(57)【要約】【課題】フィルタの過昇温を防止しつつ、Ｓ再生を図ることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、フィルタと、フィルタの下流側の排気通路上に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、を有する内燃機関に好適に適用される。内燃機関の排気浄化装置は、制御手段を有し、当該制御手段は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄再生要求よりもフィルタの再生要求を優先して制御を行うとともに、フィルタの再生要求がない場合であっても、フィルタにおける粒子状物質の堆積量が、硫黄再生制御によりフィルタが過昇温する可能性のある堆積量である場合には、フィルタの温度が所定温度以下となるように硫黄再生制御を行う。このようにすることで、フィルタの過昇温を防止しつつ、Ｓ再生を図ることが可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路上に設けられ排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの下流側の前記排気通路上に設けられＮＯｘを吸蔵還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、を有する内燃機関の排気浄化装置であって、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄再生要求よりも前記フィルタの再生要求を優先して制御を行うとともに、前記フィルタの再生要求がない場合であっても、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量が、硫黄再生制御により前記フィルタが過昇温する可能性のある堆積量である場合には、前記フィルタの温度が所定温度以下となるように硫黄再生制御を行う制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記所定温度は、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量に応じて可変に設定される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が硫黄再生可能な温度の下限値以上となっている場合には、排気ガスの空燃比のリッチ度合いを深くして硫黄再生制御を行う請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が硫黄再生可能な温度の下限値未満となっている場合には、硫黄再生制御を中止して、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を所定堆積量となるまで減少させて前記所定温度を上昇させた後で、硫黄再生制御を再開する請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記所定堆積量は、硫黄再生制御が行われると前記フィルタが過昇温する可能性のある堆積量の下限値未満である請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化を行う内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、排気通路上に排気中の粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ、以下、単に「フィルタ」と称する）を設けるとともに、当該フィルタの下流側の排気通路上にＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ：ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を設けた内燃機関の排気浄化装置が提案されている。
【０００３】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒では、実際にはＮＯｘ以外の物質、例えば、硫黄（Ｓ）やその化合物（ＳＯｘ）も付着して、いわゆる硫黄（Ｓ）被毒が発生する。このようなＮＯｘ以外の物質は、本来ＮＯｘが吸着されるべきところに、ＮＯｘの代わりに付着するため、結果的にＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化性能を低減させることになる。そこで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化性能を回復させるために、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を高温にして、かつ、空燃比をストイキまたはリッチに制御することで、硫黄（Ｓ）脱離させる「Ｓ再生制御」が行われる。また、フィルタでは、ＰＭの堆積によって目詰まりが発生するので、フィルタの温度を上昇させることにより、堆積したＰＭを燃焼してフィルタの目詰まりを解消する「ＰＭ再生制御」が行われる。
【０００４】
ここで、フィルタは、堆積したＰＭ量が多い場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＳ再生制御時に過昇温して過熱劣化する可能性がある。
【０００５】
以下の特許文献１には、排気通路上に、フィルタと、当該フィルタの下流側にＮＯｘ吸蔵還元触媒と、を備え、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＳ再生制御時にフィルタも同時に再生するものであって、フィルタの温度が予め定められた温度以上となるときは、フィルタの温度を抑制するように運転パラメータを調整する技術が記載されている。特許文献２には、ＰＭ再生制御の実行時期とＳ再生制御の実行時期とが重なった場合には、ＰＭ再生制御を優先させる技術が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１３３７２１号公報
【特許文献２】特開２００３−３３６５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、排気通路上に、フィルタと、当該フィルタの下流側にＮＯｘ吸蔵還元触媒と、を備えた構成において、特許文献１に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＳ再生制御時にいつもフィルタを同時に再生する必要はない。また、特許文献１及び２に記載の技術では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＳ再生制御時に、ＰＭ再生制御を行うつもりが無い場合であっても、フィルタに堆積したＰＭ堆積量によっては、フィルタが過昇温してしまう恐れがある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、フィルタの過昇温を防止しつつ、Ｓ再生を図ることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの観点では、排気通路上に設けられ排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの下流側の前記排気通路上に設けられＮＯｘを吸蔵還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、を有する内燃機関の排気浄化装置は、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄再生要求よりも前記フィルタの再生要求を優先して制御を行うとともに、前記フィルタの再生要求がない場合であっても、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量が、硫黄再生制御により前記フィルタが過昇温する可能性のある堆積量である場合には、前記フィルタの温度が所定温度以下となるように硫黄再生制御を行う制御手段を備える。
【００１０】
上記の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路上に設けられ排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの下流側の前記排気通路上に設けられＮＯｘを吸蔵還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、を有する内燃機関に好適に適用される。前記内燃機関の排気浄化装置は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）などの制御手段を有している。前記制御手段は、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄再生要求よりも前記フィルタの再生要求を優先して制御を行うとともに、前記フィルタの再生要求がない場合であっても、前記フィルタにおける粒子状物質（ＰＭ）の堆積量が、硫黄再生制御により前記フィルタが過昇温する可能性のある堆積量である場合には、前記フィルタの温度が所定温度以下となるように硫黄（Ｓ）再生制御を行う。前記所定温度は、例えばＰＭ再生温度である。このようにすることで、フィルタの過昇温を防止しつつ、Ｓ再生を図ることが可能となる。
【００１１】
上記の内燃機関の排気浄化装置の好適な実施例は、前記所定温度は、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量に応じて可変に設定される。
【００１２】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が硫黄再生可能な温度の下限値以上となっている場合には、排気ガスの空燃比のリッチ度合いを深くして硫黄再生制御を行う。これにより、Ｓ再生性を向上させることができる。
【００１３】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が硫黄再生可能な温度の下限値未満となっている場合には、硫黄再生制御を中止して、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を所定堆積量となるまで減少させて前記所定温度を上昇させた後で、硫黄再生制御を再開する。これによっても、Ｓ再生性を向上させることができる。
【００１４】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様は、前記所定堆積量は、硫黄再生制御が行われると前記フィルタが過昇温する可能性のある堆積量の下限値未満である。これにより、硫黄再生制御により前記フィルタが過昇温する心配がなくなるので、この後のＳ再生制御として、不必要なＰＭ再生制御を伴うＳ再生制御を行う必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１６】
［装置構成］
まず、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両１００の概略構成を示す。図１において、実線矢印はガスの流れを示し、破線矢印は信号の流れを示している。
【００１７】
車両１００は、主に、吸気通路３と、エンジン（内燃機関）１０と、排気通路４と、フィルタ（ＤＰＦ）２２と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）２１と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）５０と、を備える。
【００１８】
吸気通路３は、エンジン１０に供給するための吸気ガス（例えば空気）を通過させる。エンジン１０は、吸気通路３より吸気ガスが供給されると共に、燃料噴射弁（不図示）によって燃料が噴射され供給される。供給された吸気ガスと燃料との混合気は、エンジン１０の燃焼室内において燃焼される。エンジン１０内の燃焼によった発生した排気ガスは、排気通路４に排出される。
【００１９】
排気通路４は、エンジン１０内の燃焼によって発生した排気ガスを通過させる。排気通路４上には、上流側から下流側に順に、フィルタ（ＤＰＦ）２２、燃料添加弁４５、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）２１、が設けられている。
【００２０】
フィルタ（ＤＰＦ）２２は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するための装置である。具体的には、フィルタ２２は、複数の細孔が開いた隔壁を有し、排気ガスを当該隔壁に通過させることにより、排気ガス中のＰＭを当該隔壁で捕集する。当該隔壁には、白金（Ｐｔ）や酸化セリウム（ＣｅＯ２）等の酸化触媒が担持され、捕集されたＰＭは当該酸化触媒により酸化される。
【００２１】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）２１は、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵すると共に、吸蔵しているＮＯｘを還元する機能を有する高温活性型の触媒である。具体的には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は、基本的には、排気ガスの空燃比がリーンである際にＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの空燃比がリッチ又はストイキ（以下、単に「リッチ」と称する）である際に吸蔵しているＮＯｘを還元する。
【００２２】
燃料添加弁４５は、フィルタ２２の下流側で且つＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の上流側の前記排気通路４上に、つまり、フィルタ２２とＮＯｘ吸蔵還元触媒２１との間の排気通路４上に設けられている。燃料添加弁４５は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の上流側の排気通路４中に燃料（例えば未燃炭化水素（ＨＣ））を噴射して、排気ガスに燃料を添加することにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１に燃料を供給する。つまり、燃料添加弁４５は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度を上昇させるための昇温手段である。燃料添加弁４５は、ＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。なお、昇温手段としては、燃料添加弁４５を用いる代わりに、例えばヒータなどの加熱手段を用いるとしてもよい。
【００２３】
排気通路４におけるフィルタ２２の上流側には圧力センサ４１が取り付けられ、下流側には圧力センサ４２が取り付けられている。圧力センサ４１、４２は、検出した排気圧力に対応する検出信号をＥＣＵ５０に供給する。
【００２４】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、車両内の各種センサから供給される出力に基づいて、エンジン１０の制御を行う。本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、ＥＣＵ５０は、圧力センサ４１、４２からの検出信号に基づいて、フィルタ２２におけるＰＭの堆積量を求め、当該ＰＭの堆積量に基づいて、エンジン１０の燃料噴射弁から噴射される燃料量、燃料添加弁４５から噴射される燃料量、吸入空気量、などを調節することにより、排気ガスの温度や空燃比の制御を行う。従って、ＥＣＵ５０は、本発明の内燃機関の排気浄化装置における制御手段に相当する。
【００２５】
また、上述の車両１００の概略構成では、排気通路４上には、上流側から下流側に順に、フィルタ２２、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１、が設けられているとしているが、これに限られない。図１の構成に加えて、フィルタ２２の上流側、フィルタ２２の下流側で且つＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の上流側、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の下流側、のうち、いずれかの排気通路４上に酸化触媒が設けられるとしても良い。または、図１の構成に加えて、フィルタ２２の上流側の排気通路４上に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１とは別のＮＯｘ吸蔵還元触媒が設けられるとしても良い。
【００２６】
［排気浄化方法］
本実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法について説明する。
【００２７】
まず、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の硫黄再生制御について説明する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は、排気ガスの空燃比がリーンの時には窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵する。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は、排気ガスの空燃比が小さくなり、かつ、排気ガス中に未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化する。具体的には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が限界までＮＯｘを吸蔵した際に、ＥＣＵ５０によって排気ガスの空燃比を強制的にリッチ化するリッチスパイク制御（ＲＳ制御）が実行されることにより、ＮＯｘの還元浄化が行われる。ここで、排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が存在すると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は、ＮＯｘの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸蔵を行うため、ＮＯｘの代わりにＳＯｘが吸蔵されたいわゆる硫黄被毒状態（Ｓ被毒状態）となる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は、その温度がＳＯｘの脱離可能な温度以上に上昇され、かつ、排気ガスの空燃比がリッチになった時に、吸蔵したＳＯｘを脱離させるＳＯｘ脱離作用を有する。
【００２８】
そこで、一般的な内燃機関の排気浄化方法では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度を目標温度に上昇させ、かつ、排気ガスの空燃比をリッチにすることにより、ＳＯｘ脱離作用を引き起こさせ、ＳＯｘを常温で気体であるＳＯ２の形で外部へ放出する硫黄再生制御（以下、「Ｓ再生制御」と称する）が行われる。ここで、目標温度は、ＳＯｘの脱離可能な温度の下限値、即ち、Ｓ再生可能な温度の下限値よりも高い温度で、かつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が劣化しない温度に設定される。以下では、この目標温度を「Ｓ再生目標温度」と称する。Ｓ再生目標温度は、予め実験などにより求められた値である。
【００２９】
次に、フィルタ２２のＰＭ再生制御について説明する。フィルタ２２では、ＰＭの堆積によって目詰まりが発生する。そこで、一般的な内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、フィルタ２２におけるＰＭ堆積量が所定量よりも大きくなった場合には、フィルタ２２のＰＭ再生要求があると判定し、フィルタ２２の温度を所定温度以下で保持することにより、堆積したＰＭを燃焼させる制御（以下、「ＰＭ再生制御」と称する。）を行う。ここで、この所定量とは、フィルタ２２の捕集可能なＰＭ堆積量の上限値である。また、所定温度とは、フィルタ２２に堆積したＰＭを燃焼してフィルタ２２の目詰まりを解消することが可能な温度よりも高い温度で、かつ、フィルタ２２が過昇温しない温度に設定される。以下では、この所定温度をＰＭ再生温度と称する。
【００３０】
図２は、通常のＳ再生制御時におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒２１及びフィルタ２２について、時間に対する温度変化を示す図である。図２において、ＮＳＲ０で示す実線のグラフが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度変化を示すグラフであり、ＤＰＦ０で示す破線のグラフが、フィルタ２２の温度変化を示すグラフである。
【００３１】
通常のＳ再生制御が行われる場合には、ＥＣＵ５０は、排気ガスの温度を上昇させる等することにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度をＳ再生目標温度に到達させる。ここで、本実施形態に係る車両１００の構成では、先にも述べたように、排気通路４上において上流側から下流側に順に、フィルタ２２、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１、が設けられている。そのため、図２に示すように、エンジン１０からの排気ガスの温度が上昇されると、最初に、フィルタ２２の温度が上昇し、続いて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度が上昇する。また、Ｓ再生制御時には、排気ガスの空燃比がリッチにされるため、エンジン１０からのＰＭ排出量が増加し、排気ガスの空燃比がリーンになるときよりも、フィルタ２２のＰＭ堆積量は早く増加する。このように、Ｓ再生制御時には、排気ガスの温度が上昇されるとともに、ＰＭ堆積量が増加する。そのため、フィルタ２２の温度は上昇して、フィルタ２２において、元々のＰＭ堆積量が比較的多い場合には、図２に示すように、ＰＭ再生温度を超えたところで、大量のＰＭが一時に燃焼され過熱される過昇温が発生する可能性がある。この過昇温が発生すると、フィルタ２２は過熱劣化や溶損の恐れがある。
【００３２】
そこで、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化方法では、ＥＣＵ５０は、フィルタ２２のＰＭ再生要求がない場合であっても、フィルタ２２におけるＰＭ堆積量が、Ｓ再生制御によりフィルタ２２が過昇温する可能性のある堆積量である場合には、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＳ再生制御を行う際に、フィルタの温度がＰＭ再生温度以下となるように制御することとする。ここで、ＰＭ再生温度は、フィルタ２２におけるＰＭ堆積量によって可変に設定され、ＰＭ堆積量が減少するほど上昇するように設定される。
【００３３】
図３は、フィルタ２２におけるＰＭ堆積量と温度との関係を示す図である。図３において、紙面左方向から右方向へ向かうに従って、ＰＭ堆積量は増加し、紙面下方向から上方向へ向かうに従って、フィルタ２２の温度は上昇する。また、Ｓ再生制御が行われるとフィルタ２２が過昇温する可能性のあるＰＭ堆積量の下限値を「ＯＴ下限量」と称し、フィルタ２２の捕集可能なＰＭ堆積量の上限値を「捕集上限量」と称する。従って、ＥＣＵ５０は、フィルタ２２におけるＰＭ堆積量が捕集上限量を超えた場合には、ＰＭ再生要求があると判定する。一方、ＥＣＵ５０は、フィルタ２２におけるＰＭ堆積量がＯＴ下限量未満となった場合には、Ｓ再生制御を行っても、フィルタ２２が過昇温しないと判定する。
【００３４】
まず、Ｓ再生制御を行う場合において、図３のＡｒｅａ１に示すように、フィルタ２２におけるＰＭ堆積量が、ＯＴ下限量以上で、かつ、捕集上限量以下となっている場合について述べる。このとき、フィルタ２２におけるＰＭ堆積量は、Ｓ再生制御を行った場合にはフィルタ２２が過昇温する可能性のある堆積量ではあるものの、ＰＭ再生制御を行う必要があるほどの堆積量ではない。この場合、ＥＣＵ５０は、フィルタ２２の温度がＰＭ再生温度以下となるように保持しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度を上昇させるＳ再生制御を行うこととする。このＳ再生制御の具体的な方法としては、ＥＣＵ５０は、エンジン１０の燃料噴射弁を制御することにより、通常のＳ再生制御が行われるときと比較して、排気ガスの空燃比がリッチとなるときのリッチ度合いを深くしたり、リッチとなる期間を長くしたりする。これにより、フィルタ２２の温度をＰＭ再生温度以下となるように保持することができる。また、ＥＣＵ５０は、燃料添加弁４５より燃料を噴射する。これにより、フィルタ２２の温度を上昇させずに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度のみを上昇させることができる。このようにすることで、フィルタ２２の温度がＰＭ再生温度以下となるように保持して、フィルタ２２が過昇温するのを防止しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度を上昇させることができ、Ｓ再生を図ることができる。なお、このＳ再生制御では、フィルタ２２の温度をＰＭ再生温度以下となるように保持することにより、ＰＭ再生制御も行われている。つまり、このＳ再生制御は、ＰＭ再生制御を伴ったＳ再生制御であるといえる。
【００３５】
次に、Ｓ再生制御を行う場合において、図３のＡｒｅａ２に示すように、フィルタ２２におけるＰＭ堆積量が捕集上限量を超えている場合について述べる。この場合には、ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御を中止して、先にＰＭ再生制御を実行することとする。具体的には、ＥＣＵ５０は、フィルタ２２のＰＭ再生制御を行う必要がないときの堆積量となるまで、即ち、ＰＭ堆積量が捕集上限量以下かつＯＴ下限量以上となるまで、フィルタ２２の温度をＰＭ再生温度以下に保持し、ＰＭ堆積量が捕集上限量以下かつＯＴ下限量以上となったときに、ＰＭ再生制御を伴うＳ再生制御、即ち、フィルタ２２の温度がＰＭ再生温度以下となるように保持しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度を上昇させるＳ再生制御を行うこととする。これによっても、フィルタ２２の温度が過昇温するのを防止しつつ、Ｓ再生を図ることができる。
【００３６】
なお、ＥＣＵ５０は、ＰＭ堆積量が捕集上限量以下かつＯＴ下限量以上となるまで、フィルタ２２の温度をＰＭ再生温度以下となるように保持する代わりに、図３のＡｒｅａ３に示すように、ＰＭ堆積量がＯＴ下限量未満となるまで、フィルタ２２の温度をＰＭ再生温度以下となるように保持するとしても良い。このようにすることで、Ｓ再生制御によりフィルタ２２が過昇温する心配がなくなるので、ＥＣＵ５０は、この後のＳ再生制御として、不必要なＰＭ再生制御を伴うＳ再生制御を行う必要がなくなり、通常のＳ再生制御を行うことが可能となる。これにより、Ｓ再生性を向上させることができる。
【００３７】
ここで、フィルタ２２におけるＰＭ堆積量がＯＴ下限量以上かつ捕集上限量以下となっている場合において（Ａｒｅａ１）、フィルタ２２の温度がＰＭ再生温度以下となるように保持しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度を上昇させるＳ再生制御、即ち、ＰＭ再生制御を伴うＳ再生制御を行った場合には、通常のＳ再生制御を行った場合と異なり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度がＳ再生目標温度に到達しない可能性がある。そのため、ＰＭ再生制御を伴うＳ再生制御を行った場合には、通常のＳ再生制御が行われる場合と比較して、Ｓ再生性は低下する。そこで、以下では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度がＳ再生目標温度に到達しない場合にＳ再生性を向上させる第１〜第３の３つの制御方法について説明する。
【００３８】
図４〜図７は、本実施形態に係るＳ再生制御時におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒２１及びフィルタ２２について、時間に対する温度変化を示す図である。
【００３９】
最初に、第１の制御方法として、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度がＳ再生目標温度に到達しない原因が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１における発生熱量不足であると考えられる場合の制御方法について図４を用いて説明する。
【００４０】
図４において、ＮＳＲ１で示す破線のグラフは、Ｓ再生制御として、フィルタ２２の温度がＰＭ再生温度以下となるように保持しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度を上昇させる制御を行ったときのＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度の時間に対する変化を示し、ＤＰＦ１で示す一点鎖線のグラフは、このときのフィルタ２２の温度の時間に対する変化を示している。図４のグラフＮＳＲ１より分かるように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度はＳ再生目標温度に到達していない。この場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度がＳ再生目標温度に到達した場合と比較して、Ｓ再生性は低下する。
【００４１】
そこで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度がＳ再生目標温度に到達しない原因が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１における発生熱量不足であると考えられる場合には、ＥＣＵ５０は、排気ガス中の酸素濃度を上昇させることで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度を上昇させることとする。図４において、ＮＳＲ２で示す実線のグラフが、このときの制御によるＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度の時間に対する変化を示している。
【００４２】
具体的には、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度の上昇が緩やかになったと考えられる時刻ｔ１において、例えば温度センサを用いて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の下流側における排気ガスの温度を検出する。ＥＣＵ５０は、排気ガスの空燃比が既にリッチになっているのにもかかわらず、検出された排気ガスの温度が所定温度以下となっていると判定した場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度がＳ再生目標温度に到達しない原因が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１における発生熱量不足であると判定する。なお、当該所定温度は、予め実験などにより求められた値である。ＥＣＵ５０は、Ｓ再生目標温度に到達しない原因が発生熱量不足であると判定した場合には、吸気スロットルを制御して吸入空気量を増加させるとともに、燃料添加弁４５より噴射される燃料量（添加量）を増加させることとする。これにより、排気ガス中の酸素濃度を上昇させることができので、図４のグラフＮＳＲ２に示すように、時刻ｔ１以降において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度を上昇させてＳ再生目標温度に到達させることができる。このようにすることで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１のＳ再生性を向上させることができる。なお、排気ガス中の酸素濃度を上昇させる方法として、吸気スロットルを制御する方法の他、排気還流装置（ＥＧＲ）に流入する排気ガスの量を減少させる、エンジン回転数を上昇させる、二次空気導入装置（エアインジェクション）を用いて排気通路４より空気を導入する、などの方法を用いるとしても良い。
【００４３】
次に、第２の制御方法として、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度が、Ｓ再生目標温度に到達しないものの、Ｓ再生可能な温度の下限値（以下、「Ｓ再生可能下限温度」と称する）以上になっている場合の制御方法について図５を用いて説明する。
【００４４】
図５において、ＮＳＲ３で示す実線のグラフは、Ｓ再生制御として、フィルタ２２の温度がＰＭ再生温度以下となるように保持しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度を上昇させる制御を行ったときのＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度の時間に対する変化を示し、ＤＰＦ３で示す一点鎖線のグラフは、このときのフィルタ２２の温度の時間に対する変化を示している（後に述べる図６においても同様）。図５のグラフＮＳＲ３より分かるように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度はＳ再生目標温度に到達していないものの、Ｓ再生可能下限温度以上となっている。
【００４５】
この場合、ＥＣＵ５０は、排気ガスの空燃比のリッチ度合いを深くする制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、吸気スロットルを制御して吸入空気量を減少させるか、または、燃料添加弁４５より噴射される燃料量（添加量）を増加させることとする。このようにすることで、排気ガスの空燃比のリッチ度合いを深くすることができるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１からのＳ放出速度を上げることができ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１のＳ再生性を向上させることができる。なお、ここで、ＥＣＵ５０は、排気ガスの空燃比のリッチ度合いを深くする制御を行う際において、空燃比を１２以下にはしないこととする。これにより、Ｓ再生時において、硫化水素やアンモニアなどが生成されるのを防ぐことができる。
【００４６】
次に、第３の制御方法として、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度がＳ再生可能下限温度未満になっている場合の制御方法について図６、図７を用いて説明する。
【００４７】
図６のグラフＮＳＲ３より分かるように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度はＳ再生可能下限温度未満となっている。この場合、ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御を中止して、フィルタ２２の温度がＰＭ再生温度以下となるように保持することにより、フィルタ２２のＰＭ堆積量を減少させ、ＰＭ再生温度を上昇させた後で、Ｓ再生制御を再開することとする。
【００４８】
図７のグラフＮＳＲ３ａ及びグラフＤＰＦ３ａは夫々、図６におけるＰＭ再生温度が上昇した場合におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度、及び、フィルタ２２の温度である。
【００４９】
ＰＭ堆積量が減少してＰＭ再生温度がある一定温度以上上昇すれば、Ｓ再生制御時において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度をその分だけ上昇させることができる。そこで、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度がＳ再生可能下限温度未満となっている場合には、Ｓ再生制御を中止して、フィルタ２２のＰＭ堆積量を所定堆積量となるまで減少させることによりＰＭ再生温度を所定温度まで上昇させた後、Ｓ再生制御を再開することとする。ここで、所定温度は、図７に示すように、Ｓ再生制御時において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度をＳ再生可能下限温度以上に上昇させることが可能となるときのＰＭ再生温度である。言い換えると、所定堆積量は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度がＳ再生可能下限温度以上となるときのＰＭ再生温度に対応するＰＭ堆積量である。この後、ＥＣＵ５０は、フィルタ２２の温度をＰＭ再生温度以下となるように保持しつつ、Ｓ再生制御を行う。これにより、Ｓ再生を図ることができる。
【００５０】
また、所定堆積量を上述のようにする代わりに、ＯＴ下限量未満であるとしても良い。このようにすることで、Ｓ再生制御によりフィルタ２２が過昇温する心配がなくなるので、ＥＣＵ５０は、この後の再開されるＳ再生制御として、不必要なＰＭ再生制御を伴うＳ再生制御を行う必要がなくなり、通常のＳ再生制御を行うことが可能となる。これにより、Ｓ再生性を向上させることができる。
【００５１】
［制御処理］
次に、上述の排気浄化方法の制御処理について、図８に示すフローチャートを用いて説明することとする。図８のフローチャートに示す制御処理では、ＥＣＵ５０は、フィルタ２２におけるＰＭ堆積量を求め、当該ＰＭ堆積量に応じて、Ｓ再生制御の方法を変化させている。なお、図８のフローチャートに示す制御処理は、ＥＣＵ５０によって、例えば一定時間毎に、繰り返し実行される。
【００５２】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１のＳ再生制御を行う必要があるか否かについて判定する。例えば、ＥＣＵ５０は、直前のＳ再生制御の実行後からのエンジン１０の燃料噴射弁、及び、燃料添加弁４５、より噴射された燃料量の積算値を求める。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１におけるＳ被毒量は、エンジン１０の燃料噴射弁、及び、燃料添加弁４５、より噴射された燃料量の積算値に比例するので、ＥＣＵ５０は、求められた積算値に基づいて、Ｓ被毒量を推定し、当該Ｓ被毒量が所定量以上になっている場合には、Ｓ再生制御を行う必要があると判定し、当該Ｓ被毒量が所定量未満になっている場合には、Ｓ再生制御を行う必要がないと判定する。ここで、所定量は、予め実験などにより求められ、ＥＣＵ５０のＲＯＭなどに記録されている。
【００５３】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１のＳ再生制御を行う必要があると判定した場合には（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２の処理へ進み、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１のＳ再生制御を行う必要がないと判定した場合には（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、本制御処理をリターンする。
【００５４】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、フィルタ２２のＰＭ堆積量を推定する。例えば、ＥＣＵ５０は、圧力センサ４１、４２からの検出信号に基づいて、フィルタ２２における上流側の圧力と下流側の圧力との間の圧力差を求める。ＥＣＵ５０は、フィルタ２２における上流側の圧力と下流側の圧力との間の圧力差と、フィルタ２２のＰＭ堆積量と、の関係を示すマップを用いて、圧力センサ４１、４２からの検出信号に基づいて求められた圧力差よりＰＭ堆積量を推定する。当該マップは、予め実験などにより求められ、ＥＣＵ５０のＲＯＭなどに記録されている。
【００５５】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ５０は、フィルタ２２のＰＭ再生制御を行う必要があるか否かについて判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２で推定されたＰＭ堆積量が捕集上限値よりも大きくなっている場合には（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、フィルタ２２のＰＭ再生制御を行う必要があると判定して、ステップＳ１０７のＰＭ再生制御の処理へ進む。一方、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２で推定されたＰＭ堆積量が捕集上限値以下となっている場合には（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、フィルタ２２のＰＭ再生制御を行う必要がないと判定して、ステップＳ１０４の処理へ進む。このことから分かるように、本制御処理では、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１のＳ再生要求よりもフィルタ２２の再生要求を優先して行う。
【００５６】
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御を中止し、先にＰＭ再生制御を実行する。即ち、ＥＣＵ５０は、ＰＭ堆積量が捕集上限量以下かつＯＴ下限量以上となるまで、又は、ＯＴ下限量未満となるまで、フィルタ２２の温度をＰＭ再生温度以下となるように保持する。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。なお、ＥＣＵ５０は、ＰＭ堆積量が捕集上限量以下かつＯＴ下限量以上となるまで、フィルタ２２の温度をＰＭ再生温度以下となるように保持した場合には、次の制御処理において、後に述べるステップＳ１０６の処理へ進むこととなる。一方、ＥＣＵ５０は、ＰＭ堆積量がＯＴ下限量未満となるまで、フィルタ２２の温度をＰＭ再生温度以下となるように保持した場合には、次の制御処理において、後に述べるステップＳ１０５の処理へ進むこととなる。
【００５７】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、フィルタ２２のＰＭ堆積量がＯＴ下限量以上となっているか否かについて判定する。ＥＣＵ５０は、フィルタ２２のＰＭ堆積量がＯＴ下限量以上になっていると判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６の処理へ進み、フィルタ２２のＰＭ堆積量がＯＴ下限量未満になっていると判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０５の処理へ進む。
【００５８】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ５０は、不必要なＰＭ再生制御を伴わない通常のＳ再生制御を行う。この場合、フィルタ２２のＰＭ堆積量がＯＴ下限量未満になっているので、フィルタ２２が過昇温する心配はなくなり、ＥＣＵ５０は、不必要なＰＭ再生制御を伴わない通常のＳ再生制御を行うことが可能となる。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００５９】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御として、フィルタ２２の温度がＰＭ再生温度以下となるように保持しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度を上昇させる制御を行う。このようにすることで、フィルタ２２が過昇温するのを防止しつつ、Ｓ再生を図ることができる。なお、ここで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１の温度がＳ再生目標温度に到達しない場合には、ＥＣＵ５０は、先に述べた、第１〜第３の制御方法を用いることとする。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１のＳ再生性を向上させることができる。この後ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００６０】
以上に述べたことから分かるように、本実施形態に係る排気浄化方法を用いることにより、フィルタ２２が過昇温するのを防止しつつ、Ｓ再生を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】内燃機関の排気浄化装置が適用された車両の構成を示す概略図である。
【図２】通常のＳ再生制御時におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒及びフィルタについての時間に対する温度変化を示す図である。
【図３】フィルタにおけるＰＭ堆積量と温度との関係を示す図である。
【図４】本実施形態のＳ再生制御時におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒及びフィルタについて、時間に対する温度変化を示す図である。
【図５】本実施形態のＳ再生制御時におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒及びフィルタについて、時間に対する温度変化を示す図である。
【図６】本実施形態のＳ再生制御時におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒及びフィルタについて、時間に対する温度変化を示す図である。
【図７】本実施形態のＳ再生制御時におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒及びフィルタについて、時間に対する温度変化を示す図である。
【図８】本実施形態に係る排気浄化処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
３  吸気通路
４  排気通路
１０  内燃機関
２１  ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）
２２  フィルタ（ＤＰＦ）
４５  燃料添加弁
５０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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