JP2004340032A

JP2004340032A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2004340032A
Application number: JP2003137748A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Kitahara; 靖久北原; Akira Shirakawa; 暁白河; Manabu Miura; 学三浦
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: JP4052178B2; CN1317498C; US20040226284A1; EP1477652A3; CN1550646A; EP1477652A2; US7040086B2

Abstract

【課題】排気通路に、ＮＯｘトラップ触媒とＤＰＦとを含む排気浄化手段を備えた内燃機関において、ＰＭの急激な燃焼によるＤＰＦの耐久性の低下を防止する。
【解決手段】機関の排気通路１０には、排気を浄化するため、流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを脱離還元するＮＯｘトラップ触媒１３と、流入する排気中のＰＭを捕集するＤＰＦ１４が配置されている。ＮＯｘの脱離還元を行った場合など排気空燃比をストイキ又はリッチ条件で運転した後に、排気空燃比をリーン条件に移行するときには、ＤＰＦ１４に堆積しているＰＭの急激な燃焼を防止するため、リーン条件での排気の目標空燃比をＤＰＦ１４の状態（ＤＰＦ温度、ＰＭ堆積量等）に応じて変化させる。
【選択図】図１

Description

【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】
従来の内燃機関の排気浄化装置としては、例えば特許文献１又は特許文献２に記載のものがある。これらの技術では、排気中のＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｍａｔｔｅｒ；粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ；ディーゼルパティキュレートフィルタ）と、排気空燃比がリーンのときに流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒と、を排気通路中に配置し、トラップしたＮＯｘを脱離浄化（ＮＯｘ再生）した後に、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼（ＤＰＦ再生）させるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７２２９８７号公報
【特許文献２】
特許第２７２７９０６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＮＯｘ再生時には排気空燃比をリッチにして運転することから、その直後はＤＰＦ温度が非常に高い状態になっている。このような状態において、ＮＯｘ再生の終了によって排気空燃比をリーン条件に移行すると、ＤＰＦに多くのＰＭが堆積していた場合、この堆積していたＰＭの燃焼が急激に起こりＤＰＦの耐久性が低下（悪化）するおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、堆積しているＰＭの急激な燃焼によるＤＰＦの耐久性が低下（悪化）することを防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気空燃比をリッチ又ストイキ条件からリーン条件へと移行する際に、リーン条件での排気の目標空燃比をＰＭ捕集手段の状態に応じて変化させるようにした。
【０００７】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によると、排気空燃比をリッチ又はストイ条件からリーン条件へと移行する際、ＤＰＦに堆積しているＰＭが急激に燃焼するおそれのある場合には、ＰＭの急激な燃焼を抑制するように（酸素濃度が低くなるように）リーン条件での排気の目標空燃比を変更してＤＰＦの耐久性低下を防止できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（ここではディーゼルエンジン）のシステム図である。図１において、ディーゼルエンジン１の吸気通路２には、可変ノズル型のターボチャージャ３の吸気コンプレッサが備えられている。吸入空気は。この吸気コンプレッサによって過給され、インタークーラ４で冷却され、吸気絞り弁５を通過した後、コレクタ６を経て、各気筒の燃焼室内へ流入する。
【０００９】
燃料は、コモンレール式燃料噴射装置によって、すなわち、高圧燃料ポンプ７により高圧化されてコモンレール８に送られ、各気筒の燃料噴射弁９から燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料はここで圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路１０へ流出する。
【００１０】
排気通路１０へ流出した排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路１１によりＥＧＲ弁１２を介して吸気側へ還流される。また、排気の残りは、可変ノズル型のターボチャージャ３の排気タービンを通り、これを駆動する。
【００１１】
ここで、排気通路１０の排気タービン下流には、排気浄化のため、排気空燃比がリーンのときに流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒１３が配置されている。このＮＯｘトラップ触媒１３には、酸化触媒（貴金属）が担持させてあり、流入する排気成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化する機能を持たせてある。
【００１２】
更に、ＮＯｘトラップ触媒１３の下流には、排気中のＰＭを捕集するＤＰＦ１４が配置されている。このＤＰＦ１４にも、酸化触媒（貴金属）が担持させてあり、流入する排気成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化する機能を持たせてある。なお、ＮＯｘトラップ触媒１３とＤＰＦ１４とは、逆に配置してもよいし、ＤＰＦ１４にＮＯｘトラップ触媒１３を担持させて一体に構成してもよい。
【００１３】
コントロールユニット２０には、エンジン制御のため、エンジン回転速度Ｎｅ検出用の回転速度センサ２１、アクセル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２２から、信号が入力されている。
【００１４】
また、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度（触媒温度）を検出する触媒温度センサ２３、排気通路１０のＤＰＦ１４入口側にて排気圧力を検出する排気圧力センサ２４、ＤＰＦ１４の温度（ＤＰＦ温度）を検出するＤＰＦ温度センサ２５、更に排気通路１０のＤＰＦ１４出口側にて排気空燃比（以下排気λといい、数値としては空気過剰率で表す）を検出する空燃比センサ２６が設けられており、これらのセンサからの信号もコントロールユニット２０に入力されている。但し、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度やＤＰＦ１４の温度は、これらの下流側に排気温度センサを設けて、排気温度より間接的に検出（推定）するようにしてもよい。
【００１５】
コントロールユニット２０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁９によるメイン噴射及び所定の運転条件においてメイン噴射後（膨張行程又は排気行程）に行うポスト噴射の燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射弁９への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁５への開度指令信号、ＥＧＲ弁１２への開度指令信号等を出力する。
【００１６】
ここにおいて、コントロールユニット２０では、ＤＰＦ１４に捕集されて堆積したＰＭの浄化（以下、ＤＰＦ再生という）、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされて堆積したＮＯｘの浄化（以下、ＮＯｘ再生という）、ＮＯｘトラップ触媒１３のＳＯｘ被毒によりこれに堆積したＳＯｘの浄化（以下、ＳＯｘ再生という）のための排気浄化制御を行うようになっており、以下、かかる排気浄化制御について説明する。
【００１７】
図２〜図１１は、コントロールユニット２０により実行される排気浄化制御のフローチャートである。なお、図２〜図１１のフローでリターンとなると、全て図２のフローのスタートに戻ることになる。
【００１８】
図２において、Ｓ１では、各種センサからの入力信号を読込み、エンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度ＡＰＯ、触媒温度、ＤＰＦ入口側排気圧力、ＤＰＦ温度、ＤＰＦ出口側排気λを検出する。また、エンジン回転速度Ｎｅとアクセル開度ＡＰＯとをパラメータとするマップから演算されている燃料噴射量（メイン噴射量）Ｑを読込む。なお、ＤＰＦ温度は、例えば排気温度が推定するようにしてもよい。
【００１９】
Ｓ２では、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされて堆積したＮＯｘ堆積量を計算する。かかる計算は、例えば特許第２６００４９２号公報第６頁に記載されているＮＯｘ吸収量の計算のように、エンジン回転数の積算値から推測してもよいし、走行距離から推測してもよい。なお、積算値を用いる場合は、ＮＯｘ再生が完了した時点（ＳＯｘ再生によってＮＯｘ再生が同時になされた時点も含む）で、その積算値をリセットする。
【００２０】
Ｓ３では、ＮＯｘトラップ触媒１３のＳＯｘ被毒により堆積したＳＯｘ堆積量を計算する。ここでも、上記ＮＯｘ堆積量の計算と同様に、エンジン回転数積算値や走行距離から推測すればよい。なお、積算値を用いる場合は、ＮＯｘ再生が完了した時点で、その積算値をリセットする。
【００２１】
Ｓ４では、ＤＰＦ１４に捕集されて堆積しているＰＭ堆積量を計算する。具体的には、ＤＰＦ１４のＰＭ堆積量が増えれば、当然ＤＰＦ入口側排気圧力が上昇することから、排気圧力センサ２４によって検出されるＤＰＦ入口側排気圧力と、現在の運転状態（エンジン回転速度Ｎｅ、燃料噴射量Ｑ）における基準排気圧力との比較により、ＰＭ堆積量を推定する。なお、前回のＤＰＦ再生からのエンジン回転数積算値や走行距離と、排気圧力とを組み合わせて、ＰＭ堆積量を推定するようにしてもよい。
【００２２】
Ｓ５では、ＤＰＦ再生モード中であることを示すｒｅｇ１フラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇ１フラグ＝１の場合は、後述する図３のＤＰＦ再生モードのフローへ進む。
【００２３】
Ｓ６では、ＳＯｘ再生モード（ＮＯｘトラップ触媒１３のＳＯｘ被毒解除モード）中であることを示すｄｅｓｕｌフラグが立っているか否かを判定する。ｄｅｓｕｌフラグ＝１の場合は、後述する図４のＳＯｘ再生モードのフローへ進む。
【００２４】
Ｓ７では、ＮＯｘ再生モード（ＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘ脱離浄化のためのリッチスパイクモード）中であることを示すｓｐフラグが立っているか否かを判定する。そして、ｓｐフラグ＝１の場合は、後述する図５のＮＯｘ再生モードのフローへ進む。
【００２５】
Ｓ８では、ＤＰＦ再生要求が出ていることを示すｒｑ−ＤＰＦフラグが立っているか否かを判定する。ＤＰＦ再生要求が出ていてｒｑ−ＤＰＦフラグ＝１の場合は、後述する図６のフローへ進み、ＤＰＦ再生要求が出ている場合の再生優先順位を決定する。
【００２６】
Ｓ９では、ＳＯｘ再生要求が出ていることを示すｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグが立っているか否かを判定する。ＳＯｘ再生要求が出ていてｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ＝１の場合は、後述する図７のフローへ進み、ＳＯｘ再生要求が出ている場合の再生の優先順位を決定する。
【００２７】
Ｓ１０では、ＳＯｘ再生又はＮＯｘ再生後の耐久性低下防止モード中であることを示すｒｅｃフラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｃフラグ＝１の場合は、後述する図８の耐久性低下防止モードの制御へ進む。
【００２８】
Ｓ１１では、ＮＯｘ再生要求が出ていることを示すｒｑ−ｓｐフラグが立っているか否かを判定する。ＮＯｘ再生要求がでていてｒｑ−ｓｐフラグ＝１の場合は、図９のフローへ進み、Ｓ７０１でＮＯｘ再生を開始すべくｓｐフラグ＝１とし、Ｓ７０２でｒｑ−ｓｐフラグ＝０とする。
【００２９】
Ｓ１２では、Ｓ４で計算したＤＰＦ１４のＰＭ堆積量が所定量ＰＭ１に達して、ＤＰＦ再生時期になったか否かを判定する。なお、ＤＰＦ１４のＰＭ堆積量が所定量ＰＭ１となるときのＤＰＦ入口側排気圧力を運転状態（Ｎｅ、Ｑ）毎に求め、これを図１３のようにマップ化しておき、排気圧力センサ２５により検出されるＤＰＦ入口側排気圧力が、図１３のマップでの現在の運転状態（Ｎｅ、Ｑ）に対応する排圧しきい値に達したときに、ＤＰＦ再生時期（ＰＭ堆積量＞ＰＭ１）と判定するようにしてもよい。
【００３０】
ＰＭ堆積量＞ＰＭ１で、ＤＰＦ再生時期になったと判定された場合は、図１０のフローへ進み、Ｓ８０１でｒｑ−ＤＰＦフラグ１とする（ＤＰＦ再生要求を出す）。
【００３１】
Ｓ１３では、Ｓ３で計算したＮＯｘトラップ触媒１３のＳＯｘ堆積量が所定量ＳＯｘ１に達して、ＳＯｘ再生時期になったか否かを判定する。
ＳＯｘ堆積量＞ＳＯｘ１で、ＳＯｘ再生時期（ＳＯｘ被毒解除時期）になったと判定された場合は、図１１のフローへ進み、Ｓ９０１でｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグを１とする（ＳＯｘ再生要求を出す）。
【００３２】
Ｓ１４では、Ｓ２で計算したＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１に達して、ＮＯｘ再生時期になったか否かを判定する。
ＮＯｘ堆積量＞ＮＯｘ１で、ＮＯｘ再生時期になったと判定された場合は、図１２のフローへ進み、Ｓ１００１でｒｑ−ｓｐフラグを１とする（ＮＯｘ再生要求を出す）。
【００３３】
図３は、ＤＰＦ再生モードの制御フローである。本フローは、ＰＭ堆積量がＰＭ１に達してｒｑ−ＤＰＦフラグ＝１となり、これを受けて後述する図６のフローによりｒｅｇ１フラグ＝１となると開始される。
【００３４】
図３において、Ｓ１０１では、ＤＰＦ温度がＰＭの燃焼に必要な所定温度Ｔ２１を超えているか否かを判定し、超えていない場合はＳ１０２へ進む。
Ｓ１０２では、ＤＰＦ温度が所定温度Ｔ２１になるまで、吸気絞り弁５により吸気を絞って、昇温制御を行う。所定温度Ｔ２１となると、Ｓ１０３へ進む。
【００３５】
Ｓ１０３では、ＤＰＦ再生のため、排気λをリーンに制御する。ここで、目標とする排気λは、図１４に基づき、ＤＰＦ１４に堆積していると考えられるＰＭ堆積量に応じて設定されている。なお、目標の排気λはＰＭ堆積量が多いほど小さく設定する（リッチ側とする）。ＰＭ堆積量が多いほど、ＤＰＦ再生中のＰＭ燃焼伝播が激しくなり、耐久性が低下しやすくなるためである。排気λの制御は、吸気絞り弁５（及び／又はＥＧＲ弁１２）を用いて行い、基本的には、図１５に示す目標吸入空気量になるように制御し、排気λが目標値から乖離している場合は、更に調整することで、排気λを目標値に制御する。
【００３６】
Ｓ１０４では、ＤＰＦ温度が所定温度（再生中の目標下限温度）Ｔ２１を超えているか否かを再度判定する。Ｓ１０３での排気λの制御によってＤＰＦ温度がＴ２１より低くなる可能性があるためである。ＤＰＦ温度がＴ２１未満の場合はＳ１０５へ進み、ＤＰＦ温度がＴ２１以上の場合はＳ１０６に進む。
【００３７】
Ｓ１０５では、図１６に示すような運転状態（Ｎｅ、Ｑ）に応じた量のポスト噴射を行うか、あるいは、ポスト噴射量ｐｏｓｔＱを増量する。
Ｓ１０６では、ＤＰＦ温度が再生中の目標上限温度Ｔ２２未満か否かを判定する。ＤＰＦ温度がＴ２２以上の場合はＳ１０７へ進み、ＤＰＦ温度がＴ２２未満の場合はＳ１０８に進む。
【００３８】
Ｓ１０７では、ポスト噴射を停止するか、ポスト噴射量ｐｏｓｔＱを減量する。ＤＰＦ再生中、ＰＭの燃焼によってＤＰＦ温度が過度に上昇し、これによってＤＰＦの耐久性が低下することを避けるためである。
【００３９】
なお、ポスト噴射量が変動することで排気λも変動するが、その後Ｓ１０３で再度吸入空気量を調整することで、目標の排気λとＤＰＦ温度とを実現する。
Ｓ１０８では、ＤＰＦ再生モード（目標の排気λとＤＰＦ温度）にて所定時間ｔｄｐｆｒｅｇ１を経過したかを判定し、経過した場合は、ＤＰＦ１４に堆積したＰＭは確実に燃焼除去され、ＤＰＦ再生完了と見なして、Ｓ１０９へ進む。
【００４０】
Ｓ１０９では、ＤＰＦ再生が完了したので、ポスト噴射を止めて、ＤＰＦ１４の加熱を停止する。
Ｓ１１０では、ＤＰＦ再生が完了したので、ｒｅｇ１フラグを０にする。
【００４１】
更に、図中破線で示すように、Ｓ１１１を設けて後述する耐久性低下防止モードに入るべく、ｒｅｃフラグを１にするようにしてもよい。ＤＰＦ再生は完了したものの、もしＤＰＦ１４にＰＭの燃え残りがあるような状態で、排気λが急に大きく設定されると、ＤＰＦ１４でＰＭが一気に燃えてしまい耐久性が低下する恐れがあるからである。
【００４２】
図４は、ＳＯｘ再生モードの制御フローである。本フローは、ＳＯｘ堆積量が所定量ＳＯｘ１に達してｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ＝１となり、これを受けて後述する図７のフローによりｄｅｓｕｌフラグ＝１となると開始される。
ｄｅｓｕｌフラグ＝１となると開始される。
【００４３】
図４において、Ｓ２０１では、触媒温度（ＮＯｘトラップ触媒１３の担体温度）がＳＯｘ再生に必要な所定温度Ｔ４を超えているか否かを判定する。所定温度Ｔ４以下の場合はＳ２０２へ進み、所定温度Ｔ４を超えている場合はＳ２０３に進む。なお、ＳＯｘ再生は、排気λがストイキ〜リッチで、かつ所定温度以上であることが必要であり、例えばＢａ系のＮＯｘトラップ触媒を使った場合はストイキ〜リッチ雰囲気で６００℃以上にする必要があることから、上記所定温度Ｔ４は６００℃以上に設定されることになる。
【００４４】
Ｓ２０２では、触媒温度が所定温度Ｔ４になるまで、吸気絞り弁５により吸気を絞って、昇温制御を行う。そして、所定温度Ｔ４を超えるとＳ２０３へ進む。
Ｓ２０３では、ＳＯｘ再生のため、排気λをストイキに制御する。すなわち、吸気絞り弁５（及び／又はＥＧＲ弁１２）により、基本的には、図１７に示すストイキ運転のための目標吸入空気量になるよう制御し、排気λがストイキから乖離している場合は、更に調整して排気λをストイキに制御する。
【００４５】
Ｓ２０４では、触媒温度が所定温度Ｔ４を超えているか否かを再度判定する。Ｓ２０３での排気λの制御によって触媒温度がＴ４より低くなる可能性があるためである。触媒温度が所定温度Ｔ４以下の場合はＳ２０５へ進み、所定温度Ｔ４を超えている場合はＳ２０６に進む。
【００４６】
Ｓ２０５では、触媒温度を上昇させるため、図１６に従って、所定のポスト噴射を行う。ポスト噴射によって排気λが変動するが、その後Ｓ２０３で再度吸入空気量を調整することで、目標の排気λと触媒温度とを実現する。
【００４７】
Ｓ２０６では、ＳＯｘ再生モード（目標の排気λと触媒温度）にて所定時間ｔｄｅｓｕｌを経過したか否かを判定し、経過した場合は、ＳＯｘ再生完了と見なして、Ｓ２０７へ進む。
【００４８】
Ｓ２０７では、ＳＯｘ再生が完了したので、ストイキ運転を解除する。
Ｓ２０８では、ＳＯｘ再生が完了したので、ｄｅｓｕｌフラグを０にする。
Ｓ２０９では、耐久性低下防止モードに入るべく、ｒｅｃフラグを１にする。ＳＯｘ再生は完了したものの、ストイキ運転の継続により高温となっており、このような高温の条件下でＤＰＦ１４にＰＭが堆積している場合、排気λを急に大きくすると、ＤＰＦ１４でＰＭが一気に燃えてしまい耐久性が低化する恐れがあるからである。
【００４９】
Ｓ２１０では、ｒｑ−ｓｐフラグを０にする。ＳＯｘ再生を行うと、ＮＯｘトラップ触媒１３が長時間ストイキにさらされるため、ＮＯｘ再生も同時に行われる。よって、ＮＯｘ再生の要求が出ていた場合に、これを解除するためである。
【００５０】
図５は、ＮＯｘ再生モードの制御フローである。本フローは、ＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１に達してｒｑ−ｓｐフラグ＝１となり、これを受けて後述する図６、図７又は図９のフローによりｓｐフラグ＝１となると開始される。
【００５１】
図５において、Ｓ３０１では、ＮＯｘ再生のため、排気λをリッチに制御する。すなわち、吸気絞り弁５（及び／又はＥＧＲ弁１２）により、基本的には、図１８に示すリッチスパイク運転のための目標吸入空気量となるよう制御し、排気λが目標値から乖離している場合は、更に調整して排気λを目標値に制御する。
【００５２】
Ｓ３０２では、ＮＯｘ再生モード（排気λ：リッチ）にて所定時間ｔｓｐｉｋｅを経過したか否かを判定する。所定時間ｔｓｐｉｋｅ経過した場合は、ＮＯｘ再生が完了したとしてＳ３０３へ進む。なお、ｔｓｐｉｋｅ＜ｔｄｅｓｕｌである。
【００５３】
Ｓ３０３では、ＮＯｘ再生が完了したので、リッチ運転を解除する。
Ｓ３０４では、ＮＯｘ再生が完了したので、ｓｐフラグを０にする。
Ｓ３０５では、耐久性低下防止モードに入るべく、ｒｅｃフラグを１にする。ＮＯｘ再生は完了したものの、リッチ運転の継続により、ＳＯｘ再生完了後と同様に高温となっており、このような条件下でＤＰＦ１４にＰＭが堆積している場合に、排気λを急に大きくすると、ＤＰＦ１４でＰＭが一気に燃えてしまい耐久性が低下する恐れがあるからである。
【００５４】
図６は、再生優先順位決定（１）の制御フローである。本フローは、ＤＰＦ再生要求と、ＮＯｘ再生要求又はＳＯｘ再生要求の少なくとも一方とが、同時に起きたときの優先順位を規定するものであり、ＤＰＦ再生要求（ｒｑ−ＤＰＦフラグ＝１）が出されると開始される。
【００５５】
図６において、Ｓ４０１では、ＳＯｘ再生要求があるか、すなわちｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ＝１か否かを判定する。ＳＯｘ再生要求がある場合は、Ｓ４０３へ進む。ＳＯｘ再生要求がない場合は、Ｓ４０２へ進み、前記Ｓ１３と同様に、ＳＯｘ堆積量が所定量ＳＯｘ１に達してＳＯｘ再生時期になったか否かを判定し、ＳＯｘ再生時期の場合は図１１のＳ９０１へ分岐し、ＳＯｘ再生時期でない場合はＳ４０３へ進む。
【００５６】
Ｓ４０３では、ＮＯｘ再生要求があるか、すなわちｒｑ−ｓｐフラグ＝１か否かを判定する。ＮＯｘ再生要求がある場合は、Ｓ４０５へ進む。ＮＯｘ再生要求がない場合は、Ｓ４０４へ進み、前記Ｓ１４と同様に、ＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１に達してＮＯｘ再生時期になったか否かを判定し、ＮＯｘ再生時期の場合は図１２のＳ１００１へ分岐し、ＮＯｘ再生時期でない場合は、ＤＰＦ再生要求はあるがＮＯｘ再生要求はない場合であり、ＤＰＦ再生を優先させるため、Ｓ４０７へ進む。
【００５７】
一方、Ｓ４０５では、ＤＰＦ再生要求とＮＯｘ再生要求とがある場合であるので、エンジン１の運転条件がエンジン１から排出されるＮＯｘ量の少ない条件（低ＮＯｘ条件）、例えば定常条件か否かを判定する。
【００５８】
低ＮＯｘ条件の場合は、ＮＯｘトラップ触媒１３の再生を多少遅らせても、テールパイプから車外に排出される排気の悪化は殆どないため、運転性に影響を及ぼすＤＰＦ１４の再生を優先させる方が望ましい。従って、Ｓ４０６へ進む。
【００５９】
低ＮＯｘ条件でない場合、例えば加速条件の場合は、テールパイプから車外に排出される排気の悪化を防止するために、ＮＯｘ再生を優先させる。このため、Ｓ４１０へ進む。
【００６０】
Ｓ４０６では、ＤＰＦ温度がＤＰＦ１４に担持させた酸化触媒が活性化する所定温度Ｔ５より高いか否かを判定する。
所定温度Ｔ５より高い場合は、ＤＰＦ再生を優先させるためＳ４０７へ進む。
【００６１】
所定温度Ｔ５より低い場合は、吸気を絞って昇温制御を開始しても、酸化熱が得られないため、再生可能温度に到達するまでに時間がかかり、また、昇温中にテールパイプから排出されるＮＯｘの悪化も懸念されるため、ＮＯｘ再生を優先させる。このため、Ｓ４１０へ進む。
【００６２】
Ｓ４０７では、ＤＰＦ再生を優先させる場合であるので、図２０に基づき、運転状態（Ｎｅ、Ｑ）から、ＤＰＦ再生及びＳＯｘ再生が可能な領域か否かを判定する。この結果、ＤＰＦ・ＳＯｘ再生可能領域の場合にＳ４０８へ進む。
【００６３】
Ｓ４０８では、ＤＰＦ再生を優先的に開始させるため、ｒｅｇ１フラグを１とする。次のＳ４０９では、ｒｅｇ１フラグを１にしたので、ｒｑ−ＤＰＦフラグを０にする。
【００６４】
Ｓ４１０では、ＮＯｘ再生を優先させる場合であるので、ＮＯｘ再生を優先的に開始させるため、ｓｐフラグを１にする。次のＳ４１１では、ｓｐフラグを１にしたので、ｒｑ−ｓｐフラグを０にする。
【００６５】
ここで、図２０に示したＤＰＦ・ＳＯｘ再生可能領域について更に詳しく説明する。
ＤＰＦ再生（ＳＯｘ再生）を行うためには、ＤＰＦ１４の温度（ＮＯｘトラップ触媒１３の温度）が所定温度以上である必要がある。通常、ディーゼルエンジンの排気温度は前記所定温度より低いため、再生を行う際には、ＤＰＦ１４の温度（ＮＯｘトラップ触媒１３の温度）が所定温度以上になるまで昇温させることになる。
【００６６】
ここで、排気温度と排気λとには相関があり、排気λを小さくするほど排気温度は高くなることから、昇温させる際には排気λを小さくすればよい。しかしながら、排気λを小さくすると、その副作用として排気中のＨＣ、ＣＯが悪化する。そして、ＨＣ、ＣＯの悪化代は排気λを小さくするほど、すなわち、再生の際に要求される昇温代が大きいほど大きくなる。このように、昇温性能と排気性能とはトレードオフの関係になっている。
【００６７】
つまり、図２０のＤＰＦ・ＳＯｘ再生可能領域は、昇温の際の排気性能が許容値を超えないよう予め実験によって設定される領域である。逆にいうと、ＤＰＦ・ＳＯｘ再生不可領域からの昇温は、昇温代が大きく排気性能の悪化代が許容値を超えるため、この領域では再生は行わないようにしている。
【００６８】
図７は、再生優先順位決定（２）の制御フローである。本フローは、ＳＯｘ再生要求とＮＯｘ再生要求とが同時におきたときの優先順位について規定するものであり、ＳＯｘ再生要求（ｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ＝１）が出されると開始される。
【００６９】
図７において、Ｓ５０１では、ＳＯｘ再生要求がなされた後、ＳＯｘ再生が行われる前に、ＤＰＦのＰＭ堆積量が所定量ＰＭ１に達してＤＰＦ再生時期になったか否かを、前記Ｓ１２と同様に、判定する。そして、ＤＰＦ再生時期になっている場合は、図１０のＳ８０１へ分岐する。この場合は最終的には図６のフローによりＤＰＦ再生が優先されることになる。ＤＰＦ再生時期になっていない場合は、Ｓ５０２へ進む。
【００７０】
Ｓ５０２では、触媒温度がＳＯｘ再生に適する所定温度（例えば、活性温度）Ｔ１より高いか否かを判定する。なお、ＮＯｘトラップ触媒１３の活性温度Ｔ１はＤＰＦ１４の酸化機能の活性温度Ｔ５以下である。
【００７１】
Ｔ１より高い場合は、ＳＯｘ再生を優先させるため、Ｓ５０３へ進む。
Ｔ１より低い場合は、吸気を絞って昇温制御を開始しても、酸化熱が得られないため、再生可能温度に達するまでに時間がかかり、また、昇温中にテールパイプから排出されるＮＯｘの悪化も懸念されるため、ＮＯｘ再生要求がある場合には、ＮＯｘ再生を優先させるのが望ましい。このため、Ｓ５０６へ進む。
【００７２】
Ｓ５０３では、ＳＯｘ再生を優先させる場合であるので、図２０に基づき、運転状態（Ｎｅ、Ｑ）から、ＤＰＦ再生及びＳＯｘ再生が可能な領域か否かを判定する。この結果、ＤＰＦ・ＳＯｘ再生可能領域の場合にＳ５０４へ進む。
【００７３】
Ｓ５０４では、ＳＯｘ再生を優先的に開始させるため、ｄｅｓｕｌフラグを１とする。次のＳ５０５では、ｄｅｓｕｌフラグを１にしたので、ｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグを０にする。
【００７４】
一方、Ｓ５０６では、ＮＯｘ再生要求があるか、すなわち、ｒｑ−ｓｐフラグ＝１か否かを判定する。ＮＯｘ再生要求がある場合は、ＮＯｘ再生を優先させるため、Ｓ５０８へ進む。ＮＯｘ再生要求がない場合は、Ｓ５０７へ進み、前記Ｓ１４と同様に、ＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１に達してＮＯｘ再生時期になったか否かを判定し、ＮＯｘ再生時期の場合は、図１２のＳ１００１へ分岐する。
【００７５】
Ｓ５０８では、ＮＯｘ再生を優先させる場合であるので、ＮＯｘ再生を優先的に開始させるため、ｓｐフラグを１とする。次のＳ５０９では、ｓｐフラグを１にしたので、ｒｑ−ｓｐフラグを０にする。
【００７６】
図８は、耐久性低下防止モードの制御フローである。本フローは、ＮＯｘ再生若しくはＳＯｘ再生（又はＤＰＦ再生）が終了し、図４若しくは図５（又は図３）のフローによりｒｅｃフラグ＝１となると開始される。
【００７７】
図８において、Ｓ６０１では、図２１に基づき、運転状態（Ｎｅ、Ｑ）から、耐久性低下防止制御が必要な領域か否かを判定する。この結果、耐久性低下防止制御領域と判定された場合にＳ６０２に進む。
【００７８】
Ｓ６０２では、再度ＤＰＦ温度を検出する。
Ｓ６０３では、ストイキ又はリッチ運転直後であり、しかも耐久性低下防止制御が必要な運転領域であるため、堆積したＰＭが一気に燃えてＤＰＦ１４の耐久性が低下しないように目標の排気λを補正（設定）する。
【００７９】
具体的には、Ｓ４で求めたＰＭ堆積量とＤＰＦ温度とに基づいて図１９に示すようなマップを参照して目標の排気λを設定する。なお、図１９に示すように、ＰＭ堆積量が下限値を下回る場合、ＤＰＦ温度がＰＭ自己着火温度を下回る場合には、ＰＭが一気に燃えることはないため、上記したようなＰＭ堆積量とＤＰＦ温度とに基づく目標の排気λの設定（すなわち、耐久性低下防止制御）は行わない。なお、ＰＭ堆積量の下限値、ＰＭ自己着火温度は、あらかじめ実験等により求めておいたものである。また、目標の排気λへの制御は、空燃比センサ２６の出力に基づいて吸気絞り弁５（及び／又はＥＧＲ弁１２）をフィードバック制御することで行う。
【００８０】
なお、ＤＰＦ再生直後の場合（図３のＳ１１１でｒｅｃフラグを１とした場合）には、排気中の酸素濃度を所定濃度以下に抑制すべく、目標の排気λを所定の値、例えばλ≦１．４とすることで、ＰＭが燃え残っていた場合でもこれが燃えてＤＰＦ１４の耐久性が低下しないようにする。
【００８１】
Ｓ６０４では、ＤＰＦ温度が所定温度Ｔ３未満であるか否かを判定する。この所定温度Ｔ３は、ＰＭの急激な燃焼（酸化）が開始するおそれのない温度としてあらかじめ実験等により求めておいたものであり、ＤＰＦ温度がＴ３より低い場合は、排気中の酸素濃度が大気並となってもＤＰＦ１４の耐久性が低下するおそれがないとしてＳ６０５に進む。
【００８２】
Ｓ６０５では、ＤＰＦ１４の耐久性低下のおそれがなくなったので、Ｓ６０３で設定した目標の排気λへの制御、すなわち、耐久性低下防止モードを終了する。
【００８３】
Ｓ６０５では、耐久性低下防止モードを終了したので、ｒｅｃフラグを０にする。
この実施形態によると、状態検出手段及び排気空燃比可変手段としてのコントロールユニット２０が、ＰＭ捕集手段としてのＤＰＦ１４のＰＭ堆積量を計算し、このＰＭ堆積量が下限値を下回る場合には耐久性低下防止制御を行わず、下限値を超えているときにのみ、リーン条件での排気の目標空燃比をＤＰＦ１４の状態（ＰＭ堆積量、ＤＰＦ温度）に応じて設定する（変更させる）ので、演算負荷の増加やエンジン１への影響を抑えつつ、必要な範囲でＤＰＦ１４の耐久性低下防止制御を実行して、ＰＭの急激な燃焼（ＤＰＦ１４の耐久性低下）を効果的に防止できる。
【００８４】
また、ＰＭ温度が自己着火温度を下回る場合には耐久性低下防止制御を行わず、自己着火温度を超えているときにのみ、リーン条件での排気の目標空燃比をＤＰＦ１４の状態（ＰＭ堆積量、ＤＰＦ温度）に応じて設定する（変更させる）ので、演算負荷の増加やエンジン１への影響等を抑えつつ、必要な範囲でＤＰＦ１４の耐久性低下防止制御を実行して、ＰＭの急激な燃焼（ＤＰＦ１４の耐久性の低下）を効果的に防止できる。
【００８５】
また、ＰＭ堆積量が多いほど排気中の酸素濃度が低くなるように、又は、ＤＰＦ温度が高いほど排気中の酸素濃度が低くなるように、リーン条件での排気の目標空燃比が設定されるので、ＰＭの急激な燃焼をより確実に防止できる。
【００８６】
更に、エンジン１の運転状態が所定の運転領域（耐久性低下防止制御領域）にあるときに、リーン条件での排気の目標空燃比を変更させるので、必要最小限の範囲内でＤＰＦ１４の耐久性低下防止制御を実行することができる。
【００８７】
なお、この実施形態では、ＥＧＲ手段（ＥＧＲ通路１１、ＥＧＲ弁１２及びコントロールユニット２０）を備えているので、排気の目標空燃比への制御は、吸気絞り弁５及び／又はＥＧＲ弁１２によって吸入空気量及び／又はＥＧＲ量を制御することで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図である。
【図２】排気浄化制御（メインルーチン）のフローチャートである。
【図３】同じく排気浄化制御のフローチャートである（ＤＰＦ再生）。
【図４】同じく排気浄化制御のフローチャートである（ＳＯｘ再生）。
【図５】同じく排気浄化制御のフローチャートである（ＮＯｘ再生）。
【図６】同じく排気浄化制御のフローチャートである（再生優先順位決定１）。
【図７】同じく排気浄化制御のフローチャートである（再生優先順位決定２）。
【図８】同じく排気浄化制御のフローチャートである（ＤＰＦ耐久性低下防止）。
【図９】同じく排気浄化制御のフローチャートである（フラグ設定）。
【図１０】同じく排気浄化制御のフローチャートである（フラグ設定）。
【図１１】同じく排気浄化制御のフローチャートである（フラグ設定）。
【図１２】同じく排気浄化制御のフローチャートである（フラグ設定）。
【図１３】ＤＰＦの排圧しきい値を示すマップである。
【図１４】ＤＰＦ再生中の要求λ（目標排気λ）を示すテーブルである。
【図１５】ＤＰＦ耐久性低下防止のための目標吸入空気量を示すマップである。
【図１６】昇温のための単位ポスト噴射量を示すマップである。
【図１７】ストイキ運転のための目標吸入空気量を示すマップである。
【図１８】リッチスパイク運転のための目標吸入空気量を示すマップである。
【図１９】ＤＰＦ耐久性低下防止制御中の要求λ（目標排気λ）を示すマップである。
【図２０】ＤＰＦ・ＳＯｘ再生可能領域を示す図である。
【図２１】ＤＰＦ耐久性低下防止制御領域を示す図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…吸気通路、５…吸気絞り弁、９…燃料噴射弁、１０…排気通路料、１２…ＥＧＲ弁、１３…ＮＯｘトラップ触媒、１４…ＤＰＦ、２０…コントロールユニット

Claims

機関の排気通路に配置され、流入する排気中のＰＭを捕集するＰＭ捕集手段と、排気空燃比がリーンのときに流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを脱離還元するＮＯｘトラップ触媒と、を含む排気浄化手段と、
前記ＰＭ捕集手段の状態を検出する状態検出手段と、
排気の目標空燃比を設定し、該目標空燃比となるように排気を制御する排気空燃比可変手段と、を備え、
前記排気空燃比可変手段は、排気空燃比をストイキ又はリッチ条件からリーン条件へと移行する際に、該リーン条件での排気の目標空燃比を前記ＰＭ捕集手段の状態に応じて変化させること特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記状態検出手段は、前記ＰＭ捕集手段に捕集されて堆積したＰＭ堆積量を推定し、
前記排気空燃比可変手段は、前記ＰＭ堆積量が所定量を超えているときにのみ、前記リーン条件での排気の目標空燃比を変化させ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。
前記状態検出手段は、前記ＰＭ捕集手段の温度を直接検出又は推定し、
前記排気空燃比可変手段は、前記ＰＭ捕集手段の温度が所定温度を超えているときに、前記リーン条件での目標空燃比を変更させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気空燃比可変手段は、前記ＰＭ堆積量が多いほど排気中の酸素濃度が低くなるように、前記リーン条件での排気の目標空燃比を設定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。
前記排気空燃比可変手段は、前記ＰＭ捕集手段の温度が高いほど排気中の酸素濃度が低くなるように、前記リーン条件での排気の目標空燃比を設定することを特徴とする請求項３又は請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気空燃比可変手段は、機関が所定の運転領域にあるときに、前記リーン条件での目標空燃比を変更させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記内燃機関は、排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段を備え、
前記排気空燃比可変手段は、吸入空気量又はＥＧＲ量の少なくとも一方を制御することで排気を前記目標空燃比へと制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。