JP2003201828A

JP2003201828A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2003201828A
Application number: JP2002001428A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Niizawa; 元啓新沢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2003-07-18
Anticipated expiration: 2022-01-08
Also published as: JP3767483B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＮＯｘトラップ触媒及びＰＭトラップ（ＤＰ
Ｆ）の再生を、同時に行えるようにして、トータルの再
生時間を短縮し、燃費の悪化を防止する。【解決手段】エンジン１の排気通路３にＮＯｘトラッ
プ触媒２０ｂを配置し、その下流側にＤＰＦ２１ａを配
置する。ＮＯｘトラップ触媒２０ｂの再生時は、燃料噴
射弁１５によりポスト噴射を行って、ＮＯｘトラップ触
媒２０ｂに流入する排気の空燃比をリッチ化し、これを
再生する。同時に、空気導入通路８及び開閉弁９によ
り、下流側のＤＰＦ２１ａに空気を供給して、ＤＰＦ２
１ａに流入する排気の空燃比をリーン化し、ＤＰＦ２１
ａを再生する。

Description

【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（排気浄化用の後処理システム）に関し、特にそ
の再生技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関の排気浄化装置として、
特開平９−５３４４２号公報に記載の装置がある。この
装置では、ディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘ
（窒素酸化物）と排気微粒子であるＰＭ（Particulate
Matter）の浄化処理のため、排気通路に、ＰＭをトラッ
プするＰＭトラップを配置し、更にその下流側に、流入
する排気の空燃比がリーンのときＮＯｘをトラップし、
流入する排気の空燃比がリッチになって排気中のＯ２
（酸素）濃度が低下すると排気中の還元成分であるＨＣ
（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）によりトラップした
ＮＯｘを還元浄化するＮＯｘトラップ触媒を配置してい
る。

【０００３】そして、定期的に、ＮＯｘトラップ触媒か
らトラップしたＮＯｘを放出させてＮＯｘトラップ能力
を回復させる操作（ＮＯｘトラップ触媒の再生操作）
と、ＰＭトラップにトラップされたＰＭを燃焼除去して
圧損を低減させる操作（ＰＭトラップの再生操作）とを
行うようにしている。従来のＮＯｘトラップ触媒の再生
操作は、数十秒から数分程度の間隔で、短時間、ディー
ゼルエンジンの通常の燃料噴射に加えて排気行程に燃料
噴射を行い、排気空燃比を理論空燃比よりリッチ側（１
３程度）にし、燃料の未燃成分を排気通路に排出するこ
とで実現している。つまり排気空燃比をリッチにして排
気中のＯ２濃度を急激に低下させ、ＨＣ、ＣＯ成分を増
加させてＮＯｘトラップ触媒を再生する。

【０００４】ＰＭトラップの再生操作は、数十分から数
時間の間隔で、数分程度、ＮＯｘトラップ触媒の再生と
同様、通常の燃料噴射に加えて排気行程に燃料噴射を行
うが、排気温度を上昇させてＰＭトラップの再生を促進
するためであり、排気空燃比は２０程度のリーンに維持
されている。そして、ＰＭトラップの再生操作中にＮＯ
ｘトラップ触媒の再生操作のタイミングになった場合に
は、ＰＭトラップの再生操作の間に、ＮＯｘトラップ触
媒の再生のための排気空燃比のリッチ化が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の内燃機関の排気浄化装置にあっては、比較的
短い時間間隔で短時間の排気空燃比のリッチ化が行われ
るＮＯｘトラップ触媒の再生操作と、ＮＯｘトラップ触
媒の再生操作よりも長い時間間隔で長い時間リーン状態
を維持して排気温度上昇が行われるＰＭトラップの再生
操作という２種類の再生操作を実施する必要がある。

【０００６】これらの再生操作は作用が各々独立してお
り、ＮＯｘトラップ触媒の再生に費やされるエネルギー
（燃料消費）はＮＯｘトラップ触媒の再生中はＰＭトラ
ップの再生には利用できず、またＰＭトラップの再生に
費やされるエネルギー（燃料消費）はＰＭトラップの再
生中はＮＯｘトラップ触媒の再生には利用できない。こ
のためエネルギー効率が悪くて燃費悪化が大であるとい
う問題点があった。

【０００７】本発明は、このような従来の問題点に鑑
み、ＮＯｘトラップ触媒及びＰＭトラップを用いて、Ｎ
Ｏｘ及びＰＭの大気への放出を防止すると共に、ＮＯｘ
トラップ触媒及びＰＭトラップの再生を、夫々独立する
ことなく一度の操作で行えるようにして、トータルの再
生時間を短縮し、かつ燃費の大きな犠牲を伴わない内燃
機関の排気浄化装置を実現することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
排気通路にＮＯｘトラップ触媒を配置し、その下流側に
ＰＭトラップを配置する。そして、前記ＮＯｘトラップ
触媒に流入する排気の空燃比を制御可能な空燃比制御装
置と、前記ＰＭトラップの上流側排気通路に空気を供給
可能な空気供給装置とを用い、前記ＮＯｘトラップ触媒
の再生時期に、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気
の空燃比をリッチにすると共に、前記ＰＭトラップの上
流側排気通路に空気を供給して前記ＰＭトラップに流入
する排気の空燃比をリーンにする。

【０００９】

【発明の効果】本発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒の
再生とＰＭトラップの再生という２種類の再生操作を夫
々個別に行わずに同時に行える。このため、再生に費や
されるエネルギーが大幅に低減するので、燃費悪化への
影響を最小限にすることが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。先ず本発明の第１実施形態を説明
するが、これに先立って、実施形態レベルで、背景技術
について説明する。従来の自動車用ガソリン機関のよう
に酸化成分と還元成分とがほぼ等しく含まれている排気
を浄化するためには、触媒として、三元触媒が広く用い
られている。これは、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウ
ム）、Ｒｈ（ロジウム）等の貴金属成分及びＣｅ（セリ
ア）成分をはじめとする各種成分を担持した活性アルミ
ナを主成分とする触媒であり、排気中の有害成分である
ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを高い効率で浄化できる。

【００１１】一方、近年、燃費の向上、ＣＯ２（二酸化
炭素）の排出量の削減といった観点から、理論空燃比よ
り高い空燃比でも運転するいわゆるリーンバーンエンジ
ンが注目されている。この種のエンジンの希薄燃焼時の
排気は、理論空燃比近傍で運転される従来のエンジンの
排気に比較して、酸素含有率が高く、上記の三元触媒で
は、ＮＯｘの浄化が不十分となる。そこで、リーンバー
ンエンジンにおける希薄燃焼時の排気中のＮＯｘを高効
率で除去できる新たな触媒が望まれていた。

【００１２】その１つとして、流入する排気の空燃比が
リーンであるときにＮＯｘをトラップし、流入する排気
の空燃比がリッチになるとＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ
トラップ触媒を用いることが提案されている。一方、Ｎ
Ｏｘトラップ触媒ではＮＯｘは除去できても、ＰＭは除
去できないので、ＰＭを放出する内燃機関、例えばディ
ーゼルエンジンにおいては、排気中のＰＭをトラップす
るＰＭトラップを設ける必要がある。

【００１３】このような背景の下、特開平９−５３４４
２号公報では、既に述べたように、排気通路にＰＭトラ
ップ（ＤＰＦ；Diesel Particulate Filter ）を配置
し、更にその下流側に、ＮＯｘトラップ触媒（ＮＯｘ吸
収剤）を配置しており、定期的に、ＮＯｘトラップ触媒
の再生操作と、ＰＭトラップの再生操作とを、別々に行
うようにしている。

【００１４】また、特許２７２７９０６号公報や特許２
７２２９８７号公報では、ウォールフローハニカムタイ
プのＰＭトラップ（ＤＰＦ）の壁面にＮＯｘトラップ触
媒（ＮＯｘ吸収剤）を担持させ、ＮＯｘトラップ触媒の
再生開始条件であると判定されたときに、吸気絞り弁を
閉じて還元剤供給装置から燃料をＰＭトラップ入口の排
気中に供給し、供給された燃料がＮＯｘトラップ触媒の
触媒作用によって燃焼して排気中の酸素が消費されるこ
とで、排気空燃比をリッチ化し、これによってＮＯｘト
ラップ触媒を再生する。

【００１５】次いで、ＮＯｘトラップ触媒の再生が終了
したと判定されると、還元剤供給装置からの燃料供給を
継続し、吸気絞りを解除して多量の空気を供給すること
で、ＰＭトラップにトラップされているＰＭを着火燃焼
させ、ＰＭトラップを再生する。更に、特許２７２７９
０６号公報では、ＰＭトラップの再生が終了したら、吸
気絞り弁を再度閉じて還元剤供給装置から燃料を供給
し、高温かつリッチな排気条件にして、ＮＯｘトラップ
触媒からＳＯｘ（硫黄酸化物）を放出させ、ＳＯｘ被毒
解消を行う。

【００１６】したがって、特許２７２７９０６号公報や
特許２７２２９８７号公報でも、各々の再生操作（ＮＯ
ｘトラップ触媒の再生操作、ＰＭトラップの再生操作、
ＳＯｘ被毒解消操作）は作用が独立しており、ＮＯｘト
ラップ触媒の再生中は排気がリッチであるためＰＭトラ
ップは再生できず、ＰＭトラップの再生中は排気がリー
ンであるためＮＯｘトラップ触媒は再生できず、当然Ｓ
Ｏｘ被毒解消操作中にもＰＭトラップは再生できない。
これらは、単に各々の再生操作を順番に行うものであ
る。

【００１７】以上のように、従来の技術としては、ＮＯ
ｘトラップ触媒の再生操作とＰＭトラップの再生操作と
を別々に行うもの（特開平９−５３４４２号公報）と、
順番に行うもの（特許２７２７９０６号公報や特許２７
２２９８７号公報）とがあるが、別々又は順番に行われ
ることにより（同時ではないので）、トータルの再生時
間が長くなるばかりか、エネルギー効率が悪くて燃費悪
化が大であるという欠点がある。

【００１８】また、特許２７２７９０６号公報や特許２
７２２９８７号公報では、還元剤供給装置から燃料を供
給しているので、実用上は再生中のエンジン運転条件の
変化によってＰＭトラップに流入する排気温度が低下す
ると（例えばアイドリングでは１００℃程度）、触媒反
応が起こらず、供給燃料が未燃のまま排出される恐れが
ある。

【００１９】そこで、本実施形態では、ＮＯｘトラップ
触媒及びＰＭトラップの再生を、夫々独立することなく
一度の操作で行えるようにして、トータルの再生時間を
短縮し、エネルギー効率の向上による燃費の向上を図り
得るようにする。図１は本発明の第１実施形態を示す内
燃機関の排気浄化装置（排気浄化用の後処理システム）
の構成図である。

【００２０】図１において、１は内燃機関（ここではデ
ィーゼルエンジンとし、以下単にエンジンと称する）の
本体、２は吸気通路、３は排気通路である。排気通路３
には、過給機の排気タービン３ａの下流に、酸化触媒２
０ａと、流入する排気の空燃比がリーンであるときにＮ
Ｏｘをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチのと
きにトラップしたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘトラップ
触媒２０ｂとを内部に介装するケーシング２０が配置さ
れる。さらにその下流には、排気中のＰＭ（Particulat
e Matter）をトラップするＰＭトラップとしてのＤＰＦ
（Diesel Particulate Filter ）２１ａを内部に介装す
るケーシング２１が直列に配置される。ＤＰＦ２１ａに
はその表面上に酸化触媒を担持させることで、酸化機能
を持たせてある。

【００２１】酸化触媒２０ａとしては、例えば活性アル
ミナをベースにＰｄやＰｔ等の貴金属を担持したもの
や、貴金属（特にＰｔ）をイオン交換したゼオライト、
又はこれら両材料を組み合せたものが利用できる。ま
た、ＤＰＦ２１ａは、従来より公知のウォールフローハ
ニカムタイプのものや、筒の部分に多数の孔を設けた有
底円筒状の芯部材にセラミックファイバーを幾層にも巻
き回したものが利用できる。

【００２２】ＮＯｘトラップ触媒２０ｂの入口部（酸化
触媒２０ａの出口部）には、排気温度Ｔ１を検出する排
温センサ３６が設けられ、ＤＰＦ２１ａの入口部には、
排気温度Ｔ２を検出する排温センサ３７と、酸素濃度Ｏ
２を検出する酸素濃度センサ３８とが設けられる。ＮＯ
ｘトラップ触媒２０ｂの出口部には、下流側のＤＰＦ２
１ａに空気を供給するため、空気供給源である吸気通路
２における過給機の吸気コンプレッサ２ｂ下流の圧力チ
ャンバー部に接続される空気導入通路８の開口部８ａが
臨む。この空気導入通路８には、エンジン用コントロー
ルユニット３０により制御される例えばステッピングモ
ータ駆動の開閉弁９が設けられ、この開閉弁９は空気導
入通路８を開閉する他、流路面積を可変にして空気供給
量を制御可能である。

【００２３】排気通路３における過給機の排気タービン
３ａ上流からは、吸気通路２の吸気管２ｃに、排気の一
部を還流するため、ＥＧＲ通路４が設けられ、このＥＧ
Ｒ通路４には、エンジン用コントロールユニット３０に
より制御される例えばステッピングモータ駆動のＥＧＲ
弁５が設けられている。吸気通路２には上流から、エア
クリーナ２ａ、過給機の吸気コンプレッサ２ｂ、エンジ
ン用コントロールユニット３０によりアクチュエータ
（例えばステッピングモータ）６を介して開閉駆動され
る吸気絞り弁７が設けられ、下流側の吸気管２ｃにより
吸入空気をエンジン１の各気筒に分配している。

【００２４】燃料供給系は、ディーゼル用燃料（軽油）
タンク６０、ディーゼル用燃料をエンジン１の燃料噴射
装置１０へ供給するための燃料供給通路１６、燃料噴射
装置１０からのリターン燃料（スピル燃料）を燃料タン
ク６０に戻すための燃料戻り通路１９で構成される。エ
ンジン１の燃料噴射装置１０は公知のコモンレール式の
燃料噴射装置であって、サプライポンプ１１、燃料供給
通路１２、コモンレール（蓄圧室）１４、気筒毎に設け
られる燃料噴射弁１５からなり、サプライポンプ１１に
より加圧された燃料は燃料供給通路１２を介してコモン
レール１４に一旦蓄えられた後、コモンレール１４内の
高圧燃料が気筒数分の燃料噴射弁１５に分配される。

【００２５】また、コモンレール１４の圧力を制御する
ため、サプライポンプ１１からの吐出燃料の一部は途中
に一方向弁１８が設けられたオーバーフロー通路１７を
介して燃料供給通路１６に戻される。そして、オーバー
フロー通路１７の流路面積を変えることのできる圧力制
御弁１３が設けられ、この圧力制御弁１３は、エンジン
用コントロールユニット３０からのデューティ信号に応
じてオーバーフロー通路１７の流路面積を変えることで
コモンレール１４への燃料吐出量を調整することにより
コモンレール１４の圧力を制御する。

【００２６】燃料噴射弁１５は、エンジン用コントロー
ルユニット３０からのＯＮ−ＯＦＦ信号によってエンジ
ン燃焼室への燃料供給通路を開閉する電磁駆動式の噴射
弁であって、ＯＮ信号によって燃料を燃焼室に噴射し、
ＯＦＦ信号によって噴射を停止する。ここで、燃料噴射
弁１５へのＯＮ信号が長いほど燃料噴射量が多くなる
が、後述するようにコモンレール１４の燃料圧力によっ
ても燃料噴射量は変化する。

【００２７】エンジン用コントロールユニット３０に
は、水温センサ３１の信号（Ｔｗ）、クランク角センサ
３２の信号（これによりエンジン回転数Ｎｅを検出可
能）、気筒判別センサ３３の信号（Ｃｙｌ）、コモンレ
ール圧力を検出する圧力センサ３４の信号（ＰＣＲ）、
アクセル開度センサ３５の信号（Ｌ）、ＮＯｘトラップ
触媒２０ｂの入口部（酸化触媒２０ａの出口部）の排気
温度を検出する排温センサ３６の信号（Ｔ１）、ＤＰＦ
２１ａの入口部の排気温度を検出する排温センサ３７の
信号（Ｔ２）、酸素濃度センサ３８の信号（Ｏ２）が入
力される。

【００２８】尚、本実施形態では、主噴射の後に少量の
燃料を噴射するポスト噴射の可能なコモンレール式の燃
料噴射装置１０が、ＮＯｘトラップ触媒２０ｂに流入す
る排気の空燃比を制御可能な空燃比制御装置を構成す
る。また、空気導入通路８及び開閉弁９が、ＤＰＦ２１
ａの上流側排気通路に空気を供給可能な空気供給装置を
構成する。また、エンジン用コントロールユニット３０
が、再生時期判断手段及び再生制御手段を構成する。

【００２９】次に、第１実施形態での、コントロールユ
ニット３０による排気浄化装置（排気浄化用の後処理シ
ステム）の制御について、図２〜図７のフローチャート
により説明する。図２は、コントロールユニット３０に
よって行われるエンジン出力制御に関するメインルーチ
ンである。

【００３０】図２のエンジン出力制御ルーチンにおい
て、ステップ１００（図にはＳ１００と記す。以下同
様）では、エンジン冷却水温Ｔｗ、エンジン回転数Ｎ
ｅ、気筒判別信号Ｃｙｌ、コモンレール圧力ＰＣＲ、ア
クセル開度Ｌ、ＮＯｘトラップ触媒２０ｂの入口部（酸
化触媒２０ａの出口部）の排気温度Ｔ１、ＤＰＦ２１ａ
の入口部の排気温度Ｔ２と酸素濃度Ｏ２を読込み、ステ
ップ２００に進む。

【００３１】ステップ２００では、後述する図３のサブ
ルーチンに従って、コモンレール圧力制御を行い、次の
ステップ３００では、後述する図４のサブルーチンに従
って、エンジン出力制御のための主噴射制御を行い、ス
テップ４００に進む。ステップ４００では、後処理シス
テム（特にＮＯｘトラップ触媒２０ｂとＤＰＦ２１ａ）
の再生中を示すフラグが１であって、後処理システムの
再生中であるか否かを判定する。

【００３２】ステップ４００での判定でＮＯであって後
処理システムの再生中でない場合は、ステップ５００に
進み、後述する図５のサブルーチンに従ってエンジン燃
焼制御を行い、次のステップ６００で、後述する図６の
サブルーチンに従って、ＮＯｘトラップ触媒２０ｂのＮ
Ｏｘトラップ量を積算し、これに基づいてＮＯｘトラッ
プ触媒２０ｂの再生の要否の判定を行い、リターンとな
る。

【００３３】ステップ４００での判定でＹＥＳであって
後処理システムの再生中である場合は、ステップ７００
に進み、後述する図７のサブルーチンに従って、後処理
システムの再生制御を開始又は継続して、リターンとな
る。図３は、図２のメインルーチンのステップ２００で
行われるコモンレール圧力制御に関するサブルーチンで
ある。

【００３４】図３のコモンレール圧力制御ルーチンにお
いて、ステップ２０１、ステップ２０２では、エンジン
回転数Ｎｅと主燃料噴射量（アクセル開度Ｌ等に対応し
て予め設定され、負荷を代表する）Ｑmainとをパラメー
タとして、コントロールユニット３０内のＲＯＭに予め
記憶されている所定のマップを検索して、コモンレール
１４の目標基準圧力ＰＣＲ０と、この目標基準圧力ＰＣ
Ｒ０を得るための圧力制御弁１３の基準デューティ比
（基準制御信号）Ｄｕｔｙ０とを求め、ステップ２０３
に進む。

【００３５】ステップ２０３では、目標基準圧力ＰＣＲ
０と実際のコモンレール圧力ＰＣＲとの差の絶対値｜Ｐ
ＣＲ０−ＰＣＲ｜を求め、これを目標基準圧力ＰＣＲ０
に対して予め設定された許容圧力差ΔＰＣＲ０と比較す
る。｜ＰＣＲ０−ＰＣＲ｜が許容範囲内である場合は、
ステップ２０４に進んで、基準デューティ比Ｄｕｔｙ０
を開弁デューティ比（制御信号）Ｄｕｔｙとすることに
よって同じデューティ比を維持し、ステップ２０７にお
いて、この開弁デューティ比Ｄｕｔｙからデューティ信
号を作って、圧力制御弁１３を駆動する。

【００３６】一方、｜ＰＣＲ０−ＰＣＲ｜が許容範囲内
にない場合は、ステップ２０３よりステップ２０５に進
んで、ＰＣＲ０−ＰＣＲ（＝ΔＰ）に対応して予め設定
されているＲＯＭのテーブルを検索して、デューティ比
補正係数ＫＤｕｔｙを求める。ここで、例えばΔＰがマ
イナス（ＰＣＲ０よりもＰＣＲが大きい）の場合は、Ｋ
Ｄｕｔｙが１よりも小さい値に、この逆にΔＰがプラス
（ＰＣＲ０よりもＰＣＲが小さい）の場合は、ＫＤｕｔ
ｙが１よりも大きい値になる。具体的には圧力制御弁１
３の特性に合わせてデューティ比補正係数ＫＤｕｔｙの
テーブルデータを設定する。

【００３７】そして、ステップ２０６では、は基準デュ
ーティ比Ｄｕｔｙ０をこの補正係数ＫＤｕｔｙにより補
正した値（Ｄｕｔｙ０×ＫＤｕｔｙ）を開弁デューティ
比（補正制御信号）Ｄｕｔｙとした後、ステップ２０７
の操作を実行する。図４は図２のメインルーチンのステ
ップ３００で行われる主噴射制御に関するサブルーチン
である。

【００３８】図４の主噴射制御ルーチンにおいて、ステ
ップ３０１では、主燃料噴射量Ｑmainとコモンレール圧
力ＰＣＲとをパラメータとして、コントロールユニット
３０内のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検
索して、主噴射期間Ｍperiodを求め、ステップ３０２に
進む。ここで、主噴射期間Ｍperiodはｍｓｅｃ単位で設
定され、図９に示すように主燃料噴射量Ｑmainが同じな
らばコモンレール圧力ＰＣＲが高いほど主噴射期間Ｍpe
riodが短くなり、コモンレール圧力ＰＣＲが同じならば
主燃料噴射量Ｑmainが多いほど主噴射期間Ｍperiodが長
くなる。

【００３９】ステップ３０２では、エンジン回転数Ｎｅ
と主燃料噴射量Ｑmainとをパラメータとして、コントロ
ールユニット３０内のＲＯＭに予め記憶されている所定
のマップを検索して、主噴射開始時期Ｍstart を求め、
ステップ３０３に進む。ステップ３０３では、エンジン
冷却水温Ｔｗに基づいて主噴射開始時期Ｍstart を補正
し、ステップ３０４に進む。

【００４０】具体的には、水温Ｔｗが低いときに主噴射
開始時期Ｍstart を進角させる。水温Ｔｗが低いほどエ
ンジン燃焼室の温度も低くなるため着火開始時期が相対
的に遅れることになるので、ＨＣ、ＣＯ、ＰＭ（特にＳ
ＯＦ；Soluble Organic Fraction）の排出量を増加させ
ないために、主噴射開始時期Ｍstart を進角補正して燃
焼開始時期を一定に保つのが望ましいからである。

【００４１】ステップ３０４では、主燃料噴射量Ｑmain
が供給されるように、主噴射開始時期Ｍstart よりＭpe
riodの期間、主噴射すべき気筒の燃料噴射弁１５を、ク
ランク角センサ３２及び気筒判別センサ３３の信号に基
づいて開弁駆動する。図５は、図２のメインルーチンの
ステップ５００で行われるエンジン燃焼制御に関するサ
ブルーチンであり、図１０に示す運転領域に対応して、
ＥＧＲを行ったり、停止したりする制御を行う。

【００４２】図５のエンジン燃焼制御ルーチンにおい
て、ステップ５０１では、運転領域を判定する。すなわ
ち、エンジン回転数Ｎｅと主燃料噴射量（負荷）Ｑmain
とに基づいて、ＥＧＲ領域か否かを判定する。ここでい
うＥＧＲ領域とは、図１０における領域Ａ１の常用運転
領域であり、従ってここでは、図１０における領域Ａ１
の常用運転領域であるか、それ以外の運転領域（領域Ａ
２、Ａ３）であるかを判定する。

【００４３】ステップ５０１の判定でのＥＧＲ領域であ
れば、ステップ５０２に進む。ステップ５０２では、Ｅ
ＧＲを実行するための目標ＥＧＲのデータ（ＥＧＲ弁５
と吸気絞り弁７の駆動信号）を、エンジン回転数Ｎｅと
主燃料噴射量Ｑmainとをパラメータとして、コントロー
ルユニット３０内のＲＯＭに予め記憶されている所定の
マップを検索して求め、ステップ５０３へ進む。

【００４４】ステップ５０３では、エンジン冷却水温Ｔ
ｗに基づいてＥＧＲを補正し、ステップ５０４に進む。
具体的には、例えば水温Ｔｗが低いときにＥＧＲを減量
補正する。水温Ｔｗが低いほどエンジン燃焼室の温度も
低くなるため着火開始時期が相対的に遅れることになる
ので、ＨＣ、ＣＯ、ＰＭ（特にＳＯＦ）の排出量を増加
させないために、ＥＧＲを減量補正して燃焼開始時期を
一定に保つのが望ましいからである。

【００４５】ステップ５０４では、ＥＧＲ弁５及び吸気
絞り弁７を夫々の補正された駆動信号に基づいて駆動制
御してＥＧＲを行う。その一方、ステップ５０１での判
定でＥＧＲ領域でなければ、ステップ５０５に進む。ス
テップ５０５では、ＥＧＲを停止又は停止保持すべく、
ＥＧＲ弁５及び吸気絞り弁７の作動を停止する。

【００４６】図６は、図２のメインルーチンのステップ
６００で行われるＮＯｘトラップ触媒２０ｂのＮＯｘト
ラップ量積算と再生要否判定とに関するサブルーチンで
ある。本ルーチンが再生時期判断手段に相当する。図６
のＮＯｘトラップ量積算・判定ルーチンにおいて、ステ
ップ６０１では、ＮＯｘトラップ触媒２０ｂのＮＯｘト
ラップ量（単位時間当たりのＮＯｘトラップ量）を、エ
ンジン回転数Ｎｅと主燃料噴射量（負荷）Ｑmainとをパ
ラメータとして、コントロールユニット３０内のＲＯＭ
に予め記憶されている所定のマップを検索して求め、ス
テップ６０２に進む。

【００４７】ステップ６０２では、エンジン冷却水温Ｔ
ｗに基づいてＮＯｘトラップ量を補正し、ステップ６０
３に進む。具体的には、例えば水温Ｔｗが低いときにＮ
Ｏｘトラップ量を減量補正する。水温Ｔｗが低いほどエ
ンジン燃焼室の温度も低くなるため着火開始時期が相対
的に遅れることになるので、前述したように図４のステ
ップ３０３、及び図５のステップ５０３では、ＨＣ、Ｃ
Ｏ、ＰＭ（特にＳＯＦ）の排出量を増加させないため
に、主噴射開始時期Ｍstart を進角補正し、ＥＧＲを減
量補正して、燃焼開始時期を一定に保つようにしてい
る。しかし、燃焼開始時期を一定に保つようにしてもエ
ンジン燃焼室の温度が低いほど燃焼期間が長期化して燃
焼温度も低温化する傾向にあり、ＮＯｘ排出量が減少す
る傾向にある。そして、ＮＯｘ排出量が減少するとＮＯ
ｘトラップ量も減少する傾向にある。このため、水温Ｔ
ｗをパラメータとして水温Ｔｗが低いほどＮＯｘトラッ
プ量を減量補正する補正係数を設定し、ＮＯｘトラップ
量を減量補正するのが望ましい。このＮＯｘトラップ量
の補正係数は予め実験によって求める。

【００４８】ステップ６０３では、単位時間当たりのＮ
Ｏｘトラップ量に同期した所定時間間隔でＮＯｘトラッ
プ量を積算し、ステップ６０４に進む。ステップ６０４
では、積算したＮＯｘトラップ量がＮＯｘトラップ触媒
２０ｂにおいて設定した所定のトラップ限界量を超えて
おり、ＮＯｘトラップ触媒２０ｂの再生（ＮＯｘの放出
・還元）が必要か否かを判定する。

【００４９】ステップ６０４での判定がＮＯであって、
再生が必要でないときはリターンとなる。ステップ６０
４での判定がＹＥＳであって、ＮＯｘトラップ量がトラ
ップ限界量を超えており、ＮＯｘトラップ触媒２０ｂの
再生が必要であると判定された場合は、ステップ６０５
に進む。

【００５０】ステップ６０５では、再生制御を開始する
ため、再生中フラグを１にする（フラグを立てて再生開
始信号とする）。そしてステップ６０６に進み、再生終
了の指標値、例えば時間のカウントを開始して、リター
ンとなる。この再生終了の指標値は、時間の例だけでな
く、ＮＯｘトラップ触媒２０ｂの入口部（酸化触媒２０
ａの出口部）の排気温度Ｔ１と時間との乗数を積算して
もよく、このようにすれば、再生時期算出の精度が向上
する。

【００５１】図７は、図２のメインルーチンのステップ
７００で行われる後処理システム（ＮＯｘトラップ触媒
２０ｂとＤＰＦ２１ａ）の再生制御に関するサブルーチ
ンである。本ルーチンが再生制御手段に相当する。図７
の後処理システム再生制御ルーチンにおいて、ステップ
７０１では、後処理システムの所定の再生操作が終了し
たか否かを、指標値である時間経過から判定する。

【００５２】ステップ７０１での判定でＮＯであって再
生が終了していない場合には、ステップ７０２に進み、
排気空燃比リッチ化のためのポスト噴射のデータ、すな
わちポスト噴射量Ｑpost、ポスト噴射期間Ｐperiod、ポ
スト噴射開始時期Ｐstart を、エンジン回転数Ｎｅと主
燃料噴射量（負荷）Ｑmainとを運転状態のパラメータと
して、コントロールユニット３０内のＲＯＭに記憶され
ている所定のマップから検索して求め、ステップ７０３
に進む。

【００５３】尚、このポスト噴射量Ｑpost、ポスト噴射
期間Ｐperiod、ポスト噴射開始時期Ｐstart は、酸化触
媒２０ａの酸化反応を促進させ、かつＮＯｘトラップ触
媒２０ｂが再生（ＮＯｘを放出・還元）できるように、
ＮＯｘトラップ触媒２０ｂに流入する排気空燃比をリッ
チ化して、排気温度を上昇させ、かつ後述するようにＤ
ＰＦ２１ａを再生するための空気を供給しても、ＤＰＦ
２１ａを再生するために必要な温度と排気組成とが得ら
れるように、予め実験によって求めて設定されている。

【００５４】ステップ７０３では、ポスト噴射量Ｑpost
が供給されるように、ポスト噴射開始時期Ｐstart より
Ｐperiodの期間、ポスト噴射すべき気筒の燃料噴射弁１
５を、クランク角センサ３２及び気筒判別センサ３３の
信号に基づいて、開弁駆動する。そしてステップ７０４
に進み、ＮＯｘトラップ触媒２０ｂの入口部（酸化触媒
２０ａの出口部）の排温センサ３６の信号（Ｔ１）に基
づいてポスト噴射（Ｑpost）のフィードバック制御、つ
まり上述の所定のポスト噴射を行ってもＮＯｘトラップ
触媒２０ｂの触媒反応が促進されない温度である場合に
ポスト噴射の増量補正を行い、後処理システムの再生に
必要な基本排気条件を確保する。

【００５５】ここで、ポスト噴射は、ＮＯｘトラップ触
媒２０ｂの再生を行うため、排気空燃比をリッチ化（例
えば空燃比１３以下）できるだけの燃料量を、主噴射と
は別に各気筒の膨張行程もしくは排気行程で噴射するも
のであり、出力を得るための燃料噴射ではない。したが
って、ポスト噴射された燃料の一部は気筒内で燃焼して
排気温度を上昇させ、残りは未燃の状態（ＨＣ、ＣＯ）
で酸化触媒２０ａに流入する。ここでは、酸化触媒２０
ａの酸化反応を促進させるために、酸化触媒２０ａに流
入する排気の温度を、酸化触媒２０ａの活性温度である
例えば２５０℃以上とする。

【００５６】つまり、ポスト噴射した燃料の全てが気筒
内で燃焼しないので、酸化触媒２０ａには気筒内で消費
されなかった酸素（Ｏ２）と未燃燃料成分（ＨＣ、Ｃ
Ｏ）とが、最低でも２５０℃の排気温度を保って流入す
ることになる。そして、流入した未燃燃料の一部とＯ２
とが酸化触媒２０ａで反応することによってＯ２が消費
され、さらに温度が上昇する。ここでは、下流側のＤＰ
Ｆ２１ａを再生することも考慮して、ＮＯｘトラップ触
媒２０ｂに流入する排気の温度を例えば５００℃以上と
する。

【００５７】そして、理論混合比よりもリッチな状態
（例えば空燃比１３以下）でエンジンを燃焼させたのと
同じ、Ｏ２をほとんど含まず、還元剤としての未燃成分
を多く含んだ状態で、高温の排気がＮＯｘトラップ触媒
２０ｂに流入する結果、ＮＯｘトラップ触媒２０ｂが再
生され、ＮＯｘトラップ触媒２０ｂにおける触媒反応に
よってさらに温度が上昇する。

【００５８】ステップ７０４で後処理システムの再生に
必要な基本排気条件を確保した後は、ステップ７０５に
進む。ステップ７０５では、ＤＰＦ２１ａの再生（ＤＰ
Ｆ２１ａに流入する排気空燃比のリーン化）のための空
気供給に関するデータ、すなわち、ＤＰＦ２１ａに供給
する空気量Ｑair を、エンジン回転数Ｎｅと主燃料噴射
量（負荷）Ｑmainとを運転状態のパラメータとして、コ
ントロールユニット３０内のＲＯＭに記憶されている所
定のマップから検索して求め、ステップ７０６に進む。

【００５９】ステップ７０６では、空気量Ｑair が供給
されるように、開閉弁９を開弁駆動する。この結果、酸
化触媒２０ａ及びＮＯｘトラップ触媒２０ｂによる触媒
反応で高温化され、かつ空気供給によってＯ２を多く含
む排気が、ＤＰＦ２１ａに流入するため、ＤＰＦ２１ａ
に捕集されて堆積しているＰＭが燃焼して、ＤＰＦ２１
ａも再生される。

【００６０】ここで、ＰＭ成分の中の炭化水素等のＳＯ
Ｆについては、比較的低温度で除去（約２００℃以上で
酸化処理）することができるのに対し、ＰＭ成分の中の
ドライスートについてはカーボンが主成分であり、カー
ボンが安定した物質であるため、通常は約６００℃以上
の比較的高温度でなければ焼却処理できないが、ＤＰＦ
２１ａの表面に酸化触媒を担持させて、Ｏ２による酸化
反応を促進させることで、ＤＰＦ２１ａに捕集されたＰ
Ｍ成分がほとんどカーボンであっても、約４５０℃以上
で燃焼を開始させることができる。したがって、触媒担
持のＤＰＦ２１ａに流入する排気の温度は約４５０℃以
上になるようにする。

【００６１】排気空燃比のリッチ化によってＮＯｘトラ
ップ触媒を再生するのに要する時間は、触媒の容量や再
生インターバル（ＮＯｘトラップ量）によっても異なる
が、近年のエンジンでは、おおよそ時間比率で１〜２％
程度は必要である。ＤＰＦを再生するのに要する時間
も、ＤＰＦの容量や再生インターバル（ＰＭ堆積量）に
よって異なるが、近年のエンジンでは触媒担持のＤＰＦ
で、４５０℃以上の温度での運転頻度が２〜４％程度は
必要である。

【００６２】通常の運転（ＤＰＦの強制再生操作を行わ
ない運転）では４５０℃以上の温度での運転頻度は１〜
２％程度しかなく、最大で３％程度の頻度不足が生じ
る。このため、強制的な温度上昇操作（リーンな状態で
の再生操作）が必要となる。この点は、本出願人の研究
においても確認している。特開平９−５３４４２号公報
のように、これらのリッチ化によるＮＯｘトラップ触媒
の再生（還元反応）とリーンな状態でのＤＰＦの再生
（酸化反応）とを夫々別々に実施すると、どうしても燃
費悪化が大きくなる。

【００６３】つまり、両方の再生操作を同時に行うこと
ができれば、再生頻度を約半分にすることが可能とな
り、再生に使用するエネルギーの利用効率を高めること
ができるので、燃費悪化を最小限に止めることができ
る。ステップ７０６での空気供給の後は、ステップ７０
７に進む。ステップ７０７では、ＤＰＦ２１ａの入口部
の排温センサ３７の信号（Ｔ２）と酸素濃度センサ３８
の信号（Ｏ２）とに基づいて、空気供給（Ｑair ）のフ
ィードバック制御、つまり上述の所定の空気供給を行っ
てＤＰＦ２１ａの再生を行うのに適した排気条件（温度
とＯ２濃度）を維持するようにＱair の補正を行い、Ｄ
ＰＦ２３ａの再生を行うのに適した排気条件を維持し、
リターンとなる。

【００６４】ここで、ＤＰＦ２１ａに捕集されたＰＭが
ほとんどカーボンであるとして、Ｏ２による酸化反応で
ＤＰＦ２１ａを再生する場合に好適な排気条件とは、前
述したように、温度としては約４５０℃以上が必要であ
る。そしてＯ２濃度としては、最低でも４％程度は必要
である。この排気条件（特に温度）は、ステップ７０
３、７０４のポスト噴射、酸化触媒２０ａ及びＮＯｘト
ラップ触媒２０ｂによる触媒反応、そしてステップ７０
６のリーン化のための空気供給によって得られるように
予め設定されている。

【００６５】ステップ７０７で行う空気量Ｑair の補正
制御は、前記温度条件（触媒担持のＤＰＦで約４５０℃
以上）を維持して最低必要なＯ２濃度（例えば４％）を
確保するフィードバック増減補正制御を行う。ステップ
７０１での判定でＹＥＳとなって、所定の再生操作が終
了したと判定された場合は、ステップ７０８に進む。ス
テップ７０８では、後処理システムの再生制御の初期化
を行う。つまりポスト噴射を停止し、空気供給を停止
し、再生中フラグ、ＮＯｘトラップ量積算値、再生時間
カウントを夫々０にリセットし、リターンとなる。

【００６６】本実施形態によれば、排気通路３にＮＯｘ
トラップ触媒２０ｂを配置し、その下流側にＤＰＦ２１
ａを配置した上で、再生時期に、ＮＯｘトラップ触媒２
０ｂに流入する排気の空燃比をリッチにすると共に、Ｄ
ＰＦ２１ａの上流側排気通路に空気を供給してＤＰＦ２
１ａに流入する排気の空燃比をリーンにすることで、Ｎ
Ｏｘトラップ触媒２０ｂの再生とＤＰＦ２１ａの再生と
いう２種類の再生操作を夫々個別に行わずに同時に行え
るので、再生に費やされるエネルギーが大幅に低減し、
燃費悪化への影響を最小限にすることができる。

【００６７】また、本実施形態によれば、ＮＯｘトラッ
プ触媒２０ｂに流入する排気の空燃比をリッチにする
際、排気の温度を制御して、ＤＰＦ２１ａの入口の排気
温度をＤＰＦ２１ａの再生が可能な温度（ＰＭの燃焼可
能な温度）にすることで、ＤＰＦ２１ａの再生を確実な
ものとすることができる。また、本実施形態によれば、
ＮＯｘトラップ触媒２１ｂの上流側排気通路に配置さ
れ、流入する排気成分を酸化する酸化触媒２０ａを備え
ることで、酸化触媒２０ａの酸化熱を利用できるため、
すなわち、排気空燃比のリッチ化のため、エンジンから
未燃のまま排出されるＨＣ、ＣＯを増加させたときに、
Ｏ２との触媒反応によって燃焼してさらに温度が上昇す
るため、排気の温度を制御する際に、この排気温度を低
く抑えることができ、これにより再生に費やすエネルギ
ー消費を低下させて、燃費悪化への影響を最小限にする
ことができる。そして理論混合比よりもリッチな状態で
エンジンを燃焼させたのと同じ、Ｏ２をほとんど含ま
ず、還元剤としての未燃成分を多く含んだ状態で、高温
の排気がＮＯｘトラップ触媒２０ｂに流入する結果、Ｎ
Ｏｘトラップ触媒２０ｂの再生も促進される。

【００６８】また、本実施形態によれば、ＤＰＦ２１ａ
に触媒を担持させて酸化機能を持たせることで、ＤＰＦ
２１ａの再生が可能な温度（ＰＭの燃焼可能な温度）を
４５０℃程度に低下させることができるため、排気の温
度を制御する際に、この排気温度を低く抑えることがで
き（特にＮＯｘトラップ触媒の上流側に酸化触媒を備え
るものとの組み合わせでは、２５０℃程度に低下させる
ことができ）、これにより再生に費やすエネルギー消費
を低下させて、燃費悪化への影響を最小限にすることが
できると共に、ＤＰＦ２１ａの再生をより確実なものと
することができる。

【００６９】また、本実施形態によれば、ＮＯｘトラッ
プ触媒２０ｂに流入する排気の空燃比をリッチにするた
め、ポスト噴射を行うようにしたので、ポスト噴射の可
能な燃料噴射装置（コモンレール式の燃料噴射装置）を
備えていれば実施でき、特別な装置を設ける必要がな
い。また、本実施形態によれば、ポスト噴射の噴射量、
噴射期間、噴射開始時期、及び、空気供給の空気量のう
ち少なくとも１つを運転状態（エンジン負荷、エンジン
回転数）に応じて設定するので、運転状態に適した排気
空燃比のリッチ化、リーン化が可能となる。

【００７０】また、本実施形態によれば、ＤＰＦ２１ａ
の上流側排気通路に空気を供給するための空気導入通路
８が、過給機の吸気コンプレッサ２ｂ下流側の吸気通路
２に連通するため、吸気コンプレッサ２ｂの過給圧を利
用して、排気通路へ空気を確実に供給することが可能と
なり、空気供給用に電動式エアポンプ等を設けることな
く実施可能となる。

【００７１】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。近年のディーゼルエンジンは、電子制御によるＥ
ＧＲや燃料噴射の制御技術、過給機の装着、あるいはコ
モンレール式燃料噴射装置等の技術が採用されており、
排気の清浄化や燃費の向上が格段に進んでいるため燃焼
効率の向上に伴ってその排気温度特性は低下傾向であ
る。

【００７２】このため近年のディーゼルエンジンでは、
エンジンの運転領域が図１０に示すようなＡ１からＡ３
の領域に区分されることになる。〔領域Ａ１〕運転頻度の高い常用運転領域であってほと
んどの領域は２５０℃以下の低排温で運転される。ま
た、近年のディーゼルエンジンでは、この領域ではＥＧ
ＲによってＮＯｘが低減されている。

【００７３】〔領域Ａ２〕スモークを排出させずに出力
特性を向上させることに重点が置かれている領域であっ
て、近年のディーゼルエンジンでは過給機が装着された
り、４弁化技術等の採用によって空気充填率が高められ
ている。また、ＥＧＲは少なく、かつ高負荷では停止さ
れる。そして当然ながら領域Ａ１に比べて排気温度も高
い。

【００７４】〔領域Ａ３〕発進加速性能を向上するため
にトルクを高めることに重点が置かれている領域であっ
て、スモークが目視できないレベル以下の範囲で許容さ
れる最大の燃料をエンジンに供給している。一般的に低
回転では空気充填効率が比較的低く、過給機の効率も比
較的低い。領域Ａ２と同様に高負荷ではＥＧＲが停止さ
れ、排気温度は比較的高めである。

【００７５】さて、第１実施形態（図７の後処理システ
ム再生制御ルーチン）では、後処理システムの再生のた
めの排気空燃比のリッチ化は運転領域によらずポスト噴
射で行うようにした。但し、前述したように、領域Ａ１
は負荷の低い常用運転領域であって、ＥＧＲが行われて
いても空気過剰率は比較的大きい（λ＝３〜５程度）。
このような負荷の低い運転領域でポスト噴射を行って排
気空燃比をリッチ化するためには、主噴射燃料の２倍か
ら４倍の量の燃料をポスト噴射する必要があり、短時間
（時間比率で１〜２％程度）であっても燃費悪化率は大
きくなる。

【００７６】このため、この領域Ａ１では排気空燃比の
リッチ化を補助するためにＥＧＲの強化（吸気絞り弁開
度の減少、ＥＧＲ弁開度の増大）を併用してポスト噴射
を行うのが望ましく、吸気絞りによる吸気量の減少によ
る排気温度上昇や触媒を通過するガス量の低下（ＳＶ比
の低下）によって、ＮＯｘの放出・還元反応が向上す
る。

【００７７】尚、ＥＧＲを強化する際には、当然ながら
圧縮着火が成立する範囲（失火を招かない程度のＥＧＲ
強化）で実施するのが望ましく、この程度のＥＧＲ強化
なら領域Ａ１は空気過剰率が大きいので、カーボンを主
成分とするドライスートは増加せず、ＨＣやＣＯ等の触
媒で処理できるガス成分が増加するため、後処理を行う
上で好都合である。

【００７８】また、領域Ａ２、Ａ３は比較的負荷の高い
領域であって空気過剰率も比較的小さい（λ＝１．５〜
３程度）。したがってポスト噴射を行って排気空燃比を
リッチ化するのに必要なポスト噴射量は、主噴射燃料の
０．５倍から多くても２倍の程度の量の燃料を噴射する
ことで対応できるため、燃費悪化率は比較的小さくて済
む。

【００７９】さらに、空気過剰率が比較的小さいので、
ＥＧＲを行うとカーボンを主成分とするドライスート
（スモーク）が激増し、後処理システムを再生したいの
に逆に再生中にＤＰＦの目詰まりを引き起こすことにな
る。したがって、領域Ａ２やＡ３ではポスト噴射によっ
て排気空燃比をリッチ化することが好適である。そこ
で、本発明の第２実施形態では、運転状態（領域Ａ１
と、領域Ａ２、Ａ３）に応じて、再生制御（空燃比リッ
チ化）の方法を変更する。

【００８０】第２実施形態のシステム構成は、第１実施
形態（図１）と同じである。但し、第２実施形態では、
主噴射の後に少量の燃料を噴射するポスト噴射の可能な
コモンレール式の燃料噴射装置１０に加え、吸気絞り弁
７及びＥＧＲ弁５が、ＮＯｘトラップ触媒２０ｂに流入
する排気の空燃比を制御可能な空燃比制御装置を構成す
る。

【００８１】第２実施形態の制御フローは、図２〜図６
のフロー（第１実施形態と共通）と、図７のフローに代
えて実行される図８のフローとからなる。図８は第２実
施形態での後処理システムの再生制御に関するサブルー
チンであり、図２のメインルーチンのステップ７００に
て、図７のサブルーチンに代えて、実行される。尚、図
８において、図７と同様の機能部分については、その説
明を簡略に行う。

【００８２】図８の後処理システム再生制御ルーチンに
おいて、ステップ７１１では、後処理システムの所定の
再生操作が終了したか否かを、指標値である時間経過か
ら判定する。ステップ７１１での判定でＮＯであって再
生が終了していない場合には、ステップ７１２に進む。

【００８３】ステップ７１２では、運転領域を判定す
る。すなわち、エンジン回転数Ｎｅと主燃料噴射量（負
荷）Ｑmainとに基づいて、図１０に示すような領域Ａ１
の常用運転領域であるか、それ以外の運転領域（領域Ａ
２、Ａ３）であるかを判定する。そして、領域Ａ１の常
用運転領域であればステップ７１３に進む。ステップ７
１３では、排気空燃比のリッチ化を補助するためのＥＧ
Ｒ強化のデータ（吸気絞り弁７とＥＧＲ弁５の駆動信
号）を、エンジン回転数Ｎｅと主燃料噴射量（負荷）Ｑ
mainとを運転状態のパラメータとして、コントロールユ
ニット３０内のＲＯＭに予め記憶されている所定のマッ
プを検索して求める。そして、ステップ７１４に進み、
吸気絞り弁７及びＥＧＲ弁５を夫々の駆動信号に基づい
て駆動制御して、排気空燃比のリッチ化を補助するため
のＥＧＲの強化を行い、ステップ７１５に進む。

【００８４】ステップ７１５では、領域Ａ１においてＮ
Ｏｘトラップ触媒２０ｂを再生（排気空燃比をリッチ
化）するためのポスト噴射のデータ（ポスト噴射量Ｑpo
st1 、ポスト噴射期間Ｐperiod1 、ポスト噴射開始時期
Ｐstart1）を、所定のマップから検索して求める。そし
て、ステップ７１６に進み、ポスト噴射量Ｑpost1 が供
給されるように、ポスト噴射開始時期Ｐstart1よりＰpe
riod1 の期間、ポスト噴射すべき気筒の燃料噴射弁１５
を開弁駆動する。

【００８５】そしてステップ７１７に進み、ＮＯｘトラ
ップ触媒２０ｂの入口部（酸化触媒２０ａの出口部）の
排温センサ３６の信号（Ｔ１）に基づいてポスト噴射
（Ｑpost1 ）のフィードバック制御を行う。ステップ７
１７で後処理システムの再生に必要な基本排気条件を確
保した後は、ステップ７１８に進む。

【００８６】ステップ７１８では、領域Ａ１においてＤ
ＰＦ２１ａを再生（ＤＰＦ２１ａに流入する排気空燃比
をリーン化）するための空気供給に関するデータ、すな
わち、ＤＰＦ２１ａに供給する空気量Ｑair1を、所定の
マップから検索して求める。そして、ステップ７１９に
進み、空気量Ｑair1が供給されるように、開閉弁９を開
弁駆動する。

【００８７】そしてステップ７２０に進み、ＤＰＦ２１
ａの入口部の排温センサ３７の信号（Ｔ２）と酸素濃度
センサ３８の信号（Ｏ２）とに基づいて、空気供給（Ｑ
air1）のフィードバック制御を行い、領域Ａ１において
ＤＰＦ２１ａの再生を行うのに適した排気条件を確保
し、リターンとなる。ステップ７１２での判定で常用運
転領域でない場合（領域Ａ２、Ａ３の場合）は、ＥＧＲ
強化は行わず、ステップ７２１に進む。

【００８８】ステップ７２１では、領域Ａ２、Ａ３にお
いてＮＯｘトラップ触媒２０ｂを再生（排気空燃比をリ
ッチ化）するためのポスト噴射のデータ（ポスト噴射量
Ｑpost2 、ポスト噴射期間Ｐperiod2 、ポスト噴射開始
時期Ｐstart2）を、所定のマップから検索して求める。
そして、ステップ７２２に進み、ポスト噴射量Ｑpost2
が供給されるように、ポスト噴射開始時期Ｐstart2より
Ｐperiod2 の期間、ポスト噴射すべき気筒の燃料噴射弁
１５を開弁駆動する。

【００８９】そしてステップ７２３に進み、ＮＯｘトラ
ップ触媒２０ｂの入口部（酸化触媒２０ａの出口部）の
排温センサ３６の信号（Ｔ１）に基づいてポスト噴射
（Ｑpost2 ）のフィードバック制御を行う。ステップ７
２３で後処理システムの再生に必要な基本排気条件を確
保した後は、ステップ７２４に進む。

【００９０】ステップ７２４では、領域Ａ１、Ａ２にお
いてＤＰＦ２１ａを再生（ＤＰＦ２１ａに流入する排気
空燃比をリーン化）するための空気供給に関するデー
タ、すなわち、ＤＰＦ２１ａに供給する空気量Ｑair2
を、所定のマップから検索して求める。そして、ステッ
プ７２５に進み、空気量Ｑair2が供給されるように、開
閉弁９を開弁駆動する。

【００９１】そしてステップ７２６に進み、ＤＰＦ２１
ａの入口部の排温センサ３７の信号（Ｔ２）と酸素濃度
センサ３８の信号（Ｏ２）とに基づいて、空気供給（Ｑ
air2）のフィードバック制御を行い、領域Ａ２、Ａ３に
おいてＤＰＦ２１ａの再生を行うのに適した排気条件を
確保し、リターンとなる。ステップ７１１での判定でＹ
ＥＳとなって、所定の再生操作が終了したと判定された
場合は、ステップ７２７に進む。ステップ７２７では、
後処理システムの再生制御の初期化を行う。つまりポス
ト噴射を停止し、ＥＧＲ強化を停止し、空気供給を停止
し、再生中フラグ、ＮＯｘトラップ量積算値、再生時間
カウントを夫々０にリセットし、リターンとなる。

【００９２】特に本実施形態によれば、ＮＯｘトラップ
触媒に流入する排気の空燃比をリッチにするため、運転
状態に応じて、低負荷（低負荷低回転）のとき、吸気絞
り弁開度の減少、及び、ＥＧＲ弁開度の増大のうち、少
なくとも一方（ＥＧＲ強化）を行うと共に、ポスト噴射
を行い、高負荷（高負荷高回転、あるいは中負荷中回転
以上）のとき、ポスト噴射のみを行うので、ポスト噴射
可能な燃料噴射装置（コモンレール式の燃料噴射装
置）、吸気絞り弁、ＥＧＲ弁を備えていれば実施でき、
特別な装置を設ける必要はないばかりか、エンジンの運
転状態に適した方法で、排気空燃比をリッチ化でき、再
生に費やすエネルギー消費をさらに節約することができ
るので、燃費悪化への影響をさらに少なくすることがで
きる。

【００９３】また、本実施形態によれば、ポスト噴射の
噴射量、噴射期間、噴射開始時期、及び、空気供給の空
気量のうち少なくとも１つを運転状態（エンジン負荷、
エンジン回転数）に応じて設定し、特にＥＧＲ強化領域
とそれ以外の領域とで別々に設定するので、運転状態に
適したポスト噴射、空気供給の設定が可能となり、無駄
がなく、高い効率で後処理システムの再生が行える。

【００９４】尚、以上では、本発明を直列配置のエンジ
ンに適用した場合について説明してきたが、本発明の排
気浄化装置は直列配置のエンジンだけでなく、Ｖ型配置
の６気筒や８気筒エンジンにも適用できる。また、実施
形態は過給機付きエンジンの例で示しているが、自然吸
気のエンジンであってもよい。但し、自然吸気のエンジ
ンの場合は、排気系への空気供給を行う場合に、吸気コ
ンプレッサの過給圧を利用できないので、空気供給用に
電動式エアポンプ等を備えるのが望ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態での排気浄化用の後処
理システムの構成図

【図２】エンジン出力制御ルーチンのフローチャート

【図３】コモンレール圧力制御ルーチンのフローチャ
ート

【図４】主噴射制御ルーチンのフローチャート

【図５】エンジン燃焼制御ルーチンのフローチャート

【図６】ＮＯｘトラップ量積算・判定ルーチンのフロ
ーチャート

【図７】第１実施形態での後処理システム再生制御ル
ーチンのフローチャート

【図８】第２実施形態での後処理システム再生制御ル
ーチンのフローチャート

【図９】コモンレール圧力と燃料噴射期間による燃料
噴射量の特性図

【図１０】運転領域の特性図

【符号の説明】

１エンジン２吸気通路３排気通路４ＥＧＲ通路５ＥＧＲ弁７吸気絞り弁８空気導入通路９開閉弁１０燃料噴射装置１１サプライポンプ１４コモンレール１５燃料噴射弁２０ａ酸化触媒２０ｂＮＯｘトラップ触媒２１ａ酸化機能付きＤＰＦ３０コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｎ 3/08 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｃ３Ｇ０９２ 3/18 3/32 ３０１Ｄ３Ｇ３０１ 3/28 ３０１ 3/36 Ｂ４Ｄ０４８ 3/32 ３０１Ｆ０２Ｄ 9/02 Ｑ４Ｄ０５８ 3/36 ３２１ＡＦ０２Ｄ 9/02 21/08 ３０１Ａ３２１３０１Ｃ 21/08 ３０１３０１Ｆ３１１Ｂ 23/00 Ｅ３１１Ｆ 23/00 ＪＰ 41/04 ３５５３６０Ｚ 41/04 ３５５ 41/20 ３５５３６０ 41/38 Ｂ 41/20 ３５５ 43/00 ３０１Ｈ 41/38 ３０１Ｊ 43/00 ３０１３０１Ｋ３０１Ｎ３０１Ｒ３０１Ｔ３０１ＷＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｃ５７０ＤＦ０２Ｍ 25/07 ５５０５７０Ｊ５７０５７０Ｐ５７０ＲＢ０１Ｄ 46/42 Ｂ 53/36 Ｋ // Ｂ０１Ｄ 46/42 １０１ＢＦターム(参考） 3G062 AA01 AA03 AA05 BA04 BA05 BA06 BA07 CA06 DA01 DA02 EA11 ED01 ED10 FA02 FA05 FA06 FA23 GA04 GA06 GA08 GA09 GA15 GA17 3G065 AA01 AA03 AA04 CA12 DA06 EA07 EA10 GA00 GA08 GA09 GA10 GA46 HA06 JA04 JA09 JA11 KA02 3G084 AA01 AA03 BA05 BA08 BA10 BA14 BA15 BA20 BA25 CA03 CA04 CA09 DA10 EA04 EA11 EB08 EB12 EC01 EC03 FA00 FA10 FA20 FA29 FA33 FA38 3G090 AA03 BA01 CA01 CA02 CB02 CB03 CB04 DA10 DA12 DA13 DA14 DA18 EA02 EA06 EA07 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AB02 AB06 AB13 BA07 BA14 BA15 BA19 CA22 CB02 CB03 DA01 DA02 DB13 DC05 EA01 EA07 EA16 EA17 EA34 FA13 FA14 FB03 FB10 FB12 FC01 HA02 HA10 HA15 HA36 HA37 HB05 HB07 3G092 AA02 AA06 AA13 AA16 AA17 AA18 BA04 BB06 BB08 BB13 DB03 DC03 DC16 DE03S DG08 EA01 EA02 EC01 EC09 FA15 GA03 GA16 HB03X HB03Z HD01Z HD05X HD05Z HE01Z HE03Z HE08Z HF08Z 3G301 HA02 HA11 HA13 JA21 JA24 JA25 KA08 KA09 LA03 LA08 LB11 LB13 MA11 MA19 MA23 NE01 NE06 NE13 NE15 PB08Z PD02Z PD11Z PE03Z PE05Z PE08Z PF03Z 4D048 AA06 AA13 AA18 AB01 AB02 AB07 BD02 CC32 CC47 CD08 DA02 DA08 DA20 EA04 4D058 JA32 MA44 MA51 SA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関の排気通路に配置され、流入する排気
の空燃比がリーンのときＮＯｘをトラップし、流入する
排気の空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを還元
浄化するＮＯｘトラップ触媒と、前記ＮＯｘトラップ触媒の下流側排気通路に配置され、
流入する排気中のＰＭをトラップするＰＭトラップと、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の空燃比を制御
可能な空燃比制御装置と、前記ＰＭトラップの上流側排気通路に空気を供給可能な
空気供給装置と、前記ＮＯｘトラップ触媒の再生時期を判断する再生時期
判断手段と、前記ＮＯｘトラップ触媒の再生時期に、前記空燃比制御
装置により、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気の
空燃比をリッチにすると共に、前記空気供給装置によ
り、前記ＰＭトラップの上流側排気通路に空気を供給し
て前記ＰＭトラップに流入する排気の空燃比をリーンに
する再生制御手段と、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】前記再生制御手段は、前記ＮＯｘトラップ
触媒に流入する排気の空燃比をリッチにする際、排気の
温度を制御して、前記ＰＭトラップ入口の排気温度を前
記ＰＭトラップの再生が可能な温度にすることを特徴と
する請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】前記ＮＯｘトラップ触媒の上流側排気通路
に配置され、流入する排気成分を酸化する酸化触媒を備
えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄
化装置。
【請求項４】前記ＰＭトラップは、酸化機能を有するこ
とを特徴とする請求項２又は請求項３記載の内燃機関の
排気浄化装置。
【請求項５】前記空燃比制御装置は、主噴射の後に少量
の燃料を噴射するポスト噴射の可能な燃料噴射装置を備
え、前記再生制御手段は、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入す
る排気の空燃比をリッチにするため、ポスト噴射を行う
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに
記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記空燃比制御装置は、主噴射の後に少量
の燃料を噴射するポスト噴射の可能な燃料噴射装置と、
吸気量を制御可能な吸気絞り弁と、吸気通路への排気還
流量を制御可能なＥＧＲ弁とを備え、前記再生制御手段は、前記ＮＯｘトラップ触媒に流入す
る排気の空燃比をリッチにするため、運転状態に応じ
て、低負荷のとき、吸気絞り弁開度の減少、及び、ＥＧ
Ｒ弁開度の増大のうち、少なくとも一方を行うと共に、
ポスト噴射を行い、高負荷のとき、ポスト噴射のみを行
うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つ
に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】前記再生制御手段は、前記ポスト噴射の噴
射量、噴射期間、噴射開始時期、及び、前記空気供給の
空気量のうち、少なくとも１つを運転状態に応じて設定
することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の内燃
機関の排気浄化装置。
【請求項８】前記空気供給装置は、前記ＰＭトラップの
上流側排気通路に空気を供給するための空気導入通路
が、吸気コンプレッサ下流側の吸気通路に連通すること
を特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載
の内燃機関の排気浄化装置。