JP2007016713A - ＮＯｘ浄化システムの再生制御方法及びＮＯｘ浄化システム - Google Patents

ＮＯｘ浄化システムの再生制御方法及びＮＯｘ浄化システム Download PDF

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Abstract

【課題】 ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するための再生用のリッチ制御において、再生制御中に加速又は減速状態になった場合でも、排気ガス温度の履歴を考慮したリッチ制御を行うことができ、還元剤を適切な量で供給して効率よくＮＯｘ浄化能力を回復できると共に、還元剤のＮＯｘ浄化触媒の下流側への流出を防止できる排気ガス浄化システムの再生制御方法及び排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】 内燃機関Ｅの排気通路３にＮＯｘ浄化触媒装置２１を配置した排気ガス浄化システム１において、前記ＮＯｘ浄化触媒装置２１に流入する排気ガスの温度Ｔｇに対応して排気ガス中へ供給する還元剤の供給量の上限値Ｑf0を算出するためのマップデータを備え、前記排気ガスの温度Ｔg によって前記マップデータから前記上限値Ｑf0を算出すると共に、該上限値Ｑf0を還元剤の供給量の上限にして前記燃料系リッチ制御を行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の排気通路にＮＯｘ浄化触媒装置を備えたＮＯｘ浄化システムの再生制御方法及びＮＯｘ浄化システムに関する。
自動車に対する排ガス規制は厳しさを増し、エンジン側の技術開発だけでは追いつけない状況となりつつあり、排気ガスを後処理装置によって浄化することが必要不可欠となっている。そのため、ディーゼルエンジンや一部のガソリンエンジン等の内燃機関や様々な燃焼装置の排気ガス中からＮＯｘ（窒素酸化物）を還元除去するためのＮＯｘ触媒や、これらの排気ガス中の粒子状物質（パティキュレート・マター：以下、ＰＭ）を除去するディーゼルパティキュレートフィルタ装置（以下、ＤＰＦ装置）について、種々の研究や提案がなされている。
この中で、ＮＯｘ浄化触媒として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒等が提案されている。
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置は、酸化機能を持つ貴金属触媒と、アルカリ金属等のＮＯｘ吸蔵機能を持つＮＯｘ吸蔵材を担持して構成されており、これらにより、排気ガス中の酸素濃度によってＮＯｘ吸蔵とＮＯｘ放出・浄化の二つの機能を発揮する。
つまり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置に流入する排気ガスの空燃比がリーン状態の場合には、排気ガス中の一酸化窒素が貴金属触媒により酸化されて二酸化窒素となり、この二酸化窒素がＮＯｘ吸蔵材に硝酸塩として吸蔵される。一方、排気ガスの空燃比がリッチ状態の場合には、ＮＯｘ吸蔵材から硝酸塩が分解されてＮＯｘが放出されると共に、このＮＯｘは貴金属触媒の触媒作用により排気ガス中の未燃炭化水素や一酸化炭素などにより窒素に還元される。そのため、ＮＯｘ吸蔵材のＮＯｘ吸蔵能力が飽和に近づくと、排気ガス中の空燃比をリッチ状態にするＮＯｘ吸蔵能力回復用の再生制御を行っている。
また、ＮＯｘ直接還元型触媒を担持したＮＯｘ直接還元型触媒装置は、β型ゼオライト等の担体に触媒成分であるロジウム（Ｒｈ）やパラジウム（Ｐｄ）等の金属を担持して構成されており、ＮＯｘを直接還元する。そして、この還元の際に触媒の活性物質である金属に酸素が吸着し、ＮＯｘ還元性能が悪化してくるので、ＮＯｘ還元性能を回復するために、排気ガスの空燃比をリッチ状態にして、ＮＯｘ還元性能回復用の再生制御を行い、触媒の活性物質を再生して活性化する。
これらのＮＯｘ浄化触媒装置を備えた排気ガス浄化システムでは、この触媒再生用のリッチ制御は、通常、ＮＯｘ吸蔵量、ＮＯｘ浄化率、リーン継続時間等の一条件が、予め設定されたこれらの閾値に達した場合に、自動的に開始されるように制御されている。
例えば、ＮＯｘ吸蔵量を推定積算して、この推定したＮＯｘ吸蔵推定量を累積したＮＯｘ吸蔵推定累積量がＮＯｘ吸蔵材のＮＯｘ吸蔵能力の飽和量に近い所定の判定量になった場合、ＮＯｘ浄化率が低下しＮＯｘ浄化触媒装置の出口からＮＯｘが流出し出した場合、また、再生制御後のエンジン運転時間が所定のリーン継続時間に到達した場合等に、再生制御を開始する。
そして、この再生制御の具体的な方法としては、ディーゼルエンジン等の場合には、通常の運転状態における燃焼は酸素過多状態で行われるため、通常運転時では排気ガスは空燃比リーン状態である。従って、空燃比リッチ状態にするためには、吸気量を減少するか、燃料量を増加するか、あるいは、両方を実施するか、これらのいずれかの再生用のリッチ制御を行う必要がある。この吸気量を減少する吸気系リッチ制御ではＥＧＲ量の増加、排気絞り、吸気絞り等の方法があり、燃料量を増加する燃料系リッチ制御では、シリンダ内（筒内）噴射におけるポスト噴射や排気管への直接軽油等の燃料（＝還元剤）を噴射する排気管内直接噴射等の方法がある。
一方、触媒はその温度により触媒活性が大きく変化するため、低温時と高温時では、リッチ制御による効果が異なるという問題がある。
排気ガス温度が低く触媒温度が低い場合には、触媒活性が低いため、ＮＯｘ浄化触媒装置に供給されるＨＣ，ＣＯ等の還元剤が消費されずにＮＯｘ浄化触媒装置の下流側に流出する、所謂ＨＣスリップの問題がある。
また、排気ガス温度が高く触媒温度が高い場合には、触媒活性が高いため、ＮＯｘ浄化触媒装置に供給されるＨＣ，ＣＯ等の還元剤は消費されるが、排気ガス温度が高い状態でＥＧＲ量を大きくするとシリンダ内燃焼が悪化し、黒煙の排出量が増加するという問題がある。
更に、低回転・低負荷運転の排気ガスが比較的低い状態から、加速する場合に、エンジンの負荷の増加に対応して排気ガス温度は上昇するが、触媒は直ぐに暖まらず、排気ガスの昇温に対して触媒の昇温が遅れるという現象がある。
この加速状態では、シリンダ内の燃焼自体は高負荷状態で高温になっているため、吸気系リッチ制御で触媒の再生を行おうとすると黒煙の発生が増加するという問題があり、また、燃料系リッチ制御で、高いＮＯｘ浄化率が得られるように、排気ガス温度に対応した還元剤量を供給すると、触媒温度が排気ガス温度より低く触媒の活性が低いため、排気ガス中に供給した還元剤の一部しか消費できず、残りが消費されないまま触媒後流に流出し、ＨＣ，ＣＯのスリップ量が著しく増加するという問題がある。
なお、触媒の再生制御には関係しないが、この触媒温度に応じて変化する触媒活性の問題を解決するために、排ガス温度検出器で検出した排ガス温度に基づいて、排気ガスを加熱する加熱装置への燃料供給量と、脱硝反応器への還元剤の供給量を制御することにより、脱硝反応器への排ガス温度を一定に保持すると共に、還元剤供給量が脱硝反応に過不足ないように調整して脱硝率を維持して、急激な負荷変動に対応する舶用のディーゼルエンジンの排ガス脱硝方法及び脱硝装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
このような船舶用や定置用の内燃機関では負荷変動が小さく、従って、排気ガス温度の変化も比較的小さいが、自動車に搭載された内燃機関を対象とする場合には、自動車の加減速等による負荷変動が激しいため、排気ガス温度の変化が煩雑で変化量も大きい。
しかも、触媒温度を直接計測するのが難しいため、触媒に流入する排気ガス温度を触媒温度の代わりとして、触媒再生用のリッチ制御に用いている。しかし、負荷変動に応じて排気ガス温度が上昇又は下降した時は、その後一定の時定数を持って触媒温度が昇温又は降温する。
そのため、この排気ガス温度に対する触媒温度（触媒床温度）の遅れを考慮してリッチ制御することにより、実際の触媒温度に適正に対応した制御を行い、リッチ制御用に必要な燃料量を適切な量にして、黒煙の発生や再生に使用されなかったＨＣやＣＯの流出を防止し、燃費の悪化を防止することが求められている。
特開平０６−１７３６５８号公報
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するための再生用のリッチ制御において、再生制御中に加速又は減速状態になった場合でも、排気ガス温度の履歴を考慮したリッチ制御を行うことができ、還元剤を適切な量で供給して効率よくＮＯｘ浄化能力を回復できると共に、還元剤のＮＯｘ浄化触媒の下流側への流出を防止できる排気ガス浄化システムの再生制御方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
上記のような目的を達成するためのＮＯｘ浄化システムの再生制御方法は、内燃機関の排気通路にＮＯｘ浄化触媒装置を配置すると共に、該ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するために前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする再生制御を行う触媒再生制御装置を備え、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御の際に、シリンダ内燃料噴射、排気管内直接噴射のいずれか一つ又はシリンダ内燃料噴射に加えて排気管内直接噴射を行って、前記ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するための還元剤を排気ガス中に供給して、排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度に対応して排気ガス中へ供給する還元剤の供給量の上限値を算出するためのマップデータを備え、前記排気ガスの温度によって前記マップデータから前記上限値を算出すると共に、該上限値を還元剤の供給量の上限にして前記燃料系リッチ制御を行うことを特徴とする。
この構成により、加速や減速などの場合のように、排気ガス温度と触媒温度との間に差が生じるときでも、排気ガスの温度に基づいて制御を行っても、触媒温度に対応した排気ガス中への還元剤（燃料）の供給量で燃料系リッチ制御を行うことができる。
上記の排気ガス浄化システムの再生制御方法で、前記上限値を、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度、アクセル開度、シリンダ内燃料噴射量、エンジン回転数の少なくとも一つの指標の履歴に従って補正して、該補正後の上限値を還元剤の供給量の上限にして燃料系リッチ制御を行うことにより、触媒温度により精度良く対応した排気ガス中への還元剤の供給量とすることができる。
上記の排気ガス浄化システムの再生制御方法で、前記ＮＯｘ浄化触媒の再生制御において、前記指標の変化の速度に対応させて、前記上限値に対する補正量を決定することにより、簡単な制御で、触媒温度に対応した排気ガス中への還元剤の供給量とすることができる。
あるいは、ＮＯｘ浄化システムの再生制御方法は、内燃機関の排気通路にＮＯｘ浄化触媒装置を配置すると共に、該ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するために前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする再生制御を行う触媒再生制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記再生制御で、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ浄化触媒の活性温度に関係する所定の設定温度未満である場合は、ＥＧＲ制御、排気絞り、吸気絞りのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせを行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする吸気系リッチ制御を行い、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、前記所定の設定温度以上である場合は、シリンダ内燃料噴射、排気管内直接噴射のいずれか一つ又はシリンダ内燃料噴射に加えて排気管内直接噴射を行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を行うことを特徴とする。
なお、このＮＯｘ浄化触媒の活性温度に関係する所定の判定温度とは、排気ガス温度がこの所定の判定温度となった場合に、ＮＯｘ浄化触媒装置の触媒温度が活性温度に到達し、活性化する温度のことをいう。この所定の判定温度は、触媒の種類や、排気ガス温度の測定位置からＮＯｘ浄化触媒装置までの間で冷却される量にもよるが、例えば、２５０℃〜３５０℃の範囲の温度、３００℃程度に設定される。
この制御方法により、排気ガスの温度が所定の判定温度より低いエンジン運転領域では、ＥＧＲ量を大きくして大量のＥＧＲガスの還流により吸気量を減少しても、排気ガス温度が低いため黒煙の発生が少ない。そのため、燃料を増加することなく、空燃比リッチ状態を実現でき、燃料量の増加による燃費の悪化を防止できる。この吸気系リッチ制御では、供給する還元剤量が少ないためリッチ期間は長くなる。
また、排気ガスの温度が所定の判定温度より高いエンジン運転領域では、排気ガスの温度が高くＥＧＲ量を大きくすると、黒煙の発生量が増加し悪化するので、ポスト噴射や排気管内直接噴射による燃料系リッチ制御を行う。この燃料系リッチ制御では、ＮＯｘ浄化触媒の触媒温度が活性温度に到達し、活性化しているので、供給する還元剤量を多くできるためリッチ期間は短くなる。
この排気高温のエンジン運転領域におけるリッチ制御では、排気管内直接噴射によって排気管内に噴射された軽油等の燃料（還元剤）は、排気ガスの温度が高いのでガス化し易く、また、シリンダ内燃料噴射のポスト噴射等と異なりオイル希釈の問題を回避することができる。
また、上記の排気ガス浄化システムの再生制御方法で、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御において、前記所定の設定温度の基準値を、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度、アクセル開度、シリンダ内燃料噴射量、エンジン回転数の少なくとも一つの指標の履歴に従って補正することにより、前記所定の判定温度の値を算出する。これにより、加速や減速などの場合のように、排気ガス温度と触媒温度との間に差が生じるときでも、排気ガスの温度に基づいた制御で触媒温度に対応した制御を行うことができる。
あるいは、上記の目的を達成するための排気ガス浄化システムの再生制御方法は、内燃機関の排気通路に上流側から酸化触媒装置とＮＯｘ浄化触媒装置とを配置すると共に、該ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するために前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする再生制御を行う触媒再生制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記再生制御で、前記酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、酸化触媒の活性温度に関係する所定の第１設定温度未満である場合は、ＥＧＲ制御、排気絞り、吸気絞りのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせを行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする吸気系リッチ制御を行い、前記酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、前記所定の第１設定温度以上で、かつ、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ浄化触媒の活性温度に関係する所定の第２設定温度未満である場合は、前記吸気系リッチ制御に加えて、少なくとも排気管内直接噴射を行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を行い、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、前記所定の第２設定温度以上である場合は、前記吸気系リッチ制御を行わずに、前記燃料系リッチ制御を行うことを特徴とする。
なお、この酸化触媒の活性温度に関係する所定の第１判定温度とは、排気ガス温度がこの所定の第１判定温度となった場合に、酸化触媒装置の触媒温度が活性温度に到達し、活性化する温度のことをいう。この所定の第１判定温度は、触媒の種類や、排気ガス温度の測定位置から酸化触媒装置までの間で冷却される量にもよるが、例えば、２００℃〜３００℃の範囲の温度、２５０℃程度に設定される。
また、このＮＯｘ浄化触媒の活性温度に関係する所定の第２判定温度とは、排気ガス温度がこの所定の第２判定温度となった場合に、ＮＯｘ浄化触媒装置の触媒温度が活性温度に到達し、活性化する温度のことをいう。この所定の判定温度は、触媒の種類や、排気ガス温度の測定位置からＮＯｘ浄化触媒装置までの間で冷却される量にもよるが、例えば、２５０℃〜３５０℃の範囲の温度、３００℃程度に設定される。
この構成により、酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、所定の第１判定温度（例えば、２００℃〜３００℃、２５０℃程度）未満であり、酸化触媒が活性化しない排気ガス低温領域では、排気ガス中への燃料の添加が無い吸気系リッチ制御を行い、燃料消費量の増加を防止する。
また、酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、所定の第１判定温度以上となり、酸化触媒が活性化している排気ガス中温領域では、排気管内直接噴射による燃料系リッチ制御を行って排気ガス中に燃料を供給し、この燃料を酸化触媒で酸化させることにより、排気ガスの空燃比をリッチ状態にすることができる。
また、この中温度領域でも、ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が所定の第２判定温度（例えば、２５０℃〜３５０℃、３００℃程度）より低い温度領域では、ＥＧＲ量を大きくしても排気ガス温度が低いため黒煙の悪化が少ないので、吸気系リッチ制御を併用する。
また、排気ガスの温度が所定の第２判定温度より高い排気ガス高温領域では、排気ガスの温度が高くＥＧＲ量を大きくすると、黒煙が悪化するので、吸気系リッチ制御を行わずに、排気管内直接噴射による燃料系リッチ制御を行う。この排気ガス高温領域では、排気管内直接噴射によって排気管内に噴射された燃料は、排気ガスの温度が高いのでガス化し、また、シリンダ内燃料噴射のポスト噴射等と異なりオイル希釈の問題を回避することができる。
上記の排気ガス浄化システムの再生制御方法で、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御において、前記所定の第１設定温度の基準値を、前記酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度、アクセル開度、シリンダ内燃料噴射量、エンジン回転数の少なくとも一つの指標の履歴に従って補正することにより、前記所定の第１判定温度の値を算出する。これにより、加速や減速などの場合のように、排気ガス温度と触媒温度との間に差が生じるときでも、排気ガスの温度に基づいた制御を行っても、触媒温度に十分に対応した制御を行うことができる。
この方法により、エンジンの運転状態が低温・低負荷状態から急加速して、ＮＯｘ浄化触媒装置の触媒温度が、排気ガス温度に対して時間遅れを持って上昇する場合においても、この時間遅れを考慮して所定の第２判定温度の値を基準値よりも高い値に変更するので、排気ガス温度が所定の第２判定温度の基準値よりも高くなっていても、触媒温度が所定の第２判定温度の基準値（活性化温度）よりも高くなっていない場合には、排気管内直接噴射による燃料系リッチ制御は行われない。
これにより、排気ガス温度が、基準の所定の第２判定温度よりも高くなっても、新たな補正後の所定の第２判定温度よりも高くなるまで、即ち、触媒温度が実際に活性化温度に達するまで、排気管内直接噴射による燃料系リッチ制御を禁止できる。従って、排気管内直接噴射で噴射された還元剤が活性化温度に到達していないＮＯｘ浄化触媒装置で消費されずに、下流側に流出することを防止できる。
また、エンジンの運転状態が高温・高負荷状態から急減速して、排気ガス温度に比べて時間遅れを持ってＮＯｘ浄化触媒装置の触媒温度が下降する場合においても、この時間遅れを考慮して所定の第２判定温度の値を低くなるように変更するので、排気ガス温度が低い割に触媒温度が低くなっていない場合には、排気管内直接噴射による燃料系リッチ制御を行ない、再生制御を速やかに完了することができる。
上記の排気ガス浄化システムの再生制御方法で、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御において、前記指標の変化の速度に対応させて、前記所定の第１判定温度の基準値に対する補正量を決定することにより、簡単な制御で、触媒温度に対応した制御を行うことができる。
従って、上記の排気ガス浄化システムの再生制御方法によれば、再生制御中に加速又は減速状態になった場合でも、排気ガス温度の履歴を考慮した制御を行って、排気ガス中に供給する燃料を適切な量で供給することができるので、効率よくＮＯｘ浄化能力を回復できると共に、ＨＣやＣＯ等のＮＯｘ浄化触媒装置の下流側への流出を防止できる。
また、ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ状態にする再生制御において、排気ガス温度に応じて吸気系リッチ制御と燃料系リッチ制御を適宜選択してリッチ制御を行うことにより、黒煙の発生を防止すると共に、ＨＣやＣＯ等のＮＯｘ浄化触媒装置の下流側への流出を防止できる。
また、上記の目的を達成するための排気ガス浄化システムは、次のように構成され、上記の排気ガス浄化システムの再生制御方法を実施でき、同様の効果を奏することができる。
この排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路にＮＯｘ浄化触媒装置と、内燃機関の排気通路にＮＯｘ浄化触媒装置と、該ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサを配置すると共に、該ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するために前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする再生制御を行う触媒再生制御装置を備え、該触媒再生制御装置が、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御の際に、シリンダ内燃料噴射、排気管内直接噴射のいずれか一つ又はシリンダ内燃料噴射に加えて排気管内直接噴射を行って、前記ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するための還元剤を排気ガス中に供給して、排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を行う排気ガス浄化システムであって、前記触媒再生制御装置が、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度に対応して排気ガス中へ供給する還元剤の供給量の上限値を算出するためのマップデータを備え、前記排気ガスの温度によって前記マップデータから前記上限値を算出すると共に、該上限値を還元剤の供給量の上限にして前記燃料系リッチ制御を行うように構成される。
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記触媒再生制御装置が、前記上限値を、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度、アクセル開度、シリンダ内燃料噴射量、エンジン回転数の少なくとも一つの指標の履歴に従って補正して、該補正後の上限値を還元剤の供給量の上限にして前記燃料系リッチ制御を行うように構成される。
上記の排気ガス浄化システムで、前記触媒再生制御装置が、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御において、前記触媒再生制御装置が、前記指標の変化の速度に対応させて、前記上限値に対する補正量を決定するように構成される。
あるいは、この排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路にＮＯｘ浄化触媒装置と、該ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサを配置すると共に、該ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するために前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする再生制御を行う触媒再生制御装置を備えた排気ガス浄化システムであって、前記触媒再生制御装置が前記再生制御において、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ浄化触媒の活性温度に関係する所定の設定温度未満である場合は、ＥＧＲ制御、排気絞り、吸気絞りのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせを行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする吸気系リッチ制御を行い、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、前記所定の設定温度以上である場合は、シリンダ内燃料噴射、排気管内直接噴射のいずれか一つ又はシリンダ内燃料噴射に加えて排気管内直接噴射を行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を行うように構成される。
上記の排気ガス浄化システムで、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御において、前記触媒再生制御装置が、前記所定の判定温度の基準値を、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度、アクセル開度、シリンダ内燃料噴射量、エンジン回転数の少なくとも一つの指標の履歴に従って補正することにより、前記所定の判定温度の値を算出するように構成される。
あるいは、この排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に上流側から酸化触媒装置とＮＯｘ浄化触媒装置と前記酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサと前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサとを配置すると共に、該ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するために前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする再生制御を行う触媒再生制御装置を備えた排気ガス浄化システムであって、 前記触媒再生制御装置が前記再生制御において、前記酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、酸化触媒の活性温度に関係する所定の第１設定温度未満である場合は、ＥＧＲ制御、排気絞り、吸気絞りのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせを行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする吸気系リッチ制御を行い、前記酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、酸化触媒の活性温度に関係する所定の第１設定温度以上で、かつ、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ浄化触媒の活性温度に関係する所定の第２設定温度未満である場合は、前記吸気系リッチ制御に加えて、少なくとも排気管内直接噴射を行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を行い、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、前記所定の第２設定温度以上である場合は、前記吸気系リッチ制御を行わずに、前記燃料系リッチ制御を行うように構成される。
上記の排気ガス浄化システムで、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御において、前記触媒再生制御装置が、前記所定の第１判定温度の基準値を、前記酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度、アクセル開度、シリンダ内燃料噴射量、エンジン回転数の少なくとも一つの指標の履歴に従って補正することにより、前記所定の第１判定温度の値を算出するように構成される。
上記の排気ガス浄化システムで、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御において、前記触媒再生制御装置が、前記指標の変化の速度に対応させて、前記所定の第１判定温度の基準値に対する補正量を決定するように構成される。
本発明に係る排気ガス浄化システムの再生制御方法及び排気ガス浄化システムによれば、再生制御中に加速又は減速状態になった場合でも、排気ガス温度の履歴を考慮した制御を行って、排気ガス中に供給する燃料を適切な量で供給することができるので、効率よくＮＯｘ浄化能力を回復できると共に、ＨＣやＣＯ等のＮＯｘ浄化触媒装置の下流側への流出を防止できる。
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの再生制御方法及び排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。
なお、ここでは、ＮＯｘ浄化触媒装置としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置を例示して説明するが、本発明はＮＯｘ直接還元型触媒装置等のＮＯｘ浄化能力を回復するための再生制御を空燃比リッチ状態で行うＮＯｘ浄化触媒装置に対しても適用可能である。また、これらのＮＯｘ浄化触媒装置の下流側にＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置を設けて、排気ガス中のＰＭやリッチ制御において発生する黒煙（スモーク）をこのＤＰＦ装置で捕集するように構成してもよい。
また、ここでいう排気ガスのリッチ状態とは、必ずしもシリンダ内（筒内）でリッチ燃焼する必要はなく、ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガス中に供給した空気量と燃料量との比が理論空燃比に近い状態（ストイキ状態）か又は理論空燃比より燃料量が多いリッチの状態であることをいう。この燃料量には、シリンダ内で燃焼した分も、排気管内噴射で直接排気ガス中に噴射した燃料も含む。また、ここでいうリッチ状態にはストイキ状態も含む。
本発明の第１の実施の形態について説明する。この第１の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１の構成を図１に示す。この排気ガス浄化システム１では、エンジン（内燃機関）Ｅの排気通路３にＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置（ＮＯｘ浄化触媒装置）２１を有する排気ガス浄化装置２０が配置される。
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１は、コージェライト、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、極薄板ステンレス等で形成されたモノリス触媒に、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化チタン（ＴｉＯ）等の触媒コート層を設け、この触媒コート層に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の触媒金属とバリウム（Ｂａ）等のＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）を担持させて構成される。このモノリス触媒の構造材の担体は、多数のセルを有しており、また、このセルの内壁に設けられる触媒コート層は、大きな表面積を持っており、排気ガスとの接触効率を高めている。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１では、酸素濃度が高い排気ガスの空燃比リーン状態のときに、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵材が吸蔵することにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化する。また、酸素濃度が低いかゼロの排気ガスの空燃比リッチ状態のときに、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に放出されたＮＯｘを触媒金属の触媒作用により還元する。これにより、ＮＯｘの大気中への流出を防止する。
そして、吸気通路２に、吸気量を測定するマスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）５と吸気量を調整するための吸気絞り弁７が配設され、排気ガス浄化装置２０の上流側の排気通路３に、排気ブレーキ８が配設され、あるいは、下流側の排気通路３に、排気スロットル９が配設される。また、ＥＧＲ通路４にＥＧＲクーラー１０とＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁１１が配設される。
そして、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の上流側に第１酸素濃度センサ２５を配置し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の下流側に第２酸素濃度センサ２６を配置する。この第１酸素濃度センサ２５はリッチ深さを制御するために必要な酸素濃度（空燃比、空気過剰率λ）を検出するので、広範囲λセンサが用いられる。一方、第２酸素濃度センサ２６は、リッチ期間を計測するために空燃比がリッチ状態になったか否かを検出できればよいので、リーンとリッチの２値で検出されるバイナリーλセンサが用いられる。
また、排気ガスの温度を検出するためにＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の上流側に第１温度センサー２７を配置し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の下流側に第２温度センサー２８を配置する。
また、燃料系リッチ制御において排気管内直接噴射を行うために、排気ガス浄化装置２０の上流側の排気通路３に、ＮＯｘの還元剤となる炭化水素（ＨＣ）を含んでいる、軽油などの燃料Ｆを供給するＨＣ供給弁（燃料噴射弁）２４を設ける。このＨＣ供給弁２４は、図示しない燃料タンクからエンジンＥの燃料（還元剤）Ｆを排気通路３内に直接噴射して、排気ガスＧの空燃比をリッチ状態にするためのもので、排気管内噴射による空燃比リッチ制御の手段となるものである。
そして、エンジンＥの運転の全般的な制御を行うと共に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１のＮＯｘ浄化能力の回復制御と硫黄被毒からの回復のための硫黄パージ制御を行う制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）３０が設けられる。この制御装置３０に第１及び第２酸素濃度センサ２５、２６や第１及び第２温度センサ２７、２８等からの検出値が入力され、この制御装置３０からエンジンＥの吸気絞り弁（吸気スロットル弁）７、排気ブレーキ８、排気スロットル９、ＥＧＲ弁１１、燃料噴射用のコモンレール電子制御燃料噴射装置の燃料噴射弁１２等を制御する信号が出力される。
このＮＯｘ浄化システム１においては、空気Ａは、吸気通路２の空気清浄器１３、マスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）５を通過して、ターボチャージャ６のコンプレッサにより圧縮昇圧され、吸気絞り弁７によりその量を調整されて吸気マニホールドよりシリンダ内に入る。そして、シリンダ内で発生した排気ガスＧは、排気マニホールドから排気通路３に出て、ターボチャージャ６のタービンを駆動した後、排気ガス浄化装置２０を通過して浄化された排気ガスＧｃとなって、図示しない消音器を通って大気中に排出される。また、排気ガスＧの一部はＥＧＲガスＧｅとして、ＥＧＲ通路４のＥＧＲクーラー１０を通過し、ＥＧＲ弁１１でその量を調整されて吸気マニホールドに再循環される。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１を備えたＮＯｘ浄化システム１では、エンジンＥの制御装置３０に組み込まれた触媒再生制御手段により、ＮＯｘ吸蔵推定累積量がＮＯｘ吸蔵飽和量に関係する所定の限界量（判定量）になった時に、再生制御を行って、排気ガスＧを空燃比リッチ状態にして、吸収したＮＯｘを放出させる。この放出されたＮＯｘを貴金属触媒により還元させる。この再生処理により、ＮＯｘ吸蔵能力を回復する。
そして、この第１の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１では、エンジンＥの制御装置３０に組み込まれた再生制御手段により、図３及び図４に例示するような再生制御フローに従って、ＮＯｘ浄化能力を再生するための再生制御が実行される。この図３及び図４の再生制御は、エンジン全般の制御に組み込まれた触媒制御の一部として設けられるものであり、繰返し実行されるものとして示してある。
図３の再生制御が、再生制御開始のチェックの時間間隔（インターバル）毎に通常の運転制御から呼ばれてスタートすると、ステップＳ１０で、排気ガス温度Ｔg 、アクセル開度Ａ、シリンダ内燃料噴射量Ｑ、エンジン回転数（エンジン回転速度）Ｎの少なくとも一つである指標（第１指標、第２指標）の現時点でのデータを取り込み、履歴として保存する。この排気ガス温度Ｔg は、第１温度センサ２７で検出される温度であり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１に流入する排気ガスＧの温度である。この第１指標、第２指標は別々の指標を使用してもよいが、同一の指標を使用すると制御が単純化される。
この指標は、排気ガスの温度Ｔg からＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の触媒温度Ｔc を推定するための指標である。現時点の指標のデータと、この指標の履歴、具体的には、現時点までに保存された時系列データとから、指標の時間的変化率、即ち、指標の変化速度を算出する。なお、指標のうちでも、エンジン回転数Ｎの変化が、触媒温度Ｔc の変化に近い値を示すと考えられるので、指標にこのエンジン回転数Ｎを使用するのが好ましい。
次のステップＳ１１で、再生制御が必要か否かを判定する。この判定方法としては、前回の再生制御から、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１における各時点でのＮＯｘ吸蔵量を推定し、この推定したＮＯｘ吸蔵推定量の累積計算で得られたＮＯｘ吸蔵推定累積量が所定の限界量になった時に、再生制御が必要であると判定する。
なお、この再生制御の開始の判定は、この他にも、ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化率が所定の浄化率よりも低下したか否か、また、再生制御後の通常運転の時間経過が所定のリーン継続時間に到達したか否かなどでも行うことができる。
このステップＳ１１の判定で、再生制御が必要でないと判定された時は、リターンに行き、通常の運転制御に戻る。また、再生制御が必要であると判定された時は、ステップＳ１２に行く。
このステップＳ１２では、所定の設定温度Ｔg0を算出する。この所定の設定温度Ｔg0の算出においては、先ず、現時点の運転状態（例えば、エンジン回転数、負荷）などに対応した基準値Ｔg00 を予め用意したマップデータなどから算出する。次に、ステップＳ１０、又はステップＳ１４で算出した指標（第１指標）の変化率から予め用意した補正用マップデータを参照して補正係数Ｇ0ij を算出し、この補正係数Ｇ0ij を基準値Ｔg00 に乗算して所定の設定温度Ｔg0を算出する。
この補正用マップデータの例を図８〜図１１に示す。図８は、排気ガス温度Ｔg の変化率（単位時間増加量）ΔＴgjと排気ガス温度Ｔgiに対する補正係数Ｇ0ij をマップデータ化したもので、図９は、アクセル開度Ａの変化率（単位時間増加量）ΔＡj と排気ガス温度Ｔgiに対する補正係数Ｇ0ij をマップデータ化したものである。また、図１０は、エンジンＥのトルクを発生させるための燃料流量Ｑの変化率（単位時間増加量）ΔＱj と排気ガス温度Ｔgiに対する補正係数Ｇ0ij をマップデータ化したもので、図１１は、エンジン回転数Ｎの変化率（単位時間加速度）ΔＮj と排気ガス温度Ｔgiに対する補正係数Ｇ0ij をマップデータ化したものである。
この所定の判定温度Ｔg0とは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の活性温度Ｔc1に関係する温度であり、排気ガス温度Ｔg がこの所定の判定温度Ｔg0になった場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の触媒温度が活性温度Ｔc1に到達し、触媒が活性化する温度のことをいう。この所定の判定温度Ｔg0の基準値Ｔg00 は、排気ガス温度Ｔg がこの所定の判定温度Ｔg0０を長時間維持し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の触媒温度Ｔc が安定した場合に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の触媒温度Ｔc が活性温度Ｔc1に到達し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が活性化する温度のことをいい、触媒の種類や、排気ガス温度Ｔg の測定位置からＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１までの間で冷却される量にもよるが、２５０℃〜３５０℃の範囲の温度（例えば、３００℃程度）に設定される。
つまり、触媒温度Ｔc が触媒活性化温度Ｔc1を超えていない場合には、排気ガス中に燃料を供給してもＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１で殆ど消費されないので、吸気系リッチ制御が好ましく、触媒温度Ｔc が触媒活性化温度Ｔc1を超えている場合には、排気ガス中に燃料量を供給する燃料系リッチ制御が好ましい。
しかしながら、触媒温度Ｔc を測定することが難しいため、再生制御においては、排気ガス温度Ｔg を基に制御している。そのため、触媒温度Ｔc に密接に関係する排気ガス温度Ｔg に対応して、所定の判定温度Ｔg0の基準値Ｔg00 を算出し、加速時など排気ガス温度Ｔg が変動する時の排気ガス温度Ｔg と触媒温度Ｔc との差を指標（第１指標）の変化率で推定し、この差に相当する補正係数Ｇ0ij を求めて、基準値Ｔg00 を補正して所定の判定温度Ｔg0を求める。なお、この制御では基準値Ｔg00 に補正係数Ｇ0ij を乗算して所定の判定温度Ｔg0を求めているが、比率に相当する補正係数Ｇ0ij でなく、差分に相当する補正量を用いてもよい。
この所定の判定温度Ｔg0で排気ガス温度Ｔg をチェックすることにより、吸気系リッチ制御と燃料系リッチ制御の選択をより適切なものとすることができる。
次のステップＳ１３では、排気ガス温度Ｔg をチェックする。つまり、排気ガス温度Ｔg がステップＳ１２で算出した所定の設定温度Ｔg0よりも小さいか否かを判定する。この判定で、排気ガス温度Ｔg が所定の設定温度Ｔg0よりも小さい（Ｔg ＜Ｔg0）場合は、ステップＳ２０の吸気系リッチ制御を行う。また、排気ガス温度Ｔg が所定の設定温度Ｔg0以上である（Ｔg ≧Ｔg0）場合は、ステップＳ３０の燃料系リッチ制御を行う。
ステップＳ２０の吸気系リッチ制御では、ＥＧＲ弁１１を開弁するＥＧＲ制御や、排気ブレーキ８、排気スロットル９を閉じる排気絞り制御や、吸気絞り弁７を閉じる吸気絞り制御を行う。これらの制御は目標とする空燃比リッチ状態とエンジンＥの運転状態により、一つ又は幾つかの組み合わせで行われ、排気ガスの空燃比状態を目標の空燃比リッチ状態にする。これらの制御では、燃料を増加することなく、空燃比リッチ状態を実現できるので、燃料量の増加による燃費の悪化を防止できる。
また、ステップＳ３０の燃料系リッチ制御では、シリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射制御やＨＣ供給弁２４から排気管３内に燃料（還元剤）Ｆを直接噴射する制御を行って、還元剤ＦをＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１に供給する。このシリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射制御によっても排気ガスの空燃比をある程度はリッチ状態にすることができる。しかし、エンジンＥのトルクに影響を与えず、また、黒煙の発生を抑制しながらポスト噴射量を増加するには限界があるので、排気管内直接噴射制御が必要となる。
このステップＳ３０の排気管内直接噴射では、図４に示すように、ステップＳ３０ａで、燃料噴射量の上限値Ｑf0を算出する。この上限値Ｑf0の算出は、現時点の運転状態（例えば、エンジン回転数、負荷）などに対応した基準上限値Ｑf00 を予め用意したマップデータなどから算出する。
次に、ステップＳ１０、又はステップＳ１４で算出した指標（第２指標）の変化率から、予め用意した補正用マップデータを参照して補正係数Ｇfij を算出し、この補正係数Ｇfij を基準上限値Ｑf00 に乗算して上限値Ｑf0を算出する。
この上限値Ｑf0は、指標の変化率を考慮して排気ガス温度Ｔg に対応して算出される燃料量であり、リッチ空燃比にした時に、ポスト噴射による再生制御用の燃料噴射量と排気管直接噴射による再生制御用の燃料噴射量との和の上限値、言い換えれば、再生制御用の総燃料噴射量の上限値である。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１で消費可能な再生制御用の総燃料噴射量の最大量が、この上限値Ｑf0となる。
つまり、触媒温度Ｔc に対応して、燃料リッチ制御用において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の再生に消費される燃料量の上限が決まり、これ以上の燃料を排気ガス中に供給しても、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の下流側に流出してしまい、ＨＣスリップ等となる。そのため、無駄な燃料消費を避けるため、燃料リッチ制御における再生制御用の総燃料噴射量に上限を設ける。
しかしながら、触媒温度Ｔc を測定することが難しいため、再生制御においては、排気ガス温度Ｔg を基に制御している。そのため、触媒温度Ｔc に密接に関係する排気ガス温度Ｔg に対応して、再生制御用の総燃料噴射量の上限値Ｑf0を算出し、この上限値Ｑf0を超えないように、再生制御用のポスト噴射量と排気管内直接噴射量を調整するように制御する。
一方、上限値Ｑf0は、排気ガス温度Ｔg のときの現時点での再生制御で消費できる最大の燃料噴射量のことである。この上限値Ｑf0は、指標（第２指標）が変化するような状態では、必ずしも、触媒温度Ｔc が排気ガス温度Ｔg に対応しないので、指標の変化率（ΔＴg ，ΔＡ，ΔＱ，ΔＮ等）を考慮して、基準上限値Ｑf00 を補正係数Ｇfij で補正して求める。この上限値Ｑf0の算出は、ステップＳ１２の所定の判定温度Ｔg0の算出と同様にして行うことができる。なお、基準上限値Ｑf00 は、排気ガス温度Ｔg が長時間継続し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の触媒温度Ｔc が安定した場合に、再生制御で消費できる最大の燃料噴射量のことである。この基準上限値Ｑf00 に補正係数Ｇfij を乗算して上限値Ｑf0を求めているが、差分に相当する補正量を用いてもよい。
図１２に、この上限値Ｑf0が、エンジン回転数Ｎの変化率ΔＮによって変化する様子を示す。横軸は排気ガス温度Ｔg を示し、縦軸は上限値Ｑf0を示し、実線Ａは変化率ΔＮが小の場合を、点線Ｂは変化率ΔＮが大の場合をそれぞれ示す。エンジン回転数Ｎが増加（加速）している時は、排気ガス温度Ｔg の上昇が先行し、触媒温度Ｔc の昇温が遅れるので、エンジン回転数Ｎの変化率ΔＮが大きい程、また、排気ガス温度Ｔg が大きい程、排気ガス温度Ｔg と触媒温度Ｔc との差が大きくなる。そのため、上限値Ｑf0の補正量が多くなり、上限値Ｑf0が低下する。
そして、次のステップＳ３０ｂにおいて、シリンダ内噴射におけるポスト噴射と排気管内直接噴射を行う。このときの再生制御のシリンダ内噴射におけるポスト噴射と排気管内直接噴射の和である再生制御用の総噴射量Ｑｆは、再生時のリッチ深さである空燃比（空気過剰率λ）に関係し、この総噴射量ＱｆはＮＯｘ量、酸素量、排気ガス温度に基づいて、別の計算で求めて決めれる。そして、ポスト噴射量は、エンジンのトルクへの影響や排気ガスの黒煙の悪化の程度などから制限を受ける。この制限量はエンジンの運転状態などによって決まるので、残りの噴射量が排気管内直接噴射量となる。但し、この再生制御用の総燃料噴射量Ｑf は上限値Ｑf0以下となるように制御される。
このステップＳ３０の排気管内直接噴射では、排気管３内に噴射された燃料Ｆは、排気ガスＧの温度が高いのでガス化し易い、そのため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１に流入排気ガス中に均等に分散できる。また、排気管内直接噴射は、シリンダ内燃料噴射のポスト噴射等と異なりオイル希釈の問題を回避できる。
これらのリッチ制御は、それぞれ、所定の時間（再生制御が完了か否かのチェックを行う時間（インターバル）に関係する時間）の間行われ、その後、図３のステップＳ１４を経由して、ステップＳ１０と同様の指標のデータ取り込みと履歴の保存と、指標の変化率の算出を行った後、ステップＳ１５の再生制御の完了か否かの判定に行く。
ステップＳ１５の再生制御の完了か否かの判定は、リッチ制御時間が予め決められた所定のリッチ再生用時間を経過したか否かで判定したり、ＮＯｘ濃度センサを使用できる場合は、ＮＯｘ浄化率が所定の浄化率まで回復したか否かで判定したりして行う。
ステップＳ１５の判定で再生制御が完了していないと判定された場合は、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２〜スッテプＳ１４を繰り返し、ステップＳ１５で再生制御完了の判定が出るまで、ステップＳ２０の吸気系リッチ制御かステップＳ３０の燃料系リッチ制御のいずれかのリッチ制御を繰り返し行う。
ステップＳ１５の判定で再生制御が完了していると判定された場合は、ステップＳ１６に行き、再生制御の終了作業を行い、リターンに行き、通常の運転に戻る。
このステップＳ１６の再生制御の終了作業では、ＥＧＲ弁１１、排気ブレーキ８、排気スロットル９、吸気絞り弁７等を通常の運転状態における弁開度に戻したり、ポスト噴射や排気管内直接噴射を停止したりして、通常の運転状態に戻す。
この図３の制御により、特にステップＳ１３，Ｓ２０，Ｓ３０により、再生制御で、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置（ＮＯｘ浄化触媒装置）２１に流入する排気ガスの温度Ｔg が、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＯｘ浄化触媒）の活性温度に関係する所定の設定温度Ｔg0未満である場合は、ＥＧＲ制御、排気絞り、吸気絞りのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせを行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする吸気系リッチ制御を行い、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１に流入する排気ガスの温度Ｔg が、所定の設定温度Ｔg0以上である場合は、シリンダ内燃料噴射、排気管内直接噴射のいずれか一つ又はシリンダ内燃料噴射に加えて排気管内直接噴射を行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を行うことができる。
また、ステップＳ１０，Ｓ１２，Ｓ１４により、再生制御で、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１に流入する排気ガスの温度Ｔg 、アクセル開度Ａ、シリンダ内燃料噴射量Ｑ、エンジン回転数Ｎの少なくとも一つの指標（第１指標）の履歴、例えば、指標の変化率（変化速度）によって所定の判定温度Tg0 の値を補正することができる。
また、ステップＳ３０により、再生制御で、再生制御用の総燃料噴射量をＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１に流入する排気ガスの温度Ｔg 、アクセル開度Ａ、シリンダ内燃料噴射量Ｑ、エンジン回転数Ｎの少なくとも一つの指標（第２指標）の履歴、例えば、指標の変化率によって算出されて上限値Ｑf0以下とすることができ、これにより、排気ガス中に供給された燃料が消費されずにＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の下流側に流出するのを防止でき、燃費の悪化を防止できる。
次に、第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１Ａの構成を図２に示す。この排気ガス浄化システム１Ａでは、第１の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１の構成に加えて、排気ガス浄化装置２０Ａにおいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の上流側に酸化触媒装置２２を配設して構成される。
この酸化触媒装置２２は、ハニカム状のコーディエライトあるいは耐熱鋼からなる担体の表面に、活性酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の触媒コート層に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属からなる触媒活性成分を担持させて形成する。この酸化触媒装置２２は流入してくる排気ガス中のＨＣ，ＣＯ等の還元剤を酸化して、排気ガスを低酸素状態にすると共に、燃焼熱（酸化反応熱）により排気温度を上げる。
また、排気ガス浄化装置２０Ａにおいて、第１温度センサー２７と第２温度センサー２８に加えて、酸化触媒装置２２とＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の間に第３温度センサー２９を配置する。この第１〜第３温度センサ２７、２８、２９等からの検出値は、制御装置３０に入力される。
そして、この第２の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１Ａでは、エンジンＥの制御装置３０に組み込まれた触媒再生制御手段により、図５〜図７に例示するような再生制御フローに従って、ＮＯｘ浄化能力を再生するための再生制御が実行される。この図４〜図７の再生制御は、エンジン全般の制御に組み込まれた触媒制御の一部として設けられるものであり、繰返し実行されるものとして示してある。
図５の再生制御が、再生制御開始のチェックの時間間隔（インターバル）毎に通常の運転制御から呼ばれてスタートすると、ステップＳ６０で、酸化触媒装置２２に流入する排気ガスの温度である第１の排気ガス温度Ｔga、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１に流入する排気ガスＧの温度である第２の排気ガス温度Ｔgb、アクセル開度Ａ、シリンダ内燃料噴射量Ｑ、エンジン回転数（エンジン回転速度）Ｎの少なくとも一つである指標（第１指標、第２指標、第３指標）の現時点でのデータを取り込み、履歴として保存する。この第１の排気ガス温度Ｔgaは、第１温度センサ２７で検出される温度であり、第２の排気ガス温度Ｔgbは、第３温度センサ２９で検出される温度である。この第１指標、第２指標、第３指標は別々の指標を使用してもよいが、同一の指標を使用すると制御が単純化される。
この指標は、第１の排気ガスの温度Ｔgaと第２の排気ガスの温度Ｔgbとから、酸化触媒装置２２の触媒温度ＴcaとＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の触媒温度Ｔcbとを推定するための指標である。現時点の指標のデータと、この指標の履歴、具体的には、現時点までに保存された時系列データとから、指標の時間的変化率、即ち、指標の変化速度を算出する。なお、指標のうちでも、エンジン回転数Ｎの変化が、触媒温度Ｔca，Ｔcbの変化を正確に示すと考えられるので、指標にこのエンジン回転数Ｎを使用するのが好ましい。また、第１の排気ガスの温度Ｔgaに関係する指標（第１指標）と第２の排気ガスの温度Ｔgbに関係する指標（第２指標）は制御の面からは同じ指標を用いる方が好ましいが、別の指標を用いてもよい。
次のステップＳ６１で、再生制御が必要か否かを判定する。この判定方法としては、前回の再生制御から、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１における各時点でのＮＯｘ吸蔵量を推定し、この推定したＮＯｘ吸蔵推定量の累積計算で得られたＮＯｘ吸蔵推定累積量がＮＯｘ吸蔵の所定の限界量になった時に、再生制御が必要であると判定する。
なお、この再生制御の開始の判定は、この他にも、ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化率が所定の浄化率よりも低下したか否か、また、再生制御後の通常運転の時間経過が所定のリーン継続時間に到達したか否かなどでも行うことができる。
このステップＳ６１の判定で、再生制御が必要でないと判定された時は、リターンに行き、通常の運転制御に戻る。また、再生制御が必要であると判定された時は、ステップＳ６２に行く。
このステップＳ６２では、所定の第１設定温度Ｔg1を算出する。この所定の第１設定温度Ｔg1の算出は、ステップＳ６０、又はステップＳ６６で算出した指標（第１指標）の変化率から予め用意した補正用マップデータを参照して補正係数Ｇ1ij を算出し、この補正係数Ｇ1ij を基準値Ｔg10 に乗算して所定の第１設定温度Ｔg1を算出する。この所定の第１設定温度Ｔg1は第１の実施の形態のステップＳ１２と同様に行われる。
この所定の第１判定温度Ｔg1とは、酸化触媒の活性温度Ｔcaに関係する温度であり、第１の排気ガス温度Ｔgaがこの所定の第１判定温度Ｔg1になった場合には酸化触媒装置２２の触媒温度Ｔcaが活性温度Ｔca1 に到達し、酸化触媒が活性化する温度のことをいう。この所定の第１判定温度Ｔg1の基準値Ｔg10 は、第１の排気ガス温度Ｔgaがこの所定の第１判定温度Ｔg1０を長時間維持し、酸化触媒装置２２の触媒温度が安定した場合に、酸化触媒装置２２の触媒温度Ｔcaが活性温度Ｔca1 に到達し、活性化する温度のことをいい、触媒の種類や、第１の排気ガス温度Ｔgaの測定位置から酸化触媒装置２２までの間で冷却される量にもよるが、２００℃〜３００℃の範囲の温度（例えば、２５０℃程度）に設定される。
つまり、触媒温度Ｔcaが触媒活性化温度Ｔca1 を超えていない場合には、排気ガス中に燃料を供給しても酸化触媒装置２２で殆ど消費されないので、吸気系リッチ制御が好ましい。触媒温度Ｔcaが触媒活性化温度Ｔca1 を超えている場合には、排気ガス中に供給した燃料は酸化触媒装置２２で酸化され排気ガスの昇温に寄与する。
しかしながら、触媒温度Ｔcaを直接測定することが難しいため、再生制御においては、第１の排気ガス温度Ｔgaを基に制御している。そのため、触媒温度Ｔcbに密接に関係する排気ガス温度Ｔgaに対応して、所定の第１判定温度Ｔg1の基準値Ｔg10 を算出し、加速時など第１の排気ガス温度Ｔgaが変動する時の第１の排気ガス温度Ｔgaと触媒温度Ｔcbとの差を指標（第１指標）の変化率で推定し、この差に相当する補正係数Ｇ1ij を求めて、基準値Ｔg10 を補正して所定の第１判定温度Ｔg1を求める。なお、この制御では基準値Ｔg10 に補正係数Ｇ1ij を乗算して所定の第１判定温度Ｔg1を求めているが、差分に相当する補正量を用いてもよい。
この所定の第１判定温度Ｔg1で第１の排気ガス温度Ｔgaをチェックすることにより、吸気系リッチ制御と燃料系リッチ制御の選択をより適切なものとすることができる。
このステップＳ６３では、所定の第２設定温度Ｔg2を算出する。この所定の第２設定温度Ｔg2の算出は、ステップＳ６０、又はステップＳ６６で算出した指標（第２指標）の変化率から予め用意した補正用マップデータを参照して補正係数Ｇ2ij を算出し、この補正係数Ｇ2ij を基準値Ｔg20 に乗算して所定の第２設定温度Ｔg2を算出する。この所定の第２設定温度Ｔg2は第１の実施の形態のステップＳ１２と同様に行われる。
この所定の第２判定温度Ｔg2とは、第２の排気ガス温度Ｔgbがこの所定の第２判定温度Ｔg2になった場合にはＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の触媒温度Ｔcbが活性温度Ｔcb1 に到達し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が活性化する温度のことをいう。この所定の第２判定温度Ｔg2の基準値Ｔg20 は、第２の排気ガス温度Ｔgbがこの所定の第２判定温度Ｔg2０を長時間維持し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の触媒温度Ｔcbが安定した場合に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の触媒温度Ｔbcが活性温度Ｔcb1 に到達し、活性化する温度のことをいい、触媒の種類や、第２の排気ガス温度Ｔgbの測定位置からＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１までの間で冷却される量にもよるが、２５０℃〜３５０℃の範囲の温度（例えば、３００℃程度）に設定される。
つまり、触媒温度Ｔcbが触媒活性化温度Ｔcb1 を超えていない場合には、排気ガス中に燃料を供給してもＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１で殆ど消費されない。
しかしながら、触媒温度Ｔcbを直接測定することが難しいため、再生制御においては、第２の排気ガス温度Ｔgbを基に制御している。そのため、触媒温度Ｔcbに密接に関係する第２の排気ガス温度Ｔgbに対応して、所定の第２判定温度Ｔg2の基準値Ｔg20 を算出し、加速時など第２の排気ガス温度Ｔgbが変動する時の第２の排気ガス温度Ｔgbと触媒温度Ｔcbとの差を指標（第２指標）の変化率で推定し、この差に相当する補正係数Ｇ2ij を求めて、基準値Ｔg20 を補正して所定の第２判定温度Ｔg2を求める。なお、この制御では基準値Ｔg20 に補正係数Ｇ2ij を乗算して所定の第２判定温度Ｔg2を求めているが、差分に相当する補正量を用いてもよい。
この所定の第２判定温度Ｔg2で第２の排気ガス温度Ｔgbをチェックすることにより、吸気系リッチ制御と燃料系リッチ制御の選択をより適切なものとすることができる。
次のステップＳ６４では、第１の排気ガス温度Ｔgaをチェックする。つまり、第１の排気ガス温度ＴgaがステップＳ６２で算出した所定の第１設定温度Ｔg1よりも小さいか否かを判定する。この判定で、第１の排気ガス温度Ｔgaが所定の第１設定温度Ｔg1よりも小さい（Ｔbg＜Ｔg1）場合は、ステップＳ２０の吸気系リッチ制御を行う。また、第１の排気ガス温度Ｔgaが所定の第１設定温度Ｔg1以上である（Ｔga≧Ｔg0）場合は、ステップＳ６５に行く。
ステップＳ２０の吸気系リッチ制御は、第１の実施の形態のステップＳ２０の吸気系リッチ制御と同様に行われる。
ステップＳ６５では、第２の排気ガス温度Ｔgbをチェックする。つまり、第２の排気ガス温度ＴgbがステップＳ６３で算出した所定の第２設定温度Ｔg2よりも小さいか否かを判定する。この判定で、第２の排気ガス温度Ｔgbが所定の第２設定温度Ｔg2よりも小さい（Ｔgb＜Ｔg2）場合は、ステップＳ４０の吸気系リッチ制御と燃料系リッチ制御を併用したリッチ制御を行い、第２の排気ガス温度Ｔgbが所定の第２設定温度Ｔg2以上である（Ｔgb≧Ｔg2）場合は、ステップＳ５０の燃料系リッチ制御を行う。
ステップＳ４０の吸気系リッチ制御と燃料系リッチ制御を併用したリッチ制御では、図６に示すように、ステップＳ２０と同様な吸気系リッチ制御と、第１の実施例のステップＳ３０と同様な燃料系リッチ制御が行われる。但し、このステップＳ４０の燃料系リッチ制御では、再生制御用の総燃料噴射量Ｑf1は、ステップＳ４０ａで算出する第１の上限値Ｑf10 以下となるように制御される。
この第１の上限値Ｑf10 は、制御時点での酸化触媒装置２２で消費できる最大の燃料量であり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１で消費される燃料量は含まない。また、この燃料噴射量の第１の上限値Ｑf10 の算出では、第１の実施の形態と略同様にして、ステップＳ４０ａで算出されるが、第１の実施の形態のステップＳ３０ａの排気ガス温度Ｔg 、触媒温度Ｔc 、上限値Ｑf0は、第１の排気ガスの温度Ｔga、酸化触媒装置２２の触媒温度Ｔca、第１の上限値Ｑf10 等に置き換わる。
また、ステップＳ５０の燃料系リッチ制御では、第１の実施例のステップＳ３０の燃料系リッチ制御と同様に、吸気系リッチ制御は行わず、シリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射制御やＨＣ供給弁２４から排気管３内に燃料（還元剤）Ｆを直接噴射する制御を行って、燃料ＦをＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１に供給する。
この燃料系リッチ制御では、図７に示すように、再生制御用の総燃料噴射量Ｑf3は第３の上限値Ｑf30 以下となるように制御される。この第３の上限値Ｑf30 は制御時点での酸化触媒装置２２で消費できる燃料量の第１の上限値Ｑf10 と、制御時点でのＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１で消費できる燃料量の第２の上限値Ｑf20 との和である。この第１の上限値Ｑf10 はステップＳ４０の第１の上限値Ｑf10 と同じであり、ステップＳ５０ａでステップＳ４０ａと同様にして算出される。
そして、第２の燃料噴射量の上限値Ｑf20 の算出は、ステップＳ５０ｂで算出されるが、第１の実施の形態のステップＳ３０ａの排気ガス温度Ｔg 、触媒温度Ｔc 、上限値Ｑf0は、第２の排気ガスの温度Ｔgb、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の触媒温度Ｔcb、第２の上限値Ｑf20 等に置き換わる。
これらのステップＳ２０，Ｓ４０，Ｓ５０のリッチ制御は、それぞれ、所定の時間（再生制御が完了か否かのチェックを行う時間（インターバル）に関係する時間）の間行われ、その後ステップＳ６６を経由して、ステップＳ６０と同様の指標のデータ取り込みと履歴の保存と、指標の変化率の算出を行った後、ステップＳ６７の再生制御の完了か否かの判定に行く。
ステップＳ６７の再生制御の完了か否かの判定は、リッチ制御時間が予め決められた所定のリッチ再生時間を経過したか否かで判定したり、ＮＯｘ濃度センサを使用できる場合は、ＮＯｘ浄化率が所定の浄化率まで回復したか否かで判定したりして行う。
ステップＳ６７の判定で再生制御が完了していないと判定された場合は、ステップＳ６２に戻り、ステップＳ６２〜スッテプＳ６６を繰り返し、ステップＳ６７で再生制御完了の判定が出るまで、ステップＳ２０の吸気系リッチ制御かステップＳ４０の吸気系リッチ制御と燃料系リッチ制御の併用制御か、ステップＳ５０の燃料系リッチ制御かのいずれかのリッチ制御を繰り返し行う。
ステップＳ６７の判定で再生制御が完了していると判定された場合は、ステップＳ６８に行き、再生制御の終了作業を行い、リターンに行き、通常の運転に戻る。
このステップＳ６８の再生制御の終了作業では、ＥＧＲ弁１１、排気ブレーキ８、排気スロットル９、吸気絞り弁７等を通常の運転状態における弁開度に戻したり、ポスト噴射や排気管内直接噴射を停止したりして、通常の運転状態に戻す。
この図５の制御により、特にステップＳ６１，Ｓ２０により、再生制御で、酸化触媒装置２２に流入する排気ガスの温度である第１の排気ガス温度Ｔgaが、酸化触媒の活性温度Ｔc1に関係する所定の第１設定温度Ｔg1未満である場合は、ＥＧＲ制御、排気絞り、吸気絞りのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせを行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする吸気系リッチ制御を行うことができる。
また、特にステップＳ６１，Ｓ６2 ，Ｓ4 ０により、酸化触媒装置２２に流入する排気ガスの温度である第１の排気ガス温度Ｔgaが、酸化触媒の活性温度Ｔc1に関係する所定の第１設定温度Ｔg1以上で、かつ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置（ＮＯｘ浄化触媒装置）２１に流入する排気ガスの温度である第２の排気ガス温度Ｔgbが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＯｘ浄化触媒）の活性温度Tc2 に関係する所定の第２設定温度Ｔg2未満である場合は、吸気系リッチ制御とシリンダ内燃料噴射、排気管内直接噴射のいずれか一つ又はシリンダ内燃料噴射に加えて排気管内直接噴射を行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を併用した制御を行うことができる。
更に、特にステップＳ６2 ，Ｓ５０により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置（ＮＯｘ浄化触媒装置）２１に流入する排気ガスの温度である第２の排気ガス温度Ｔgbが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＯｘ浄化触媒）の活性温度Tc2 に関係する所定の第２設定温度Ｔg2以上である場合は、シリンダ内燃料噴射、排気管内直接噴射のいずれか一つ又はシリンダ内燃料噴射に加えて排気管内直接噴射を行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を行うことができる。
また、ステップＳ6 ０，Ｓ６２，Ｓ６３により、再生制御で、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１に流入する排気ガスの温度Ｔga，Ｔgb、アクセル開度Ａ、シリンダ内燃料噴射量Ｑ、エンジン回転数Ｎの少なくとも一つの指標（第１指標、第２指標）の履歴、例えば、指標の変化率（変化速度）によって所定の判定温度Ｔg1，Ｔg2の値を補正することができる。
また、ステップＳ５０により、再生制御で、再生制御用の総燃料噴射量Ｑf3を、酸化触媒装置２２に流入する排気ガスの温度である第１排気ガス温度Ｔga、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１に流入する排気ガスの温度である第２排気ガス温度Ｔgb、アクセル開度Ａ、シリンダ内燃料噴射量Ｑ、エンジン回転数Ｎの少なくとも一つの指標（第３指標）の履歴、例えば、指標の変化率によって算出されて上限値Ｑf30 以下とすることができ、これにより、排気ガス中に供給された燃料が消費されずにＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置２１の下流側に流出するのを防止でき、燃費の悪化を防止できる。
上記の排気ガス浄化システムの再生制御方法及び排気ガス浄化システム１，１Ａによれば、低温・低負荷から急加速した場合で、触媒温度Ｔc ，Ｔca，Ｔcbの上昇が遅れてしまう場合などの排気ガス温度Ｔg ，Ｔga，Ｔgbと触媒温度Ｔc ，Ｔca，Ｔcbの間に差がある場合でも、吸気系リッチ制御及び燃料系リッチ制御のいずれを使用するかを適切に判断して、黒煙の発生や排気ガス浄化装置２０，２０Ａの下流側へのＨＣ，ＣＯの流出を抑えつつ、ＮＯｘ浄化触媒装置２１の再生を効率よく行うことができる。
本発明に係る第１の実施の形態のＮＯｘ浄化システムの全体構成を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態のＮＯｘ浄化システムの全体構成を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態のＮＯｘ浄化システムの再生制御フローの一例を示す図である。 図３の制御フローの一部である燃料系リッチ制御の制御フローを示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態のＮＯｘ浄化システムの再生制御フローの一例を示す図である。 図５の制御フローの一部である吸気系リッチ制御と燃料リッチ制御を併用したリッチ制御の制御フローを示す図である。 図５の制御フローの一部である燃料系リッチ制御の制御フローを示す図である。 排気ガス温度の変化率（単位時間増加量）と排気ガス温度に対する補正係数のマップデータを模式的に示す図である。 アクセル開度の変化率（単位時間増加量）と排気ガス温度に対する補正係数のマップデータを模式的に示す図である。 燃料流量の変化率（単位時間増加量）と排気ガス温度に対する補正係数のマップデータを模式的に示す図である。 エンジン回転数の変化率（単位時間加速度）と排気ガス温度に対する補正係数のマップデータを模式的に示す図である。 燃料系リッチ制御における再生制御用の燃料量の上限値が、エンジン回転数の変化率によって変化する様子を示す図である。
符号の説明
Ｅ エンジン（内燃機関）
１，１Ａ 排気ガス浄化システム
３ 排気通路
７ 吸気スロットル（吸気絞り弁）
８ 排気ブレーキ（排気絞り弁）
９ 排気スロットル（排気絞り弁）
１１ ＥＧＲ弁
２０，２０Ａ 排気ガス浄化装置
２１ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＯｘ浄化触媒装置）
２２ 酸化触媒
２４ ＨＣ供給弁
Ｇ 排気ガス
Ｇｃ 浄化された排気ガス
Ｇ0ij ，Ｇ1ij ，Ｇ2ij ，Ｇfij ，Ｇf1ij，Ｇf2ij 補正係数
Ｑf0，Ｑf1，Ｑf2 上限値
Ｑf00 ，Ｑf10 ，Ｑf20 基準上限値
Ｔc ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置の触媒温度
Ｔca 酸化触媒装置の触媒温度
Ｔcb ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度
Ｔc1 酸化触媒の活性化温度
Ｔc2 ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の活性化温度
Ｔg 排気ガス温度
Ｔga 第１の排気ガス温度
Ｔgb 第２の排気ガス温度
Ｔg0 所定の判定温度
Ｔg1 所定の第１判定温度
Ｔg2 所定の第２判定温度
Ｔg00 ，Ｔg10 ，Ｔg20 基準値
ΔＡj アクセル開度の変化率
ΔＮj エンジン回転数の変化率
ΔＴgj 排気ガス温度の変化率
ΔＱj 燃料流量の変化率

Claims (14)

  1. 内燃機関の排気通路にＮＯｘ浄化触媒装置を配置すると共に、該ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するために前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする再生制御を行う触媒再生制御装置を備え、
    前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御の際に、シリンダ内燃料噴射、排気管内直接噴射のいずれか一つ又はシリンダ内燃料噴射に加えて排気管内直接噴射を行って、前記ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するための還元剤を排気ガス中に供給して、排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、
    前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度に対応して排気ガス中へ供給する還元剤の供給量の上限値を算出するためのマップデータを備え、
    前記排気ガスの温度によって前記マップデータから前記上限値を算出すると共に、該上限値を還元剤の供給量の上限にして前記燃料系リッチ制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システムの再生制御方法。
  2. 前記上限値を、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度、アクセル開度、シリンダ内燃料噴射量、エンジン回転数の少なくとも一つの指標の履歴に従って補正して、該補正後の上限値を還元剤の供給量の上限にして前記燃料系リッチ制御を行うことを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システムの再生制御方法。
  3. 前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御において、前記指標の変化の速度に対応させて、前記上限値に対する補正量を決定することを特徴とする請求項２記載の排気ガス浄化システムの再生制御方法。
  4. 内燃機関の排気通路にＮＯｘ浄化触媒装置を配置すると共に、該ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するために前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする再生制御を行う触媒再生制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
    前記再生制御で、
    前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ浄化触媒の活性温度に関係する所定の設定温度未満である場合は、ＥＧＲ制御、排気絞り、吸気絞りのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせを行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする吸気系リッチ制御を行い、
    前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、前記所定の設定温度以上である場合は、シリンダ内燃料噴射、排気管内直接噴射のいずれか一つ又はシリンダ内燃料噴射に加えて排気管内直接噴射を行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システムの再生制御方法。
  5. 前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御において、前記所定の設定温度の基準値を、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度、アクセル開度、シリンダ内燃料噴射量、エンジン回転数の少なくとも一つの指標の履歴に従って補正することにより、前記所定の判定温度の値を算出することを特徴とする請求項４記載の排気ガス浄化システムの再生制御方法。
  6. 内燃機関の排気通路に上流側から酸化触媒装置とＮＯｘ浄化触媒装置とを配置すると共に、該ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するために前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする再生制御を行う触媒再生制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
    前記再生制御で、
    前記酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、酸化触媒の活性温度に関係する所定の第１設定温度未満である場合は、ＥＧＲ制御、排気絞り、吸気絞りのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせを行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする吸気系リッチ制御を行い、
    前記酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、前記所定の第１設定温度以上で、かつ、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ浄化触媒の活性温度に関係する所定の第２設定温度未満である場合は、前記吸気系リッチ制御に加えて、少なくとも排気管内直接噴射を行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を行い、
    前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、前記所定の第２設定温度以上である場合は、前記吸気系リッチ制御を行わずに、前記燃料系リッチ制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システムの再生制御方法。
  7. 前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御において、前記所定の第１設定温度の基準値を、前記酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度、アクセル開度、シリンダ内燃料噴射量、エンジン回転数の少なくとも一つの指標の履歴に従って補正することにより、前記所定の第１判定温度の値を算出することを特徴とする請求項６記載の排気ガス浄化システムの再生制御方法。
  8. 内燃機関の排気通路にＮＯｘ浄化触媒装置と、該ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサを配置すると共に、該ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するために前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする再生制御を行う触媒再生制御装置を備え、
    該触媒再生制御装置が、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御の際に、シリンダ内燃料噴射、排気管内直接噴射のいずれか一つ又はシリンダ内燃料噴射に加えて排気管内直接噴射を行って、前記ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するための還元剤を排気ガス中に供給して、排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を行う排気ガス浄化システムであって、
    前記触媒再生制御装置が、
    前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度に対応して排気ガス中へ供給する還元剤の供給量の上限値を算出するためのマップデータを備え、
    前記排気ガスの温度によって前記マップデータから前記上限値を算出すると共に、該上限値を還元剤の供給量の上限にして前記燃料系リッチ制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。
  9. 前記触媒再生制御装置が、前記上限値を、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度、アクセル開度、シリンダ内燃料噴射量、エンジン回転数の少なくとも一つの指標の履歴に従って補正して、該補正後の上限値を還元剤の供給量の上限にして前記燃料系リッチ制御を行うことを特徴とする請求項８記載の排気ガス浄化システム。
  10. 前記触媒再生制御装置が、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御において、前記触媒再生制御装置が、前記指標の変化の速度に対応させて、前記上限値に対する補正量を決定することを特徴とする請求項９項記載の排気ガス浄化システム。
  11. 内燃機関の排気通路にＮＯｘ浄化触媒装置と、該ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサを配置すると共に、該ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するために前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする再生制御を行う触媒再生制御装置を備えた排気ガス浄化システムであって、
    前記触媒再生制御装置が前記再生制御において、
    前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ浄化触媒の活性温度に関係する所定の設定温度未満である場合は、ＥＧＲ制御、排気絞り、吸気絞りのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせを行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする吸気系リッチ制御を行い、
    前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、前記所定の設定温度以上である場合は、シリンダ内燃料噴射、排気管内直接噴射のいずれか一つ又はシリンダ内燃料噴射に加えて排気管内直接噴射を行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。
  12. 前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御において、前記触媒再生制御装置が、前記所定の判定温度の基準値を、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度、アクセル開度、シリンダ内燃料噴射量、エンジン回転数の少なくとも一つの指標の履歴に従って補正することにより、前記所定の判定温度の値を算出することを特徴とする請求項１１記載の排気ガス浄化システム。
  13. 内燃機関の排気通路に上流側から酸化触媒装置とＮＯｘ浄化触媒装置と前記酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサと前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサとを配置すると共に、該ＮＯｘ浄化触媒装置のＮＯｘ浄化能力を回復するために前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする再生制御を行う触媒再生制御装置を備えた排気ガス浄化システムであって、 前記触媒再生制御装置が前記再生制御において、
    前記酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、酸化触媒の活性温度に関係する所定の第１設定温度未満である場合は、ＥＧＲ制御、排気絞り、吸気絞りのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせを行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする吸気系リッチ制御を行い、
    前記酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、酸化触媒の活性温度に関係する所定の第１設定温度以上で、かつ、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、ＮＯｘ浄化触媒の活性温度に関係する所定の第２設定温度未満である場合は、前記吸気系リッチ制御に加えて、少なくとも排気管内直接噴射を行って排気ガスの空燃比をリッチ状態とする燃料系リッチ制御を行い、
    前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの温度が、前記所定の第２設定温度以上である場合は、前記吸気系リッチ制御を行わずに、前記燃料系リッチ制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。
  14. 前記ＮＯｘ浄化触媒装置の再生制御において、前記触媒再生制御装置が、前記所定の第１判定温度の基準値を、前記酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度、アクセル開度、シリンダ内燃料噴射量、エンジン回転数の少なくとも一つの指標の履歴に従って補正することにより、前記所定の第１判定温度の値を算出することを特徴とする請求項１３記載の排気ガス浄化システム。
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