JP2018178866A

JP2018178866A - エンジンの排気浄化装置

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Publication number: JP2018178866A
Application number: JP2017080201A
Authority: JP
Inventors: 雅信菅野; Masanobu KANNO; 能将山口; Yoshimasa Yamaguchi; 西村　博幸; Hiroyuki Nishimura; 博幸西村
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2017-04-14
Filing date: 2017-04-14
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2037-04-14
Also published as: JP6504474B2

Abstract

【課題】排気通路の触媒を早期に昇温可能であると共にアンモニアの生成を抑制可能なエンジンの排気浄化装置を提供すること。
【解決手段】エンジンの排気通路に配設されたＮＯｘ触媒及びＳＣＲ触媒と、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が予め設定された還元開始値以上のときに排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又は空燃比リッチ側の還元空燃比に設定してＮＯｘ還元処理を実行するＮＯｘ還元制御手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、前記ＮＯｘ還元制御手段は、ＮＯｘ吸蔵量が予め設定された還元終了値以下になったときの前記ＳＣＲ触媒の温度が予め設定されたＳＣＲ触媒活性温度未満の場合には、理論空燃比よりリーン側に設定するリーン空燃比よりリッチ側の且つ前記還元空燃比よりリーン側の昇温空燃比に設定した昇温制御を実行する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、排気ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘと呼ぶ）を還元して浄化するエンジンの排気浄化装置に関する。

従来からエンジンの排気通路には、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化するための触媒が配設されている。このような触媒としては、酸化雰囲気下で排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気下で吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（NOx Storage Catalyst、以下ＮＯｘ触媒と呼ぶ。）や、アンモニアを還元剤として使用して排気ガス中のＮＯｘを還元する選択還元触媒（Selective Catalytic Reduction、以下ＳＣＲ触媒と呼ぶ。）が知られている。これらの触媒は、その機能を発揮するための条件が異なるので、組み合わせて使用することにより幅広い運転状況に対応したエンジンの排気浄化装置を構成することができる。

ＮＯｘ触媒は、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン側の状態（空気過剰率λ＞１）にしたときの酸化雰囲気下で排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。また、ＮＯｘ触媒は、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍の状態（λ≒１）又は理論空燃比よりも燃料が多いリッチ側の状態（λ＜１）にしたときの還元雰囲気下で、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を利用してＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する。ＳＣＲ触媒は、供給された尿素を高温下で加水分解してアンモニアを生成・吸着すると共に、このアンモニアにより排気ガス中のＮＯｘを還元する。

このようなＮＯｘ触媒は、例えば一定速度で走行するようなエンジン負荷が低く空燃比がリーン側の状態が継続すると、ＮＯｘ吸蔵量がその上限に達して排気ガス中のＮＯｘを吸蔵できなくなる。また、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵性能は、ＮＯｘ吸蔵量の増加と共に低下していく。そのため、空燃比がリーン側の状態が継続した場合には、ＮＯｘ吸蔵量が上限に達する前に、吸蔵したＮＯｘを還元して排出することによりＮＯｘ触媒を再生するＮＯｘ還元処理を適宜実行するように構成されている。

ＮＯｘ還元処理は、エンジンに要求されるトルクに対応する量の燃料をエンジン筒内に供給するメイン噴射に加えて、メイン噴射後の所定のタイミングで追加燃料を噴射するポスト噴射を行うことにより排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍或いは理論空燃比よりもリッチ側に設定して還元雰囲気にする。そして、排気ガス中のＨＣやＣＯを利用してＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元し、窒素（Ｎ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）として排出する。このＮＯｘ還元処理により、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵性能を回復させる。

ＮＯｘ触媒とＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能を十分に発揮させるためには、夫々の触媒が活性状態になるある程度高い温度が必要である。例えばエンジン始動直後やエンジンブレーキ使用による燃料カットが長く継続した後は、これらの触媒の温度が低いため、ＮＯｘ浄化性能を十分に発揮することができない。そのため、ＮＯｘ触媒より高温でＮＯｘ浄化性能を発揮するＳＣＲ触媒がその性能を発揮できない低温の間は、ＮＯｘ触媒がＮＯｘ浄化を担う。

ＮＯｘ触媒の温度が低い場合でもできるだけＮＯｘを吸蔵して排気ガスを浄化できるように、エンジン始動後にＮＯｘ還元処理してＮＯｘ吸蔵性能を回復させている。例えば、特許文献１の内燃機関の排気浄化装置のように、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量に応じた再生開始温度を設定して、エンジン始動後最初のＮＯｘ還元処理を早期に実行する構成が知られている。ＮＯｘ還元処理は、追加燃料をポスト噴射して燃焼させるので排気ガス温度が上昇し、排気通路の触媒を昇温させる効果がある。

特開２００８−１２１５９６号公報

ＮＯｘ還元処理では、ＮＯｘ触媒上で排気ガス中のＨＣとＮＯｘからアンモニア（ＮＨ３）が生成され、この生成されたアンモニアがＮＯｘ触媒上でＮＯｘ還元のために消費される。ＮＯｘ還元処理は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘが所定の量（例えば零）になると終了するので、ＮＯｘ還元処理終了時にはまだ排気通路の触媒の昇温が十分でない場合がある。しかし、触媒の昇温のためにＮＯｘ還元処理を継続すると、ＮＯｘ触媒上で生成されたアンモニアが消費されずに排気通路から外部へ排出されて異臭を発生させる虞があり好ましくない。また、ポスト噴射により燃料消費量が増加した状態なので、燃費が悪化する。

本発明の目的は、排気通路の触媒を早期に昇温可能であると共にアンモニアの生成を抑制可能なエンジンの排気浄化装置を提供することである。

請求項１のエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設されたＮＯｘ触媒及びＳＣＲ触媒と、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が予め設定された還元開始値以上のときに排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又は空燃比リッチ側の還元空燃比に設定してＮＯｘ還元処理を実行するＮＯｘ還元制御手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、前記ＮＯｘ還元制御手段は、ＮＯｘ吸蔵量が予め設定された還元終了値以下になったときの前記ＳＣＲ触媒の温度が予め設定されたＳＣＲ触媒活性温度未満の場合には、理論空燃比よりリーン側に設定するリーン空燃比よりリッチ側且つ前記還元空燃比よりリーン側の昇温空燃比に設定した昇温制御を実行することを特徴としている。

上記構成により、還元空燃比における排気ガス温度の上昇を利用して、ＳＣＲ触媒を早期に昇温することができる。ＮＯｘ吸蔵量が還元終了値以下になると、ＮＯｘ還元処理を実行していない通常運転時のリーン空燃比よりリッチ側の昇温空燃比に設定するため、リーン空燃比の状態よりも排気ガス温度は高くなるので、ＮＯｘ触媒及びＳＣＲ触媒を早期に昇温することができる。また、昇温空燃比は還元空燃比よりリーン側に設定されているので、還元空燃比の状態よりもＮＯｘ触媒上でのアンモニアの生成を抑えることができると共に燃料消費を抑えることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ＳＣＲ触媒は、前記ＮＯｘ触媒よりも前記エンジンの排気通路の下流側に配設されたことを特徴としている。
上記構成により、ＮＯｘ触媒で生成されたアンモニアのうち、消費されなかったアンモニアをＳＣＲ触媒において利用することができ、アンモニアの排出を抑えることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記エンジンの排気通路に酸化触媒を備え、前記ＮＯｘ還元制御手段は前記昇温制御時には前記昇温空燃比を前記リーン空燃比よりリッチ側且つ理論空燃比よりリーン側に設定することを特徴としている。
上記構成により、昇温空燃比は理論空燃比よりリーン側に設定されているので、酸化触媒での酸化反応により排気ガス温度を昇温できるため、ＮＯｘ触媒及びＳＣＲ触媒を早期に昇温することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記ＮＯｘ還元制御手段は、前記ＮＯｘ触媒下流の排気温度が予め設定された設定温度以上になると昇温制御を終了することを特徴としている。
上記構成により、ＮＯｘ触媒の高温劣化を抑えることができる。

請求項５の発明は、請求項１〜４の発明の何れかにおいて、前記ＮＯｘ還元制御手段は、エンジン始動後の１回目のＮＯｘ還元処理を実行する前記還元開始値を２回目以降よりも小さく設定し、前記１回目のＮＯｘ還元処理によりＮＯｘ吸蔵量が前記還元終了値以下となったときの前記ＳＣＲ触媒の温度が前記ＳＣＲ触媒活性温度未満の場合に前記昇温制御を実行することを特徴としている。
上記構成により、エンジン始動後の１回目のＮＯｘ還元処理を早期に開始すると共に、ＳＣＲ触媒を早期に昇温することができる。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記ＮＯｘ還元制御手段は、前記ＳＣＲ触媒の温度が低いほど前記１回目のＮＯｘ還元処理を実行するための前記還元開始値を小さく設定することを特徴としている。
上記構成により、ＳＣＲ触媒の温度が低いほどエンジン始動後の１回目のＮＯｘ還元処理を一層早期に開始することができ、ＳＣＲ触媒をＳＣＲ触媒温度状況に応じて早期に昇温することができる。

本発明のエンジンの排気浄化装置によれば、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元処理を実行することにより排気通路の触媒を早期に昇温可能であると共に、ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの生成を抑制することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置の電気的構成を示すブロック図である。本発明の実施形態による空燃比の設定方法についての説明図である。本発明の実施形態によるアンモニア吸着量の推定方法を説明するためのブロック図である。本発明の実施形態による燃料噴射制御を示すフローチャートである。本発明の実施形態においてＤｅＮＯｘを実行するエンジンの運転領域を示す図である。本発明の実施形態においてＤｅＮＯｘを実行する温度範囲を示す図である。本発明の実施形態によるポスト噴射量算出処理を示すフローチャートである。本発明の実施形態によるＤｅＮＯｘ実行フラグの設定処理を示すフローチャートである。本発明の実施形態によるＤｅＮＯｘ実行制御を示すフローチャートである。本発明の実施形態によるＤｅＮＯｘ実行時のタイムチャートである。還元開始値αの設定例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置について説明する。

図１に示すように、エンジンシステム２００は、主にディーゼルエンジンとしてのエンジンＥと、エンジンＥに吸気を供給する吸気系ＩＮと、エンジンＥに燃料を供給するための燃料供給系ＦＳと、エンジンＥの排気ガスを排出する排気系ＥＸと、エンジンシステム２００に関する各種の状態を検出するセンサ１００〜１１９と、エンジンシステム２００の制御を行うＰＣＭ（Power-train Control Module）６０と、ＳＣＲ触媒４７に関する制御を行うＤＣＵ（Dosing Control Unit）７０とを有する。

吸気系ＩＮは、吸気が通過する吸気通路１を有しており、この吸気通路１上には、上流側から順に、エアクリーナ３とターボ過給機５のコンプレッサとインタークーラ８と吸気シャッター弁７（スロットルバルブに相当する）とサージタンク１２が設けられている。エアクリーナ３は外部から導入された空気を浄化する。ターボ過給機５のコンプレッサは通過する吸気を圧縮して吸気圧を上昇させる。インタークーラ８は外気や冷却水を利用して吸気を冷却する。吸気シャッター弁７は通過する吸気流量を調整する。サージタンク１２はエンジンＥに効率よく吸気を供給するために吸気を一時的に蓄える。

エアクリーナ３の下流側の吸気通路１上には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ１０１及び吸気温度を検出する温度センサ１０２が設けられている。ターボ過給機５には吸気の圧力を検出する圧力センサ１０３が設けられている。インタークーラ８の直下流側の吸気通路１上には吸気温度を検出する温度センサ１０６が設けられている。吸気シャッター弁７には当該吸気シャッター弁７の開度を検出するポジションセンサ１０５が設けられている。サージタンク１２には吸気マニホールドにおける吸気の圧力を検出する圧力センサ１０８が設けられている。これらの吸気系ＩＮに設けられた各種センサ１０１〜１０８は、夫々、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１０１〜Ｓ１０８をＰＣＭ６０に出力する。

エンジンＥは、吸気バルブ１５と、燃焼室１７と、燃料噴射弁２０と、グロープラグ２１と、ピストン２３と、クランクシャフト２５と、排気バルブ２７等を有する。吸気バルブ１５は吸気通路１（吸気マニホールドを含む）から供給された吸気を燃焼室１７内に導入する。燃料噴射弁２０は燃焼室１７に向けて燃料を噴射する。グロープラグ２１は通電により発熱する発熱部を燃焼室１７内に備えている。ピストン２３は燃焼室１７内での混合気の燃焼により往復運動する。クランクシャフト２５はピストン２３の往復運動により回転する。排気バルブ２７は、燃焼室１７内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを金属製の排気通路４１（排気マニホールドを含む）へ排出する。

エンジンＥには、例えば上死点等を基準としてクランクシャフト２５におけるクランク角を検出するクランク角センサ１００が設けられている。このクランク角センサ１００は、検出したクランク角に対応する検出信号Ｓ１００をＰＣＭ６０に出力する。ＰＣＭ６０は、この検出信号Ｓ１００に基づきエンジン回転数を取得する。

燃料供給系ＦＳは、燃料を貯蔵する燃料タンク３０と、燃料タンク３０から燃料噴射弁２０に燃料を供給するための燃料供給通路３８とを有する。燃料供給通路３８には上流側から順に、低圧燃料ポンプ３１と、高圧燃料ポンプ３３と、コモンレール３５が設けられている。

排気系ＥＸは、排気ガスが通過する排気通路４１を有しており、この排気通路４１上には、通過する排気ガスによって回転され、この回転によりコンプレッサを駆動するターボ過給機５のタービンが設けられている。このタービンの下流側の排気通路４１上には、上流側から順に、ＮＯｘ触媒４５と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下ＤＰＦと呼ぶ）４６と、尿素インジェクタ５１と、ＳＣＲ触媒４７と、スリップ触媒４８が設けられている。ＮＯｘ触媒４５の上流側にＳＣＲ触媒が配設される場合もある。

ＮＯｘ触媒４５は排気ガス中のＮＯｘを吸蔵浄化する。ＤＰＦ４６は排気ガス中の粒子状物質を捕集する。尿素インジェクタ５１は図示外の尿素水タンクに貯留された尿素水をＤＰＦ４６の下流側の排気通路４１中に噴射して尿素を供給する。ＳＣＲ触媒４７は尿素インジェクタ５１から噴射された尿素を加水分解してアンモニアを生成し、このアンモニアにより排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化する。スリップ触媒４８はＳＣＲ触媒４７から放出されたアンモニアを酸化させて浄化する。尚、尿素インジェクタ５１は、ＤＣＵ７０から供給される制御信号Ｓ５１により、排気通路４１中に尿素を噴射するための制御が行われる。

ＮＯｘ触媒４５は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン側の状態（λ＞１）である酸化雰囲気中で排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。また、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍の状態（λ≒１）あるいは理論空燃比よりも小さいリッチ側の状態（λ＜１）である還元雰囲気中において吸蔵したＮＯｘを還元する。ＮＯｘ触媒４５は、吸蔵したＮＯｘを還元する際に、ＮＯｘ触媒４５が吸蔵しているＮＯｘ中の「Ｎ」と、ＮＯｘ触媒４５に還元剤として供給された未燃燃料等の炭化水素（ＨＣ）中の「Ｈ」とを結合させてアンモニア（ＮＨ３）を生成する。この生成したアンモニアはＮＯｘの還元浄化のために消費される。

また、ＮＯｘ触媒４５は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としての機能に加えて、排気ガス中のＨＣやＣＯ等を酸化して浄化するディーゼル酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst、以下ＤＯＣと呼ぶ。）としての機能も有する。例えば、ＮＯｘ触媒４５は、ＤＯＣの触媒材の表面をＮＳＣの触媒材によりコーティングして形成されている。

ＳＣＲ触媒４７は、尿素インジェクタ５１により噴射された尿素から生成されたアンモニアと、排気通路４１上流側のＮＯｘ触媒４５におけるＮＯｘの還元により生成されたアンモニアを吸着し、この吸着したアンモニアにより排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する。例えば、ＳＣＲ触媒４７は、アンモニアによってＮＯｘを還元する触媒金属を、アンモニアをトラップするゼオライトに担持させて触媒成分を形成し、この触媒成分をハニカム担体のセル壁に担持させることで作られている。ＮＯｘ還元用の触媒金属としては、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｗなどが用いられる。

ＤＣＵ７０は、ＳＣＲ触媒４７によるＮＯｘ浄化性能の確保とＳＣＲ触媒４７からのアンモニアの放出（スリップ）の抑制とを両立するために、ＳＣＲ触媒４７に適量のアンモニアが吸着されるように尿素インジェクタ５１の噴射制御を行う。ＳＣＲ触媒４７は高温になるほど吸着したアンモニアを放出する性質を有するため、ＳＣＲ触媒４７の温度に応じてアンモニア吸着能力が変化するので、ＤＣＵ７０はＳＣＲ触媒４７の温度等に基づいて尿素インジェクタ５１の噴射制御を行う。

ターボ過給機５のタービンの上流側の排気通路４１には、排気ガスの圧力を検出する圧力センサ１０９と、排気ガスの温度を検出する温度センサ１１０が設けられ、ターボ過給機５のタービンの下流側の排気通路４１には酸素濃度を検出するＯ２センサ１１１が設けられている。また、排気通路４１は、ＮＯｘ触媒４５の上流側の排気ガス温度を検出する温度センサ１１２と、ＮＯｘ触媒４５とＤＰＦ４６との間の排気ガス温度を検出する温度センサ１１３と、ＤＰＦ４６の上流側と下流側との排気ガスの圧力差を検出する差圧センサ１１４と、ＤＰＦ４６の下流側の排気ガス温度を検出する温度センサ１１５と、ＤＰＦ４６の下流側の排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１１６と、ＳＣＲ触媒４７の上流側の排気ガス温度を検出する温度センサ１１７と、ＳＣＲ触媒４７の下流側の排気ガス中のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ１１８と、スリップ触媒４８の上流側の排気ガス中のＰＭを検出するＰＭセンサ１１９を備えている。これらの排気系ＥＸの各種センサ１０９〜１１９は、夫々検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１０９〜Ｓ１１９をＰＣＭ６０に出力する。

ターボ過給機５は、排気エネルギーが低い低回転域から高回転域まで全域で効率よく高過給を得られる２段過給システムとして構成されている。ターボ過給機５は、高回転域において多量の空気を過給するための大型ターボチャージャー５ａと、低い排気エネルギーでも効率よく過給を行える小型ターボチャージャー５ｂと、コンプレッサバイパスバルブ５ｃと、レギュレートバルブ５ｄと、ウェイストゲートバルブ５ｅを備えている。コンプレッサバイパスバルブ５ｃは小型ターボチャージャー５ｂのコンプレッサへの吸気の流れを制御する。レギュレートバルブ５ｄは小型ターボチャージャー５ｂのタービンへの排気の流れを制御する。ウェイストゲートバルブ５ｅは大型ターボチャージャー５ａのタービンへの排気の流れを制御する。エンジンＥの運転状態（エンジン回転数及び負荷）に応じて各バルブを駆動することにより、大型ターボチャージャー５ａと小型ターボチャージャー５ｂによる過給を切り替える。

また、エンジンシステム２００は、ＥＧＲ装置４３を有する。このＥＧＲ装置４３は、ＥＧＲ通路４３ａと、ＥＧＲクーラ４３ｂと、第１ＥＧＲバルブ４３ｃと、ＥＧＲクーラバイパス通路４３ｄと、第２ＥＧＲバルブ４３ｅとを備えている。ＥＧＲ通路４３ａは、ターボ過給機５のタービンの上流側の排気通路４１とターボ過給機５のコンプレッサの下流側（インタークーラ８の下流側）の吸気通路１とを接続する。ＥＧＲクーラ４３ｂはＥＧＲ通路４３ａを通過する排気ガスを冷却する。第１ＥＧＲバルブ４３ｃはＥＧＲ通路４３ａを通過させる排気ガスの流量を調整する。ＥＧＲクーラバイパス通路４３ｄはＥＧＲクーラ４３ｂをバイパスさせて排気ガスを流通させる。第２ＥＧＲバルブ４３ｅはＥＧＲクーラバイパス通路４３ｄを通過させる排気ガスの流量を調整する。

図２は、エンジンの排気浄化装置の電気的構成を示すブロック図である。ＰＣＭ６０は、上記各種センサ１００〜１１９の検出信号Ｓ１００〜Ｓ１１９と、アクセルペダルの踏込量を反映するアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５０の検出信号Ｓ１５０と、車速を検出する車速センサ１５１の検出信号Ｓ１５１に基づいて、主に燃料噴射弁２０の制御を行う制御信号Ｓ２０を出力し、吸気シャッター弁７の制御を行う制御信号Ｓ７を出力する。

ＰＣＭ６０は、ドライバのアクセルペダル操作に応じたエンジントルクを出力させるために燃焼室１７に向けて燃料を噴射するメイン噴射を行う。主に燃費向上のため、メイン噴射は、基本的には排気ガスの空燃比がリーン側になるように燃料噴射量等を設定する。また、ＰＣＭ６０は、ＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘを還元する場合に、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりも小さいリッチ側の還元空燃比に設定すると共に、燃料噴射弁２０から追加燃料をポスト噴射させるＮＯｘ還元制御を行うＮＯｘ還元制御手段である。

ＰＣＭ６０は、ＣＰＵ、当該ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムやエンジンの運転状況等の各種情報を記憶するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。

次に、ＰＣＭ６０による空燃比の設定について説明する。
図３は、縦軸が空気過剰率λを示し、横軸が後述するＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量を示している。実際に供給される空気量が理論空燃比のときと同じ場合、即ち空燃比を理論空燃比に設定した場合はλ＝１であり、空燃比がリッチ側のλ＜１の領域Ｒ２１はＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘを還元可能な範囲を示し、空燃比がリーン側のλ＞１の領域Ｒ２２はＮＯｘ触媒４５にＮＯｘを吸蔵する範囲を示している。通常走行時には、主に燃費向上のために基本的にλが領域Ｒ２２内になるように空燃比を設定する。ラインＧ１１は、ＮＯｘ還元制御時にＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量に応じて設定されるλを示している。このラインＧ１１が、アンモニア吸着量に応じて設定される空燃比を規定したマップに相当する。

ＮＯｘ還元制御時の空燃比にするためのポスト噴射は、メイン噴射後のエンジントルクの出力に寄与しないタイミング（例えば膨張行程）で追加燃料を噴射する。このポスト噴射により、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍の状態（λ≒１）又は理論空燃比よりも小さいリッチ側の状態（λ＜１）にして、ＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘを還元させるＮＯｘ還元処理を行う。以下では、このＮＯｘ還元処理を「ＤｅＮＯｘ」と呼ぶ。「Ｄｅ」は分離や除去を意味する接頭語である。

次に、ＰＣＭ６０によるＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量の推定について説明する。
図４は、アンモニア吸着量の推定方法を説明するためのブロック図である。まず、排気ガス量や排気ガス温度などの排気ガス状態、及びＳＣＲ触媒温度などのＳＣＲ触媒４７の状態に基づき、尿素インジェクタ５１からの尿素噴射によりＳＣＲ触媒４７に供給された単位時間当たりのアンモニア供給量を求める。また、エンジンＥの運転状態、及びＮＯｘ触媒温度やＮＯｘ吸蔵量などのＮＯｘ触媒４５の状態に基づき、ＤｅＮＯｘ時にＮＯｘ触媒４５から発生した単位時間当たりのアンモニア発生量を求める。また、排気ガス量や排気ガス温度や排気ガス中のＮＯｘ濃度などの排気ガス状態、及びＳＣＲ触媒温度などのＳＣＲ触媒４７の状態に基づき、ＳＣＲ触媒４７においてＮＯｘの還元浄化により消費された単位時間当たりのアンモニア消費量を求める。

この後、これらのアンモニア供給量、アンモニア発生量及びアンモニア消費量から、ＳＣＲ触媒４７における単位時間当たりの吸着アンモニア変化量（アンモニア吸着量の変化量）を求める。そして、求められた吸着アンモニア変化量を、現在のアンモニア吸着量、つまり前回推定されたアンモニア吸着量に加えることで、今回(現在)のアンモニア吸着量を求める。

次に、ＰＣＭ６０による燃料噴射制御について説明する。
図５は、燃料噴射制御を示すフローチャートである。この燃料噴射制御は、車両のイグニッションがオンにされてＰＣＭ６０が起動すると開始され、所定の周期で繰り返し実行される。図中のＳｉ（ｉ＝２０１，２０２，・・・）はステップを表す。

まず、Ｓ２０１において、車両の運転状態、例えばアクセル開度センサ１５０が検出したアクセル開度、車速センサ１５１が検出した車速、クランク角センサ１００が検出したクランク角、車両の変速機に現在設定されているギヤ段等の情報を取得する。

次に、Ｓ２０２において、Ｓ２０１で取得した車両の運転状態に基づいて目標加速度を設定する。例えば、内部メモリに予め記憶されている種々の車速及び種々のギヤ段について規定された加速度特性マップの中から現在の車速及びギヤ段に対応する加速度特性マップを選択し、選択した加速度特性マップを参照して現在のアクセル開度に対応する目標加速度を決定する。

次に、Ｓ２０３において、Ｓ２０２で決定された目標加速度を実現するためのエンジンＥの目標トルクを決定する。この場合、現在の車速、ギヤ段、路面勾配、路面μ等に基づいてエンジンＥが出力可能なトルクの範囲内で目標トルクを決定する。

次に、Ｓ２０４において、Ｓ２０３で決定した目標トルクをエンジンＥから出力させるため、目標トルク及びクランク角から導出されるエンジン回転数に基づいて、燃料噴射弁２０から噴射させるメイン噴射の燃料噴射量（メイン噴射量）を算出する。

上記Ｓ２０２〜Ｓ２０４の処理と並行して、Ｓ２０５において、エンジンＥの運転状態に応じた燃料の噴射パターンを設定する。ＤｅＮＯｘを行う場合には、メイン噴射に加えてポスト噴射を行う燃料噴射パターンを設定し、ポスト噴射の燃料噴射量（ポスト噴射量）やポスト噴射のタイミングを設定する。ＤｅＮＯｘを行わない場合には、メイン噴射のみの燃料噴射パターンを設定する。

次に、Ｓ２０６において、Ｓ２０４で算出されたメイン噴射量とＳ２０５で設定された燃料噴射パターン（ポスト噴射を行う場合にはポスト噴射量やポスト噴射タイミングを含む）に基づき、燃料噴射弁２０を制御する。

次に、ＤｅＮＯｘについて説明する。
ＮＯｘ触媒４５は、排気ガスの空燃比がリーン側に設定された酸化雰囲気中で排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。このＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量には上限があり、ＮＯｘ吸蔵量が増えるにつれてＮＯｘ吸蔵性能が低下する。そのため、ＮＯｘ吸蔵量が還元開始値αを超えた場合にＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘを還元するＤｅＮＯｘを実行して外部に放出することにより、ＮＯｘ触媒４５を再生し、ＮＯｘ吸蔵性能を回復させている。

ＤｅＮＯｘを実行する場合、ＰＣＭ６０は、ポスト噴射された燃料が燃焼室１７（気筒内）において燃焼されるエンジンＥの膨張行程における所定のタイミングをポスト噴射タイミングとして設定する。そしてそのタイミングで燃料噴射弁２０からポスト噴射させ、気筒内において燃焼させて排気ガスの空燃比をリッチ側の還元空燃比に設定する制御を行う。このとき空気と燃料が適切に混合された状態で着火するように、ＤｅＮＯｘ実行時には適量のＥＧＲガスを導入してポスト噴射された燃料の着火を効果的に遅延させている。このようにしてポスト噴射された燃料がそのまま多量の未燃燃料のＨＣとして排出されることや、ポスト噴射された燃料によるオイル希釈を抑制している。

ここで、図６を参照して、ＤｅＮＯｘを実行するエンジンＥの運転領域について説明する。図６は、横軸がエンジン回転数を示し、縦軸がエンジン負荷を示している。曲線Ｌ１はエンジンＥの最大トルク線を示している。ＰＣＭ６０は、エンジン負荷が第１所定負荷Ｌｏ１以上で第２所定負荷Ｌｏ２以下であり、且つエンジン回転数が第１所定回転数Ｎ１以上で第２所定回転数Ｎ２以下である場合に、つまりエンジン負荷及びエンジン回転数が運転領域Ｒ１２内にある場合に、ＤｅＮＯｘを実行する。このときの排気ガスの空燃比は理論空燃比よりリーン側のリーン空燃比に設定されている。

エンジン負荷が高くなると気筒温度が高くなり、ポスト噴射された燃料が空気と適切に混合されていない状態で燃焼してＨＣが多く発生する。反対に、アイドリング等のエンジン負荷がかなり低い領域では、ＮＯｘ触媒４５の温度が低くなってＮＯｘ浄化性能が十分に発揮されない。加えて、この領域ではポスト噴射された燃料が適切に燃焼しなくなり失火が発生してしまう。尚、これと同様の現象がエンジン回転数に対しても発生する。

以上のことから、中負荷域且つ中回転域に対応するエンジンＥの運転領域Ｒ１２を、ＤｅＮＯｘ処理を実行するＤｅＮＯｘ実行領域とし、これ以外の運転領域では、ＤｅＮＯｘ処理を禁止する。このようにＤｅＮＯｘ処理を禁止することとしたエンジンＥの運転領域Ｒ１３では、ＳＣＲ触媒４７によりＮＯｘの排出を防止する。

次に、図７に基づいてＤｅＮＯｘ処理を行う温度範囲について説明する。図７は横軸が温度を示し縦軸がＮＯｘ浄化率を示す。ＮＯｘ触媒４５はＳＣＲ触媒４７と比べて低温域においてＮＯｘ浄化性能を発揮し、ＳＣＲ触媒４７はＮＯｘ触媒４５と比べて高温域においてＮＯｘ浄化性能を発揮する。ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化性能が発揮される温度域は、その高温側の一部がＳＣＲ触媒４７のＮＯｘ浄化性能が発揮される温度域の低温側の一部に重なっている。

ＮＯｘ触媒４５、ＳＣＲ触媒４７により、ある程度以上のＮＯｘ浄化率が得られる温度範囲の低温側の境界温度を夫々ＮＯｘ触媒活性温度Ｔｎ、ＳＣＲ触媒活性温度（活性温度）Ｔｓとする。ＰＣＭ６０は、ＮＯｘ触媒４５の温度がＮＯｘ触媒活性温度Ｔｎ以上、且つＳＣＲ触媒４７の温度がＳＣＲ触媒活性温度Ｔｓ未満である場合にＤｅＮＯｘを実行する。ＮＯｘ触媒４５の温度がＮＯｘ触媒活性温度Ｔｎ未満又はＳＣＲ触媒温度がＳＣＲ触媒活性温度Ｔｓ以上の場合には、ＤｅＮＯｘを禁止する。ＮＯｘ触媒活性温度Ｔｎ未満であるときＤｅＮＯｘが効率的でなく、ＳＣＲ触媒活性温度Ｔｓ以上のときはＳＣＲ触媒４７がＮＯｘを浄化処理するためＮＯｘ触媒４５を再生させる必要がないからである。

次に、ＰＣＭ６０によるＤｅＮＯｘに適用するポスト噴射量の算出について説明する。図８は、ポスト噴射量の算出処理のフローチャート（ポスト噴射量算出フロー）である。図中のＳｉ（ｉ＝２１１，２１２，・・・）はステップを表す。このポスト噴射量算出フローは、ＰＣＭ６０によって所定の周期で繰り返し実行されると共に、図５に示した燃料噴射制御フローと並行して実行され、燃料噴射制御が行われている間にポスト噴射量が随時算出される。

まず、Ｓ２１１において、エンジンＥの運転状態を取得する。例えばエアフローセンサ１０１によって検出された吸入空気量と、Ｏ２センサ１１１によって検出された排気ガスの酸素濃度と、図５のＳ２０４で算出されたメイン噴射量等を取得する。また、ＥＧＲ装置４３によって吸気系ＩＮに還流されるＥＧＲガス量と、ＳＣＲ触媒４７に吸着されたアンモニアの量であるアンモニア吸着量を取得する。

次に、Ｓ２１２において、Ｓ２１１で取得したアンモニア吸着量に基づいて、ＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘを還元するために適用するリッチ側の空燃比を設定する。この還元空燃比は、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量に応じて規定されたマップ（図３参照）に基づいて設定する。

次に、Ｓ２１３において、Ｓ２１１で取得された吸入空気量及びＥＧＲガス量に基づき、エンジンＥに導入される空気量（つまり充填量）を算出する。そして、Ｓ２１４において、Ｓ２１３で算出された充填量から、エンジンＥに導入される空気の酸素濃度を算出する。

次に、Ｓ２１５において、Ｓ２１４で算出した酸素濃度とＯ２センサ１１１に検出された酸素濃度に基づいてＳ２１２で設定した空燃比にするためのポスト噴射量を算出する。ＰＣＭ６０は、メイン噴射した燃料を燃焼させたときに発生する排気ガスの空燃比から、検出された酸素濃度と算出された酸素濃度との差に応じてフィードバック処理を適宜行って、排気ガスの空燃比を設定した空燃比にするためのポスト噴射量を算出する。この算出したポスト噴射量の燃料を噴射するポスト噴射により排気ガスの空燃比を精度良く設定した空燃比に制御し、ＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘを確実に還元するようにしている。

エンジン始動直後等のＳＣＲ触媒４７が低温である間はＮＯｘ触媒４５がＮＯｘ浄化を担うが、ＮＯｘ触媒４５も低温のためＮＯｘ吸蔵性能を十分発揮できない。このとき、ＮＯｘ触媒４５を再生すると、ＮＯｘ吸蔵性能が回復してＮＯｘ排出量を減らせる場合があるため、エンジン始動後の１回目のＤｅＮＯｘを早期に実行するように構成されている。エンジン始動後の１回目のＤｅＮＯｘは、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量が還元開始値αとして予め設定されているα１を超えると開始される。ＤｅＮＯｘにより排気ガス温度が上昇するため、ＮＯｘ触媒４５とＳＣＲ触媒４７の昇温も期待できる。

２回目以降のＤｅＮＯｘは、還元開始値αとして予め設定されているα２を超えると開始される。１回目のように早期実行の必要がないので、α２はα１より大きい値に設定されている。また、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵性能がＮＯｘ吸蔵量の増加と共に低下することを考慮して、α２はＮＯｘ触媒４５の最大吸蔵量よりも小さい値に設定されている。例えば、α２は最大吸蔵量の９０％の値に、α１はα２の１／３の値に設定されている。これらα１，α２は、エンジンシステム２００の仕様等に応じて適宜設定される。

ＰＣＭ６０は、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量が還元開始値α以上である場合、ＮＯｘ吸蔵量を予め設定された還元終了値β以下に減少させるために、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍あるいは理論空燃比以下のリッチ側の還元空燃比に設定して燃料噴射弁２０からポスト噴射させるＤｅＮＯｘを行う。還元終了値βは略零に設定されるが、零と還元開始値αの間に設定してもよい。

次に、図９を参照して、ＰＣＭ６０によるＤｅＮＯｘ実行要否を判定するＤｅＮＯｘ実行フラグ設定について説明する。
図９は、ＤｅＮＯｘ実行フラグ設定フローを示すフローチャートである。図中のＳｉ（ｉ＝３０１，３０２，・・・）はステップを表す。このＤｅＮＯｘ実行フラグ設定フローは、図５の燃料噴射制御フロー等と並行して所定の周期で繰り返し実行される。

まず、Ｓ３０１において、車両における各種情報を取得する。具体的には、ＮＯｘ触媒４５の温度と、ＳＣＲ触媒４７の温度と、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量等を取得する。ＮＯｘ触媒４５の温度は、例えばＮＯｘ触媒４５の上流側の温度センサ１１２により検出された温度に基づいて推定される。ＮＯｘ触媒４５とＤＰＦ４６との間の温度センサ１１３により検出された温度に基づいて、又は温度センサ１１２，１１３に検出された温度を組み合わせてＮＯｘ触媒４５の温度を推定しても良い。また、ＳＣＲ触媒４７の温度は、例えば、ＳＣＲ触媒４７の上流側に設けられた温度センサ１１７により検出された温度に基づいて推定される。ＮＯｘ吸蔵量は、例えば、エンジンＥの運転状態や排気ガスの流量や排気ガスの温度等に基づいて、排気ガス中のＮＯｘ量を推定し、このＮＯｘ量を積算していくことで求められる。推定した排気ガス中のＮＯｘ量とＮＯｘセンサ１１６に検出された濃度に基づいてＮＯｘ吸蔵量を求めてもよい。

次に、Ｓ３０２において、Ｓ３０１で取得したＳＣＲ触媒４７の温度がＳＣＲ触媒活性温度Ｔｓ未満であるか否かを判定する。判定がＮｏの場合、ＳＣＲ触媒４７によって排気ガス中のＮＯｘを適切に浄化することができるので、Ｓ３１０に進んで、ＤｅＮＯｘの実行を禁止すべくＤｅＮＯｘ実行フラグＦを「０」に設定して終了する。判定がＹｅｓの場合はＳ３０３に進む。

次に、Ｓ３０３において、Ｓ３０１で取得したＮＯｘ触媒４５の温度がＮＯｘ触媒活性温度Ｔｎ以上か否かを判定する。ＮＯｘ触媒４５の温度がＮＯｘ触媒活性温度Ｔｎ未満の場合には、排気ガスの空燃比をリッチ側の還元空燃比に設定しても吸蔵したＮＯｘを効率的に還元できないので、Ｓ３０３の判定がＮｏの場合は、Ｓ３１０に進んで、ＤｅＮＯｘの実行を禁止すべくＤｅＮＯｘ実行フラグＦを「０」に設定してリターンする。Ｓ３０３の判定がＹｅｓの場合はＳ３０４に進む。

次に、Ｓ３０４において、エンジンＥの運転状況が運転領域Ｒ１２（図６参照）内にあるか否か判定する。判定がＮｏの場合は、Ｓ３１０に進んで、ＤｅＮＯｘの実行を禁止すべくＤｅＮＯｘ実行フラグＦを「０」に設定してリターンする。判定がＹｅｓの場合はＳ３０５に進む。

次にＳ３０５において、内部メモリに記憶された情報に基づいてエンジン始動後１回目のＤｅＮＯｘが未実施か否か判定する。判定がＹｅｓの場合はＳ３０６に進み、エンジン始動後１回目のＤｅＮＯｘを早期に実行できるように還元開始値αをα１に設定してＳ３０８に進む。判定がＮｏの場合はＳ３０７に進んで還元開始値αをα２に設定してＳ３０８に進む。

次にＳ３０８において、ＮＯｘ吸蔵量が還元開始値α以上か否か判定する。判定がＮｏの場合はＤｅＮＯｘ処理を実行しないので、Ｓ３１０に進んでＤｅＮＯｘ実行フラグＦを「０」に設定してリターンする。判定がＹｅｓの場合は、ＤｅＮＯｘ処理を実行するためにＳ３０９に進んでＤｅＮＯｘ実行フラグＦを「１」に設定してリターンする。

次に、図１０を参照して、ＰＣＭ６０によるＤｅＮＯｘ実行制御について説明する。
図１０は、ＤｅＮＯｘ実行制御のフローチャートである。図中のＳｉ（ｉ＝３１１，３１２，・・・）はステップを表す。このＤｅＮＯｘ実行制御も、図５の燃料噴射制御フロー等と並行して所定の周期で繰り返し実行される。

まず、Ｓ３１１において、ＤｅＮＯｘ実行フラグＦが「１」か否か判定する。判定がＮｏの場合はＤｅＮＯｘを実行しないので、Ｓ３１５に進んでリーン空燃比に設定すると共にメイン噴射を実行してリターンする。判定がＹｅｓの場合は、Ｓ３１２に進んでリッチ側の還元空燃比とポスト噴射量等を設定すると共にメイン噴射及びポスト噴射を実行してＳ３１３に進む。

次に、Ｓ３１３において、吸蔵したＮＯｘの還元終了か否か判定する。具体的には、エンジンＥの運転状態、排気ガスの流量、排気ガスの温度等に基づいて推定したＮＯｘ吸蔵量が還元終了値β以下になり、且つＤＰＦ４６の直下流側に設けられたＮＯｘセンサ１１６の検出値が変化した場合に、還元終了と判定する。判定がＮｏの場合はＳ３１１に戻り、判定がＹｅｓの場合はＳ３１４に進む。

次にＳ３１４において、今回のＤｅＮＯｘがエンジン始動後１回目のＤｅＮＯｘであるか否か判定する。判定がＮｏの場合はＳ３１９に進んでＤｅＮＯｘ実行フラグＦを「０」に設定してＤｅＮＯｘを終了しリターンする。判定がＹｅｓの場合はＳ３１６に進む。

次に、Ｓ３１６において、ＳＣＲ触媒４７の温度がＳＣＲ触媒活性温度Ｔｓ以上か否か判定する。判定がＹｅｓの場合はＳＣＲ触媒４７を昇温させる必要がないので、Ｓ３１９に進んでＤｅＮＯｘ実行フラグＦを「０」に設定してＤｅＮＯｘを終了しリターンする。判定がＮｏの場合は、ＳＣＲ触媒４７を昇温させるためにＳ３１７に進んで昇温空燃比とポスト噴射量等を設定すると共に、メイン噴射及びポスト噴射を実行してＳ３１８に進む。昇温空燃比は、理論空燃比よりリーン側且つリーン空燃比よりリッチ側に設定され、ＮＯｘ触媒４５におけるＨＣ等の酸化も昇温に寄与する。

次に、Ｓ３１８において、ＳＣＲ触媒４７の温度がＳＣＲ触媒活性温度Ｔｓ以上か否か判定する。判定がＮｏの場合はＳＣＲ触媒４７を昇温するためにＳ３１６に戻る。判定がＹｅｓの場合はＳＣＲ触媒４７を昇温する必要がないので、Ｓ３１９に進んでＤｅＮＯｘ実行フラグＦを「０」に設定してＤｅＮＯｘを終了しリターンする。

次に、エンジン始動後１回目のＤｅＮＯｘについて図１１に示すタイムチャートに基づいて説明する。
時刻ｔ０においてエンジンＥを始動した後は、排気ガスが排気通路４１に排出されてＮＯｘ触媒４５及びＳＣＲ触媒４７の温度が次第に上昇する。また、ＮＯｘ触媒４５に排気ガス中のＮＯｘが吸蔵されＮＯｘ吸蔵量が次第に増加する。この間ＰＣＭ６０は上記ＤｅＮＯｘ実行フラグ設定フローを実行している。エンジンＥは図６の領域Ｒ１２内の運転状態にあり、リーン空燃比に設定されている。

時刻ｔ１においてＮＯｘ吸蔵量が還元開始値αを超えてＤｅＮＯｘ実行フラグＦが「１」に設定されると、ＰＣＭ６０は上記ＤｅＮＯｘ実行制御を開始し、還元終了となるまで排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチ側の還元空燃比に設定すると共に、還元空燃比を達成するためのポスト噴射量を設定してポスト噴射を実行する。還元空燃比においてＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘは還元されるので、ＮＯｘ吸蔵量は次第に減少する。またポスト噴射により排気ガス温度が上昇するため、ＮＯｘ触媒４５とＳＣＲ触媒４７の温度上昇が速くなる。

時刻ｔ２において還元終了となったとき、今回のＤｅＮＯｘがエンジン始動後１回目のＤｅＮＯｘでありＳＣＲ触媒４７の温度がＳＣＲ触媒活性温度Ｔｓ未満なので、ＳＣＲ触媒４７の温度をさらに上昇させるために昇温制御を実行する。昇温制御は、排気ガスの空燃比を還元空燃比よりリーン側且つリーン空燃比よりリッチ側の昇温空燃比に設定すると共に、昇温空燃比にするためにポスト噴射量を設定してポスト噴射を実行する。

時刻ｔ３においてＮＯｘ触媒４５の直ぐ下流の排気温度が予め設定された設定温度以上になると、昇温制御を終了して排気ガスの空燃比をリーン空燃比に設定し、ポスト噴射を終了してエンジン始動後１回目のＤｅＮＯｘを終了する。尚、２回目以降のＤｅＮＯｘの場合は、時刻ｔ２において還元終了となったとき排気ガスの空燃比をリーン空燃比に設定し、ポスト噴射を終了してＤｅＮＯｘを終了する。

次に、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置の作用効果について説明する。
ＳＣＲ触媒４７の温度がＳＣＲ触媒活性温度Ｔｓ未満の場合に通常より早期にＤｅＮＯｘを実行するので、還元空燃比に設定して排気ガス温度が上昇すること利用して、ＳＣＲ触媒を早期に昇温することができる。そして、ＮＯｘ吸蔵量が還元終了値β以下になってもリーン空燃比よりリッチ側の昇温空燃比に設定してリーン空燃比のときよりも排気ガス温度が高くなることを利用して、ＳＣＲ触媒４７を早期に昇温することができる。その上、昇温空燃比は還元空燃比よりリーン側に設定されているので、還元空燃比のときよりもＮＯｘ触媒４５上でのアンモニアの生成を抑えることができると共に燃料消費を抑えることができる。

また、ＳＣＲ触媒４７は、ＮＯｘ触媒４５よりも排気通路４１の下流側に配設されているので、ＮＯｘ触媒４５で生成されたアンモニアのうち、消費されなかったアンモニアをＳＣＲ触媒４７において利用することができ、アンモニアの外部への排出を抑えることができる。

ＮＯｘ触媒４５はＤＯＣの機能も有し、昇温制御時の昇温空燃比をリーン空燃比よりリッチ側且つ理論空燃比よりリーン側に設定するため、酸化触媒での酸化反応により排気ガス温度を昇温できるため、ＮＯｘ触媒及びＳＣＲ触媒を早期に昇温することができる。また、ＮＯｘ触媒下流の排気温度が予め設定された設定温度以上になると昇温制御を終了するので、ＮＯｘ触媒の高温劣化を抑えることができる。

還元開始値αをエンジン始動後の１回目のＤｅＮＯｘの場合はα１に設定し、２回目以降のＤｅＮＯｘの場合はα２に設定し、α１をα２よりも小さく設定するので、１回目のＤｅＮＯｘを早期に開始してＳＣＲ触媒４７を早期に昇温することができる。また、１回目のＤｅＮＯｘによりＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量が還元終了値β以下となったときのＳＣＲ触媒４７の温度がＳＣＲ触媒活性温度Ｔｓ未満の場合に、昇温制御を実行するので、ＳＣＲ触媒４７を早期に昇温することができる。

図１２に示すように、エンジン始動後１回目のＤｅＮＯｘを開始するための還元開始値αとなるα１を、ＳＣＲ触媒４７の温度が低いほど小さくなるようにＳＣＲ触媒４７の温度に応じて設定することも可能である。ＳＣＲ触媒４７の温度が低いほどエンジン始動後の１回目のＤｅＮＯｘを早期に開始することができ、ＳＣＲ触媒４７をＳＣＲ触媒４７温度状況に応じて一層早期に昇温することができる。

エンジンブレーキ使用により燃料カットが長く続いた場合や、電動モータとエンジンを動力源とする所謂ハイブッリッド車において電動モータ走行が長く続いた場合には、エンジンの排気系が冷却されるので、これらの場合に上記と同様にＤｅＮＯｘを早期実行させることも可能である。

その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

７吸気シャッター弁
１７燃焼室
２０燃料噴射弁
４１排気通路
４３ＥＧＲ装置
４５ＮＯｘ触媒
４７ＳＣＲ触媒
５１尿素インジェクタ
６０ＰＣＭ（ＮＯｘ還元制御手段）
１１１Ｏ２センサ
１１２温度センサ
１１３温度センサ
１１５温度センサ
１１６ＮＯｘセンサ
１１７温度センサ
２００エンジンシステム
Ｅエンジン
ＥＸ排気系

Claims

エンジンの排気通路に配設されたＮＯｘ触媒及びＳＣＲ触媒と、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が予め設定された還元開始値以上のときに排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又は空燃比リッチ側の還元空燃比に設定してＮＯｘ還元処理を実行するＮＯｘ還元制御手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ還元制御手段は、ＮＯｘ吸蔵量が予め設定された還元終了値以下になったときの前記ＳＣＲ触媒の温度が予め設定されたＳＣＲ触媒活性温度未満の場合には、理論空燃比よりリーン側に設定するリーン空燃比よりリッチ側且つ前記還元空燃比よりリーン側の昇温空燃比に設定した昇温制御を実行することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
前記ＳＣＲ触媒は、前記ＮＯｘ触媒よりも前記エンジンの排気通路の下流側に配設されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記エンジンの排気通路に酸化触媒を備え、前記ＮＯｘ還元制御手段は前記昇温制御時には前記昇温空燃比を前記リーン空燃比よりリッチ側且つ理論空燃比よりリーン側に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記ＮＯｘ還元制御手段は、前記ＮＯｘ触媒下流の排気温度が予め設定された設定温度以上になると昇温制御を終了することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記ＮＯｘ還元制御手段は、エンジン始動後の１回目のＮＯｘ還元処理を実行する前記還元開始値を２回目以降よりも小さく設定し、前記１回目のＮＯｘ還元処理によりＮＯｘ吸蔵量が前記還元終了値以下となったときの前記ＳＣＲ触媒の温度が前記ＳＣＲ触媒活性温度未満の場合に前記昇温制御を実行することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記ＮＯｘ還元制御手段は、前記ＳＣＲ触媒の温度が低いほど前記１回目のＮＯｘ還元処理を実行するための前記還元開始値を小さく設定することを特徴とする請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置。