JP2015187403A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費悪化を抑制しながら触媒に吸蔵した所定成分を適切に放出させる。【解決手段】内燃機関１の排気通路１６の上流側から順に第一触媒３１及び第二触媒３３を備える。第一触媒３１及び第二触媒３３は、排気中の所定成分を酸化雰囲気下で吸蔵して還元雰囲気下で放出する性質を持つ。また、第一触媒３１に吸蔵した所定成分の吸蔵状況に基づき、還元剤を供給して第一触媒３１から所定成分を放出させる第一パージ制御を実施し、第一パージ制御を実施するときの第二触媒３３に吸蔵した所定成分の吸蔵状況に基づき、還元剤を供給して第二触媒３３から所定成分を放出させる第二パージ制御を第一パージ制御と同時連続的に実施する制御手段４０を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関（以下、エンジンという）の排気通路に設けられ、排気中の所定成分を酸化雰囲気下で吸蔵し還元雰囲気下で放出する触媒を備えた排気浄化装置に関する。

エンジンから排出される排気には、一酸化窒素（NO），二酸化窒素（NO₂）を含む窒素酸化物（以下、NOxという）や硫黄成分など（以下、これらを総称して所定成分ともいう）が含有されており、エンジンの排気通路にはこのような所定成分のうちのNOxを浄化するための排気浄化触媒として、ＮＯｘトラップ触媒（吸蔵還元触媒）が介装されたものがある。ＮＯｘトラップ触媒は、酸素濃度が比較的高いリーン雰囲気下で排気中のNOxを硝酸塩として吸蔵するとともに、酸素濃度が比較的低いリッチ雰囲気下で吸蔵したNOxを放出して窒素（N₂）に還元するものである。

ＮＯｘトラップ触媒を備えた排気浄化装置は、ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたNOxの量が多くなると、NOxを還元するための還元剤を添加して排気をリッチ雰囲気とし、ＮＯｘトラップ触媒からNOxを放出させてN₂に還元するＮＯｘパージ制御を実施する。また、エンジンの排気通路には、ＮＯｘトラップ触媒のほかに、排気中の成分に対する酸化能を持った酸化触媒や、排気中の粒子状物質を捕集するためのフィルタが介装されることもある。例えば特許文献１では、排気上流側から酸化触媒，フィルタ，二つのＮＯｘトラップ触媒，酸化触媒の順に配置されている。また、特許文献２では、排気上流側からＮＯｘトラップ触媒，フィルタ，ＮＯｘトラップ触媒の順に配置されている。

ところで、ＮＯｘトラップ触媒は、排気中の硫黄成分を吸蔵する性質を有することが知られている。ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵された硫黄成分は、硝酸塩よりも化学的安定性が高くＮＯｘパージ制御では僅かな量しか放出されないため、ＮＯｘトラップ触媒に残留する硫黄成分は徐々に増加して、ＮＯｘトラップ触媒の本来の機能であるNOxを吸蔵するという能力（性能）を低下させる。そのため、ＮＯｘパージ制御のときよりもＮＯｘトラップ触媒を昇温し、ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵された硫黄成分を放出するＳパージ制御を定期的に実施して、ＮＯｘトラップ触媒の機能を確保することが行われている。

特開２０１３−５３５８３号公報 特許第３８１２３０２号公報

上記のＮＯｘパージ制御やＳパージ制御では、追加燃料を噴射するなどして排気温度を高めてＮＯｘトラップ触媒を昇温しなければならないため、これらのパージ制御の頻度によっては燃費悪化が懸念される。特に、上記の特許文献１，２のように、排気通路にＮＯｘトラップ触媒が二つ配置された排気浄化装置の場合、それぞれのＮＯｘトラップ触媒に対してパージ制御を行う必要性があるため、パージ制御による燃費悪化をもたらす可能性がある。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、燃費悪化を抑制しながら触媒に吸蔵した所定成分を適切に放出させることができるようにした、内燃機関の排気浄化装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示する内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の所定成分を酸化雰囲気下で吸蔵して還元雰囲気下で放出する第一触媒と、前記第一触媒の排気流れ方向下流側の前記排気通路に設けられ、排気中の前記所定成分を酸化雰囲気下で吸蔵して還元雰囲気下で放出する第二触媒と、を備える。
また、前記排気浄化装置は、前記第一触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵状況に基づき、還元剤を供給して前記第一触媒から前記所定成分を放出させる第一パージ制御を実施し、前記第一パージ制御を実施するときの前記第二触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵状況に基づき、前記還元剤を供給して前記第二触媒から前記所定成分を放出させる第二パージ制御を前記第一パージ制御と同時連続的に実施する制御手段を備える。すなわち、前記制御手段は、前記第一パージ制御を実施するときに限り、前記第一パージ制御と共に前記第二パージ制御を実施する。

（２）前記制御手段は、前記第一触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵量が所定の第一閾値以上のときに前記第一パージ制御を実施し、前記第一パージ制御を実施するときの前記第二触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵量が前記第一閾値よりも小さい第二閾値以上のときに前記第二パージ制御を実施することが好ましい。

（３）前記排気浄化装置は、前記第一触媒と前記第二触媒との間の前記排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えることが好ましい。また、前記所定成分は、排気中に含まれる硫黄成分であることが好ましい。これらの場合、前記制御手段は、前記フィルタに捕集された粒子状物質の量に基づいて前記フィルタから粒子状物質を除去する再生制御と前記第一パージ制御とを共に実施する場合は、前記再生制御を終了した後に前記第一パージ制御を実施することが好ましい。すなわち、前記第一パージ制御及び前記第二パージ制御は何れも、いわゆるＳパージ制御である。

（４）前記制御手段は、前記第一触媒に吸蔵した硫黄成分の吸蔵量と前記第二触媒に吸蔵した硫黄成分の吸蔵量とに応じて、前記再生制御の実施時間を変更することが好ましい。
（５）前記所定成分は、排気中に含まれる硫黄成分であることが好ましく、この場合、前記制御手段は、前記第一パージ制御（すなわち第一Ｓパージ制御）を実施する場合、吸気流量を減少させることで排気温度を上昇させる排気温度上昇制御を前記第一パージ制御の開始前に開始し、少なくとも前記第一パージ制御の実施中は前記排気温度上昇制御を実施することが好ましい。

開示の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気下流側に配置される第二触媒のパージ制御（第二パージ制御）は、排気上流側に配置される第一触媒に対するパージ制御（第一パージ制御）が実施されるときの第二触媒に吸蔵した所定成分の吸蔵状況に基づいて実施される。すなわち、第二パージ制御は単独では実施されず、第一パージ制御と同時連続的に実施されるため、燃費悪化を抑制しながら所定成分を適切に放出することができる。

第一実施形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の模式的な全体構成図である。 図１の排気浄化装置の負荷とＮＯｘ浄化性能との関係を示したグラフである。 図１の排気浄化装置の上流ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵する硫黄成分の量及び下流ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵する硫黄成分の量の変化を模式的に示したグラフである。 図１の排気浄化装置で実施される制御手順を例示するメインフローチャートである。 図４のサブフローチャート（Ｓパージ制御のフローチャート）である。 Ｓパージ制御時の上流ＮＯｘトラップ触媒，下流ＮＯｘトラップ触媒の温度変化と制御内容とを示すグラフであり、（ａ）は上流Ｓパージ制御のみ実施される場合、（ｂ）は上流Ｓパージ制御及び下流Ｓパージ制御が実施される場合であって下流Ｓパージ制御が先に終了する場合、（ｃ）は上流Ｓパージ制御及び下流Ｓパージ制御が実施される場合であって上流Ｓパージ制御が先に終了する場合である。 第二実施形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の模式的な全体構成図である。

以下、図面により実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
［１．第一実施形態］
［１−１．装置構成］
本実施形態の排気浄化装置は、車両に搭載されたディーゼルエンジン（内燃機関）１に適用される。図１には、エンジン１に設けられる複数のシリンダ２のうちの一つを示すが、他のシリンダ２も同様の構成である。エンジン１のシリンダ２内には、頂面にキャビティが形成されたピストン３が設けられ、シリンダ２内を上下方向に往復摺動する。

シリンダ２上部のシリンダヘッドには、燃料噴射用の筒内噴射弁（インジェクタ）４が設けられる。筒内噴射弁４は、その先端部がシリンダ２の筒内空間に突出して設けられ、シリンダ２内に直接燃料を噴射する。筒内噴射弁４の基端部には燃料配管が接続され、この燃料配管から加圧された燃料が筒内噴射弁４に供給される。筒内噴射弁４からの燃料噴射量及びその噴射タイミングは、後述のエンジン制御装置４０で制御される。

シリンダヘッドには、シリンダ２の筒内空間と連通する吸気ポート５及び排気ポート６が設けられ、これらの各ポート５，６を開閉するための吸気弁７及び排気弁８が設けられる。吸気ポート５の上流側にはインテークマニホールド９（以下、インマニ９という）が設けられ、インマニ９には吸気ポート５側へと流れる空気を一時的に溜めるためのサージタンク１０が設けられる。インマニ９の上流端には、電子制御式のスロットルバルブ１１を内蔵したスロットルボディ（図示略）が接続され、このスロットルバルブ１１の開度（スロットル開度）に応じてインマニ９側へと流通する空気量が調節される。なお、スロットル開度は、エンジン制御装置４０で制御される。スロットルボディの上流側には吸気通路１２が接続される。吸気通路１２の最上流にはエアフィルタ１３が設けられ、エアフィルタ１３で濾過された新気が吸気通路１２に導入される。

一方、排気ポート６よりも排気下流側には、複数のシリンダ２から合流するように形成されたエキゾーストマニホールド１５（以下、エキマニ１５という）が設けられ、エキマニ１５の下流側には排気通路１６が接続される。また、このエンジン１の吸排気系には、排気圧を利用してシリンダ２内に吸気を過給するターボチャージャ（過給機）１７が設けられる。ターボチャージャ１７は、吸気通路１２と排気通路１６との両方にまたがって介装された過給機である。ターボチャージャ１７は、排気通路１６内の排気圧で排気通路１６上のタービンを回転させ、その回転力を利用して吸気通路１２上のコンプレッサを駆動することにより、吸気通路１２側の吸気を圧縮してエンジン１への過給を行う。なお、吸気通路１２におけるコンプレッサよりも吸気流の下流側にはインタクーラ１４が設けられ、圧縮された空気が冷却される。

本実施形態に係るエンジン１には、排気通路１６を流通する排気を吸気通路１２へ還流させるＥＧＲ通路１８（排気再循環通路や還流通路ともいう）が設けられる。ＥＧＲ通路１８は、ターボチャージャ１７のタービンよりも上流側の排気通路１６とコンプレッサよりも下流側の吸気通路１２とを連通し、いわゆる高圧ＥＧＲ通路を構成する。ＥＧＲ通路１８と吸気通路１２との接続部には、ＥＧＲ弁１９が内蔵され、ＥＧＲ通路１８を流通する還流ガス量がＥＧＲ弁１９の開度に応じて調節される。ＥＧＲ弁１９の開度は、エンジン制御装置４０によって制御される。なお、ＥＧＲ通路１８には、還流ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２０が設けられる。

排気通路１６のタービンの下流側には、排気浄化装置３０として、排気流れ方向の上流側から順に上流ＮＯｘトラップ触媒（第一触媒）３１，フィルタ３２，下流ＮＯｘトラップ触媒（第二触媒）３３が介装される。排気通路１６を流通する排気は、排気浄化装置３０において浄化された後、車外へと排出される。なお、排気浄化装置３０には、後述するエンジン制御装置４０が含まれる。

上流ＮＯｘトラップ触媒３１及び下流ＮＯｘトラップ触媒３３は、何れも酸化雰囲気下（排気空燃比が理論空燃比よりもリーンな状態）で排気中のNOx（所定成分）を硝酸塩として担体上に吸蔵し、還元雰囲気下（排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな状態）で吸蔵したNOxを放出してN₂に還元する機能を有する。これらの機能に対応して、上流ＮＯｘトラップ触媒３１及び下流ＮＯｘトラップ触媒３３には、NOxの吸蔵機能を担う吸蔵材と、還元機能を担う貴金属元素等とがそれぞれ担持される。

ここでは、上流ＮＯｘトラップ触媒３１及び下流ＮＯｘトラップ触媒３３の構成成分（吸蔵材や貴金属元素等の種類及び量）は同一であるものとし、これらを特に区別しない場合はＮＯｘトラップ触媒３１，３３と表す。なお、図１では下流ＮＯｘトラップ触媒３３の方が上流ＮＯｘトラップ触媒３１よりも容量が大きい場合を例示しているが、ＮＯｘトラップ触媒３１，３３が同一容量であってもよい。これらＮＯｘトラップ触媒３１，３３は、ある温度域で優れたＮＯｘ浄化性能を持つ（ある温度域にＮＯｘ浄化性能のピークを有する）という性質がある。言い換えると、ＮＯｘ浄化性能は常に一定ではなく、ＮＯｘトラップ触媒３１，３３の温度に応じて変化するものであり、ある温度域で最も高いＮＯｘ浄化性能を発揮する。

上流ＮＯｘトラップ触媒３１，下流ＮＯｘトラップ触媒３３は、容量に応じて吸蔵しうるNOxの量（最大量）がそれぞれ決まっている。上流ＮＯｘトラップ触媒３１及び下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵した各NOxの量がそれぞれ最大量（飽和状態）に近づくと、エンジン制御装置４０により上流ＮＯｘトラップ触媒３１又は下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵したNOxを放出してN₂に還元する制御（以下、これをＮＯｘパージ制御という）が実施される。

また、これらＮＯｘトラップ触媒３１，３３には、排気中の硫黄成分（所定成分、単にＳとも表す）が吸蔵しうる性質がある。ＮＯｘトラップ触媒３１，３３に吸蔵してしまった硫黄成分は、上記のＮＯｘパージ制御では僅かな量しか放出されないため、ＮＯｘトラップ触媒３１,３３は徐々に増加する硫黄成分によって本来の機能であるNOxを吸蔵するという能力（性能）が低下する。これはＳ被毒と呼ばれ、ＮＯｘトラップ触媒３１，３３のＳ被毒を解消すべく、エンジン制御装置４０によってこの硫黄成分をＮＯｘトラップ触媒３１，３３から放出させる制御（以下、これをＳパージ制御という）が上記のＮＯｘパージ制御とは別で実施される。なお、以下の説明において、ＮＯｘトラップ触媒３１，３３に吸蔵している硫黄成分の量（吸蔵量）を吸蔵Ｓ量という。

フィルタ３２は、排気中の粒子状物質（Particulate Matter、以下、PMという）を捕集する多孔質フィルタであり、熱容量が比較的大きい。フィルタ３２の内部は、多孔質の壁体によって排気の流通方向に沿って複数に分割されている。この壁体には、PMの微粒子に見合った大きさの多数の細孔が形成され、排気が壁体の近傍や内部を通過する際に壁体内，壁体表面にPMが捕集される。フィルタ３２では、捕集されたPMが連続的に酸化される連続再生と、エンジン制御装置４０によってPMが強制的に燃焼されてフィルタ３２を再生する再生制御とが実施される。

排気浄化装置３０は、排気通路１６に上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３とがフィルタ３２を挟んで配置されているため、上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３とでは温度状態が異なる。これは、排気通路１６の上流ほど排気温度が高いため、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の方が下流ＮＯｘトラップ触媒３３よりも排気熱によって昇温されやすいからである。高温の排気は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１を通過することで熱が奪われて温度低下し、さらに熱容量の大きなフィルタ３２を通過することで温度低下した後、下流ＮＯｘトラップ触媒３３を通過する。そのため、下流ＮＯｘトラップ触媒３３は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１よりも昇温されにくく、上流ＮＯｘトラップ触媒３１よりも温度が低い状態となる。なお、排気温度はエンジン１の運転状態（エンジン負荷）に応じて変化し、高負荷ほど排気温度は高くなる傾向がある。

上記のように、ＮＯｘトラップ触媒３１，３３は、ある温度域にＮＯｘ浄化性能のピークを有するため、上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３とを温度帯の異なる場所に配置することで、上流ＮＯｘトラップ触媒３１が高いＮＯｘ浄化性能を発揮する運転状態と、下流ＮＯｘトラップ触媒３３が高いＮＯｘ浄化性能を発揮する運転状態とを相違させることができる。これにより、システム全体のＮＯｘ浄化性能を高めることが可能となる。これについて、図２を用いて説明する。図２中の破線及び一点鎖線は、それぞれ上流ＮＯｘトラップ触媒３１，下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘ浄化性能を示し、実線はシステム全体のＮＯｘ浄化性能を示す。横軸のエンジン負荷は、上記したように排気温度と正の相関関係を有し、高負荷ほど排気温度は高い。

図２に示すように、低負荷側では上流ＮＯｘトラップ触媒３１がＮＯｘ浄化性能のピークを持ち、高負荷側では下流ＮＯｘトラップ触媒３３がＮＯｘ浄化性能のピークを持つ。これは、エンジン１の負荷が低い場合は、排気熱により上流ＮＯｘトラップ触媒３１は高いＮＯｘ浄化性能を発揮しうる温度域まで昇温される一方、下流ＮＯｘトラップ触媒３３は高いＮＯｘ浄化性能を発揮しうる温度域まで昇温されないためである。また、エンジン１の負荷が高い場合は、排気熱により上流ＮＯｘトラップ触媒３１は高いＮＯｘ浄化性能を発揮しうる温度域よりも高温まで昇温されてしまってＮＯｘ浄化性能が低下するのに対し、下流ＮＯｘトラップ触媒３３は高温の排気が届いて高いＮＯｘ浄化性能を発揮しうる温度域まで昇温されるためである。

したがって、エンジン１の低負荷運転領域では、主に上流ＮＯｘトラップ触媒３１によりNOxが浄化され、エンジン１の高負荷運転領域では、主に下流ＮＯｘトラップ触媒３３によりNOxが浄化されることになるため、システム全体で見ると、エンジン１の運転領域全体に亘って高いＮＯｘ浄化性能を確保することができる。

排気浄化装置３０は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の直上流の排気通路１６に設けられた上流インジェクタ３４と、フィルタ３２の下流側であって下流ＮＯｘトラップ触媒３３の直上流の排気通路１６に設けられた下流インジェクタ３５とを備える。これらのインジェクタ３４，３５は、一酸化炭素（CO）や炭化水素（HC）等の還元剤を排気通路１６へ直接供給する噴射弁であり、何れもその先端部が排気通路１６内に突出して設けられる。また、インジェクタ３４，３５の各基端部には燃料ポンプへと繋がる燃料配管が接続されており、ここでは還元剤として燃料が用いられる。

インジェクタ３４，３５は、上記のＮＯｘパージ制御及びＳパージ制御において、還元剤を上流ＮＯｘトラップ触媒３１，下流ＮＯｘトラップ触媒３３にそれぞれ供給し、上流ＮＯｘトラップ触媒３１，下流ＮＯｘトラップ触媒３３の各周辺雰囲気を還元雰囲気（リッチ雰囲気）にするとともに上流ＮＯｘトラップ触媒３１，下流ＮＯｘトラップ触媒３３を昇温させる。インジェクタ３４，３５からの還元剤の噴射量及びその噴射タイミングは、エンジン制御装置４０で制御される。

吸気通路１２のエアフィルタ１３とコンプレッサとの間には、吸気流量を検出するエアフローセンサ２１が設けられる。吸気流量は、エアフィルタ１３を通過した空気の流量に対応するパラメータである。吸気通路１２のＥＧＲ弁１９とサージタンク１０との間には、吸気の空燃比を検出するための空燃比センサ２２が設けられる。空燃比センサ２２は、吸気通路１２を流通する吸気の酸素濃度を検出し、酸素濃度に比例する値を出力する、いわゆるリニア空燃比センサである。また、サージタンク１０内には、インマニ圧センサ２３及び吸気温センサ２４が設けられる。インマニ圧センサ２３はサージタンク１０内の圧力をインマニ圧として検出し、吸気温センサ２４はサージタンク１０内の吸気温度を検出する。

排気通路１６の上流インジェクタ３４の下流であって上流ＮＯｘトラップ触媒３１の上流には、排気の空燃比を検出する空燃比センサ２５及び排気温度を検出する排気温センサ２６が設けられる。また、排気通路１６の下流インジェクタ３５の下流であって下流ＮＯｘトラップ触媒３３の上流には、排気の空燃比を検出する空燃比センサ２７及び排気温度を検出する排気温センサ２８が設けられる。なお、これらのほかにも、例えばエンジン１の回転速度を検出するエンジン回転速度センサや、エンジン１の冷却水の温度を検出する冷却水温センサ，筒内噴射弁４やインジェクタ３４，３５から噴射される燃料の圧力を検出する燃圧センサ等を設けてもよい。各種センサ２１〜２８で検出された各種情報は、エンジン制御装置４０に伝達される。

上記のエンジン１を搭載する車両には、エンジン制御装置（制御手段）４０が設けられる。このエンジン制御装置４０は、例えばマイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積したＬＳＩデバイスや組み込み電子デバイスとして構成され、車両に設けられた車載ネットワーク網の通信ラインに接続される。なお、車載ネットワーク上には、例えばブレーキ制御装置や空調制御装置といった他の電子制御装置が互いに通信可能に接続される。

エンジン制御装置４０は、エンジン１に関する点火系，燃料系，吸排気系及び動弁系といった広汎なシステムを総合的に制御する電子制御装置であり、エンジン１の各シリンダ２に対して供給される空気量や燃料噴射量，各シリンダ２の点火時期，過給圧等を制御するものである。エンジン制御装置４０の入力ポートには、前述の各種センサ２１〜２８が接続される。エンジン制御装置４０の具体的な制御対象としては、筒内噴射弁４から噴射される燃料噴射量とその噴射タイミング，ターボチャージャ１７の作動状態，スロットル開度，ＥＧＲ弁１９の開度，上流インジェクタ３４及び下流インジェクタ３５から噴射される還元剤噴射量とその噴射タイミング等が挙げられる。本実施形態では、上記したＮＯｘトラップ触媒３１，３３のＳパージ制御とフィルタ３２の再生制御の二つの制御について、さらに詳述する。

［１−２．制御構成］
図１に示すように、上記の二つの制御を実施するための要素として、エンジン制御装置４０には、推定部４１，上流Ｓパージ制御部４２，下流Ｓパージ制御部４３，再生制御部４４が設けられる。これらの各要素は電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、ソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。

推定部４１は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵した硫黄成分の量（吸蔵Ｓ量Aという）と、下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵した硫黄成分の量（吸蔵Ｓ量Bという）と、フィルタ３２に堆積したPMの量（ＰＭ堆積量Dという）とを推定するものである。これらの推定手法には、種々の公知技術を適用可能である。吸蔵Ｓ量A，Bの推定手法の一例を説明する。エンジン制御装置４０には、エンジン１から排出された硫黄成分の全体量に対して、上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵しうる硫黄成分の量の割合R1（吸蔵Ｓ量A／全体量）と、下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵しうる硫黄成分の量の割合R2（吸蔵Ｓ量B／全体量）とが予め記憶されている。なお、排気上流側に位置する上流ＮＯｘトラップ触媒３１の方が下流ＮＯｘトラップ触媒３３よりも硫黄成分が多く吸蔵するため、R1＞R2に設定されている。また、エンジン１から排出される硫黄成分の全体量は、エンジン１において使用される燃料の量と燃料の種類とに依存する。

推定部４１は、前回のＳパージ制御の終了後から使用された燃料量を積算し、積算した使用燃料量に燃料の種類に応じた係数を乗算することで硫黄成分の全体量を推定する。そして、推定した全体量に割合R1を乗算して上流ＮＯｘトラップ触媒３１の吸蔵Ｓ量Aを推定するとともに、全体量に割合R2を乗算して下流ＮＯｘトラップ触媒３３の吸蔵Ｓ量Bを推定する。また、推定部４１は、後述のＳパージ制御が実施されているときは、上記の硫黄成分の全体量に割合R1，R2を乗算した値から、Ｓパージ制御中に放出される硫黄成分の量をそれぞれ減算することで、吸蔵Ｓ量A，Bを推定する。なお、Ｓパージ制御中に放出される硫黄成分の量は、例えば吸蔵Ｓ量A，Bや、排気の空燃比，温度，流量等に基づいて公知の手法により推定可能である。

また、ＰＭ堆積量Dの推定手法の一例として、推定部４１は、エンジン１の回転速度やエンジン負荷等に基づき、エンジン１から排出されるPMの量を推定して、これを前回の再生制御の終了後から積算することでＰＭ堆積量Dを推定する。あるいは、フィルタ３２の上下流の差圧を検出又は推定して、この差圧に基づいてＰＭ堆積量Dを推定する手法も公知であり、推定部４１はこのような手法によりＰＭ堆積量Dを推定してもよい。推定部４１は、推定した吸蔵Ｓ量A，B及びＰＭ堆積量Dを、上流Ｓパージ制御部４２，下流Ｓパージ制御部４３及び再生制御部４４に伝達する。

上流Ｓパージ制御部４２は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の硫黄成分の吸蔵状況（吸蔵Ｓ量A）に基づき、還元剤を供給して上流ＮＯｘトラップ触媒３１から硫黄成分を放出させるＳパージ制御（第一パージ制御，以下、上流Ｓパージ制御という）を実施するものである。具体的には、上流Ｓパージ制御部４２は、推定部４１で推定された吸蔵Ｓ量Aが所定の上流Ｓパージ開始閾値（第一閾値）As以上（A≧As）の場合に、上流インジェクタ３４から所定量の還元剤を間欠的に噴射させることで、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の周辺雰囲気をリッチ化するとともに上流ＮＯｘトラップ触媒３１をＳパージ可能温度Tp以上に昇温させ、硫黄成分を放出させて還元する。

なお、上流Ｓパージ開始閾値Asは、上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵した硫黄成分を除去する必要性があるか否か（Ｓ被毒の許容限界）を判定するための閾値であり、NOxを吸蔵する能力の低下度合い等に基づいて予め設定されている。また、還元剤を間欠噴射させることで、硫化水素（H₂S）の発生が抑制される。上流Ｓパージ制御部４２は、上流Ｓパージ制御を開始した後に推定部４１で推定された吸蔵Ｓ量Aが所定の上流Ｓパージ終了閾値Af未満（A＜Af）になった場合に、上流インジェクタ３４からの還元剤の噴射を停止させて上流Ｓパージ制御を終了する。

上流Ｓパージ制御部４２は、後述の再生制御部４４によって再生制御が必要と判断された場合は、吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ開始閾値As以上であっても再生制御が終了されるまでは上流Ｓパージ制御を待機し、再生制御が終了された後に上流Ｓパージ制御を開始する。つまり、フィルタ３２の再生制御と上流ＮＯｘトラップ触媒３１の上流Ｓパージ制御とでは、前者の優先度の方が高い。これは、上記のＳパージ可能温度Tpがフィルタ３２の再生制御時にフィルタ３２に堆積したPMを燃焼させるときの温度よりも高く、フィルタ３２の再生制御前に上流Ｓパージ制御が実施されることでPMが過剰に燃焼し、フィルタ３２が異常発熱することを防止するためである。また、再生制御を実施した後に上流Ｓパージ制御を開始することで、上流ＮＯｘトラップ触媒３１を素早くＳパージ可能温度Tp以上に昇温させることができ、上流Ｓパージ制御の実施時間を短縮することが可能である。

また、上流Ｓパージ制御部４２は、推定部４１で推定された吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ開始閾値As以上（A≧As）の場合、上流Ｓパージ制御に先立って、吸気流量を絞ることで排気温度を上昇させる排気温度上昇制御を開始する。これは、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の前段部分では還元剤の燃焼による昇温効果が得られにくく、前段部分に吸蔵した硫黄成分が放出され始めるまでに時間がかかるため、これを回避するためにベースとなる排気温度を上昇させる。上流Ｓパージ制御部４２は、排気温度上昇制御では、例えばスロットルバルブ１１やターボチャージャ１７の作動状態を制御することで吸気流量を減少させ、単位排気流量当たりの熱量を増加させることで排気温度を上昇させる。なお、上流Ｓパージ制御部４２は、上流Ｓパージ制御の終了と共に排気温度上昇制御を終了する。

下流Ｓパージ制御部４３は、上流Ｓパージ制御部４２によって上流Ｓパージ制御が実施されるときの下流ＮＯｘトラップ触媒３３の硫黄成分の吸蔵状態（吸蔵Ｓ量B）に基づき、還元剤を供給して下流ＮＯｘトラップ触媒３３から硫黄成分を放出させるＳパージ制御（第二パージ制御，以下、下流Ｓパージ制御という）を実施するものである。つまり、下流Ｓパージ制御部４３は、上流Ｓパージ制御部４２による上流Ｓパージ制御が開始された後に（すなわち上流Ｓパージ制御が実施される場合に限って）、下流Ｓパージ制御を開始する。これにより、上流Ｓパージ制御と下流Ｓパージ制御とは、同時連続的に実施されることとなる。なお、同時連続的とは、上下流のＳパージ制御を同じタイミングで実施するが、上流側を先行して開始し、これに連続して下流側を開始することを意味する。

具体的には、下流Ｓパージ制御部４３は、上流Ｓパージ制御部４２による上流Ｓパージ制御の開始後において、推定部４１で推定された吸蔵Ｓ量Bが所定の下流Ｓパージ開始閾値（第二閾値）Bs以上（B≧Bs）の場合に、下流インジェクタ３５から所定量の還元剤を間欠的に噴射させ、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の周辺雰囲気をリッチ化するとともに下流ＮＯｘトラップ触媒３３をＳパージ可能温度Tp以上に昇温させる。なお、下流Ｓパージ開始閾値Bsは、下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵した硫黄成分を除去する必要性があるか否かを判定するための閾値であり、上記の上流Ｓパージ開始閾値Asよりも小さい値（Bs＜As）に予め設定されている。これは、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のNOxを吸蔵する能力が大きく低下することを防止するためである。

これについて図３を用いて説明する。図３は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の吸蔵Ｓ量Aと下流ＮＯｘトラップ触媒３３の吸蔵Ｓ量Bの変化を模式的に示したグラフである。上流Ｓパージ制御部４２は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ開始閾値As以上になった時点（時刻t_X，t_Z）から上流Ｓパージ制御を実施し、硫黄成分を放出させる。吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ終了閾値Af未満になったら、上流Ｓパージ制御は終了される。

一方、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の吸蔵Ｓ量Bは、上流ＮＯｘトラップ触媒３１よりも緩やかに上昇していき、時刻t_Xでの上流Ｓパージ制御時では下流Ｓパージ開始閾値Bsに達しないため、下流Ｓパージ制御部４３は、この時点t_Xでは下流Ｓパージ制御を実施しない。下流ＮＯｘトラップ触媒３３の吸蔵Ｓ量Bは、さらに増大していき、時刻t_Yで下流Ｓパージ開始閾値Bsに達するが、この時点では上流Ｓパージ制御が実施されないため、下流Ｓパージ制御部４３は下流Ｓパージ制御を開始しない。言い換えると、下流Ｓパージ制御部４３は、次の上流Ｓパージ制御が開始されるまで下流Ｓパージ制御を待機する。そして、時刻t_Zにおいて上流Ｓパージ制御が実施されるときに、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の吸蔵Ｓ量Bは下流Ｓパージ開始閾値Bs以上であるため、下流Ｓパージ制御部４３は下流Ｓパージ制御を開始する。

このように、下流ＮＯｘトラップ触媒３３は、上流Ｓパージ制御が実施されるまで下流Ｓパージ制御が実施されずに待機される期間（図３の時刻t_Y〜t_Z）が存在することがあるため、下流Ｓパージ開始閾値Bsを上流Ｓパージ開始閾値Asよりも小さい値にしておくことで、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の吸蔵Ｓ量Bの過度な増大を防止でき、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のNOxを吸蔵する能力を確保することができる。

下流Ｓパージ制御部４３は、下流Ｓパージ制御を開始した後に推定部４１で推定された吸蔵Ｓ量Bが所定の下流Ｓパージ終了閾値Bf未満（B＜Bf）になった場合に、下流インジェクタ３５からの還元剤の噴射を停止させて下流Ｓパージ制御を終了する。なお、下流Ｓパージ終了閾値Bfは、上流Ｓパージ終了閾値Afと同一の値であってもよいし、異なる値に設定されていてもよい。

また、下流Ｓパージ制御部４３は、下流Ｓパージ制御を終了する前に上流Ｓパージ制御部４２により上流Ｓパージ制御が終了された場合、筒内噴射弁４にトルクに寄与しないタイミング（例えば膨張行程後半や排気行程）で燃料を噴射させる。すなわち、下流Ｓパージ制御部４３は、先に上流Ｓパージ制御が終了した場合は、筒内噴射弁４にポスト噴射させることで排気通路１６へ燃料を供給し、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度をＳパージ可能温度Tp以上に保持する。下流Ｓパージ制御部４３は、下流Ｓパージ制御の終了と共にポスト噴射を終了する。

再生制御部４４は、フィルタ３２に捕集されたPMの量（ＰＭ堆積量D）に基づいて、フィルタ３２からPMを除去する再生制御の必要性を判断し、再生制御が必要と判断した場合に再生制御を実施するものである。具体的には、再生制御部４４は、推定部４１で推定されたＰＭ堆積量Dが所定の再生開始閾値Ds以上（D≧Ds）の場合に再生制御が必要であると判断し、ＰＭ堆積量Dが再生開始閾値Ds未満の場合に再生制御が不要であると判断する。

再生制御部４４は、再生制御が必要と判断した場合は、上流インジェクタ３４から所定量の還元剤を間欠的に噴射させ、これを上流ＮＯｘトラップ触媒３１上で燃焼させることで、フィルタ３２を再生可能温度Tr以上に昇温させてPMを燃焼させる。再生開始閾値Dsは、フィルタ３２に堆積したPMを強制的に燃焼させて除去する必要性があるか否かを判定するための閾値であり、フィルタ３２の圧力損失の増加度合いやPM過堆積によるフィルタ３２の溶損リスク等に基づいて予め設定されている。なお、再生制御では、上流インジェクタ３４から還元剤を噴射する代わりに、筒内噴射弁４にポスト噴射させることで排気通路１６に燃料を供給してもよい。

再生制御部４４は、再生制御を開始した後に推定部４１で推定されたＰＭ堆積量Dが所定の再生終了閾値Df未満（D＜Df）になった場合に、上流インジェクタ３４からの還元剤の噴射又は筒内噴射弁４によるポスト噴射を停止させて、再生制御を終了する。なお、再生終了閾値Dfは、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の硫黄成分の吸蔵状況と下流ＮＯｘトラップ触媒３３の硫黄成分の吸蔵状況とに応じて設定される値であり、これにより再生制御が実施される時間（実施時間）がＮＯｘトラップ触媒３１，３３の吸蔵Ｓ量A，Bに応じて変更される。

具体的には、再生制御部４４は、推定部４１で推定された吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ開始閾値As未満（A＜As）の場合、すなわち上流Ｓパージ制御が実施されないときは、通常の閾値D1を再生終了閾値Dfとして設定する。通常の閾値D1は、フィルタ３２にほとんどPMが残らないようにするための値であり、０に近い値である。再生制御部４４は、吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ開始閾値As以上（A≧As）であって、且つ、吸蔵Ｓ量Bが下流Ｓパージ開始閾値Bs以上（B≧Bs）の場合、すなわち上流Ｓパージ制御及び下流Ｓパージ制御が共に実施されるときも、通常の閾値D1を再生終了閾値Dfとして設定する。

再生制御部４４は、吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ開始閾値As以上（A≧As）であって、且つ、吸蔵Ｓ量Bが下流Ｓパージ開始閾値Bs未満（B＜Bs）の場合、すなわち上流Ｓパージ制御は実施されるが下流Ｓパージ制御は実施されないときは、通常の閾値D1よりもやや大きな値D2を再生終了閾値Dfとして設定する。これにより、この場合に限りフィルタ３２にPMが少し残った状態で再生制御が終了されることになる。これは、フィルタ３２の再生制御後に実施される上流Ｓパージ制御によって、フィルタ３２に残留したPMは燃焼してフィルタ３２から除去されるためである。

つまり、この場合に限り、あえてフィルタ３２からPMを全て除去する前に再生制御を終了させることで、再生制御に使用される燃料量を抑制して燃費向上を図り、さらに残ったPMは次に行われる上流Ｓパージ制御によって除去することで、フィルタ３２の再生を完了させる。なお、下流Ｓパージ制御も実施される場合は、フィルタ３２にPMが残留していると、フィルタ３２が過度に高温となるおそれがあるため、下流Ｓパージ制御も実施される場合は通常の閾値D1を再生終了閾値Dfとすることで、フィルタ３２を保護する。

［１−３．フローチャート］
図４及び図５は、上記のＳパージ制御及び再生制御の手順を説明するためのフローチャートである。これらのフローは、エンジン制御装置４０において所定の演算周期で繰り返し実施される。なお、これらのフローとは別に、上記の推定部４１による吸蔵Ｓ量A，B及びＰＭ堆積量Dの推定は常に実施されており、上流Ｓパージ制御部４２，下流Ｓパージ制御部４３及び再生制御部４４は、推定された各推定値を読み込んで上流Ｓパージ制御，下流Ｓパージ制御及び再生制御を実施する。

図４に示すように、まず、再生制御部４４では、推定部４１で推定されたＰＭ堆積量Dが読み込まれ（ステップＳ１０）、フラグF_DがF_D=0であるか否かが判定される（ステップＳ２０）。フラグF_Dは、再生制御の必要性の有無を判定するものであり、F_D=1は必要性ありに対応し、F_D=0は必要性がなしに対応する。フラグF_D=0のときは、ＰＭ堆積量Dが再生開始閾値Ds以上（D≧Ds）であるか否かが判定され（ステップＳ３０）、D≧DsであればフラグF_DがF_D=1に設定されて（ステップＳ４０）、再生制御を実施可能な運転状態であるか否かが判定される（ステップＳ５０）。

また、ステップＳ２０においてフラグF_D=1のときは再生制御が必要なため、この場合もステップＳ５０へ進む。つまり、再生制御の必要性がある場合には、Ｓパージ制御よりも優先して再生制御が実施される。ステップＳ５０において、例えば排気温度やアクセル開度，エンジン回転速度等から再生制御を実施できる運転状態であれば、フィルタ３２の再生制御が実施される（ステップＳ６０）。なお、再生制御可能な運転状態でないときはこのフローをリターンし、次以降の演算周期で再生制御可能な運転状態になるまで、ステップＳ１０，Ｓ２０及びＳ５０の処理が繰り返される。

続くステップＳ７０〜Ｓ１０５は、吸蔵Ｓ量A，Bに応じて再生制御の実施時間を変更するための処理である。ステップＳ７０では推定部４１で推定された吸蔵Ｓ量A，Bが読み込まれ、吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ開始閾値As以上（A≧As）であるか否かが判定される（ステップＳ８０）。A≧Asであれば、吸蔵Ｓ量Bが下流Ｓパージ開始閾値Bs以上（B≧Bs）であるか否かが判定される。（ステップＳ９０）。A≧AsかつB≧Bsの場合、及び、A＜Asの場合は、再生終了閾値Dfは通常の閾値D1に設定され（ステップＳ１００）、A≧AsかつB＜Bsの場合は、再生終了閾値Dfは通常の閾値D1よりも大きな値D2に設定される（ステップＳ１０５）。

そして、ステップＳ１１０では、ＰＭ堆積量DがステップＳ１００又はＳ１０５で設定された再生終了閾値Df未満（D＜Df）であるか否かが判定され、D＜Dfとなるまで再生制御が継続される。なお、再生制御中もＮＯｘトラップ触媒３１，３３には硫黄成分が吸蔵しうるため、再生制御の途中で再生終了閾値Dfが変わることがある。ステップＳ１１０でD＜Dfとなると、再生制御は終了されて（ステップＳ１２０）、フラグF_DがF_D=0にリセットされ（ステップＳ１３０）、このフローをリターンする。

ステップＳ２０でフラグF_D=0であり、かつ、ステップＳ３０でＰＭ堆積量Dが再生開始閾値Ds未満（D＜Ds）のときは、ステップＳ１４０に進み、Ｓパージ制御のフロー（図５）が実施される。図５に示すように、上流Ｓパージ制御部４２では、推定部４１で推定された上流ＮＯｘトラップ触媒３１の吸蔵Ｓ量Aが読み込まれ（ステップＷ１０）、フラグF_AがF_A=0であるか否かが判定される（ステップＷ１５）。フラグF_Aは、上流Ｓパージ制御の開始条件が成立したか否かを判定するためのものであり、F_A=1は開始条件成立（上流Ｓパージ制御の要求あり）に対応し、F_A=0は開始条件の不成立（上流Ｓパージ制御の要求なし）に対応する。

フラグF_A=0のときは、吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ開始閾値As以上（A≧As）であるか否かが判定され（ステップＷ２０）、A≧AsであればフラグF_AがF_A=1に設定されて（ステップＷ２５）、排気温度上昇制御が実施される（ステップＷ３０）。続くステップＷ３５では、例えば排気温度やアクセル開度，エンジン回転速度等から上流Ｓパージ制御を実施できる運転状態であるか否かが判定され、上流Ｓパージ制御を実施可能であれば、上流インジェクタ３４による還元剤の噴射が開始されて上流Ｓパージ制御が実施される（ステップＷ４０）。一方、上流Ｓパージ制御可能な運転状態でないときはこのフローをリターンし、次以降の演算周期で上流Ｓパージ制御可能な運転状態になるまで、ステップＷ１０，Ｗ１５，Ｗ３０及びＷ３５の処理が繰り返される。

上流Ｓパージ制御が開始された後は、吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ終了閾値Af未満（A＜Af）であるか否かが判定される（ステップＷ４５）。吸蔵Ｓ量Aはすぐには上流Ｓパージ終了閾値Af未満にはならないため、今度は下流Ｓパージ制御部４３において、推定部４１で推定された下流ＮＯｘトラップ触媒３３の吸蔵Ｓ量Bが読み込まれ、（ステップＷ７５）、フラグF_BがF_B=0であるか否かが判定される（ステップＷ８０）。フラグF_Bは、下流Ｓパージ制御の開始条件が成立したか否かを判定するためのものであり、F_B=1は開始条件成立（下流Ｓパージ制御の要求あり）に対応し、F_B=0は開始条件の不成立（下流Ｓパージ制御の要求なし）に対応する。

フラグF_B=0のときは、吸蔵Ｓ量Bが下流Ｓパージ開始閾値Bs以上（B≧Bs）であるか否かが判定され（ステップＷ８５）、B＜Bsであれば下流Ｓパージ制御は不要であるため、このフローをリターンする。次の周期以降において、上流Ｓパージ制御が実施されている間に（ステップＷ４５の条件が成立する前に）B≧Bsとならなければ、下流Ｓパージ制御は実施されない。一方、上流Ｓパージ制御が実施されている間に（ステップＷ４５の条件が成立する前に）B≧Bsとなった場合は、フラグF_BがF_B=1に設定される（ステップＷ９０）。

続いて、例えば排気温度やアクセル開度，エンジン回転速度等から下流Ｓパージ制御を実施できる運転状態であるか否かが判定され（ステップＷ９５）、下流Ｓパージ制御を実施可能であれば下流インジェクタ３５による還元剤の噴射が開始されて下流Ｓパージ制御が実施される（ステップＷ１００）。これに対して、下流Ｓパージ制御可能な運転状態でないときはこのフローをリターンし、下流Ｓパージ制御可能な運転状態になったら下流Ｓパージ制御を実施する。下流Ｓパージ制御が開始された後は、吸蔵Ｓ量Bが下流Ｓパージ終了閾値Bf未満（B＜Bf）であるか否かが判定される（ステップＷ１０５）。

上流Ｓパージ制御が実施されている間にB＜Bfとなった場合（すなわちステップＷ１０５がステップＷ４５よりも先に成立した場合）、下流インジェクタ３５の噴射が停止されて下流Ｓパージ制御が終了される（ステップＷ１１０）。そして、フラグF_BがF_B=0にリセットされ（ステップＷ１１５）、このフローをリターンする。その後は、ステップＷ４５においてA＜Afが成立するまで排気温度上昇制御と上流Ｓパージ制御とが実施され、A＜Afとなったら上流インジェクタ３４の噴射が停止される（ステップＷ５０）。そして、フラグF_AがF_A=0にリセットされ（ステップＷ５５）、排気温度上昇制御が終了される（ステップＷ６０）。なお、この時点で下流Ｓパージ制御を実施していなければ、フラグF_BはF_B=0に設定されているため、このフローをリターンする。

一方、下流Ｓパージ制御が実施されている間にA＜Afとなった場合（すなわちステップＷ４５がステップＷ１０５よりも先に成立した場合）、上流インジェクタ３４の噴射が停止されて上流Ｓパージ制御が終了される（ステップＷ５０）。そして、フラグF_AがF_A=0にリセットされ（ステップＷ５５）、排気温度上昇制御が終了される（ステップＷ６０）。この場合は、フラグF_BはF_B=1に設定されているため、ステップＷ６５からステップＷ７０へ進み、ポスト噴射が開始され、このフローをリターンする。

次の周期では、ステップＷ２０からステップＷ１２０へ進み、フラグF_BがF_B=1であるか否かが判定され、吸蔵Ｓ量Bが読み込まれて（ステップＷ１２５）、B＜Bfであるか否かが判定される（ステップＷ１３０）。B＜Bfとなるまでこの処理が繰り返され、B＜Bfとなったら下流インジェクタ３５の噴射が停止されて下流Ｓパージ制御が終了される（ステップＷ１３５）。そして、ポスト噴射も停止され（ステップＷ１４０）、フラグF_BがF_B=0にリセットされて（ステップＷ１４５）、このフローをリターンする。

［１−４．作用］
図６（ａ）〜（ｃ）に、Ｓパージ制御時の上流ＮＯｘトラップ触媒３１，下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度変化と制御内容とを示す。図６（ａ）に示すように、時刻t₀で上流ＮＯｘトラップ触媒３１の吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ開始閾値As以上（A≧As）になると、まずは上流Ｓパージ制御部４２により排気温度上昇制御が開始され、これによりＮＯｘトラップ触媒３１，３３の温度が徐々に上昇する。時刻t₁で上流Ｓパージ制御の実施可能な運転状態となると、上流Ｓパージ制御が開始される。上流インジェクタ３４から噴射された還元剤は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の周辺雰囲気をリッチ化するとともに、上流ＮＯｘトラップ触媒３１上で燃焼して上流ＮＯｘトラップ触媒３１の温度をさらに高めていく。

上流ＮＯｘトラップ触媒３１の温度がＳパージ可能温度Tp以上になる時刻t₂付近から、上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵していた硫黄成分が放出され始める。なお、上流Ｓパージ制御中に、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の吸蔵Ｓ量Bが下流Ｓパージ開始閾値Bs以上（B≧Bs）にならない場合は、図６（ａ）に示すように下流Ｓパージ制御は実施されない。この場合、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度は、上流Ｓパージ制御により上昇していくものの、Ｓパージ可能温度Tp以上となることはない。そして、時刻t₃で吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ終了閾値Af未満（A＜Af）になると、排気温度上昇制御が終了されるとともに、上流インジェクタ３４による還元剤噴射も停止されて上流Ｓパージ制御が終了される。これにより、上流ＮＯｘトラップ触媒３１は徐々に温度低下する。

また、上流Ｓパージ制御中に、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の吸蔵Ｓ量Bが下流Ｓパージ開始閾値Bs以上（B≧Bs）になった場合は、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、下流Ｓパージ制御の実施可能な運転状態となった時刻t₄から、下流Ｓパージ制御が開始される。下流インジェクタ３５から噴射された還元剤は、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の周辺雰囲気をリッチ化するとともに、下流ＮＯｘトラップ触媒３３上で燃焼して下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度を高めていく。

下流Ｓパージ制御が実施される場合であっても、まずは上流ＮＯｘトラップ触媒３１の温度がＳパージ可能温度Tp以上となり（時刻t₅）、この時点から上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵した硫黄成分が放出され始める。なお、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の温度は、下流Ｓパージ制御が実施されないときと比べて高温となる。続いて、時刻t₆において下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度もＳパージ可能温度Tp以上となり、下流ＮＯｘトラップ触媒３３からも硫黄成分が放出され始める。

そして、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の吸蔵Ｓ量Bが上流Ｓパージ制御中に下流Ｓパージ終了閾値Bfを下回ると、図６（ｂ）に示すように、上流Ｓパージ制御よりも先に下流Ｓパージ制御が終了される（時刻t₇）。これにより、下流インジェクタ３５による還元剤噴射が停止されるため、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度は低下していく。時刻t₇以降は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の熱劣化を抑制するために、上流インジェクタ３４の噴射量や噴射タイミングを調節して、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の温度をＳパージ可能温度Tp近傍まで低下させる。その後、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ終了閾値Afを下回ると、排気温度上昇制御と上流Ｓパージ制御とが終了される（時刻t₈）。

一方、下流Ｓパージ制御が終了する前に、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ終了閾値Afを下回った場合は、図６（ｃ）に示すように、下流Ｓパージ制御中に排気温度上昇制御及び上流Ｓパージ制御が終了され（時刻t₉）、これにより上流ＮＯｘトラップ触媒３１の温度は徐々に低下していく。これに対して、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度はＳパージ可能温度Tp以上に保持する必要があるため、上流Ｓパージ制御が終了された時点（時刻t₉）から、筒内噴射弁４によるポスト噴射が実施される。そして、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の吸蔵Ｓ量Bが下流Ｓパージ終了閾値Bfを下回ると、下流Ｓパージ制御とポスト噴射とが終了される（時刻t₁₀）。

［１−５．効果］
したがって、上記の排気浄化装置３０によれば、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＳパージ制御（下流Ｓパージ制御，第二パージ制御）は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１に対するＳパージ制御（上流Ｓパージ制御，第一パージ制御）が実施されるときの下流ＮＯｘトラップ触媒３３の硫黄成分（所定成分）の吸蔵状況に基づいて、上流Ｓパージ制御と共に実施される。すなわち、下流Ｓパージ制御は単独では実施されず、上流Ｓパージ制御と同時連続的に実施されるため、燃費悪化を抑制しながら硫黄成分を適切に放出することができる。

上記の排気浄化装置３０では、上流ＮＯｘトラップ触媒Ｓパージ開始閾値（第一閾値）Asよりも下流Ｓパージ開始閾値（第二閾値）Bsの方が小さな値に設定されているため、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の吸蔵Ｓ量Bが過度に増大することを防ぐことができ、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のNOx吸蔵能力の低下を防止することができる。

また、上記の排気浄化装置３０では、排気通路１６に、排気流れ方向の上流側から順に上流ＮＯｘトラップ触媒３１，フィルタ３２，下流ＮＯｘトラップ触媒３３が設けられる。換言すると、排気通路１６に上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３とを離して配置するとともに、これらの間に熱容量の大きなフィルタ３２を配置することで、上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３とを温度帯の異なる場所に配置することができる。これにより、上流ＮＯｘトラップ触媒３１が高いＮＯｘ浄化性能を発揮する運転状態と、下流ＮＯｘトラップ触媒３３が高いＮＯｘ浄化性能を発揮する運転状態とを相違させることができ、システム全体のＮＯｘ浄化性能を高めることができる。すなわち、エンジン１の運転領域全体に亘って高いＮＯｘ浄化性能を確保することができる。

さらに、上記の排気浄化装置３０では、二つのＮＯｘトラップ触媒３１，３３の間に位置するフィルタ３２に堆積したPMを強制的に燃焼させる再生制御が、上流Ｓパージ制御よりも先に実施される。言い換えると、再生制御の方が上流Ｓパージ制御よりも優先度が高く、上流Ｓパージ制御は再生制御の終了後に実施される。これにより、フィルタ３２の異常発熱が防止され、フィルタ３２を保護することができる。また、フィルタ３２の再生制御後に上流Ｓパージ制御が実施されることで、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の温度を早期に高めることができるため、上流Ｓパージ制御の実施時間を短縮することができ、上流Ｓパージ制御で消費される燃料量を低減できるので燃費悪化を抑制することができる。

加えて、フィルタ３２の再生制御では、上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵した硫黄成分の量（吸蔵Ｓ量A）と下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵した硫黄成分の量（吸蔵Ｓ量B）とに応じて、再生制御の実施時間が変更される。すなわち、再生制御後に実施されうるＳパージ制御時に、フィルタ３２に堆積したPMが燃焼することを見越して再生制御の実施時間を変更することで、再生制御で消費される燃料量を低減でき、燃費悪化を抑制することができる。

特に本実施形態では、再生制御後に上流Ｓパージ制御のみが実施される場合は、再生終了閾値Dfが通常の閾値D1よりも大きな値D2に設定されて、再生制御の実施時間が短縮されるため、燃料消費量を低減することができる。また、再生制御後に上流Ｓパージ制御と下流Ｓパージ制御とが実施される場合は、再生終了閾値Dfが通常の閾値D1に設定されるため、フィルタ３２の過度な熱劣化を防止することができ、フィルタ３２を保護することができる。

また、上記の排気浄化装置３０では、上流Ｓパージ制御が開始される前に、ベースとなる排気温度を上昇させる排気温度上昇制御が実施されるため、還元剤の燃焼による昇温効果が得られにくい上流ＮＯｘトラップ触媒３１の前段部分の温度を高めることができる。上流ＮＯｘトラップ触媒３１の前段部分は、最初に硫黄成分が吸蔵する部分であり硫黄成分が多く吸蔵しうるため、この前段部分の昇温性を高めることで、上流ＮＯｘトラップ触媒３１からの硫黄成分の放出，還元を促進することができる。

なお、上記実施形態では、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の直上流に上流インジェクタ３４を備え、上流Ｓパージ制御ではこの上流インジェクタ３４から還元剤が噴射されるため、上流ＮＯｘトラップ触媒３１を効果的に昇温させることができる。また、上流インジェクタ３４から上流ＮＯｘトラップ触媒３１までの距離が短いため、上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵した硫黄成分と還元剤との反応性を高めることができ、これらによって上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵した硫黄成分を効率よく除去することができる。

また、上記実施形態では、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の直上流に下流インジェクタ３５を備え、下流Ｓパージ制御ではこの下流インジェクタ３５から還元剤が噴射されるため、還元剤を有効に利用することができ、下流ＮＯｘトラップ触媒３３を効果的に昇温させることができる。また、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の下流側で還元剤が噴射されるため、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の過度の熱劣化を抑制することができる。

上記実施形態では、上流Ｓパージ制御が開始された後に下流Ｓパージ制御が開始されるため、上流Ｓパージ制御により下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度が上昇したところで下流Ｓパージ制御が開始されることとなる。これにより、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度を早期に高めることができるため、下流Ｓパージ制御の実施時間を短縮することができる。そのため、下流Ｓパージ制御で消費される燃料量を低減することができ、燃費悪化を抑制することができる。

上記実施形態では、下流Ｓパージ制御において、上流Ｓパージ制御が先に終了した場合は筒内噴射弁４によるポスト噴射が行われて排気通路１６へ燃料が供給されるため、上流Ｓパージ制御終了後の下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度をＳパージ可能温度Tp以上に保持することができるとともに、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の過度な熱劣化を抑制することができる。

［２．第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る排気浄化装置３０′について、図７を用いて説明する。本排気浄化装置３０′は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１と下流ＮＯｘトラップ触媒３３との間にフィルタ３２を備えていない点を除いて、第一実施形態の構成と同様に構成される。なお、フィルタ３２を再生制御するための再生制御部４４も、本実施形態のエンジン制御装置４０には設けられていない。以下、第一実施形態と同様の装置や構成については、第一実施形態と同様の符号を付し、重複する説明は簡略化する。

図７に示すように、本実施形態に係る排気浄化装置３０′は、排気通路１６のタービンの下流側に、排気流れ方向の上流側から順に上流ＮＯｘトラップ触媒（第一触媒）３１及び下流ＮＯｘトラップ触媒（第二触媒）３３が設けられる。上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵した吸蔵Ｓ量Aと下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵した吸蔵Ｓ量Bは、上記実施形態と同様、エンジン制御装置（制御手段）４０の推定部４１において推定される。

そして、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の吸蔵Ｓ量A（吸蔵状況）に基づき、上流Ｓパージ制御部４２により上流Ｓパージ制御（第一パージ制御）が実施されるとともに、上流Ｓパージ制御を実施するときの下流ＮＯｘトラップ触媒３３の吸蔵Ｓ量B（吸蔵状況）に基づき、下流Ｓパージ制御部４３により下流Ｓパージ制御（第二パージ制御）が実施される。つまり、本排気浄化装置３０′も、上記の排気浄化装置３０と同様、下流Ｓパージ制御は、上流Ｓパージ制御が開始された後に（すなわち上流Ｓパージ制御が実施される場合に限って）開始され、これにより上流Ｓパージ制御と下流Ｓパージ制御とが同時連続的に実施される。

具体的に、上流Ｓパージ制御部４２は、上記実施形態と同様に、推定部４１で推定された吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ開始閾値（第一閾値）As以上（A≧As）の場合に、上流インジェクタ３４から所定量の還元剤を間欠的に噴射させることで、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の周辺雰囲気をリッチ化するとともに上流ＮＯｘトラップ触媒３１をＳパージ可能温度Tp以上に昇温させ、硫黄成分を放出させて還元する。

また、下流Ｓパージ制御部４３は、上記実施形態と同様に、上流Ｓパージ制御部４２による上流Ｓパージ制御の開始後において、推定部４１で推定された吸蔵Ｓ量Bが下流Ｓパージ開始閾値（第二閾値）Bs以上（B≧Bs）の場合に、下流インジェクタ３５から所定量の還元剤を間欠的に噴射させ、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の周辺雰囲気をリッチ化するとともに下流ＮＯｘトラップ触媒３３をＳパージ可能温度Tp以上に昇温させる。ここで、下流Ｓパージ開始閾値Bsは、上流Ｓパージ開始閾値Asよりも小さい値（Bs＜As）に予め設定されている。
なお、上流Ｓパージ制御部４２は、上記実施形態と同様、推定部４１で推定された吸蔵Ｓ量Aが上流Ｓパージ開始閾値As以上（A≧As）の場合、上流Ｓパージ制御に先立って、吸気流量を絞ることで排気温度を上昇させる排気温度上昇制御を開始する。

このような排気浄化装置３０′によっても、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＳパージ制御（下流Ｓパージ制御，第二パージ制御）は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１に対するＳパージ制御（上流Ｓパージ制御，第一パージ制御）が実施されるときの下流ＮＯｘトラップ触媒３３の硫黄成分（所定成分）の吸蔵状況に基づいて、上流Ｓパージ制御と共に実施される。すなわち、下流Ｓパージ制御は単独では実施されず、上流Ｓパージ制御と同時連続的に実施されるため、燃費悪化を抑制しながら硫黄成分を適切に放出することができる。

また、本実施形態に係る排気浄化装置３０′でも、上流ＮＯｘトラップ触媒Ｓパージ開始閾値（第一閾値）Asよりも下流Ｓパージ開始閾値（第二閾値）Bsの方が小さな値に設定されているため、下流ＮＯｘトラップ触媒３３の吸蔵Ｓ量Bが過度に増大することを防ぐことができ、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のNOx吸蔵能力の低下を防止することができる。
なお、本排気浄化装置３０′でも、上流Ｓパージ制御が開始される前に、ベースとなる排気温度を上昇させる排気温度上昇制御が実施されるため、還元剤の燃焼による昇温効果が得られにくい上流ＮＯｘトラップ触媒３１の前段部分の温度を高めることができる。これにより、上流ＮＯｘトラップ触媒３１からの硫黄成分の放出，還元を促進することができる。

［３．変形例］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
例えば、上流Ｓパージ制御や下流Ｓパージ制御における還元剤の供給を、筒内噴射弁４によるポスト噴射で行ってもよい。この場合には、上流インジェクタ３４や下流インジェクタ３５を省略することができるため、装置構成を簡素化することができ、コスト低減を図ることが可能である。

また、上記第一，第二実施形態では、排気温度上昇制御を上流Ｓパージ制御の終了と共に終了しているが、上流Ｓパージ制御の終了後に下流Ｓパージ制御を実施している場合には、排気温度上昇制御を継続し、下流Ｓパージ制御の終了と共に排気温度上昇制御を終了してもよい。あるいは、排気温度上昇制御自体を省略することも可能である。例えば、上流Ｓパージ制御を開始する条件に排気温度が高温であることを追加すれば、上流ＮＯｘトラップ触媒３１の前段部分の温度が高い状態で還元剤の噴射が開始されるため、前段部分からも硫黄成分を放出，還元させることができる。

また、上流Ｓパージ制御が下流Ｓパージ制御よりも先に終了される場合に、ポスト噴射により下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度を保持する代わりに、上流インジェクタ３４から還元剤を噴射させることで下流ＮＯｘトラップ触媒３３の温度をＳパージ可能温度Tp以上に保持してもよい。また、下流Ｓパージ開始閾値Bsが上流Ｓパージ開始閾値Asと同じ値に設定されていてもよい。
また、上記第一実施形態では、フィルタ３２の再生制御の実施時間をＮＯｘトラップ触媒３１，３３の硫黄成分の吸蔵状況に応じて変更しているが、硫黄成分の吸蔵状況に関わらず再生制御の実施時間を一定にしてもよい。これにより、制御構成を簡素化することができる。

また、上下流のＳパージ制御を開始するか否かの判定において、推定部４１で吸蔵Ｓ量A，Bを推定する代わりに前回のＳパージ制御の終了時点から経過した時間を用いてＮＯｘトラップ触媒３１，３３に吸蔵した硫黄成分の吸蔵状況を判断してもよい。上下流のＳパージ制御の終了条件も吸蔵Ｓ量A，Bで判定するのではなく、例えばＳパージ制御の実施時間で判定してもよい。同様に、再生制御の開始条件，終了条件も、上記したものに限られず、例えばフィルタ３２の上下流の差圧や時間等で判定してもよい。

また、上記の第一実施形態では、エンジン制御装置４０に推定部４１，上流Ｓパージ制御部４２，下流Ｓパージ制御部４３，再生制御部４４という四つの機能要素を備えているものを例示し、第二実施形態では推定部４１，上流Ｓパージ制御部４２，下流Ｓパージ制御部４３という三つの機能要素を備えているものを例示しているが、エンジン制御装置４０の機能要素はこれらに限られず、例えば上下流のＳパージ制御を実施するＳパージ制御部を一つ備えたような構成であってもよい。
なお、上流ＮＯｘトラップ触媒３１及び下流ＮＯｘトラップ触媒３３は、その構成成分（吸蔵体及び貴金属元素等の種類，量）が同一でなくてもよい。また、エンジン１は、上記した構成のディーゼルエンジンに限られず、他の構成のディーゼルエンジンであってもよいし、ガソリンエンジンであってもよい。

上記の第一，第二実施形態では、排気中に含まれる所定成分として硫黄成分を挙げ、これを吸蔵するＮＯｘトラップ触媒３１，３３のＳパージ制御について詳述したが、排気中の所定成分はこれに限られず、例えばNOxであってもよい。すなわち、排気中のNOxを酸化雰囲気下で吸蔵し還元雰囲気下で放出するＮＯｘトラップ触媒３１，３３について、エンジン制御装置４０は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵したＮＯｘ量の吸蔵状況に基づいて還元剤を供給して、上流ＮＯｘトラップ触媒３１からNOxを放出させる上流側のＮＯｘパージ制御（第一パージ制御）を実施する。そして、上流側のＮＯｘパージ制御を実施するときの下流ＮＯｘトラップ触媒３３に吸蔵したＮＯｘ量の吸蔵状況に基づいて還元剤を供給して、下流ＮＯｘトラップ触媒３３からNOxを放出させる下流側のＮＯｘパージ制御（第二パージ制御）を実施する。このような構成であっても、下流ＮＯｘトラップ触媒３３のＮＯｘパージ制御は、上流ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘパージ制御と共に実施されることとなり、燃費悪化を抑制することができる。

１ エンジン（内燃機関）
４ 筒内噴射弁
１６ 排気通路
３０，３０′ 排気浄化装置
３１ 上流ＮＯｘトラップ触媒（第一触媒）
３２ フィルタ
３３ 下流ＮＯｘトラップ触媒（第二触媒）
３４ 上流インジェクタ
３５ 下流インジェクタ
４０ エンジン制御装置（制御手段）
４１ 推定部
４２ 上流Ｓパージ制御部
４３ 下流Ｓパージ制御部
４４ 再生制御部
As 上流Ｓパージ開始閾値（第一閾値）
Bs 下流Ｓパージ開始閾値（第二閾値）

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の所定成分を酸化雰囲気下で吸蔵し還元雰囲気下で放出する第一触媒と、
   前記第一触媒の排気流れ方向下流側の前記排気通路に設けられ、排気中の前記所定成分を酸化雰囲気下で吸蔵し還元雰囲気下で放出する第二触媒と、
   前記第一触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵状況に基づき、還元剤を供給して前記第一触媒から前記所定成分を放出させる第一パージ制御を実施し、前記第一パージ制御を実施するときの前記第二触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵状況に基づき、前記還元剤を供給して前記第二触媒から前記所定成分を放出させる第二パージ制御を前記第一パージ制御と同時連続的に実施する制御手段と、を備える
   ことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記制御手段は、
   前記第一触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵量が所定の第一閾値以上のときに前記第一パージ制御を実施し、前記第一パージ制御を実施するときの前記第二触媒に吸蔵した前記所定成分の吸蔵量が前記第一閾値よりも小さい第二閾値以上のときに前記第二パージ制御を実施する
   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。
3. 前記第一触媒と前記第二触媒との間の前記排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、
   前記所定成分は、排気中に含まれる硫黄成分であって、
   前記制御手段は、前記フィルタに捕集された粒子状物質の量に基づいて前記フィルタから粒子状物質を除去する再生制御と前記第一パージ制御とを共に実施する場合は、前記再生制御を終了した後に前記第一パージ制御を実施する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記制御手段は、前記第一触媒に吸蔵した硫黄成分の吸蔵量と前記第二触媒に吸蔵した硫黄成分の吸蔵量とに応じて、前記再生制御の実施時間を変更する
   ことを特徴とする、請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記所定成分は、排気中に含まれる硫黄成分であって、
   前記制御手段は、前記第一パージ制御を実施する場合、吸気流量を減少させることで排気温度を上昇させる排気温度上昇制御を前記第一パージ制御の開始前に開始し、少なくとも前記第一パージ制御の実施中は前記排気温度上昇制御を実施する
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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