２において実線で示した作動状態（以下、第１の作動状態と称す）と、図２において破線で示した作動状態（以下、第２の作動状態と称す）との間でその作動状態を切換可能である。
【００３９】
切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態にあるときには、第１のパティキュレートフィルタ２２ａ上流の第１の排気枝通路（以下、第１の上流側排気枝通路と称す）７１ａが遮断され、逆に、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂ上流の第２の排気枝通路（以下、第２の上流側排気枝通路と称す）７１ｂは開放されている。したがって、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態にあるときには、内燃機関の燃焼室５から排出される排気ガス（以下、機関排気ガスと称す）のほとんど全てが第２のパティキュレートフィルタ２２ｂに流入し、機関排気ガスは第１のパティキュレートフィルタ２２ａにはほとんど流入しない。すなわち、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態にあるときには、切換バルブ７２は第１のパティキュレートフィルタ２２ａへの機関排気ガスの流入を抑制し、ほとんど全ての機関排気ガスを第２のパティキュレートフィルタ２２ｂに流入させる。
【００４０】
一方、切換バルブ７２の作動状態が第２の作動状態にあるときには、切換バルブ７２は第２のパティキュレートフィルタ２２ｂへの機関排気ガスの流入を抑制し、ほとんど全ての機関排気ガスを第１のパティキュレートフィルタ２２ａに流入させる。
【００４１】
一方、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態と第２の作動状態のちょうど中間に位置する状態（以下、中立作動状態と称す）にあるときには、機関排気ガスは両パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂにほぼ等しく流入する。
【００４２】
排気浄化装置７０は燃料を燃焼することにより排気ガスを排出する燃焼装置として燃焼式ヒータ７４を有する。燃焼式ヒータ７４には機関本体１に燃料を供給するための燃料供給管６ａと同じ燃料供給管６ａと、空気供給管８９とが接続される。燃焼式ヒータ７４には燃料供給管６ａを介して燃料が供給され、空気供給管８９を介して空気が供給される。
【００４３】
また、燃焼式ヒータ７４は排気供給管７５を介して排気通路分岐領域に接続され、この排気供給管７５を介して排気通路分岐領域に排気ガスを供給することができる。排気供給管７５には、排気ガスが排気供給管７５を介して排気通路分岐領域から燃焼式ヒータ７４に逆流することを防止するために、排気供給管７５を遮蔽することができる逆流防止弁７６が配置される。逆流防止弁７６は、燃焼式ヒータ７４が作動されていないときには、閉弁されて排気供給管７５を遮断している。
【００４４】
燃焼式ヒータ７４は空気供給管８９を介して吸入される空気の量と、この空気に混合させる燃料の量とを制御することにより、空燃比の異なる排気ガスを排出することができる。そして、燃焼式ヒータ７４から排出される排気ガス（以下、ヒータ排気ガスと称す）がパティキュレートフィルタの温度を上昇させることができる昇温能力は、機関排気ガスがパティキュレートフィルタの温度を上昇させることができる昇温能力よりも高い。すなわち、ヒータ排気ガスは、パティキュレートフィルタの温度を上昇させるために必要な燃料の量や時間という観点から、機関排気ガスよりも効率良く、パティキュレートフィルタの温度を上昇させることができる。
【００４５】
切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態にあるときには、ヒータ排気ガスは第１のパティキュレートフィルタ２２ａに供給される。一方、切換バルブ７２の作動状態が第２の作動状態にあるときには、ヒータ排気ガスは第２のパティキュレートフィルタ２２ｂに供給される。一方、切換バルブ７２の作動状態が中立作動状態にあるときには、ヒータ排気ガスは両パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂに等しく供給される。なお、切換バルブ７２の作動状態は、通常は、中立作動状態とされる。
【００４６】
ケーシング２３ａ，２３ｂ下流の排気枝通路（以下、下流側排気枝通路と称す）９２ａ，９２ｂにはそれぞれ対応するパティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂの温度を推定するために、パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂから流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ７７ａ，７７ｂが配置される。また、下流側排気枝通路９２ａ，９２ｂは集合せしめられて共通の機関排気通路９２に接続される。
【００４７】
なお、燃焼式ヒータ７４は燃料（炭化水素）を単に燃焼させるタイプのヒータでもよいが、例えば酸化触媒を有する触媒バーナでもよい。この触媒バーナには酸素が少なくても着火しやすいという利点がある。また、本実施例の燃焼式ヒータ７４はリッチ空燃比にて燃焼を行うことによりリッチ空燃比の排気ガスを生成する。しかしながら、この燃焼式ヒータ７４の代わりに、該燃焼式ヒータ７４により生成されるリッチ空燃比の排気ガスがパティキュレートフィルタ内において果たす役割と同様の役割を果たすことができるガスとして、気化された軽油を含むガスや加熱分解された軽油を含むガスを生成する装置を採用してもよい。
【００４８】
また、本実施例の燃焼式ヒータ７４は、リッチ空燃比の排気ガスを生成するときには、高温下で燃料（炭化水素）を分解して一酸化炭素（ＣＯ）を比較的多く含む排気ガスを生成するような燃焼を行うタイプである。このタイプの燃焼式ヒータ７４によれば、当該燃焼式ヒータ７４からリッチ空燃比の排気ガスがパティキュレートフィルタに供給され、パティキュレートフィルタ内において排気ガス中のＨＣとＮＯｘとが還元反応したときに、これらＨＣとＮＯｘとの反応熱が少なくなる。これによればフィルタ温度が一気に高くなってＮＯｘがＮＯｘ触媒から一気に放出されることが抑制される。このように大量のＮＯｘがＮＯｘ触媒から一気に放出されることが抑制されていれば、ＮＯｘがＨＣにより還元されずにパティキュレートフィルタから下流へ流出することが抑制される。
【００４９】
再び図１を参照すると、排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲ）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示した実施例では、冷却装置２６内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。
【００５０】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取り付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００５１】
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により互いに接続された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。燃料圧センサ２９、および温度センサ７７ａ，７７ｂ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。
【００５２】
アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込量Ｌ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３０°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。
【００５３】
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６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、燃料ポンプ２８、および切換バルブ７２駆動用ステップモータに接続される。
【００５４】
ところで本実施例では、後述するＮＯｘ還元処理やＳ成分放出処理や昇温処理などが行われる時以外の通常の機関運転時においては、切換バルブ７２の作動状態は第１の作動状態か、或いは第２の作動状態とされている。例えば、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態にあるときには、ほとんど全ての機関排気ガスが第２のパティキュレートフィルタ２２ｂに流入するので、機関排気ガス中の微粒子は第２のパティキュレートフィルタ２２ｂに捕集される。ここで第２のパティキュレートフィルタ２２ｂの温度が微粒子連続酸化温度よりも高ければ、捕集された微粒子は第２のパティキュレートフィルタ２２ｂにおいて連続的に酸化除去される。
【００５５】
また、本実施例の内燃機関では大部分の機関運転領域においてリーン空燃比で運転せしめられる。したがって、機関排気ガスの空燃比は大部分の機関運転領域においてリーンであるので、例えば、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態にあるときに第２のパティキュレートフィルタ２２ｂに流入する機関排気ガス中のＮＯｘは、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂの温度がＮＯｘ吸収温度範囲内にあれば、機関排気ガス中のＮＯｘが第２のパティキュレートフィルタ２２ｂのＮＯｘ触媒に吸収される。
【００５６】
ところで、ＮＯｘ触媒が吸収することができるＮＯｘの量には限界がある。したがって、或る一定期間に亘って切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態にあると、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂのＮＯｘ触媒（以下、第２のＮＯｘ触媒と称す）に吸収されているＮＯｘの量が当該第２のＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収限界に達してしまう。もちろん、或る一定期間に亘って切換バルブ７２の作動状態が第２の作動状態にあるときには、第１のパティキュレートフィルタ２２ａのＮＯｘ触媒（以下、第１のＮＯｘ触媒と称す）に吸収されているＮＯｘの量が当該第１のＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収限界に達してしまう。
【００５７】
こうした場合、パティキュレートフィルタのＮＯｘ触媒はもはやＮＯｘを吸収することができないので、機関排気ガスをパティキュレートフィルタに流入させ続けると、ＮＯｘが排気浄化装置７０から下流へと流出してしまう。こうした理由により、ＮＯｘが排気浄化装置７０から下流へと流出することを抑制するためには、ＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘがＮＯｘ吸収限界に達する前に、ＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘを還元浄化することが望まれる。
【００５８】
そこで本実施例では、図２に示した構成において、以下のＮＯｘ浄化処理を実行する。すなわち本実施例のＮＯｘ浄化処理では、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態と第２の作動状態のいずれか一方の作動状態とされている間に、ＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘを還元すべきであると判定されたときには、切換バルブ７２の作動状態を切り換えて、当該ＮＯｘを還元すべきであると判定されたＮＯｘ触媒を備えた方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制した上で、逆流防止弁７６を開弁し、燃焼式ヒータ７４を作動し、燃焼式ヒータ７４から当該パティキュレートフィルタにリッチ空燃比の排気ガスを供給する。
【００５９】
このように、パティキュレートフィルタにリッチ空燃比のヒータ排気ガスが供給されると、パティキュレートフィルタ内の雰囲気はリッチ雰囲気となる。このときにパティキュレートフィルタの温度（以下、フィルタ温度と称す）がＮＯｘ還元温度範囲内にあれば、ＮＯｘ触媒からＮＯｘが放出されて、この放出されたＮＯｘがヒータ排気ガス中のＨＣにより還元浄化される。そこで本実施例のＮＯｘ浄化処理では、パティキュレートフィルタにリッチ空燃比のヒータ排気ガスが供給されている間において、フィルタ温度がＮＯｘ還元温度範囲内に収まるように、フィルタ温度を制御する。これによれば、ＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘが確実に還元される。したがって本実施例によれば、全体として、排気浄化装置のＮＯｘ浄化レベルが高く維持される。
【００６０】
さらに上述したように、パティキュレートフィルタの酸化物質は、その温度が微粒子連続酸化温度以上であるときに、パティキュレートフィルタに流入する微粒子のほとんど全てを連続的に酸化除去することができる。パティキュレートフィルタに燃焼式ヒータ７４から排気ガスを供給しているときにおいても、量の多少に係わらず、パティキュレートフィルタには微粒子が流入することから、パティキュレートフィルタの微粒子酸化除去レベルを高く維持するためには、ＮＯｘ浄化処理中において、フィルタ温度が微粒子連続酸化温度よりも高く維持されていることが望まれる。
【００６１】
そこで本実施例のＮＯｘ浄化処理では、パティキュレートフィルタにリッチ空燃比のヒータ排気ガスを供給している間において、フィルタ温度をＮＯｘ還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持するようにする。これによれば、ＮＯｘ浄化処理中においても微粒子が連続的に酸化除去される。したがって本実施例によれば、全体として、排気浄化装置の微粒子酸化除去レベルが高く維持される。
【００６２】
なお本実施例のＮＯｘ浄化処理においては、ＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘを還元すべきか否かは、当該ＮＯｘ触媒に吸収されているトータルのＮＯｘの量（以下、総ＮＯｘ吸収量）が、当該ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収限界値に達するか否かに基づいて判定される。ここで、総ＮＯｘ吸収量を算出するための手段としては次のようなものがある。
【００６３】
すなわち、単位時間当たりにパティキュレートフィルタに吸収されるＮＯｘの量（以下、単位ＮＯｘ吸収量と称す）は単位時間当たりに内燃機関から放出されるＮＯｘの量（以下、単位ＮＯｘ放出量と称す）から推定でき、この単位ＮＯｘ放出量は機関回転数と機関トルクとの関数である。そこで、単位ＮＯｘ吸収量を機関回転数と機関トルクとの関数として実験などにより求めて機関回転数と機関トルクとの関数のマップとして予めＲＯＭに記憶させておき、このマップを利用して算出される単位ＮＯｘ吸収量を積算することにより総ＮＯｘ吸収量を算出することができる。
【００６４】
本実施例のＮＯｘ浄化処理を実行するためのフローの一例を図３〜図５に示した。図３では、始めにステップ１０において、ＮＯｘ還元処理Ｉが要求されているか否か、すなわち、第１のパティキュレートフィルタ２２ａに担持されているＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘを還元浄化すべきことが要求されているか否かが判別される。ステップ１０において、ＮＯｘ還元処理Ｉが要求されていると判別されたときには、ルーチンはステップ１１に進んで、図４に示したフローに従ってＮＯｘ還元処理Ｉが実行される。一方、ステップ１０において、ＮＯｘ還元処理Ｉが要求されていないと判別されたときには、ルーチンはステップ１２に進む。
【００６５】
ステップ１２では、ＮＯｘ還元処理IIが要求されているか否か、すなわち、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂに担持されているＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘを還元浄化すべきことが要求されているか否かが判別される。ステップ１２において、ＮＯｘ還元処理IIが要求されていると判別されたときには、ルーチンはステップ１３に進んで、図５に示したフローに従ってＮＯｘ還元処理IIが実行される。一方、ステップ１２において、ＮＯｘ還元処理IIが要求されていないと判別されたときには、ルーチンは終了する。
【００６６】
図４に示したＮＯｘ還元処理Ｉでは、始めにステップ２０において、切換制御Ｉが実行される。この切換制御Ｉでは、第１のパティキュレートフィルタ２２ａへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態に切り換えられる。次いでステップ２１において、逆流防止弁７６が開弁され、次いでステップ２２において、燃焼式ヒータ７４が作動される。ここでは燃焼式ヒータ７４からリッチ空燃比の排気ガスが第１のパティキュレートフィルタ２２ａに供給され、第１のＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘが還元浄化される。
【００６７】
次いでステップ２３では、第１のＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘの還元浄化が完了したか否かが判別される。ステップ２３において、ＮＯｘ還元浄化が完了していないと判別されたときには、ルーチンはステップ２３に戻る。したがって、ステップ２３において、ＮＯｘ還元浄化が完了したと判別されるまで、ルーチンはステップ２３を繰り返す。一方、ステップ２３において、ＮＯｘ還元浄化が完了したと判別されたときには、ルーチンはステップ２４に進んで、燃焼式ヒータ７４の作動が停止され、次いでステップ２５において、逆流防止弁７６が閉弁され、ルーチンが終了する。
【００６８】
このＮＯｘ還元処理Ｉが終了した段階では、第１のパティキュレートフィルタ２２ａへの機関排気ガスの流入が抑制されたままとされ、ＮＯｘ還元処理IIの実行が開始されたときに、第１のパティキュレートフィルタ２２ａに機関排気ガスが流入せしめられる。
【００６９】
一方、図５に示したＮＯｘ還元処理IIでは、始めにステップ３０において、切換制御IIが実行される。この切換制御IIでは、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第２の作動状態に切り換えられる。次いでステップ３１において、逆流防止弁７６が開弁され、次いでステップ３２において、燃焼式ヒータ７４が作動される。ここでは燃焼式ヒータ７４からリッチ空燃比の排気ガスが第２のパティキュレートフィルタ２２ｂに供給され、第２のＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘが還元浄化される。
【００７０】
次いでステップ３３では、第２のＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘの還元浄化が完了したか否かが判別される。ステップ３３において、ＮＯｘ還元浄化が完了していないと判別されたときには、ルーチンはステップ３３を繰り返す。ステップ３３において、ＮＯｘ還元浄化が完了したと判別されたときには、ルーチンはステップ３４に進んで、燃焼式ヒータ７４の作動が停止され、次いでステップ３４において、逆流防止弁７６が閉弁され、ルーチンが終了する。
【００７１】
このＮＯｘ還元処理IIが終了した段階では、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂへの機関排気ガスの流入が抑制されたままとされ、ＮＯｘ還元処理Ｉの実行が開始されたときに、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂに機関排気ガスが流入せしめられる。
【００７２】
ところで、パティキュレートフィルタの微粒子酸化除去レベルを高いレベルに維持するためには、フィルタ温度が微粒子連続酸化温度よりも高い温度に維持されていることが望まれる。一方、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化レベルを高いレベルに維持するためには、リーン空燃比の排気ガスがパティキュレートフィルタに流入しているときに、フィルタ温度がＮＯｘ吸収温度範囲内に維持されていることが望まれる。すなわち全体として、排気浄化装置７０の微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルを高いレベルに維持するためには、パティキュレートフィルタにリーン空燃比の排気ガスが流入しているときに、フィルタ温度がＮＯｘ吸収温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高い温度に維持されていることが望まれる。
【００７３】
そこで本実施例では、図２に示した構成において、以下のようなフィルタ温度制御を実行する。すなわち本実施例のフィルタ温度制御では、フィルタ温度がＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度よりも低いか、或いは微粒子連続酸化温度よりも低いときには、フィルタ温度がＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度よりも低いか、或いは微粒子連続酸化温度よりも低い方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態を切り換えた上で、当該パティキュレートフィルタの温度がＮＯｘ吸収温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高くなるように、燃焼式ヒータ７４からヒータ排気ガスを当該パティキュレートフィルタに供給し、当該パティキュレートフィルタを加熱する。
【００７４】
これによれば、両パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂの温度がＮＯｘ吸収温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持される。したがって本実施例によれば、全体として、排気浄化装置７０の微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルが高いレベルに維持される。
【００７５】
なお本実施例のフィルタ温度制御において、フィルタ温度がＮＯｘ吸収温度範囲の上限温度よりも高いときには、フィルタ温度がＮＯｘ吸収温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高くなるように、フィルタ温度を制御する。
【００７６】
なお本実施例のフィルタ温度制御において、微粒子連続酸化温度は、フィルタ温度とその温度において単位時間当たりに連続的に酸化除去することができる微粒子の量との関係を予め実験により求め、この関係をマップの形でＲＯＭに予め記憶しておき、この記憶されている関係と、機関運転状態により推定される単位流入微粒子量とから求められる。
【００７７】
また、フィルタ温度が微粒子連続酸化温度よりも低いときには、微粒子が徐々にパティキュレートフィルタ内に堆積し、パティキュレートフィルタの圧損が徐々に上昇することから、パティキュレートフィルタの圧損が予め定められた値よりも高くなったことをもって、フィルタ温度が微粒子連続酸化温度よりも低いと判定するようにしてもよい。
【００７８】
本実施例のフィルタ温度制御を実行するためのフローの一例を図６〜図８に示した。図６では、始めにステップ４０において、昇温処理Ｉが要求されているか否か、すなわち、第１のパティキュレートフィルタ２２ａの温度をＮＯｘ吸収温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高くするために、第１のパティキュレートフィルタ２２ａの温度を昇温することが要求されているか否かが判別される。ステップ４０において、昇温処理Ｉが要求されていると判別されたときには、ルーチンはステップ４１に進んで、昇温処理Ｉが図７に示したフローに従って実行される。
【００７９】
図７では、始めにステップ５０において、切換制御Ｉが実行される。この切換制御Ｉでは、第１のパティキュレートフィルタ２２ａへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態に切り換えられる。次いでステップ５１において、逆流防止弁７６が開弁され、次いでステップ５２において、燃焼式ヒータ７４が作動される。ここでは燃焼式ヒータ７４からリーン空燃比の排気ガスが第１のパティキュレートフィルタ２２ａに供給される。
【００８０】
次いでステップ５３において、温度判定が実行される。この温度判定は図８に示したフローに従って実行される。すなわち、図８では、始めにステップ６０において、第１のパティキュレートフィルタ２２ａの温度ＴａがＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度ＴＮＬよりも高く且つＮＯｘ吸収温度範囲の上限温度ＴＮＨよりも低いか否か、すなわちフィルタ温度ＴａがＮＯｘ吸収温度範囲内にあるか否かが判別される。
【００８１】
ステップ６０において、ＴＮＬ＜Ｔａ＜ＴＮＨであると判別されたときには、ルーチンはステップ６１に進んで、フィルタ温度ＴａがＮＯｘ吸収温度範囲内にあることを示すＮＯｘフラグＦＮがセットされる。一方、Ｔａ≦ＴＮＬであると判別されるか、或いはＴａ≧ＴＮＨであると判別されたときには、ルーチンはステップ６２にスキップする。
【００８２】
ステップ６２では、第１のパティキュレートフィルタ２２ａの温度Ｔａが微粒子連続酸化温度ＴＰよりも高いか否かが判別される。ステップ６２において、Ｔａ＞ＴＰであると判別されたときには、ルーチンはステップ６３に進んで、フィルタ温度Ｔａが微粒子連続酸化温度よりも高いことを示す微粒子フラグＴＰがセットされる。一方、ステップ６２において、Ｔａ≦ＴＰであると判別されたときには、ルーチンはステップ６４にスキップする。
【００８３】
次いでステップ６４では、ＮＯｘフラグＦＮがセットされ且つ微粒子フラグＦＰがセットされているか否かが判別される。ステップ６４において、これらＮＯｘフラグＦＮおよび微粒子フラグＦＰが共にセットされていると判別されたときには、ルーチンが終了する。このとき、フィルタ温度ＴａはＮＯｘ吸収温度範囲内において微粒子連続酸化温度以上となっている。一方、ステップ６４において、ＮＯｘフラグＦＮまたは微粒子フラグＦＰのいずれか一方がリセットされたままであると判別されたときには、ステップ６５において、これらＮＯｘフラグＦＮおよび微粒子フラグＦＰがリセットされ、ルーチンはステップ６０に戻り、ステップ６０〜ステップ６４が繰り返される。したがって、ステップ６４において、ＮＯｘフラグＦＮおよび微粒子フラグＦＰが共にセットされていると判別されるまで、ステップ６０〜６４が繰り返される。
【００８４】
図８のフローが終了すると、ルーチンは図７のステップ５４に進んで、燃焼式ヒータ７４の作動が停止され、次いでステップ５５において、逆流防止弁７６が閉弁され、次いでステップ５６において、切換制御IIが実行される。切換制御IIでは、第１のパティキュレートフィルタ２２ａへ機関排気ガスが流入するように、切換バルブ７２の作動状態が第２の作動状態に切り換えられる。
【００８５】
ところで、図６のステップ４０において、昇温処理Ｉが要求されていないと判別されたときには、ルーチンはステップ４２に進んで、昇温処理IIが要求されているか否か、すなわち、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂの温度をＮＯｘ吸収温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高くするために、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂの温度を昇温することが要求されているか否かが判別される。ステップ４２において、昇温処理IIが要求されていないと判別されたときには、ルーチンはステップ４４に進む。一方、ステップ４２において、昇温処理IIが要求されていると判別されたときには、ルーチンはステップ４３に進んで、昇温処理IIが実行される。
【００８６】
昇温処理IIは、以下で説明する点を除いて、図７および図８に示したフローと同じフローにて実行される。昇温処理IIでは、図７のステップ５０において、切換制御IIが実行される。この切換制御IIでは、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第２の作動状態に切り換えられる。また、昇温処理IIでは、図７のステップ５６において、切換制御Ｉが実行される。すなわち、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂに機関排気ガスが流入するように、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態に切り換えられる。
【００８７】
さらに、昇温処理IIでは、図８のステップ６０において、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂの温度ＴｂがＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度ＴＮＬよりも高く且つＮＯｘ吸収温度範囲の上限温度ＴＮＨよりも低いか否かが判別される。また、昇温処理IIでは、図８のステップ６２において、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂの温度Ｔｂが微粒子連続酸化温度ＴＰよりも高いか否かが判別される。これ以外の処理は本実施例のＮＯｘ還元処理Ｉにおける処理と同じである。
【００８８】
ところで、図６のステップ４４では、降温処理Ｉが要求されているか否か、すなわち、第１のパティキュレートフィルタ２２ａの温度を微粒子連続酸化温度よりも高く維持しつつＮＯｘ吸収温度範囲内に維持するために、第１のパティキュレートフィルタ２２ａの温度を低下させることが要求されているか否かが判別される。ステップ４４において、降温処理Ｉが要求されていないと判別されたときには、ルーチンはステップ４６に進む。一方、ステップ４４において、降温処理Ｉが要求されていると判別されたときには、ルーチンはステップ４５に進んで、降温処理Ｉが実行される。この降温処理Ｉでは、第１のパティキュレートフィルタ２２ａの温度を微粒子連続酸化温度よりも高く維持しつつＮＯｘ吸収温度範囲内に収まるように、第１のパティキュレートフィルタ２２ａの温度を低下させるための処理が実行される。
【００８９】
ステップ４６では、降温処理IIが要求されているか否か、すなわち、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂの温度を微粒子連続酸化温度よりも高く維持しつつＮＯｘ吸収温度範囲内に維持するために、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂの温度を低下させることが要求されているか否かが判別される。ステップ４６において、降温処理IIが要求されていないと判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、ステップ４６において、降温処理IIが要求されていると判別されたときには、ルーチン４７はステップに進んで、降温処理IIが実行される。この降温処理IIでは、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂの温度を微粒子連続酸化温度よりも高く維持しつつＮＯｘ吸収温度範囲内に収まるように、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂの温度を低下させるための処理が実行される。
【００９０】
なお上述したフィルタ温度制御の代わりに、図２に示した構成において、以下のようなフィルタ温度制御を実行するようにしてもよい。すなわち本実施例のフィルタ温度制御では、フィルタ温度がＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度よりも低いか、或いは微粒子連続酸化温度よりも低いときには、切換バルブ７２の作動状態を中立作動状態に切り換えた上で、フィルタ温度がＮＯｘ吸収温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高くなるように、燃焼式ヒータ７４からヒータ排気ガスを両パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂに供給し、両パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂを加熱する。
【００９１】
これによれば、両パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂの温度がＮＯｘ吸収温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持される。したがって本実施例によれば、全体として、排気浄化装置７０の微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルが高いレベルに維持される。
【００９２】
なお本実施例のフィルタ温度制御において、フィルタ温度がＮＯｘ吸収温度範囲の上限温度よりも高いときには、フィルタ温度がＮＯｘ吸収温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高くなるように、フィルタ温度を制御する。
【００９３】
ところで上述したように、ＮＯｘ触媒は、その温度がＮＯｘ還元温度範囲内にあるときに、吸収しているＮＯｘを放出し、この放出されたＮＯｘをＨＣにより還元することができる。したがって、ＮＯｘ還元効率をより高くするためには、ＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘを還元するためにリッチ空燃比のヒータ排気ガスをパティキュレートフィルタに供給し始めたときに、フィルタ温度が既にＮＯｘ還元温度範囲内にあることが望まれる。
【００９４】
もちろん、微粒子酸化除去効率をより高くするためには、ＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘを還元するためにリッチ空燃比のヒータ排気ガスをパティキュレートフィルタに供給し始めたときに、フィルタ温度が既に微粒子連続酸化温度よりも高くなっていることが望まれる。
【００９５】
そこで、図２に示した構成において、以下のようなＮＯｘ浄化処理を実行するようにしてもよい。すなわち本実施例のＮＯｘ浄化処理では、ＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘを還元浄化すべきであると判定されたときに、フィルタ温度がＮＯｘ還元温度範囲の下限温度よりも低いか、或いは微粒子連続酸化温度よりも低い場合には、ＮＯｘを還元すべき状態にあると判定されたＮＯｘ触媒を備えた方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制するように切換バルブ７２の作動状態を切り換えた上で、燃焼式ヒータ７４からリーン空燃比の排気ガスを当該パティキュレートフィルタに供給する。これによれば、ＮＯｘ触媒からＮＯｘが放出せしめられることなく、当該パティキュレートフィルタがヒータ排気ガスの熱により加熱される。
【００９６】
そして本実施例のＮＯｘ浄化処理では、フィルタ温度がＮＯｘ還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高くなったときに、燃焼式ヒータ７４からリッチ空燃比の排気ガスを当該パティキュレートフィルタに供給する。
【００９７】
これによれば、リッチ空燃比のヒータ排気ガスがパティキュレートフィルタに供給されるときには、既にフィルタ温度がＮＯｘ還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高くなっている。したがって本実施例によれば、全体として、排気浄化装置の微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルがより高められる。
【００９８】
ところで、図２に示した構成において、以下のようなＮＯｘ浄化処理を実行するようにしてもよい。すなわち本実施例のＮＯｘ浄化処理では、ＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘを還元浄化すべきであると判定されたときに、フィルタ温度がＮＯｘ還元温度範囲の下限温度よりも低いか、或いは微粒子連続酸化温度よりも低い場合には、ＮＯｘを還元すべき状態にあると判定されたＮＯｘ触媒を備えた方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制するように切換バルブ７２の作動状態を切り換えた上で、リッチ度合が比較的小さいリッチ空燃比であって且つ酸素濃度が予め定められた酸素濃度よりも高いヒータ排気ガスをパティキュレートフィルタに供給する。
【００９９】
すなわち、このときにパティキュレートフィルタに供給されるヒータ排気ガスの空燃比のリッチ度合が小さいので、ＮＯｘ触媒からＮＯｘがほとんど放出されることはない。一方、このときにパティキュレートフィルタに供給されるヒータ排気ガス中には比較的多くの酸素とＨＣとが含まれており、これら酸素とＨＣとがパティキュレートフィルタにて酸化反応し、熱が放出されるので、パティキュレートフィルタの温度が素早く上昇せしめられる。
【０１００】
そして本実施例のＮＯｘ浄化処理では、フィルタ温度がＮＯｘ還元温度範囲内にあって微粒子連続酸化温度よりも高くなったときに、リッチ度合が比較的大きいリッチ空燃比であって且つ酸素濃度が上記予め定められた酸素濃度よりも低いヒータ排気ガスをパティキュレートフィルタに供給する。
【０１０１】
すなわち、このときにパティキュレートフィルタに供給されるヒータ排気ガスの空燃比のリッチ度合は全体としては大きいので、ＮＯｘ触媒からＮＯｘが放出される。そして、このときにパティキュレートフィルタに供給されるヒータ排気ガス中に含まれている酸素とＨＣとは比較的少ないので、これら酸素とＨＣとがパティキュレートフィルタにて酸化反応することにより多量の熱が放出されることがなく、したがってＮＯｘ触媒からＮＯｘが一気に放出されることが抑制される。
【０１０２】
もちろん本実施例のＮＯｘ浄化処理では、ＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘを還元浄化すべきであると判定されたときに、フィルタ温度がＮＯｘ還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高い場合には、リッチ度合が比較的小さく且つ酸素濃度が上記予め定められた酸素濃度よりも高いヒータ排気ガスをパティキュレートフィルタに供給せずに、即座に、リッチ度合が比較的大きいリッチ空燃比であって且つ酸素濃度が上記予め定められた酸素濃度よりも低いヒータ排気ガスをパティキュレートフィルタに供給する。
【０１０３】
これによれば、酸素濃度が比較的低いリッチ空燃比のヒータ排気ガスがパティキュレートフィルタに供給されたときには、既にフィルタ温度がＮＯｘ還元温度範囲内にあって微粒子連続酸化温度よりも高くなっている。したがって本実施例によれば、全体として、排気浄化装置の微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化能力が高いレベルに維持される。
【０１０４】
なお、上記予め定められた酸素濃度はフィルタ温度を所望の上昇率にて上昇させるために必要な酸素濃度に設定される。
【０１０５】
ところで、パティキュレートフィルタに担持されたＮＯｘ触媒には、排気ガス中の硫黄成分（以下、Ｓ成分と称す）も吸収される。このように、ＮＯｘ触媒にＳ成分が吸収されるとＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力が低下してしまう。したがって、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力を高いレベルに維持し、結果としてＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を高いレベルに維持するためには、ＮＯｘ触媒に吸収されているＳ成分をＮＯｘ触媒から放出させることが望まれる。
【０１０６】
Ｓ成分は、ＮＯｘ触媒の温度、すなわちフィルタ温度が或る温度（例えば６００℃）以上となり且つパティキュレートフィルタ内の雰囲気がリッチ雰囲気になると、ＮＯｘ触媒から放出される。したがって、Ｓ成分をＮＯｘ触媒から放出させるためには、フィルタ温度をＳ成分がＮＯｘ触媒から放出される温度（以下、Ｓ成分放出温度と称す）以上とし且つパティキュレートフィルタ内の雰囲気をリッチ雰囲気とすればよい。
【０１０７】
そこで、本実施例では、図２に示した構成において、次のようにＳ成分をＮＯｘ触媒から放出させるためのＳ成分放出制御を実行する。すなわち、本実施例のＳ成分放出制御では、Ｓ成分をＮＯｘ触媒から放出させるべきであると判定されたときに、Ｓ成分を放出させるべき状態にあると判定されたＮＯｘ触媒を備えた方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制するように切換バルブ７２の作動状態を切り換え、当該パティキュレートフィルタにリーン空燃比のヒータ排気ガスを供給する。これによれば、パティキュレートフィルタはリーン空燃比のヒータ排気ガスの熱により加熱され、フィルタ温度が上昇せしめられる。
【０１０８】
そして、本実施例のＳ成分放出制御では、フィルタ温度がＳ成分放出温度に達したときに、当該パティキュレートフィルタにリッチ空燃比のヒータ排気ガスを供給する。これによれば、リッチ空燃比のヒータ排気ガス中のＨＣによりその内部がリッチ雰囲気とされてＳ成分がＮＯｘ触媒から放出される。
【０１０９】
したがって本実施例によれば、Ｓ成分がＮＯｘ触媒から放出されるので、結果としてＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力が高いレベルに維持される。なお、本実施例において利用されているリーン空燃比のヒータ排気ガスの代わりに、機関運転を制御することにより生成される高温でリーン空燃比の機関排気ガスを利用してもよい。
【０１１０】
また、図２に示した構成において、次のようなＳ成分放出制御を実行するようにしてもよい。すなわち、本実施例のＳ成分放出制御では、Ｓ成分をＮＯｘ触媒から放出させるべきであると判定されたときに、機関運転を制御して高温の機関排気ガスが機関本体１から排出されるようにし、且つ、Ｓ成分を放出させるべき状態にあると判定されたＮＯｘ触媒を備えた方のパティキュレートフィルタに機関排気ガスを流入させるように切換バルブ７２の作動状態を切り換える。これによれば、Ｓ成分を放出させるべき状態にあると判定されたＮＯｘ触媒を備えた方のパティキュレートフィルタに高温の機関排気ガスが流入するので、当該パティキュレートフィルタは機関排気ガスの熱により加熱され、フィルタ温度が上昇せしめられる。
【０１１１】
そして、本実施例のＳ成分放出制御では、フィルタ温度がＳ成分放出温度に達したときに、Ｓ成分を放出させるべき状態にあるＮＯｘ触媒を備えた方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制するように、切換バルブの作動状態を切り換えた上で、燃焼式ヒータからリッチ空燃比の排気ガスを当該パティキュレートフィルタに供給する。これによれば、フィルタ温度がＳ成分放出温度に達している状態において、パティキュレートフィルタ内の雰囲気がリッチ雰囲気とされるので、ＮＯｘ触媒からＳ成分が放出せしめられる。
【０１１２】
なおこの実施例において、高温の機関排気ガスを機関本体から排出させるために、内燃機関に後述する低温燃焼を行わせるようにしてもよい。詳細は後述するが、低温燃焼が行われているときに機関本体から排出される排気ガスの温度は、通常の燃焼が行われているときに機関本体から排出される排気ガスの温度よりも高い。したがってこれによれば、フィルタ温度をＳ成分放出温度にまで上昇させることができる。
【０１１３】
ところで、Ｓ成分をＮＯｘ触媒から放出させているときに、例えば機関運転がアイドリング運転となると、単位時間当たりにパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの量が少なくなる。したがってこのときには、パティキュレートフィルタから流出する排気ガス中のＳ成分濃度が高くなり、排気エミッションが悪化する。したがってこうした理由による排気エミッションの悪化を抑制するためには、機関運転がアイドリング運転になったときに、パティキュレートフィルタから流出する排気ガス中のＳ成分濃度を一定レベル以下に抑制することが望まれる。
【０１１４】
そこで、図２に示した構成において、Ｓ成分放出処理中に、次のような空燃比制御を実行するようにしてもよい。すなわち、本実施例の空燃比制御では、Ｓ成分放出処理に従ってフィルタ温度がＳ成分放出温度に達した後に、機関回転数が検出され、機関運転がアイドリング運転か否か、より一般的には、機関回転数が所定値よりも小さいか否かが定期的に判定される。ここで、機関回転数が所定値よりも大きいと判定されたときには、リッチ空燃比のヒータ排気ガスがパティキュレートフィルタに供給される。この場合にはＮＯｘ触媒からＳ成分が比較的多い量ずつ放出せしめられる。一方、機関回転数が所定値よりも小さくなったと判定されるとリーン空燃比のヒータ排気ガスがパティキュレートフィルタに供給される。この場合にはＮＯｘ触媒からＳ成分はほとんど放出されない。
【０１１５】
本実施例の空燃比制御によれば、リッチ空燃比のヒータ排気ガスがパティキュレートフィルタに供給されるときには、ＮＯｘ触媒から放出されるＳ成分の量は比較的多いが、このときには機関回転数が所定値よりも大きく、したがってパティキュレートフィルタから流出する排気ガスの量が多いので、結果としてパティキュレートフィルタから流出する排気ガス中のＳ成分濃度は低いレベルにある。
【０１１６】
一方、本実施例の空燃比制御によれば、リーン空燃比の排気ガスがパティキュレートフィルタに供給されるときには、機関回転数が所定値よりも小さく、したがってパティキュレートフィルタから流出する排気ガスの量が少ないが、このときにはＮＯｘ触媒から放出されるＳ成分はほぼ零であるので、結果としてパティキュレートフィルタから流出する排気ガス中のＳ成分濃度は低いレベルに維持される。
【０１１７】
斯くして本実施例によれば、全体として、パティキュレートフィルタから流出する排気ガス中のＳ成分濃度が低いレベルに維持される。
【０１１８】
また、リーン空燃比のヒータ排気ガスの温度もリッチ空燃比のヒータ排気ガスの温度と同様に高いので、本実施例のように、リーン空燃比のヒータ排気ガスがパティキュレートフィルタに供給されたとしても、フィルタ温度は低下せず、Ｓ放出温度以上に維持される。このため、パティキュレートフィルタに供給されるヒータ排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切り換えられたときにも、フィルタ温度がＳ放出温度以上に維持されているので、リッチ空燃比のヒータ排気ガスがパティキュレートフィルタに導入されるや否やＳ成分がＮＯｘ触媒から放出される。このため、燃焼式ヒータ７４にて消費される燃料量が少なくても短時間でＮＯｘ触媒からＳ成分が放出される。
【０１１９】
なお本実施例において、機関回転数が所定値よりも小さい期間が一定期間以上に亘って継続したときにはパティキュレートフィルタへのヒータ排気ガスの供給を中止してもよい。これによれば、燃焼式ヒータ７４の燃費の悪化が抑制される。
【０１２０】
なお本実施例において、機関回転数が所定値よりも小さい間、リーン空燃比のヒータ排気ガスをパティキュレートフィルタに供給する代わりに、リッチ空燃比のヒータ排気ガスとリーン空燃比のヒータ排気ガスとを交互にパティキュレートフィルタに供給するようにしてもよい。これによれば、機関回転数が所定値よりも小さく、したがってパティキュレートフィルタから流出する排気ガスの量が少ないが、ＮＯｘ触媒から放出されるＳ成分は比較的少ないので、結果としてパティキュレートフィルタから流出する排気ガス中のＳ成分濃度は低レベルに維持される。
【０１２１】
もちろん、Ｓ成分放出温度は比較的高温であるので、Ｓ成分をＮＯｘ触媒から放出されるためにフィルタ温度をＳ成分放出温度にまで上昇させたときには、パティキュレートフィルタに堆積している微粒子が急速に酸化除去される。したがって、Ｓ成分放出処理を実行することによっても、排気浄化装置の微粒子酸化除去能力が向上せしめられる。
【０１２２】
本実施例の空燃比制御を含むＳ成分放出処理を実行するためのフローの一例を図９に示した。図９では、始めにステップ７０において、第１のＮＯｘ触媒からＳ成分を放出するためのＳ成分放出処理Ｉが要求されているか否かが判別される。ステップ７０において、Ｓ成分放出処理Ｉが要求されていると判別されたときには、ルーチンはステップ７１に進んで、図１０に示したフローに従って、Ｓ成分放出処理Ｉが実行される。一方、ステップ７０において、Ｓ成分放出処理Ｉが要求されていないと判別されたときには、ルーチンはステップ７２に進む。
【０１２３】
ステップ７２では、第２のＮＯｘ触媒からＳ成分を放出するためのＳ成分放出処理IIが要求されているか否かが判別される。ステップ７２において、Ｓ成分放出処理IIが要求されていると判別されたときには、ルーチンはステップ７３に進んでＳ成分放出処理IIが実行される。一方、ステップ７２において、Ｓ成分放出処理IIが要求されていないと判別されたときには、ルーチンが終了する。
【０１２４】
図１０では、始めにステップ８０において、切換制御Ｉが実行される。この切換制御Ｉでは、第１のパティキュレートフィルタ２２ａへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態に切り換えられる。次いでステップ８１において、逆流防止弁７６が開弁され、次いでステップ８２において、燃焼式ヒータ７４が作動される。
【０１２５】
次いでステップ８３において、第１のパティキュレートフィルタ２２ａの温度ＴａがＳ成分放出温度Ｔｓよりも高いか否かが判別される。ステップ８３において、Ｔａ≦Ｔｓと判別されたときには、ルーチンはステップ８３に戻る。したがって、ステップにおいてＴａ＞Ｔｓであると判別されるまで、ステップ８３が繰り返される。ステップ８３において、Ｔａ＞Ｔｓであると判別されたときには、ルーチンはステップ８４に進んで、図１１に示したフローに従って、空燃比制御が実行される。
【０１２６】
図１１では、始めにステップ９０において、機関回転数Ｎが所定値Ｎｓよりも大きいか否かが判別される。ステップ９０において、Ｎ＞Ｎｓであると判別されたときには、ルーチンはステップ９１に進んで空燃比制御Ｉが実行される。この空燃比制御Ｉでは、燃焼式ヒータ７４から供給されるヒータ排気ガスの空燃比がリッチとされ、ルーチンは図１０のステップ８５に進む。一方、ステップ９０において、Ｎ≦Ｎｓであると判別されたときには、ルーチンはステップ９２に進んで、空燃比制御IIが実行される。この空燃比制御IIでは、ヒータ排気ガスの空燃比がリーンとされ、ルーチンは図１０のステップ８５に進む。
【０１２７】
図１０のステップ８５では、Ｓ成分の放出が完了したか否かが判別される。ステップ８５において、Ｓ成分の放出が完了していないと判別されたときには、ルーチンはステップ８４に戻る。したがって、ステップ８４においてＳ成分の放出が完了したと判別されるまでは、ステップ８４，８５が繰り返される。ステップ８５において、Ｓ成分の放出が完了したと判別されたときには、ルーチンはステップ８６に進んで、燃焼式ヒータ７４の作動が停止され、次いでステップ８７において、逆流防止弁７６が閉弁され、ルーチンが終了する。
【０１２８】
本実施例のＳ成分放出処理IIは、以下で説明する点を除いて、図１０に示したフローに従って実行される。本実施例のＳ成分放出処理IIでは、図１０のステップ８０では、切換制御IIが実行される。この切換制御IIでは、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第２の作動状態に切り換えられる。これ以外の処理は本実施例のＳ成分放出処理Ｉにおける処理と同じである。
【０１２９】
ところで、Ｓ成分をＮＯｘ触媒から放出させるためにフィルタ温度をＳ成分放出温度以上に維持し且つパティキュレートフィルタ内をリッチ雰囲気に保ち続けると、フィルタ温度レベルやリッチ雰囲気レベルによっては、Ｓ成分が二酸化硫黄（ＳＯ2）としてではなく、硫化水素（Ｈ2Ｓ）となってパティキュレートフィルタから流出することがある。
【０１３０】
硫化水素はＮＯｘ触媒に吸着しやすく、いったん吸着すると脱離しづらいという性質を有する。硫化水素がＮＯｘ触媒に吸着すると、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力が低下し、結果としてＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力も低下する。したがって、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を高いレベルに維持するためには、Ｓ成分を硫化水素の形ではなく、二酸化硫黄の形でＮＯｘ触媒から放出されることが望まれる。
【０１３１】
そこで、図２に示した構成において、次のようなＳ成分放出処理を実行するようにしてもよい。すなわち、本実施例のＳ成分放出制御では、Ｓ成分を放出すべきであるときには、Ｓ成分を放出すべき状態にあるＮＯｘ触媒を備えた方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制するように、切換バルブ７２の作動状態を切り換えた上で、燃焼式ヒータ７４からリーン空燃比の排気ガスを当該パティキュレートフィルタに供給する。これによれば、ヒータ排気ガスによりパティキュレートフィルタが加熱され、フィルタ温度が上昇せしめられる。
【０１３２】
そして、本実施例のＳ成分放出制御では、フィルタ温度がＳ成分放出温度に達すると、リッチ空燃比のヒータ排気ガスとリーン空燃比のヒータ排気ガスとを交互にパティキュレートフィルタに供給する。このように、リッチ空燃比のヒータ排気ガスとリーン空燃比のヒータ排気ガスとが交互にパティキュレートフィルタに供給されると、フィルタ温度が上昇しても一定温度以下に維持され且つパティキュレートフィルタ内の雰囲気のリッチ度合も一定度合以下に維持される。したがって本実施例によれば、Ｓ成分が確実に二酸化硫黄の形でＮＯｘ触媒から放出され、結果としてＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力が高いレベルに維持される。
【０１３３】
なお本実施例において、リッチ空燃比のヒータ排気ガスとリーン空燃比のヒータ排気ガスとを交互にパティキュレートフィルタに供給する代わりに、リッチ空燃比のヒータ排気ガスを供給すると共に、切換バルブ７２の開度を制御してリーン空燃比の機関排気ガスを断続的にパティキュレートフィルタに供給するようにしてもよい。これによっても、フィルタ温度が上昇しても一定温度以下に維持され且つパティキュレートフィルタ内の雰囲気のリッチ度合も一定度合以下に維持されるので、Ｓ成分が確実に二酸化硫黄の形でＮＯｘ触媒から放出され、結果としてＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力が高いレベルに維持される。
【０１３４】
ところで、ＮＯｘ還元処理中にあるパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入は切換バルブ７２により抑制されている。ここで、パティキュレートフィルタに供給されるヒータ排気ガス量は排気浄化装置７０に到来する機関排気ガス量よりも少ないので、ＮＯｘ還元処理中にあるパティキュレートフィルタ内の圧力は当該パティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内の圧力よりも低くなる。この場合、当該パティキュレートフィルタには他方のパティキュレートフィルタから流出した機関排気ガスがその下流側から流入する。
【０１３５】
この場合に当該パティキュレートフィルタ内の雰囲気を所望の程度のリッチ雰囲気とするためには、機関排気ガスが当該パティキュレートフィルタに全く流入しない場合に比べて、ヒータ排気ガスのリッチ度合を大きくしなければならず、この場合、燃焼式ヒータ７４の燃費が悪化する。したがって、こうした理由による燃焼式ヒータ７４の燃費の悪化を抑制するためには、ＮＯｘ還元処理中にあるパティキュレートフィルタにその下流から機関排気ガスが流入することを抑制することが望まれる。
【０１３６】
そこで図１２に示した構成を採用し、上述したＮＯｘ還元処理を実行するようにしてもよい。図１２に示した構成では、下流側排気枝通路９２ａ，９２ｂは集合せしめられずに、そのまま大気に解放されている。これによれば、一方の下流側排気枝通路から排出される排気ガスが他方の下流側排気枝通路内に流入することが抑制され、ＮＯｘ還元処理中にあるパティキュレートフィルタにその下流から機関排気ガスが流入することが抑制される。したがって本実施例によれば、燃焼式ヒータ７４の燃費の悪化が抑制される。
【０１３７】
なお、図１３に示した構成によっても、図１２に示した構成から得られる効果と同様な効果が得られる。図１３に示した構成では、パティキュレートフィルタ下流側において直ぐに下流側排気枝通路９２ａ，９２ｂは集合せしめられずに、比較的長い距離に亘って延在し、その後、集合せしめられている。ここで、パティキュレートフィルタから下流側排気枝通路９２ａ，９２ｂが集合せしめられる領域（以下、排気通路集合領域と称す）までの距離は、一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入が抑制されているときに、他方のパティキュレートフィルタから流出した機関排気ガスが排気通路集合領域を介して当該一方のパティキュレートフィルタにその下流から流入することが抑制される距離に設定される。
【０１３８】
また、ＮＯｘ還元処理中にあるパティキュレートフィルタにその下流から機関排気ガスが流入することを抑制するための別の構成として、図１４に示した構成を採用してもよい。図１４に示した構成では、各下流側排気枝通路９２ａ，９２ｂ内にそれぞれ排気バルブ７８ａ，７８ｂが配置されており、これら排気バルブ７８ａ，７８ｂはそれぞれステップモータ７９ａ，７９ｂに接続されている。これらステップモータ７９ａ，７９ｂはそれぞれ対応する駆動回路３８を介して出力ポート３６に接続される。
【０１３９】
本実施例では、ＮＯｘ還元処理中において機関排気ガスの流入が抑制されている方のパティキュレートフィルタに接続された下流側排気枝通路９２ａ，９２ｂ内に配置された排気バルブ７８ａ，７８ｂをステップモータ７９ａ，７９ｂにより閉弁する。これによれば、ＮＯｘ還元処理中にあるパティキュレートフィルタへのその下流からの機関排気ガスの流入が排気バルブ７８ａ，７８ｂにより抑制される。
【０１４０】
また、ＮＯｘ還元処理中にあるパティキュレートフィルタに接続された下流側排気枝通路９２ａ，９２ｂが排気バルブ７８ａ，７８ｂにより閉塞されるので、ＮＯｘ還元処理中にあるパティキュレートフィルタ内の圧力が上昇する。これによっても、ＮＯｘ還元処理中にあるパティキュレートフィルタへのその下流からの機関排気ガスの流入が抑制される。
【０１４１】
したがって本実施例によれば、燃焼式ヒータ７４の燃費の悪化が抑制される。
【０１４２】
もちろん以上説明した構成により、パティキュレートフィルタにその下流から機関排気ガスが流入することを抑制することは、Ｓ成分除去処理を実行するときに、燃焼式ヒータ７４の燃費の悪化を抑制するためにも有効である。
【０１４３】
ところで本実施例では、ＮＯｘ還元処理中およびＳ成分放出処理中において、ヒータ排気ガスが供給される方のパティキュレートフィルタはその上流側を切換バルブ７２により閉鎖され、その下流側を排気バルブ７８ａまたは７８ｂにより閉鎖される。したがって、単位時間当たりに当該パティキュレートフィルタに供給されるヒータ排気ガスの量によっては、当該パティキュレートフィルタ内の圧力が高くなって、燃焼式ヒータ７４からヒータ排気ガスを当該パティキュレートフィルタに供給しづらくなることがある。
【０１４４】
したがって、燃焼式ヒータ７４から所望通りにヒータ排気ガスをパティキュレートフィルタに供給するためには、燃焼式ヒータ７４から当該パティキュレートフィルタにヒータ排気ガスを供給しづらくならない程度に、当該パティキュレートフィルタ内の圧力を抑制することが望まれる。
【０１４５】
そこで図１４に示した構成を採用し、以下のような排気バルブ開度制御を実行してもよい。すなわち、図１４に示した構成では、各パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂ内の圧力を検出するための圧力センサ８８ａ，８８ｂが各パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂ下流側の排気枝通路９２ａ，９２ｂに配置されている。そして本実施例の排気バルブ開度制御では、ＮＯｘ還元処理中およびＳ成分放出処理中において、ヒータ排気ガスが供給されている方のパティキュレートフィルタ内の圧力が圧力センサにより検出され、この検出された圧力が所定圧力よりも高くなったときには、当該パティキュレートフィルタ下流に配置されている排気バルブの開度が大きくされ、逆に、検出圧力が所定圧力よりも低くなったときには、当該排気バルブの開度が小さくされる。ここで、所定圧力はヒータ排気ガスが所望通りにパティキュレートフィルタに供給される圧力の上限値に設定される。
【０１４６】
これによれば、パティキュレートフィルタ内の圧力はヒータ排気ガスが所望通りにパティキュレートフィルタに供給される圧力に維持される。
【０１４７】
本実施例の排気バルブ開度制御を実行するためのフローの一例を図１５に示した。図１５では、始めにステップ１００において、ヒータ排気ガスが供給されている方のパティキュレートフィルタ下流に配置されている圧力センサから検出される圧力Ｐが、所定圧力Ｐｍａｘよりも高いか否かが判別される。ここで所定圧力Ｐｍａｘはヒータ排気ガスが所望通りにパティキュレートフィルタに供給される圧力の上限値に設定されている。
【０１４８】
ステップ１００において、Ｐ＞Ｐｍａｘであると判別されたときには、ルーチンはステップ１０１に進んで、ヒータ排気ガスが供給されている方のパティキュレートフィルタ下流に配置されている排気バルブの開度が増大せしめられ、ルーチンが終了する。一方、ステップ１００において、Ｐ＜Ｐｍａｘであると判別されたときには、ルーチンはステップ１０２に進んで、当該排気バルブの開度が減少せしめられ、ルーチンが終了する。
【０１４９】
また、ＮＯｘ還元処理中またはＳ成分放出処理中のパティキュレートフィルタにその下流から機関排気ガスが流入することを抑制するために、図１４に示した構成を採用し、次のような排気バルブ開度制御を実行してもよい。すなわち、本実施例の排気バルブ開度制御では、ＮＯｘ還元処理中またはＳ成分放出処理中において、圧力センサにより各パティキュレートフィルタ内の圧力を検出し、これら検出圧力に基づいて、ヒータ排気ガスが供給されている方のパティキュレートフィルタ内の圧力が他方のパティキュレートフィルタ内の圧力よりも高くなるように、或いは少なくとも両パティキュレートフィルタ内の圧力が等しくなるように、ヒータ排気ガスが供給されている方のパティキュレートフィルタ下流に配置されている排気バルブの開度を制御する。
【０１５０】
これによれば、ＮＯｘ還元処理中またはＳ成分放出中のパティキュレートフィルタにその下流から機関排気ガスが流入することが抑制される。
【０１５１】
なお、パティキュレートフィルタ内の圧力に応じて排気バルブの開度を制御する代わりに、パティキュレートフィルタ内の圧力が予め定められた値よりも高いと判定されたときには、燃焼式ヒータ７４からパティキュレートフィルタに単位時間当たりに導入される排気ガス量を少なくし、パティキュレートフィルタ内の圧力が予め定められた値よりも低いと判定されたときには、燃焼式ヒータ７４からパティキュレートフィルタに単位時間当たりに導入される排気ガス量を多くすることによっても、パティキュレートフィルタ内の圧力が予め定められた値近傍に維持される。
【０１５２】
ところで、図２に示した構成の代わりに、図１６に示した構成を採用してもよい。図１６に示した構成では、上流側排気枝通路７１ａ，７１ｂ内にそれぞれ切換バルブ７２ａ，７２ｂが配置され、これら切換バルブ７２ａ，７２ｂは対応するステップモータ７３ａ，７３ｂに接続されている。また、排気供給管７５は第１の排気供給枝管７５ａと第２の排気供給枝管７５ｂに分岐し、これら排気供給枝管７５ａ，７５ｂはそれぞれ上流側排気枝通路７１ａ，７１ｂに接続される。
【０１５３】
本実施例では、パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂにヒータ排気ガスを供給していないときには、両切換バルブ７２ａ，７２ｂが全開とされ、機関排気ガスが両パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂに流入せしめられる。
【０１５４】
一方、第１のパティキュレートフィルタ２２ａにヒータ排気ガスを供給するときには、逆流防止弁７６を開弁して排気供給管７５を開放し、第２の切換バルブ７２ｂを全開としたままで、第１の切換バルブ７２ａを全閉とし、燃焼式ヒータ７４を作動させる。
【０１５５】
これによれば、第１のパティキュレートフィルタ２２ａへの機関排気ガスの流入が抑制され、ほとんど全ての機関排気ガスは第２のパティキュレートフィルタ２２ｂに流入せしめられる。したがって、第１の上流側排気枝通路７１ａ内の圧力は排気供給管７５内の圧力よりも低く、一方、第２の上流側排気枝通路７１ｂ内の圧力は排気供給管７５内の圧力よりも高い。このため、ヒータ排気ガスは第２の上流側排気枝通路７１ｂ内にはほとんど流入せず、ほとんど全てのヒータ排気ガスは第１の上流側排気枝通路７１ａ内に流入する。斯くして第１のパティキュレートフィルタ２２ａにヒータ排気ガスが供給される。
【０１５６】
一方、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂにヒータ排気ガスを供給するときには、逆流防止弁７６を開弁して排気供給管７５を開放し、第１の切換バルブ７２ａを全開としたままで、第２の切換バルブ７２ｂを全閉し、燃焼式ヒータ７４を作動させる。これによれば、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂにヒータ排気ガスが供給される。
【０１５７】
なお本実施例によれば、両パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂに同時にヒータ排気ガスを供給することができる。しかしながら両パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂに同時にヒータ排気ガスを供給するために、両切換バルブ７２ａ，７２ｂを閉弁すると、機関排気ガスがいずれのパティキュレートフィルタに流入することができず、背圧が極めて高くなり、内燃機関の出力が低下してしまう。したがって本実施例においては、両パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂに同時にヒータ排気ガスを供給しないようにするか、或いは切換バルブ７２ａ，７２ｂを閉弁せずに両パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂにヒータ排気ガスを供給するようにする。
【０１５８】
図１６に示した構成を採用した実施例におけるＮＯｘ還元処理を実行するためのフローの一例を図１７に示した。本実施例では、図３のフローに従ってＮＯｘ浄化処理が実行され、図３のフローにおけるステップ１１のＮＯｘ還元処理Ｉが図１７のフローに従って実行される。
【０１５９】
図１７では、始めにステップ１２０において、第１の切換バルブ７２ａが閉弁され、次いでステップ１２１において、逆流防止弁７６が開弁され、次いでステップ１２２において、燃焼式ヒータ７４が作動される。ここでは燃焼式ヒータ７４からリッチ空燃比の排気ガスが第１のパティキュレートフィルタ２２ａに供給され、第１のＮＯｘ触媒２２ａに吸収されているＮＯｘが還元浄化される。
【０１６０】
次いでステップ１２３では、第１のＮＯｘ触媒２２ａに吸収されているＮＯｘの還元浄化が完了したか否かが判別される。ステップ１２３において、ＮＯｘ還元浄化が完了していないと判別されたときには、ルーチンはステップ１２３に戻る。したがって、ステップ１２３においてＮＯｘ還元浄化が完了したと判別されるまでは、ステップ１２３が繰り返される。
【０１６１】
ステップ１２３において、ＮＯｘ還元浄化が完了したと判別されたときには、ルーチンはステップ１２４に進んで、燃焼式ヒータ７４の作動が停止され、次いでステップ１２５において、逆流防止弁７６が閉弁され、次いでステップ１２６において、第１の切換バルブ７２ａが開弁され、ルーチンが終了する。
【０１６２】
なお、本実施例では、図３のフローにおけるステップ１３のＮＯｘ還元処理IIは、以下で説明する点を除いて、図１７のフローに従って実行される。すなわち、ＮＯｘ還元処理IIでは、図１７のステップ１２０において、第２切換バルブ７１ｂが閉弁され、図１７のステップ１２６において、第２切換バルブ７２ｂが開弁される。これ以外の処理は本実施例のＮＯｘ還元処理Ｉにおける処理と同じである。
【０１６３】
ところで、図１６に示した構成を採用した実施例において、燃焼式ヒータ７４が作動されているときには、逆流防止弁７６は開弁されている。したがって図１６に示した構成では、燃焼式ヒータ７４の作動中において、排気供給管７５は第１の排気供給枝管７５ａと第２の排気供給枝管７５ｂとを介して両上流側排気枝通路７１ａ，７１ｂに開放せしめられている。ここで、燃焼式ヒータ７４の作動中においては、上流側排気枝通路７１ａ，７１ｂのいずれか一方には機関排気ガスが流入しているので、当該上流側排気枝通路内の圧力が高くなって、当該上流側排気枝通路を介して燃焼式ヒータ７４に機関排気ガスが逆流する可能性がある。
【０１６４】
この場合、排気供給管７５，７５ａ，７５ｂ内に微粒子やＨＣなどが堆積し、その後の燃焼式ヒータ７４の作動が不良となる可能性がある。したがって、燃焼式ヒータ７４の作動を常に安定させるためには、燃焼式ヒータ７４の作動中においても、燃焼式ヒータ７４への機関排気ガスの逆流を抑制することが望まれる。
【０１６５】
そこで図１６に示した構成では、切換バルブ７２下流側の各上流側排気枝通路７１ａ，７１ｂにそれぞれ圧力センサ９１ａ，９１ｂが配置され、本実施例では、燃焼式ヒータ７４の作動中において、これら圧力センサ９１ａ，９１ｂにより検出される圧力が所定圧力よりも大きくなったときには、逆流防止弁７６を閉弁し、燃焼式ヒータ７４の作動をいったん停止する。これによれば、燃焼式ヒータ７４への機関排気ガスの逆流が抑制されるので、燃焼式ヒータ７４は常に安定して作動する。なお、所定圧力は機関排気ガスが燃焼式ヒータ７４に逆流し始める圧力に設定される。
【０１６６】
本実施例に従って燃焼式ヒータ７４の作動中に逆流防止弁７６の開閉弁作動を制御するためのフローの一例を図１８に示した。図１８では、始めにステップ１４０において、第１の上流側排気枝通路７１ａに配置された圧力センサ９１ａにより検出される圧力Ｐａが所定圧力Ｐｍａｘよりも低いか否かが判別される。ステップ１４０において、Ｐａ＜Ｐｍａｘであると判別されたときには、ルーチンはステップ１４１に進む。一方、ステップ１４０において、Ｐａ≧Ｐｍａｘであると判別されたときには、ルーチンはステップ１４４に進んで、逆流防止弁７６が閉弁され、次いでステップ１４５において、燃焼式ヒータ７４の作動が停止され、ルーチンが終了する。
【０１６７】
ステップ１４１では、第２の上流側排気枝通路７１ｂに配置された圧力センサ９１ｂにより検出される圧力Ｐｂが所定圧力Ｐｍａｘよりも低いか否かが判別される。ステップ１４１において、Ｐｂ＜Ｐｍａｘであると判別されたときには、ルーチンはステップ１４２に進んで、逆流防止弁７６が開弁され、次いでステップ１４３において、燃焼式ヒータ７４が作動され、ルーチンが終了する。一方、ステップ１４１において、Ｐｂ≧Ｐｍａｘであると判別されたときには、ルーチンはステップ１４４に進んで、逆流防止弁７６が閉弁され、次いでステップ１４５において、燃焼式ヒータ７４の作動が停止され、ルーチンが終了する。
【０１６８】
また、図１６に示した構成に代えて、図１９に示した構成を採用し、次のような逆流防止制御を実行してもよい。すなわち、図１９では、逆流防止弁７６は三方弁であり、この逆流防止弁７６がパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路９２から延びる排気リリーフ通路８６に接続される。本実施例の逆流防止制御では、圧力センサ９１ａ，９１ｂにより検出される圧力が所定圧力よりも高くなったときには、燃焼式ヒータ７４から排出される排気ガス（ヒータ排気ガス）が排気リリーフ通路８６を介して機関排気通路９２に排出されるように、逆流防止弁７６の作動状態が切り換えられ、２つの圧力センサ９１ａ，９１ｂにより検出される圧力が共に所定圧力よりも低くなったときには、ヒータ排気ガスが上流側排気枝通路７１ａ，７１ｂに排出されるように、逆流防止弁７６の作動状態が切り換えられる。
【０１６９】
ところで、燃焼式ヒータ７４は機関本体１に供給される燃料と同じ燃料を燃焼させることにより排気ガスを生成する。したがって燃焼式ヒータ７４においても、少なからず微粒子やＮＯｘが発生する。もちろん、燃焼式ヒータ７４から排出されるヒータ排気ガスは大気に放出される前にパティキュレートフィルタを通るので、排気ガス中の微粒子やＮＯｘはパティキュレートフィルタにより処理される。しかしながら、排気浄化装置７０の微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルを高いレベルに維持するためには、燃焼式ヒータ７４における微粒子やＮＯｘの発生量を抑制することが望まれる。
【０１７０】
そこで、図２に示した構成の代わりに、図２０に示した構成を採用し、次のような微粒子・ＮＯｘ発生抑制制御を実行するようにしてもよい。すなわち、図２０に示した構成では、パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂ上流側の機関排気通路７１と燃焼式ヒータ７４とが排気導入管８０を介して接続され、この排気導入管８０内には燃焼式ヒータ７４に導入される機関排気ガスの量を制御するための導入量制御弁８１が配置される。本実施例の微粒子・ＮＯｘ発生抑制制御では、燃焼式ヒータ７４の作動中に、導入量制御弁８１の作動が制御され、パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂ上流側の機関排気通路７１から燃焼式ヒータ７４に所定量の機関排気ガスが導入される。
【０１７１】
本実施例の微粒子・ＮＯｘ発生抑制制御において、燃焼式ヒータ７４に導入される機関排気ガスの量は、燃焼式ヒータ７４において後述するいわゆる低温燃焼が行われる量に設定される。燃焼式ヒータ７４において低温燃焼が行われるようにすれば、燃焼式ヒータ７４における微粒子およびＮＯｘの発生量が極めて少なくなる。
【０１７２】
また、図２０に示した構成の代わりに、図２１に示した構成を採用し、次のような微粒子・ＮＯｘ発生抑制制御を実行するようにしてもよい。すなわち、図２１に示した構成では、排気導入管８０を介してパティキュレートフィルタ下流側の機関排気通路９２と空気供給管８９とが接続され、この排気導入管８０内には燃焼式ヒータ７４に導入される機関排気ガスの量を制御するための導入量制御弁８１が配置されている。そして、本実施例の微粒子・ＮＯｘ発生抑制制御では、燃焼式ヒータ７４の作動中に、導入量制御弁８１の作動が制御され、パティキュレートフィルタ２２ａ，２２ｂ下流側の機関排気通路９２から燃焼式ヒータ７４に所定量の機関排気ガスが導入される。本実施例においても、燃焼式ヒータ７４に導入される機関排気ガスの量は、燃焼式ヒータ７４において後述する低温燃焼が行われる量に設定される。
【０１７３】
これによれば、パティキュレートフィルタにより微粒子やＨＣが処理されている排気ガスが燃焼式ヒータ７４に導入される。したがって、燃焼式ヒータ７４に導入される排気ガス中の微粒子やＨＣの濃度は極めて低い。このため、図２０に示した実施例から得られる効果の他に、本実施例によれば、微粒子やＨＣが排気導入管８０内に付着することにより排気導入管が閉塞されてしまうことが抑制される。
【０１７４】
ところで、ＮＯｘ還元処理またはＳ成分放出処理の実行中においては、パティキュレートフィルタに供給されるヒータ排気ガスの空燃比はリッチである。したがって、パティキュレートフィルタから流出する排気ガス中には少ないながらもＨＣが含まれている。ここで、図２１に示した構成を採用した実施例では、燃焼式ヒータ７４の作動中において、パティキュレートフィルタから流出する排気ガスが燃焼式ヒータ７４に導入される。したがってこのとき、燃焼式ヒータ７４に導入される排気ガス中のＨＣが排気導入管８０や導入量制御弁８１に堆積し、所定の量の排気ガスを燃焼式ヒータ７４に導入することができなくなることが考えられる。
【０１７５】
したがって燃焼式ヒータ７４の作動中において、所定量の排気ガスを燃焼式ヒータ７４に導入するためには、燃焼式ヒータ７４に導入する排気ガス中にＨＣが含まれていないことが望まれる。
【０１７６】
そこで、図２１に示した構成の代わりに、図２２に示した構成を採用し、次のような微粒子・ＮＯｘ発生抑制制御を実行するようにしてもよい。すなわち、図２２に示した構成では、下流側排気枝通路９２ａ，９２ｂは集合せしめられずに、そのまま大気に開放せしめられ、第１の下流側排気枝通路９２ａには第１の排気導入枝管８０ａが接続され、第２の下流側排気枝通路９２ｂには第２の排気導入枝管８０ｂが接続され、これら排気導入枝管８０ａ，８０ｂは共通の排気導入管８０に接続されている。排気導入管８０は空気供給管８９に接続される。また、排気導入管８０内には導入量制御弁８１が配置され、第１の排気導入枝管８０ａにはその流路を開放したり遮断したりするための第１の導入制御弁９０ａが配置され、第２の排気導入枝管８０ｂにはその流路を開放したり遮断したりするための第２の導入制御弁９０ｂが配置される。
【０１７７】
そして、本実施例の微粒子・ＮＯｘ発生抑制制御では、切換バルブ７２により機関排気ガスの流入を抑制されていない方の下流側排気枝通路に接続された排気導入枝管を介してのみ排気ガスが燃焼式ヒータ７４に導入される。すなわち、燃焼式ヒータ７４の作動中において、機関排気ガスの流入が抑制されている方の下流側排気枝通路に接続されている排気導入枝管内に配置された導入制御弁は閉弁されたままとされて、当該排気導入枝管の流路が遮断されたままとされ、一方、機関排気ガスの流入が抑制されていない方の下流側排気通路に接続されている排気導入枝管内に配置された導入制御弁は開弁されて、当該排気導入枝管の流路が開放され、導入制御弁８１を制御することにより燃焼式ヒータ７４に導入される排気ガスの量が制御されつつ排気ガスが燃焼式ヒータ７４に導入される。
【０１７８】
これによれば、燃焼式ヒータ７４からリッチ空燃比の排気ガスがパティキュレートフィルタに導入されている場合において、燃焼式ヒータ７４に導入される排気ガス中のＨＣの量は、排気通路集合領域下流の機関排気通路から燃焼式ヒータ７４に排気ガスを導入する場合に比べて少なく、したがって、排気導入管８０や導入量制御弁８１にＨＣが堆積することが抑制される。したがって本実施例によれば、燃焼式ヒータ７４に所定量の排気ガスが導入される。
【０１７９】
図２２に示した構成を採用した実施例においてＮＯｘ還元処理Ｉを実行するためのフローの一例を図２３に示した。本実施例のＮＯｘ浄化処理は図３のフローに従って実行され、図３のステップ１１のＮＯｘ還元処理Ｉは図２３に示したフローに従って実行される。
【０１８０】
図２３のフローでは、始めにステップ１６０において、切換制御Ｉが実行される。この切換制御Ｉでは、第１のパティキュレートフィルタ２２ａへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態に切り換えられる。次いでステップ１６１において、逆流防止弁７６が開弁され、次いでステップ１６２において、第２導入制御弁９０ｂが開弁され、次いでステップ１６３において、燃焼式ヒータ７４が作動される。ここでは燃焼式ヒータ７４からリッチ空燃比の排気ガスが第１のパティキュレートフィルタ２２ａに供給され、第１のＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘが還元浄化される。
【０１８１】
次いでステップ１６４において、導入量制御弁８１の開弁量、すなわち、燃焼式ヒータ７４に導入される排気ガスの量が所望の量となるように制御される。次いでステップ１６５において、第１のＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘの還元浄化が完了したか否かが判別される。ステップ１６５において、ＮＯｘ還元浄化が完了していないと判別されたときには、ルーチンはステップ１６４に戻る。したがって、ステップ１６５において、ＮＯｘ還元浄化が完了したと判別されるまで、ステップ１６４，１６５が繰り返される。
【０１８２】
ステップ１６５において、ＮＯｘ還元浄化が完了したと判別されたときには、ルーチンはステップ１６６に進んで、燃焼式ヒータ７４が停止され、次いでステップ１６７において、第２導入制御弁９０ｂが閉弁され、次いでステップ１６８において、逆流防止弁７６が閉弁され、ルーチンが終了する。
【０１８３】
また、本実施例において、図３のフローにおけるステップ１３のＮＯｘ還元処理IIは、以下で説明する点を除いて、図２３のフローに従って実行される。すなわち、ＮＯｘ還元処理IIでは、図２３のステップ１６０において、切換制御IIが実行される。すなわち、図２３のステップ１６０において、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第２作動状態に切り換えられる。また、本実施例のＮＯｘ還元処理IIでは、図２３のステップ１６２において、第１導入制御弁９０ａが開弁され、図２３のステップ１６７において、第１導入制御弁９０ａが閉弁される。これ以外の処理は本実施例のＮＯｘ還元処理Ｉにおける処理と同じである。
【０１８４】
ところで、図２０に示した構成の代わりに、図２４に示した構成を採用し、図２０に示した構成を採用した実施例における微粒子・ＮＯｘ発生抑制制御を実行するようにしてもよい。すなわち、図２４に示した構成では、排気導入管８０が排気供給管７５に接続されている。これによれば、燃焼式ヒータ７４の作動中において、燃焼式ヒータ７４から排出されるヒータ排気ガスが燃焼式ヒータ７４に導入せしめられる。
【０１８５】
また、図２０に示した構成の代わりに、図２５に示した構成を採用し、図２０に示した構成を採用した実施例における微粒子・ＮＯｘ発生抑制制御を実行するようにしてもよい。すなわち、図２５に示した構成では、燃焼式ヒータ７４に大気供給管が接続されておらず、排気導入管８０は直接、燃焼式ヒータ７４に接続されている。これによれば、燃焼式ヒータ７４の作動中において、燃焼式ヒータ７４には機関排気ガスのみが導入される。すなわち、燃焼式ヒータ７４において、燃料は機関排気ガス中の酸素により燃焼せしめられる。
【０１８６】
このように燃焼式ヒータ７４において、機関排気ガス中の酸素により燃料を燃焼させるようにすれば、図２０に示した構成を採用した実施例から得られる効果の他に、以下のような効果を得ることができる。すなわち、機関排気ガス中の酸素濃度は大気中の酸素濃度よりも低いので、燃焼式ヒータ７４において燃料を燃焼させるための酸素を供給するためのガスとして機関排気ガスを導入するようにすれば、燃焼式ヒータ７４に大気を導入する場合に比べて、ヒータ排気ガスの空燃比をリッチにするために必要な燃料の量が少なくてすむという効果が得られる。
【０１８７】
また、燃焼式ヒータ７４において同じ量の燃料によりリッチ空燃比のヒータ排気ガスを生成すると燃焼式ヒータ７４に導入される機関排気ガスの量は新気を導入する場合における新気の量よりも多くなるので、結果としてパティキュレートフィルタに導入されるヒータ排気ガスの量が多く、パティキュレートフィルタ内を均等にリッチ雰囲気とすることができ、ＮＯｘ還元処理効率が向上する。
【０１８８】
もちろん本実施例において、パティキュレートフィルタ上流側の機関排気通路から機関排気ガスを燃焼式ヒータ７４に導入するのではなく、パティキュレートフィルタ下流側の機関排気通路から排気ガスを燃焼式ヒータ７４に導入してもよい。
【０１８９】
ところで、燃焼式ヒータ７４に機関排気ガスを導入するようにした場合、特に、図２５に示した構成を採用し、大気中の空気を燃焼式ヒータ７４に導入せずに燃焼式ヒータ７４に機関排気ガスのみを導入するようにした場合、機関排気ガス中の酸素濃度が燃焼式ヒータ７４において燃焼を良好に行えないほど低いとパティキュレートフィルタに所望通りの高温のヒータ排気ガスを供給することができない。
【０１９０】
そこで図２５に示した構成では、機関排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素濃度センサ８２が上流側の機関排気通路７１内に配置され、本実施例では、燃焼式ヒータ７４の作動中において、酸素濃度センサ８２の検出濃度を利用して機関排気ガス中の酸素濃度を燃焼式ヒータ７４において燃焼が十分に行われる程度の濃度以上に維持するように機関運転が制御される。これによれば、燃焼式ヒータ７４が常に良好に作動せしめられる。
【０１９１】
ところで、このように大気中の空気を燃焼式ヒータ７４に導入せずに燃焼式ヒータ７４に機関排気ガスのみを導入するようにし、機関排気ガス中の酸素濃度を燃焼式ヒータ７４において燃焼が十分に行われる程度の濃度以上に維持するように機関運転を制御するようにした場合において、機関運転の制御により機関排気ガス中の酸素濃度を所定濃度以上に維持することができない場合、或いは機関排気ガス中の酸素濃度を所定濃度以上に維持するために機関運転の制御を変更すべきではない場合には、別の手段により燃焼式ヒータ７４に酸素を供給すべきである。
【０１９２】
そこで図２５に示した構成の代わりに、図２６に示した構成を採用し、次のような酸素供給制御を実行するようにしてもよい。すなわち、図２６に示した構成では、排気導入管８０に大気中に開放する空気導入管８３が接続され、排気導入管８０に導入する空気の量を制御するための空気量制御弁８４がこの空気導入管８３に配置され、導入量制御弁８１の上流側の排気導入管８０に機関排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ８２が配置されている。本実施例の酸素供給制御では、燃焼式ヒータ７４の作動中において、燃焼式ヒータ７４に導入される機関排気ガス中の酸素濃度が燃焼式ヒータ７４において燃焼が十分に行われる程度の濃度に不足する場合に、その不足分を補う量の酸素が燃焼式ヒータ７４に導入される量の空気が燃焼式ヒータ７４に導入されるように、空気量制御弁８４の開閉弁作動が制御される。これによれば、燃焼式ヒータ７４が常に良好に作動せしめられる。
【０１９３】
本実施例の酸素供給制御を実行するためのフローの一例を図２７に示した。図２７では、始めにステップ１８０において、機関排気ガス中の酸素濃度［Ｏ２］が所定濃度Ａよりも小さいか否かが判別される。ここで所定濃度Ａは燃焼式ヒータ７４において燃焼が所望通りに良好に行われるのに必要な酸素濃度に設定されている。
【０１９４】
ステップ１８０において、［Ｏ２］＜Ａであると判別されたときには、ルーチンはステップ１８１に進んで、空気量制御弁８４が開弁され、ルーチンが終了する。一方、ステップ１８０において、［Ｏ２］≧Ａであると判別されたときには、ルーチンはステップ１８２に進んで、空気量制御弁８４が閉弁され、ルーチンが終了する。
【０１９５】
なお本実施例では、燃焼式ヒータ７４に導入される機関排気ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサ８２により検出しているが、その他に例えば燃焼式ヒータ７４に導入される機関排気ガスの空燃比から酸素濃度を算出してもよい。また、本実施例では、燃焼式ヒータ７４に導入される機関排気ガス中の酸素濃度に基づいて空気量制御弁８４の開閉弁作動が制御されているが、この機関排気ガス中の酸素濃度と機関本体１に吸入される空気量とに基づいて算出される単位時間当たりに燃焼式ヒータ７４に導入される酸素量に基づいて空気量制御弁８４の開閉弁作動を制御するようにしてもよい。
【０１９６】
ところで、上述した実施例において、ＮＯｘ還元処理またはＳ成分放出処理を実行するために、リッチ空燃比のヒータ排気ガスがパティキュレートフィルタに供給され始まると、当該パティキュレートフィルタから流出する排気ガス（以下、流出排気ガスと称す）中の酸素濃度が低下する。すなわち、図２８（Ａ）のタイムチャートに示したように、時刻ｔｓにおいてリッチ空燃比のヒータ排気ガスがパティキュレートフィルタに供給され始まると、流出排気ガス中の酸素濃度［Ｏ２］は、即座に低下して境界濃度ＬＲよりも低くなる。ここでの境界濃度ＬＲは酸化雰囲気と還元雰囲気とを分ける酸素濃度である。したがってこのときには、当該パティキュレートフィルタ内の雰囲気は還元雰囲気となっており、ＮＯｘ触媒中のＮＯｘが還元される。
【０１９７】
ＮＯｘ還元またはＳ成分放出が進むにつれて、流出排気ガス中の酸素濃度［Ｏ２］はさらに低下し、ＮＯｘ触媒に吸収されているほとんど全てのＮＯｘが還元されると、或いはＮＯｘ触媒に吸収されているほとんど全てのＳ成分が放出されると、流出排気ガス中の酸素濃度［Ｏ２］はほぼ零となる。
【０１９８】
ところが上述したように、ＮＯｘ還元処理中またはＳ成分放出処理中においてパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を切換バルブ７２のみにより完全に抑制することはできない。すなわち、ＮＯｘ還元処理中またはＳ成分放出処理中のパティキュレートフィルタにも機関排気ガスが流入する。そして、当該パティキュレートフィルタに流入する機関排気ガスの量（以下、漏洩機関排気ガス量と称す）は、切換バルブ７２の使用期間や排気浄化装置７０上流側の機関排気ガスの圧力などによって異なる。
【０１９９】
このため、ヒータ排気ガスの空燃比のリッチ度合を一定の度合に維持している場合において、漏洩機関排気ガス量が比較的多いときには、パティキュレートフィルタ内の雰囲気を還元雰囲気とすることができない。
【０２００】
すなわち、図２８（Ｂ）のタイムチャートに示したように、時刻ｔｓにおいて、リッチ空燃比のヒータ排気ガスが供給され始まると、流出排気ガス中の酸素濃度［Ｏ２］は即座に低下するが、境界濃度ＬＲよりは低くならない。すなわち、当該パティキュレートフィルタ内の雰囲気は還元雰囲気とはなっていない。このため、ＮＯｘ触媒からＮＯｘが放出されず、或いはＮＯｘ触媒からＳ成分が放出されず、時間が経過しても流出排気ガス中の酸素濃度［Ｏ２］はいっこうに低下しない。この場合、燃焼式ヒータ７４にて消費される燃料が無駄となるだけでなく、ＮＯｘ触媒中のＮＯｘを還元浄化することもできず、或いはＮＯｘ触媒からＳ成分を放出させることもできない。
【０２０１】
一方、ヒータ排気ガスの空燃比のリッチ度合を一定の度合に維持している場合において、漏洩機関排気ガス量が比較的少ないときには、パティキュレートフィルタ内の雰囲気が過剰に還元雰囲気としてしまう。
【０２０２】
すなわち、図２８（Ｃ）のタイムチャートに示したように、時刻ｔｓにおいて、リッチ空燃比のヒータ排気ガスが供給され始まると、流出排気ガス中の酸素濃度［Ｏ２］は即座に低下して境界濃度ＬＲを越え、ほぼ零になってしまう。この場合、パティキュレートフィルタに供給されたＨＣは無駄となり、パティキュレートフィルタ下流へと流出してしまう。
【０２０３】
したがってＮＯｘ還元処理中にＮＯｘを確実に還元し、或いはＳ成分放出処理中にＳ成分を確実にＮＯｘ触媒から放出されるためには、パティキュレートフィルタに供給されるヒータ排気ガスの空燃比を、ＮＯｘの浄化に必要な量のＨＣ、或いはＳ成分の放出に必要な量のＨＣが過不足なく供給されるような空燃比に制御することが望まれる。
【０２０４】
そこで、図２に示した構成の代わりに、図２９に示した構成を採用し、次のような空燃比制御を実行するようにしてもよい。すなわち、図２９に示した構成では、パティキュレートフィルタから流出する排気ガスの空燃比を検出することができる空燃比センサ８５ａ，８５ｂ、より一般的には、パティキュレートフィルタから流出する排気ガス中の酸素濃度を検出することができる酸素濃度センサ８５ａ，８５ｂがそれぞれ対応する排気枝通路７１ａ，７１ｂ内に配置されている。
【０２０５】
そして、本実施例の空燃比制御では、ＮＯｘ還元処理中またはＳ成分放出中において、酸素濃度センサ８５ａ，８５ｂにより検出された酸素濃度（以下、検出酸素濃度と称す）が境界濃度よりも低い目標濃度よりも高いときには、ヒータ排気ガスのリッチ度合を大きくするか、或いは燃焼式ヒータ７４から単位時間当たりに排出される排気ガス量を多くし、一方、検出酸素濃度が目標濃度よりも低いときには、ヒータ排気ガスのリッチ度合を小さくするか、或いは燃焼式ヒータ７４から単位時間当たりに排出される排気ガス量を少なくする。
【０２０６】
このように本実施例の空燃比制御を実行した場合、例えば流出排気ガス中の酸素濃度は図３０に示したように変化する。例えば漏洩機関排気ガス量が比較的多いときには、流出排気ガス中の酸素濃度は図３０（Ａ）に示したように変化する。すなわち、時刻ｔｓにおいて、リッチ空燃比のヒータ排気ガスがパティキュレートフィルタに供給され始まると、流出排気ガス中の酸素濃度［Ｏ２］は即座に低下するが、境界濃度ＬＲを越えず、したがって目標濃度ＴＯにも達しない。
【０２０７】
このとき、本実施例の空燃比制御によれば、ヒータ排気ガスのリッチ度合が徐々に増大せしめられる。したがって、流出排気ガス中の酸素濃度［Ｏ２］は低下し、境界濃度ＬＲを越えて目標濃度ＴＯに達する。この場合、その後においては、ＮＯｘ還元またはＳ放出が進行するので、酸素濃度［Ｏ２］は徐々に低下して、ほぼ零となる。
【０２０８】
一方、本実施例の空燃比制御を実行した場合において、漏洩機関排気ガス量が比較的少ないときには、流出排気ガス中の酸素濃度は図３０（Ｂ）に示したように変化する。すなわち、時刻ｔｓにおいて、リッチ空燃比のヒータ排気ガスがパティキュレートフィルタに供給され始まると、流出排気ガス中の酸素濃度［Ｏ２］は一気に低下し、境界濃度ＬＲおよび目標濃度ＴＯを越えてほぼ零となる。
【０２０９】
このとき、本実施例の空燃比制御によれば、ヒータ排気ガスのリッチ度合が徐々に減少せしめられる。したがって、流出排気ガス中の酸素濃度［Ｏ２］は上昇し、目標濃度ＴＯに達する。この場合、その後においては、ＮＯｘ還元またはＳ放出が進行するので、酸素濃度［Ｏ２］の変化は徐々に低下して、ほぼ零となる。
【０２１０】
したがって本実施例によれば、パティキュレートフィルタに供給されるＨＣ量が最大限にＮＯｘを還元する量に対して過不足がなくなるので、できるだけ少ないＨＣ消費量で素早くＮＯｘが還元浄化される。
【０２１１】
なお、ヒータ排気ガスをパティキュレートフィルタに導入してもほとんど検出酸素濃度が低下しないときには、切換バルブ７２が故障しているために当該パティキュレートフィルタに多量の機関排気ガスが流入していると判断し、切換バルブ７２が故障していることを警告するようにしてもよい。
【０２１２】
本実施例の空燃比制御を含むＮＯｘ還元処理Ｉを実行するためのフローの一例を図３１および図３２に示した。本実施例では、図３のフローに従ってＮＯｘ浄化処理が実行され、図３のフローにおけるステップ１１のＮＯｘ還元処理Ｉが図３１および図３２に示したフローに従って実行される。
【０２１３】
図３１では、始めにステップ２００において、切換制御Ｉが実行される。この切換制御Ｉでは、第１のパティキュレートフィルタ２２ａへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態に切り換えられる。次いでステップ２０１において、逆流防止弁７６が開弁され、次いでステップ２０２において、燃焼式ヒータ７４が作動される。ここでは燃焼式ヒータ７４からリッチ空燃比の排気ガスが第１のパティキュレートフィルタ２２ａに供給される。
【０２１４】
次いでステップ２０３において、図３２に示したフローに従って空燃比制御が実行される。図３２では、始めにステップ２２０において、カウンタがカウントアップされる。このカウンタは切換バルブ７２が故障しているか否かを判定するために用いられるパラメータである。次いでステップ２２１において、カウンタＣが所定値ＣＴＨよりも小さいか否かが判別される。ステップ２２１において、Ｃ≧ＣＴＨであると判別されたとき、すなわちＮＯｘ還元処理が開始されてから一定期間が経過したときには、ルーチンはステップ２２８に進んで、切換バルブ７２が故障していることを知らせる警報が表示される。したがって、所定値ＣＴＨは、ＮＯｘ還元処理が開始されてから完了するのに十分な期間に相当する値に設定される。一方、ステップ２２１において、Ｃ＜ＣＴＨであると判別されたときには、ルーチンはステップ２２２に進む。
【０２１５】
ステップ２２２では、当該パティキュレートフィルタから流出する排気ガス（流出排気ガス）中の酸素濃度［Ｏ２］が所定値ＴＯよりも小さいか否か、すなわち、当該パティキュレートフィルタから排出される排気ガスのリッチ度合が、或る度合よりも小さいか否かが判別される。ここでの或る値ＴＯは、零に近い値である。
【０２１６】
ステップ２２２において、［Ｏ２］≧ＴＯであると判別されたとき、すなわち、当該パティキュレートフィルタから排出される排気ガスのリッチ度合が或る度合よりも小さいと判別されたときには、ルーチンはステップ２２３に進んで、ヒータ排気ガスのリッチ度合が増大される。一方、ステップ２２２において、［Ｏ２］＜ＴＯであると判別されたとき、すなわち、当該パティキュレートフィルタから排出される排気ガスのリッチ度合が或る度合よりも大きいときには、ルーチンはステップ２２３に進んで、ヒータ排気ガスのリッチ度合が小さくされる。
【０２１７】
ステップ２２４では、流出排気ガス中の酸素濃度［Ｏ２］がほぼ零であるか否かが判別される。ステップ２２４において、［Ｏ２］≒０ではないと判別されたとき、すなわち、ＮＯｘの還元浄化が完了していないと判別されたときには、ルーチンはステップ２２０に戻る。したがって、ステップ２２４において、［Ｏ２］≒０であると判別されるまで、ステップ２２０〜２２４，２２８が繰り返される。
【０２１８】
ステップ２２４において、［Ｏ２］≒０であると判別されたとき、すなわち、ＮＯｘの還元浄化が完了したと判別されたときには、ルーチンはステップ２２５に進んで、カウンタが零にクリアされて、ルーチンが終了する。
【０２１９】
図３２の空燃比制御が終了すると、ルーチンは図３１のステップ２０４に進んで、第１のＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘの還元浄化が完了したか否かが判別される。ステップ２０４において、ＮＯｘ還元浄化が完了していないと判別されたときには、ルーチンはステップ２０３に戻る。したがって、ステップ２０４においてＮＯｘ還元浄化が完了したと判別されるまでは、ステップ２０３，２０４が繰り返される。
【０２２０】
ステップ２０４において、ＮＯｘ還元浄化が完了したと判別されたときには、ルーチンはステップ２０５に進んで、燃焼式ヒータ７４の作動が停止され、次いでステップ２０６において、逆流防止弁７６が閉弁され、ルーチンが終了する。
【０２２１】
なお、本実施例では、図３のフローにおけるステップ１３のＮＯｘ還元処理IIは、以下で説明する点を除いて、図３１のフローに従って実行される。すなわち、本実施例のＮＯｘ還元処理IIでは、図３１のステップ２００において、切換制御IIが実行される。この切換制御IIでは、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第２の作動状態に切り換えられる。これ以外の処理はＮＯｘ還元処理Ｉの処理と同じである。
【０２２２】
ところで、図２に示した構成を採用した実施例において、ＮＯｘ還元処理中またはＳ成分放出処理中にパティキュレートフィルタに供給されたＨＣの一部がＮＯｘを還元するために消費されずに、パティキュレートフィルタに付着し、ＮＯｘ還元処理後またはＳ成分放出処理後においてもパティキュレートフィルタ内に残ることがある。
【０２２３】
この場合、パティキュレートフィルタに付着しているＨＣを除去することなく、ＮＯｘ還元処理またはＳ成分放出処理がなされたパティキュレートフィルタに機関排気ガスが流入するように切換バルブ７２の作動状態が切り換えられると、ＮＯｘ還元処理中またはＳ成分放出処理中に単位時間当たりにパティキュレートフィルタに流入していたヒータ排気ガス量よりも多い量の機関排気ガスがパティキュレートフィルタに流入するので、この機関排気ガスによりパティキュレートフィルタに付着しているＨＣがパティキュレートフィルタからそのまま脱離せしめられ、パティキュレートフィルタから流出し、排気エミッションが悪化する。
【０２２４】
こうした理由による排気エミッションの悪化を抑制するためには、ＮＯｘ還元処理後またはＳ成分放出処理後に、パティキュレートフィルタに付着しているＨＣを燃焼除去することが望まれる。
【０２２５】
そこで、図２に示した構成において、次のようなＨＣ除去処理を実行するようにしてもよい。すなわち、本実施例のＨＣ除去処理では、ＮＯｘ還元またはＳ成分放出が完了したときに、燃焼式ヒータ７４の作動を停止せずに、燃焼式ヒータ７４からパティキュレートフィルタに供給する排気ガスの空燃比をリッチからリーンに切り換える。これによれば、ヒータ排気ガスの熱によりパティキュレートフィルタは加熱し続けられるので、フィルタ温度が高い温度に維持され、且つ、パティキュレートフィルタ内の雰囲気は酸化雰囲気となる。したがって、パティキュレートフィルタに付着しているＨＣがヒータ排気ガス中の酸素と反応して燃焼除去される。したがって本実施例によれば、排気エミッションの悪化が防止される。
【０２２６】
本実施例のＨＣ除去処理を含むＮＯｘ還元処理Ｉを実行するためのフローの一例を図３３と図３４に示した。本実施例では、図３のフローに従ってＮＯｘ浄化処理が実行され、図３のフローにおけるステップ１１のＮＯｘ還元処理Ｉが図３３および図３４に示したフローに従って実行される。
【０２２７】
図３３では、始めにステップ２４０において、切換制御Ｉが実行される。この切換制御Ｉでは、第１のパティキュレートフィルタ２２ａへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態に切り換えられる。次いでステップ２４２において、逆流防止弁７６が開弁され、次いでステップ２４４において、燃焼式ヒータ７４が作動される。ここでは燃焼式ヒータ７４からリッチ空燃比の排気ガスが第１のパティキュレートフィルタ２２ａに供給される。
【０２２８】
次いでステップ２４６において、第１のＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘの還元浄化が完了したか否かが判別される。ステップ２４６において、ＮＯｘ還元浄化が完了していないと判別されたときには、ルーチンはステップ２４６に戻る。したがって、ＮＯｘ還元浄化が完了したと判断されるまで、ステップ２４６が繰り返される。
【０２２９】
ステップ２４６において、ＮＯｘ還元浄化が完了したと判別されたときには、ルーチンはステップ２４８に進んで、図３４に示したフローに従って空燃比制御が実行される。
【０２３０】
図３４では、始めにステップ２６０において、ヒータ排気ガスの空燃比がリーンに切り換えられる。次いで、ステップ２６２において、パティキュレートフィルタに吸着しているＨＣのほとんど全ての燃焼除去が完了したか否かが判別される。
【０２３１】
ステップ２６２において、ＨＣ燃焼除去が完了していないと判別されたときには、ルーチンはステップ２６２に戻る。したがって、ＨＣ燃焼除去が完了したと判別されるまで、ステップ２６２が繰り返される。ステップ２６２において、ＨＣ燃焼除去が完了したと判別されたときには、ルーチンが終了する。
【０２３２】
図３４のＨＣ除去処理が終了すると、図３３のステップ２５０に進んで、燃焼式ヒータ７４の作動が停止され、次いでステップ２５１において、逆流防止弁７６が閉弁され、ルーチンが終了する。
【０２３３】
なお、本実施例では、ＮＯｘ還元処理IIは、以下で説明する点を除いて、図３３に示したフローに従って実行される。すなわち、本実施例のＮＯｘ還元処理IIでは、図３３のステップ２４０において、切換制御IIが実行される。この切換制御IIでは、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第２の作動状態に切り換えられる。これ以外の処理は本実施例のＮＯｘ還元処理Ｉの処理と同じである。
【０２３４】
ところで、図２に示した構成では、排気供給管７５に逆流防止弁７６が配置されており、この逆流防止弁７６は、燃焼ヒータ７４の作動が停止されているときには、排気供給管７５を遮断しており、燃焼式ヒータ７４が作動せしめられるときに、排気供給管７５を開放するようになっている。これによれば、燃焼式ヒータ７４の作動性能の悪化が抑制される。
【０２３５】
すなわち、燃焼式ヒータ７４の作動が停止されている間に、例えば機関運転が高負荷運転に移行して機関排気ガスの圧力が高くなると、機関排気ガスの圧力が排気供給管７５内の圧力よりも高くなることがある。ここで排気供給管７５が遮断されていないと、機関排気ガスが排気供給管７５を介して燃焼式ヒータ７４に流入することがある。この場合、排気供給管７５内や燃焼式ヒータ７４内に機関排気ガス中の微粒子やＨＣが堆積し、燃焼式ヒータ７４を作動させたときにその燃焼が不安定になったり、所望通りにヒータ排気ガスをパティキュレートフィルタに供給することができなくなったりし、結果として燃焼式ヒータ７４の作動性能が悪化する。
【０２３６】
ところが本実施例によれば、燃焼式ヒータ７４の作動が停止されているときには、排気供給管７５が逆流防止弁７６により遮断されているので、機関排気ガスが排気供給管７５を介して燃焼式ヒータ７４に流入することが抑制され、結果として燃焼式ヒータ７４の作動性能の悪化が抑制される。
【０２３７】
もちろん、図１６に示した構成においても、逆流防止弁７６は、燃焼式ヒータ７４の作動が停止されているときに、排気供給管７５を遮断している。
【０２３８】
ところで、図１６に示した構成においては、燃焼式ヒータ７４の作動中において、逆流防止弁７６は開弁されて排気供給管７５を開放している。このとき、例えば機関運転が高負荷運転になったりして機関排気ガスの圧力が高くなると、切換バルブが閉弁されていない方の排気枝通路内の圧力が排気供給管７５内の圧力よりも高くなり、機関排気ガスが排気供給管７５を介して燃焼式ヒータ７４に逆流し、結果として燃焼式ヒータ７４の作動性能が悪化することがある。
【０２３９】
したがって、こうした理由による燃焼式ヒータの作動性能の悪化を抑制するためには、燃焼式ヒータ７４の作動中においても、排気ガスが燃焼式ヒータに逆流することを抑制することが望まれる。
【０２４０】
そこで、図３５に示した構成を採用し、次のような逆流防止制御を実行するようにしてもよい。すなわち、図３５に示した構成では、逆流防止弁７６は三方弁であり、この三方弁タイプの逆流防止弁７６からパティキュレートフィルタ下流側の機関排気通路９２まで排気リリーフ通路８６が延びる。また、パティキュレートフィルタ上流側の機関排気通路７１には機関排気ガスの圧力を検出するための圧力センサ８７が配置される。
【０２４１】
そして、本実施例の逆流防止制御では、燃焼式ヒータ７４の作動中において、圧力センサ８７により機関排気ガスの圧力を検出し、機関排気ガスの圧力が排気供給管７５ａ，７５ｂ内の圧力よりも高くなったか否かを判定し、機関排気ガスの圧力が排気供給管７５ａ，７５ｂの圧力よりも高くなったと判定されたときには、ヒータ排気ガスが排気リリーフ通路８６を介してパティキュレートフィルタ下流側の機関排気通路９２に排出されるように逆流防止弁７６の作動状態を切り換える。
【０２４２】
一方、機関排気ガスの圧力が排気供給管７５ａ，７５ｂの圧力よりも低くなったと判定されたときには、ヒータ排気ガスが排気枝通路７１ａ，７１ｂに排出されるように逆流防止弁７６の作動状態を切り換える。
【０２４３】
したがって本実施例によれば、機関排気ガスが排気供給管７５を介して燃焼式ヒータ７４に流入することが抑制されるので、燃焼式ヒータ７４の作動性能の悪化が抑制される。
【０２４４】
ところで、パティキュレートフィルタはその温度が少なくとも或る一定温度（以下、微粒子酸化開始温度を称す）以上になってからでないと微粒子を酸化除去しない。一方、ＮＯｘ触媒もその温度が少なくとも或る一定温度（以下、ＮＯｘ吸収開始温度と称す）以上になってからでないとＮＯｘを吸収しない。
【０２４５】
ところが、機関運転が始動された直後のフィルタ温度は比較的低いので、パティキュレートフィルタは微粒子を酸化除去せず、ＮＯｘ触媒はＮＯｘを吸収せず、或いは還元しない。この場合、全体として、排気浄化装置の微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルが低下してしまう。したがって、排気浄化装置の微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルを高いレベルに維持するためには、機関始動後に即座にフィルタ温度がＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度よりも高く且つ微粒子酸化開始温度よりも高くされることが望まれる。
【０２４６】
そこで本実施例では、機関始動後に即座にフィルタ温度を微粒子酸化開始温度以上であってＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度よりも高くするために、図２に示した構成において、次のような機関始動時制御を実行する。すなわち、本実施例の機関始動時制御では、機関始動時に一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制するように切換バルブ７２の作動状態を切り換え、当該パティキュレートフィルタに燃焼式ヒータ７４からリーン空燃比の排気ガスを供給する。ここで燃焼式ヒータ７４はそこから排出されるヒータ排気ガスの温度が可能なかぎり高く且つその流量が可能なかぎり多くなるように作動せしめられる。
【０２４７】
ここで、燃焼式ヒータ７４から排出されるヒータ排気ガスが単位時間当たりに当該パティキュレートフィルタにもたらす熱量は、機関排気ガスが両パティキュレートフィルタに流入せしめられているときに単位時間当たりに当該パティキュレートフィルタにもたらす熱量よりも多い。したがって本実施例によれば、機関始動時において、当該パティキュレートフィルタの温度をＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度よりも高く且つ微粒子酸化開始温度よりも高くするまでに要する時間は、両パティキュレートフィルタを機関排気ガスにより加熱する場合に比べて、短い。したがって本実施例によれば、全体として、排気浄化装置の微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルが高いレベルに維持される。
【０２４８】
さらに本実施例によれば、他方のパティキュレートフィルタには機関排気ガスの半分ではなく全ての機関排気ガスが流入する。したがって、当該パティキュレートフィルタに単位時間当たりに機関排気ガスによりもたらされる熱量は、両パティキュレートフィルタに機関排気ガスが流入せしめられている場合に比べて、多い。したがって本実施例によれば、機関始動時において、当該パティキュレートフィルタの温度をＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度よりも高く且つ微粒子酸化開始温度よりも高くするまでに要する時間は、両パティキュレートフィルタを機関排気ガスにより加熱する場合に比べて、短い。したがって本実施例によれば、全体として、排気浄化装置の微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルが高いレベルに維持される。
【０２４９】
さらに本実施例では、機関排気ガスの流入が抑制されている方、すなわちヒータ排気ガスが供給されている方のパティキュレートフィルタの温度がＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度に達し且つ微粒子酸化開始温度に達したときには、機関排気ガスが流入せしめられている方のパティキュレートフィルタの温度、すなわち他方のパティキュレートフィルタの温度を検出し、この他方のパティキュレートフィルタの温度がＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度に達し且つ微粒子酸化開始温度に達しているか否かを判定する。
【０２５０】
ここで、他方のパティキュレートフィルタの温度がＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度に達していないと判定され、或いは微粒子酸化開始温度に達していないと判定されたときには、他方のパティキュレートフィルタへの排気ガスの流入を抑制するように切換バルブ７２の作動状態を切り換えた上で、燃焼式ヒータ７４からリーン空燃比の排気ガスを当該他方のパティキュレートフィルタに供給する。これによれば、他方のパティキュレートフィルタの温度も素早くＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度よりも高く且つ微粒子酸化開始温度よりも高くなるまで上昇せしめられる。したがって本実施例によれば、排気浄化装置の微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルが高いレベルに維持される。
【０２５１】
一方、他方のパティキュレートフィルタの温度がＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度に達し且つ微粒子酸化開始温度に達していると判定されたときには、燃焼式ヒータ７４の作動を停止し、当該パティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制し、一方のパティキュレートフィルタに機関排気ガスが流入するように切換バルブ７２の作動状態を切り換える。
【０２５２】
もちろん、他方のパティキュレートフィルタにヒータ排気ガスを供給しているときに、当該パティキュレートフィルタの温度がＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度に達し且つ微粒子酸化開始温度に達したときにも、同様に、燃焼式ヒータ７４の作動を停止し、当該パティキュレートフィルタに機関排気ガスを流入せしめ、一方のパティキュレートフィルタへの機関排気ガスの流入を抑制するように切換バルブ７２の作動状態を切り換える。
【０２５３】
なおこの機関始動時制御において、内燃機関に後述する低温燃焼を行わせるようにしてもよい。詳細は後述するが、低温燃焼が行われているときに機関本体から排出される排気ガスの温度は、通常の燃焼が行われているときに機関本体から排出される排気ガスの温度よりも高い。したがってこれによれば、他方のパティキュレートフィルタに、より高温の機関排気ガスが流入するので、フィルタ温度をより素早くＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度よりも高く且つ微粒子酸化開始温度よりも高くすることができる。
【０２５４】
本実施例の機関始動時制御を実行するためのフローの一例を図３６および図３７に示した。図３６では、始めにステップ２８０において、切換制御Ｉが実行される。この切換制御Ｉでは、第１のパティキュレートフィルタ２２ａへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態に切り換えられる。次いでステップ２８１において、逆流防止弁７６が開弁され、次いでステップ２８２において、燃焼式ヒータ７４が作動せしめられる。ここでは燃焼式ヒータ７４からリーン空燃比の排気ガスが第１のパティキュレートフィルタ２２ａに供給される。
【０２５５】
次いでステップ２８３において、第１のパティキュレートフィルタの温度ＴＦａがＮＯｘ吸収開始温度ＴＮＬよりも高いか否かが判別される。ステップ２８３において、ＴＦａ≦ＴＮＬであると判別されたときには、ルーチンはステップ２８３に戻る。したがって、ステップ２８３においてＴＦａ＞ＴＮＬであると判別されるまでは、ステップ２８３が繰り返される。ステップ２８３において、ＴＦａ＞ＴＮＬであると判別されたときには、ルーチンはステップ２８４に進む。
【０２５６】
ステップ２８４では、第１のパティキュレートフィルタ２２ａの温度ＴＦａが微粒子酸化開始温度ＴＰよりも高いか否かが判別される。ステップ２８４において、ＴＦａ≦ＴＰであると判別されたときには、ルーチンはステップ２８３に戻る。したがって、ステップ２８４においてＴＦａ＞ＴＰであると判別されるまでは、ステップ２８３，２８４が繰り返される。ステップ２８４において、ＴＦａ＞ＴＰであると判別されたときには、ルーチンは図３７のステップ２８５に進む。
【０２５７】
図３７のステップ２８５では、切換制御IIが実行される。この切換制御IIでは、第１のパティキュレートフィルタ２２ｂに機関排気ガスが流入し、第２のパティキュレートフィルタ２２ａへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第２の作動状態に切り換えられる。
【０２５８】
次いでステップ２８６において、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂの温度ＴＦｂがＮＯｘ吸収開始温度ＴＮＬよりも高いか否かが判別される。ステップ２８６において、ＴＦｂ≦ＴＮＬであると判別されたときには、ルーチンはステップ２８６に戻る。したがって、ステップ２８６においてＴＦｂ＞ＴＮＬであると判別されるまでは、ステップ２８６が繰り返される。ステップ２８６において、ＴＦｂ＞ＴＮＬであると判別されたときには、ルーチンはステップ２８７に進む。
【０２５９】
ステップ２８７では、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂの温度ＴＦｂが微粒子酸化開始温度ＴＰよりも高いか否かが判別される。ステップ２８７において、ＴＦｂ≦ＴＰであると判別されたときには、ルーチンはステップ２８６に戻る。したがって、ステップ２８７においてＴＦｂ＞ＴＰであると判別されるまでは、ステップ２８６，２８７が繰り返される。ステップ２８７において、ＴＦｂ＞ＴＰであると判別されたときには、ルーチンはステップ２８８に進む。
【０２６０】
ステップ２８８では、燃焼式ヒータ７４の作動が停止され、次いでステップに２８９おいて、逆流防止弁７６が閉弁され、ルーチンが終了する。
【０２６１】
ところで上述したように、本実施例においては、機関始動後において、フィルタ温度を早期にＮＯｘ吸収温度範囲の下限温度よりも高く且つ微粒子酸化開始温度よりも高くするために、機関始動時制御を実行する。この機関始動時制御の実行中において、ヒータ排気ガスにより加熱せしめられている方のパティキュレートフィルタの温度が微粒子酸化開始温度に達していなくても、ＮＯｘ還元温度範囲の下限温度に達しているときには、当該パティキュレートフィルタにリッチ空燃比のヒータ排気ガスを供給すれば、当該パティキュレートフィルタのＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘをヒータ排気ガス中のＨＣにより還元浄化することができる。これによれば、全体として、排気浄化装置のＮＯｘ浄化レベルが高められる。
【０２６２】
もちろん、リッチ空燃比のヒータ排気ガスによっても当該パティキュレートフィルタを加熱することはできるので、ヒータ排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切り換えたとしても、当該パティキュレートフィルタは加熱され続けるので、やがてフィルタ温度は微粒子酸化開始温度に達する。
【０２６３】
すなわち、機関始動時制御の実行中において、ヒータ排気ガスにより加熱せしめられている方のパティキュレートフィルタの温度が微粒子酸化開始温度に達していないがＮＯｘ還元温度範囲の下限温度に達したときには、当該パティキュレートフィルタにリッチ空燃比のヒータ排気ガスを供給しても、フィルタ温度をＮＯｘ還元温度範囲の下限温度よりも高く且つ微粒子酸化開始温度よりも高くするまでに要する時間は、当該パティキュレートフィルタにリーン空燃比のヒータ排気ガスを供給し続けた場合と変わらず、その上、当該パティキュレートフィルタにリーン空燃比のヒータ排気ガスを供給し続けるよりも、リッチ空燃比のヒータ排気ガスを供給した方が、全体として、より多くのＮＯｘをＮＯｘ触媒により還元浄化することができる。
【０２６４】
そこで上述した機関始動時制御において、一方のパティキュレートフィルタにヒータ排気ガスを供給している間に、当該パティキュレートフィルタの温度が微粒子酸化開始温度には達していないがＮＯｘ還元温度範囲の下限温度に達したときには、当該パティキュレートフィルタに供給するヒータ排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切り換えるようにしてもよい。
【０２６５】
これによれば、当該パティキュレートフィルタに供給されるヒータ排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切り換えられた後においても、当該パティキュレートフィルタは加熱し続けられ、やがてその温度は微粒子酸化開始温度に達し、ヒータ排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切り換えられることにより、当該パティキュレートフィルタのＮＯｘ触媒によりＮＯｘが還元浄化せしめられる。したがってこれによれば、排気浄化装置の微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルがさらに高められる。
【０２６６】
本実施例の機関始動時制御を実行するためのフローの一例を図３８および図３９に示した。図３８では、始めにステップ３００において、切換制御Ｉが実行される。この切換制御Ｉでは、第１のパティキュレートフィルタ２２ａへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第１の作動状態に切り換えられる。次いでステップ３０１において、逆流防止弁７６が開弁され、次いでステップ３０２において、燃焼式ヒータ７４が作動せしめられる。ここでは燃焼式ヒータ７４からリーン空燃比の排気ガスが第１のパティキュレートフィルタ２２ａに供給される。
【０２６７】
次いでステップ３０３において、第１のパティキュレートフィルタ２２ａの温度ＴＦａがＮＯｘ吸収開始温度ＴＮＬよりも高いか否かが判別される。ステップ３０３において、ＴＦａ＞ＴＮＬであると判別されたときには、ルーチンはステップ３０４に進んで、空燃比制御IIが実行される。この空燃比制御IIでは、燃焼式ヒータ７４から排出される排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切り換えられる。
【０２６８】
一方、ステップ３０３において、ＴＦａ≦ＴＮＬであると判別されたときには、ルーチンはステップ３０６に進んで、空燃比制御Ｉが実行される。この空燃比制御Ｉでは、燃焼式ヒータ７４から排出される排気ガスの空燃比がリーンであれば、そのまま空燃比がリーンに維持され、空燃比がリッチであればリーンに切り換えられ、次いで、ステップ３０３に戻る。したがって、ステップ３０３においてＴＦａ＞ＴＮＬであると判別されるまでは、ステップ３０３，３０６が繰り返される。
【０２６９】
ステップ３０５では、第１のパティキュレートフィルタ２２ａの温度ＴＦａが微粒子酸化開始温度ＴＰよりも高いか否かが判別される。ステップ３０５において、ＴＦａ≦ＴＰであると判別されたときには、ルーチンはステップ３０３に戻る。したがって、ステップ３０５においてＴＦａ＞ＴＰであると判別されるまでは、ステップ３０３，３０４，３０６が繰り返される。ステップ３０５において、ＴＦａ＞ＴＰであると判別されたときには、ルーチンは図３９のステップ３０７に進む。
【０２７０】
図３９のステップ３０７では、切換制御IIが実行される。この切換制御IIでは、第１のパティキュレートフィルタ２２ａに機関排気ガスが流入し、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂへの機関排気ガスの流入が抑制されるように、切換バルブ７２の作動状態が第２の作動状態に切り換えられる。
【０２７１】
次いでステップ３０８において、空燃比制御Ｉが実行される。すなわち、燃焼式ヒータ７４から排出される排気ガスの空燃比がリッチからリーンに切り換えられる。
【０２７２】
次いでステップ３０９において、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂの温度ＴＦｂがＮＯｘ吸収開始温度ＴＮＬよりも高いか否かが判別される。ステップ３０９において、ＴＦｂ＞ＴＮＬであると判別されたときには、ルーチンはステップ３１０に進んで、空燃比制御IIが実行される。すなわち、燃焼式ヒータ７４から排出される排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切り換えられる。
【０２７３】
一方、ステップ３０９において、ＴＦｂ≦ＴＮＬであると判別されたときには、ルーチンはステップ３１４に進んで、空燃比制御Ｉが実行される。すなわち、燃焼式ヒータ７４から排出される排気ガスの空燃比がリーンであれば、そのまま空燃比がリーンに維持され、空燃比がリッチであればリーンに切り換えられ、次いで、ステップ３０８に戻る。したがって、ステップ３０９においてＴＦｂ＞ＴＮＬであると判別されるまでは、ステップ３０９，３１４が繰り返される。
【０２７４】
ステップ３１１では、第２のパティキュレートフィルタ２２ｂの温度ＴＦｂが微粒子酸化開始温度ＴＰよりも高いか否かが判別される。ステップにおいて、ＴＦｂ≦ＴＰであると判別されたときには、ルーチンはステップ３０９に戻る。したがって、ステップ３１１においてＴＦｂ＞ＴＰであると判別されるまでは、ステップ３０９，３１０，３１４が繰り返される。ステップ３１１において、ＴＦｂ＞ＴＰであると判別されたときには、ルーチンはステップ３１２に進む。
【０２７５】
ステップ３１２では、燃焼式ヒータ７４の作動が停止され、次いでステップ３１３において、逆流防止弁７６が閉弁され、ルーチンが終了する。
【０２７６】
次にパティキュレートフィルタについて詳細に説明する。以下の説明では第１のパティキュレートフィルタ２２ａについて説明する。第２のパティキュレートフィルタ２２ｂについては第１のパティキュレートフィルタ２２ａと同じであるので、その説明は省略する。
【０２７７】
図４０にパティキュレートフィルタ２２ａの構造を示す。なお図４０において（Ａ）はパティキュレートフィルタ２２ａの正面図であり、（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２２ａの側面断面図である。図４０（Ａ）および（Ｂ）に示したようにパティキュレートフィルタ２２ａはハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０，５１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。
【０２７８】
図４０（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示している。したがって排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が四つの排気ガス流出通路５１により包囲され、各排気ガス流出通路５１が四つの排気ガス流入通路５０により包囲されるように配置される。
【０２７９】
パティキュレートフィルタ２２ａは例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、したがって排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図４０（Ｂ）において矢印で示したように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流出する。
【０２８０】
本発明の実施例では各排気ガス流入通路５０および各排気ガス流出通路５１の周壁面、すなわち各隔壁５４の両側表面上、栓５３の外端面および栓５２，５３の内端面上には、全面に亘って例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴金属触媒と、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取り込んで酸素を保持し且つ周囲の酸素濃度が低下すると保持している酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤とが担持されている。上述した酸化物質はこの活性酸素放出剤である。
【０２８１】
本発明の実施例では貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、活性酸素放出剤としてカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒのようなアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウムＹ、セリウムＣｅのような希土類、鉄Ｆｅのような遷移金属、およびスズＳｎのような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
【０２８２】
なお活性酸素放出剤としてはカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属、すなわちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いることが好ましい。
【０２８３】
次にパティキュレートフィルタ２２ａによる排気ガス中の微粒子除去作用について担体上に白金ＰｔおよびカリウムＫを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用が行われる。
【０２８４】
図１に示したような圧縮着火式内燃機関では空気過剰のもとで燃焼が行われ、したがって排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。すなわち吸気通路および燃焼室５内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると図１に示したような圧縮着火式内燃機関では排気ガスの空燃比はリーンとなっている。また燃焼室５内ではＮＯが発生するので排気ガス中にはＮＯが含まれている。また燃料中には硫黄成分（Ｓ成分）が含まれており、このＳ成分は燃焼室５内で酸素と反応してＳＯ2となる。したがって排気ガス中にはＳＯ2が含まれている。このため過剰酸素、ＮＯおよびＳＯ2を含んだ排気ガスがパティキュレートフィルタ２２ａの排気ガス流入通路５０内に流入することになる。
【０２８５】
図４１（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流入通路５０の内周面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。なお図４１（Ａ）および（Ｂ）において６０は白金Ｐｔの粒子を示しており、６１はカリウムＫを含んでいる活性酸素放出剤を示している。
【０２８６】
上述したように排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれているので排気ガスがパティキュレートフィルタ２２ａの排気ガス流入通路５０内に流入すると図４１（Ａ）に示したようにこれら酸素Ｏ2がＯ2-またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2-またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。次いで生成されたＮＯ2の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図４１（Ａ）に示したように硝酸イオンＮＯ3-の形で活性酸素放出剤６１内に拡散し、硝酸カリウムＫＮＯ3を生成する。
【０２８７】
一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ2も含まれており、このＳＯ2もＮＯと同様なメカニズムにより活性酸素放出剤６１内に吸収される。すなわち上述したように酸素Ｏ2がＯ2-またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ2は白金Ｐｔの表面でＯ2-またはＯ2-と反応してＳＯ3となる。次いで生成されたＳＯ3の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら硫酸イオンＳＯ42-の形で活性酸素放出剤６１内に拡散し、硫酸カリウムＫ2ＳＯ4を生成する。このようにして活性酸素放出剤６１内には硝酸カリウムＫＮＯ3および硫酸カリウムＫ2ＳＯ4が生成される。
【０２８８】
一方、燃焼室５内においては主にカーボンＣからなる微粒子が生成され、したがって排気ガス中にはこれら微粒子が含まれている。排気ガス中に含まれているこれら微粒子は排気ガスがパティキュレートフィルタ２２ａの排気ガス流入通路５０内を流れているとき、或いは排気ガス流入通路５０から排気ガス流出通路５１に向かうときに図４１（Ｂ）において６２で示したように担体層の表面、例えば活性酸素放出剤６１の表面上に接触し、付着する。
【０２８９】
このように微粒子６２が活性酸素放出剤６１の表面上に付着すると微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤６１内との間で濃度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤６１内の酸素が微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素放出剤６１内に形成されている硝酸カリウムＫＮＯ3がカリウムＫと酸素ＯとＮＯとに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、その一方でＮＯが活性酸素放出剤６１から外部に放出される。外部に放出されたＮＯは下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤６１内に吸収される。
【０２９０】
またこのとき活性酸素放出剤６１内に形成されている硫酸カリウムＫ2ＳＯ4もカリウムＫと酸素ＯとＳＯ2とに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、その一方でＳＯ2が活性酸素放出剤６１から外部に放出される。外部に放出されたＳＯ2は下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤６１内に吸収される。ただし硫酸カリウムＫ2ＳＯ4は安定で分解しづらいので硫酸カリウムＫ2ＳＯ4は硝酸カリウムＫＮＯ3よりも活性酸素を放出しづらい。
【０２９１】
また活性酸素放出剤６１は上述したようにＮＯXを硝酸イオンＮＯ3-の形で吸収するときにも酸素との反応過程において活性な酸素を生成し放出する。同様に活性酸素放出剤６１は上述したようにＳＯ2を硫酸イオンＳＯ42-の形で吸収するときにも酸素との反応過程において活性な酸素を生成し放出する。
【０２９２】
ところで微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かう酸素Ｏは硝酸カリウムＫＮＯ3や硫酸カリウムＫ2ＳＯ4のような化合物から分解された酸素である。化合物から分解された酸素Ｏは高いエネルギを有しており、極めて高い活性を有する。したがって微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かう酸素は活性酸素Ｏとなっている。同様に活性酸素放出剤６１におけるＮＯXと酸素との反応過程、或いはＳＯ2と酸素との反応過程にて生成される酸素も活性酸素となっている。これら活性酸素Ｏが微粒子６２に接触すると微粒子６２は短時間（数秒〜数十分）のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子６２は完全に消滅する。したがって微粒子６２がパティキュレートフィルタ２２ａ上に堆積することはほとんどない。
【０２９３】
従来のようにパティキュレートフィルタ２２ａ上に積層状に堆積した微粒子が燃焼せしめられるときにはパティキュレートフィルタ２２ａが赤熱し、火炎を伴って燃焼する。このような火炎を伴う燃焼は高温でないと持続せず、したがってこのような火炎を伴う燃焼を持続させるためにはパティキュレートフィルタ２２ａの温度を高温に維持しなければならない。
【０２９４】
これに対して本発明では微粒子６２は上述したように輝炎を発することなく酸化せしめられ、このときパティキュレートフィルタ２２ａの表面が赤熱することもない。すなわち云い換えると本発明では従来に比べてかなり低い温度でもって微粒子６２が酸化除去せしめられている。したがって本発明による輝炎を発しない微粒子６２の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う従来の燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
【０２９５】
ところで白金Ｐｔおよび活性酸素放出剤６１はパティキュレートフィルタ２２ａの温度が高くなるほど活性化するのでパティキュレートフィルタ２２ａ上において単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な微粒子の量（単位微粒子連続酸化量）はパティキュレートフィルタ２２ａの温度が高くなるほど増大する。
【０２９６】
図４３の実線は単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な微粒子の量（単位微粒子連続酸化量）Ｇを示している。なお図４３において横軸はパティキュレートフィルタ２２ａの温度ＴＦを示している。単位時間当りにパティキュレートフィルタ２２ａに流入する微粒子の量を単位流入微粒子量Ｍと称すると、単位流入微粒子量Ｍが単位微粒子連続酸化量Ｇよりも少ないとき、すなわち図４３の領域Ｉにあるときには燃焼室５から排出された全ての微粒子がパティキュレートフィルタ２２ａに接触すると短時間（数秒から数十分）のうちにパティキュレートフィルタ２２ａ上において輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。
【０２９７】
これに対し、単位流入微粒子量Ｍが単位微粒子連続酸化量Ｇよりも多いとき、すなわち図４３の領域IIにあるときには全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している。図４２（Ａ）〜（Ｃ）はこのような場合の微粒子の酸化の様子を示している。すなわち全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している場合には図４２（Ａ）に示したように微粒子６２が活性酸素放出剤６１上に付着すると微粒子６２の一部のみが酸化され、十分に酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留する。次いで活性酸素量が不足している状態が継続すると次から次へと酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留し、その結果、図４２（Ｂ）に示したように担体層の表面が残留微粒子部分６３により覆われるようになる。
【０２９８】
担体層の表面が残留微粒子部分６３により覆われると白金ＰｔによるＮＯ，ＳＯ2の酸化作用および活性酸素放出剤６１による活性酸素の放出作用が行われなくなるために残留微粒子部分６３は酸化されることなくそのまま残り、斯くして図４２（Ｃ）に示したように残留微粒子部分６３の上に別の微粒子６４が次から次へと堆積する。すなわち微粒子が積層状に堆積することになる。このように微粒子が積層状に堆積すると微粒子６４はもはや活性酸素Ｏにより酸化されることがなく、したがってこの微粒子６４上にさらに別の微粒子が次から次へと堆積する。すなわち単位流入微粒子量Ｍが単位微粒子連続酸化量Ｇよりも多い状態が継続するとパティキュレートフィルタ２２ａ上には微粒子が積層状に堆積し、斯くして排気ガス温を高温にするか、或いはパティキュレートフィルタ２２ａの温度を高温にしない限り、堆積した微粒子を着火燃焼させることができなくなる。
【０２９９】
このように図４３の領域Ｉでは微粒子はパティキュレートフィルタ２２ａ上において輝炎を発することなく短時間のうちに酸化せしめられ、図４３の領域IIでは微粒子がパティキュレートフィルタ２２ａ上に積層状に堆積する。したがって微粒子がパティキュレートフィルタ２２ａ上に積層状に堆積しないようにするためには単位流入微粒子量Ｍを常時、単位微粒子連続酸化量Ｇよりも少なくしておく必要がある。
【０３００】
図４３から判るように本発明の実施例で用いられているパティキュレートフィルタ２２ａではパティキュレートフィルタ２２ａの温度ＴＦがかなり低くても微粒子を酸化させることが可能であり、したがって図１に示した圧縮着火式内燃機関において単位流入微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２ａの温度ＴＦを単位流入微粒子量Ｍが単位微粒子連続酸化量Ｇよりも常時、少なくなるように維持することが可能である。このように、単位流入微粒子量Ｍが単位微粒子連続酸化量Ｇよりも常時、少ないとパティキュレートフィルタ２２ａ上に微粒子がほとんど堆積せず、斯くして背圧がほとんど上昇しない。したがって機関出力はほとんど低下しない。
【０３０１】
一方、前述したように一旦、微粒子がパティキュレートフィルタ２２ａ上において積層状に堆積するとたとえ単位流入微粒子量Ｍが単位微粒子連続酸化量Ｇよりも少なくなったとしても活性酸素Ｏにより微粒子を酸化させることは困難である。しかしながら酸化されなかった微粒子部分が残留し始めているとき、すなわち微粒子が一定限度以下しか堆積していないときに排気微粒子量Ｍが単位微粒子連続酸化量Ｇよりも少なくなるとこの残留微粒子部分は活性酸素Ｏにより輝炎を発することなく酸化除去される。
【０３０２】
ところでこのように、単位流入微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２ａの温度ＴＦを制御していたとしてもパティキュレートフィルタ２２ａ上に微粒子が積層状に堆積する場合がある。このような場合には排気ガスの一部または全体の空燃比を一時的にリッチにすることによりパティキュレートフィルタ２２ａ上に堆積した微粒子を輝炎を発することなく酸化させることができる。
【０３０３】
すなわち排気ガスの空燃比がリーンである状態が一定期間に亘って継続すると白金Ｐｔ上に酸素が多量に付着し、このために白金Ｐｔの触媒作用が低下してしまう。ところが排気ガスの空燃比をリッチにして排気ガス中の酸素濃度を低下させると白金Ｐｔから酸素が除去され、斯くして白金Ｐｔの触媒作用が回復する。これにより排気ガスの空燃比をリッチにすると活性酸素放出剤６１から外部に活性酸素Ｏが一気に放出されやすくなる。斯くして一気に放出された活性酸素Ｏにより堆積している微粒子が酸化されやすい状態に変質せしめられると共に微粒子が活性酸素により輝炎を発することなく燃焼除去される。斯くして排気ガスの空燃比をリッチとすると全体として単位微粒子連続酸化量Ｇが増大する。
【０３０４】
なおこの場合、パティキュレートフィルタ２２ａ上において微粒子が積層状に堆積したときに排気ガスの空燃比をリッチにしてもよいし、微粒子が積層状に堆積しているか否かに係わらず周期的に排気ガスの空燃比をリッチにしてもよい。
【０３０５】
排気ガスの空燃比をリッチにする方法としては例えば機関負荷が比較的低いときにＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（吸入空気量＋ＥＧＲガス量））が６５パーセント以上となるようにスロットル弁１７の開度およびＥＧＲ制御弁２５の開度を制御し、このとき燃焼室５内における平均空燃比がリッチになるように噴射量を制御する方法を用いることができる。
【０３０６】
ところで燃料や潤滑油はカルシウムＣａを含んでおり、したがって排気ガス中にカルシウムＣａが含まれている。このカルシウムＣａはＳＯ3が存在すると硫酸カルシウムＣａＳＯ4を生成する。この硫酸カルシウムＣａＳＯ4は固体であって高温になっても熱分解しない。したがって硫酸カルシウムＣａＳＯ4が生成されるとこの硫酸カルシウムＣａＳＯ4によってパティキュレートフィルタ２２ａの細孔が閉塞されてしまい、その結果、排気ガスがパティキュレートフィルタ２２ａ内を流れづらくなる。
【０３０７】
この場合、活性酸素放出剤６１としてカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属、例えばカリウムＫを用いると活性酸素放出剤６１内に拡散するＳＯ3はカリウムＫと結合して硫酸カリウムＫ2ＳＯ4を形成し、カルシウムＣａはＳＯ3と結合することなくパティキュレートフィルタ２２ａの隔壁５４を通過して排気ガス流出通路５１内に流出する。したがってパティキュレートフィルタ２２ａの細孔が目詰まりすることがなくなる。したがって前述したように活性酸素放出剤６１としてはカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属、すなわちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いることが好ましいことになる。
【０３０８】
また本発明はパティキュレートフィルタ２２ａの両側面上に形成された担体の層上に白金Ｐｔのような貴金属のみを担持した場合にも適用することができる。ただしこの場合には単位微粒子連続酸化量Ｇを示す実線は図４３に示す実線に比べて若干、右側に移動する。この場合には白金Ｐｔの表面上に保持されるＮＯ2またはＳＯ3から活性酸素が放出される。
【０３０９】
また活性酸素放出剤としてＮＯ2またはＳＯ3を吸着保持し、これら吸着されたＮＯ2またはＳＯ3から活性酸素を放出しうる触媒を用いることもできる。
【０３１０】
なお、上述した活性酸素放出剤は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がリーンであるときに、排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると、吸収しているＮＯｘを放出する。したがって活性酸素放出剤はＮＯｘ吸収剤としても機能する。そして、このときに放出されたＮＯｘは排気ガス中のＨＣにより還元浄化される。したがって本実施例のＮＯｘ触媒はこのＮＯｘ吸収剤を具備する触媒である。
【０３１１】
最後に燃焼式ヒータに排気ガスを導入させつつ燃料を燃焼させた場合に、燃焼式ヒータ内にて行われる低温燃焼について説明する。図４４はＥＧＲ率、すなわち燃焼式ヒータに吸入される空気の量に対する燃焼式ヒータに導入される排気ガスの量の割合を変化させることにより空燃比Ａ／Ｆ（図４４の横軸）を変化させたときのスモーク、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯxの排出量の変化を示した実験例を表している。図４４からわかるようにこの実験例では空燃比Ａ／Ｆが小さくなるほどＥＧＲ率が大きくなり、理論空燃比（≒１４．６）以下のときにはＥＧＲ率は６５パーセント以上となっている。
【０３１２】
図４４に示したようにＥＧＲ率を増大することにより空燃比Ａ／Ｆを小さくしていくとＥＧＲ率が４０パーセント付近となり空燃比Ａ／Ｆが３０程度になったときにスモークの発生量が増大を開始する。次いでさらにＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくするとスモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次いでさらにＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると今度はスモークが急激に低下し、ＥＧＲ率を６５パーセント以上とし、空燃比Ａ／Ｆが１５．０付近になるとスモークがほぼ零となる。すなわち煤がほとんど発生しなくなる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またＮＯx の発生量がかなり低くなる。一方、このときＨＣ，ＣＯの発生量は増大し始める。
【０３１３】
図４５（Ａ）は空燃比Ａ／Ｆが２１付近でスモークの発生量が最も多いときの燃焼式ヒータの燃焼室内の燃焼圧変化を示しており、図４５（Ｂ）は空燃比Ａ／Ｆが１８付近でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼式ヒータの燃焼室内の燃焼圧の変化を示している。図４５（Ａ）と図４５（Ｂ）とを比較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である図４５（Ｂ）に示した場合はスモークの発生量が多い図４５（Ａ）に示した場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
【０３１４】
図４４および図４５に示した実験結果から次のことが言える。すなわちまず第１に空燃比Ａ／Ｆが１５．０以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図４４に示したようにＮＯx の発生量がかなり低下する。ＮＯx の発生量が低下したということは燃焼式ヒータの燃焼室内の燃焼温度が低下していることを意味しており、したがって煤がほとんど発生しないときには燃焼式ヒータの燃焼室内の燃焼温度が低くなっていると言える。同じことが図４５からも言える。すなわち煤がほとんど発生していない図４５（Ｂ）に示した状態では燃焼圧が低くなっており、したがってこのとき燃焼式ヒータの燃焼室内の燃焼温度は低くなっていることになる。
【０３１５】
第２にスモークの発生量、すなわち煤の発生量がほぼ零になると図４４に示したようにＨＣおよびＣＯの排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長せずに排出されることを意味している。すなわち燃料中に含まれる図４６に示したような直鎖状炭化水素や芳香族炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が集合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図４６に示したような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長することになる。したがって上述したように煤の発生量がほぼ零になると図４４に示したようにＨＣおよびＣＯの排出量が増大するがこのときのＨＣは煤の前駆体またはその前の状態の炭化水素である。
【０３１６】
図４４および図４５に示した実験結果に基づくこれらの考察をまとめると、燃焼式ヒータの燃焼室内の燃焼温度が低いときには、煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤の前駆体またはその前の状態の炭化水素が燃焼式ヒータの燃焼室から排出されることになる。このことについてさらに詳細に実験研究を重ねた結果、燃焼式ヒータの燃焼室内における燃料およびその周囲のガス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程が途中で停止してしまい、すなわち煤が全く発生せず、燃焼式ヒータの燃焼室内における燃料およびその周囲の温度が或る温度以上になると煤が生成されることが判明したのである。
【０３１７】
ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、すなわち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比の圧縮比等の種々の要因によって変化するので何度であるかということは言えないがこの或る温度はＮＯx の発生量と深い関係を有しており、したがってこの或る温度はＮＯx の発生量から或る程度規定することができる。すなわちＥＧＲ率が増大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低下し、ＮＯx の発生量が低下する。このときＮＯx の発生量が１０p.p.m. 前後またはそれ以下になったときに煤がほとんど発生しなくなる。したがって上述の或る温度はＮＯx の発生量が１０p.p.m. 前後またはそれ以下になったときの温度にほぼ一致する。
【０３１８】
いったん煤が生成されるとこの煤は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはできない。これに対して煤の前駆体またはその前の状態の炭化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって容易に浄化することができる。このように酸化機能を有する触媒による後処理を考えると炭化水素を煤の前駆体またはその前の状態で燃焼式ヒータの燃焼室から排出させるか、或いは煤の形で燃焼式ヒータの燃焼室から排出させるかについては極めて大きな差がある。
【０３１９】
低温燃焼は燃焼式ヒータの燃焼室内において煤を生成させることなく炭化水素を煤の前駆体またはその前の状態の形でもって燃焼室５から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有する触媒により酸化せしめることを核としている。
【０３２０】
さて、煤が生成される前の状態で炭化水素の成長を停止させるには燃焼式ヒータの燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およびその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響することが判明している。
【０３２１】
すなわち燃料周りに空気しか存在しないと蒸発した燃料は直ちに空気中の酸素と反応して燃焼する。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くなる。すなわちこのときには燃料から離れている空気は燃料の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には燃焼温度が局所的に極めて高くなるためにこの燃焼熱を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。
【０３２２】
一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合には燃焼熱は周りの不活性ガスに吸収されるために燃焼温度はさほど上昇しなくなる。すなわち燃焼温度を低く抑えることができることになる。すなわち燃焼温度を抑制するには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えることができることになる。
【０３２３】
この場合、燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそうするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量が必要となる。したがって燃料量が増大すれば必要となる不活性ガス量はそれに伴って増大することになる。なおこの場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用が強力となり、したがって不活性ガスは比熱の大きなガスが好ましいことになる。この点、ＣＯ2やＥＧＲガスは比較的比熱が大きいので不活性ガスとしてＥＧＲガスを用いることは好ましいと言える。
【０３２４】
図４７は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用い、ＥＧＲガスの冷却度合を変えたときのＥＧＲ率とスモークとの関係を示している。すなわち図４７において曲線ＡはＥＧＲガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９０℃に維持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷却装置でＥＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線ＣはＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合を示している。
【０３２５】
図４７の曲線Ａで示したようにＥＧＲガスを強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。
【０３２６】
一方、図４７の曲線Ｂで示したようにＥＧＲガスを少し冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し高いところで煤の発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ６５パーセント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。
【０３２７】
また図４７の曲線Ｃで示したようにＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５５パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。
【０３２８】
図４８は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用いた場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要なＥＧＲガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガス量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のＥＧＲガスの割合を示している。なお図４８において縦軸は燃焼式ヒータの燃焼室内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Ｙは過給が行われないときに燃焼式ヒータの燃焼室内に吸入しうる全吸入ガス量を示している。また横軸は要求トルクを示している。
【０３２９】
図４８を参照すると空気の割合、すなわち混合ガス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるのに必要な空気量を示している。すなわち図４８に示した場合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となっている。一方、図４８においてＥＧＲガスの割合、すなわち混合ガス中のＥＧＲガス量は噴射燃料が燃焼せしめられたときに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される温度よりも低い温度にするのに必要最低限のＥＧＲガス量を示している。このＥＧＲガス量はＥＧＲ率で表すとほぼ５５パーセント以上であり、図４８に示した実施例では７０パーセント以上である。すなわち燃焼式ヒータの燃焼室内に吸入された全吸入ガス量を図４８において実線Ｘとし、この全吸入ガス量Ｘのうちの空気量とＥＧＲガス量との割合を図４８に示したような割合にすると燃料およびその周囲のガス温度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、斯くして煤が全く発生しなくなる。またこのときのＮＯx 発生量は１０p.p.m. 前後、またはそれ以下であり、したがってＮＯx の発生量は極めて少量となる。
【０３３０】
燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際の発熱量が増大するので燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するためにはＥＧＲガスによる熱の吸収量を増大しなければならない。したがって図４８に示したようにＥＧＲガス量は噴射燃料量が増大するにつれて増大せしめなければならない。すなわちＥＧＲガス量は要求トルクが高くなるにつれて増大する必要がある。なお、過給が行われていない場合には燃焼式ヒータの燃焼室内に吸入される全吸入ガス量Ｘの上限はＹである。
【０３３１】
前述したように図４８は燃料を理論空燃比のもとで燃焼させる場合を示しているが空気量を図４８に示した空気量よりも少なくしても、すなわち空燃比をリッチにしても煤の発生を阻止しつつＮＯx の発生量を１０p.p.m. 前後またはそれ以下にすることができ、また空気量を図４８に示した空気量よりも多くしても、すなわち空燃比の平均値を１７から１８のリーンにしても煤の発生を阻止しつつＮＯx の発生量を１０p.p.m. 前後またはそれ以下にすることができる。
【０３３２】
すなわち空燃比がリッチにされると燃料が過剰となるが、燃焼温度が低い温度に抑制されているために過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成されることがない。またこのときＮＯx も極めて少量しか発生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量の煤が生成されるが、本発明では燃焼温度が低い温度に抑制されているので煤は全く生成されない。さらにＮＯx も極めて少量しか発生しない。
【０３３３】
このように低温燃焼が行われているときには空燃比にかかわらずに、すなわち空燃比がリッチであろうと、或いは理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリーンであろうと煤が発生されず、且つＮＯx の発生量が極めて少量となる。したがって燃料消費率の向上を考えるとこのとき平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。
【０３３４】
ところで燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制しうるのは燃焼による発熱量が比較的少ない燃焼式ヒータ中低負荷運転時に限られる。したがって実施例では燃焼式ヒータ高負荷運転時には第１の燃焼、すなわち従来より普通に行われている燃焼を行うようにし、燃焼式ヒータ中低負荷運転時には燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制して第２の燃焼、すなわち低温燃焼を行うようにしている。
【０３３５】
実際には、燃焼式ヒータに要求される負荷は比較的小さいので、ほとんど全ての運転領域において、第２の燃焼、すなわち低温燃焼を実行することができる。
【０３３６】
なおここで第２の燃焼、すなわち低温燃焼とはこれまでの説明から明らかなように煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発生しない燃焼のことを言い、第１の燃焼、すなわち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない燃焼のことを言う。また通常の燃焼、すなわち普通に行われている燃焼は内燃機関の要求トルクと機関回転数とに基づいて制御される燃焼である。
【０３３７】
なお、低温燃焼を行ったときに燃焼式ヒータから排出される排気ガスの温度が通常燃焼を行ったときに燃焼式ヒータから排出される排気ガスの温度よりも高い理由は次の通りである。図４９（Ａ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃焼室内の平均ガス温度Ｔｇとクランク角との関係を示し、図４９（Ａ）の破線は通常の燃焼が行われたときの燃焼室内の平均ガス温度Ｔｇとクランク角との関係を示す。また、図４９（Ｂ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温度Ｔｆとクランク角との関係を示し、図４９（Ｂ）の破線は通常の燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温度Ｔｆとクランク角との関係を示す。
【０３３８】
低温燃焼が行われているときには通常の燃焼が行われているときに比べてＥＧＲガス量が多く、したがって図４９（Ａ）に示したように圧縮上死点前、すなわち圧縮行程中は実線で示した低温燃焼時における平均ガス温度Ｔｇのほうが破線で示した通常の燃焼時における平均ガス温度Ｔｇよりも高くなっている。なおこのとき図４９（Ｂ）に示したように燃料およびその周囲のガス温度Ｔｆは平均ガス温度Ｔｇと略等しい温度になっている。
【０３３９】
次いで圧縮上死点付近において燃焼が開始されるがこの場合、低温燃焼が行われているときには図４９（Ｂ）の実線で示したように燃料およびその周囲のガス温度Ｔｆはさほど高くならない。これに対して通常の燃焼が行われている場合には燃料周りに多量の酸素が存在するために図４９（Ｂ）の破線で示したように燃料およびその周囲のガス温度Ｔｆは極めて高くなる。このように通常の燃焼が行われた場合には燃料およびその周囲のガス温度Ｔｆは低温燃焼が行われている場合に比べてかなり高くなるが大部分を占めるそれ以外のガスの温度は低温燃焼が行われている場合に比べて通常の燃焼が行われている場合のほうが低くなっており、したがって図４９（Ａ）に示したように圧縮上死点付近における燃焼室内の平均ガス温度Ｔｇは低温燃焼が行われている場合のほうが通常の燃焼が行われている場合に比べて高くなる。その結果、図４９（Ａ）に示したように燃焼が完了した後の燃焼室内の平均ガス温度は低温燃焼が行われた場合のほうが通常の燃焼が行われた場合に比べて高くなり、斯くして低温燃焼を行うと排気ガスの温度が高くなる。
【０３４０】
したがって低温燃焼は、通常の燃焼（通常の機関運転）が行われたときに燃焼室から排出される排気ガスの温度よりも温度が高い排気ガスを燃焼室から排出する燃焼であるとも言える。
【０３４１】
【発明の効果】
本発明によれば、パティキュレートフィルタに流入する機関排気ガスの量が少なくされた状態にて、燃焼装置からの排気ガスによりパティキュレートフィルタの温度が上昇せしめられ、パティキュレートフィルタの温度がＮＯｘ還元温度範囲内において微粒子連続酸化温度よりも高く維持される。ここで、本発明の燃焼装置から排出される排気ガスがパティキュレートフィルタの温度を上昇させる昇温能力は機関排気ガスの昇温能力よりも高い。したがって本発明によれば、機関排気ガスによりパティキュレートフィルタの温度を上昇させる場合に比べてパティキュレートフィルタの温度を素早く上昇させることができる。しかも本発明によれば、パティキュレートフィルタの温度を上昇させるために燃焼装置からパティキュレートフィルタに排気ガスを供給するときには、パティキュレートフィルタに流入する機関排気ガスの量が少なくされている。したがって本発明によれば、機関排気ガスによりパティキュレートフィルタから奪われる熱量が少ないので、このことからもパティキュレートフィルタの温度を素早く上昇させることができる。したがって、全体として本発明の排気浄化装置の微粒子酸化除去レベルおよびＮＯｘ浄化レベルが高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関を示す図である。
【図２】排気浄化装置を示す図である。
【図３】ＮＯｘ浄化処理を実行するためのフローチャートである。
【図４】ＮＯｘ還元処理Ｉを実行するためのフローチャートである。
【図５】ＮＯｘ還元処理IIを実行するためのフローチャートである。
【図６】フィルタ温度制御を実行するためのフローチャートである。
【図７】昇温処理Ｉを実行するためのフローチャートである。
【図８】温度判定を実行するためのフローチャートである。
【図９】Ｓ成分放出処理を実行するためのフローチャートである。
【図１０】Ｓ成分放出処理Ｉを実行するためのフローチャートである。
【図１１】空燃比制御を実行するためのフローチャートである。
【図１２】別の実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図１３】別の実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図１４】さらに別の実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図１５】排気バルブ制御を実行するためのフローチャートである。
【図１６】さらに別の実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図１７】ＮＯｘ還元処理Ｉを実行するためのフローチャートである。
【図１８】逆流防止弁制御を実行するためのフローチャートである。
【図１９】さらに別の実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図２０】さらに別の実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図２１】さらに別の実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図２２】さらに別の実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図２３】ＮＯｘ還元処理Ｉを実行するためのフローチャートである。
【図２４】さらに別の実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図２５】さらに別の実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図２６】さらに別の実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図２７】空気量制御弁制御を実行するためのフローチャートである。
【図２８】酸素濃度の変化を示すタイムチャートである。
【図２９】さらに別の実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図３０】酸素濃度の変化を示すタイムチャートである。
【図３１】ＮＯｘ還元処理Ｉを実行するためのフローチャートである。
【図３２】空燃比制御を実行するためのフローチャートである。
【図３３】ＨＣ除去処理を含むＮＯｘ還元処理Ｉを実行するためのフローチャートである。
【図３４】ＨＣ除去処理を実行するためのフローチャートである。
【図３５】さらに別の実施例の排気浄化装置を示す図である。
【図３６】機関始動時制御を実行するためのフローチャートの一部である。
【図３７】機関始動時制御を実行するためのフローチャートの一部である。
【図３８】機関始動時制御を実行するためのフローチャートの一部である。
【図３９】機関始動時制御を実行するためのフローチャートの一部である。
【図４０】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図４１】微粒子の酸化作用を説明するための図である。
【図４２】微粒子の堆積作用を説明するための図である。
【図４３】単位微粒子連続酸化量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示す図である。
【図４４】スモークおよびＮＯｘの発生量などを示す図である。
【図４５】燃焼圧を示す図である。
【図４６】燃料分子を示す図である。
【図４７】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図である。
【図４８】燃料噴射量と吸入ガス量との関係を示す図である。
【図４９】低温燃焼が行われるときに排出される排気ガスの温度について説明するための図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２２ａ，２２ｂ…パティキュレートフィルタ
７１，９２…機関排気通路
７２，７２ａ，７２ｂ…切換バルブ
７４…燃焼式ヒータ
７５…排気供給管
７６…逆流防止弁
７７ａ，７７ｂ…温度センサ
７８ａ，７８ｂ…排気バルブ
８３…空気導入管
８４…空気量制御弁
８５ａ，８５ｂ…空燃比センサ
８８ａ，８８ｂ…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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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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